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第7章 发明,走进奇异世界(1)

人类社会的发展一直伴随着科技发明的发展。发明,并不是一个很遥远的词,它就在我们的生活之中,尤其是21世纪以来,科技已经和人类的生活密不可分。

我们可以想象一下,如果我们的生活中没有了电脑,没有了电,没有了飞机,没有了先进的医疗仪器,我们的生活将变成什么样子。

橡皮泥——现代的“泥巴”

橡皮泥的作用

童年,在历史年代,很多农村儿童都是玩“泥巴”长大的。而作为社会发展的产物,橡皮泥作为现代玩具已经代替了传统“泥巴”。

橡皮泥也被用来做幼儿学习的工具。在学拼音的教学过程中,让孩子们用橡皮泥来捏字母,用各种各样颜色的橡皮泥捏成字母,任由小朋友们喜欢哪种颜色就捏哪种颜色的,小朋友们学得非常快。通过这种方法学习小朋友们既学会动手制作,又学了课本的内容,真是一举两得,更体现了“玩中学”、“学中玩”的教学理念。

在动画的发展史上,有过很多经典动画是用橡皮泥作为材料,通过定格动画技术做出的动画。

阿达曼公司的《超级无敌掌门狗》是世界上最著名的橡皮泥动画之一,该系列作品获得了众多知名动画节展的奖项。

橡皮泥的发展

橡皮泥发展到今天,它的材质和工艺都发生了很大改变,不像以前,不能混色,不能重复使用,而且比较粗糙发硬,现在升级版橡皮泥的称谓是“彩泥”。只要一些家里厨房常用的原料,就可以做出一套这种传统的橡皮泥了,这是一个多么令人兴奋的过程。

自制橡皮泥

自制橡皮泥有很多方法,下边就来介绍一些比较简单的方法。

第一种方法:一杯半面粉、半杯盐、四分之一杯植物油,大约四分之一杯水,再加几滴食用颜料,混合在一起。然后将其揉捏至柔软。如果面团太湿则加少许面粉,反之加少许水。继续揉捏直至面团柔软并且颜色混合均匀。最后将其装进密封容器或塑料袋中,放入冰箱冷藏。另外,我们在制橡皮泥时可以添加一些凡士林,起防腐的作用。

第二种方法:一杯食盐,半杯面粉和四分之三杯冷水混合,然后加热。加热后我们需要不断搅拌混合物,两三分钟后呈粘稠状。然后将粘稠的混合物搅成面团状,放在蜡纸或锡纸上冷却,冷却一会后再揉一会。这样盐面团就制成,可以使用了。将盐面团包在蜡纸里或放在塑料袋中可储存数天。

第三种方法:一次塑料性手套一双,面粉若干,食用油,食用色素(冲开用小碗装)菜板1个。首先将适量的水、色拉油及食用色素混合,然后开始揉面,边揉边注意是否太干或太稀,如果太干可以加一点水,如果太稀就在加点面粉,而色拉油是让做出来的黏土具有黏性且不易干硬,把面团揉均匀之后即可。

第四种方法:一个锅(最好用平底锅),家用小汤勺和面粉4份(50毫升的小量杯,一杯为一份)、水3份、细盐1勺、食用油1勺、食用色素10滴(根据自己对颜色深浅的要求酌情增减)。

先将面粉和水搅拌好,最好细心捏到没有小疙瘩。然后加上油,盐,和色素。再将以上半成品倒入锅中加热。不停翻炒,等到面团出现半透明之色就熟了。这样橡皮泥就制作成功了。

风干的橡皮泥软化过程

1.用一块湿的毛巾罩在干的橡皮泥上,约半天时间,即可使用。

2.用小毛笔沾水刷在橡皮泥的表面,少量多次即可。

3.在热水瓶口用水蒸气蒸一下,再揉,充分揉透,最好把干的太厉害的表皮去掉。最后用小喷头喷上水,用保鲜膜包好放。

尼龙——柔软的“钢丝”

