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作者：书香文雅

出版社：天津古籍出版社

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不可思议的新材料试读：

前言

随着科学技术发展，人们在传统材料的基础上，根据现代科技的研究成果，开发出新材料。今天，我们穿的、住的、用的都可能是科技带来的创新成果。那些看似柔弱的纤维却比钢铁还硬百倍，战机只要刷上特殊的材料就能躲避雷达的探测，这就是特殊材料的魅力。它们为何这么神奇？我们要从科学的角度认识它们。下面就让我们一起走进科学的殿堂，去领略一下新材料有哪些独特的魅力。

第一章　金属材料的前世今生

金属的历史

在我们的生活中，金属随处可见。铁锅、不锈钢刀具、铝合金的防盗网等都是金属制品。小朋友们，你们知道人类第一次使用的金属是什么吗？又是什么时候呢？金属的发展过程又是怎样的呢？下面就让我们一起去了解金属的发展过程吧。

早在公元前5000年左右，人类就开始使用金属了，人类较早使用的金属就是金。存在于自然界中的金基本上没有掺杂其他的物质，不需要复杂的提炼工艺就能提炼，而且想要把金熔化成液体也比较简单，因为金的质地柔软，还容易被制造成各种装饰品。所以在人类生产水平还很低的时候，金自然就成为人们首先使用的金属材料了。

虽然金不需要复杂的提炼工艺，但是黄金的价格很贵，在自然界中的存储量很稀少。随着人类生产水平的不断发展提高，人们需要更多的金属材料来制造出更多的工具和日常生活用品，金已经不能满足人类的发展需求。于是，在公元前3500年左右，人类开始使用最早的合金——青铜。

青铜是一种由红铜和锡或铅合在一起的金属。它比铜更容易熔化，也比铜有着更好的抗冲击能力，同时也有着很好的铸造性和抗磨性，被用来制作成各种农业生产工具、武器、礼器等。在这些坚固农具的帮助下，农民伯伯种的粮食得到了丰收，人们的生活也过得越来越好。青铜及其制作工艺推动了社会的进步和人类历史的发展。

公元前1200年，铁走进了人们的生活，将人类从铜器时代带入了铁器时代。铁在自然界中的储量十分丰富，并且铁比青铜更加坚固，即使是在受热的条件下也能保持它原来的形态。铁不但坚硬，还有着很好的可塑性和延展性，容易被锤成其他的形状。直到现在，经济实惠的铁依然是现代工业生产和生活用品的重要原材料。

1852年，人们开始使用铝。比起铁来说，铝不会生锈，而且质量要轻巧很多。虽然铝是地壳中最丰富的金属元素，但是铝的生产工艺复杂，它的提炼首先需要高温溶解含有铝的原料，然后通过电解，才能提炼出纯铝来。不过在科技发达的今天，铝的产量早就超过了铜，是产量最高的有色金属，是一种用途广泛而又经济实用的材料，在航空、汽车、建筑等行业都发挥着重要的作用。大开眼界铁在自然界中的分布十分广泛，为什么铁的提炼和使用要比黄金和铜晚呢？很多小朋友都了解，铁容易生锈，也就是说，铁容易与空气中的氧发生反应。所以，要对铁制品进行电镀、涂层等工艺处理后，才能投入生活生产，给人们使用。但是，地球上的铁往往都是以化合物的形式存在，很少以单质的形式存在。再加上铁的熔点比铜的熔点要高得多，要提炼出铁需要比提炼青铜更复杂的技术，所以铁的提炼和使用要比黄金和铜要晚。铁在没有被大量生产的时候，还曾一度被视为珍贵的神秘金属。直到金属提炼技术发展成熟了以后，铁才被大规模地提炼生产。

超导材料的神奇之处

为什么电炉丝能够发热？为什么电饭煲可以煮熟饭？为什么电热毯能够保暖？聪明的你知道其中的奥秘吗？这些现象运用的正是金属具有电阻的性质。

大家都知道，金属能导电，是电的良性导体，而陶瓷、木材、塑料等材料不能导电。但这并不意味着电流通过陶瓷、木材、塑料这些材料的时候就阻碍重重，而通过金属材料的时候就能畅通无阻。当电流通过金属和陶瓷等材料的时候，它们对电流都是有阻碍作用的，这就是我们所说的电阻。只是陶瓷那些材料的电阻比金属的电阻要大得多。电阻能够发热，人们便运电阻的这种性质制造出电炉、电饭煲、电热毯等电器供人们来使用。但是，金属电阻在给人类带来福利的时候，也给人们带来了很多麻烦。在输电过程中，电阻对电流起的是阻碍作用，这样一来对电力造成了很大的浪费，也降低了机器的工作效率。于是，科学家们就想那能不能降低甚至是除去金属的电阻呢？后来人们发现，金属的电阻率跟温度的变化是成正比的。也就是说温度变得越高，金属的电阻率就会变得越大；反之，温度降得越低，金属的电阻率就会变得越低。但是，即使是温度降到绝对零度的时候，铜这些金属的电阻依然存在。

直到荷兰的科学家卡麦林·昂尼斯的惊人发现问世，人们的这一幻想才变为现实。他们通过实验发现：汞在液氦温度条件下，它的电阻就完全消失了，电流可以在其中毫不衰减地持续流动。后来，这一现象被叫做超导现象，处于超导现象中的导体被称为超导材料即超导体。能出现超导现象所需要达到的温度，被称为临界温度。

