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迷人的材料

迷人的材料

出版社：北京聯合出版公司出版時間：2015-09-01
開本： 16開 頁數： 239
讀者評分：4.9分19條評論
本類榜單：自然科學銷量榜
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迷人的材料 版權信息

  • ISBN：9787550257610
  • 條形碼：9787550257610 ; 978-7-5502-5761-0
  • 裝幀：簡裝本
  • 冊數：暫無
  • 重量：暫無
  • 所屬分類：>

迷人的材料 本書特色

★「未讀·探索家」暢銷科普系列*新產品。世界級材料學大師的*新力作。榮獲：2014年英國皇家學會科學圖書獎。Amazon 2014年度科學類選書?！段锢硎澜纭?014年推薦*佳科普書?！都~約時報》2014年*值得閱讀的一百本書之一。 ★一部材料科學的頌歌，以高超的故事寫作手法，引導你步入材料學的神奇世界，探究身邊10種尋常之物背后激動人心的故事。 ★ **次將材料的科學知識和它們給人的感官感受組合在一起，勾起人無限的好奇心，并從中發現詩意和美。2014年英國皇家學會科學圖書獎,《物理世界》2014年推薦*佳科普書,Amazon 2014年度科學類選書。探秘10種改變了世界的神奇物質，發現材料科學之美。

迷人的材料 內容簡介

從茶杯、噴氣發動機到家用電器、內褲,我們的生活充滿了材料.但你想過沒有,為什么玻璃是透明的?是什么讓橡皮筋有彈性?為什么曲別針會彎曲?為什么不銹鋼不生銹?水泥也能做成衣服?世界上*薄卻*堅硬的東西是什么?為什么某一種材料做成的東西會長那樣?材料如何塑造了我們的世界又對我們的生活產生了怎樣的影響?
世界頂級材料學大師帶你用材料科學家的眼睛,以全新的方式看待你身邊的每一樣東西:鋼、紙、混凝土、巧克力、塑料、玻璃、瓷器……本書以淵博的知識和極富感染力的文字寫就.它不僅揭露了各種物質背后的神奇結構,還告訴我們隱藏在其背后的精采故事.每一章介紹一種材料,輔以照片和手繪圖,極富可讀性和趣味性.

迷人的材料 目錄

序章走進神奇的材料世界
一刀引發的機緣
材料構筑了我們的世界
文明時代就是材料時代
看不見的微觀世界影響大
1不屈不撓的鋼STEEL
晚熟的科技
沒有金屬銅,就沒有金字塔
鋼是謎樣物質
鋼鐵是珍貴的軍事力量
武士刀完成不可能的任務
貝塞麥法掀起工業革命
不再夜夜磨刀
誤打誤撞不銹鋼
2值得信賴的紙PAPER
化身為筆記紙
保存記錄
印成相紙
印制成書
變身為包裝紙
以收據或發票呈現
靈感來源的信封
不可或缺的衛生紙
充滿高貴氣質的紙袋
光鮮亮麗的封面紙
化身帶我去遠方的車票
鈔票是另類的紙
是紙又不是紙的電子紙
實實在在的報紙
傳達蜜意的情書
3作為基礎的混凝土CONCRETE
混凝土要多久才會干
加水多少是關鍵
園藝家發明鋼筋混凝土
施工迅速且便宜的建材
必得隱形,不能示人
4美味的巧克力CHOCOLATE
只熔你口的技巧
嗅覺與味覺的絕佳享受
可可豆不可生吃
繁復的化學過程
分離后再加起來
*美好的滋味
絕妙的感官刺激
有潛力的健康食品
5不可思議的發泡材料FOAM
難忘的驚鴻一瞥
跟果凍一樣的東西
握在手中的藍天
飛向太空的材質
捕捉太空物質
隨星塵號遠航
6充滿創造力的塑料PLASTIC
塑料沒有罪
用塑料取代象牙
化學的車庫革命
塑料有助于人體防腐
塑料專利之爭
珠寶的替代品
假牙也有塑料革命
視覺文化史的轉折點
電影推手
7透明的玻璃GLASS
高溫閃電造玻璃
羅馬人的科學智慧
中國人獨缺的發明
玻璃透光的奧秘
玻璃推動科學進步
玻璃揭開啤酒的面紗
粉身碎骨保安全
透過玻璃看見世界
8堅不可摧的碳材料GRAPHITE
鉆石是*昂貴的碳結構
瀟灑的鉆石大盜
鉆石變石墨
煤炭化為黑玉
合成多種碳結構
更輕更強的碳纖維
神奇材料石墨烯
9精致的瓷器PORCELAIN
真正的永續環保材料
中國人發明精致瓷器
中國引領風騷五百年
繁復的制造過程
與文化相結合
10長生不死的植入物IMPLANT
變得更強的方法
解決牙疼煩惱
用鈦固定韌帶
關節置換不麻煩
人體組織可再造
無法克服老化
后記材料科學之美
萬物都由原子構成
結構尺度影響大
肉眼可見的尺度
生命與無生命的分野
材料擁有意義
致謝
圖片來源
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迷人的材料 節選

