迷人的材料-书目介绍

导读我们活在物质的世界里，我们也活在非物质的世界里。当我们常将“物质”（消费主义）挂在嘴边时，我们却往往对构成我们周遭环境的各种“物质”（建构整个文明的基础材料）视而不见。茶杯、喷气发动机到家用电器、裤，我们的生活充满了材料。但你想过没有，为什么玻璃是透明的？是什么让橡皮筋有弹性？为什么曲别针会弯曲？为什么不锈钢不生锈？为什么某一种材料做成的东西会长那样？铝和钢有什么差别？同为塑料，聚乙烯和聚丙烯有什么不一样？玻璃为什么是透明的？巧克力的口感从何而来？马克·米奥多尼克将这些隐藏在材料科学背后的故事都记录在了他的新书《迷人的材料》中。在书里，他挖掘了10种材料的发明动机，探索了其背后的材料科学之谜，以及人是用怎样高明的技术把它们制造出来的。更重要的是，他向我们揭示了材料的意义：材料如何用它们的属性塑造了整个人造世界、如何影响我们的价值观、如何让我们成为我们。作者简介马克·米奥多尼克：伦敦大学学院材料科学教授，英国皇家工程学会会士，入选《泰晤士报》 “英国百大影响力科学家”。他乐于为大众讲解材料科学，且广受欢迎，曾担任多部纪录片的主持人，包括英国国家广播公司第二台（BBC2）制作的《发明的天才》。2010年，他获邀在科普界最负盛名的英国皇家科学院圣诞讲座进行演讲。他也是伦敦大学学院制成研究中心主任，这个中心有一座材料馆，收藏了地球上最神奇的一些物质，并和多所博物馆共同推出互动节目，合作伙伴包括泰特现代美术馆（ TateModern），黑沃德画廊（ HaywardGallery ）和威康收藏馆（WellcomeCollection ）等。文章结构作者在书中详解了钢铁、纸、水泥、巧克力、泡沫、塑料、玻璃、石墨、瓷、人造骨骼等 10种材料。各章介绍第一章：不屈不挠的钢（ steel）现代生活中，钢已经成为我们生活中不可缺少的一种重要材料，随处可见。但钢的形成过程却是经历了一个长期复杂的过程，是金属不断演化的过程。从铜器，到青铜器（铜锡合金），到铁器，到钢（碳铁合金） ，金属越来越硬。马克思曾说，人与动物最大的区别在于会使用工具。因此，工具发展史也就成了人类发展史的一个注脚。人类文明则先后经历了旧石器时代、新石器时代、铜器时代（商周）铁器时代（战国至工业社会）直到现代社会更丰富多元的新材料时代。旧石器就是用现成的石头、骨头作工具；新石器则稍微

、把石头与骨头加工一下。铜器时代开始，则是因为自然界的铜资源熔点低，易于开发，但铜硬度不够，直到人类能够冶炼更高的温度，才开始有了更坚硬的铁器。铁 +碳=钢，铁+铬=不锈钢。金属的发展经历了一个漫长的探索过程。在石器时代，金属非常罕见，铜和金是当时仅有的金属来源，因为地壳上只有这两种金属是自然存在的，其他都必须从矿石中提炼，而地壳上的铁也绝大部分来自天上的陨石。相比石头、木头这些工具，金属具有无可比拟的优点——坚硬并可锻造。金属加热后会流动且具有可塑性，并且越敲越强韧，但只要放入火中加热，就能反转整个过程，让金属变软，可以随意改变其形状，就可以根据需求制造各种金属工具。工业社会来临前，钢铁冶炼主要凭借经验，碳加多了会变脆，加少了则变软，因此造出好剑的概率很小，中国的干将、莫邪才会名垂千古。正是由于造出好钢的概率太小，一直以来男人刮子都没有刀片可用，必须定期去理发店，师傅还要时不时用皮革打磨剃刀。其实，皮革是起不到磨刀作用的，关键在于皮革上面加了耐磨的瓷粉，这层瓷粉会改变剃刀刀锋的分子结构，让边缘的钢铁分子重新排列整齐，从而变得更锋利。直到1903年，美国人吉列实现了刀片量产，理发店的这项业务才渐渐消亡。金属发展过程其实是合金的发展过程，通俗来讲，就是往一种金属里添加少量的其他金属，形成合金，就会改变金属的颜色、硬度等等。合金通常比纯金属坚硬，原因是金属是由晶体组成，晶体是驳杂的线条，称为“位错” ，它能让金属改变形状。