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比人聪明的智能材料/高新技术科普丛书

比人聪明的智能材料/高新技术科普丛书
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  • 作者:张春//王旭华//莫尊理|主编:莫...
  • 出版社:甘肃科技
  • ISBN:9787542415721
  • 开本:16开 页数:175页
  • 2012-04-01 第1版2012-04-01 第1次印刷

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    编辑推荐语

        科学是无边界的,思想也不能让自己终结。人类正是凭借着永无止境的探索精神,才能不断超越自身发展的极限。新技术已经带给我们关于未来的无限展望,而它也正在悄悄地改变着我们自己和我们的世界。 张春等编著的《比人聪明的智能材料》是关于科技发展最前沿的故事,如果你想知道明天的世界会是什么样子,就请走进这个故事中吧……

        科学是无边界的,思想也不能让自己终结。人类正是凭借着永无止境的探索精神,才能不断超越自身发展的极限。新技术已经带给我们关于未来的无限展望,而它也正在悄悄地改变着我们自己和我们的世界。 张春等编著的《比人聪明的智能材料》是关于科技发展最前沿的故事,如果你想知道明天的世界会是什么样子,就请走进这个故事中吧……

    内容提要

         本套丛书作为新材料、新能源的科普读物,宗旨鲜明,风格独特,系统 性强,认真探讨了人类与能源材料和谐的发展历程和方向。与一般科普读物 相比,具有如下鲜明的特点:一是内容丰富时代感强,本丛书共18个分册, 紧扣当前能源、材料发展的困境,以新能源、新材料方面最新的研究成果及 翔实的资料为基础,用通俗易懂的文字分别叙述了与人类生存、发展最密切 的各种新...
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         本套丛书作为新材料、新能源的科普读物,宗旨鲜明,风格独特,系统 性强,认真探讨了人类与能源材料和谐的发展历程和方向。与一般科普读物 相比,具有如下鲜明的特点:一是内容丰富时代感强,本丛书共18个分册, 紧扣当前能源、材料发展的困境,以新能源、新材料方面最新的研究成果及 翔实的资料为基础,用通俗易懂的文字分别叙述了与人类生存、发展最密切 的各种新能源和新材料,构成了一个完整的知识体系。另外,本套丛书多视 角,多层次、全方位介绍了材料和能源领域的基础知识和发展动态,深入浅 出地展示了材料和能源的发展脚步。
         《比人聪明的智能材料》是其中一册,重点研究比人聪明的智能材料, 详细介绍了理想的智能材料、智能纤维、半透膜科技、形状记忆材料、智能 凝胶、智能塑胶及陶瓷、磁电智能材料等。
         《比人聪明的智能材料》由张春等编著。
        
