??????人類的文明史就是一部材料變遷史。

從舊石器時(shí)代、新石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代，直到今天的納米材料時(shí)代，作為人類認(rèn)識(shí)自然和改造自然的工具，材料支撐著人類的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步。這些材料是怎樣出現(xiàn)在人類社會(huì)中的，又對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生了怎樣的影響呢？

????????接下來我們將從材料的應(yīng)用場(chǎng)景出發(fā)，從建筑材料、生活用品及未來科技這三個(gè)方面介紹。

????????首先一起來說一說最能體現(xiàn)人類文明的建筑材料。建筑材料的發(fā)展改善了人類的技術(shù)環(huán)境、推進(jìn)了城市化進(jìn)程。這其中，混凝土、鋼鐵和玻璃功不可沒?；炷潦鞘澜缟嫌猛咀顝V的建筑材料之一。無論是高樓大廈還是道路橋梁，處處都能夠看到它的影子。很多著名建筑，包括：美國(guó)的胡佛水壩、法國(guó)的里約高架橋和英國(guó)格瑞夫里山立體交叉橋等等都是鋼筋混凝土的杰作。

????????為什么混凝土應(yīng)用如此廣泛呢？這要從混凝土的特征說起?；炷林饕怯伤?、沙子和石子組成。這三樣?xùn)|西混合在一起之后，加上了水，就會(huì)引發(fā)連鎖化學(xué)反應(yīng)，形成復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)。這些微結(jié)構(gòu)彼此之間強(qiáng)力連接，變成堅(jiān)硬的固體。在這過程當(dāng)中，混凝土從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，可以塑造成各種形狀，讓短時(shí)間內(nèi)蓋起龐大的建筑成為可能。在混凝土發(fā)明之前，巨型建筑往往需要幾十年才能完成，比如：中國(guó)的萬里長(zhǎng)城和歐洲的石鑿教堂等等。有了混凝土之后，高達(dá)309米的倫敦“碎片大廈”主體結(jié)構(gòu)只花了不到6個(gè)月就完成了。

????????在人類歷史上最早使用混凝土建材的是古羅馬人。古羅馬有一個(gè)名叫波佐利的地方，存在大量火山巖粉末，成分和現(xiàn)代的水泥成分類似。古羅馬人只需要在火山巖粉末以及沙子的混合物中摻進(jìn)碎石子就可以制造出混凝土。古羅馬遺跡和考古發(fā)掘證明，當(dāng)時(shí)的混凝土已經(jīng)廣泛應(yīng)用到建筑當(dāng)中。他們?cè)?jīng)使用混凝土打造了宏偉的羅馬萬神殿的穹頂。兩千年來，這個(gè)偉大的建筑始終屹立不倒，至今仍然是世界上最大的無鋼筋混凝土圓頂建筑。但是遺憾的是，羅馬帝國(guó)衰亡之后，混凝土技術(shù)也銷聲匿跡了。直到十九世紀(jì)六十年代后期，法國(guó)巴黎的園藝家莫尼耶在制造花盆的時(shí)候，偶然發(fā)現(xiàn)鋼筋和混凝土的膨脹系數(shù)幾乎相同，能夠有效地解決混凝土脆性斷裂的問題，這才使得混凝土技術(shù)重新回到人類視野，并且迅速傳播。

????????隨著科技的進(jìn)步，混凝土材料也在升級(jí)換代。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了自愈合混凝土和自潔凈混凝土。自愈合混凝土是在普通混凝土當(dāng)中添加一種名叫巴氏芽孢桿菌的細(xì)菌，以及它們愛吃的淀粉。這些細(xì)菌平常處于蟄伏狀態(tài)。當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫的時(shí)候，它們遇到水分就會(huì)醒來，吃掉預(yù)先給它們準(zhǔn)備的淀粉，然后就會(huì)開始分泌方解石，和原來的混凝土結(jié)合，填滿裂縫。經(jīng)過這種桿菌處理之后，龜裂的混凝土強(qiáng)度可以恢復(fù)九成以上。另一種自潔凈混凝土摻入了二氧化鈦粒子。這些粒子非常小，而且是透明的，抹在混凝土表面幾乎看不出來。但是二氧化鈦粒子吸收了陽(yáng)光中的紫外線之后，就會(huì)產(chǎn)生自由基離子，能夠分解粘在它們身上的污垢，然后被風(fēng)或是雨水帶走。羅馬的千禧教堂就使用了這種自潔凈混凝土?；炷梁弯撹F組合在一起才能有足夠的韌性。

