迷人的材料-書目介紹

1、導(dǎo)讀我們活在物質(zhì)的世界里，我們也活在非物質(zhì)的世界里。當(dāng)我們常將“物質(zhì)”（消費(fèi)主義）掛在嘴邊時(shí)，我們卻往往對(duì)構(gòu)成我們周遭環(huán)境的各種“物質(zhì)”（建構(gòu)整個(gè)文明的基礎(chǔ)材料）視而不見。茶杯、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)到家用電器、內(nèi)褲，我們的生活充滿了材料。但你想過沒有，為什么玻璃是透明的？是什么讓橡皮筋有彈性？為什么曲別針會(huì)彎曲？為什么不銹鋼不生銹？為什么某一種材料做成的東西會(huì)長那樣？鋁和鋼有什么差別？同為塑料，聚乙烯和聚丙烯有什么不一樣？玻璃為什么是透明的？巧克力的口感從何而來？馬克·米奧多尼克將這些隱藏在材料科學(xué)背后的故事都記錄在了他的新書迷人的材料中。在書里，他挖掘了10種材料的發(fā)明動(dòng)機(jī)，探索了其背后的材

2、料科學(xué)之謎，以及人是用怎樣高明的技術(shù)把它們制造出來的。更重要的是，他向我們揭示了材料的意義：材料如何用它們的屬性塑造了整個(gè)人造世界、如何影響我們的價(jià)值觀、如何讓我們成為我們。作者簡介馬克·米奧多尼克：倫敦大學(xué)學(xué)院材料科學(xué)教授，英國皇家工程學(xué)會(huì)會(huì)士，入選泰晤士報(bào)“英國百大影響力科學(xué)家”。他樂于為大眾講解材料科學(xué)，且廣受歡迎，曾擔(dān)任多部紀(jì)錄片的主持人，包括英國國家廣播公司第二臺(tái)（BBC2）制作的發(fā)明的天才。 2010年，他獲邀在科普界最負(fù)盛名的英國皇家科學(xué)院圣誕講座進(jìn)行演講。他也是倫敦大學(xué)學(xué)院制成研究中心主任，這個(gè)中心有一座材料館，收藏了地球上最神奇的一些物質(zhì)，并和多所博物館共同推出互動(dòng)

3、節(jié)目，合作伙伴包括泰特現(xiàn)代美術(shù)館（Tate Modern），黑沃德畫廊（Hayward Gallery）和威康收藏館（Wellcome Collection）等。文章結(jié)構(gòu)作者在書中詳解了鋼鐵、紙、水泥、巧克力、泡沫、塑料、玻璃、石墨、瓷、人造骨骼等10種材料。各章介紹第一章：不屈不撓的鋼（steel）現(xiàn)代生活中，鋼已經(jīng)成為我們生活中不可缺少的一種重要材料，隨處可見。但鋼的形成過程卻是經(jīng)歷了一個(gè)長期復(fù)雜的過程，是金屬不斷演化的過程。從銅器，到青銅器（銅錫合金），到鐵器，到鋼（碳鐵合金），金屬越來越硬。馬克思曾說，人與動(dòng)物最大的區(qū)別在于會(huì)使用工具。因此，工具發(fā)展史也就成了人類發(fā)展史的一個(gè)注腳。人類

4、文明則先后經(jīng)歷了舊石器時(shí)代、新石器時(shí)代、銅器時(shí)代（商周）、鐵器時(shí)代（戰(zhàn)國至工業(yè)社會(huì)）直到現(xiàn)代社會(huì)更豐富多元的新材料時(shí)代。舊石器就是用現(xiàn)成的石頭、骨頭作工具；新石器則稍微把石頭與骨頭加工一下。銅器時(shí)代開始，則是因?yàn)樽匀唤绲你~資源熔點(diǎn)低，易于開發(fā)，但銅硬度不夠，直到人類能夠冶煉更高的溫度，才開始有了更堅(jiān)硬的鐵器。鐵+碳=鋼，鐵+鉻=不銹鋼。金屬的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長的探索過程。在石器時(shí)代，金屬非常罕見，銅和金是當(dāng)時(shí)僅有的金屬來源，因?yàn)榈貧ど现挥羞@兩種金屬是自然存在的，其他都必須從礦石中提煉，而地殼上的鐵也絕大部分來自天上的隕石。相比石頭、木頭這些工具，金屬具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)堅(jiān)硬并可鍛造。金屬加熱后會(huì)

