发表于2024-12-23
基本信息
书名:迷人的材料:10种改变世界的神奇物质和它们背后的科学故事
定价:49.8元
作者:(英)马克·米奥多尼克著,赖盈满
出版社:北京联合出版公司
出版日期:2015-09-01
ISBN:9787550257610
字数:180000
页码:
版次:1
装帧:平装
开本:16开
商品重量:0.4kg
编辑推荐
※获1届“文津图书奖”科普类推荐图书。
★比尔·盖茨撰文推荐!
★材料学大师的力作。「未读·探索家」畅销科普系列图书。
★2014年英国皇家学会科学图书奖。2014年度科学类选书。《物理世界》2014年推荐**科普书。《纽约时报》2014年*值得阅读的一百本书之一。
★一部材料科学的颂歌,以高超的故事写作手法,引导你步入材料学的神奇世界,探究身边10种寻常之物背后激动人心的故事。
★**次将材料的科学知识和它们给人的感官感受组合在一起,勾起人无限的好奇心,并从中发现诗意和美。
注:封底凡无企鹅防伪标识者均属未经授权之非法版本。
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比尔·盖茨:你再也不会用同样的眼光看待铅笔、茶杯和剃刀了
比尔·盖茨/文
来源:比尔·盖茨
人们有各种各样的执念——或犯傻或认真。从痴迷桥牌(比如我),到仰望天空寻找未知星球,各种各样的喜好正是人性中*美的事物之一。然而,并不是每个人的爱好都能成为供普通人阅读的好书。
《迷人的材料》中讲到,马克·米奥多尼克(MarkMiodownik)的个人喜好和职业追求,既包括诸如纸、玻璃、水泥、钢材这样的日常材料,也包括促使世界发展的超级新兴材料。我很高兴看到他这样诙谐、聪明的作者,写出了这本妙趣横生、深入浅出的书。
我*喜欢的作家、历史学家瓦克拉夫·斯米尔(VaclavSmil)也写过一本关于材料的好书。但和米奥多尼克的书比起来相去甚远。斯米尔是个考据派,从不会把一点浪漫主义带进书里。米奥多尼克恰恰相反——比起数字,浪漫轻松的语言才是他的*爱。
name='OLE_LINK7'>米奥多尼克,一个毕业于牛津、供职于世界**实验室的材料科学家,却和材料科学有着纠结的邂逅。20世纪80年代,高中生米奥多尼克在伦敦地铁站赶上了抢劫。据他自己所说,当时他盯着劫匪闪亮的刀刃,竟然忘了自己背上5寸伤口的疼痛。“就这一小片钢,甚至还没有邮票大,竟然毫不费力地划破了5层衣服,然后刺穿了我的表皮层、真皮层。”他在书中如是写道,“从这一刻起我迷上了材料科学。”
普通都不会花太多心思思考钢这种东西,反正也不会被抢劫。但据米奥多尼克说,钢可是魅力无限。铁是钢的铸造原料,但钢和铁比**的优势,是在于压力之下钢更坚韧——它不易产生裂纹,也更难折断。从罗马时代起,铁匠们就开始铸钢了。到了19世纪中叶,科学家们发明了更加廉价的工业铸钢法,钢材就成了人们生活的中心,从生活用具到交通工具、城市建筑,钢的身影无所不在。
下一个世纪,人们在材料科学上可能会有更大的革新。我就住在世界*长的浮桥(EvergreenPointFloatingBridge)旁边,这座浮桥也和许多其他现代建筑一样,由钢筋混凝土浇筑而成。它已经为西雅图服务50多年了,如今到了它寿命的尽头。我站在院子里,能看到工人们开工搭起新桥。米奥多尼克告诉我们,未来的桥梁很可能会用“自愈水泥”铸造,一下子能省下数十亿美元的修缮、替换费用。
