新材料

第一章 新材料展覽

類型多樣的材料

中國與陶瓷

普通陶瓷的脆弱性

新穎陶瓷

“蝸牛殼”式的陶瓷

敏感陶瓷

用途廣泛的壓電陶瓷

陶瓷的透明度

陶瓷滾動軸承的特性

有“超能力”的陶瓷

迷你高性能的陶瓷發動機

燃氣輪機中運用的工程陶瓷

陶瓷上的藝術

新型的陶瓷木材

種類繁多的玻璃

神奇的玻璃城

夾絲玻璃的傳奇故事

夾層玻璃的功能

會保守“秘密”的壓花玻璃

“水晶宮”似的幕牆玻璃

與眾不同的微晶玻璃

安全玻璃

靈敏的調光玻璃

太陽能玻璃

輕便結實的玻璃鋼

對塑料的介紹

色彩豐富的塑料薄膜

壓電塑料薄膜的用途

回歸反光塑料薄膜

特殊塑料的導電性

神奇的發電塑料

發光塑料的應用

工程塑料具有“鋼鐵”性

塑料風箏與雲“共舞”

環保塑料

泡沫塑料

光滑的聚四氟乙烯塑料

塑料樹

識別有毒塑料袋

塑料瓶與食用油“無緣”

人工角膜

塑料代替金屬的時代

多氣孔的泡沫塑料

不怕火的塑料

塑料薄膜的形成

塑料也需要營養

正確選擇塑料材料

強勁的“凱芙拉”纖維

隨光變色的纖維

纖維家族中的“烈火金剛”

極細的光導纖維

“冷脹熱縮”的中空纖維

醫用纖維的廣泛用途

高品質的蜘蛛絲纖維

超細纖維的用途

合成纖維的防火性

光導纖維的傳遞性

高強度的合成纖維

會發光的異形纖維

種類繁多的異形纖維

隨溫度變色的纖維

光導纖維的用途

木材的自白

鋼鐵的自白

有色金屬的後起之秀——鈦

合成橡膠

罕見的液體磁鐵

半導體材料——硅

具有潛力的複合材料

納米材料

迎來超導世界

發展迅速的激光家族

神秘金屬的“超能力”

通情達理的智能材料

“有機硅”的性能

高吸水性樹脂的本領

黃金的特性

“硬度之王”——金剛石

合成塑料的鼻祖——酚醛樹脂

最輕的金屬——鋰

塑料製品的出現

最硬的新材料

第二章 納米研究與應用

科技領域革命的導火索

納米的理論基礎

納米研究應用

量子力學的延伸

納米的發展史

納米的性能

納米的另一種突破

新材料的革命

分子馬達的研究

力量無限的機器

神奇的微型機器人

納米機器人的感官

納米機器人的自我複製

納米火車的特性

虛擬中的真實

納米醫學的神奇

未來的生物導彈

摩爾定律的新發展

納米晶元的研發

超級電腦

神經計算機

隱身飛機的發展

智能軍服

麻雀衛星的神奇

人們都知道，陶瓷的透光性是很差的。近三四十年來，陶瓷專家經過長期的研究，已研發出一批能透光的先進陶瓷。

20世紀50年代的某一天，在實驗室里有位陶瓷專家和他的助手們正為研製透明陶瓷而勤奮地工作著。當一位助手從爐內取出一片燒制好的陶瓷樣品時，一不小心，那一小片樣品正好落在實驗桌上一本翻開的書上。這時，奇迹發生了：透過陶瓷樣品，書上的文字清晰可見。這本來就是他們實驗的最終目標。經過無數次失敗，現在終於研製成功了。年輕的助手們怎能不歡呼雀躍！他們一邊把帽子拋向天空，一邊呼喊著：“成功了！成功了！”

