《迷人的材料》1：欣赏生活，你要有不一样的眼睛
文/杜豆豆
欣赏生活，你要有不一样的眼睛
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欣赏生活，你要有不一样的眼睛。
有位中学生，乘坐地铁时候遇到一个抢劫犯。这个抢劫犯手里拿了一片小小的剃须刀刀片，居然割穿了他厚厚的冬装。而且，还划伤了他，留下一道13厘米长的伤口。
这个中学生非常惊讶，他实在想不到，一个小小的钢片，能造成这么大的伤害？从那天开始，他就成了一个材料迷，到处探究各种材料的奥妙。
他不断的钻研，取得了牛津大学的材料科学博士学位，成了一位知名的材料科学家。他甚至还和同事建立了一个材料馆，收藏各种各样千奇百怪的材料，比如气凝胶、铀玻璃等等。
这个“他”不是别人，就是今天我要给你介绍的《迷人的材料》这本书的作者马克·米奥多尼克。身为伦敦大学学院材料科学的教授，英国皇家工程学会的会士，他不仅是一位学者，他还热爱科普，曾经担任多部纪录片的主持人，为大众讲解材料科学。
想想看，我们的衣食住行样样都依赖于材料，我们现在所生活的世界不就是一个巨大的材料馆吗？混凝土、玻璃、金属、塑料等等，都是材料。正是在这些材料的基础上，我们创建了我们的文明世界。
再想一想，我们的文明时代，甚至是以材料来划分的。石器时代、青铜时代，铁器时代。每进入一个新的时代，就会由一种新的材料促成。比如，钢铁促成了工业时代，赛璐璐促成了影像时代，硅和硅芯片促成了信息时代。正是那些我们肉眼看不见的原子，我们所不熟悉的微观世界，它们的变化带来了人类世界物质行为的变化。
《迷人的材料》这本书以深入浅出的方式为我们生动地解释了10种很日常但却很神奇的材料。它们是怎么发明的？怎么制造的？为什么重要？他们来自于哪里？有什么样的文化？这些丰富多彩的知识能够帮助我们扩展视野，打开认识世界的另一扇大门。
这本书读起来非常轻松，因为它不单纯是科普知识，而且和我们的生活息息相关。它会教你从另一个角度欣赏生活，观察身边的材料。它会让你在作者慢悠悠的讲述中，领悟到材料的迷人之处，材料和我们生活的密切，以及材料是如何推动我们人类社会不断发展的。
好了，以上就是本书的概要和作者简介。接下来，我就将本书分为四个重点，为你讲述主要内容：（1）钢铁是怎么炼成的？（2）纸、混凝土、巧克力，它们有什么不可思议的奥秘？（3）气凝胶、塑料和玻璃，有哪些动人的故事？（4）碳材料、瓷器和植入物，也有你不知道的迷人之处。
《迷人的材料》
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首先，我们来看第一个重点：钢铁是怎么炼成的？
一说“钢铁是怎么炼成的？” 估计大部分人都会想到那部伟大的同名小说。不过，今天我们可不是来励志的，我们讲的是真正的炼钢技术。
地壳中，只有两种金属是自然存在的，一种是铜，还有就是金。其它的金属，都需要从矿石中提炼出来。人类几千年前就会炼铁了，但炼钢可是个晚熟的技术，到19世纪才开始逐渐成熟。
金属和其他材料相比，有个最显著的特征，就是“可塑”，比如一加热就能变软、甚至化为液体，一敲打就能更有韧性。正是这种可塑性，让金属成了制作工具的最佳材料。
那可塑性这种特性是怎么形成的呢？这是因为金属是晶体结构，晶体里的原子之间由金属键固定，所以金属才会坚韧。但如果金属总被撞击，金属键被打断，晶体位移，结构就会改变。这也是为什么老用一把刀，时间长了会变钝的原因。
因为原子断裂而改变构造的过程，也被称为“位错”。加热可以产生位错，所以金属熔点的高低，就代表了位错的难易，同时加热也成了提炼金属的关键。