自愈水泥是材料科学的一项的研究。在火山湖中,硫的含量高到会烧灼人的皮肤。科学家却从中找到了一种具有高度适应性的细菌,它们能在岩石中休眠长达数十年。假如把这种细菌注入钢材,再加上供其生长的淀粉养料,当未来钢材出现裂纹,水流入其中时,细菌就会被激活,找到淀粉,开始成长、分裂,分泌出矿物质,堵住裂缝。
我个人非常喜欢书中关于碳的那一章。关于这种原子过去、现在和未来在人类生活中扮演的角色,米奥多尼克提出了自己丰富的见解。碳的众多存在形式之一——钻石,几千年来都是爱情和战争的象征。煤炭给工业和运输注入能量,也深刻影响着大气的化学组成。由石墨纤维和环氧树脂胶组成的碳纤维材料,如今正在逐渐改变着体育、航天、汽车工业的现状。我*近听说西雅图购进了碳纤维城市公交车。和传统的钢造公交车比起来,这种公交车更轻便、更清洁,动力却更强,也更安全,还能为市政省下一大笔汽油费用。
碳的存在形式还有很多,比如石墨烯——由石墨原子拼接组成的一层;碳纳米管——由石墨烯卷曲而成。石墨烯是人类所知的*薄,却*坚韧的材料——比纸还轻,却比钢坚韧200倍。它还是***好的人造导体。也许有一天,石墨烯会取代硅质芯片,为计算机科学和通讯科技开启新纪元。是的,材料是如此重要!
用“政治术语”讲,有时候,比起候选人真正的资质,选民们其实更看重自己愿不愿意和候选人一起喝上一顿酒。米奥多尼克能征服所有“选民”,而且他的专业资质和水平都非常棒。我非常期待他未来的作品。
内容提要
从茶杯、喷气发动机到家用电器、内裤,我们的生活充满了材料。但你想过没有,为什么玻璃是透明的?是什么让橡皮筋有弹性?为什么曲别针会弯曲?为什么不锈钢不生锈?水泥也能做成衣服?世界上薄却坚硬的东西是什么?为什么某一种材料做成的东西会长那样?材料如何塑造了我们的世界又对我们的生活产生了怎样的影响?
世界材料学大师带你用材料科学家的眼睛,以全新的方式看待你身边的每一样东西:钢、纸、混凝土、巧克力、塑料、玻璃、瓷器……
本书以渊博的知识和极富感染力的文字写就。它不仅揭露了各种物质背后的神奇结构,还告诉我们隐藏在其背后的精采故事。每一章介绍一种材料,辅以照片和手绘图,极富可读性和趣味性。
目录
作者介绍
马克·米奥多尼克:伦敦大学学院材料科学教授,英国皇家工程学会会士,入选《泰晤士报》「英国百大影响力科学家」。他乐于为大众讲解材料科学,且广受欢迎,曾担任多部纪录片的主持人,包括英国国家广播公司第二台(BBC2)制作的《发明的天才》。2010年,他获邀在科普界负盛名的英国皇家科学院圣诞讲座进行演讲。
他也是伦敦大学学院制成研究中心主任,这个中心有一座材料馆,收藏了地球上神奇的一些物质,并和多所博物馆共同推出互动节目,合作伙伴包括泰特现代美术馆(TateModern),黑沃德画廊(HaywardGallery)和威康收藏馆(WelleCollection)等。
文摘
序章走进神奇的材料世界
一刀引发的机缘
我站在地铁车厢里,身上有一道13厘米、后来被医生诊断为穿刺伤的伤口在汩汩渗血,我心想:接下来该怎么办?