這時，以治學嚴謹而著稱的陶瓷專家抑制住內心的激動，讓助手們通過顯微鏡驗證一下。經過仔細檢查，這片陶瓷樣品完全合乎規格。1957年，在一次國際會議上，陶瓷專家鄭重地向同行們宣布：世界上第一片透光陶瓷誕生了！

那麼，陶瓷從不透光到透光，這期間遇到了多少艱難險阻呢？

經過悉心研究后陶瓷專家發現，陶瓷之所以不透光的主要原因是由於在陶瓷中有許多密密麻麻的細微氣孔。科學家們曾經做過這樣的實驗，當一束光線照射到陶瓷表面時，由於陶瓷中的細微氣孔對光線具有極強的散射能力，致使大部分光線分散到四面八方，最後被陶瓷所吸收。這就意味著，細微氣孔是光線通過陶瓷的“攔路虎”。只有趕走這隻“攔路虎”，才能使光線在陶瓷中暢通無阻。

為了趕走細微氣孔這隻“攔路虎”，陶瓷專家和助手們主要採取了以下技術措施：

第一，選用上好的原料。燒制這種陶瓷所用的所有原材料，它們的純度和細度都相當高，而且顆粒十分均勻。經檢測表明，原料的純度為99.99%，平均顆粒的尺寸為0.3微米，太大太小的顆粒一概去除。

第二，控制陶瓷結晶的形成速率。在研製透光陶瓷過程中，科學家們放慢了陶瓷結晶過程中晶粒的形成速度。晶粒的緩慢擠壓，會將微氣孔徹底趕跑。

第三，具備真空條件。為了使陶瓷體中不存在氣孔，就要減少加熱爐中的氣體，能抽成真空當然更好。這是因為，當加熱爐中幾乎沒有氣體時，這就等於斷絕了陶瓷中形成微氣孔的源頭。

透光陶瓷的用途很廣泛，在軍工行業、日常生活中都能見到它的蹤影。

少年朋友，特別是男性少年朋友大都喜歡閱讀有關現代武器裝備的書籍和文章。大家都知道響尾蛇導彈具有跟蹤目標的特性吧！

軍事科學家從響尾蛇捕食得到啟示，為導彈頭部設計並研製了一個紅外線探測器。這一探測器的任務就是發現、捕獲從敵機那兒輻射出來的哪怕是極其微弱的紅外線，對於敵機發動機噴射出來的高溫燃氣，那當然更不在話下。不過，為了抵擋導彈飛行過程中的高速氣流以及雨雪的沖刷，在導彈頭部的探測器上，需要有一個防護罩，防護罩要有足夠的強度和硬度。這是因為，高速飛行過程的導彈，它頭部的表面溫度可超過幾千攝氏度。簡而言之，對防護罩材料的要求之一，必須能夠耐超高溫。

經研究試驗證明，能承擔這一任務的就屬透光陶瓷了。只有它，最適合於製造響尾蛇導彈頭部探測器的防護罩。

20世紀30年代初，人們就已經知道：利用鈉蒸氣放電可以獲得一種高效率的光源。但是，由於當時各方面條件的限制，這種新穎的燈具無法進入實用階段。這是因為，鈉蒸氣放電會產生超過1000℃的高溫，鈉本身是一種非常活潑的金屬，有很強的腐蝕性，而用玻璃製成的燈管又過不了高溫關。由於一時找不到一種兩全其美(既耐高溫又不怕腐蝕)的燈管材料，因此，研製高壓鈉燈的計劃只好擱淺。

1957年，世界上第一塊透光(又稱透明)陶瓷的問世，為研製高壓鈉燈的計劃帶來希望。研究表明，透光陶瓷的熔點高達2050℃，而且在1600℃的環境下能不受鈉蒸氣的腐蝕，又可以通過95%的光線。經過有關科學家的不懈努力，高壓鈉燈終於在1960年橫空問世，后經過不斷改進，得到了實際應用。

