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书名 无所不在的材料/原来如此
分类
作者 奚同庚
出版社 上海科学技术文献出版社
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简介
编辑推荐

您听说过太空是孕育新材料得摇篮吗?你知道宝石世界吗?您了解蜘蛛丝、环氧树脂里的奥秘吗……一切尽在《无所不在的材料》中揭谜。千万次问为什么,告诉你《原来如此》!

目录

太空是孕育新材料的摇篮001

航天器"头盔"的防热材料004

宝石世界006

人工晶体家族中的新宠儿--闪烁晶体01l

生物材料探秘013

PTc半导体陶瓷--暖风机的"心脏"015

奇妙的压电陶瓷019

夜光壁揭秘022

神奇的纳米技术和纳米材料025

灵敏的人工鼻--半导体气敏陶瓷028

泰坦尼克号海难的启示031

压电晶体033

神奇的等离子喷涂人工骨骼036

潇洒一挥铁电IC卡040

壮观故宫话琉璃042

形形色色的新型玻璃044

"洁身自好"的新材料--纳米二氧化钛047

水泥--从都市的"脊梁"到人体的脊梁049

从景泰蓝说起051

反光材料054

新型吸附材料--活性炭纤维056

不可等闲视之的碳/碳复合材料058

21世纪的绿色能源--固体氧化物燃料电池060

看得见原子的显微镜062

碳化硅064

超导材料067

帮助集成电路"退热"的材料070

透明陶瓷072

反磨损"卫士"--高温耐磨陶瓷涂层075

现代建筑玻璃078

中国古陶瓷080

古陶瓷的科技鉴定083

陶器086

兵马俑群和唐三彩089

形状记忆合金--"永不忘本"的功能材料092

铠甲和防弹衣097

"性格顽强"的硬汉--钨100

从拿破仑死亡之谜说开去102

面团一样的金属104

黄金--永恒的魅力106

神奇的稀土108

最轻的金属锂110

善解人意的减振合金112

被驯服了的金属--超塑性合金114

年轻有为的多面手--钛116

秦青铜兵器不锈之谜119

带翼的金属--铝及其合金121

从"愚蠢的合金"到高技术的宠儿--金属玻璃123

金属中的氢脆125

垃圾堆中发现的珍宝--不锈钢127

"哑巴金属"--减振合金129

汽车制造业"新宠"--泡沫金属材料130

见不得光的金属--铯133

"轻柔活泼"的两姐妹--碱金属钾和钠135

迎接钛时代的来临137

华夏发明数第一--钢铁冶炼技术140

信息社会的宠儿--稀磁半导体材料144

金属也能呼吸吗146

华夏天竺术有别--中国与印度古代的炼锌技术148

形状记忆高分子材料150

不怕紫外线的纤维152

蜘蛛丝里有学问154

"工业味精"--有机硅156

塑料水晶--有机玻璃158

水中溶解的纤维160

奇妙的弹性纤维162

可以发出荧光的纤维164

未来我们穿什么--新型服装面料166

与光对话--光致变色有机材料168

能吸铁的塑料170

可降解塑料--绿色世界的希望172

塑料之王的王者风范174

现代生活的伴侣--胶粘剂176

功能强大的人造树叶--染料敏化太阳能电池178

膜科学技术的魅力180

"筛"出海洋中的淡水--分离膜材料183

由大闸蟹说开去185

绿色化学创造绿色生活187

液晶显示材料190

碳纤维及其复合材料193

有机硅在生命科学中闪光195

从排球比赛的换人说起198

绿色溶剂--离子液体200

力大无穷的环氧树脂202

奇妙的"人造金属"204

作用奇特的氟碳材料206

从黑色幽灵说起209

功能梯度材料212

材料设计--新材料研制的先导215

降服雷电的利器219

组织工程--再造生命奇迹221

探索太阳能电池的奥秘224

薄如纸的显示器226

生活的朋友--氟228

光折变材料--光子计算机的心脏230

半导体家族中的新宠--稀磁半导体材料232

试读章节

 宝石世界

说起宝石,人们立刻就会在脑海中浮现出那些五光十色、晶莹璀璨的颗颗小玩意儿,要知道在世界上已经发现的大约2 000多种矿物中,仅有少数几十种矿石能切出宝石来。由于宝石的瑰丽、稀罕、珍贵,古代人们曾把它看作是伟大、神秘力量的源泉,以至把宝石佩带在身上,作为克邪护身的法宝。宝石还是一种艺术珍品,与古董、钱币、邮票一样倍受收藏家的宠爱,当然更多的宝石是作为装饰品而存在的。随着人造宝石技术的发达和人们生活水平的提高,宝石除了制作传统饰品外,现在甚至连钢笔套、别针、眼镜框架、领带夹针上都要镶嵌几颗宝石。

硬度是宝石最基本的条件,如果宝石太软,就很容易擦伤,甚至被破坏。享有“宝石之王”美称的金刚石就是因为它的硬度在迄今发现的矿物中是绝对的冠军。不言而喻,宝石的颜色也是十分重要的,有时两颗宝石就是因为颜色的差别,可使它们的价值有天壤之别。颜色是由于材料对光的吸收的不同而形成的,阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色的光混合而成的,阳光射入红宝石时,其中的蓝黄绿等颜色光被它吸收,剩下的红光射入人们的眼中而使人感觉到红色。无色宝石不吸收射入的光,金刚石就是一种无色宝石。有时,由于宝石中含有各种杂质而使它着色,例如水晶就有绿色、紫色、棕色等多种颜色。P006