尼龙的发明

在尼龙未被发明出来之前,人们渴望有一种新的纤维能够出现,用来代替天然的丝和棉,以期能够减少人类对自然产物的依赖。

1926年,杜邦公司董事长斯蒂恩出于对基础科学的兴趣,建议公司开展有关发现新的科学事实的基础研究。

1927年,杜邦公司决定每年支付25万美元作为研究费用,并开始聘请化学研究人员。第二年,杜邦公司便在特拉华州威尔明顿的总部所在地成立了基础化学研究所,年仅32岁的卡罗瑟斯博士受聘担任该机构有机化学部的负责人。

卡罗瑟斯博士是一位美国化学专家,他来到杜邦公司的时候,正值国际上对德国有机化学家斯陶丁格提出的高分子理论展开激烈争论。卡罗瑟斯赞扬并支持斯陶丁格的观点,决心通过实验来证实这一理论的正确性。因此他把对高分子的探索作为有机化学部的主要研究方向。

1931年夏天,卡罗瑟斯用乙二醇和癸二酸缩合制取聚酯,在实验中,他的同事希尔从反应器中取出熔融的聚酯时发现了一种有趣的现象:这种熔融的聚合物能像棉花糖那样抽出丝来,而且这种纤维状的细丝即使冷却后还能继续拉伸,拉伸长度可以达到原来的几倍,经过冷拉伸后纤维的强度和弹性大大增加。

他预感到这种特性可能具有重大的应用价值,有可能用熔融的聚合物来制造纤维。

经过努力,在1933~1934年,卡罗瑟斯和他的助手们,先后合成了上百种尼龙纤维。1935年,他们终于发明了一种柔韧性能好、抗拉强度高的合成纤维,这就是被命名为尼龙66的产品。

1939年10月24日,美国的杜邦公司,用高约92米的宣传尼龙丝袜玉足模型广告,吸引了无数眼球。人们曾用“像蛛丝一样细,像钢丝一样强,像绢丝一样美”的词句来赞誉这种纤维。

卡罗瑟斯博士带领的研究小组选择各种具有活性基团的分子,在一定条件下相互作用,看看能否成为合成纤维。结果,几百次的试验都失败了。

尼龙的意义

尼龙又名“卡普隆”、“锦纶”,化学名称是聚酰胺纤维。尼龙的诞生,改变了人们过去靠植物生长、蚕吐丝等得到的天然纤维制衣的习惯,而采用以煤、石油、天然气、水空气、食盐、石灰石等为原料,经化学处理制成的纤维,所以这种纤维也叫人造纤维。此外,主要的合成纤维还有:腈纶、维纶、丙纶和氯纶,其中尼龙和前两种产量最大,占合成纤维产量的90%。它们都具有强度高、耐磨、比重小、弹性大、防蛀、防霉等优点。除制衣外,在工业或其他方面也很有用处。

尼龙66和尼龙6的耐磨性比棉制品高10倍,比羊毛高20倍,弹性好,大多用于制造丝袜、衬衣、渔网、缆绳、降落伞、宇航服、轮胎帘布等。

特别值得一提的是号称“合成的钢丝”的芳纶,它是一种芳香族聚酰胺有机纤维。芳纶在同样重量材料下得到的强度是钢丝的五倍,用手指粗的芳纶绳就可以吊起两辆大卡车!

在康复医学中,使用人造纤维的数量越来越大。氟纶、涤纶和碳纤维是最常用的,如氟纶人造血管等,尼龙中空纤维人工肾、碳纤维人工心脏瓣膜等,都有良好的生物相容性。人工肺的主要部分是数万根空心丙纶纤维管,每根长30厘米,直径250微米,这样小的孔,连血液也不能渗透进去,但却可以让氧气和二氧化碳进行交换,保障人的正常呼吸。

尼龙已经融入人们生活的每一个角落中,成为人类生活所不可或缺的一部分。只要留心观察,便会发现在生活中有很多很多的“尼龙”存在。

橡胶——珍贵的眼泪

橡胶的发源地

橡胶,在现代生活中,有很多的用处:防水防滑的胶靴,柔软轻便的运动鞋,电冰箱的密封垫,汽车的轮胎等,都是橡胶做的,它与我们的生活密切相关。

橡胶的故乡在南美洲,那儿生长着一种橡胶树,割破树皮会流出白色的胶乳,一滴一滴流淌下来。当地的印第安人把这种胶乳叫做“树的眼泪”。他们将胶乳凝结后做成圆球,这种圆球落地,就能高高地弹起。

