《迷人的材料》读书笔记
《迷人的材料》读书笔记
## 走进神奇的材料世界
人类社会每一个新时代都是因为一种新材料出现而促成的。
人类构建了物质世界，从本书可以挖掘出物质来自何处、如何作用，又如何定义了我们。
每一章不但会介绍一种材料，还会提供一个认识材料的不同角度。有些主要从历史出发，有些来自个人经验；有些强调材料的文化含义，有些则强调科技的惊人创造力。
材料科学是从技术层面了解物质的最强大、最统合的理论架构。
> 材料科学的基本概念就是：看不见的微观世界若有变化，那么在人的尺度之中，物质行为也会跟着改变。
人类的材料知识从石器时代开始就不断累积，但直到20世纪才掌握了材料的真正结构。
> 人在感觉和生活上都和材料建立了关系，带来了许多奇妙的结果，有些物质虽然有瑕疵，我们却爱不释手；有些材料很实用，我们却深恶痛绝。（如陶瓷）有一门学科专门有系统地研究人对材料的感官反应，并且发现了许多有趣的现象，那就是心理物理学
## 钢 Steel
合金通常比纯金属坚硬，原因很简单：外来圆子的大小和化学性质，都跟原来的金属原子不同。因此嵌入后会扰动原本金属晶体的物理和电子结构，产生一个关键后果－－让位错更难移动。位错更难移动，晶体形状就更难改变，金属也就更坚硬。因此_制造合金就成为防止位错移动的一门技艺_
日本武士工匠的创新之处在于有能力分辨高碳钢和低碳钢，前者硬而易碎，后者软而强韧。用锐利的高碳钢包覆强韧的低碳钢。
贝塞麦法：把空气灌入熔铁，让空气中的氧和铁里的碳发生化学反应形成二氧化碳，以此把碳带走。（原始步骤慢慢移除碳到1％）马希特建议改进先移除全部的碳，然后再把百分之一的碳掺回。
“磨刀”（钢刃、手术刀、剃须刀）：在皮革上来回磨动，真正把刀磨利的是沾在皮革上的细石粉，氧化铁矿物，现在比较常用钻石粉。
不锈钢：碳、铬。氧化铬是透明坚硬的矿物质，对铁的附着力极强。
## 纸 Paper
在人类历史上大多数的时候，纸都是稀有的奢侈品。
制作过程：木材－－碎片－－掺入化学物质、高温高压－－释放出纤维素－－液态木浆－－化学漂白剂
硫酸铝会让纸更光滑，会产生酸性，导致纸纤维和氢离子反应，使纸发黄，并且让纸更脆弱。
纸的老化还会生成数种容易挥发的有机分子，让古书和旧纸发出味道。
相机“定影” ：反射的光穿过相机镜头落在相纸上，溴化银和氯化银分子变成微笑的银结晶，在相纸上行程灰斑。
纸有非常适合凹折于弯曲的力学构造。大力折纸会让该部位的纤维素纤维断裂，产生永久的弯折，但仍有足够的纤维没有受损，使得纸张不至于撕开或断裂。
> 发票打字原理：只要纸张受热，酸和无色染料就会发生反应，使染料变黑，有了这项精巧的纸张设计，机器就永远不会断墨。不过，变黑的染料放久了又会回复透明，使字迹变淡。
纸的亮度、平滑度和重量都已经证明，它能决定某些杂志的成败。
纸的硬度取决于“上浆”，就是高岭土或碳酸钙之类的 细粉添加物。降低纸张的吸水性，调节纸的洁白度。添加物和让添加物固着在纤维上的粘合剂会形成所谓的“复合材料基质”，控制这个基质就可以决定纸的重量、强度与硬度。
汽车票、火车票：硬纸板
纸钞：纯棉，更强韧、改变了声音，清脆声。棉基纸很难伪造。
碘笔在木质纤维素纸和棉质纸上的写字的效果是不同的，后者无变化。
水印是稍微改变棉的密度，使得纸钞的某些部分较亮，某些较暗，形成特殊的图形或图案。
水墨屏：把墨水转变成所谓的亚努斯粒子。电子纸上每个像素都可黑可白，只要调整电荷即可。由于亚努斯粒子是实体的墨水，切换文字时粒子必须旋转。
纸给人带来的文化韵味：新闻报纸的可信度、信件的情感寄托等。
## 混凝土 Concrete
混凝土凝固时会和水作用，引发连锁化学反应，在混凝土内部形成复杂的微结构。
成分：碳酸钙、硅酸盐，必须要断开它们的化学键，需要富含铝和铁的矿石作为催化剂，即“水泥”
