奇妙的漸變發(fā)明法

勞永新

在自然界中，普遍存在著漸變和突變兩種事物發(fā)展的形式?！皾u變”又分為量的漸變和質(zhì)的漸變。量的漸變是指量的增加或減少；質(zhì)的漸變是指舊質(zhì)的逐漸衰減和新質(zhì)的逐漸積累。突變則是質(zhì)變的另一種形式，是不經(jīng)過任何過渡階段從一種質(zhì)態(tài)到另一質(zhì)態(tài)的飛躍。

漸變有其優(yōu)點(diǎn)，可被廣泛用于各種材料中。在異物復(fù)合材料制備過程中，人工制造的梯度功能漸變材料的空間的某個(gè)方向上發(fā)生連續(xù)漸變或階梯漸變，從而使材料的性質(zhì)和功能也呈連續(xù)漸變或階梯漸變。漸變材料的研究開始于航天飛行器的研究，高速飛行器的表面溫度可高達(dá)2000℃，而且發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壁的內(nèi)外溫差大于1000℃。這時(shí)就需要在燃燒室內(nèi)壁用耐熱搪瓷，而外壁接觸冷卻介質(zhì)的一側(cè)則要用導(dǎo)熱性好、機(jī)械強(qiáng)度又高的金屬；而且使中間層的成分連續(xù)漸變，緩和因兩側(cè)巨大的膨脹系數(shù)差別而產(chǎn)生的熱內(nèi)應(yīng)力。

現(xiàn)在梯度功能漸變復(fù)合材料的應(yīng)用還擴(kuò)展至能源、化工、冶金和熱電、壓電、光電、電磁及生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。例如在漸變摻雜的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料、梯度功能膠、梯度自潤(rùn)滑材料、梯度漸變孔徑的過濾材料、漸變多焦點(diǎn)眼鏡、漸變?yōu)V光鏡和漸變型塑料光纖材料等的應(yīng)用中都顯示了突出的優(yōu)點(diǎn)。

用于隱身飛機(jī)機(jī)身的電阻漸變型吸波材料由多層薄膜或纖維復(fù)合材料的電阻片構(gòu)成，其中間層數(shù)越多，吸波性能越好。它由于漸變具有優(yōu)良的可設(shè)計(jì)性結(jié)構(gòu)，通過控制電介質(zhì)材料的厚度、損耗系數(shù)及阻抗等，能夠使雷達(dá)吸波材料具有寬頻吸收效率。基區(qū)漸變分層摻雜的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體功率二極管比普通的PN結(jié)半導(dǎo)體功率二極管的反向恢復(fù)快，有利于降低功耗，可用作電力電路中的開關(guān)電源。類似漸變分層的復(fù)合材料還有梯度玻璃化溫度復(fù)合聚合物和梯度復(fù)合硬質(zhì)合金等。

耐高溫復(fù)合材料管中要通高溫液體或氣體，可以內(nèi)襯耐高溫環(huán)氧樹脂膠。但耐高溫膠的分子鏈剛硬，或者交聯(lián)密度高，因而硬脆，變形能力小，耐沖擊性能偏低。可逐漸改變其分子鏈中增韌鏈段的組成比例，固化后，其耐熱性、粘接強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度等性能也會(huì)隨之連續(xù)緩慢變化。由于組成漸變使得梯度功能環(huán)氧樹脂膠的內(nèi)層耐高溫，而使得外層韌性好。梯度自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承由承壓層、固體潤(rùn)滑層和中間過渡層組成，而中間過渡層由承壓層材料和固體潤(rùn)滑層材料按比例混合構(gòu)成，由于其構(gòu)造和具有的漸變性，梯度自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承具有更高的強(qiáng)度、更好的減摩性以及更優(yōu)的綜合性能。梯度漸變孔徑的濾芯或微濾膜管的孔徑由外到內(nèi)逐漸變小，固體微粒先堵塞大孔，沉積在膜管表面，進(jìn)不了小孔而形成濾餅，由于孔徑漸變延長(zhǎng)了使用壽命，因而廣泛用于水、化學(xué)溶劑、油品、飲料等液體的過濾中，以濾除其中的固體顆粒及膠狀物質(zhì)。

