化学材料奇观

永不凋谢的材料之花

陶瓷是最古老的硅酸盐材料。精致的中国陶瓷制品，至今仍然吸引着世界各地的客商。随着科学技术的发展，具有特殊优异性能的现代陶瓷材料也飞速地发展起来，并且具有非常广泛的应用，被人们誉为永不凋谢的材料之花。

古代陶瓷

一天，美国新材料研究中心来了一位神秘的客人，他是美国核试验基地的空军驾驶员。他带来了新的研究课题。原来，在核战争或核试验中，一颗爆炸能力跟两万吨炸药相当的原子弹，爆炸时所产生70亿千卡的辐射光能要在3秒钟里全部释放出来，即使离爆炸中心比较远的人，眼晴也会被核闪光灼烧。空军驾驶员等到发现核闪光再戴防护眼镜就来不及了。如何解决这个问题呢?以前科研人员为他们设计了一种防核护目头盔，但控制护目镜的是一台高压电源，飞行员得背上几十千克重的用硅钢片做成的变压器，既笨重又麻烦。因此，他们向新材料研究中心提出了研究新的护目镜材料的要求。研究中心接到这一课题后，立即组织力量进行攻关。他们选择了许多材料进行了实验，最终选择到的理想材料是陶瓷。不过它不是普通的日用陶瓷，它是一种经过特殊的“极化”处理的陶瓷，它在机械力、光能的作用下，能把它们转变成电能，在电场作用下，又能把电能转变为机械能。这种特殊的功能叫做“压电效应”，具有这种压电效应的陶瓷叫压电陶瓷。

陶瓷璀璨明珠唐三彩

超声波压电陶瓷电机

核试验员带上用透明压电陶瓷做成的特殊护目镜，带来了很大的方便。原子弹爆炸，当核闪光强度达到危险程度时，由于光的作用护目镜的控制装置马上就把它转变成瞬时高电压，防护镜自动地迅速变暗，在1/1000秒钟里，能把光强度减弱到只有1/10000，险情过后，它还能自动复原，不影响驾驶员的视力。这种压电陶瓷护目镜结构简单，重不过几十克，只有火柴盒那么大，安装在防核护目头盔上携带十分方便。

压电陶瓷点火器

压电陶瓷在军事上的应用十分广泛。第一次世界大战中，英军发明了一种新的战争武器全部是铁装甲的战车——坦克，它首先在法国索姆河的战争中使用，重创了德军。坦克曾经在多次战争中大显身手。然而，到了20世纪六七十年代，由于反坦克武器的发明，坦克失去了昔日的辉煌。反坦克炮发射出的炮弹一接触坦克，就会马上爆炸。这是因为炮弹头上装有一种引爆装置，它就是用压电陶瓷制成的。当引爆装置跟坦克相碰时，引爆装置马上把因此产生强大的机械力转变成瞬间高电压，爆发火花，引爆雷管而使炮弹发生爆炸。

当我们留心时会发现很多领域利用了有关压电陶瓷的这种优良性质。

在儿童玩具展览会的一个展台旁，只听得一只小黄狗在汪汪叫，而在旁的一只小花猫却发出“喵喵”之声，孩子们被这些能发声的电子玩具吸引住了，他们在思索，为什么这些玩具能发出和真的动物一模一样的叫声。这时讲解员叔叔开了腔，他说这是因为玩具设计师在这些小动物的肚子里装上了一只用压电陶瓷做成的特殊元件——蜂鸣器，因为它能发出像蜜蜂那样的嗡嗡的声音。当然后来经过设计师的努力，使这种陶瓷元件还能发出其他各种各样的声音。

蜂鸣器的制造十分简单，先把陶瓷素坯轧成像纸一样的薄片，烧成后在它的两面做上电极，然后极化，这时陶瓷就具有压电性了。然后再把它与金属片粘合在一起，就做成了一个蜂鸣器。当它的电极通电时，由于压电陶瓷的压电效应就产生振动，而发出人耳可以听得到的声音，只要通过电子线路的控制，就可产生不同频率的振动，而发出各种不同的声音，甚至还能发出滑变的声音。