5、流動(dòng)且具有可塑性，并且越敲越強(qiáng)韌，但只要放入火中加熱，就能反轉(zhuǎn)整個(gè)過程，讓金屬變軟，可以隨意改變其形狀，就可以根據(jù)需求制造各種金屬工具。工業(yè)社會(huì)來臨前，鋼鐵冶煉主要憑借經(jīng)驗(yàn)，碳加多了會(huì)變脆，加少了則變軟，因此造出好劍的概率很小，中國的干將、莫邪才會(huì)名垂千古。正是由于造出好鋼的概率太小，一直以來男人刮胡子都沒有刀片可用，必須定期去理發(fā)店，師傅還要時(shí)不時(shí)用皮革打磨剃刀。其實(shí)，皮革是起不到磨刀作用的，關(guān)鍵在于皮革上面加了耐磨的瓷粉，這層瓷粉會(huì)改變剃刀刀鋒的分子結(jié)構(gòu)，讓邊緣的鋼鐵分子重新排列整齊，從而變得更鋒利。直到1903年，美國人吉列實(shí)現(xiàn)了刀片量產(chǎn)，理發(fā)店的這項(xiàng)業(yè)務(wù)才漸漸消亡。金屬發(fā)展過程其實(shí)是合

6、金的發(fā)展過程，通俗來講，就是往一種金屬里添加少量的其他金屬，形成合金，就會(huì)改變金屬的顏色、硬度等等。合金通常比純金屬堅(jiān)硬，原因是金屬是由晶體組成，晶體內(nèi)是駁雜的線條，稱為“位錯(cuò)”，它能讓金屬改變形狀。而合金之所以更堅(jiān)硬，是因?yàn)橥鈦碓鹤拥拇笮『突瘜W(xué)性質(zhì)與原本的不同，因此嵌入后就會(huì)擾動(dòng)原本金屬晶體的物理和電子結(jié)構(gòu)，讓位錯(cuò)更難移動(dòng)。鋼就是一種非常特別的合金，鋼是加了碳的鐵，比青銅還硬。但是如果加入的碳過多，例如比例達(dá)到百分之四而非百分之一，那么形成的鋼就極為易碎，不能拿來做工具和武器。拿武士刀來說，主體部分是有韌性的低碳鋼，刃的部分主要是鋒利的高碳鋼，這樣的組合使得一把刀既有鋒利的刀刃，又能經(jīng)受住一

7、次一次的撞擊而不容易斷。而不銹鋼的發(fā)明又是一次偶然。一戰(zhàn)期間，布雷爾利（Harry Brearley）受雇鉆研合金，以便改良槍管。他就不斷嘗試往鋼里加不同的元素，比如鋁，比如鎳。每天試一種，不行的材料扔角落里。有一天他發(fā)現(xiàn)那一堆廢料里有一種沒有生銹，那就是世界上第一塊不銹鋼。不銹鋼的出現(xiàn)，可以說對(duì)我們的生活影響巨大，簡直就是現(xiàn)代世界的縮影，雖然才出現(xiàn)短短一百年，但已經(jīng)成為我們最熟悉的金屬。布雷爾利最后用不銹鋼做成餐具，讓我們的舌頭永遠(yuǎn)碰不到鐵，唾液無法跟金屬反應(yīng)，從此人類再也不會(huì)受到餐具味道的影響，可以安心的享受美食了。第二章：值得信賴的紙古代中國有四大發(fā)明，其中最重要的可能就是造紙術(shù)了。沒有

8、紙就沒有書，沒有書就沒有知識(shí)的堡壘。沒有知識(shí)的累積，也就沒有了文化傳承與演進(jìn)。紙是人類最熟悉的老朋友，除了書，紙還以報(bào)紙、信封、照片（相紙）、禮品包裝、購物小票、服裝紙袋、車票、紙幣等角色陪伴著每一個(gè)人的成長。盡管隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)越來越“去紙化”，書報(bào)、照片、紙幣等都電子化了，但我們生活中無時(shí)無刻不在跟紙打交道。這其實(shí)常常讓我們忘了，在人類歷史上的大多數(shù)時(shí)候，紙都是稀有的奢侈品，那么紙到底是什么呢？平時(shí)大家看到的紙，尤其是筆記紙，看起來平整、光滑、毫無縫隙，但實(shí)際上紙是由一大群極微小的纖維壓疊而成的，就像干草堆一樣，只是它們的尺度太細(xì)微了。大部分的紙張來自于樹木，通過“去木質(zhì)素”把

9、木材壓成水平再摻入多種化學(xué)物質(zhì)，然后用高溫高壓烹煮，以打斷木質(zhì)素內(nèi)的鍵結(jié)，釋放出纖維素過程，獲得纖維素，也被成為木漿，就是液態(tài)的木材，然后把木漿放在平坦的表面上晾干，就會(huì)得到紙張。初加工的紙是棕色的，非常粗糙，往往需要使用化學(xué)漂白劑，并加入細(xì)致的白粉，例如被稱為白堊（e）的碳酸鈣。然后再加入其它涂料，防止墨水沾到紙上暈開。這一章作者扯了很多不同的紙，但是更多從人文的角度講紙可以用來紀(jì)念過去傳遞感情，比如包裝紙、信封、衛(wèi)生紙、紙袋、封面紙、車票等等。比較有趣的是講到超市小票和電子墨水。超市小票的材料是一種熱敏紙（thermal paper）, 紙里面本來就有顯色用的染料，叫做隱性染料（leuco