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    目录
    第一章  理想的智能材料
      第一节  智能材料——千呼方唤始出来
      第二节  材料的“大脑”和“神经”
      第三节  材料的“五脏六腑”
      第四节  材料的智能化未来
    第二章  智能纤维
      第一节  由“皇帝的新装”说开去
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    第一章  理想的智能材料
      第一节  智能材料——千呼方唤始出来
      第二节  材料的“大脑”和“神经”
      第三节  材料的“五脏六腑”
      第四节  材料的智能化未来
    第二章  智能纤维
      第一节  由“皇帝的新装”说开去
      第二节  纤维——伴随你的衣食住行
        一、自然生长VS科技派生
        二、“马头娘”与蚕丝
        三、新一代纤维——人造丝
        四、纤维趣事——半裸入侵者
        五、纤维的智能化
      第三节  智能电子纤维
        一、柔性压敏纤维
        二、柔性显示织物
      第四节  智能防护纤维
        一、不会发火的阻燃纤维
        二、防紫外线纤维——我做你的庇护伞
        三、来啥也不来电的抗静电纤维
        四、神秘莫测的智能军装
      第五节  保健纤维
        一、为你嘘寒问暖的调温纤维
        二、健康的贴身卫士——抗茵纤维
        三、“侍卫胸衣”
        四、电子智能运动服
        五、发光夹克
      第六节  道法自然——仿生纤维
        一、化蝶彩衣
        二、夜蛾角膜的启示
        三、人工器官
        四、变色纤维
        五、会呼吸的纤维
        六、仿蜘蛛丝
    第三章  半透膜科技
      第一节  从猪膀胱到智能膜
        一、半透膜
        二、细胞膜
      第二节  有趣的膜分离
        一、巧借压力做动力
        二、除细菌的杀手锏
        三、分离膜家族之新秀
        四、纳米实验室必备武器
        五、生命之膜与透析技术
        六、电力下的膜分离
        七、智能膜穿透技术
      第三节  发展中的新型膜工程
        一、冷暖自知——膜蒸馏
        二、针尖上的舞者——膜反应器
        三、生命的启迪——细胞培养器
        四、现代生物自动化的枢纽——智能膜传感器
        五、膜燃料电池
      第四节  膜技术应用举例及未来智能膜
        一、智能气体分离膜
        二、半透膜药物释放体系
        三、巧妙的液膜灭火
        四、人工感官和智能生物计算机
    第四章  形状记忆村科
      第一节  “永不忘本”的记忆材料
        一、“记忆”伊始
        二、淬火与“马氏体”
      第二节  形状记忆合金——主流的表演
        一、磁场下的变彤
        二、磁场下的冷热泡沫
        三、温控“永动机”
        四、自膨胀血管栓塞器
        五、借助形状记忆合金开发抗地震材料
      第三节  形状记忆非主流
        一、潜力无限的记忆高分子
        二、锦上添花的记忆纤维
        三、新秀登场——记忆陶瓷
      第四节  军事中的“记忆”科技
        一、航天飞机的“嘴巴”和“耳朵”
        二、低噪声直升机
        三、神奇的“机器蝙蝠”
        四、战斗机的“金箍圈”
      第五节  生物医疗上的应用
        一、在牙科上的应用
        二、脊柱矫形
        三、骨折治疗
        四、形状记忆绷带
        五、人造心脏
        六、癌症的“鱼雷”治疗法
      第六节  日常生活中的应用
        一、智能卫浴防烫阀
        二、百变眼镜架
        三、自动释压的高压锅
        四、刚劲有致的窗帘
        五、“记忆”隆胸,科技展现魅力
        六、怒放的“铁花”
        七、百变“时”装
      第七节  形状记忆材料与汽车
        一、不怕爆胎的轮胎
        二、钢板的倒金钩
