《迷人的材料》精读29

№28 后记

如本书一开头的时候所说,我们虽然极大地受惠于这些材料,却视之为自然;它的重要性与音乐、电影、游戏相当,但我们却对此了解甚少。因此,作者在介绍了这么多种材料后,在本书的结尾时对他所理解的材料进行了总结,他不仅仅是从物质层面进行分析,更表达了一种深刻的材料艺术、科学与哲学。


作者提出了一个相当具有哲学深度的材料概念:就算某种材料看起来只有一种颜色,摸起来只有一种感觉,就算它外表只有一种模样,那也是幻觉。任何材料其实都是由许多不同的实体组成的,而这些实体会在不同尺度上展现。


所以,我们所见的世界究竟应该是什么样的世界?


(一)万物都由原子构成

任何材料的结构并不是单一的,而是一层套着一层。原子是最基础的材料结构之一,但同时还有更大的结构也同样重要,如本书所提到过的位错、晶体、纤维、支架、凝胶等等。这些结构共同塑造了材料的形状等性质。因此要解释一种材料的性质,不光要从分子的化学性质去考虑,还要考虑到材料的结构。


万物都由原子构成,因此,金属和塑料会有共同点,塑料和巧克力也会有共同点。地球上自然存在的原子有94中,其中8种构成了98.8%的物质,分别是铁、氧、硅、镁、硫、镍、钙、铝,其他的都是微量元素,甚至连碳也是微量元素。


另一方面,材料的性质并不单单取决于其组成原子的性质。例如我们说过的钻石和石墨,二者都有同一种元素组成,但原子排列方式不同却造成了巨大的差异。因此,光知道材料的化学成分并不能使你了解材料的性质。正如人体基本由碳氢氧氮组成,但却能形成头发、骨骼、皮肤等多种极为不同的材料。


换句话说,材料是由原子组合而成的。什么样的原子固然重要,怎么组合也同样重要。请参看下图:

图片发自简书App



(二)结构尺度影响大

调整材料的纳米结构,就能改变材料的性质。例如,铁匠打铁其实就是在改变铁内结晶的形状。现在纳米科技蔚为风潮,我们借助工具能够在纳米尺度下进行观察、操控、创造。我们前面提到的生物细胞、铁结晶、纸的纤维素纤维,混凝土原纤维,这些都是属于微观尺度的。


“介观尺度”是肉眼可见的临界点,包含了原子结构、纳米结构和微观结构。而“袖珍尺度”则指肉眼刚好可以看见的尺度,包括了原子结构、纳米结构、微观结构和介观结构,例如头发、缝针等等。袖珍尺度使人们能感受到物质独特的质感、形状。最后是人的尺度,包括我们拿在手上的、放进嘴里的等东西。正是这些不同尺度,让我们明白,为什么所有金属外表都类似,性质却南辕北辙;为什么有些塑胶很柔软,有些却那么坚硬。


(三)材料的意义

材料的意义和材料的用途密不可分。例如,金属坚硬,适合制造机械,因此带上了可靠、强韧的形象特征。我们坐火车、刮胡子都得依靠金属。有的人喜欢金属,有的人却讨厌它,有时候我们并不清楚为什么。有时候我们会通过选择材料来体现我们自己的价值观,例如家居装修。我们在塑造材料,材料也在塑造着我们。


思考与讨论:


读完本书,你对我们生活其中的外部世界是否有了更加深入的了解了呢?本书提到的哪一点知识对改变你的认识影响最大呢?为什么?你会像作者一样,开启材料研究之旅吗?

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