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第49章 新材料技术(5)

用一般的铁锅或电饭煲做饭,锅底总会粘上一些锅巴,并且锅巴的黏附力很强,用饭铲很难铲下来,得用水浸泡一段时间,才能将它洗刷干净。但用不粘锅煮饭,情形便完全不同了,锅巴轻易地就能与锅底分离开来,并且很干净,锅底几乎已不用洗刷。原来,不粘锅的表层,是用特氟隆做成的。特氟隆是美国杜邦公司对它生产的碳氟树脂的总称。用于制造不粘锅的碳氟树脂,摩擦系数很低,润滑性能非常好,特别是自我润滑性非常好,其他物质几乎不能黏附在上面。用这种材料制造锅,为家庭主妇省却了许多洗刷之苦。特氟隆具有优异的耐热、耐低温性能,化学特性稳定,能对它产生侵蚀的物质也很少,在户外露天使用,寿命可达30年左右。

为什么说永磁材料微本万利

能吸引铁、镍、钴等材料的物质具有磁性。具有磁性的物质,有的是天然矿物,被称为磁石;有的是具有磁性的金属,被称为磁铁。磁和电有着紧密的联系,磁性起源于电流的运动。磁性材料分为两种:一种是充上电流后具有磁性,电流切断后磁性随之消失;另一种是在电流中充磁后,材料中的磁性便永不会消失,这种材料被称为永磁材料。能做永磁材料的材质很多,其发展可分为四个阶段:第一阶段以碳钢为代表,不十分令人满意。第二阶段以铝镍钴系永磁合金占据统治地位,但成本高,大批量生产受到限制。第三阶段铁氧体永磁材料投入工业生产,生产成本有了较大幅度下降。第四阶段以20世纪70年代钐钴合金和钕铁硼合金为代表的稀土永磁合金的诞生,使世界上掀起了研究探索新型永磁材料的旋风。稀土永磁材料的突出优点是磁性强,相当于铝镍钴系永磁合金磁性的5~6倍。稀土永磁材料以及它们和橡胶、塑料等混合制成的磁体具有广泛的应用潜力和很好的经济效益。有人认为这是一项微本万利的事业。

你听说过伽马刀吗

治疗脑部肿瘤,传统的方法是开颅手术。但脑部结构复杂,稍有不慎,轻则造成终身残疾,重则导致病人死亡。而伽马刀的出现使这一现象有了改观。为什么不是刀,还要称之为刀呢?这主要有两点原因。一是伽马刀定位准确,直指病灶。在治疗前使用X射线断层成像、磁共振成像等技术,准确地定位肿瘤,使伽马射线的焦点准确地在病灶中心重合。二是多束放射线从不同方向直照颅内肿瘤。肿瘤部位所受的照射量很大,而正常脑部组织所受的照射量很小,比例是100∶1。当正常组织毫发无伤时,病灶已被放射线重度杀伤。伽马刀的多角度立体定向放射聚焦原理是瑞典著名神经外科医生Lars Leksell教授提出的。1968年,Lars Leksell与另一名生物物理学家合作,研制成功世界上第一台伽马刀,被医学界称为人类医学史上一项革命性创举。

由超细颗粒构成的纳米材料有什么作用

在高倍显微镜下,所有的物质都是由颗粒构成的,有的颗粒较大,有的颗粒很小。颗粒的大小形成了这种物质的某种特定特性。20世纪80年代,材料王国诞生了一种被称为纳米材料的新材料。这种材料,颗粒细小到必须借助高倍电子显微镜才能看得清。用具体的形象表示,它比一根头发丝的直径还要细1 000~10 000倍。这么细小的颗粒组成的材料,它和一般的材料相比,有明显的不同之处。它具有传统材料所不具备的物理化学特性。纳米材料系列都具有独特的性能和用途。如TiO2纳米陶瓷在低温下具有奇特的韧性,在-180℃温度下,能经受弯曲而不断裂;CaF2陶瓷纳米材料在80~180℃温度下可塑性大幅度提高;用纳米材料制成的合金比一般合金强度高10倍以上;用纳米复合材料作隐形飞机涂层,能吸收电磁波,隐形效果很好。