漸進(jìn)多焦點(diǎn)眼鏡片將遠(yuǎn)視老花鏡與近視鏡結(jié)合起來，上部遠(yuǎn)用，下部近用，中區(qū)提供了從遠(yuǎn)視到近視焦點(diǎn)連續(xù)漸變的視覺，由于其漸變特性，老人使用時(shí)無須經(jīng)常換戴老花鏡與近視鏡，使用方便?？刂蒲泳徯投嘟裹c(diǎn)眼鏡是供青少年近視患者使用，戴上漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片，可以控制和延緩近視的加深。漸變密度的中性濾光鏡由半塊清晰的玻璃和半塊有漸變密度中性灰色玻璃組成。在用數(shù)碼相機(jī)拍攝亮度范圍極寬的日出日落，并且有天空陸地的景色時(shí)，使用漸變密度的中性濾光鏡來壓低高光區(qū)，拍出來的景象就會(huì)美麗而真實(shí)。漸變型聚合物光纖的折射率沿軸向從纖芯到皮層呈拋物線地逐漸變小，使不同入射角的光線會(huì)聚于中心軸線，大大降低了因入射角不同、各光束到達(dá)接收器時(shí)間不同而產(chǎn)生的脈沖展寬現(xiàn)象，所以漸變型聚合物光纖的頻帶寬。加上它比石英玻璃光纖的芯徑大，有柔軟性好、成本低、易安裝、抗電磁干擾和抗沖擊等優(yōu)點(diǎn)，從而得到迅速推廣。

漸變有其優(yōu)點(diǎn)，還可被廣泛用于各種機(jī)械中。漸變齒厚齒輪的齒面為沿齒厚方向漸變成鼓形齒面，補(bǔ)償了由于傳動(dòng)軸變形對(duì)輪齒嚙合的影響，使齒輪嚙合平穩(wěn)，減少齒輪嚙合的沖擊和噪聲，提高了機(jī)器的使用壽命。而漸變螺旋角齒輪的各齒和同一齒上嚙合點(diǎn)處的螺旋角都逐漸變化，傳動(dòng)時(shí)不僅可改變轉(zhuǎn)速的大小和方向，而且可使兩齒輪軸線間的空間夾角按要求變化，產(chǎn)生有規(guī)律地?cái)[動(dòng)。漸變的鋼板彈簧由主簧和副簧組成：當(dāng)載荷較小時(shí)，只有主簧起作用；當(dāng)載荷較大時(shí)，副簧與主簧開始接觸，副簧開始起作用；隨著載荷的增大，接觸范圍逐漸增大，當(dāng)載荷更大時(shí)達(dá)到完全接觸狀態(tài)，主簧和副簧便成為一體，共同承受載荷。它起到緩沖、減振的作用，可以保證汽車在各種載荷下，都能得到良好的平順性和乘坐舒適性，廣泛應(yīng)用于輕型和微型汽車的車身和車輪間的懸架系統(tǒng)。在導(dǎo)流隧洞和泄洪洞的出口方變圓等情況時(shí)，都需要形狀漸變，以減少材料的應(yīng)力。

溫度梯度凝膠電泳儀利用生物大分子的變性溫度不同而將其分離，其溫度梯度由微處理器控制，由于溫度漸變，分離工作穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)便快速、重復(fù)性好、加樣量小，用于鑒定分析DNA和蛋白質(zhì)。采用光致變色染料及不同的光源可進(jìn)行毛皮的漸變?nèi)旧?，豐富了花色品種。美國發(fā)明了顏色漸變式迷彩作戰(zhàn)服，而且能在自然光下變色，偽裝的效果超過一般的迷彩服。