10、 dye）。這種染料遇酸會(huì)發(fā)色，不然就是無色的。酸和染料都嵌入在紙里，而當(dāng)打印小票的時(shí)候，紙片上的特定位置被加熱，是的酸和染料反應(yīng)，從而顯色。這個(gè)解決了油墨的問題。電子墨水用的是亞努斯粒子，就是微粒的兩個(gè)半球的性質(zhì)不一樣，或許有不同的顏色，不同的電性，等等。第三章：作為基礎(chǔ)的混凝土水泥，顧名思義，水+泥。水泥不可能完全干掉，因?yàn)槟喾肿樱ㄈ绻杷徕}）將水分子困在其中，有點(diǎn)像果凍，但比果凍的含水量要少得多。水泥，光看名字就low到爆。其實(shí)，水泥是現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的重要材料，沒有水泥（鋼筋混凝土），就沒有摩天大樓。水泥也是技術(shù)含量不低的材料，水與灰的比例稍有失衡，就會(huì)導(dǎo)致豆腐渣工程。水多了，硬度不夠；

11、水少了，泥化成灰。覺得水泥太土的人，別忘了，名滿天下的悉尼水上歌劇院就是水泥澆筑而成。古羅馬帝國的輝煌也在很大程度上歸功于水泥與鐵。亞平寧半島有天然的鐵礦和水泥資源，鐵讓古羅馬軍隊(duì)有領(lǐng)先于周邊國家一個(gè)時(shí)代的鐵制兵器，水泥讓古羅馬建筑得以氣勢(shì)恢宏。羅馬萬神殿的水泥穹頂穿越2000多年的歷史長河，至今依然屹立不倒，也是當(dāng)今世界最大的無柱穹頂。反觀中國的古建筑，唉，經(jīng)常是一把火就化作了灰。最古老的中國建筑當(dāng)屬長城，但現(xiàn)存的長城主要是明長城，最早的春秋戰(zhàn)國時(shí)期的長城是土質(zhì)結(jié)構(gòu)，太容易就風(fēng)化掉了，石質(zhì)的明長城耐久度更高一些，但修建效率比水泥可差遠(yuǎn)了，動(dòng)不動(dòng)工期就要數(shù)十年。水泥是澆筑模式，而磚石是堆砌模式

12、，液體材料顯然要比固體材料的可塑性更高、一體性更強(qiáng)。水泥并非無懈可擊，隨著四季變換，水泥會(huì)熱脹冷縮。時(shí)間一長，水泥內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到破壞，隨之開裂。水泥向鋼筋混凝土的進(jìn)化，不是化學(xué)家的功勞，而是花匠的貢獻(xiàn)。1860年代，巴黎園藝師在制作花盆的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)在水泥花盆中加入鋼絲，花盆的耐久度更好。后來化學(xué)家發(fā)現(xiàn)，水泥與鋼鐵有相同的膨脹系數(shù)，鋼鐵的韌性彌補(bǔ)了水泥的缺點(diǎn)。第四章：美味的巧克力可可脂晶型的改變就是為什么有的巧克力有鏡面有的巧克力非常松軟的關(guān)鍵原因。貓貓狗狗不能吃巧克力哦，因?yàn)樗麄儾荒艽x可可堿。第五章：不可思議的發(fā)泡材料泡沫的誕生來源于這樣一個(gè)奇葩的想法，如果把果凍中的水分都抽掉，會(huì)剩下

13、一個(gè)什么結(jié)構(gòu)呢？一直以來，通過加熱蒸發(fā)的方法都沒法得到完整的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗窒У耐瑫r(shí)，結(jié)構(gòu)也被破壞了，所以會(huì)出現(xiàn)萎縮的情況。有人想到，把果凍放在高壓鍋里加熱，讓水分瞬間變成氣體，保持結(jié)構(gòu)的內(nèi)外氣壓相同，然后就發(fā)現(xiàn)了泡沫這種結(jié)構(gòu)。泡沫在隔熱與緩沖方面的應(yīng)用前景無量，上至航天飛機(jī)下至運(yùn)動(dòng)鞋底，都有泡沫材料的身影。第六章：充滿創(chuàng)造力的塑料塑料的廣泛應(yīng)用與臺(tái)球有不解之緣。如果不是美國太愛玩臺(tái)球，而象牙又太稀缺，也許塑料的應(yīng)用還要再等上幾年。沒有塑料，也就沒有膠片，更沒有電影可看了。這一章估計(jì)作者已經(jīng)寫疲乏了，所以用電影劇本的方式寫了8個(gè)場(chǎng)景。人類對(duì)synthetic material的追逐和探索，都是