炸弹炸不破的安全玻璃是什么样的

炸弹爆炸时,门窗的玻璃会被炸得粉碎,玻璃碎块变成锋利的“尖刀”四处横飞。在遭受伤亡的人员中,由玻璃碎片造成的伤害占了很大比例。可有一种炸弹炸不碎的玻璃,现在,这种玻璃已投入应用,并产生了很好的效果,这就是安全玻璃。它由三层组成,中间用一种坚韧的塑料片,将两块玻璃在一定的温度和压力下黏结而成。坚韧的塑料内层可以吸收爆炸所产生的部分能量和冲击破坏力,使玻璃完全有可能不被震碎,即使震碎了也不会四处乱飞。安全玻璃由于具有抗冲击性和抗穿透性,所以用途很多。可以用它制造防弹汽车,这样的汽车在子弹的袭击下能够安然无恙。可以用在一些重要的设施,如贵重物品陈列室。特别是可用在必须是透明的但可能遭到暴力袭击的场所,如监狱、教养所的门窗。

晶须为什么能千钧一发视等闲

一钧相当于现在的15千克,15 000千克重的物品用一根头发丝吊着,要说有多危险就有多危险了。假如吊物的这根头发丝是用晶须制成的,那你就用不着担忧了。因为一根头发丝般粗细的晶须,能吊起比“千钧”更重的东西。晶须是一种直径只有几微米到几十微米、长可达数厘米的单晶体,抗拉强度十分惊人。工业纯铁抗拉强度为180兆帕,超高强度钢抗拉强度可达1 200~2 800兆帕,而晶须的抗拉强度达到13 400兆帕,是工业纯铁的70多倍。于是,科学家就利用晶须制造金属基复合材料。如把晶须加到陶瓷当中,制成晶须增韧陶瓷复合材料,可以使陶瓷克服韧性不足的弱点。把晶须加到其他抗拉强度较差的金属中去,就能改变金属原来的特性。但金属与晶须间存在浸润性不好的问题,即不容易附着在一起。于是,科学家又想出一个办法,在晶须表面涂上一层与金属浸润性良好的涂层,再与金属熔体熔合,克服了浸润性不好的问题。

有透明的陶瓷吗

陶瓷是人类创造的第一种人造材料。最早的陶瓷是在枝条编织的容器上涂抹泥土用火烧制而成的,用它来储存谷类或烹煮食物。陶是人类摆脱蒙昧的标志。

现代科技使陶瓷开出了一朵奇葩:科学家发明了透明陶瓷。那么,透明陶瓷是怎么制造出来的,有些什么用?陶瓷与玻璃相比,强度高,耐腐蚀,耐高温,但不透明,致使无法在照明领域展示风采。为了开发透明陶瓷,科学家认真研究了陶瓷不透明的原因。原来,陶瓷中存在许多微小气孔,微气孔对光线具有很强的散射能力,最后光线被微气孔所吸收。要使陶瓷变透明,只要消除这些微气孔就可达到目的。科学家采取了三项非常有效的措施。第一,是严格挑选原料。烧制透明陶瓷的原料纯度很高,颗粒均匀。第二是在高纯度原料中加入少量添加剂,促其不能产生微气孔。第三是在加热炉中通入氢气,将坯体中的空气置换出来。通过采取这些措施,世界上第一块全透明陶瓷已于1957年诞生。全透明陶瓷可用于高压钠灯的发光管、光学滤光片、高温炉窗口等。目前,透明陶瓷家族已有几十位成员。

