神奇材料在這里

本刊綜合

夏日的午后，一場大雨帶走了燥熱的空氣。小新和幸運(yùn)兔來到期待已久的小蓮農(nóng)場，一人采蓮蓬，一兔拍美照、吃蓮子，好不愜意。

咦，奇怪。你看，其他植物的葉子上布滿了水漬和泥土，蓮葉上卻干凈無瑕，摸起來還是干的！

大驚小怪。老師早就說過，蓮葉表面布滿了極其細(xì)小的突起，每個突起上又布滿了更細(xì)的絨毛，無數(shù)個突起和絨毛聚集在一起，便托起了水珠和污泥，所以它們能夠出淤泥而不染。

如果我的兔毛像蓮葉一樣，不會被水打濕，還能自動清潔，那就不用洗澡，也不用吹頭發(fā)啦！

你可真是“愛干凈”??！不過你的愿望很簡單。科學(xué)家早就發(fā)明了能夠自潔、抗污，還非常輕便、結(jié)實的納米材料。如果在身上涂滿納米材料，你就能成為一只超能兔。

哇，我還想發(fā)光、變形，上刀山下火海都不怕！可以嗎？

只有想不到?jīng)]有做不到。幾百年前的人類不會想到粗糙的沙子會逆襲成光滑的玻璃，黑色的石油能煉成白色的塑料。聰明的科學(xué)家們一直在致力于研發(fā)各種神奇的新材料。我?guī)愦┰焦沤?，一起去找神奇的材料，幫你實現(xiàn)愿望吧。

真材實料 ?個性十足

世界上的材料多種多樣。有的存在于自然界，可以直接拿來使用，如沙子、巖石、石油、木材、羊毛等天然材料；有的需要進(jìn)行加工、混合才能制作出來，譬如，鋼是鐵和碳的合金，是一種人造材料。

每一種材料都有自己的“個性”，它們的硬度、密度、吸水性、柔韌性等都不同。

值得注意的是，有些材料雖然“個性”截然不同，但從微觀的角度來看，它們是完全相同的物質(zhì)。

譬如，黑色的石墨與耀眼的金剛石其實是一對“孿生兄弟”。它們都是由碳原子構(gòu)成，但性質(zhì)完全不同，一個軟得掉渣，一個是最硬的材料。在石墨中，原子是一層一層地排列的，各層之間容易滑動。鉛筆中的“鉛”就是石墨。我們稍稍用力把鉛筆按在紙上，原子層便會滑落，留下石墨的痕跡。而在金剛石中，每個原子都與另外4個原子相連，組成極其堅固的結(jié)構(gòu)。

所以，科學(xué)家們從微觀上改變物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，也能發(fā)明出具有神奇功能的新材料。

天然材料 ?訴說千年傳奇

天生我材必有用。只要充分掌握材料的“個性”，對大自然中存在的天然材料進(jìn)行加工處理，就能創(chuàng)造千年傳奇。

永不褪色的青綠

《千里江山圖》被譽(yù)為“青綠山水之巔峰”，是中國十大傳世名畫之一。它描繪了祖國的錦繡河山，完全展開后有近12米長。

雖然歷經(jīng)千年，但其中的風(fēng)景依然清晰可辨，青綠的色彩依舊鮮明。它的重要秘訣就是使用呈色穩(wěn)固、經(jīng)久不變的孔雀石和藍(lán)銅礦作為繪畫顏料。孔雀石由于顏色酷似孔雀羽毛上斑點的綠色而得名，藍(lán)銅礦因擁有神秘的靛藍(lán)色而被遠(yuǎn)古人類視為靈石。

你覺得我涂綠色還是涂青色好看？

千年不銹的寶劍

越王勾踐劍在潮濕的土層里埋藏了2000多年，出土?xí)r依然鋒利異常。為什么它不會生銹、被腐蝕呢？

通過科學(xué)檢測，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)越王勾踐劍的劍刃部含錫量高，這樣不但增加了寶劍的硬度，也使得寶劍異常鋒利；而劍脊部含銅量較高，這就使得劍的韌性好，不易折斷。劍的表面還有一層合金鉻，長時間放置后能與空氣中的氧生成致密的保護(hù)層，這種處理方法能保護(hù)劍體不被腐蝕，因此能存留至今。