那是1985年5月的一天,我在车门关上前跳进车厢,把攻击者挡在门外,却没闪过他的一刀,背上被划了一下。伤口像遭利纸割伤一样剧痛,而我看不到伤势有多重。但身为英国人,又是中学生,我心中的难堪压过了应有的常识。因此我非但没有呼救,反而决定好闷不吭声坐车回家。这么做很怪,但我就是那样做了。
为了让自己分心,别去注意疼痛和鲜血流过背部的不适,我试着回想刚才究竟发生了什么。那家伙在月台上朝我走来,向我要钱。我摇头拒绝。他突然凑得很近,让人很不自在。他盯着我说他有刀,他说这话时喷了几滴口水,洒在我的眼镜上。我顺着那家伙的目光望向他蓝色连帽夹克的口袋,发现他一手插在口袋里,里面凸起了一块。我直觉认为他只是虚张声势,凸起来的是他的食指。接着我心里闪过另一个念头:就算他有刀,也是很小一把,才塞得进口袋里,因此绝不可能伤人太重。我自己也有小刀,知道那种刀很难刺穿我身上那么多件衣服,包括我引以为傲的皮夹克、灰色羊毛西装制服、尼龙V领毛衣、白色棉衬衫,外加打了一半的条纹制服领带和棉背心内衣。我脑中迅速浮现一计:继续跟他说话,然后趁车门关上之前把他推开,赶紧上车。我看见车就快来了,确信他来不及反应。
有趣的是我猜对了一件事:他真的没有刀。他手上的武器只是一把用胶带缠住的剃刀刀片。那一块小铁片不比邮票大,却一口气割穿了五件衣服,刺破我的表皮和真皮,一点阻碍也没有。我后来在警局看到了那玩意儿,整个人愣傻了,如同遭催眠一样。我以前当然见过剃刀,但那一刻却发现自己根本不了解它。我那时刚开始刮胡子,只看过嵌在比克牌橘色塑料刮胡刀里的刀片,那玩意感觉友善得很。警察问我凶器的事,我们之间的桌子微微晃动,剃刀也跟着摇晃,映着日光灯熠熠生辉。我清楚地看见它的钢刃依然无缺,下午那一番折腾没有在上面留下任何刮痕。
我记得后来要填笔录,爸妈焦急地坐在我身旁,不晓得我为何停笔不前。难道我忘了自己的姓名和地址?其实我是在盯着页的订书针瞧,很确定它也是钢制的。这一小根其貌不扬的银色金属不仅刺穿了纸面,而且干净利落,精准无比。我仔细观察订书针的背面,发现它两端整整齐齐对折收好,把纸紧紧抱住。连珠宝匠也没有这等功夫。我后来查到世界上把订书机是工匠亲手为法国国王路易十五打造的,每一根针上都刻着国王的姓名缩写。谁想得到订书机竟然有皇室血统?我觉得这订书针真是“巧夺天工”,于是指给父母亲看。他们两人对看一眼,面带愁容,心想这孩子是神经错乱了。
我想是吧,因为怪事显然发生了。那一天,我正式成了“材料迷”,而头一个对象就是钢。我突然对钢超级敏感,发现它无所不在,其实只要开始留意,就会察觉确实如此。
我在警察局做笔录时,发现圆珠笔尖是钢做的;我父亲焦急地等待时,钥匙圈当啷作响,那也是钢制成的;后来它还护送我回家,因为包住我家车子外壳的还是钢,而且厚度比一张明信片还薄。说也奇怪,那辆小Mini平常很吵,但我觉得它那天特别乖巧,仿佛在代表钢为下午的事向我道歉。回家后,我和父亲并肩坐在餐桌前,安静地喝着母亲煮的汤。我突然停下来,发现自己正拿着一块钢片放进嘴里。我把不锈钢汤匙吸吮干净,拿出来看着它发亮的表面。那勺面又光又亮,连我变形的倒影都看得见。“这是什么材质?”我挥动手里的汤匙问父亲,“还有,它为什么没味道?”说完,我把汤匙放回嘴里仔细吸吮,确定它是不是真的没味道。
我脑中涌出了几百万个问题。钢为我们做了那么多事,我们为什么几乎不曾提到它?这材料和我们那么亲密,我们把它含在嘴里、用它去除不要的毛发、坐在它里面到处跑,它是我们忠实的朋友,我们却几乎不晓得它如此的诀窍。为什么剃刀用来切割,回形针却能随意弯折?为什么金属会发亮,玻璃却是透明的?为什么几乎所有人都讨厌混凝土而喜欢钻石?为什么巧克力那么好吃?某某材料为什么外观是那样子、有那样的性质?