序章走進神奇的材料世界
一刀引發的機緣
我站在地鐵車廂里,身上有一道13厘米、后來被醫生診斷為穿刺傷的傷口在汩汩滲血,我心想:接下來該怎么辦?
那是1985年5月的一天,我在車門關上前跳進車廂,把攻擊者擋在門外,卻沒閃過他的一刀,背上被劃了一下.傷口像遭利紙割傷一樣劇痛,而我看不到傷勢有多重.但身為英國人,又是中學生,我心中的難堪壓過了應有的常識.因此我非但沒有呼救,反而決定*好悶不吭聲坐車回家.這么做很怪,但我就是那樣做了.
為了讓自己分心,別去注意疼痛和鮮血流過背部的不適,我試著回想剛才究竟發生了什么.那家伙在月臺上朝我走來,向我要錢.我搖頭拒絕.他突然湊得很近,讓人很不自在.他盯著我說他有刀,他說這話時噴了幾滴口水,灑在我的眼鏡上.我順著那家伙的目光望向他藍色連帽夾克的口袋,發現他一手插在口袋里,里面凸起了一塊.我直覺認為他只是虛張聲勢,凸起來的是他的食指.接著我心里閃過另一個念頭:就算他有刀,也一定是很小一把,才塞得進口袋里,因此絕不可能傷人太重.我自己也有小刀,知道那種刀很難刺穿我身上那么多件衣服,包括我引以為傲的皮夾克、灰色羊毛西裝制服、尼龍V領毛衣、白色棉襯衫,外加打了一半的條紋制服領帶和棉背心內衣.我腦中迅速浮現一計:繼續跟他說話,然后趁車門關上之前把他推開,趕緊上車.我看見車就快來了,確信他一定來不及反應.
有趣的是我猜對了一件事:他真的沒有刀.他手上的武器只是一把用膠帶纏住的剃刀刀片.那一塊小鐵片不比郵票大,卻一口氣割穿了五件衣服,刺破我的表皮和真皮,一點阻礙也沒有.我后來在警局看到了那玩意兒,整個人愣傻了,如同遭催眠一樣.我以前當然見過剃刀,但那一刻卻發現自己根本不了解它.我那時剛開始刮胡子,只看過嵌在比克牌橘色塑料刮胡刀里的刀片,那玩意感覺友善得很.警察問我兇器的事,我們之間的桌子微微晃動,剃刀也跟著搖晃,映著日光燈熠熠生輝.我清楚地看見它的鋼刃依然完美無缺,下午那一番折騰沒有在上面留下任何刮痕.
我記得后來要填筆錄,爸媽焦急地坐在我身旁,不曉得我為何停筆不前.難道我忘了自己的姓名和地址?其實我是在盯著**頁頂端的訂書針瞧,很確定它也是鋼制的.這一小根其貌不揚的銀色金屬不僅刺穿了紙面,而且干凈利落,精準無比.我仔細觀察訂書針的背面,發現它兩端整整齊齊對折收好,把紙緊緊抱住.連珠寶匠也沒有這等功夫.我后來查到世界上**把訂書機是工匠親手為法國國王路易十五打造的,每一根針上都刻著國王的姓名縮寫.誰想得到訂書機竟然有皇室血統?我覺得這訂書針真是"巧奪天工",于是指給父母親看.他們兩人對看一眼,面帶愁容,心想這孩子一定是神經錯亂了.
我想是吧,因為怪事顯然發生了.那一天,我正式成了"材料迷",而頭一個對象就是鋼.我突然對鋼超級敏感,發現它無所不在,其實只要開始留意,就會察覺確實如此.
我在警察局做筆錄時,發現圓珠筆尖是鋼做的;我父親焦急地等待時,鑰匙圈當啷作響,那也是鋼制成的;后來它還護送我回家,因為包住我家車子外殼的還是鋼,而且厚度比一張明信片還薄.說也奇怪,那輛小Mini平常很吵,但我覺得它那天特別乖巧,仿佛在代表鋼為下午的事向我道歉.回家后,我和父親并肩坐在餐桌前,安靜地喝著母親煮的湯.我突然停下來,發現自己正拿著一塊鋼片放進嘴里.我把不銹鋼湯匙吸吮干凈,拿出來看著它發亮的表面.那勺面又光又亮,連我變形的倒影都看得見."這是什么材質?"我揮動手里的湯匙問父親,"還有,它為什么沒味道?"說完,我把湯匙放回嘴里仔細吸吮,確定它是不是真的沒味道.