如果我的兔毛這么鋒利，那就變成“刺猬”了。

無法仿制的紗衣

收藏在湖南博物院的素紗單衣常被人形容“輕若煙霧，薄如蟬翼”。它到底有多輕、多薄呢？

素紗單衣用料約2.6平方米，幾乎可以鋪滿一張單人床，質(zhì)量卻只有49克，相當(dāng)于一個雞蛋的質(zhì)量。如果除去袖口和領(lǐng)口較重的邊緣，這件“寬袍大袖”的質(zhì)量就只剩下40.2克。素紗單衣不僅輕，還非常薄，透光率達(dá)到75%，將衣服疊十層放在報紙上，仍能看清文字和圖片。

為了復(fù)制出一件這樣輕薄的紗衣，專家們用了13年時間，但最輕的復(fù)制品仍有49.5克，比素紗單衣重了0.5克。為什么在2000多年前的漢代，古人們制作的紗衣更輕薄呢？

這主要得益于它的材質(zhì)。素紗單衣由三眠蠶的蠶絲制作而成，眠是指蠶的休眠和蛻皮的過程，每多休眠一次，蠶的個頭便會更大，吐出來的絲更粗。因此漢代的三眠蠶相較于現(xiàn)代的四眠蠶來說，吐出來的絲更加纖細(xì)，織造出來的衣服也更加輕盈柔軟。

天氣太熱了，我正需要一件這么輕薄的衣服。

人造材料 ?創(chuàng)造無限可能

隨著科技的發(fā)展，人類已跨入新材料時代，各種神奇的人造材料層出不窮，一起去見識一下吧。

塑料：大象的救命恩人

雖說塑料被評為“人類最糟糕的發(fā)明”，但最早的塑料產(chǎn)品卻是大象的救命恩人。

很久以前，臺球都是用象牙打磨制作的。象牙的韌性好，可塑性高，用它制作的臺球經(jīng)過幾千次高速撞擊都不會損壞。當(dāng)時，沒有任何一種材料能兼顧這些特性。可是，隨著臺球運(yùn)動的流行，象牙數(shù)量越來越少，價格越來越高。為此，臺球制造商開始尋找替代材料，并許以巨額獎勵。

印刷工人海厄特接受挑戰(zhàn)，用5年的時間發(fā)明了一種新材料——賽璐珞，拯救了大象，促進(jìn)了臺球運(yùn)動的發(fā)展。賽璐珞可謂塑料行業(yè)的鼻祖，人們用它制造電影膠片、兒童玩具、乒乓球等。但由于其易燃、有毒的致命缺陷，賽璐珞已逐漸退出歷史舞臺，被其他更安全的塑料代替。

還好我的兔牙沒什么用處，不然早就被拔光了。

知道多一點

很多運(yùn)動項目的發(fā)展都與材料有關(guān)。隨著一次次材料升級，撐桿跳高的世界紀(jì)錄不斷被打破。最初，運(yùn)動員使用木桿跳出了3.30米的好成績。后來使用有一定彈性的竹竿，最高紀(jì)錄提高到了4.77米。待更輕、更有韌性的玻璃纖維、碳纖維桿問世后，撐桿跳高的世界紀(jì)錄突破了6米大關(guān)。

光纖：用光連接世界

觀看精彩的球賽直播，和千里之外的朋友視頻通話，和幾十萬人一起準(zhǔn)點搶票，這些和互聯(lián)網(wǎng)有關(guān)的事情，都離不開光纖。

光纖是什么？它長什么樣呢？

光纖是一種由玻璃或塑料制成的纖維，它的直徑比頭發(fā)絲還細(xì)，卻是最重要的“信息聯(lián)絡(luò)員”。光纖利用光來傳送信息，只要光的入射角滿足一定條件，光束就可以在光纖中彎彎曲曲地從這一端到另一端，而不會在中途漏射。

與傳統(tǒng)電纜相比，用光纖制作的光纜不僅質(zhì)量輕、成本低，而且容量大、抗干擾、穩(wěn)定可靠、保密性強(qiáng)。一條光纜通路可同時容納數(shù)億人通話，也可同時傳送多套電視節(jié)目。

