迷人的材料-書目介紹

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)”（消費主義）掛在嘴邊時，我們卻往往對構(gòu)成我們周遭環(huán)境的各種“物質(zhì)”（建構(gòu)整個文明的基礎(chǔ)材料）視而不見。茶杯、噴氣發(fā)動機到家用電器、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)明動機，探索了其背后的材料科學(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人造世界、如何影響我們的價值觀、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)會會士，入選《泰晤士報》 “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（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)院圣誕講座進行演講。他也是倫敦大學(xué)學(xué)院制成研究中心主任，這個中心有一座材料館，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節(jié)目，合作伙伴包括泰特現(xiàn)代美術(shù)館（ TateModern），黑沃德畫廊（ HaywardGallery ）和威康收藏館（WellcomeCollection ）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，人與動物最大的區(qū)別在于會使用工具。因此，工具發(fā)展史也就成了人類發(fā)展史的一個注腳。人類文明則先后經(jīng)歷了舊石器時代、新石器時代、銅器時代（商周）鐵器時代（戰(zhàn)國至工業(yè)社會）直到現(xiàn)代社會更豐富多元的新材料時代。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。銅器時代開始，則是因為自然界的銅資源熔點低，易于開發(fā)，但銅硬度不夠，直到人類能夠冶煉更高的溫度，才開始有了更堅硬的鐵器。鐵 +碳=鋼，鐵+鉻=不銹鋼。金屬的發(fā)展經(jīng)歷了一個漫長的探索過程。在石器時代，金屬非常罕見，銅和金是當(dāng)時僅有的金屬來源，因為地殼上只有這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——堅硬并可鍛造。金屬加熱后會流動且具有可塑性，并且越敲越強韌，但只要放入火中加熱，就能反轉(zhuǎn)整個過程，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)社會來臨前，鋼鐵冶煉主要憑借經(jīng)驗，碳加多了會變脆，加少了則變軟，因此造出好劍的概率很小，中國的干將、莫邪才會名垂千古。正是由于造出好鋼的概率太小，一直以來男人刮子都沒有刀片可用，必須定期去理發(fā)店，師傅還要時不時用皮革打磨剃刀。其實，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，美國人吉列實現(xiàn)了刀片量產(chǎn)，理發(fā)店的這項業(yè)務(wù)才漸漸消亡。金屬發(fā)展過程其實是合金的發(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，就會改變金屬的顏色、硬度等等。合金通常比純金屬堅硬，原因是金屬是由晶體組成，晶體是駁雜的線條，稱為“位錯” ，它能讓金屬改變形狀。而合金之所以更堅硬，是因為外來院子的大小和化學(xué)性質(zhì)與原本的不同，因此嵌入后就會擾動原本金屬晶體的物理和電子結(jié)構(gòu)，讓位錯更難移動。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（HarryBrearley ）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。沒有紙就沒有書，沒有書就沒有知識的堡壘。沒有知識的累積，也就沒有了文化傳承與演進。紙是人類最熟悉的老朋友，除了書，紙還以報紙、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人的成長。盡管隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代社會越來越“去紙化”，書報、照片、紙幣等都電子化了，但我們生活中無時無刻不在跟紙打交道。這其實常常讓我們忘了，在人類歷史上的大多數(shù)時候，紙都是稀有的奢侈品，那么紙到底是什么呢？平時大家看到的紙，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。大部分的紙來自于樹木，通過“去木質(zhì)素”——把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，就會得到紙。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（ thermalpaper ）, 紙里面本來就有顯色用的染料，叫做隱性染料（ leucodye ）。這種染料遇酸會發(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，因為泥分子（如硅酸鈣）將水分子困在其中，有點像果凍，但比果凍的含水量要少得多。水泥，光看名字就low到爆。其實，水泥是現(xiàn)代社會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，就會導(dǎo)致豆腐渣工程。水多了，硬度不夠；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，鐵讓古羅馬軍隊有領(lǐng)先于周邊國家一個時代的鐵制兵器， 水泥讓古羅馬建筑得以氣勢恢宏。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