        三、自动开关的通气格栅
    第五章  智能凝胶
      第一节  何为凝胶
      第二节  气凝胶——“冻结的烟雾”
        一、气凝胶的分类
        二、游走于太空的好帮手
        三、纳米气凝胶
        四、未来机器人的肌肉
        五、气凝胶走进日常生活
      第三节  智能水凝胶
      第四节  智能水凝胶的应用
        一、最“靠谱”的创可贴t
        二、水凝胶生物修复
        三、“0灵”的贴0“窗玻璃”
        四、人体修复填充凝胶
        五、人造皮肤
      第五节  智能凝胶万花筒
        一、“凝肢”造就天然“空调墙”
        二、富含水分的衣服
        三、智能救生衣
        四、凝胶商机——蚂蚁乐园
      第六节  原位凝胶
        一、眼疾患者的福音
        二、抗肿瘤原位凝胶
    第六章  智能塑胶及陶瓷
      第一节  橡胶趣事
        一、弹性世界之门的叩响者——古德伊尔
        二、神奇的金属橡胶
        三、能吸水的橡胶
        四、聪明的轮胎
        五、“不导电”的导电橡胶
      第二节  导电塑料
        一、导电有机物与诺贝尔化学奖
        二、“聪明”的食品包装袋
        三、压电塑料
        四、最有安全性的塑料
      第三节  磁性塑料
      第四节  智能修复塑料
      第五节  新型“钢铁”塑料
      第六节  灵敏的陶瓷“鼻子”
      第七节  压电陶瓷诞生记
        一、灵敏的压电陶瓷地震仪
        二、压电陶瓷打火机
        三、把压力转为音乐的陶瓷
        四、飞机的新表
      第八节  尊贵的陶瓷刀
      第九节  聪明漂亮的智能玻璃
    第七章  磁电智能村料
      第一节  磁性材料的亮相——何止是吸引
        一、磁畴——磁性的最小单元
        二、磁铁是怎样“炼成”的
        三、“磁致伸缩”与“电致伸缩”
        四、有趣的磁致伸缩材料
        五、强悍的磁致伸缩水声换能器
        六、以电脑桌作“音箱”
        七、不用洗衣粉的洗衣机
      第二节  磁流体材料
        一、磁流体的组成
        二、磁流体密封
        三、磁流体药物
        四、磁流体发电机
        五、百变测温器
        六、静音潜艇
      第三节  导电材料的奇迹——超导材料
        一、超导现象的发现
        二、超导的奥妙
        三、超导型磁浮列车
      第四节  磁、电技术的完美结合——吸波材料
        一、伟大的隐身术
        二、吸波材料与“隐身术”
        三、如何实现隐身效果
        四、隐身技术的衍生物——手机屏蔽袋
        五、暗室为何要带“刺”
        六、电路模拟隐身术
      第五节  各种类型的吸波材料
      第六节  磁电应用秀
        一、电磁炉
        二、电磁继电器
        三、磁光记录材料
        四、电磁炮
    第八章  百花齐放的智能材料
      第一节  世界上最薄的隔气透水材料
      第二节  新材料专门“捉拿”二氧化碳
      第三节  首款自修复iPhone外壳即将问世
      第四节  电疗创可贴
      第五节  会思考的智能鞋
      第六节  步行可充电的能量收集鞋
      第七节  闪烁晶体
      第八节  哑巴金属——减震合金
      第九节  强悍的攀爬手套
      第十节  全固态薄膜电池——电子产品的革命
      第十一节  高科技LED面膜,让女性美丽永驻
      第十二节  科幻变成现实——超强防弹“透明铝”
      第十三节  “生物仿生”术盘点
      第十四节  神奇的“捞金手”
      第十五节  磁性肥皂液
      第十六节  扭曲能力提千倍的碳纳米管
      第十七节  能够感受到外部触摸的“电子皮肤”
      第十八节  能让盲人看到东西的神奇眼镜
      第十九节  妩媚可爱的“荧光鲜花”
      第二十节  仅由空气驱动的折叠软体机器人
    爹考文献
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    前言

