日新月異的材料世界

你只要認真觀察一下，就可以發現：在我們周圍形形色色的材料世界里，每天都會有新的變化，用“日新月異”來形容材料世界，一點也不夸張。

在浩瀚的材料世界里，“金屬王國”長期稱霸，但是近年來，以塑料為代表的“有機高分子王國”和以新型陶瓷為代表的“無機非金屬王國”迅速崛起，向“金屬王國”提出了嚴峻的挑戰，以致在材料世界形成了有趣的“三國鼎立”新局面。

實力雄厚的“金屬王國”

“金屬王國”對于人類社會貢獻很大，從原始社會的“石器時代”到逐步進化的“青銅器時代”，標志著人類由蒙昧走向開化。“鐵器時代”的到來，將人類帶入農業社會。而“鋼鐵時代”的來臨，又標志著人類文明的進步，造就了工業社會的現代文明。

鋼鐵的年產量代表一個國家實力的水平，在人類工農業和國防科研以及日常生活中，鋼鐵仍占據最重要的地位。而金屬鋁的應用，鈦的出現，放射線金屬元素的巨大貢獻，還有形形色色威力無比的非晶態金屬和新型合金，使龐大的、實力雄厚的“金屬王國”發揮出更大的作用。

比如“記憶金屬”像一個魔術師，能記住自己的形狀，當它受到外力作用變形后，只要給以相應的溫度。就能自動恢復原狀。現在已發現幾十種具有“形狀記憶效應”的合金，這些合金在軍事、航天、醫學等領域得到了廣泛應用。而非晶態金屬的特點是：強度比相應晶體材料高10倍，耐腐蝕性好，韌性大，電磁性能優良，耐磨性好，熱膨脹系數小，用途非常廣泛。

科學家設計制造出的“低溫超導電纜”，將引起電力工業的一場劃時代的革命。如果使用沒有電阻的超導材料作輸電導線，實現了“無損耗輸電”，實際上等于增加了發電量。在世界能源緊張的今天，這可是一筆可觀的財富啊!

令人眼花繚亂的“有機高分子王國”

“有機高分子王國”是個年輕的王國。但是品種眾多。從總體來看，塑料、橡膠、纖維三大合成材料是主要成員。現在各種新型高分子材料不斷涌現，它們本領超凡，性能獨特，這樣使得新崛起的“有機高分子王國”在材料世界中獨占一方。

塑料家族可以分為通用塑料、工程塑料和特種塑料等幾類。通用塑料最常見。如聚乙烯、聚丙烯等，它們產量很大，占塑料產量的80％；工程塑料比一般塑料有更高的耐熱、耐磨性和抗沖擊性，甚至具備某些金屬的性能，它比金屬容易成型(可以一次成型)，加工方便，便于組裝，因此品種和產量迅速增加，主要產品有聚酰胺、聚甲醛聚酯等；而特種塑料是指在高溫高腐蝕或高輻射的特殊環境下使用的塑料。

最近研制成功的“導電塑料”則具有巨大意義，導電塑料既有可塑性，又具有導電性。它質量輕，便于成型，如果將其代替金屬作輸電導線(主要用作導線芯)，那就可以節省多少寶貴的金屬銅或鋁呀。近幾年才開始研究的高分子聚合物太陽能電池，目前已經取得一定進展。它將太陽能轉化為電能的效率提高到了3％。一旦研究取得突破，其廉價的成本必將帶來廣泛的應用前景。利用導電塑料能夠吸收電磁波這個特性，還可以制成抗電磁波干擾的屏蔽裝置，非常輕便。更令人驚奇的是，科學家又研制出“超導塑料”，這種新型導電塑料在零下270攝氏度時，電阻變為0，對于“超導物理”理論研究又提出了新課題，潛在的實用價值也是很大的。

人們對導電塑料研究最關心的，當數“塑料電池”。“塑料電池”質量輕，容量大，如果代替沉重的鉛酸電池。將導致電池行業的一場革命。最終會使電動汽車廣泛使用。電動汽車沒有污染，噪聲小。不使用日益短缺的石油能源，不污染環境，是當前汽車發展的方向。主要的問題是當前使用的鉛酸電池太不理想，體積大、質量重、蓄電能力差，要行駛較長路程，必須攜帶足夠的蓄電池，以致占到汽車總質量的一半，而且充電時間長，使用和安裝都很不方便。如果輕便安全的塑料電池能代替它，這個難題就會迎刃而解了。另外，塑料電池在電動自行車和火車上也會有很大用途。

利用高分子材料還能制成人工器官，像人造皮膚、關節、食道、血管……具有特殊功能的高分子材料，可以制成神奇的避火衣、避彈衣，用途非常廣泛。橡膠與塑料纖維“合作”，成為功能獨特的“橡塑纖維材料”。既有橡膠的彈性、塑料的硬性，又有纖維的韌性，性能更加完美。

我國航天英雄楊利偉在“神舟”五號上穿的宇航服，質量約為10千克，是用一種特殊的高強度滌綸做成的，楊利偉戴的透明頭盔也是利用一種增強樹脂制成的。

人類將進入“新石器時代”

“陶瓷王國”，是一個既古老又年輕的龐大王國。具有5000年的歷史。它的正式名稱為“無機非金屬王國”，成員眾多，有陶瓷、玻璃、寶石、水晶、水泥、耐火材料、半導體材料……習慣上仍舊叫“陶瓷王國”。

現代新型陶瓷可今非昔比，面目一新，由于純度的不斷提高和制造工藝的日臻完善，陶瓷又成為具有電磁功能、光學功能、熱功能、機械功能及生物化學功能的新型材料，在各個領域中得到廣泛的應用。

有打不破的增韌陶瓷，在烈火中永生的高溫陶瓷，巧奪天工的透明陶瓷，能將壓力變為電能的壓電陶瓷。可在高頻下使用的磁性陶瓷……未來的某一天，我們可能改用陶瓷作底片拍照，陶瓷照片日曬雨淋火燒水浸都不褪色；我們也可能把半導體陶瓷刷在墻上，通上安全電壓后保持恒定室溫，從而取代空調。陶瓷發動機在1300℃的高溫照樣正常工作。比合金的還要保險，一些技術發達的國家已經采用韌性陶瓷代替金屬材料來制造發動機了。這種發動機的體積小、質量輕、熱效率高，用同樣的燃料可以使汽車多跑30％的路程，是一種很有發展前途的節能型發動機。

“陶瓷王國”的巨大優勢還在于原材料取之不盡，制造工藝相對簡單方便，價格比較低廉，而且新產品的科技含量也越來越高。“陶瓷王國”的發展速度很快，充滿了活力，因此成為材料世界中不可忽視的第三王國。有人驚呼：人類又將進入“新石器時代”!

精誠合作的材料世界

在“金屬王國”、“有機高分子王國”、“陶瓷王國”三國鼎立的材料世界，既有激烈的競爭，又充滿友誼，各種新型復合材料就是它們密切合作的產物。所謂復合材料就是指將兩種或兩種以上不同材料結合起來，互相取長補短。

這些新型復合材料威力無比，更能滿足人類社會發展的需要。比如航天飛機的許多部件要求極高：質量輕、強度高、耐高溫、耐低溫、耐腐蝕……沒有一種單一的材料可以單獨直接勝任，而各種新型復合材料卻完全可以勝任。

航天飛機的“外衣”是至關重要的設備，它就是利用新型復合高溫陶瓷制成的，利用一種特殊“高效阻燃膠”將3萬多塊復合瓦片一片一片粘貼到飛機上。航天飛機就像穿上了“金縷玉衣”。

責任編輯：胡云志