材料构筑了我们的世界
自从那天被人刺伤之后,我几乎所有时间都沉迷在材料里。我在牛津大学攻读材料科学拿到博士,研究主题是喷气发动机用合金,接着又到全球各地先进的实验室担任材料科学家和工程师。我对材料愈来愈着迷,手边收藏的特殊材料也愈来愈多。那些样本如今都纳入我跟同事兼好友赖芙琳(ZoeLaughlin)和康林(MartinConreen)共同打造的材料馆里。其中有些怪得离谱,例如美国航空航天局的气凝胶,成分有99.8%是气体,感觉就像固态烟雾;有些具有放射性,例如我在澳洲一家古董店很里面的角落发现的铀玻璃;有些很小却重得夸张,例如要费尽千辛万苦才能从钨锰铁矿提炼铸成的钨条;有些虽然常见却隐含不为人知的秘密,例如自愈型混凝土。这座材料馆目前位于英国伦敦大学学院的制成研究中心,里头收藏了上千种材料,呈现出建构我们这个世界——从住家、衣服、机器到车辆的各种原料。你可以用它们重建文明,也可以用它们毁灭世界。
然而,我们还有一个更巨大的材料馆,里头收藏了数百万种材料,这是已知大的材料馆,而且收藏数量一直呈指数增长:那就是人造物的世界。请看本页的照片。这是我在我家屋顶喝茶的照片。这张照片非常普通,但如果仔细观察,就会发现它像一份型录,列出了建构我们整个文明世界的各种材料。这些材料很重要。拿掉混凝土、玻璃、织物、金属和其余材料,我就只能光溜溜地飘在空中发抖。我们或许自认为文明,但文明绝大多数得归功于丰饶的物质。少了物质材料,我们可能很快就得和其他动物一样为了生存而搏斗。因此从这个角度看,是衣服、住宅、城市和各式各样的“东西”让我们成为人(只要去过灾区就知道我在说什么),而我们用习俗和语言让它们具有生命。因此,材料世界不仅是人类科技与文化的展现,更是人类的一部分。我们发明材料、制造材料,而材料让我们成为我们。
文明时代就是材料时代
从我们对文明发展阶段的划分(石器时代、青铜时代和铁器时代)就可以看出材料对我们而言有多么根本和重要。人类社会每一个新时代都是因为一种新材料出现而促成的。钢是维多利亚时代的关键原料,让工程师得以充分实现梦想,做出、铁路、蒸汽机和邮轮。修建英国大西部铁路与桥梁的工程师布鲁内尔(IsambardKingdomBrunel)用材料改造了地景,播下了现代主义的种子。
20世纪常被歌颂为硅时代,是因为材料科学的突破带来了硅芯片和信息革命。但这个说法忽略了其他五花八门的崭新材质,它们同样改写了现代人的生活。建筑师运用大规模生产的结构钢和平板玻璃建起摩天大楼,创造出新的都市生活形态。产品和服装设计师用塑料改变了我们的住宅与穿着。聚合物制造而成的赛璐珞催生了影像文化一千年来的大变革,也就是电影的诞生。铝合金和镍超合金让我们制造出喷气发动机,使得飞行从此变得便宜,进而加速了文化互动。医用和牙科陶瓷让我们有能力重塑自己,并改写了残障与老化的定义。整形手术的英文是plasticsurgery,而plastic既有“整形”也有“塑料”的意思,这显示材料往往是新疗法诞生的关键,从器官修补(如髋关节置换手术)到美化外表(如硅胶隆胸)都是如此。德国解剖学家冯哈根斯(GunthervonHagens)博士展出人体标本的“人体世界展”,也展现了新颖的生物医用材料对文化的影响,促使我们思考自己生时和死后的物质性。
人类建构了物质世界。如果你想了解其中奥秘,挖掘这些物质来自何处、如何作用,又如何定义了我们,这本书便是献给你的。材料虽然遍布我们周遭,却往往面貌模糊得出奇,隐匿在我们生活的背景中,毫不显眼,乍看很难发现它们各有特色。绝大多数金属都会散发灰色光泽,有多少人能分辨铝和钢的差别?不同的树木差异明显,但有多少人能说出为什么?塑料更是令人困惑,谁晓得聚乙烯和聚有什么差别?但更根本的问题或许是:这种事有谁在乎?
