《Stuff》节选:世界是由材料构成的

材料封面:世界是由材料构成的由伊万阿马托
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尽管材料科学与工程成为一个真正的研究领域只有几十年的时间,但它已经催生了多种多样的产品、项目和从业人员,这些人的财富足以在坦桑尼亚的塞伦盖蒂国家公园(Serengeti National Park)中安家落户。

每年感恩节后是进行狩猎旅行的最佳时间之一。这一天,数千名材料科学家和同行们聚集在波士顿市中心的Copley Place,参加材料研究协会(MRS)的年度冬季会议。bobapp他们来自美国的每一个州,东京、京都、首尔、莫斯科、柏林、巴黎、曼彻斯特、苏黎世、约翰内斯堡、孟买、巴黎和其他数百个地方。他们来自大学、政府实验室和工业研究机构。高科技风险投资公司派出代表。数百家渴望做生意的公司在一个巨大的博览会上设立了摊位和设备,配有几碗巧克力和有吸引力的销售人员,以吸引潜在的质谱仪、纳米陶瓷粉末和最热门的新型扫描隧道显微镜的买家。这个小镇大小的秘密会议挤满了整个酒店,超过了餐馆,并为波士顿的经济注入了数百万美元。

大多数情况下,这些质量是为了一个材料研究展而来,并告诉我们无与伦比的。他们来这里谈论科学,与研究生院的朋友重聚,收集竞争对手的情报,并与远程合作者交谈。他们来这里买卖仪器,找工作,寻找制造耐火砖的氧化铝粉的新来源,或者可能是同位素提纯的甲烷,用来制造比任何闪闪发光的宝石更完美的人造钻石。你一直想知道的关于材料研究的一切,以及成千上万倍的东西,都可以在这一周的朝圣中学到。夫人的会面是一场口袋保护套的狂欢。

因为材料的进步与一般的科学进步有很大的关系,无论在哪个领域,fair都是对科学和工程成就的普遍庆祝:显微镜的历史在一定程度上是玻璃制造的历史;光谱学的历史在一定程度上就是探测器光敏材料的历史;每个实验室里的每一台计算机控制的仪器都得益于半导体技术,它以材料为中心。

当MRS会议的参与者支付他们的注册费时,他们会得到一本描述几千次演讲的摘要电话簿。在会议期间的任何一个特定时间,25位不同的研究人员将在25个不同的会议室里同时向听众发表讲话。技术洪流席卷了整个星期。专门的专题讨论会像戏剧的次要情节一样贯穿整个会议。研讨会成了每个参与者都能找到自己熟悉的领域的避风港。

这里有聚合物专家和人造钻石爱好者。有一些使用分子束外延机的人,他们通过在芯片上每次建立一个原子层的特殊晶体来创造新型晶体管和激光器。一些固态物理学家打赌,具有“巨磁电阻”(一种在磁场存在或不存在时电阻急剧变化的材料)的晶体是下一代数据存储和处理技术的关键。长期以来,研究一种陶瓷超导体的研究人员络绎不断,这种超导体可以在比以前发现的所有超导体更高的温度下不携带电阻。

还有一些理论家分享了从薛定谔方程或牛顿分子活动描述中得出更多结论的方法。他们在没有气味的实验室里工作,实验室里充斥着电脑屏幕的光芒。他们的方程式就像一根魔杖,用它,他们勾勒出一幅无穷无尽的新材料图景,这幅图景将引领我们走向一种与今天截然不同的科技图景,就像今天的科技图景与本世纪初的科技图景一样。

在MRS会议上,有研究人员对设计新的“高能”材料、固体和液体进行了详细的分子设计,这些材料、固体和液体与推进剂或炸药一样,可以装得很好,甚至可以装得更小(请注意,在准备和搬运过程中,所有这些都必须尽可能减少意外爆炸的危险)。你不会听到关于高能材料的最秘密的东西,因为MRS会议的大门对所有注册者开放,而不管他们的安全等级如何。但是还有一些由组织组织的会议,如国防准备协会,参与者需要安全许可和门警察把守着。

在MRS会议上,还有一些研究小组痴迷于用安全的方法将放射性废料永久地掩埋在玻璃状的材料中,这些材料可以被放射性弹弓和箭轰击数千年。另一个小组的目标是模仿天然聚合物工程中的蛛形纲丝状技艺,并用它们来制造他们所谓的“仿生材料”。对于这个部落来说,甲虫的外骨骼很可能为新一代飞机提供关键:更轻的重量,更抗损伤,更难以检测。

然而,在部落差异的明显混杂之中,却存在着思想和行动的统一,西北大学(Northwestern University)的莫里斯·法恩(Morris Fine)甚至在20世纪40年代贝尔实验室(Bell Lab)的日子里就看到了这一点。正是这种统一的概念为西北大学、康奈尔大学和宾夕法尼亚大学的跨学科实验室(IDLs)的诞生以及材料研究协会本身的成立提供了动力。bobapp

正如Fine几年前指出的那样,材料研究不仅仅是化学、量子理论、固态物理、过程工程或营销。所有这些以及任何其他思维方式都有助于揭示材料的结构、特性、性能和加工如何相互关联,如何与技术和社会需求相关联。MRS的创始人知道IDL只是一个开始。即使建立了IDL等新的学术结构,古老的学科隔离也不会轻易改变。MRS的创始人希望在特定的大学里创建IDL之外的另一种论坛;他们寻求一个更普遍的基础设施来改变态度,这是一项与任何技术挑战一样艰巨的任务。

材料研究人员对材料的形成方式已经形成了一种集体的洞察力,这种洞察力甚至常常使他们自己感到震惊。他们的科学会议已经变成了展示和说明的马拉松,在黑暗的酒店会议厅里,一个接一个的研究人员,闪烁着注释的一系列幻灯片,描述了关于材料的结构、功能和在技术世界中的位置的详细数据和图像。许多幻灯片最终只吸引了少数志同道合的专家的注意。大多数人悄无声息地消失了。然而,有些学科会生根发芽,甚至发展成为伟大的分支学科。其中一些引发了改变世界的研究野火。

摘自《材料:构成世界的材料》第五章,伊万·阿马托著,哈珀柯林斯出版公司旗下的BasicBooks出版,1997年。在作者的许可下。