現(xiàn)代建筑中同樣不可或缺的材料——鋼鐵

鋼鐵不是純鐵，而是加了碳的鐵。碳的比例決定了鋼的特性，高碳鋼硬度高但是容易碎，低碳鋼軟但是有韌性。

最初掌握這種特性的是日本武士。低碳鋼→刀身，高碳鋼→刀鋒。

缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，無法批量制造。

工業(yè)革命前英國(guó)工程師貝塞麥發(fā)明了制造鋼水的方法，實(shí)現(xiàn)工業(yè)量產(chǎn)。

方法：先獲得純鐵，再混入一定比例的碳。

難點(diǎn)：純鐵的制取→先制成鐵水，再灌入空氣。

（鐵當(dāng)中的）C+（空氣中的）2O→CO2

這一化學(xué)反應(yīng)可以將鐵水中的碳帶走，成為純鐵水。

→貝塞麥的發(fā)明開啟了機(jī)器時(shí)代

鋼鐵+混凝土→鋼筋混凝土→高樓大廈拔地而起。

常見的建筑材料——玻璃

玻璃的主要成分：二氧化硅（和沙子的成分一致）

經(jīng)過高溫處理之后的沙子冷卻便是玻璃

e.g. 沙漠中間經(jīng)常發(fā)現(xiàn)因閃電擊中沙子而產(chǎn)生的玻璃

古羅馬人→批量生產(chǎn)

他們靠著堿，即天然生成的碳酸鈉降低了制造玻璃所需要的溫度，進(jìn)而降低了制造玻璃的難度

古羅馬人的發(fā)明：

1. 玻璃窗，將玻璃用鉛焊接在窗框上
2. 酒杯，固態(tài)玻璃只要加熱到一定程度就很容易塑形，用鐵鉗子夾著就能在冷卻前造出各種形狀，甚至還可以吹氣進(jìn)去成為氣泡形

耐熱玻璃出現(xiàn)后，化學(xué)才成為一門系統(tǒng)的科學(xué)

耐熱玻璃是加了氧化硼的玻璃，這種玻璃能一直熱脹冷縮，化學(xué)家不必再擔(dān)心因?qū)嶒?yàn)的溫度改變而發(fā)生容器的破裂。

強(qiáng)化玻璃：汽車行業(yè)的重要發(fā)明，意在減少車禍時(shí)因玻璃碎裂飛濺而發(fā)生的死傷

起源于17世紀(jì)40年代的珍寶：魯伯特之淚

將高溫的玻璃熔漿滴入水中而形成，頭部能夠承受巨大的壓力，但尾部只需要輕輕用力便會(huì)導(dǎo)致整個(gè)魯伯特之淚發(fā)生碎裂，這些碎片雖然可能會(huì)劃傷皮膚，但是不會(huì)帶來很大危險(xiǎn)

經(jīng)過改良之后成為強(qiáng)化玻璃

強(qiáng)化玻璃中加多層塑料→防彈玻璃

外層的玻璃最先碎裂，吸收子彈的部分能量，中間的塑料再將沖擊力分散到更大面積，減少傷害

塑料夾層越多，防彈玻璃所能吸收的能量越多

一道夾層能防住9mm口徑手槍的子彈

八道夾層能承受AK47步槍的狙擊。

對(duì)人類而言，最有用的玻璃便是用于構(gòu)建現(xiàn)代城市的玻璃。