正是由于它的发声本领变化多端，再加上它与通常的音响器相比，还具有不少优点，所以它的应用是十分广泛的。除了上面提到的电子动物，在日常生活中人们也离不开它。例如电子手表里装上一片薄薄的蜂鸣器，它就能发出嘟嘟的声音给你报时;电子计算器里装上了它，它就能按照预定的要求，发出嗡嗡之音提醒你。另外，它也能发出很响的警报声，因此可以装在消防车、救护车或其他仪器设备上，或装在金库、机要保密室里作为防盗报警器用。由于它体积很小，还可以与电子鼻组合起来做成瓦斯报警器，放在煤矿工人的口袋里，当矿井里瓦斯过量时，灵敏的电子鼻首先觉察，马上递给它一个信号，它便立刻“大喊大叫”起来。

新型陶瓷的种类有很多。如具有气敏、热、电、磁、声、光等功能互相转换特性的各种“功能陶瓷”;用于人或动物肌体，具有特殊生理功能的“生物陶瓷”等等。下面再介绍一种十分有趣的陶瓷——“啤酒陶瓷”。

说起“啤酒陶瓷”的出世，还有一个非常有趣的故事呢。

美国的化学家哈纳·克劳斯在研究一种用于宇航容器的材料配方时，无意中错把身旁的一杯啤酒当作蒸馏水倒入一个盛有石膏粉、黏土以及几种其他化学药品的烧杯中。然而，正是由于这个“无意之中”的举动导致了啤酒陶瓷的问世。这一杯啤酒一倒入烧杯中，就出现了意想不到的奇特现象，烧杯中的那些混合物立即产生了很多泡沫，体积突然膨胀了约2倍，不到30秒就变成了硬块。这使克劳斯大吃一惊，他在回忆当时的情况时说:“这一过程如此之快，以至我都想不起来我到底做了些什么。”这次偶然制成的啤酒陶瓷居然是一种具有很多优良特性的泡沫陶瓷，这是谁也没有料到的。这种后来被人称作“啤酒石”的陶瓷具有釉光、重量轻、无毒、防火性能好等特点。由于啤酒石形成时固化速度快，并有那么多优良特性，它将在增强运载工具的绝热性能、安全储存核废物、包装业、汽车制造业、农业等方面具有很高的应用价值和商业价值。

为使啤酒石的特性及应用得到充分发挥，克劳斯还采用石膏、石灰珠层岩、硫酸盐等与啤酒进行了一系列实验。实验中发现改变原料的配比，制出的啤酒石有不同的特性。另一种配比制成的啤酒石，在同样体积下，重量只有水泥的1/5。还有一种配比的啤酒石能承受激光产生的2316℃高温达一个多小时之久。还有一种啤酒石，不必进行又费钱、费事的上釉及烧釉工序，只须用喷灯处理20分钟，容器的表面便釉光锃亮了。

一些专家认为，啤酒石最重要的用途之一是储存核废料。大家知道，核废物如储存不当，会对环境造成非常有害的核污染。当前处理核废物较大的问题是容器，传统的方法是用防锈、不漏气的钢鼓储存，容器的内壁常用一种塑料作为防护套。但是，一旦黏结剂失效，就会发生泄漏。可想而知，这种方法和使用的材料都是不可靠的。由于啤酒陶瓷具有自行上釉的特性，所以可将其喷在新钢鼓的内表面，或旧钢鼓的外表面，形成啤酒陶瓷釉，成为一个不破裂、不泄漏的防护套，这样就可安全地储存核废物了。

当然，啤酒陶瓷目前还处于研究和开发阶段。克劳斯预见到从防火房到发动机中的某些金属部件，都将出现啤酒陶瓷的身影。如果找找它的缺点，克劳斯仅想出一条，他幽默地说:“在它生产出来的头3个星期里，闻起来有点啤酒味。”