高壓鈉燈是一種發光效率很高的電光源。經測試表明，普通白熾燈的發光效率只有10流明/瓦，高壓汞燈的發光效率為50～60流明/瓦，而高壓鈉燈的發光效率高達110～120流明/瓦。也就是說，在同樣功率的條件下，一盞高壓鈉燈能抵兩盞高壓汞燈用，而且光色柔和、銀白。在高壓鈉燈下看物體清晰、不刺眼。對於河道縱橫交錯的地區以及沿海城市來說，這種新穎燈具更具有特殊的吸引力——高壓鈉燈的光線能透過濃霧而不被散射。因此，作為汽車的前燈更合適不過了。

另外，高壓鈉燈的平均壽命長達1萬～2萬小時，比高壓汞燈的壽命長兩倍，比普通白熾燈高10倍以上，是目前使用壽命最長的燈。

除了可研製高壓鈉燈以外，透光陶瓷還適用於研製其他新穎燈具，例如鉀燈、銣燈、銫燈以及金屬鹵化物燈等。

夏日，驕陽似火，要是戴上一副墨鏡，就舒服多了，因為強烈的陽光會使你睜不開眼。假如你正好從焊接工人身旁走過，而他正在那兒焊接材料，這時，當你的眼睛受到電弧強光的刺激后，會使雙眼一時看不清周圍的東西。如果戴著墨鏡，電弧的強光對你的眼睛就不會造成什麼干擾了。

說到強烈光對眼睛的刺激，當原子彈爆炸時，情況就更嚴重了——強烈的光輻射會使人看不清東西，甚至寸步難行。但是，核試驗工作人員重任在肩，他們必須注視著原子彈爆炸的全過程。但在爆炸前的準備階段，他們又有許多事情要做。而這些工作，又不能戴著墨鏡完成。從按下按鈕——原子彈爆炸——到出現光輻射，總共不過3秒鐘時間。簡而言之，等原子彈引爆之後再戴墨鏡，顯然時間是不夠的。

在軍事國防上，在工業戰線上，在日常生活中，人們迫切需要有一種能自動調光的護目鏡。這種護目鏡在遇到強光時能自動迅速變暗，當危險光消失后，又能恢復到原來的明亮狀態。現在，研發出了透光陶瓷，人們便可夢想成真了：因為它能透光、耐高溫、耐腐蝕、強度高。講得形象一點，在陶瓷護目鏡的鏡片中，有一套自動化關閉、開啟系統。有了這種新穎護目鏡的出現，電焊工人在操作時，就不必一手拿著面罩，一手拿著焊槍了。他們可以在進行電焊前，把面罩戴上，電焊結束后，再脫下面罩。有了這種護目鏡，核試驗工作人員就可以戴著它進行核爆炸前的各項準備工作了。

墨鏡家族中新添的這位成員，為需要在強光下工作的人們帶來了福音。P13-15

科學是人類進步的第一推動力，而科學知識的普及則是實現這一推動的必經之路。社會的進步、科技的發展、人們生活水平的不斷提高，為我們青少年的科普教育提供了新的契機。抓住這個契機，大力普及科學知識，傳播科學精神，提高青少年的科學素質，是我們全社會的重要課題。

人類的智慧在我們生存的這個蔚藍色的星球上正放射出耀眼光芒，同時也帶來了一系列不容忽視的問題。引導21世紀的青少年了解人類最新文明成果，以及由此帶來的人類必須面對的問題，是一件十分必要的工作。為此，我們組織了一批專家學者編寫了這套《青少年科學探索·求知·發現叢書》。

《青少年科學探索·求知·發現叢書》共23冊。

《新材料：你不知道的秘密》是一本介紹新材料的科普讀物。

本套叢書綜合了當今最新科技研究成果，具有很強的科學性、知識性、可讀性，是青少年朋友了解科技、增長知識、開闊視野、提高素質的良好科普讀物。

叢書編委會

2012年7月