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第16章 世界之最(2)

光色玻璃在透明无色的时候,可以让90%的光线透过,而在强光照射下,只能透过30%的光线。因此大厦内始终保持着舒适的温度和亮度。

那么光色玻璃是怎样会随着光线的强弱而变色的呢?原来这种现象在自然界中早就存在着了。

变色龙的皮肤具有随光线强弱而变色的本领。而莹石在阳光下是蓝色的,到了夜晚则是无色的。人们发现有不少物质具有随光线变化而变化的能力,这些物质被称为光色物质。照相底片之所以能感光,就是因为涂了感光剂溴化银。因此,聪明的读者就会一下子想到,光色玻璃里也一定掺进了光色物质,才使它有如此奇妙的本领。

当然,要把光色物质掺到玻璃中去,需克服许许多多的技术难关,这就不是三言两语能说清楚的了。

金属玻璃具有优良的性能我们都很熟悉,金属与玻璃是两种不同性质的东西,而且有着各自的特点。原因何在呢?从物理学的角度简单地讲,这是因为它们的原子排列互不相同。金属中原子的排列是整整齐齐的,而在玻璃里则是杂乱无章的。好动脑筋的科学家们想,如果让金属内部的原子排列变成玻璃那样,将会产生什么样的情况呢?

于是他们进行试验,把金属熔化,接着让它在极短的时间内以每秒钟100万度的速度冷却下来,让金属内部的原子来不及排列整齐,恢复原状,只好乱七八糟地挤在一起,于是就制成了一种既像金属又像玻璃的材料——金属玻璃。科学家们也就得到了一种具有优良性能的新材料。它的抗拉强度是优质钢材的1.7倍多。而且它的韧性好,可以随意纺成线,织成布,做成各种形状的零部件。它的耐腐蚀性能要比不锈钢好100倍。因此,金属玻璃可以用来制造许多重要的设备和器件,如飞机和火箭的外壳、高压容器以及海底电缆等。

烧杯里也能制造出玻璃去过玻璃厂的人都知道,那里车间里的温度十分高,工人们的工作都很辛苦。是什么原因造成的呢?主要是熔融玻璃原料以制取玻璃时需要1000℃以上的高温。在玻璃制品成形过程中,也需要利用这热量甚至再加热。因此有人开玩笑地说,工人们是在火焰山里工作。至于制造高级的特种玻璃,则要求的温度更高,例如石英玻璃,非得有2000℃以上的高温才行。高温的生产条件自然带来许多麻烦,要用许多耐高温的材料建造窑炉,要用掉许多能源来取得和保持高温等等,这既增加了成本,也不易保持质量的稳定,还容易发生生产和人身事故。

所以科学家们一直在研究可否不用高温也能制得玻璃。现在终于研究出在溶液中制成玻璃的低温合成法。这就是把制造玻璃的原料溶解在相应的溶液中,成为一种被称为硅酸凝胶的东西,然后把它加热,便形成了玻璃。

在这过程中,加热的温度一般低于100℃,因此在室温下用烧杯就可以制造出各种玻璃,包括新型玻璃。当然由于玻璃的品种、原料和溶液的不同,要求的温度也有差异。例如要求温度最高的石英玻璃用溶液法制造的话,还需要1000℃的温度制得,但比原来需要的2000℃降低了一半。

低温合成法的出现将是玻璃工业史上一个划时代的变革。

能传光的弯曲的玻璃棒在暗盒的左端有一盏点燃的白炽灯泡,右端是一弯曲的玻璃棒,当灯炮亮时,光可以由暗盒中沿弯曲的玻璃棒传出。这是为什么呢?这是因为从弯曲玻璃棒(或有机玻璃棒)的左端射进棒内的光线,在棒的内壁多次发生全反射,沿着锯齿形路线由棒的右下端传了出来,玻璃棒就像一个能传光的管子一样。这就是弯曲的玻璃棒能传光的怪现象,说怪不怪而有一定的科学道理。这又是一种全反射现象。