14、源于替換天然材料的動(dòng)機(jī)。這里是為了替換用象牙做的臺(tái)球。而化學(xué)合成早期誰都能買到各種化學(xué)品原料哪里都能開反應(yīng)，真的是太瘋狂了。第七章：透明的玻璃玻璃，這種現(xiàn)在那么常見的材料，被作者寫出花來了！從沙漠里偶然形成的閃電熔巖(fulgurite)，到用于裝飾教堂的彩色玻璃，到生產(chǎn)可以吹制的玻璃酒瓶，一直到透明玻璃杯促使Lagar啤酒的誕生，由玻璃發(fā)展出的望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡對(duì)西方的科學(xué)發(fā)展的推進(jìn)，真的是，太讓人驚嘆了！第八章：堅(jiān)不可摧的碳材料第九章：精致的瓷器不過，最讓西方驚嘆的中國技術(shù)是制瓷，足足領(lǐng)先了1000年，中國的英文譯名就是瓷器的意思。瓷器與陶器相比，硬度更高，孔洞更少，熱脹冷縮也不怕，即便從白熱

15、狀態(tài)（1350攝氏度）直接放入水中，依然不會(huì)碎裂。擁有高超制瓷技術(shù)的中國，一直將白瓷作為“白金”出口到西方。與瓷器一起還伴生了飲茶文化，這也是中國文化向外傳播的重要媒介。有道是各領(lǐng)風(fēng)騷數(shù)百年，制瓷最牛的中國卻一直沒有發(fā)展出玻璃技術(shù)。沒有玻璃窗戶還是小事兒，用紙糊也能湊合著過；沒有玻璃制作的望遠(yuǎn)鏡與顯微鏡，中國人的世界觀與科學(xué)精神就大受影響，直接導(dǎo)致中國缺席了引領(lǐng)世界走入近現(xiàn)代社會(huì)的工業(yè)革命。第十章：長生不死的植入物【材料決定人類文明】馬克思曾說，人與動(dòng)物最大的區(qū)別在于會(huì)使用工具。因此，工具發(fā)展史也就成了人類發(fā)展史的一個(gè)注腳。人類文明則先后經(jīng)歷了舊石器時(shí)代、新石器時(shí)代、銅器時(shí)代（商周）、鐵器時(shí)代

16、（戰(zhàn)國至工業(yè)社會(huì)）直到現(xiàn)代社會(huì)更豐富多元的新材料時(shí)代。舊石器就是用現(xiàn)成的石頭、骨頭作工具；新石器則稍微把石頭與骨頭加工一下。銅器時(shí)代開始，則是因?yàn)樽匀唤绲你~資源熔點(diǎn)低，易于開發(fā)，但銅硬度不夠，直到人類能夠冶煉更高的溫度，才開始有了更堅(jiān)硬的鐵器。鐵+碳=鋼，鐵+鉻=不銹鋼。工業(yè)社會(huì)來臨前，鋼鐵冶煉主要憑借經(jīng)驗(yàn)，碳加多了會(huì)變脆，加少了則變軟，因此造出好劍的概率很小，中國的干將、莫邪或日本的草薙才會(huì)名垂千古，希臘人則供奉赫菲斯托斯為奧林匹斯十二主神之一的鐵匠之神（阿芙洛狄特，羅馬人叫她維納斯，是他的老婆）。正是由于造出好鋼的概率太小，一直以來男人刮胡子都沒有刀片可用，必須定期去理發(fā)店，師傅還要時(shí)不時(shí)用皮革打磨剃刀。其實(shí)，皮革是起不到磨刀作用的，關(guān)鍵在于皮革上面加了耐磨的瓷粉，這層瓷粉會(huì)改變剃刀刀鋒的分子結(jié)構(gòu)，讓邊緣的鋼鐵分子重新排列整齊，從而變得更鋒利。直到1903年，美國人吉列實(shí)現(xiàn)了刀片量產(chǎn)，理發(fā)店的這項(xiàng)業(yè)務(wù)才漸漸消亡。從打磨剃刀這個(gè)例子也可看出，人類尺度上的現(xiàn)象對(duì)應(yīng)著微觀尺度上的結(jié)構(gòu)。比如，紙很容易被彎折，在微觀尺度上的分子結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了變化，如果分子結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，紙則會(huì)變成硬脆的玻璃，寧折不彎?！咀x后感】世界觀層面，觀察世界從此不再僅是從人的尺度，