后来，卡麦林·昂尼斯教授还发现除了汞以外，还有许多其他金属和合金也能在超低温下失去电阻，都具有与汞相似的超导性质。1913年的时候，为了表彰卡麦林·昂尼斯在超导材料上做出的极大贡献，他被授予了诺贝尔物理学奖。大开眼界神奇的超导材料可以运用在哪些方面？超导材料是20世纪最重大的发明之一，它能够使金属的电阻降为零，有效地避免了电力的浪费，提高了机器的工作效率，有着十分喜人的应用前景。它的应用面十分广泛，几乎与电有关的应用都可以运用超导材料，比如无损耗电力运输、卫星通信系统、磁悬浮运输等。但是超导材料的运用又受到一系列因素的制约，首先，在正常情况下临界温度难以达到，其次，运行超导材料的成本较高，难以大规模地运用。因此，目前超导材料的应用受到了限制。现在，科学家们想尽办法，来提高超导材料的临界温度，争取能让超导材料在一个比较容易实现的温度环境下发挥作用。相信在不久的将来，超导材料的运用能不断地给我们的生活带来惊喜。

优点多多的合金家族

小朋友们，你们在生活中，有没有常听到别人说“某某合金”？那你知道什么是“合金”吗？为什么不直接使用某种金属，而要使用“合金”呢？在“合金”的大家族里又有哪些成员呢？你有没有对“合金”感到好奇呢？现在，让我们一起走进五彩斑斓的合金世界吧。

合金，顾名思义就是合成在一起的金属，具体来说就是，用两种或两种以上的金属或者金属与非金属通过一定的技术合为一种具有特殊性质的物质。根据组成合金材料的元素数目，合金有二元、三元和多元之分。也就是说，由两种组元组成的合金就是二元合金，由三种组元组成的合金就是三元合金。

合金具备了其组成金属的优点，摒去了它们的缺点。因此，我们在生活或生产中常使用合金而不是某种单一的金属。现在，我们一起去了解几种常见合金的魅力吧。轻便的铝合金

小朋友们，当你们在生活中发现一种质量很轻又耐腐蚀的金属制品时，这种金属制品的材料很有可能就是铝合金。

铝的密度小，也就是说金属在体积相同的情况下，铝的重量是比较轻的。铝的导热和导电性能都比较好，也具有良好的延展性，可以方便地加工成各种机械工具。那为什么铝不容易生锈，具有耐腐蚀性呢？因为铝的化学性质比较活泼，容易与空气中的氧气发生化学反应，而生成一层很密的氧化膜。这层坚固的氧化膜像衣服一样保护着铝不继续与空气发生化学反应，从而使它具有耐腐蚀性。

但是纯铝在外力的作用下容易变形或断裂，所以在铝中加入锰、镁所形成的防锈铝合金不仅不容易生锈，能够比较容易被加工成各种需要的形状，还具有比较高的强度，能抵抗外力而不会轻易变形或断裂。在铝中加入铜、锰或铜、锰、锌能够形成硬铝合金，它的强度更高。比硬铝合金强度更高的则是新近开发的高强度硬铝合金。

轻巧、耐腐蚀而又强度高的铝合金多用于制作承重大的零件器材，比如载重汽车、飞机、舰艇等物品的某些部件。铜合金

铜钱想必大家都听说过吧。是的，铜是人类较早使用的金属，曾一度铸成货币使用。大家知道日常生活中常用的导电材料是什么金属吗？对了，也是铜。除了银之外，铜是金属中导电性能最好的金属。但因为银的价格较贵，所以生活中都使用铜做导电材料。

纯铜具有紫红色的金属光泽，能够很好地导电导热，也比较容易捶打成其他的形状。而铜的合金有着很好的抗腐蚀性。在工业中，常用的铜的合金有青铜、黄铜和白铜三种。

青铜是铜和锡的合金，人类使用青铜有悠久的历史，早在公元前3500年就被人类使用。青铜比铜更能抗腐蚀、抗冲击，常用来制造成一些耐磨或耐腐蚀的零件。黄铜是铜和锌的合金，常用来制作各种仪器零件。如果在黄铜中加上少量的锡就可以得到能够抗海水腐蚀的海军黄铜。白铜是铜和镍合金。镍的添加提高了铜的强度、硬度、耐腐蚀性和电阻率，并且让它有更美观的色泽。但镍在自然界的存储量不多，因此白铜的价格比较贵。锌合金

锌合金通常是在锌的基础上加入铝、铜、镁、镉、铅、钛等元素而形成的。这些元素的加入使得锌合金的熔点变低，流动性变好，塑造性变好，更容易被焊接成型，常用来做汽车零件、外壳等。即使锌合金成了废品，也比较容易将它重新熔化，再回收起来加工使用。大开眼界合金有些什么共同的特点？不同的合金由不同的金属组成，但是这些不同的合金都有着一些相同的特点。一般来说，合金的熔点比组成合金的任何一种金属的熔点都要低；合金的硬度要比组成合金的任何一种金属的硬度都要大，能比它们更好地抵抗外界的冲击力；合金的导热导电性比组成合金的任何一种金属的导热导电性都要差。因此，合金常用来作为电阻材料。