能显像的液晶顾名思义,液晶是处在液体和晶体之间的有机化合物。在一定条件下,液晶不但具有液体的流动性和连续性,而且还具有晶体的电学和化学性能。液晶分子的排列是有一定规则的,但是,它的“性格”特别娇嫩,对磁、电、光、声、热、力等外界条件的变化十分敏感。例如,当外界电磁场或者温度发生变化时,它的分子排列马上会发生变化,从而影响到它的光学性能,叫做电—光效应。科学家们正是利用液晶的电—光效应,达到控制液晶内显示数字和图像的目的。

根据液晶的特殊性质,用它制成的液晶显示器得到了广泛的应用。

液晶显示器多用于电子计算器、数字显示钟表和液晶电视。它们的体积很小,可以放在衣袋里随身携带,十分方便。

目前,液晶在电子、航天、航空、化学、生物以及医疗卫生等领域里有广泛的用途,它还正在大踏步地走进千家万户,成为我们身边使用最普遍的新材料之一。

未来世界会出现的布料1.功能各异的纺织品未来的纺织品,除了御寒保暖外,还具有多种功能。

防弹纺织品。第二次世界大战后,发明了能抵挡子弹的防弹衣。不过,那是由钢板、钢丝制成的,笨重、不舒服,不能防护全身。后来发明了凯芙拉纤维,这种纤维重量不到钢的五分之一,然而强度却比钢大6倍。用凯芙拉纤维制成的防弹服,重量仅75克,穿在身上能抵御轻机枪子弹的射击。用这种原料制成的服装,在医疗上,还可以保护伤口,或者使受伤的骨胳较快地愈合。

抗菌纺织品。这种纺织品的表面带有极微量的抗菌剂,可以慢慢地释放出来杀死各种细菌,防止因细菌、霉菌增殖而产生的恶臭,对人体却无副作用。

吸汗纺织品。这种适合运动员穿的衣料,里层采用高吸水纤维织物,外层采用不吸水纤维织物。这种运动服里层的亲水织物将汗水迅速吸走,转移到外层疏水织物被挥发,这样可使运动员的皮肤保持干燥、舒适,没有潮湿、粘附的不舒服感觉。

除臭纺织品。在纤维织物中,掺入新的除臭剂——人工酶,就可以制成除臭纺织品。除臭纺织品不但可以除去人体发出的臭味,消除粪便、尿液散发的臭味,还可以除去污泥等的天然恶臭。

超纤维纺织品。超纤维是最引人注目的一种纤维,它具有高伸缩性、强韧性以及耐疲劳、耐腐蚀、耐湿、耐热等特点。超纤维纺织品可制作防火服、航天服等,还可以做混凝土的增强原料。

太空棉。又称金属棉,是一种全新型的超轻超薄、高效保暖的内衬材料。它的两面是两种不同的材料,正面是一种非织造的特种复合化纤材料,反面是一层薄薄的带有无数个微孔的金属层,太空棉的保暖性、透气性、耐用性等远远超过羽绒、驼毛、丝绵等传统保暖材料。

防癌纺织品。太阳的照射,是使人们患皮肤癌的重要原因,澳大利亚科研人员发明了防皮肤癌的纺织品。它将面料用一种特殊化学物质处理后制成衣,防止阳光中紫外线照射的效果要比普通面料高出四至八倍。夏季穿的轻质衣服,如棉T恤衫,只能使人在大约两个半小时内不受太阳照射之苦,而穿上这种新的化学物质处理过的衣服,可保护皮肤在12个半小时以上的时间内不受日晒之害。

提神纺织品。日本及美国的科学家,将芳香疗法的物质,通过“微型压缩”使其密封在胶囊中,让这些小胶囊附着在织物上,一旦胶囊破碎芳香物质就会释放出来,穿着这种衣服的人精力充沛,精神焕发。

调湿热纺织品。这是一种涂有透湿调节功能的聚合物的布料,聚合物涂层的厚度约0.01毫米,当温度升高时,聚合物的分子之间的空隙就增大,犹如布料的“毛孔”打开,使汗蒸发出去;在冷的时候,“毛孔”关闭,保持热量,与人的皮肤相似。这种布料防水性好,质感柔和,透气性优良,适宜于运动员穿着,还有防雨的作用。

