材料的应用

材料的应用

材料是人类用来制作有物件的物质，通常被视为人类社会进化的里程碑，因为对于材料的认识和利用能力，往往决定着社会的形态与人类生活的质量。将人类文明史称为世界材料史毫不为过。

当历史进入20世纪下半叶开始的新技术革命时代后，新材料已成为各个高技术领域发展的突破口，没有新材料的开发应用，便谈不上新的技术产品和产业进步；没有半导体材料的工业化生产，就不可能有目前的计算机技术；没有高温高强度的结构材料，就不可能有今天的宇航工业；没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤维通信……纵观历史，从石器时代、铜器时代、铁器时代到集成电子学时代、今天某些人称之作的“纳米时代”，横看生活——人人离不开的“衣、食、住、行”以后，我们不能不说，材料对于人类文明发展、对于人们生活质量的意义，真可谓无与伦比。

科学家已经开始在分子、甚至原子水平上重新组合新物质，这意味着材料科学正举步跨向一个全新的时代。近年来显露头角的几种新材料，像初春河岸刚刚抽芽的柳枝，远看已连成一片似有似无的鹅黄嫩绿，而不久后将随风摇荡的密叶浓枝，正是我们可以遥想的、未来那绚丽多彩的新材料世界。

现代陶瓷：采用超细粉末烧结、纤维补强、晶须增韧等技术制成，克服了传统陶瓷的脆性，不但强度、硬度、韧性都高，又耐磨损、耐腐蚀、耐高温，能制作多种要求极高、以前很难制造的机器零部件；还有各种“功能陶瓷”，如电子陶瓷、磁性陶瓷、化学功能陶瓷、生物功能陶瓷等等，其中生物功能陶瓷用来制作人工骨骼、关节、牙齿，具有一系列理想的性能。

超导材料：超导材料具有零电阻、抗磁性和高灵敏度的特点，在能源、交通、电子及其他学科领域带来技术革命。

新型合金：由钛和铝或镍和铝合成的金属化合物，重量非常轻，在760℃的高温下仍保持极优良的机械性能，再加入陶瓷纤维合成的复合材料，其硬度为现有飞机发动机所用材料硬度的3倍。

此外还有新型的“智敏材料”，能感受外部环境的变化，从而做出预先设计好的反映。在自然界中，生物能利用最简单的原材料，经过有机合成，得到各种优越而特殊性能的物质，科学家正努力破解其中的奥秘，进而进行模仿，这就是前途无量的“仿生材料”。

古老的陶瓷变成未来的材料之王。经过高科技处理，它不再像现在这样脆弱，而是坚硬如宝石，足以做防弹衣、锤子和削钢如泥、不锈不裂的刀具；透明如玻璃，用以制作高压钠灯的灯管和飞机、坦克的观察窗；柔软如纸张，可以印刷各种图案，折叠成各具特色的工艺品。21世纪，我们可能改用陶瓷作底片拍照，陶瓷照片日晒雨淋火烧水浸都不褪色；我们也可能把半导体陶瓷刷在墙上，通上安全电压后保持恒定室温，从而取代空调；我们还可能用生物陶瓷修复损坏的关节，陶瓷关节又耐磨又与人体相融，阴雨天就不再感到关节酸痛……

21世纪，人类提高车速靠超导，利用超导材料作“车轮”的磁悬浮列车，其能耗比民航客机减少一半，速度却一样快；医疗检查靠超导，把核磁共振谱仪上的超导磁体口径扩大一米，人躺入其中，就可获得人体任意断面的清晰图像，用肉眼看清病变组织；工作效率靠超导，超导电子计算机可将工作速度提到目前的1000倍；打赢战争靠超导，利用超导材料贮能的电磁激光炮，可以让敌人的飞机、坦克顷刻间化为乌有……

蜘蛛腹部后方有一个纺绩器，内通纺绩腺。该腺体分泌的蛋白质粘液能够在空气中凝结成极牢固的蛛丝。据报道，在对由蛛丝编结成的、具有一定厚度的材料进行实验时发现，这种材料硬度比同样厚度的钢材高九倍，弹性比最具弹力的其他合成材料高两倍。对上述蛛丝材料进一步加工后，可用其制造轻型防弹背心、武器装备防护材料、车轮外胎、整形手术用具和高强度鱼网等产品。

美国密执安州大学的穆凯席·甘迪教授研究一种能感受外界环境变化、自动加固的智能材料：当直升机叶片在飞速旋转中遇到疾风作用猛烈振动而可能断裂时，分布在叶片中的微小液滴就会变成固体而防止叶片受到破坏。

人们还从人手在劳动过程中产生老茧从而使手更耐磨的实例中到启迪，研制出一种能在工作中变得更结实的高锰钢智能材料。由于高锰钢在受到冲击强力摩擦中会变得很硬，从而使它成为绝好的，在行驶中横冲直接撞的，坦克铁脚板履带和越敲打越结实的保险柜材料。

美国弗尼吉亚理工学院智能材料研究中心研制成一种能减弱振动的飞机座舱壁材料，能使飞机平稳飞行。它是利用装在墙壁内的压电材料，使墙壁振动方向正好和原来的振动方向相反，这样就等于消除了座舱壁和窗框产生疲劳的根源。

更令人感兴趣的是，新潮的智能餐具——用毫微塑料（一种新型智能材料）制成的智能碗、盆、碟，不仅能自动感知碗、盆、碟内食物存在与否，还能随之作出相应的外形变化，使之能适合各种不同的需求。不仅如此，它们一旦用来盛装食物后，还能使食物的温度始终保持不变，并能使食物保持新鲜。利用毫微塑料制成的椅子，不仅能帮助立者坐下或坐者站起，还能按主人的需要随心所欲地变换坐椅的形状，使它适合不同年龄的男女老少使用。此外，这种智能坐椅还能根据各人的需求自动升温或冷却，以提供靠坐的舒适性，甚至还能记忆家庭中每一个成员对坐椅的特殊偏爱。

现代社会使用的材料种类繁多，无法简单地用某一种甚至某一类材料来象征社会的发展水平、技术水平，但材料是一切东西的物质基础仍然没有改变，而且今后也永远不会改变。正是因为有千姿百态数不清的材料，世界才会如此丰富多彩。从高速火车到航天器、从有灵性的人造假肢到精密电子元件，新材料正使所有这些事物的面貌，发生着日新月异的变化，与此同时，也为人类创造着更加美好的未来。

人类社会之所以能够从原始、社会的结绳记事、封建社会的鱼雁传书到现在的瞬息千里，都是科技进步的结果。

20世纪40年代一台需要用一座二层楼房安放的电子计算机，现在只要用一个火柴盒即可装下——科技就像阿拉伯神话中的那盏阿拉丁神灯，改变了并且还将继续改变我们的生活。现代高科技武装下的材料技术，被看作是高新技术的“先行官”、是新技术革命的“引爆剂”。如果有人说电脑显示器将来可以像报纸一样卷起来、墙上的壁纸能在夜里发出五彩斑斓的光芒、一个打印出来的电路能够真正地工作，还能在通电后发光——不要以为这是遥远的未来世界，黑格等人的发现——塑料也可以具有导电性并将很快使这个童话世界变成现实。