合金的记忆功能

大家都知道人有记忆，可是大家知不知道金属也可以有记忆呢？金属的“记忆”跟人类的记忆一样吗？它真的能像人类的大脑那样不可思议吗？这就要从瑞典人奥兰德的发现说起了。

1932年，奥兰德发现改变金镉合金的形状之后，再将它加热到一定的温度时，金镉合金能够自动恢复到原来的形状。这种具有特殊“记忆”功能的合金被称为记忆合金。记忆合金是一种新型材料，现在科学家们已经发现了几十种不同的记忆合金了。说到这里，想必大家明白了，我们所说的记忆合金并不是说合金具有人的思维记忆能力，而是具有“记忆”形状的能力。

记忆合金这种十分特别的“记忆”功能在很多方面都得到了应用。比如记忆合金在弹簧上的运用。我们可以通过控制温度来控制弹簧的长度，从而使弹簧达到控制温度的作用，具体可以运用到消防报警器、水温控制器、暖气控制器上。

再比如，眼镜店中的记忆合金镜架的制作正是运用了记忆合金拥有良好弹性的特点。人们常戴的眼镜，用久了之后，眼镜架容易变形或者不小心被弄歪了。如果使用的是普通眼镜镜架就需要专业人员进行调整。但如果是使用记忆合金镜架，就只需要把眼镜往热水中放一会儿，它就能自动复原到眼镜架最初的形状了，十分省力方便。

大家试想，要是汽车外壳或是其他金属制品外壳也使用记忆合金制作，一旦它们受到外界冲击力的破坏，就只需要我们用吹风给它们加热便可以恢复到原来的形状，这该多好啊。相信在科学家们的努力下，这些美好的设想都能变为现实。

记忆合金不仅能在这些平常生活中的小物件上表现突出，在工业航天生产上也发挥着它的突出才能，比如人造卫星天线。人们将这种卫星天线压缩卷到卫星之中。当把卫星送入太空中，吸收到太阳能或其他热源后，卫星天线的温度上升，利用记忆合金的特性，它就可以自动舒展开来。

随着科技的不断进步，记忆合金的用武之地也越来越广，在军事、医疗、科技等方面都能看见它的踪迹。相信在未来的生活里，记忆合金能不断地给人们的生活带来更多的便利和惊喜。大开眼界记忆合金的“记忆”到底从哪里来？既然记忆合金不能像人一样有思维，有记忆能力，那它到底为什么能够记住形状的变化呢？其实，这些合金在固态时，它的晶体结构随温度的变化会发生相应的规律变化。记忆合金的记忆功能正是利用了这一规律。比如，某种合金在某个温度之上和这个温度之下，它的形态是不相同的。在这个温度之上，这种合金就会收缩或膨胀，发生形态变化。这个温度，就是这种合金的“变态温度”。当合金回到这个“变态温度”的时候，它的结构就会使它恢复到原来处于的稳定状态了。

永不生锈的金属

如果你要买一个金属的饭盒，爸爸妈妈是不是会叮嘱你要买一个不锈钢的饭盒呢？如果家里要添置新的刀具，爸爸妈妈是不是会首先选择不锈钢刀具？那不锈钢到底是什么样的厉害“武器”呢？它真的就不生锈吗？为什么不锈钢就不会生锈呢？金属不锈的原理

细心观察生活的小朋友们会发现，为了防止金属制品生锈，人们通常会在上面涂上一层油漆，比如我们常见的栏杆、金属长凳等。所有的金属都能与空气中的氧气发生不同程度的化学反应，钢也是如此。钢与氧气发生化学反应之后，钢的表面会产生一层氧化膜。而这层氧化膜并不能像衣服一样保护钢不继续跟氧气发生化学反应，而是使其继续氧化、锈蚀，最后形成空洞。

那怎么样来保护钢呢？通常我们会给它的表面涂上其他耐氧化的金属或是油漆，就像给它穿上一件坚固的衣服一样，使它不受到伤害。但是这件衣服一旦被外界环境破坏了，钢就又开始被锈蚀了。后来，一个治本的方法出现了，那就是不锈钢的发明。不锈钢的发明

在第一次世界大战期间，由于英国军工生产部门需要枪膛更耐磨的枪支，便命令布雷尔利专门去研究解决这个问题。

布雷尔利研究了各种各样的钢材，进行了很多次的实验，终于选出了耐磨性较好的钢材制成了枪支。在他的实验过程中，遇到了一种含大量铬的国产合金钢，但是这种钢材并不适合用来制作枪支。于是，便将这种钢材随手扔在了墙角。

几个月过去以后，一次布雷尔利的助手在打扫仓库的时候，又重新发现了这块被遗弃的含铬国产合金钢。助手看见这块钢材光亮而耀眼，于是重新把它交给了布雷尔利，看看它究竟有没有什么特殊之处。

