“三國鼎立”的材料世界

人類自誕生以來，就與各種材料結下了不解之緣。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“有機高分子材料王國”和以新型陶瓷為代表的“無機非金屬材料王國”迅速崛起，向金屬王國“提出了嚴峻的挑戰”，“三國鼎立”的局面于是在材料世界形成。

(奇 奇)

長期稱霸的“金屬王國”

“金屬王國”對于人類社會貢獻很大，在人類發現的107種元素中，金屬就占有85種，是絕對優勢!現代社會把黃金儲備作為國家財富的象征，真不愧是“金屬之王”，是人類發現最早的金屬，既是極其昂貴的金屬，又是在現代科技中用途廣泛的金屬。世界上最早的登月“太空宇航服”，它的外表還要鍍上一層黃金呢，目的是反射各種輻射。幾年前人類發射宇宙飛船，攜帶一張噴金的銅唱片，將在茫茫宇宙中旅行幾億年，還能保持嘹亮如新的音色呢!

現在鋼鐵元帥仍然極其重要，在人類工農業和國防科研，以及日常生活上，鋼鐵仍占據最重要的地位。而金屬鋁的應用，“未來金屬”鈦的出現，放射性金屬元素的巨大貢獻，還有形形色色威力無比的新型“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”仿佛一個魔術師，能記住自己的形狀，當它受到外力變形后，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，在軍事、航天、醫學等領域得到廣泛應用。科學家設計制造出實用“低溫超導電纜”，將引起電力工業的一場劃時代革命。“超導電纜”的輸電能力是銅的3-4倍，具有實用價值。目前世界上的電能約有四分之一損耗在輸電線路上，如果使用沒有電阻的超導材料做輸電線路，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—筆可觀的財富啊!

迅速崛起的“塑料王國”

“有機高分子王國”是個年輕的王國，“塑料、橡膠、纖維”三大合成材料是主要成員。塑料產量最多，幾乎與鋼鐵產量相等，社會上各個領域都有它的身影，幾乎無孔不入。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“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性耐磨和抗沖擊性，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遞增，主要產品有聚酰胺(就是尼龍)、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。

你看，勝過鋼鐵的高強度塑料，制成塑料刀、斧、鋸，鋒利無比：新型防彈衣和頭盔，早已取代了笨重的鋼盔、沉重的防彈衣；號稱“塑料王”的氟塑料(聚四氟乙烯)絕緣性特別好，不怕冷、不怕熱、不怕酸也不怕堿。

而最近研制成功的“導電塑料”則具有巨大意義，導電塑料質量輕，如果利用它代替金屬輸電，那就會節省大量寶貴的銅或鋁，“塑料電池”重量輕，容量大，如果代替沉重的鉛酸電池，人們期待的“電動汽車”就會大量生產，在當前面臨能源危機和環境污染中，意義是十分重大的。

高分子材料還能制成人工器官，像人造皮膚、關節、食道、血管等，真是人類的福音，具有特殊功能的高分子材料，可以制成神奇的“避火衣”“避彈衣”，用途廣泛；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“神舟”五號載人宇宙飛船發射升空，“宇航英雄楊利偉身穿宇航服，重量約10公斤，是用一種特殊的高強度滌綸做成的，他戴的透明頭盔帽也是利用一種增強樹脂制成的。

威力無比的“陶瓷王國”

“陶瓷王國”是一個既古老又年輕龐大的王國，具有5千年的歷史。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”，20世紀60年代陸續研制成功，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瓷……陶瓷發動機在1300℃的高溫照樣正常工作，比合金鋼還要保險，這種發動機的體積小、重量輕、熱效率高，用同樣的燃料可以使汽車多跑30％的路程，是一種有效的節能型發動機。

玻璃家族人口興旺：有鋼化玻璃、變色玻璃、記憶玻璃……還有人造寶石，人造金剛石用途更加廣泛。一種由純二氧化硅制成的“氣凝膠”，是世界最輕固體，密度僅是玻璃的千分之一，卻能承受1400℃高溫。

“陶瓷王國”的原材料取之不盡，制造方便，價格比較低廉，科技含量越來越高，也是當代發展速度最快的工業之一，因此成為材料世界中不可忽視的第三王國。

精誠合作的“材料世界”

“三國鼎立”的材料世界，有激烈的競爭，又充滿友誼，各種新型復合材料就是密切合作的產物。所謂復合材料就是指將兩種以上不同材料結合起來，互相取長補短。

“鋼筋水泥”就是人們熟悉的復合材料。現在科學家已經研制出大量的新型復合材料：塑料鋼板、玻璃鋼磚、金屬陶瓷、金屬塑料、塑料木材、磁性塑料、生物陶瓷、光導纖維，玻璃纖維，碳／碳纖維……

當前進行的這場新材料技術革命，對材料世界提出了前所未有的高要求：一是耐高溫(3000℃以上)；二是超強度(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；五是無污染(可自毀）；六是可再生。

這些新型復合材料如虎添翼，威力無比，更加滿足社會發展的需要。比如航天飛機的許多部件要求極高：重量輕、強度高、耐高溫、耐振動、耐腐蝕……沒有一種材料可以單獨直接勝任，而各種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，當航天飛機由太空返回地球時，速度極快，與空氣劇烈摩擦，會產生3000℃以上的高溫呀!這件“避火衣”就是利用新型復合陶瓷制成，用3萬多塊瓦片“金縷玉衣”式精心覆蓋在航天飛機身上，“避火衣”價值達3億6千萬美元，使航天飛機可以成功地往返于地球與太空之間!

“材料世界”的廣闊新天地

材料、能源、信息技術被認為是現代文明的三大支柱，所謂“新材料”是指最近發展或正在發展中的具有比傳統材料更為優異的性能的一類材料。目前世界上的傳統材料已有幾十萬種，而新材料正以每年大約5％的速度增長。現今全世界已有800多萬種人工合成的化合物，而且每年還以25萬種的速度遞增其中相當一部分將成為新材料。

隨著對材料微觀結構和宏觀性能規律的深入研究，人們正在利用電腦進行分子設計，以便制造出有預訂性能的新材料。一些特殊性能的新型材料正如“雨后春筍”般不斷出現。人類也將迎來一個嶄新的材料天地!