熱核裂變反應(yīng)也是利用了漸變的優(yōu)點(diǎn)?？扇?xì)怏w和粉塵的燃爆和核爆炸等都是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生的壓力和溫度等的突變，不易控制，瞬間釋放出的能量有巨大的破壞和傷害作用。熱核裂變反應(yīng)是用熱中子打入鈾－235的原子核引起的核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，科學(xué)家用一定量的含輕原子核(氫、氘、碳、鈹?shù)?的物質(zhì)，用普通水、重水、石墨和鈹?shù)茸髀瘎?，由核裂變產(chǎn)生的快中子同這些輕原子核碰撞來減慢核裂變反應(yīng)的速度，使突變變成漸變，才能利用熱核反應(yīng)堆放出的能量作為能源。目前正在研究氫的同位素氘與氚的核聚變反應(yīng)的控制技術(shù)，企圖用慣性約束和磁約束等方法來實(shí)現(xiàn)可控核聚變反應(yīng)，同樣是使突變變成漸變的問題。

另外，一些取得成功的重大社會(huì)變革也是利用漸變的優(yōu)點(diǎn)。在極其復(fù)雜的社會(huì)改革中，特別是當(dāng)變革中牽涉到各階層或各方的切身利益時(shí)，漸變式的改革能取得很好的成效。歷史事實(shí)證明：分階段漸變式的改革所受到的阻力比較小，改革容易獲得成功，例如1949～1953年臺(tái)灣的第一次土地改革。1949年國民黨退居臺(tái)灣后，蔣介石總結(jié)在大陸上失敗的教訓(xùn)，意識(shí)到解決土地問題就會(huì)獲得大多數(shù)農(nóng)民的支持。在土改中貫徹“農(nóng)民獲地，地主得利”的雙贏方針，對(duì)地主的土地采取和平、溫和的贖買方法。土地改革分三個(gè)階段漸進(jìn)。先實(shí)施“三七五減租”，規(guī)定地主對(duì)佃農(nóng)的租額不得超過全年收獲的37.5％，租率下降使地價(jià)隨之下降。然后實(shí)行“公地放領(lǐng)”，把“國有”及“省有”的耕地賣給農(nóng)民，允許分期以租金交付，使他們成為自耕農(nóng)又不增加農(nóng)民負(fù)擔(dān)，并為下階段強(qiáng)制地主賣地樹立了榜樣。用“耕者有其田，有其田者耕”的政策迫使地主陸續(xù)把超額的地賣給政府，只留下本戶有力量“自營”、“自耕”的部分，而地主可獲得贖金或債券并引導(dǎo)轉(zhuǎn)向投資工業(yè)，同時(shí)提供專項(xiàng)貸款支持佃農(nóng)購買土地。這次土地改革極大地刺激了農(nóng)民的生產(chǎn)積極性，推動(dòng)臺(tái)灣當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)。

俄羅斯的改革照搬西方模式，從“民主體制+市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)”的“理想模式”出發(fā)，搞“突變”式改革，企圖一步到位，反而一時(shí)造成了經(jīng)濟(jì)的大震動(dòng)和大破壞，使一個(gè)“超級(jí)大國”衰落了。20世紀(jì)70年代末，中國的經(jīng)濟(jì)改革走了一條從中國國情出發(fā)，“摸著石頭過河”，不斷探索，不斷推進(jìn)，不斷完善，逐步形成了一條中國特色的漸變式的改革道路。自改革開放以來，中國經(jīng)濟(jì)連年以近10％的平均增長(zhǎng)率迅速發(fā)展，目前已發(fā)展成為世界第四大經(jīng)濟(jì)體，第三大外貿(mào)出口國，第一大外匯儲(chǔ)備國。比較中國和俄羅斯的改革，社會(huì)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，其改革轉(zhuǎn)型需要一個(gè)較長(zhǎng)的過程，走“漸變”式的改革之路才能取得更好的成效。

漸變和突變是事物普遍存在的兩種形式，兩者是辯證統(tǒng)一的。因此。漸變發(fā)明法是作為通用的發(fā)明方法，在消除突變而出現(xiàn)弊端中發(fā)揮重要作用，廣泛應(yīng)用于人們學(xué)習(xí)、工作、生活中。