通过实验，布雷尔利惊喜地发现这是一块不怕酸、碱、盐的不锈钢！布雷尔利心想：这种钢材不耐磨，不能作为枪支的制作原料，但是却十分耐腐蚀，能不能作为餐具的制作原料呢？

1916年，布雷尔利发明的不锈钢在英国取得了专利并开始大规模地生产。后来，事实证明他的这一想法获得了巨大的成功，不锈钢风靡全球，受到世界各国人民的喜爱。也因此，亨利·布雷尔利享有“不锈钢之父”的美誉。大开眼界不锈钢在什么情况下会生锈呢？通过学习，我们知道不锈钢不会生锈，极大地方便了我们的生活。那不锈钢真的在什么情况下都不会生锈吗？它有没有生锈的时候呢？其实，不锈钢也有生锈的时候。当放置不锈钢的环境中有大量的食盐、汗水、海水、海风时，它就会生锈。因为在这种环境中，有大量的氯离子存在。不锈钢在氯离子存在的环境下，就会很快地被腐蚀。如果你用不锈钢容器去盛含有氯离子的溶液的话，不久之后容器就会被腐蚀，使溶液泄漏出来。不锈钢生锈还有一种可能就是在生产过程中，合金元素没有溶入基体，导致不锈钢的合金含量低，而禁不住腐蚀。

会贮存氢气的合金

通过对前面章节的认识，我们认识了很多传统和新型合金。现在，我们继续来认识一种新型合金——贮氢合金。

氢的单质是氢气，是一种最轻而又易燃的气体。在现代的一些尖端科学技术领域中或是现代工业中，超纯氢气是一种重要的原料。贮氢合金，从这种合金的名字上，我们就可以知道它是能够贮存氢的一种合金。

将贮氢合金置于一定的压力和温度条件下，它会放出热量，吸收大量的氢气，然后反应生成金属氢化物。如果再将这些金属氢化物加热，则会吸收热量，将贮存的氢气释放出来。贮氢合金的贮藏能力很强，它可以用很低的成本来提炼出高纯度的氢。普通的制作超纯氢气的方法成本很高，而贮氢合金的贮氢过程就像电池的充放电一样，十分简便、易行。

贮氢合金不仅仅是单纯地提出高纯度的氢，在这个过程中还伴随化学能、热能之间的转化。贮存氢的时候，会放出热量；而放出氢的时候，会吸收热量。利用这个过程对热量的吸收和释放，可以制造一些取暖或是制冷设备。比如，日本北海道电力公司在1985年就正式投入使用他们研制成功的家用取暖和制冷设备。

在市场上有一种简单的吸收太阳能的装置便是运用贮氢合金在吸收、释放氢时对太阳能的释放和吸收原理。

在贮氢合金贮氢的过程中，不但有化学能、热能之间的转化，还可能存在与机械能之间的转换。贮氢合金在释放氢的时候会产生一种压力，而这种压力通过动力装置的转换就可以变成机械能，可以用来制作压缩机。当向这种装置输入低压氢气时，贮氢合金就会吸收氢而放出热量。放出的热量可以使冷水变热，通过管道可对贮氢合金加热，使它能够吸热，而放出高压氢气，从而产生机械动力。这个过程不需要复杂的配件，成本低，十分简单，很容易操作，并且不会产生噪音，不易发生器械故障。在美、日等国家，这种驱动装置已投入使用。大开眼界为什么说氢是未来的最佳能源之一呢？氢是十分环保的能源，发生化学反应放出热量，不产生对环境有污染的二氧化碳和氮的化合物等气体。氢气能够像天然气一样储存起来，在电力供应有剩余的时候，可以用氢的形式将它们存储起来，到有需要的时候或地方再用。氢是可再生的能源，氢可以由化学反应产生电能，又可以将水电解产生出氢，如此循环下去，不会造成污染。氢的来源广泛、资源丰富而且又可以再生，不会像不可再生能源石油一样，引起国家或民族的争端。氢的这些特性既能满足人们的生活生产所需，又不会像传统能源一样造成环境污染，也不会引起世界争端，因此说氢是未来的最佳能源之一。工具的使用将人类从一般动物中分离出来，成为高等动物，而制作工具的材料便成为人类文明发展的推手。人类在经过漫长的石器时代后，终于在五千年前迎来了金属时代。人类在金属时代的历程上，先后经历了红铜时代、青铜时代、铁器时代等。到近代，铝才被发现并走进了人们的生活。随着科学技术的不断发展，人们对金属材料有了新的要求，新金属材料应运而生。公元前5000年左右——人类开始使用金属。公元前3500年左右——人类开始步入青铜时代，这也是人类最早使用的合金。公元前1200年左右——铁走进了人类的生活，将人类从铜器时代带入了铁器时代。1825年——丹麦化学家用无水三氯化铝与钾汞齐反应，首次获得了金属铝。到19世纪后期，发明电解铝的制法后，才降低铝的成本，使它能被广泛运用。19世纪70年代——出现了具有“记忆”形状功能的合金。1911年——荷兰物理学家昂尼斯发现了水银具有超导现象。1916年——有“不锈钢之父”的布雷尔利取得英国不锈钢的专利权，并开始大量生产，获得了人们的认可。1956年——科学家们制造了气泡铝，开启了泡沫金属的发展历程。

