科技與產(chǎn)業(yè)革命④

從泥瓦磚木，到銅鐵鋁鋼，再到碳纖維、石墨烯，伴隨著文明和科技的進(jìn)步，人類(lèi)對(duì)材料開(kāi)發(fā)利用的廣度和深度逐步加大加深。如今越來(lái)越多的新型材料走入科學(xué)家的視野，新材料技術(shù)的突破，將伴隨著新一輪產(chǎn)業(yè)革命，改變我們所處世界的屬性。有理由認(rèn)為，未來(lái)人類(lèi)任何“高大上”的宏偉工程，都有著看似“細(xì)小微”新型材料的支撐，而我們?cè)谝率匙⌒泻徒k爛生活中，亦當(dāng)隨處可見(jiàn)它們的身影。

平地起高樓，傳統(tǒng)材料不退色

對(duì)工具的使用，被認(rèn)為是人類(lèi)和其它哺乳動(dòng)物的一個(gè)本質(zhì)區(qū)別。人類(lèi)對(duì)材料的利用，則從這一本質(zhì)區(qū)別開(kāi)始。且看考古學(xué)家對(duì)人類(lèi)史前歷史的三階段劃分——石器時(shí)代、青銅時(shí)代、鐵器時(shí)代，即可見(jiàn)人類(lèi)發(fā)軔階段使用材料的進(jìn)化歷程。雖然這一進(jìn)化歷程漫漫數(shù)十萬(wàn)年，但正是它們的進(jìn)化，最終導(dǎo)致了人類(lèi)文明史上第一次產(chǎn)業(yè)革命——1萬(wàn)年前農(nóng)牧業(yè)的出現(xiàn)。

人類(lèi)文明的發(fā)展，使得材料的進(jìn)化樹(shù)上不斷添加新的分支，而如今被視為傳統(tǒng)材料的清單中，不斷有新成員加入，盡管它們當(dāng)初也曾有著新材料的名分。這些材料在成長(zhǎng)，但并未老去。高樓平地起，從數(shù)千年前的巍峨金字塔、莽莽萬(wàn)里長(zhǎng)城，到今天雄偉的跨海大橋、鱗次櫛比的摩天大樓，從巨石磚瓦，到鋼筋水泥，傳統(tǒng)材料的名單雖在逐漸拉長(zhǎng)，但它們的作用依然，始終是人類(lèi)社會(huì)生產(chǎn)生活的重要基石。

可以說(shuō)，一磚一瓦，一木一石，它們都承載著人類(lèi)的文明?；蛟S有一天，某些材料最終會(huì)被新的材料取代，但它們對(duì)人類(lèi)文明發(fā)展的貢獻(xiàn)卻永不退色。

空中建樓閣，新型材料產(chǎn)奇跡

空中建樓閣，是人類(lèi)的一個(gè)夢(mèng)想，曾那么遙不可及，如今卻在逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)?？湛?80和波音787的飛翔，讓我們體會(huì)到遨游天際的舒適與快感；國(guó)際空間站的建立，使人類(lèi)有機(jī)會(huì)站在太空審視我們的星球。這些都得益于科技的進(jìn)步，其中也都有著新材料的功勞。

巧婦難為無(wú)米之炊，沒(méi)有材料，再高明奇巧的設(shè)計(jì)也只能永遠(yuǎn)停留在紙面上。缺了土石，古人無(wú)法建造遮風(fēng)避雨之所；沒(méi)有紙張，先祖的文明也難以傳承。歷史證明，材料是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，新材料更是人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的催化劑。

新材料創(chuàng)造的奇跡不勝枚舉。超材料技術(shù)的突破，使哈里·波特的隱身衣從魔法世界走進(jìn)我們的現(xiàn)實(shí)生活；先進(jìn)復(fù)合材料的大量使用，讓越來(lái)越大的人造物體能夠擺脫地球引力而飛入太空。新材料的研發(fā)無(wú)止境。最近，清華大學(xué)和中科院理化所聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn)，鎵基液態(tài)合金在“吞食”少量物質(zhì)后，可以在各種形態(tài)和運(yùn)行模式之間轉(zhuǎn)換，并實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)快速前進(jìn)。相信終有一天，經(jīng)典科幻電影《終結(jié)者》中的液體金屬機(jī)器人會(huì)悄然來(lái)到我們的身邊。

新材料宣言，世界因我而改變

新材料涵蓋廣闊，金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料、先進(jìn)復(fù)合材料，這些專(zhuān)業(yè)劃分或許讓門(mén)外漢難以適從。但不管怎樣，作為高新技術(shù)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，新材料的研究代表著人類(lèi)對(duì)物質(zhì)的認(rèn)知和應(yīng)用在向更深層次進(jìn)發(fā)。它的發(fā)展，在促進(jìn)信息、能源、生物等技術(shù)革命的同時(shí)，對(duì)制造業(yè)、運(yùn)輸業(yè)以及個(gè)人生活方式都產(chǎn)生著重大影響。正因如此，新材料才被人稱(chēng)之為“發(fā)明之母”和“產(chǎn)業(yè)糧食”，成為21世紀(jì)最重要和最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。

石墨烯是目前新材料中最受關(guān)注的一種。它所具有的超強(qiáng)韌性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性以及透光性等特性，使其擁有巨大的發(fā)展空間，能夠廣泛應(yīng)用于電子、航天、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域，而它的商業(yè)化應(yīng)用，則將帶動(dòng)信息、能源、生物等一系列產(chǎn)業(yè)走向變革。2013年初，歐盟委員會(huì)將石墨烯科技列為兩大“未來(lái)新興旗艦技術(shù)項(xiàng)目”之一，并會(huì)在未來(lái)10年內(nèi)投入10億歐元研發(fā)經(jīng)費(fèi)；日韓德英等國(guó)家也都把石墨烯材料及產(chǎn)品定為未來(lái)革新產(chǎn)業(yè)之一，投入巨資推動(dòng)石墨烯研發(fā)和商業(yè)化應(yīng)用研究；作為全球技術(shù)實(shí)力最強(qiáng)的美國(guó)，更是在石墨烯研發(fā)方面走在世界前列，早在2006年至2011年這5年間，美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金（NSF）關(guān)于石墨烯的資助項(xiàng)目就高達(dá)200項(xiàng)，近幾年，美企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)在石墨烯領(lǐng)域的研發(fā)成果更是層出不窮。

材料世界是神奇的。在英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院有一個(gè)材料收藏館，館中陳設(shè)的2000多種材料五花八門(mén)，從自然生成的煤到人類(lèi)智慧杰作的生物玻璃，從廉價(jià)的木材到貴重的金屬，讓參觀者目不暇接。置身其中，你會(huì)在了解它們的過(guò)程中默默感受到人類(lèi)文明的進(jìn)步，似乎每一種材料都在說(shuō)：“世界，因我們而改變！”