         众所周知,火的使用和工具的发明开启了人类使用能源和材料的历史进 程,促进了人类的进化,推动了人类文明进步。时至今日,能源和材料已成 为人类生存和发展的物质基础,决定着人类文明的发展方向。它们的发展给 全球经济、政治以及精神文化带来了前所未有的变革,也使全球的生态环境 伤痕累累。开发绿色能源,发明新型材料,建设资源节约型、环境友好型社 会已迫在眉睫。
         2012年,中国将启动《国家能源发展战略》编制工作,提出我国能源发 展的总体方略和战略规划。但是,目前市场上还没有一套详细介绍新能源、 新材...
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         众所周知,火的使用和工具的发明开启了人类使用能源和材料的历史进 程,促进了人类的进化,推动了人类文明进步。时至今日,能源和材料已成 为人类生存和发展的物质基础,决定着人类文明的发展方向。它们的发展给 全球经济、政治以及精神文化带来了前所未有的变革,也使全球的生态环境 伤痕累累。开发绿色能源,发明新型材料,建设资源节约型、环境友好型社 会已迫在眉睫。
         2012年,中国将启动《国家能源发展战略》编制工作,提出我国能源发 展的总体方略和战略规划。但是,目前市场上还没有一套详细介绍新能源、 新材料方面内容的高新技术科普丛书。为了引导读者,特别是广大青少年更 好地认识和了解新能源和新材料,明确我国的能源现状和材料科学的创新成 果,增强开发高新技术的意识,激发他们为高新技术事业奉献的信心和决心 ,培养他们的民族自信心和创新精神。向青少年普及新能源和新材料的相关 知识和发展动态,必将吸引和鼓励更多青少年热爱科学,献身科学,积极投 身能源和材料事业,发明更多低碳、绿色的新型材料,使我国能源结构合理 ,为创造我们可持续发展的绿色家园做出更大的贡献。
         “高新技术科普丛书”,由国内知名材料学专家、西北师范大学博士生 导师莫尊理教授担任丛书总主编,西北师范大学等高校的教授、博士生导师 担任编委,丛书各册的作者均为相关领域的专家、学者。他们热爱科学、朝 气蓬勃、学风严谨、勤奋探索,以真挚的情感和对人类社会持续发展的使命 感,用朴实而又不失优美的文笔严肃认真地编撰了本套丛书。
         本套丛书作为新材料、新能源的科普读物,宗旨鲜明,风格独特,系统 性强,认真探讨了人类与能源材料和谐的发展历程和方向。与一般科普读物 相比,具有如下鲜明的特点:一是内容丰富时代感强,本丛书共18个分册, 紧扣当前能源、材料发展的困境,以新能源、新材料方面最新的研究成果及 翔实的资料为基础,用通俗易懂的文字分别叙述了与人类生存、发展最密切 的各种新能源和新材料,构成了一个完整的知识体系。另外,本套丛书多视 角,多层次、全方位介绍了材料和能源领域的基础知识和发展动态,深入浅 出地展示了材料和能源的发展脚步。《神通广大的第三金属》《新材料的宠 儿:稀土》向你展示第三金属和稀土的魅力;《高新科技的特种钢》《取之 不尽的太阳能》《持续不断的风电新能源》《可再生能源:生物质能》《又 爱又恨是核能》《待开发的地热能》《清洁能源:氢能》《未来无害新能源 可燃冰》《无限丰富的海洋能》让你尽情领略能源的丰饶和开发前景;《异 彩纷呈的功能膜》《节能减排的新动力电池》《无处不在的碳纤维》《邀游 太空的航天材料》《改变世界的信息材料》《比人聪明的智能材料》《神奇 的人体修复材料》向你呈现新型材料的发展动态以及带给我们生活的变化。
        二是时尚流行的编创,本丛书语言流畅、深入浅出,配有大量精美的图片, 图文并茂、通俗易懂,加上扩充知识面的小百科,使读者朋友全面了解新材 料、新能源并享受着它们带来的无限魅力。
         20世纪80年代以来,人们逐步认识到必须永续利用地球资源,改善地球 的生态环境才能实现人类的可持续发展。我们应统一规划、合理开发能源, 积极开发新能源、新材料,促进人类与自然界的和谐共处与协调发展。希望 这套凝聚着策划者、组织者、编撰者、设计者、编辑者等工作者辛勤汗水和 心血的“高新科技科普丛书”能给那些热爱科学,倡导低碳、绿色、可持续 发展的人们以惊喜和收获,并对我国的能源和材料事业做出贡献。衷心祝愿 应时代所需而出版的高新科技科普丛书能得到读者的青睐。
        