第二章　随处可见的化工材料

相互合作的高分子复合材料

小朋友们，你们肯定知道火箭、载人宇宙飞船、人造卫星吧，那你们知道它们是怎样飞入天空的吗？科学家们要给它们一个特别快的速度才可以让它们挣脱地球的吸引力飞入太空。这个特别快的速度，能让它们与大气的摩擦温度达到1000多度。为什么火箭、飞船能这么厉害，可以经受得住这么高的温度而没有熔化掉呢？因为它们的外壳材料采用了碳纤维增强复合材料（CFRP），这种十分先进的高分子复合材料能经得住高温的考验，特别坚固而且还十分轻巧。也许有小朋友会问了：什么是高分子复合材料呢？用途广泛的高分子复合材料

高分子复合材料就是以一种材料为主，以另一种材料为辅，各取其优点，将两种材料合二为一而得到新材料。比如说，一种高分子材料十分轻巧，而另一种高分子材料十分坚固，那么将两种材料通过一定技术手段合二为一，就可以得到一种既轻巧又坚固的高分子复合材料了。复合材料具备了组成材料的优点，这样它就比原材料更有优势，才能满足更高的生活生产要求。

高分子材料通常都具有十分轻巧、耐得住腐蚀、经得住外界高强度冲击、比较容易加工成其他形状等特点。目前，在制造卫星、各种机械工具、各种建筑、各种交通运输工具、化学用品以及一些日常生活用品方面都用上了高分子复合材料。比如玻璃钢，就是一种比较重要的高分子复合材料。坚固的玻璃钢

玻璃钢，听这名字会不会让大家以为这是一种钢材呢？其实，玻璃钢跟钢材没什么关系，它并不含有任何金属元素。这种高分子复合材料的学名叫玻璃纤维增强塑料，它跟玻璃一样耐腐蚀、耐高温，有很好的透明性，又跟钢一样坚硬而不易碎。它结合了玻璃和钢的优点，而又弥补了两者的缺点，因此被称为玻璃钢，常用来制造轮船、汽车的外壳和各种机械零件。大开眼界高分子复合材料是如何分类的？构成高分子复合材料的化合物的相对质量一般都比较高。高分子结构复合材料和高分子功能复合材料是高分子复合材料的两大类。高分子结构复合材料包括增强剂和基体材料。增强剂指的是像玻璃纤维一样有着高强度，耐温性的纤维及织物。基体材料指的是像酚醛树脂一样能够起黏合作用的胶粘剂。树脂类基体材料和具有某种特殊功能的材料一起构成了高分子功能复合材料，比如一些半导材料、磁性材料等。再往其中加入黏合剂的话，这些材料还能出现一些新的功能。

如影随形的有机高分子材料

小朋友们，当你们听到“有机高分子材料”的时候，是不是完全不知道这是一个什么东西？其实，你们每天都接触着有机高分子材料，对它们并不陌生。也许，你会问：什么？我每天都接触着有机高分子材料，我怎么不知道呢？其实，有机高分子材料时时刻刻地存在于我们的生活之中，无论是吃、穿、住、行都离不开它。像塑料、毛线、棉花、丝织品等都是最常见、最常用的有机高分子材料。高分子材料的组成

高分子材料由高分子化合物组成，主要是由一种或几种结构单元不断重复而成的，它的组成元素多为碳、氧、氢、氮等元素。它们的分子质量都比较大，所以称为高分子化合物。物质的结构往往决定着它们的性质。高分子材料的重复单元结构使得它们有着很好的柔性、弹性，容易被塑造成其他的样子，并且还能耐热耐高温等，从而被广泛地运用开来。

我们生活生产中所使用的高分子化合物并不是单纯的高分子化合物，而是根据它的用途，在其中添加了不同的添加剂。添加剂的加入可以让高分子材料的性能得到更好地改进和发挥。不过，高分子化合物主要材料的性质决定了高分子材料的性质，并不会随添加剂的加入而发生大的改变。高分子材料的特性

高分子化合物以固、液、气三种形式存在。固体的高分子化合物一般都是特别硬，以橡胶态、纤维态、玻璃态的形式存在。处于橡胶态的高分子链是卷曲或是没有规则的，一旦用力去拉伸它再放开它，它就会随着被拉伸或收缩，有着很好的弹性。处于纤维态的高分子化合物，它的长度比直径要大得多。处于玻璃态的高分子化合物，它是无形而又透明的，就像玻璃一样。

前面我们所提到的毛线、棉花、丝织品等有机高分子材料都是直接从自然界中获取的，是天然的有机高分子材料。但是，随着经济的发展，人们的需求不断扩大，天然的有机高分子材料不能满足人们的需求。于是，先进的科学技术又创造出了自然界没有的高分子化合物。

高分子化合物越来越多，于是从不同的角度有了不同的分类。从高分子化合物的来源来看，有天然高分子化合物、半合成高分子化合物和合成高分子化合物之分。淀粉、棉花这些从自然界中可以直接获取的就是天然高分子化合物。聚丙烯、聚乙烯这些自然界中原来没有的就是合成高分子化合物。醋酸纤维素这种原始原料为天然高分子化合物的则是半合成高分子化合物；从高分子化合物的用途和性质来看，可以分为橡胶、纤维、塑料；从高分子化合物的合成反应来看，可以分成聚合物、缩合物和开环聚合物等。大开眼界有机高分子材料有哪些新型应用？有机高分子材料又称为高分子化合物或高聚物，是我们吃、穿、住、行都离不开的材料。像日常的毛、丝、棉都是有机高分子材料，那它有哪些新型应用呢？高分子分离膜就是用高分子材料的新型应用，它是一种有选择性渗透功能的半透性薄膜。这种薄膜在海水淡化，从空气中富集氧气等过程中有着十分重要的意义。光功能高分子材料是高分子材料的另一新型应用。它指的是像光导材料那样能够对光进行一系列作用的高分子材料。它常用来开发非线性光学元件，充当制作先进信息储存元件的材料，并且在电子工业和印刷工业上有很广泛的用途。