15世纪末,著名航海家哥伦布航行到达美洲时将这种橡胶球带回了欧洲。

1735年,法国科学家康达明参加考察队,在南美洲住了8年。在当地,他看到印第安人把一种树的树皮切开,在切口处流出大量的白色乳汁,人们把它涂在织物上面,很快便变成黑色的固体物质,可以防水。当地人把它制成防水布、防水鞋和防水容器。

到了1763年,英国化学家黑立桑和马凯尔用松节油和乙醚的混合液溶解已凝固的胶乳,得到一种粘稠的浆液,把这种浆液涂在布上,制得了质量更高的防水布。

1820年,苏格兰化学家查尔斯·麦金托什发现,用石脑油溶解胶乳既有效又便宜。于是,他把溶解在石脑油中的胶乳涂在两块布之间,便制成了夹布雨衣。

遗憾的是,这样制作出来的橡胶制品有一个不足的地方,那就是遇冷变软,容易发粘;遇热变硬,弹性变差;而且,有一股难闻的气味。

天然橡胶的改变

1930年,古德意,一个美国工程师,他改变了天然橡胶的命运。

古德意承包了邮包的生产,可是邮袋十分不耐用。于是,他想到了橡胶。他学着钢铁生产时加碳的方法,在橡胶里添加各种物质,以改善橡胶的性能。

经过10年的实验,在1839年的一天,他发现,把橡胶、松节油、硫磺放在坩埚内烧煮,会散发出一股难闻的臭气。古德意被呛得咳嗽不止,他赶紧拿起坩埚,将坩埚内的物体扔进了垃圾堆,离开了房间。但是,当他再次进入房间时,他发现有一块橡胶,手感很好,拉一拉,弹性也不错,摸一摸,也不粘。他意识到,这可能就是他梦寐以求的东西。

为了能够获得更好的橡胶,他又进行了许多的实验,找到了这种橡胶硫化的最佳配比、最佳加热温度和最佳反应时间。1844年,硫化橡胶终于诞生了。

橡胶识别方法

识别橡胶的方法有很多,下边是常见的几种:

第一种,耐介质增重实验。从成品上取样,浸泡在选定出来的一种或几种介质中,一定温度时间后取称重,根据重量变化率、硬度变化率推断材料的种类。

第二种,热空气老化实验。从成品取样,放在老化箱里老化一天,观察老化后的现象。可以分级老化逐步升温。比如150摄氏度下有些会脆断,有些却还有弹性。升到180摄氏度下普通丁腈橡胶就会脆断;而230摄氏度下饱和丁腈橡胶也会脆断,而氟胶和硅胶却仍然有很好的弹性。

第三种,燃烧法。少许样品,在空气中烧。一般来说氟胶等离火自熄,即使烧着火苗也比一般天然橡胶、三元乙丙橡胶的要小的多。当然,如果仔细观察,燃烧状态、颜色、气味也会提供很多信息。比如丁腈橡胶/聚氯乙烯并用胶,有火源时火劈啪的乱溅,似乎有水,离火自熄,烟浓且有酸味。需要注意的是有时添加了阻燃剂但不含卤素的胶也会离火自熄,这要借助别的办法进一步推断。

第四种,测比重。用电子称或分析天平,精确到0.01克的即可,外加一杯水,一根头发丝即可。一般来说氟胶比重最大,比重明显偏大的可以考虑是共聚氯醇橡胶。

第五种,低温法。从成品上取样,用干冰和酒精制造一个合适的低温环境。把样品泡在低温环境下2~5分钟,在选定温度下感觉软硬程度。比如在零下40摄氏度时,同样耐高温耐油很好的硅胶和氟胶对比,硅胶则比较软。

玻璃——五光十色的“珠宝”

玻璃的发明

玻璃的发明,源于一次偶然的发现。3000多年前,一艘来自欧洲的腓尼基商船满载着一种被称做“天然苏打”的晶体矿物顺着贝鲁斯河而来。

由于海水落潮,他们的船被搁浅了,船员们纷纷登上沙滩,抬来大锅,搬来燃料,准备在沙滩上做饭,可是沙滩上空无一物,所以他们就搬来大块的“天然苏打”晶体当做锅的支撑物,然后烧火做饭。

船员们吃完饭,潮水开始上涨了。他们正准备收拾东西,登船向前航行的时候,一个船员突然惊讶的喊道:“快来看那,锅下面的沙地上有一些宝贝!”

