迷人的材料

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？为什么某一种材料做成的东西会长那样？
世界很好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……
马克·米奥多尼克著的《迷人的材料(精)》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。

马克·米奥多尼克，伦敦大学院材料科学教授，英国皇家工程学会会士，并曾入选《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制作的《发明的天才》。 2010年，他获邀在科普界很负盛名的英国皇家科学院圣诞讲座进行演讲。

序章 走进神奇的材料世界
一刀引发的机缘
材料构筑了我们的世界
文明时代就是材料时代
看不见的微观世界影响大
1 不屈不挠的钢 STEEL
晚熟的科技
没有金属铜，就没有金字塔
钢是谜样物质
钢铁是珍贵的军事力量
武士刀完成不可能的任务
贝塞麦法掀起工业革命
不再夜夜磨刀
误打误撞不锈钢
2 值得信赖的纸 PAPER
化身为笔记纸
保存记录
印成相纸
印制成书
变身为包装纸
以收据或发票呈现
灵感来源的信封
不可或缺的卫生纸
充满高贵气质的纸袋
光鲜亮丽的封面纸
化身带我去远方的车票
钞票是另类的纸
是纸又不是纸的电子纸
实实在在的报纸
传达蜜意的情书
3 作为基础的混凝土 CONCRETE
混凝土要多久才会干
加水多少是关键
园艺家发明钢筋混凝土
施工迅速且便宜的建材
必得隐形，不能示人
4 美味的巧克力 CHOCOLATE
只熔你口的技巧
嗅觉与味觉的绝佳享受
可可豆不可生吃
繁复的化学过程
分离后再加起来
最美好的滋味
绝妙的感官刺激
有潜力的健康食品
5 不可思议的发泡材料FOAM
难忘的惊鸿一瞥
跟果冻一样的东西
握在手中的蓝天
飞向太空的材质
捕捉太空物质
随星尘号远航
6 充满创造力的塑料 PLASTIC
塑料没有罪
用塑料取代象牙
化学的车库革命
塑料有助于人体防腐
塑料专利之争
珠宝的替代品
假牙也有塑料革命
视觉文化史的转折点
电影推手
7 透明的玻璃 GLASS
高温闪电造玻璃
罗马人的科学智慧
中国人独缺的发明
玻璃透光的奥秘
玻璃推动科学进步
玻璃揭开啤酒的面纱
粉身碎骨保安全
透过玻璃看见世界
8 坚不可摧的碳材料 GRAPHITE
钻石是最昂贵的碳结构
潇洒的钻石大盗
钻石变石墨
煤炭化为黑玉
合成多种碳结构
更轻更强的碳纤维
神奇材料石墨烯
9 精致的瓷器 PORCELAIN
真正的永续环保材料
中国人发明精致瓷器
中国引领风骚五百年
繁复的制造过程
与文化相结合
10 长生不死的植入物 IMPLANT
变得更强的方法
解决牙疼烦恼
用钛固定韧带
关节置换不麻烦
人体组织可再造
无法克服老化
后记 材料科学之美
万物都由原子构成
结构尺度影响大
肉眼可见的尺度
生命与无生命的分野
材料拥有意义
致谢
图片来源

序章 走进神奇的物质世界……文明时代就是物质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）就可以看出物质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物质出现而促成的。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，做出吊桥、铁路、蒸气机和邮轮。修建英国大西部铁路与桥梁的伟大工程师布鲁内尔（Isambard Kingdom Brunel）用物质改造了地景，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型态。产品和服装设计师用塑料彻底转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最大变革，也就是电影的诞生。铝合金和镍超合金让我们制造出喷射引擎，使得飞行从此变得便宜，进而加速了文化互动。医用和齿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plastic surgery，而plastic有“塑料”的意思，这显示物质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。德国著名解剖学家冯·哈根斯（Gunther von Hagens）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。物质虽然遍布我们周遭，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，谁晓得聚乙烯和聚丙烯有什么差别？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，既然主题是物质，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种物质，用它们来说“东西”的故事。我会挖掘这10种物质当初发明的动机，揭开背后的材料科学之谜，赞叹人如何用高明的技术把它制造出来。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，我们将发现物质和人一样，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，为了了解物质的性质，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物质会有味道，有些则无；有些物质上千年不变，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、地毯和最重要的东西：衣服。我们身上穿的牛仔裤和所有衣服都是微型纤维结构，许多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“克维拉”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新材质，还会提供一个认识物质的不同角度。有些主要从历史出发，有些来自个人经验；有些强调物质的文化含义，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，因为物质太多种也太多样，我们跟物质的关系也是如此，不可能一概而论。材料科学是从技术层面了解物质的最强大、最统合的理论架构，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，而制造东西的人（艺术家、设计师、厨师、工程师、家具师父、珠宝匠和外科医生等），对所使用的材料及物质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型态，还因为几乎所有人都以许多方式在用纸。但在讨论生医材料的那一章，我却钻入了“人类物质自我”（也就是人体）的最深处。这块领域正迅速成为材料科学的处女地，不断有新材料出现，开启了名为仿生学的全新世界，让人体得以借助植入物而重建。这些植入物都经过设计，可以“聪明地”融入肌肉和血液的运作中。它们誓言彻底改变人和自我的关系，因此对未来社会有深远的影响。