古埃及人就会炼铜，据说为了建造金字塔，他们造出了30万把铜凿子。但是铜的硬度不够，很容易变钝。金也是一样，硬度也不高。你看老人们怎么验真金的？是不是拿牙咬咬？
但是，铜和金里只要加入少许其他金属，就能变成高硬度的合金。这是为什么呢？
这是因为外来原子的加入，打乱了原金属内晶体的结构，位错就难以发生了，金属自然硬度就增加了。同时，颜色也会发生变化。比如，纯氧化铝晶体是透明的，加了铁原子，就会变成俗称的蓝宝石。
青铜，就是黄铜加入了少量的锡和砷，而变得更为坚硬的。
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说到这里，应该有不少人都想到了。钢，其实也是一种合金——是在铁里加了碳而形成的合金。
碳原子挤在铁原子之间把晶体拉长了，形成了钢。碳原子的多少会影响钢的硬度。如果过多，刚就会很脆，容易断。
说起钢的传奇，可以追溯到古罗马时期。人们曾在一处古罗马的遗址里，发现了一个大坑，里面掩埋了高达7吨的铁钉和钢钉。这些钉子说明，古罗马当时已经掌握了很高的炼铁炼钢技术。他们正是凭着先进的技术，才造出了雄伟的大船和锋利的刀剑，建立了辉煌的古罗马帝国。
还有一个，就是亚瑟王的王者之剑。那把剑之所以有魔力，是因为当时很多刀剑经常折断，所以有一把高品质的钢剑，就会成为战场上的英雄。
还有著名的日本武士刀，15世纪的时候曾经独步全球称霸世界500多年。武士刀的成分是特殊的玉钢。这种钢很特别，有高碳钢，也有低碳钢。日本人将低碳钢用于刀身，不会轻易折断；将高碳钢用于刀锋，用炖了可以重新磨得更锋利。
武士刀
钢制作工艺复杂，造价高。到工业时代的时候，欧美要搞很多工程，多数用铸铁，因为铸铁可以大量低价制造并使用模具铸型。
但是，铸铁很容易破裂，发生意外。后来有一位叫贝塞麦的工程师说他可以用更简单的方法制造钢水。他把空气灌入熔铁中，让铁里的碳和氧气发生化学反应，形成二氧化碳，把碳带走。氧化碳在生成的过程中，会提高熔炉的温度，让钢保持滚烫并呈现液态。
很多钢铁制造商听信他的话，买了他的专利使用权，但是没想到不管用，以致于血本无归，纷纷找来退钱。
后来贝塞麦又继续进行了改良，将碳全部移除，然后再用1%的碳掺回。这回终于成功了，但是钢铁商被骗过一回，不愿再上当。他只好自己开了炼钢厂，结果没过几年，就造出了非常便宜和高产量的钢铁，从此富甲一方。
机器时代也就这样正式到来了。
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到了1903年，有一个叫吉利的美国商人，用贝塞麦的方法做出了非常廉价的刀刃。结果把吉利的剃须刀片卖遍了欧美，成了家家户户的必备品。
但是，这时候的钢还是很容易生锈的。
那不锈钢是怎么出现的呢？这源于一个偶然事件。
在一战的时候，布雷尔利受雇钻研合金，改良枪管。他每天把不同的金属，往铁里掺，观察效果，测试硬度。有一天，他忽然在一堆生锈的枪管里，发现有东西在闪闪发亮。这便是世界上第一块不锈钢的产生诞生。这块不锈钢，是布雷尔利在铁中加入了碳和铬而得来的。
钢会生锈，是因为铁遇到了空气和水，形成了氧化铁。也就是铁锈。但是，一旦铁里加入了铬，氧气会优先和铬反应，形成氧化铬。氧化铬吸附在铁上，形成了透明坚硬的保护膜。虽然不够坚硬，没法做枪管，却可以塑形成各种形状。比如，我们现在家家户户都有的水槽，还有餐具等等。
亮闪闪的不锈钢餐具
（未完待续）
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