除了普通人，醫(yī)生更離不開光纖。由光纖和一個小型相機(jī)組成的內(nèi)窺鏡，能夠靈活地探入體內(nèi)器官，可以將觀察到的圖像實時傳輸?shù)诫娔X上，供醫(yī)生查看、診療。

動手做一做： 會彎曲的光線

1.在塑料瓶上開一個小孔；

2.用手指堵著小孔，給瓶子裝滿水；

3.用激光筆照射水瓶，使激光從小孔中穿過；

4.放開手指讓水自然流出，這時光線不再直線傳播，而是隨著水流發(fā)生彎曲。

這就是“光的全反射”，光纖也是同樣的原理。

注意：嚴(yán)禁用激光筆直射眼睛！

氣凝膠：創(chuàng)造世界紀(jì)錄的魔術(shù)師

高達(dá)1600攝氏度的火焰點不著一塊涂有涂料的硬紙殼；僅隔一片薄膜，將手按在燙到可以“烤肉”的熱臺上卻只感覺溫?zé)?；在手上粘一層粉末，就可以形成無形的“保護(hù)膜”，讓手滴水不沾……這些“科學(xué)魔法”都源自一種擁有十幾項吉尼斯世界紀(jì)錄的新材料——氣凝膠。

氣凝膠是目前世界上已知最輕的、隔熱和防火性能最好的固體材料。它的隔熱阻燃性能這么好，是因為它的分子結(jié)構(gòu)中有無數(shù)的孔洞，孔隙率達(dá)到95%以上，使得熱傳導(dǎo)率極低，可以達(dá)到類真空的隔熱效果。棉花糖中的孔洞是看得見的，而氣凝膠的孔洞是納米級別，比頭發(fā)絲的直徑還要細(xì)得多。把10克氣凝膠完全鋪展開，可以覆蓋一個標(biāo)準(zhǔn)足球場。

不過，氣凝膠制造成本高，目前主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。在首次火星探測任務(wù)中，“天問一號”就應(yīng)用了兩種氣凝膠材料，分別應(yīng)對極熱和極寒的考驗。極熱考驗出現(xiàn)在火星著陸階段，著陸發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的熱量使周圍的溫度超過1000攝氏度，氣凝膠材質(zhì)的隔熱組件能夠阻隔高溫。極寒考驗出現(xiàn)在火星巡視階段，火星車的表面鋪設(shè)大面積的氣凝膠板，能夠確?；鹦擒囋诹阆?30攝氏度的環(huán)境正常工作。

若是價格能便宜一些，就可以用來給房子保溫、給新能源汽車防火啦！另外，我也想要一點點，嘿嘿。

聚脲：守護(hù)“海上巨龍”

2018年10月23日，世界上最長的跨海大橋——港珠澳大橋正式開通。這是一座集橋、人工島、隧道為一體的跨海通道，擁有世界上最長的沉管海底隧道。那么，在海上建橋、海底挖隧道會遇到哪些特殊的挑戰(zhàn)呢？

海水是一種腐蝕性很強(qiáng)的液體，南海更是一年四季艷陽高照，高溫會加快腐蝕的速度。特別是海底隧道每天還需經(jīng)受海量的通車壓力、海浪沖擊，以及水下40～60米的高水壓。為了讓大橋在這樣惡劣的環(huán)境中服役120年，科學(xué)家和建設(shè)者們發(fā)明了400多項專利，涌現(xiàn)出了許多新材料、新工藝。

其中，在港珠澳大橋沉管隧道的接縫處，建設(shè)者們使用了一種防腐、防水、耐磨的新材料——聚脲。涂有聚脲的紙杯瞬間強(qiáng)大到可以充當(dāng)“梅花樁”，輕松承載一個成年人的體重。將涂有聚脲的船底鑿穿，被鑿穿的“傷口”竟然可以快速愈合。因此，一旦發(fā)生緊急情況，這層薄薄的聚脲涂層便能為維修爭取充足的時間。

小朋友，認(rèn)識了這么多神奇的材料，現(xiàn)在請你為幸運(yùn)兔設(shè)計一件特殊的披風(fēng)，幫它實現(xiàn)夢想吧！穿上這件披風(fēng)，幸運(yùn)兔會有什么樣的“超能力”呢？期待你的作品哦！