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 epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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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

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