塑料能导电吗

塑料是绝缘的,家用电器上的电线表层用塑料包着,人体碰到后才不会触电。但科学家确实已研制成功了导电塑料。绝缘塑料和导电塑料在各自的领域里都发挥着重要作用。有趣的是,世界上有一些发明是歪打正着的。导电塑料的研制成功就是一例。1970年,日本东京技术学院的白川教授指导学生做一个有机化学实验,学生在添加催化剂时误解了教授的意思,添加的量比规定值高了1 000多倍。结果,他们意外地获得了一种像金属膜一样银光闪闪的薄膜。经测试,确认它是聚乙炔塑料,但具有一种特异的性能——能够导电。能够导电的塑料是材料系列家族中一个新成员,必定具有广阔的用途。白川教授于是将错就错,继续这项研究。1975年,美国宾夕法尼亚大学的艾伦·麦克迪阿密特教授邀请白川教授到他的实验室继续研究这种塑料的性能。既然是导电塑料,就应该有较好的导电性能,但这种塑料的电阻太大。后来,他们又邀请了物理学家艾伦·黑格一起研究。他们发现在这种塑料中加入少量的碘,可使导电率大幅度增加。

电铃为何响个不停

电铃响个不停,主要是电磁铁的作用。磁铁具有磁性,能吸引铁、钴等物质。如果把绝缘导线缠绕在一个蹄形铁芯上,当电流通过导线时,铁芯的两极也能吸引大头针、小铁针铁屑等。这表明铁芯也具有磁性。当电流停止流通时,被吸的东西就掉下来。这说明通过电流的导线,会产生跟磁铁相同的作用,这种现象叫做电流的磁效应。人们把缠绕绝缘导线的铁芯叫做电磁铁。把铁芯做成U形(俗称蹄形),目的是让它的两个磁极同时吸引磁性物体,而且吸力更强。电铃就是利用电磁铁来工作的。电话是由电磁铁、弹簧片、螺钉、衔铁组成,衔铁与螺钉尖端紧靠着。当按下电钮接通电路时,电磁铁有了磁性,就把弹簧片上的衔铁吸过来,与衔铁相连接的小锤在铃上敲打一下,这时衔铁和螺钉尖端分开,电路被切断,电磁铁失去磁性,弹簧片弹了回去。衔铁再接触螺钉,电路又通了,把衔铁吸过来,带动小锤再次击铃。就这样,只要我们继续用手揿电钮,电流就这样一断一通地循环下去,铃声也就响个不停。电磁铁的磁性强弱,可以由电流的强弱来控制,使用起来很方便。如电磁起重机上有一块大的电磁铁,通上很强的电流,一次能把几吨钢材吸起来,搬运到指定的地方。

太空太阳伞是用何种材料制成的

1993年2月4日,俄罗斯科学家把人类第一个太空太阳伞顺利地在九霄云外张开,向地球反射了夺目的阳光,人类实现了多年的梦想,托起了首颗“人工月亮”,让阳光照亮了黑夜。人类第一次太空照明试验成功。月亮不是发光体,我们看到的月光是月亮反射的太阳光。科学家借鉴夜晚月亮将阳光反射到地球的原理,设计出一种由反射性能极好厚度只有5微米的聚酯纤维涤纶薄膜制成的反射镜,称为太空太阳伞(简称太空伞),利用飞船把它高悬在太空,太空伞便能把阳光反射到所需的地方,就可使该处的黑夜变成白天。高悬在距地350千米上空的第一个太空伞,实际上是直径为22米的太阳反射镜,它把阳光聚焦并反射到地面上来。这个巨大的太空伞,向处于黑夜的欧洲地区反射了一道宽约10千米的亮光,其亮度相当于月亮光的2至3倍,从南北依次照亮了里昂、日内瓦、伯尔尼、慕尼黑、明斯克。这次太空照明实验照亮地球背阳的时间有6分钟,取得了圆满的成功。实验结束后,太空伞在大气层中自行烧毁,完成了神圣的使命。