认识塑料

很久以前，人们去菜市场买菜或是上街购物都会背一个背篓或是挎一个小篮，而现在各种各样的塑料袋极大地满足了人们不同程度的需求。那么给人类带来极大方便的塑料是谁发明的呢？又是如何被发明的呢？

1907年，一位叫列奥·亨德里克·贝克兰的美籍比利时人注册了酚醛塑料的专利，推开了塑料世界的大门。这位有着“塑料之父”美誉的科学家有着怎样的故事呢？

1863年，在比利时的根特，一位鞋匠和女仆生下了贝克兰。聪明的贝克兰在他21岁的时候就完成了根特大学博士学业，在他24岁的时候就成为了化学和物理教授。他26岁的时候与他大学导师的女儿结了婚，并去美国从事化学研究。

后来，贝克兰在美国留了下来，并成为了纽约的摄影供应商。那时摄影的相纸只能在阳光下成像。而几年后，常与摄影器材打交道的贝克兰发明了一种在灯光下就可以成像的相纸。1893年，他辞去了摄影供应商的工作，创办他自己的化学公司。

可以在灯光下成像的相纸给摄影器材商伊士曼·柯达很大的压力。最后，柯达以相当于现在1500万美元的价格购买了这种可以在灯光下成像的照相纸专利权。而聪明的贝克兰又留了一手，买了专利权的柯达，发现配方并不灵，所生产的相纸并不能顺利地在灯光下成像。贝克兰回答：发明家为了专利不被侵权使用，都会在专利文件中省略一点。你们购买的是专利权，又不是全部知识。最后柯达又花了一笔钱，才得知了整个生产制造工序。

从相纸中获利的贝克兰成立了自己的私人实验室，还与人合作建起了实验工厂。那时，电力工业刚刚起步，贝克兰十分看好电力工业背后的绝缘材料市场。虫胶就是一种天然的绝缘材料，而长久以来，南亚家庭手工业一直是虫胶的主要生产渠道。这时，贝克兰注意到了虫胶价格在不断地上涨，从而发掘了他寻找虫胶代替品的商机。

1904年，在德国化学家阿道夫·冯·拜尔的研究基础上，贝克兰继续研究苯酚和甲醛反应后，留意了在玻璃管底部所留下的一些顽固的残留物。通过实验研究，他得到了苯酚——甲醛虫胶的液体。但是，这种液体并没有受到市场的欢迎。三年后，他继续研究出了一种糊状的黏性物，并且通过模压，使它成为了一种半透明的硬塑料——酚醛塑料。

贝克兰用自己的名字将酚醛塑料命名为“贝克莱特”并注册专利。而就在贝克兰注册专利的第二天，他的英国同行詹姆斯·斯温伯恩爵士也提交了专利注册申请。不过遗憾的是，这种酚醛塑料的专利权已经由贝克兰获得。

酚醛塑料是世界上第一种完全合成的塑料。虽然它有着受热会变暗，颜色单调等缺点，但是它耐热、耐腐蚀性好、不可燃、绝缘性好等优点，使它能广泛地应用于交通运输业、通信业和电力工业等方面。比如，酚醛塑料常被用来制作成电话和收音机的外壳、插头、插座、阀门、按钮、手柄、保温水瓶、饰品，等等。

从廉价的原料中提炼出的酚醛塑料有着十分广泛的用途，被誉为20世纪的炼金术。而贝克兰也被《时代》杂志周刊誉为“塑料之父”。大开眼界塑料有很多的优点，那又有哪些缺点呢？事物有好的一面也有坏的一面，塑料也有很多缺点。第一，塑料不容易老化、劣化，能在自然界中长期存在，有些塑料在地下埋藏几百年都不会腐化，塑料的回收处理工作十分困难。第二，塑料容易燃烧，并且燃烧的时候会放出一些有毒气体，污染环境，影响人类健康。第三，塑料的耐热性差，限制了塑料的使用范围。第四，塑料的制作需要石油炼制的产品，它并不能取之不尽。第五，用塑料制成的一次性产品，制造出了很多白色垃圾，给环境保护带来了严重的问题。

新时代的塑料

塑料在日常生活中的用途十分广泛，从小零件、家庭电器、医疗器材、交通工具等物品都可以看见塑料的踪迹。现在科技越来越发达，对塑料这种使用得十分广泛的材料也提出了更高的要求。因此，塑料在新时代的召唤下，也有了新型的应用了。导热塑料

塑料能够导热？是的，生物塑料就是一种可以导热的材料，是塑料的新型应用之一。日本电气公司用玉米作为原料生产出聚乳酸树脂，再混入特殊的黏合剂和一种很细的碳纤维，就可以制造出一种新型的生物塑料。这种生物塑料能够很好地传导热量。当碳纤维含量占生物塑料的10%的时候，它的导热能力甚至跟不锈钢差不多。当碳纤维的含量占到30%的时候，它的导热能力是不锈钢的两倍。传统的导热材料多为金属制品，而一般金属比较重，生物塑料就能很好地解决这个问题。除此之外，生物塑料更容易成型，制作过程对环境的污染也更小。变色塑料