我腦中涌出了幾百萬個問題.鋼為我們做了那么多事,我們為什么幾乎不曾提到它?這材料和我們那么親密,我們把它含在嘴里、用它去除不要的毛發、坐在它里面到處跑,它是我們*忠實的朋友,我們卻幾乎不曉得它如此萬能的訣竅.為什么剃刀用來切割,回形針卻能隨意彎折?為什么金屬會發亮,玻璃卻是透明的?為什么幾乎所有人都討厭混凝土而喜歡鉆石?為什么巧克力那么好吃?某某材料為什么外觀是那樣子、有那樣的性質?
材料構筑了我們的世界
自從那天被人刺傷之后,我幾乎所有時間都沉迷在材料里.我在牛津大學攻讀材料科學拿到博士,研究主題是噴氣發動機用合金,接著又到全球各地*先進的實驗室擔任材料科學家和工程師.我對材料愈來愈著迷,手邊收藏的特殊材料也愈來愈多.那些樣本如今都納入我跟同事兼好友賴芙琳(ZoeLaughlin)和康林(MartinConreen)共同打造的材料館里.其中有些怪得離譜,例如美國航空航天局的氣凝膠,成分有99.8%是氣體,感覺就像固態煙霧;有些具有放射性,例如我在澳洲一家古董店很里面的角落發現的鈾玻璃;有些很小卻重得夸張,例如要費盡千辛萬苦才能從鎢錳鐵礦提煉鑄成的鎢條;有些雖然常見卻隱含不為人知的秘密,例如自愈型混凝土.這座材料館目前位于英國倫敦大學學院的制成研究中心,里頭收藏了上千種材料,呈現出建構我們這個世界——從住家、衣服、機器到車輛的各種原料.你可以用它們重建文明,也可以用它們毀滅世界.
然而,我們還有一個更巨大的材料館,里頭收藏了數百萬種材料,這是已知*大的材料館,而且收藏數量一直呈指數增長:那就是人造物的世界.請看本頁的照片.這是我在我家屋頂喝茶的照片.這張照片非常普通,但如果仔細觀察,就會發現它像一份型錄,列出了建構我們整個文明世界的各種材料.這些材料很重要.拿掉混凝土、玻璃、織物、金屬和其余材料,我就只能光溜溜地飄在空中發抖.我們或許自認為文明,但文明絕大多數得歸功于豐饒的物質.少了物質材料,我們可能很快就得和其他動物一樣為了生存而搏斗.因此從這個角度看,是衣服、住宅、城市和各式各樣的"東西"讓我們成為人(只要去過災區就知道我在說什么),而我們用習俗和語言讓它們具有生命.因此,材料世界不僅是人類科技與文化的展現,更是人類的一部分.我們發明材料、制造材料,而材料讓我們成為我們.
文明時代就是材料時代
從我們對文明發展階段的劃分(石器時代、青銅時代和鐵器時代)就可以看出材料對我們而言有多么根本和重要.人類社會每一個新時代都是因為一種新材料出現而促成的.鋼是維多利亞時代的關鍵原料,讓工程師得以充分實現夢想,做出吊橋、鐵路、蒸汽機和郵輪.修建英國大西部鐵路與橋梁的偉大工程師布魯內爾(IsambardKingdomBrunel)用材料改造了地景,播下了現代主義的種子.
20世紀常被歌頌為硅時代,是因為材料科學的突破帶來了硅芯片和信息革命.但這個說法忽略了其他五花八門的嶄新材質,它們同樣改寫了現代人的生活.建筑師運用大規模生產的結構鋼和平板玻璃建起摩天大樓,創造出新的都市生活形態.產品和服裝設計師用塑料徹底改變了我們的住宅與穿著.聚合物制造而成的賽璐珞催生了影像文化一千年來的*大變革,也就是電影的誕生.鋁合金和鎳超合金讓我們制造出噴氣發動機,使得飛行從此變得便宜,進而加速了文化互動.醫用和牙科陶瓷讓我們有能力重塑自己,并改寫了殘障與老化的定義.整形手術的英文是plasticsurgery,而plastic既有"整形"也有"塑料"的意思,這顯示材料往往是新療法誕生的關鍵,從器官修補(如髖關節置換手術)到美化外表(如硅膠隆胸)都是如此.德國著名解剖學家馮哈根斯(GunthervonHagens)博士展出人體標本的"人體世界展",也展現了新穎的生物醫用材料對文化的影響,促使我們思考自己生時和死后的物質性.