太空照明实验成功,如同当年哥伦布发现新大陆一样具有深远的意义。它拉开了全新的太阳能利用的序幕,意味着人类将告别电力照明的过去,步入太空照明的时代。各国科学家正在研制直径几百米、性能更优良的太空伞。

为何说核能是取之不尽的能源

原子核的结构发生变化时能释放出大量的能量,称为原子核能,简称核能,俗称原子能。

它给人类提供了一种新的能源。一个重原子核分裂成几个中等质量原子核的过程叫原子核的裂变。核裂变时会释放大量核能,它是人类获得原子能的一条重要途径。根据核裂变的道理,1954年前苏联建成了世界上第一座核电站。简单说,核电站是用核燃料代替煤等有机燃料来发电,原子能反应堆是它的心脏,它所用的核燃料,在地球中的储量,按能量计量是有机燃料燃烧的能量的20倍,且核发电没有火力发电对环境的污染。所以核电站发展很快。到1992年底,全世界已建成核电站424座,约占全世界总发电量的20%。中国大陆第一座核电站秦山核电站,于1991年12月开始运行发电。

与此同时,人类在寻找获得核能的另一条途径。这在很早以前人类就在思索:太阳发出的巨大能量是从什么地方来的?现在科学家已经清楚,太阳发出的能量是来自组成太阳的无数的氢原子核。在太阳中心的超高温(1 500万摄氏度)和超高压下,这些氢原子核互相作用,发生核聚变,结合成较重的氦原子核,同时释放巨大的光和热。太阳能的来源启发了科学家,使他们认识到在人工控制下氢元素的核聚变反应即受控热核反应,是未来人类最有希望的能量来源。大家知道,自然界中氢元素还有两个同胞兄弟——氘和氚,科学家把它们叫做同位素。氘是核聚变所用的重要的核燃料,在地球上储量十分丰富,人们可以从海水中提取。每升海水中含有003克氘,1克氘核聚变成氦核时,将产生10万千瓦/小时的能量。如果折合成石油,一桶海水中所含的氘的能量相当于400桶优质石油。照这样计算,如果把地球上所有海水中的氘的能量通过核聚变反应都释放出来,就是取之不尽的能源。但由于受控热核反应要比建造原子能反应堆困难得多,虽然近30年来世界各国都在大力研究,仍有不少技术难题尚未解决。不过科学家仍然很有信心,预计不久的将来,人类便可借助受控热核反应来发电,为人类提供既干净又便宜的能源。

倒金字塔式建筑有何奇特之处

倒金字塔式建筑纯粹是现代建筑,它指的是建筑物下部的面积较小,向上逐层扩大的造型方式,也就是把金字塔倒置过来。

建筑倒金字塔式建筑的主要原因是:

建筑物基部的可用场地有限,因而只能利用上部空间来增加所需要的建筑面积。

可能是出于使用的需要,而成为一种理想的建筑方式,如体育馆的外形。

土地价格昂贵,节约的用地可用于必要的停车、绿化等场地,采用倒金字塔形式是理想的解决方法之一。

比起其他建筑形式,倒金字塔式建筑外型颇为新颖奇特,引人注目。美国纽约的古根海姆博物馆的陈列厅为圆形的倒金字塔形式,建筑物的场地面积仅50米宽、70米长,陈列厅参观走廊呈螺旋形,连续不断自上而下布置,长达430米,参观者乘电梯到顶部,然后沿下坡的走廊从上而下参观,不会因时间长而感觉疲劳。这座建成于1959年、由著名建筑师赖特设计的名作,无论是外观还是内部设计,都因富有创新特色而备受世人赞誉。

法国巴黎卢浮宫美术馆在地下扩建工程的过程中,建筑师贝聿铭在地下拿破仑厅的前通道上,设计了一座玻璃倒金字塔形采光顶,和入口处的金字塔形设计相互呼应。倒金字塔形的设计,产生了良好的视觉效果,就像在天花板上镶嵌了一颗巨型发光宝石。

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