塑料能变色？变色不是变色龙的绝活吗，怎么塑料也能变色了呢？是的，德国的塑料研究所与英国的一所大学共同完成了变色塑料薄膜的研发。这种薄膜是一种塑料蛋白石薄膜，而蛋白石就是一种具有绚烂光泽的天然材料。颜色可以调节人们的心情，变色塑料既可以调节我们的生活，又不至于造成浪费。比如我们常用的手机外壳，如果使用变色塑料来制作，既可以变换颜色，给大家带来不一样的视觉感受，又不会造成浪费。高强度塑料

塑料也能做防弹服？虽然塑料并不是易碎品，但是在大家的印象中，它也是经不起力的冲击的，怎么还能够防弹呢？这就是新型塑料的另一个应用。这种塑料防弹服可以抵制22毫米子弹的冲击，并且还具有传统防弹服不具备的优点。第一，传统防弹服都比较笨重，而这种新型塑料防弹服只有传统防弹服的五分之一到七分之一重。第二，传统防弹服受到力的冲击后就会变形，不能继续使用了。而这种塑料防弹服，受到冲击力后，通过一段时间，还可以慢慢恢复到原来的样子，再继续使用。第三，塑料防弹服在受到冲击力的时候，可以将冲击力分配到全身，避免对身体的强烈伤害。降噪塑料

塑料也可以降低噪音？是的，美国聚合物集团生产了一种减少噪音的衬垫，将它用于汽车的车轮或车身，可以有效吸附汽车车厢制造的噪音。这种衬垫可以减少汽车四分之一的噪音。这种降低汽车噪音的塑料制作法，将会继续改进，从而使它更好地用在更多的地方。大开眼界塑料还能有哪些新的运用？塑料也能充当血液？是的，英国谢菲尔德大学的研究人员就发明了一种可以充当急救的血液代替品——“塑料血”。这种塑料血十分浓稠，只要把它在水中溶解一下，就可以当作血液给病人急救。这听起来是不是让大家觉得不可思议呢？这种塑料血虽然是由塑料分子构成的，但是却与血液中的血红蛋白分子有着相同的功能，可以携带铁原子，也可以为全身输入氧气。比起血液来，塑料血还具有保质日期长、轻便易携带、不需要冷藏、成本更低等优点。

轻巧的泡沫塑料

前面我们提到了泡沫金属，现在让我们一起来看看泡沫塑料吧。比起泡沫金属来说，泡沫塑料更贴近我们的生活，大家常见的席梦思就使用了泡沫塑料作为生产材料。

大家应该对席梦思都比较熟悉。睡觉的时候，使用席梦思床垫会让人感到十分舒服。这得益于席梦思中的海绵床垫和弹簧了。海绵床垫就是一种泡沫塑料。

泡沫塑料是在塑料的基础上用发泡的方法形成很多均匀而细小的小孔。根据不同情况的塑料，分别采用物理方法、化学方法或是机械方法来发泡。发泡塑料有很多种分类方法：塑料发泡多的，称为高发泡体；相反，塑料发泡少的，称为低发泡体。根据塑料的弹性和硬度，又可以分为软质发泡塑料、硬质发泡塑料和半硬质发泡塑料。

与塑料相比，发泡塑料更轻。它的气泡结构可以使它有更好的抗冲击能力和负荷能力，能够减冲缓震；还可以吸附噪音，有很好的控音能力。在房屋建设中，泡沫塑料是常用的隔音材料。在运输中，泡沫塑料多作为打包材料，既达到保护作用，使运输物品免受震荡的损伤，又能够节约交通运输费用。泡沫塑料中的气孔也阻断了热量以及电力的传导，具有良好的隔热性，也是很好的电绝缘材料。它的吸水率、吸湿率都很低，化学性质也十分稳定，不容易与空气或外界物质发生化学反应，作为包装材料不但能够保温或保冷，还不会影响被包装的物品的性质，常作为餐饮的包装盒。另外泡沫材料容易加工成各种形状，能满足各种形状的要求，更加方便它作为包装材料的使用。软质泡沫还有很好的弹性，常被用来作为各种零部件。大开眼界发泡塑料是如何进行发泡的？发泡塑料通常可以通过物理、化学、机械这些方法来发泡。它们的大致生产过程是：首先，当塑料在熔融状态或是液体状态时，往其中注入气体，让它产生微孔。然后，当微孔膨胀到一定体积的时候，通过物理或是化学的方法，让气孔固定下来。在采用机械方法的时候就是在搅拌塑料的同时，加入空气或二氧化碳形成气泡。采用物理方法就是将低沸点的烃融入塑料，在塑料受热软化的时候，溶入液体，让它挥发而产生气泡。采用化学方法就是加入发泡剂，当它受热分解的时候就能放出气体或者是利用聚合过程中的副产品气体形成气泡并固定下来。

环保的可降解塑料

大家有没有听过这样的消息：有一条鲸鱼在海中不明死亡。后来发现，原来鲸鱼死亡的原因是它误食了一个塑料袋。大家有没有看过这样的图片：白色餐盒、白色垃圾堆积成山，很久都没有老化、劣化，而占用了大量的土地，引发了很多环境问题。

