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“三国鼎立”的材料世界
作者：李俊玲
(奇 奇)
长期称霸的“金属王国”
“金属王国”对于人类社会贡献很大，在人类发现的107种元素中，金属就占有85种，是绝对优势!现代社会把黄金储备作为国家财富的象征，真不愧是“金属之王”，是人类发现最早的金属，既是极其昂贵的金属，又是在现代科技中用途广泛的金属。世界上最早的登月“太空宇航服”，它的外表还要镀上一层黄金呢，目的是反射各种辐射。几年前人类发射宇宙飞船，携带一张喷金的铜唱片，将在茫茫宇宙中旅行几亿年，还能保持嘹亮如新的音色呢!
现在钢铁元帅仍然极其重要，在人类工农业和国防科研，以及日常生活上，钢铁仍占据最重要的地位。而金属铝的应用，“未来金属”钛的出现，放射性金属元素的巨大贡献，还有形形色色威力无比的新型“合金”……使庞大的实力雄厚的“金属王国”，发挥出更大的作用。比如“记忆金属”仿佛一个魔术师，能记住自己的形状，当它受到外力变形后，只要给以相应的温度，就能自动恢复原状。现在已发现几十种具有“形状记忆效应”的合金，在军事、航天、医学等领域得到广泛应用。科学家设计制造出实用“低温超导电缆”，将引起电力工业的一场划时代革命。“超导电缆”的输电能力是铜的3-4倍，具有实用价值。目前世界上的电能约有四分之一损耗在输电线路上，如果使用没有电阻的超导材料做输电线路，实现了“无损耗输电”，实际上等于增加了发电量。在世界能源紧张的今天，这可是—笔可观的财富啊!
迅速崛起的“塑料王国”
“有机高分子王国”是个年轻的王国，“塑料、橡胶、纤维”三大合成材料是主要成员。塑料产量最多，几乎与钢铁产量相等，社会上各个领域都有它的身影，几乎无孔不入。现在各种新型高分子材料不断涌现，它们本领超凡，性能独特，这样使得“有机高分子王国”在材料世界中独占一方。
塑料家族可以分为通用塑料、工程塑料和特种塑料等几类。通用塑料最常见，如聚乙烯、聚丙烯等，它们产量很大，占塑料产量的80％；工程塑料比一般塑料有更高的耐热性耐磨和抗冲击性，甚至具备某些金属的性能，它比金属容易成型(可以一次成型)，加工方便，便于组装，因此品种和产量迅速递增，主要产品有聚酰胺(就是尼龙)、聚甲醛、聚酯等；而特种塑料是指在高温高腐蚀或高辐射的特殊环境下使用的塑料。
你看，胜过钢铁的高强度塑料，制成塑料刀、斧、锯，锋利无比：新型防弹衣和头盔，早已取代了笨重的钢盔、沉重的防弹衣；号称“塑料王”的氟塑料(聚四氟乙烯)绝缘性特别好，不怕冷、不怕热、不怕酸也不怕碱。
而最近研制成功的“导电塑料”则具有巨大意义，导电塑料质量轻，如果利用它代替金属输电，那就会节省大量宝贵的铜或铝，“塑料电池”重量轻，容量大，如果代替沉重的铅酸电池，人们期待的“电动汽车”就会大量生产，在当前面临能源危机和环境污染中，意义是十分重大的。
高分子材料还能制成人工器官，像人造皮肤、关节、食道、血管等，真是人类的福音，具有特殊功能的高分子材料，可以制成神奇的“避火衣”“避弹衣”，用途广泛；橡胶与塑料纤维合作，成为功能独特的“橡塑纤维材料”，既有橡胶的弹性、塑料的硬性，又有纤维的韧性，性能更加完美。
我国“神舟”五号载人宇宙飞船发射升空，“宇航英雄杨利伟身穿宇航服，重量约10公斤，是用一种特殊的高强度涤纶做成的，他戴的透明头盔帽也是利用一种增强树脂制成的。
威力无比的“陶瓷王国”
“陶瓷王国”是一个既古老又年轻庞大的王国，具有5千年的历史。它的正式名称为“无机非金属王国”，成员众多，有陶瓷、玻璃、宝石、水晶、水泥、耐火材料、半导体材料……习惯上仍旧叫“陶瓷王国”。现代新型陶瓷可“今非昔比，面目一新”，20世纪60年代陆续研制成功，由于纯度的不断提高和制造工艺的日臻完善，陶瓷又成为具有电磁功能、光学功能、热功能、机械功能及生物化学功能的新型材料，在各个领域中得到广泛的应用。
有打不破的增韧陶瓷，在烈火中永生的高温陶瓷，巧夺天工的透明陶瓷，能将压力变为电能的压电陶瓷，可在高频下使用的磁性瓷……陶瓷发动机在1300℃的高温照样正常工作，比合金钢还要保险,这种发动机的体积小、重量轻、热效率高，用同样的燃料可以使汽车多跑30％的路程，是一种有效的节能型发动机。
玻璃家族人口兴旺：有钢化玻璃、变色玻璃、记忆玻璃……还有人造宝石，人造金刚石用途更加广泛。一种由纯二氧化硅制成的“气凝胶”，是世界最轻固体，密度仅是玻璃的千分之一，却能承受1400℃高温。
“陶瓷王国”的原材料取之不尽，制造方便，价格比较低廉，科技含量越来越高，也是当代发展速度最快的工业之一，因此成为材料世界中不可忽视的第三王国。
精诚合作的“材料世界”
“三国鼎立”的材料世界，有激烈的竞争，又充满友谊，各种新型复合材料就是密切合作的产物。所谓复合材料就是指将两种以上不同材料结合起来，互相取长补短。
“钢筋水泥”就是人们熟悉的复合材料。现在科学家已经研制出大量的新型复合材料：塑料钢板、玻璃钢砖、金属陶瓷、金属塑料、塑料木材、磁性塑料、生物陶瓷、光导纤维，玻璃纤维，碳／碳纤维……
当前进行的这场新材料技术革命，对材料世界提出了前所未有的高要求：一是耐高温(3000℃以上)；二是超强度(每平方米2000千克以上)；三是超微密度(每立方厘米1.3克以下)；四是多功能；五是无污染(可自毁）；六是可再生。
这些新型复合材料如虎添翼，威力无比，更加满足社会发展的需要。比如航天飞机的许多部件要求极高：重量轻、强度高、耐高温、耐振动、耐腐蚀……没有一种材料可以单独直接胜任，而各种复合材料却完全可以胜任，航天飞机的外衣是至关重要的设备，当航天飞机由太空返回地球时，速度极快，与空气剧烈摩擦，会产生3000℃以上的高温呀!这件“避火衣”就是利用新型复合陶瓷制成，用3万多块瓦片“金缕玉衣”式精心覆盖在航天飞机身上，“避火衣”价值达3亿6千万美元，使航天飞机可以成功地往返于地球与太空之间!
“材料世界”的广阔新天地
材料、能源、信息技术被认为是现代文明的三大支柱，所谓“新材料”是指最近发展或正在发展中的具有比传统材料更为优异的性能的一类材料。目前世界上的传统材料已有几十万种，而新材料正以每年大约5％的速度增长。现今全世界已有800多万种人工合成的化合物，而且每年还以25万种的速度递增其中相当一部分将成为新材料。
随着对材料微观结构和宏观性能规律的深入研究，人们正在利用电脑进行分子设计，以便制造出有预订性能的新材料。一些特殊性能的新型材料正如“雨后春笋”般不断出现。人类也将迎来一个崭新的材料天地!