船员们纷纷跑了回来,发现他们烧过火的地方有一些闪闪发亮、晶莹通透的东西。他们立即把这些闪烁光芒的东西带回船上,进行研究。

他们发现,这些亮晶晶的东西上粘有一些石英砂和融化的天然苏打。原来,这些闪光的东西,是他们做饭时当做支架的天然苏打,在高温下与沙滩上的石英砂发生化学反应而产生的晶体,这就是最早的玻璃。

聪明的腓尼基人发现了制造玻璃的原理后,开始尝试把石英砂和天然苏打融合在一起,然后用特制的熔炉进行加工,制成玻璃球,卖往各地发了大财。

事实上世界上较早发明玻璃的并不只是腓尼基人,3700年前古埃及人就发明了有色玻璃,并且制作出了装饰品和简单的玻璃器皿。

公元前1000年,中国人就发明了无色玻璃。

玻璃在实际生活中的应用则始于罗马人,大约4世纪的时候,罗马人率先把玻璃安装在门窗上。

到1291年,意大利的玻璃制造技术已经非常发达了。意大利人独自掌握了玻璃的制造工艺后,害怕其他人也学会这种工艺,因此进行了保密,他们把所有生产玻璃的工人集中在一个孤岛上,终生不得离开孤岛半步,否则就处死。

意大利人在很长一段时期内垄断玻璃的生产工艺,赚取了大量的金钱。

直到1688年,纳夫发明了制作大块玻璃的工艺,玻璃才从昂贵之物变成最普通的东西。

现代人所用的玻璃是用石英砂、纯碱、长石及石灰石经高温熔化加工而成,工艺已经相当成熟,不但能制造出普通的玻璃,而且能制造出各种特种玻璃。

玻璃的使用

玻璃现在已经广泛用于建筑、日用、医疗、化学、电子、仪表、核工程等领域,成为当今时代最普遍的材料之一。

此外,玻璃按性能特点又分为:钢化玻璃、多孔玻璃(即泡沫玻璃,用于海水淡化、病毒过滤等方面)、导电玻璃(用作电极和飞机风挡玻璃)、微晶玻璃、乳浊玻璃(用于照明器件和装饰物品等)和中空玻璃(用作门窗玻璃)等。人们在日常的生活中,也会随时随地看到或用到玻璃。

火柴——燃烧的火焰

火的发现

火是自然界本来就存在的现象,雷电、火山喷发、森林中堆积物的自燃都会引起大火。原始人最初正是从天然火中采集火种来照明、取暖、烧烤食物、抵御野兽的袭击。但是这样的火如果不持续添柴的话,迟早是会熄灭的。天然火又不是随时都会出现的,现实迫使原始人必须设法自己生出火来。

火柴的发明

在我国古代传说中,有一个燧人氏钻木取火的故事。钻木取火,就是用一根木棒立在另一块木块上,然后用力旋转,是一种因摩擦生热而发火的做法。在原始社会,主要是用燧石互相打击取火。后来,随着社会的进步,人们开始用铁块或打火石相互碰撞来取火。再后来,人们又发现硫磺遇热就会燃成火焰。利用这一特性,最原始的火柴被制作出来。在麻片上蘸上熔融的硫磺,用时只要将它轻触炭火或经火绒上的火星一引,它就会迅速燃烧起来。

公元前2世纪,由西汉淮南王刘安手下的炼丹术士发明的发烛,可看作是火柴的前身。

用发烛或蘸硫磺的麻片引火仍少不了打火装置,因为它们还是不能自动生火。这个难题的解决与磷的发现与研制是分不开的。

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