我在乎,而且我想告诉你为什么。不仅如此,既然主题是材料,是构成万物的东西,那我爱从哪里开始都可以。因此,我选了我在屋顶的照片当成这本书的起点和灵感来源。
我从照片中挑了10种材料,用它们来说“东西”的故事。我会挖掘这10种材料当初发明的动机,揭开其背后的材料科学之谜,赞叹人如何用高明的技术把它们制造出来。更重要的是,我会说明它为何重要,为何少一物便不能成世界。
在发掘的过程中,我们将发现材料和人一样,差异往往深藏在表面之下,大多数人唯有靠先进的科学仪器才能略窥一二。因此,为了了解材料的性质,我们必须跳脱人类的经验尺度,钻进物质里面。唯有进入这个微观世界,我们才能明了为何有些材料会有气味,有些则无;有些东西上千年不变,有些一晒太阳就发黄变皱;有些玻璃可以防弹,但玻璃酒杯却一摔就碎。这趟微观之旅将揭开我们饮食、衣着、用具和珠宝背后的科学,当然还探索了人体。
不过,微观世界的空间尺度虽小,时间尺度却常常大得惊人。就拿纤维和丝线来说,它的尺寸和头发差不多,是细得肉眼几乎看不见的人造物,我们可以用它来制造绳索、毛毯、地毯和重要的东西:衣服。我们身上穿的牛仔裤和所有衣服都是微型编织结构,而许多结构的式样比英国的巨石阵还古老。人类历史都记载衣服能保暖、庇护身体,还能穿出时尚,但衣服也是高科技产品,20世纪发明了强韧的纤维,让我们可以制作太空衣保护登陆月球的航天员,还有坚固的纤维可以制造义肢。至于我,我很开心有人发明了一种名叫“凯芙拉”的高强度合成纤维,可以制作防刀刺的内衣。人类的材料技术发展了几千年,所以我会在书中不断提到材料科学史。
本书每一章不但会介绍一种材料,还会提供一个认识材料的不同角度。有些主要从历史出发,有些来自个人经验;有些强调材料的文化含义,有些则强调科技的惊人创造力。每一章都是这些角度的独特混合,理由很简单,因为材料太多种类也太多样,我们跟材料的关系也是如此,不可能一概而论。材料科学是从技术层面了解物质的强大、统合的理论架构,但重点还是关于材料,而不是探讨科学。毕竟所有东西都是由别的东西制成的,而制造东西的人(艺术家、设计师、厨师、工程师、家具师傅、珠宝匠和外科医生等),对所使用的材料都有属于自己的情感、感觉和运用方式。我想捕捉的就是如此丰富多样的材料知识。
例如,我在讨论纸的那一章用了许多角度,像快照一样呈现,理由不只是纸有各种形态,还因为几乎所有人都在以许多方式使用纸。但在讨论生物医用材料的那一章,我却钻入 迷人的材料:10种改变世界的神奇物质和它们背后的科学故事 下载 mobi epub pdf txt 电子书 格式
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