果冻胶花是因为明胶，水泥胶化则是因为水合硅酸钙原纤维。
加水多少是关键。
材料断裂：
1. “塑性断裂”
材料受拉扯后会产生晶格重排而导致延展，必须移动许多错位。
2. “脆性断裂”
这些材料无法借由流动抵消拉扯的力道，只要有一处脆弱就会破坏整体，使得材料断开或破裂。
混凝土里的硅酸钙原纤维不仅会吸附石头，也会吸附金属。 －－钢筋混凝土
机械化的建筑方法让混凝土称为极现代的建材，可以通过浇筑和浇灌，迅速盖起庞大的建筑。
为了防止石材或混凝土结构受到损害，建筑物每50年就得养护一次。
自愈合混凝土－－嗜碱杆菌
透水混凝土
自洁净的混凝土－－二氧化钛
> 二氧化钛粒子吸收了阳光中的紫外线后，就会产生自由基离子，能够分解沾上它们的有机污垢，让污垢由风或雨水带走。
> 还可以充当触媒转换器，减少空气中的氮氧化物，而这些氮氧化物是由车辆排放出来的。
## 巧克力 Chocolate
梅纳反应是糖和蛋白质的作用，影响颜色与气味。
可可豆去除脂肪后，就能磨成更细的可可粉，使得冲泡后的渣滓感消失，变得如丝绒般滑润顺口。
分离并纯化可可脂后，再按比例混合，然后加上糖，创造出完美的可可豆－－巧克力。
牛奶大幅改变了巧克力的滋味。
可可脂是饱和脂肪
## 发泡材料 Foam
果冻网格内的水分子是由表面张力拉住的。
将胶体里的水分替换为空气－－泡沫
以二氧化硅为固体结构的胶体－－气凝胶
> 绝热、抗压
## 塑料 Plastic
替代象牙：硝化纤维素－－燃烧－－塑料
台球
生物塑化法
帕克斯虽然一直认为火棉胶可以制成塑料，但始终没能找到合适的溶剂把硝化纤维素转化成具有可塑性的材料。
丙烯酸塑料－－假牙
赛璐铬软片－－照相底片、胶卷
电木（电话、电视和收音机）、尼龙（时装）、黑胶（音乐）和硅胶（整形）
## 玻璃 Glass
具有液态结构的二氧化硅固体－－玻璃
透明玻璃问世之前，镜子都是由金属表面高度抛光制成。在金属上加一层透明玻璃，不仅能保护金属表面不受刮损和腐蚀，还能减少金属的用量刀只需一毫米厚即可。
玻璃里的气泡越大，酒杯就越禁不起撞击。
中国人的材料技术发展领先了西方世界足足一千年。他们在纸、木材、陶瓷和金属的发展都是专家，却独独忽略了玻璃。
玻璃透光的奥秘
玻璃的透明与惰性，让它
常适合用来混合化学物质和观察反应。
耐热玻璃是加了氧化硼的玻璃。
强化玻璃－－鲁伯特之泪的压应力。
防弹玻璃－－在新型强化玻璃中间夹了一层塑料。
## 碳 Graphite
钻石与石墨
碳原子的排列方式不一样
真空中加热钻石，会变成石墨。
碳纤维－－把石墨纺成细丝，细丝织成布料再纵向卷起，就会有极高的强度和硬度。需要依靠范德华力，用环氧胶保住纤维，就是碳纤维复合材料。
石墨烯是世界上最纤薄、最强韧和最坚硬的物质。－－ 单层石墨
>克莱因隧穿效应 －－ 触控
## 瓷器 Porcelain
陶瓷完全不怕紫外线降解和化学攻击，而且比其他材质更耐磨耐刮。油料、油脂和大多数污渍都沾不上它。真正的永续材料非陶瓷莫属。
东方的陶匠最先解决了陶瓷多孔和易碎的问题。
## 植入物 Implant
石膏绷带
“汞齐”、复合树脂 －－ 蛀牙
人体对置入体内的物质非常敏感，而钛是少数能被接受的材质。
人体最先耗尽的不是肌肉也不是韧带，而是关节内面。膝关节和髋关节尤其如此。
老化是指下一代细胞无法重建上一代遗传下来的结构，不断产生瑕疵，降低组织和器官的表现。
## 后记
排列的规则取决于量子力学。
材料的性质都出自纳米结构，调整这个尺度的结构就会改变它们的性质。
纳米世界的主要作用力为静电力和表面张力，重力非常微弱。
21世纪真正的难题在于结合所有尺度的结构，形成人的尺度的物体。
>智能手机，结合了纳米尺度的触控屏幕和电子元件
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