人類建構了物質世界.如果你想了解其中奧秘,挖掘這些物質來自何處、如何作用,又如何定義了我們,這本書便是獻給你的.材料雖然遍布我們周遭,卻往往面貌模糊得出奇,隱匿在我們生活的背景中,毫不顯眼,乍看很難發現它們各有特色.絕大多數金屬都會散發灰色光澤,有多少人能分辨鋁和鋼的差別?不同的樹木差異明顯,但有多少人能說出為什么?塑料更是令人困惑,誰曉得聚乙烯和聚丙烯有什么差別?但更根本的問題或許是:這種事有誰在乎?
我在乎,而且我想告訴你為什么.不僅如此,既然主題是材料,是構成萬物的東西,那我愛從哪里開始都可以.因此,我選了我在屋頂的照片當成這本書的起點和靈感來源.
我從照片中挑了10種材料,用它們來說"東西"的故事.我會挖掘這10種材料當初發明的動機,揭開其背后的材料科學之謎,贊嘆人如何用高明的技術把它們制造出來.更重要的是,我會說明它為何重要,為何少一物便不能成世界.
在發掘的過程中,我們將發現材料和人一樣,差異往往深藏在表面之下,大多數人唯有靠先進的科學儀器才能略窺一二.因此,為了了解材料的性質,我們必須跳脫人類的經驗尺度,鉆進物質里面.唯有進入這個微觀世界,我們才能明了為何有些材料會有氣味,有些則無;有些東西上千年不變,有些一曬太陽就發黃變皺;有些玻璃可以防彈,但玻璃酒杯卻一摔就碎.這趟微觀之旅將揭開我們飲食、衣著、用具和珠寶背后的科學,當然還探索了人體.
不過,微觀世界的空間尺度雖小,時間尺度卻常常大得驚人.就拿纖維和絲線來說,它的尺寸和頭發差不多,是細得肉眼幾乎看不見的人造物,我們可以用它來制造繩索、毛毯、地毯和*重要的東西:衣服.我們身上穿的牛仔褲和所有衣服都是微型編織結構,而許多結構的式樣比英國的巨石陣還古老.人類歷史都記載衣服能保暖、庇護身體,還能穿出時尚,但衣服也是高科技產品,20世紀發明了強韌的纖維,讓我們可以制作太空衣保護登陸月球的航天員,還有堅固的纖維可以制造義肢.至于我,我很開心有人發明了一種名叫"凱芙拉"的高強度合成纖維,可以制作防刀刺的內衣.人類的材料技術發展了幾千年,所以我會在書中不斷提到材料科學史.
本書每一章不但會介紹一種材料,還會提供一個認識材料的不同角度.有些主要從歷史出發,有些來自個人經驗;有些強調材料的文化含義,有些則強調科技的驚人創造力.每一章都是這些角度的獨特混合,理由很簡單,因為材料太多種類也太多樣,我們跟材料的關系也是如此,不可能一概而論.材料科學是從技術層面了解物質的*強大、*統合的理論架構,但重點還是關于材料,而不是探討科學.畢竟所有東西都是由別的東西制成的,而制造東西的人(藝術家、設計師、廚師、工程師、家具師傅、珠寶匠和外科醫生等),對所使用的材料都有屬于自己的情感、感覺和運用方式.我想捕捉的就是如此豐富多樣的材料知識.
例如,我在討論紙的那一章用了許多角度,像快照一樣呈現,理由不只是紙有各種形態,還因為幾乎所有人都在以許多方式使用紙.但在討論生物醫用材料的那一章,我卻鉆入了"人類的物質自我"(也就是人體)的*深處.這塊領域正迅速成為材料科學的處女地,不斷有新材料出現,開啟了名為仿生學的全新世界,讓人體得以借助植入物而重建.這些植入物都經過設計,可以"聰明地"融入肌肉和血液的運作中.它們誓言徹底改變人和自我的關系,因此對未來社會有深遠的影響.
看不見的微觀世界影響大