而合金之所以更坚硬，是因为外来院子的大小和化学性质与原本的不同，因此嵌入后就会扰动原本金属晶体的物理和电子结构，让位错更难移动。钢就是一种非常特别的合金，钢是加了碳的铁，比青铜还硬。但是如果加入的碳过多，例如比例达到百分之四而非百分之一，那么形成的钢就极为易碎，不能拿来做工具和武器。拿武士刀来说，主体部分是有韧性的低碳钢，刃的部分主要是锋利的高碳钢，这样的组合使得一把刀既有锋利的刀刃，又能经受住一次一次的撞击而不容易断。而不锈钢的发明又是一次偶然。一战期间，布雷尔利（HarryBrearley ）受雇钻研合金，以便改良枪管。他就不断尝试往钢里加不同的元素， 比如铝，比如镍。每天试一种，不行的材料扔角落里。有一天他发现那一堆废料里有一种没有生锈，那就是世界上第一块不锈钢。不锈钢的出现，可以说对我们的生活影响巨大，简直就是现代世界的缩影，虽然才出现短短一百年，但已经成为我们最熟悉的金属。布雷尔利最后用不锈钢做成餐具，让我们的舌头永远碰不到铁，唾液无法跟金属反应，从此人类再也不会受到餐具味道的影响，可以安心的享受美食了。第二章：值得信赖的纸古代中国有四大发明，其中最重要的可能就是造纸术了。没有纸就没有书，没有书就没有知识的堡垒。没有知识的累积，也就没有了文化传承与演进。纸是人类最熟悉的老朋友，除了书，纸还以报纸、信封、照片（相纸）、礼品包装、购物小票、服装纸袋、车票、纸币等角色陪伴着每一个人的成长。尽管随着数字技术的发展，现代社会越来越“去纸化”，书报、照片、纸币等都电子化了，但我们生活中无时无刻不在跟纸打交道。这其实常常让我们忘了，在人类历史上的大多数时候，纸都是稀有的奢侈品，那么纸到底是什么呢？平时大家看到的纸，尤其是笔记纸，看起来平整、光滑、毫无缝隙，但实际上纸是由一大群极微小的纤维压叠而成的，就像干草堆一样，只是它们的尺度太细微了。大部分的纸来自于树木，通过“去木质素”——把木材压成水平再掺入多种化学物质，然后用高温高压烹煮，以打断木质素的键结，释放出纤维素——过程，获得纤维素，也被成为木浆，就是液态的木材，然后把木浆放在平坦的表面上晾干，就会得到纸。初加工的纸是棕色的，非常粗糙，往往需要使用化学漂白剂，并加入细致的白粉，例如被称为白垩（ e）的碳酸钙。然后再加入其它涂料，防止墨水沾到纸上晕开。这一章作者扯了很多不同的纸，但是更多从人文的角度讲纸可以用来纪念过去传递感情，比如包装纸、信封、卫生纸、纸袋、封面纸、车票等等。比较有趣的是讲到超市小票和电子墨水。超市小票的材料是一种热敏纸（ thermalpaper ）, 纸里面本来就有显色用的染料，叫做隐性染料（ leucodye ）。这种染料遇酸会发色，不然就是无色的。酸和染料都嵌入在纸里，而当打印小票的时候，纸片上的特定位置被加热，是的酸和染料反应，从而显色。这个解决了油墨的问题。电子墨水用的是亚努斯粒子，就是微粒的两个半球的性质不一样，或许有不同的颜色，不同的电性，等等。第三章：作为基础的混凝土水泥，顾名思义，水+泥。水泥不可能完全干掉，因为泥分子（如硅酸钙）将水分子困在其中，有点像果冻，但比果冻的含水量要少得多。水泥，光看名字就low到爆。其实，水泥是现代社会不可或缺的重要材料，没有水泥（钢筋混凝土），就没有摩天大楼。水泥也是技术含量不低的材料，水与灰的比例稍有失衡，就会导致豆腐渣工程。水多了，硬度不够；水少了，泥化成灰。觉得水泥太土的人，别忘了，名满天下的悉尼水上歌剧院就是水泥浇筑而成。古罗马帝国的辉煌也在很大程度上归功于水泥与铁。 亚平宁半岛有天然的铁矿和水泥资源，铁让古罗马军队有领先于周边国家一个时代的铁制兵器， 水泥让古罗马建筑得以气势恢宏。罗马万神殿的水泥穹顶穿越2000多年的历史长河，至今依然屹立不倒，也是当今世界最大的无柱穹顶。反观中国的古建筑，唉，经常是一把火就化作了灰。最古老的中国建筑当属长城，但现存