2.皮肤型蛋白质衣料这种衣料是一种由蛋白质加工制成的蛋白质纤维加工而成的。它不仅有人造纤维的优良特性,而且具有皮肤一样的透气保温性能。

用蛋白质作原料制成蛋白纤维早已有了。英国人从动物胶中提取蛋白,制造出了人造蛋白纤维;意大利人以牛乳酪素为原料,制成人造羊毛。蛋白纤维就是纤维素。科学家用蚕分泌出丝液吐丝的方法,先在大豆、玉米和花生中提取出蛋白质,制成粘稠状的纺丝溶液,再经喷丝头中凝固剂的作用,使它凝固成为蛋白纤维。这种纤维具有一定的透气透湿性,但强度较差,而且所用的原料又是人类的食物,所以发展受到限制。

科学家又找到一种人体蛋白质做的衣料,就是皮肤型蛋白质衣料。因为人体蛋白质水解后可得到20余种氨基酸,利用氨基酸聚合体制成的衣料,具有皮肤的呼吸功能,既能保温,又能透气。人体蛋白质的来源很广,泪水、唾沫、汗液和尿液中都有。如果将人体蛋白质纤维做成呼吸型衣料,便是很有前途的服装新材料。

所谓能呼吸的皮肤织物,大多是多微孔薄膜的织物,这些薄膜的微孔比水滴小、比水分子大。用这种织物制成衣服,雨水不会透进衣服,而衣服内的汗水气可以排出。另外,微孔内壁经过拒水材料处理,能阻止水由于毛细管作用沿微孔向内渗透。

制造多微孔薄膜的方法有三种。一种是涂层中加入亲水性微粒、多孔填料或发泡剂等,使涂层中形成许多微孔。另一种是采用超细纤维织物经超高收缩后,产生高密度的微细绒毛,它的孔隙很小。还有一种是利用高聚物在特定的工艺条件下,使纤维组成的行列结构产生变形,行列间形成多微孔,再经过热处理把这些微孔固定下来。

3.细菌布生产人类未来做衣穿戴的布,可以不用栽种棉花和纺纱织布。19世纪初,科学家发现了一种能使酒变成醋的细菌,叫胶醋酸杆菌,它会“吐”出一根根微小的丝。后来经过人工培育繁殖,制取到一种完全新型的无纺织物,人们叫它细菌布。

细菌布的纤维,实际上是“霉菌”生产的。只要有一定的温度和少许的养料,这类细菌就会长出大量纤细的“绒毛”,这就是通常讲的“长霉”。科学家在细菌培养基里滴进几滴荧光增白剂,细菌受到刺激,使多束的微细纤维合并在一起,变成又粗又长的纤维,而且生长速度也比正常速度快三倍。这些纤维经过互相交叉粘合,会形成菌丝的纤维网络。把它们的水分滤掉,像造纸一样,再用化学增塑剂处理,便得到具有一定柔软性的无纺纤维成品。通常,只要48小时,就能在5升的培养罐内制取0.5公斤的细菌纤维,这比棉、毛、丝等的生产周期要快千万倍,甚至比化纤的生产速度还快。

细菌布大量生产的难题是造价昂贵。因为培养细菌要用葡萄糖,成本很高。所以,科学家正在研究新的细菌,制造一种既有光合作用能力又能产生纤维素的新型微生物。如有一种蓝色绿藻,它能直接利用阳光制造自己需要的养料和葡萄糖。这样,细菌可以直接利用太阳能“织”出大量的布来。藻类很普遍,用来生产细菌布就便宜了。

细菌纤维质地坚实,纤细而柔软,比棉麻纤维有更多的优越性。细菌布最适宜用作医疗上的绷带,它能使伤口形成一种与人的皮肤细胞组织相似的柔软“皮肤”,能促进伤口表面的愈合,疗效显著。

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