序言

  人类利用材料的历史,几乎和人类的文明史一样悠久。人类早期的历史,就是以所用的材料来划分成“石器时代”、“青铜时代”和“铁器时代”的。在远古时代,人们首先利用自然界现成的石材、木材和植物纤维做材料。自从人类发明了“钻木取火”技术以后,开始利用火的高温对自然界的物质加工,将水和土制作的泥胎用火烧制陶瓷,用炭和火加工铜、锡的矿石制造青铜,开始了人类制造和利用陶瓷材料及金属材料的历史。其后又发明了用火法冶金生产钢铁的技术。钢铁的应用促进了多种生产技术的大发展。从18世纪开始,人类发明了产生和利用电的技术,电化学方法制造了一大批不能利用炭和火生产的金属新品种。特别值得提到的有:利用电使人类能够大量生产铝、镁和钛。轻而强韧的铝、镁、钛合金成为制造飞机的主要材料,促进了航空工业的建立和发展;核燃料铀的生产则为原子能技术铺平了道路。起初,金属和陶瓷的生产全靠能工巧匠凭经验得来的技艺,“知其然而不知其所以然”。这些经验的积累和技艺发明确实难能可贵,但只凭经验和技艺,未免事倍功半,走许多弯路。例如,工业革命初期,对钢铁材料的需要促使人们改进炼铁技术。在炼铁的高炉中,氧化铁和一氧化碳作用生成金属铁。但人们发现在高炉中一氧化碳并未被全部利用,高炉顶部冒出的气体仍含大量一氧化碳。当时人们就想:这大概是因为高炉还不够高,一氧化碳和铁矿石接触还不够的缘故吧。于是努力建设更高的高炉,企图提高一氧化碳的利用率。但将高炉加高到30米后,意想不到的是,顶部气体中的一氧化碳含量并未减少,白白花了巨额投资建炉却一无所获!后来,人们才从化学原理得知:许多化学反应进行的程度都取决于化学平衡。到达平衡后,化学反应就不会进一步进行了。一氧化碳和氧化铁的化学反应不可能使一氧化碳反应完全,正是受了化学平衡的制约。这类教训使冶金工作者认识到物理化学知识的重要,从而产生了“冶金物理化学”这门学科。另一个盲目经验的例子是淬火技术的发明。古代奴隶主为惩罚反抗的奴隶制定了残酷的“炮烙之刑”,结果注意到:用来烫死奴隶的烧红的金属剑后来表面变得特别坚硬。当时,人们以为这是死者的灵魂附着在剑上的缘故,后来才知道,许多金属材料烧热后再急冷都会变硬,即“淬火效应”。奴隶的躯体在此不过起了快速冷却金属材料的作用罢了,于是改用冷水代替奴隶的躯体对钢铁与其他合金淬火了。如今,包括快冷技术在内的热处理方法已经使材料科学家发明了包括非晶态合金等等一大批新材料。

现代化学和物理的兴起促进了材料制造从技艺到科学的发展。从19世纪初开始,人类开始了发现各种化学元素的热潮。为了发现新元素,人们不仅到处查找稀奇的矿石和水体,甚至还到太阳的光谱里去找线索,真可谓是“上穷碧落下黄泉”,结果发现了几十种稀有金属,为材料研制提供了丰富的信息和物质来源。从原子、分子学说开始,人类对物质的微观结构的认识逐步深化,对新材料的发明起了指导作用。人们开始了解:给我们制造衣料的棉、麻、丝的分子是长链状的,而有弹性的橡胶的分子形状恰好有点像弹簧,正是分子结构决定了这些材料的特性。发现这个“结构一性质关系”的秘密后,就促使20世纪上中叶化学家合成了一大批人造的链状分子的化合物作为人造纤维,许多类似弹簧状的分子的化合物作为人造橡胶,并且发明了以石油、煤炭为原料,大量制造人造纤维、人造橡胶和塑料的方法。这些高分子材料(被称为“三大合成材料”)在生活和生产中,其重要性已经与金属材料、陶瓷材料鼎足而立了。

从20世纪中叶开始,原子能、计算机、航空航天等等新技术层出不穷,对新材料的要求同新月异。近年来,人们觉悟到:人类对宏观物体的知识已经比较丰富,对原子一分子尺度的微观世界的知识因近代物理的进步也大有进展。但对比原子一分子大若干倍、而又比宏观物体小许多数量级的“不大不小不多不少”的微观粒子体系,即“纳米世界”的研究和利用都很不够。于是纳米材料和器件研究成了“大热门”。纳米技术研究正酝酿着材料科学技术的新突破。

在漫长的历史长河中,中国人曾经对材料技术作出过杰出的贡献。中国人最早用磁性材料做指南针,瓷器是世界公认的中国的伟大发明。“九秋风露越窑开,夺得干峰翠色来”,精美的中国瓷器曾输出到世界四大洲。中国是世界上最早会炼铜、炼铁的国家之一。早在春秋战国时代,中国人就有了相当规模的金属工业生产。据考证,对钢铁生产至关重要的冶金炉鼓风技术还是由中国传入欧洲的。但后来,西方国家兴起了工业革命,发展了材料科学技术,成为“船坚炮利”的列强,反过来侵略中国,使我国遭受了一百多年被侵略的历史屈辱。如今,我们中华民族正经历着伟大的复兴过程。近年来,我国钢铁、水泥、金属铝等多种材料的产量已稳居全球第一。但我国目前还只是材料生产大国,还够不上材料科学强国。我国在新材料研制和有关的理论研究方面,总体水平与先进国家还有一定差距。我们要继续努力发展材料科学技术,为促进国民经济和高新技术的进一步繁荣发展而奋斗。

陈念贻

2005年4月

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更新时间:2025/1/19 23:26:58