在塑料给人们生活生产带来极大便利的同时，也给人类带来了很大的危害。塑料垃圾在自然环境中不吸收水，不容易老化、劣化，能够长久存在，破坏了土地结构，造成环境问题。据科学调查，要让这些塑料在自然界中自己消失需要两百年甚至更长的时间！塑料成了环境污染的一大来源，相信有不少小朋友都曾看过塑料袋被大风刮来刮去的情形，给环境造成很大的污染。

塑料除了污染环境以外，有些塑料还有一定毒性，给人们的健康造成很大的危害。比如使用塑料做成的食品袋或是饭盒，塑料中的有毒物质与食物就会在密闭空间中积聚在一起，从而使食物受到污染，直接危害人体的身体健康。特别是用这些塑料制品装热腾腾的食物的时候，高温会让塑料制品中的有毒物质释放得更快，使有毒物质与食物融合得更快。科学家们通过研究发现，塑料食品包装物中存在的化学物质已经在人体存在了，并且摄入的速度越来越快。

塑料的污染问题变得越来越严重。很多国家都开始减少塑料袋的使用甚至是禁止使用或是停止生产塑料袋。

与此同时，科学家们在不断寻找发现一种既能够保持塑料优点，又能够容易让它在自然老化、劣化，不污染环境，不对人体有害的塑料。现在经过科学家们的努力，这种塑料已经开始进入了人们的视线，这就是可降解塑料。

目前我们常说的可降解塑料，一般有生物降解塑料、光照降解塑料、化学降解塑料等。生物降解塑料，就是这种塑料可以被土壤中的微生物或其他能够消化东西的物质降解，就像植物一样能够在自然界中消失。最简单的生物降解塑料制造方法就是在它里面添加淀粉。淀粉的添加使得塑料的结构发生变化，从而使微生物能够消化它。比如，美国林业部就在塑料中添加淀粉和聚乙内酰胺。他们用这种塑料制作成树苗的保护套，当树苗健康成长后，这种保护套也能自然在土壤中被微生物降解，而不造成环境污染问题。

光解塑料就是通过光的照射便能发生降解。光降解塑料有共聚型和添加型之分，它们都是通过使用添加剂改变塑料的原本结构，使塑料能够在光的作用下发生反应，从而老化、劣化。光解塑料生产过程简单，成本也比较低，但是它必须要在有光的条件下才能降解，对环境条件的依赖比较大，影响了适用的范围。

化学降解则是通过化学方法对塑料进行降解。除此之外，韩国利用遗传工程来大量生产可降解塑料。

降解塑料的发明，让很多一次性餐饮、卫生用品有了很好的归宿，解决了环境污染问题。同时，它也给医疗器材带来了很大的便利。用降解塑料来制作手术缝合线，骨折固定材料，可以方便病人的手术，减轻病人的病痛，给他们带来福音。在科学技术的发展下，可降解塑料的成本会变得更低，在生活中能更加广泛地适用。大开眼界可降解塑料有什么缺点吗？塑料很多时候都直接用来包装食物，而可降解塑料直接用于食物是否存在食物安全问题呢？这个问题还有待探讨。在正常的环境中，不可降解塑料有着稳定的化学性质，不容易发生化学变化。而可降解塑料的性质是不稳定的，比如生物可降解塑料，在有微生物的环境下，它容易被降解，就会滋生细菌。如果用它来直接包装食物的话，就可能会引发食品安全问题。可降解塑料虽然解决了不可降解塑料处理上的一些难题，但是被废弃的可降解塑料仍然是一种垃圾，并没有彻底地解决了垃圾污染。除此之外，可降解塑料是不是真正对环境没有一点潜在危害，这个问题还需要进一步探讨。

不可思议的导电塑料

大家都知道，金属能够导电，塑料是不能够导电的。塑料本身也就是作为不导电材料而广泛使用的。但是，在20世纪80年代的时候，科学家们发明了导电塑料。是的，大家没有听错，塑料也可以导电！如今，导电塑料已经开始走进社会并发挥它的特别作用啦。

1970年，日本筑波大学的白川教授有一次在指导学生制作聚乙炔实验时，学生不小心多使用了1000倍的催化剂，结果得到了一块银光闪闪的薄膜。这种十分像金属的薄膜，引起了白川教授的极大兴趣。

白川教授与美国科学家一起对它进行研究，居然发现当在这种薄膜中加入碘后，它能有很好的导电功能。于是，能够导电的塑料，就在这个意外中被发现了。虽然它的导电功能远远比不上铜的导电功能，但是从不能导电到能够导电，这已经是一个很大的飞跃，已经让人感到十分欣喜了。

后来，除了这种薄膜以外，科学家们还发现往一些高分子聚合物中添加一些杂剂后，也能使它们导电。随着更多导电塑料的发现，科学家们越来越重视导电塑料的发展了。

那塑料揽下了金属的活，有什么用呢？为什么不用金属来导电，而要使用塑料来导电呢？导电塑料最初的运用便是导电电池。最初，塑料电池使用效率比较低，使用多次以后太容易失效。后来在科学家们的改进和研发后才变得经久耐用。美国科学家和日本精工埃普森公

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