由于萬物都由原子組成,因此我們無法不談原子的運作原理,也就是人稱量子力學的理論.這表示我們一旦進入微觀原子世界,就必須完全舍棄常識,開始談論波函數和電子態.愈來愈多材料從這個微觀尺度創造出來,而且這些材料看起來幾乎無所不能.運用量子力學設計而成的硅芯片已經催生了信息時代,而以同樣方式設計的太陽能電池很有潛力,只靠陽光就能解決能源問題.不過革命尚未成功,我們還在使用石油和煤炭.為什么?在發電領域有一個明日之星——石墨烯,我會試著用它來解釋當下發電方式的局限.
簡而言之,材料科學的基本概念就是:看不見的微觀世界若有變化,那么在人的尺度之中,物質行為也會跟著改變.我們的祖先能做出銅和鋼之類的新材料,就是因為碰巧蒙到了這個過程.差別只在于老祖先沒有顯微鏡,看不見自己在做什么,但這只讓他們的成就顯得更加驚人.比方說,敲打金屬不只會改變它外在的形狀,還會改變它內在的結構,因此若用某種方式敲擊,金屬的內在結構就會有所改變,使它變得更硬.我們的祖先從經驗中學到了此事,只不過并不知其所以然.人類的材料知識從石器時代開始就不斷累積,但直到20世紀才掌握了材料的真正結構.然而,蘊含在鑄鐵和其他工藝里的經驗知識依然重要,而本書提到的材料也幾乎都是經由我們手腦并用才發現和認識的,因此認識材料不僅靠腦袋,也靠雙手.
人在感覺和生活上都和材料建立了關系,這帶來了許多奇妙的結果.有些物質雖然有瑕疵,我們卻愛不釋手;有些材料很實用,我們卻深惡痛絕.就拿陶瓷來說吧.陶瓷是餐具的原料,我們的杯碗瓢盤都是陶瓷做的,無論住家或餐廳,少了陶瓷就不完整.
人類從幾千年前發明農耕以來就在使用陶瓷,然而陶瓷用久了容易有缺口、發生龜裂,甚至在不該破的時候摔得粉碎.我們為何不改用更堅固的材料,例如塑料或金屬來制作碗盤和杯子?陶瓷在物理上有這些缺點,我們為何還對它不離不棄?許多領域的學者都在問這個問題,例如考古學家、人類學家、設計師和藝術家,但有一門學科專門有系統地研究人對材料的感官反應,并且發現了許多有趣的現象,那就是心理物理學.
例如針對"酥脆感"所做的研究顯示,我們覺得某些食物好吃與否不只是跟味道有關,還跟品嘗時的聲音有關,兩者同樣重要.這讓不少廚師受到啟發,開發出具有音效的餐點,而某些薯片商更進一步,不僅讓產品更酥脆,還讓包裝更會發出聲音.我在介紹巧克力那一章會討論材料的心理物理學意義,同時說明材料的感官性幾百年來一直是人類發明創造的主要動力.
這本書當然無法涵蓋所有材料,也無法盡述材料和人類文化的關系,而是概略介紹材料如何影響我們的生活,并且闡述即使單純如在屋頂上喝茶的活動,也必須倚賴復雜的物質網絡才能進行.各位不必到博物館就能領略歷史和科技如何推動人類社會,它們的影響此時此刻就在你身旁四周,只是我們多數時候視而不見.我們必須視而不見,因為要是我們整天一邊用手指滑過水泥墻面,一邊發出贊嘆,肯定會被當成瘋子.但在某些機緣下你會陷入沉思:我在地鐵站被人刺了一刀的那一刻,就屬于那樣的機緣,而我希望這本書也提供這樣的機緣,能讓你走進神奇的材料世界.

迷人的材料 作者簡介

馬克·米奧多尼克:倫敦大學學院材料科學教授,英國皇家工程學會會士,入選《泰晤士報》「英國百大影響力科學家」.他樂于為大眾講解材料科學,且廣受歡迎,曾擔任多部紀錄片的主持人,包括英國國家廣播公司第二臺(BBC2)制作的《發明的天才》.2010年,他獲邀在科普界最負盛名的英國皇家科學院圣誕講座進行演講.
他也是倫敦大學學院制成研究中心主任,這個中心有一座材料館,收藏了地球上最神奇的一些物質,并和多所博物館共同推出互動節目,合作伙伴包括泰特現代美術館(TateModern),黑沃德畫廊(HaywardGallery)和威康收藏館(WellcomeCollection)等.

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