《迷人的材料》_精选读书笔记_2000字

《迷人的材料》_精选读书笔记2000字

原子是物质的基本组成单位。自然存在的原子有94种，而其中仅仅8种便构成了98.8%的材料与物质。同一种元素，其原子排列方式的差异都会构成性质迥异的物质，比如钻石和石墨（纳米尺度下一个是立方体，一个是多层堆叠的六角平面）。纳米结构不可见，通常需要聚合结构使其显现在显微镜下。显微镜下可见的范畴即为微观尺度（如细胞），再大一些就是肉眼可见的介观尺度（如人体组织）、宏观尺度……不论是生命体还是非生命体，只要条件允许，我们都能从这些尺度中研究物质的信息，挖掘它们的奥秘，从而找到左右物质的方法，为世界谋福利。

1.钢

金属的可塑性来自“位错”在晶体内的移动。向金属中掺入其他原子，改变原有的结构，使其位错更难移动，由此可得硬度更大的金属。锻造合金就是一门防止位错移动的技艺。不锈钢是我们相当熟悉的金属。将碳原子和铬原子按比例嵌入铁晶体内，铬先与氧反应形成的氧化铬包覆在钢的表面，防止氧和铁反应。这层保护膜还会自行修复，因此不锈钢刀不易生锈，可以用很久。

2.纸

纸是由纤维压叠而成。纤维来源于木材，与木质素的结合使树木更坚韧。由于木质素与氧反应产生发色基，浓度大了会使纸张发黄，因此木材需先“去木质素”得到棕色的纸张。然后漂白剂脱色，加入白粉、涂料，使有色分子固定在纸的纤维网格里，留下字迹。纤维在干燥时形成很强的氢键，纸湿，氢键断，纸解体。关于纸的应用，相片纸、纸钞、封面纸、感热纸等等，很有意思。

3.混凝土

混凝土坚固得益于水泥中的水合硅酸钙原纤维。这种晶体结构可以不断增生，彼此交错形成键结锁住水分和岩石，使水泥从凝胶状态转变为坚固的混凝土。混凝土是抗压缩而不抗拉扯的结构体，因此需与钢筋结合才能抵抗外界的弯曲应力。钢筋混凝土虽强大，却也抵不过风雨剥蚀、热胀冷缩，温度和水分会加深裂缝，侵蚀钢筋，瓦解内部结构，因此定期养护混凝土是很有必要的（特别是一些重大工程）

4.巧克力

巧克力的基底是可可脂，它含抗氧化成分，可防腐；它的熔点和人体温度相近，因此巧克力平时可以固体形式存放，放入口中才会熔化。巧克力的香味来自可可豆发酵、烘焙过程中发生的化学反应，尤其是烘焙时可可豆的碳水化合物和蛋白质会发生美拉德反应，再与发酵产生的酸和酯作用，形成香气分子。除了香味、口感的诱惑，巧克力含有少量咖啡因，可可碱和大麻素，都是精神作用物质，这或许能解释为啥有人嗜食巧克力，有待研究。

5.气凝胶

气凝胶是纳米尺度下具有多孔结构的发泡材料，基本支架是二氧化硅。其孔洞里空气含量达99.8%，这使气凝胶成为世界上最轻，密度最小的固体。由于极佳的隔热性能和透光度，气凝胶在航空物理实验中发挥重要作用。

6.塑料

塑料是以碳为基础的化合物，涵盖了生活中大部分固态可塑形的材料。最早的商业塑料赛璐珞是制作台球的材料，后来取代玻璃成为新的胶卷底片。随着赛璐珞的普及，饰品走进普通人家，象牙和玳瑁哭晕在厕所。许多年后塑料因其与众不同的属性而得到开发，比如“生物塑化”保存尸体，丙烯酸塑料制作假牙，尼龙材料更是攻占时装业，催生一系列新织料。

7.玻璃

固态二氧化硅达到熔点后转变为液态，由于原子能量降低，原子难以移动，因此该液体冷却时无法形成结晶，而是形成具有液态结构的二氧化硅固体，即玻璃。玻璃破碎，因物质受力时，各个原子需分摊外界压力，超负荷的原子脱离原位，形成裂缝。而玻璃透光则与能级跃迁有关。电子跃迁需要特定的能量，可见光能量不足以使电子跃迁，于是直接穿过原子。紫外的能量则恰好能被电子吸收，所以紫外不能穿透玻璃。

8.碳

石墨是碳原子以六角形联结成的层状结晶，碳原子外层电子与其他碳原子的电子键结，因此石墨导电。铅笔芯就是石墨，石墨碳原子之间存在范德华力，受力时范德华力易瓦解，石墨芯才会如此轻易地在纸上留下痕迹。碳不同的排列方式总使其具有不同的功能，于是便产生了碳纤维，比石墨更轻更强的复合材料；纳米碳管，导电、传热性、柔韧性都是杠杠的；以及超越碳纤维和纳米碳管的革命性材料——石墨烯。

9.瓷器

瓷是由高岭土、石英、长石和其他矿物质混合，经过1300℃烧制而成的器具。瓷器不仅漂亮，而且光滑强韧，一度成为高雅财富的象征。瓷器成为日常餐具也是因为瓷耐磨耐刮，油污易清洗。瓷器的制作工艺不简单，对矿物比例、窑火温度、操作程序都有较高的要求。最早的瓷器是中国人发明的，尽管几百年后其他国家终于烧制了自己的瓷器，但也不妨碍中国瓷器独领风骚，瓷器的英文就是china。

10.人体植入物

人是血肉之躯难免会遭遇组织磨损器官衰竭的问题。生物与医学的发展正尝试攻克这些难题以改善人类的生活。合成人体植入物便是大胆的创举。我们较为熟悉的是钛合金，利用其“亲生物”性，高强度，耐蚀性耐热性制造人工关节、义齿等，安全可靠；3D打印技术的诞生大大推动了人工器官制造的发展。3D生物打印使用的细胞来自受体自身，因此不会发生排异反应，重建人体器官并植入人体发挥作用不再是天方夜谭。

这个世界本就没有了无生气的物质，在慧眼里沙子也是迷人的。