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    精彩页(或试读片断)

         第二章智能纤维 第一节由“皇帝的新装”说开去 许多年以前有一位皇帝,他非常喜欢穿好看的新衣服,每天每个钟头都 要换一套新衣服。他为了要穿得漂亮,把所有的钱都花到衣服上去了。人们 提到皇帝时总是说:“皇帝在更衣室里。” 有一天来了两个骗子,他们说,他们能织出谁也想象不到的最美丽的布 ,做出最美丽的衣服,但是所有不称职和愚蠢的人,都将看不见这件世界上 最美丽的衣服。
         皇帝穿着这种“衣服”在华盖下游行起来了。站在街上和窗子里的人都 说:“皇帝的新装真是漂亮!他新衣服的后...
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         第二章智能纤维 第一节由“皇帝的新装”说开去 许多年以前有一位皇帝,他非常喜欢穿好看的新衣服,每天每个钟头都 要换一套新衣服。他为了要穿得漂亮,把所有的钱都花到衣服上去了。人们 提到皇帝时总是说:“皇帝在更衣室里。” 有一天来了两个骗子,他们说,他们能织出谁也想象不到的最美丽的布 ,做出最美丽的衣服,但是所有不称职和愚蠢的人,都将看不见这件世界上 最美丽的衣服。
         皇帝穿着这种“衣服”在华盖下游行起来了。站在街上和窗子里的人都 说:“皇帝的新装真是漂亮!他新衣服的后裾是多么美丽!衣服多么合身! ’, “可是他什么衣服也没有穿呀!”一个小孩子突然叫出声来。
         于是大家把这孩子讲的话低声地传播开来。
         “他实在是没有穿什么衣服呀!',最后所有的老百姓都说了起来。
         皇帝有点儿发抖,因为他似乎觉得老百姓所讲的话是对的。不过他自己 心里却这样想:“我必须把这游行大典举行完毕。”因此他摆出一副更骄傲 的神气,他的内臣们跟在他的后面,手中托着一个并不存在的后裾。
         安徒生的这篇童话,揭露了皇帝的虚荣、铺张浪费和荒诞可笑。骗子们 发现了他喜新厌旧的软肋.就提出“凡是不称职的人或者愚蠢的人。都看不 见这衣服。”最后在所有人口是心非地称赞声中举行了一个赤身露体的游行 大典。从这个故事中我们也可以想到,随着社会的不断发展,人类追求衣着 时尚的脚步也会越来越快,无论是服装的款式还是材质,都不断地得以改进 ,臻于完美。
         纤维(Fiber)就是服饰的主要成分,它是一种细而长的大分子,是人类 日常生活中不可缺少的材料之一。纤维一般具有弹性好,强度高等特点。本 章就来介绍我们身边的纤维材料及纤维材料的智能化。
         第二节纤维——伴随你的衣食住行 木头是一种叉硬又粗的粗糙材料,谁能想象把它穿在身上的感受呢?有 一位设计师突破了传统的观念,化腐朽为神奇,把木材变成了柔软如丝绸的 布料,而且制作成漂亮舒适的贴身内衣。这位设计师就是法国时装设计师杨 格,由于她的孩子对漂染衣服有过敏反应,于是她就开始着力研究健康环保 的内衣。他们先在北美和加拿大选择巨型白松木的树干,运回法国蒙特勒, 然后利用酵素分解树木,再抽取其中的纤维,①并将这些原始纤维纺织成名 叫“kn.pur”的木材纤维,之后再加入少量弹性纤维制成可以贴身穿的内 衣。顾客穿上木材纤维内衣后感觉非常舒适,而且这种材质的内衣不易变形 。木材纤维里有大量有助空气流通的小孔,因此它比化学纤维的透气性要好 很多。木材纤维的吸湿效果是棉布的两倍,不仅穿着舒适,还能有效防止细 菌滋生。
         其实,大多数高档丝织品,如衬衫、西服、睡衣、领带等,最早都是来 自于植物纤维,也就是说大多都是从树林子里长出来的。构成这些丝织品的 分子.在变成商品之前,还自由自在的生活在松树或柏树的木头里,只是这 些木头分子在变为纺织品的过程中,经历是复杂而又有趣的。
         目前国际时装面料主要有棉、麻、毛、丝绸、化学纤维及混纺面料,还 有针织类、无纺布和皮革等。按照化学成分来讲,主要是天然纤维和化学纤 维。棉、麻、毛、丝绸等属于天然纤维,其他属于化学纤维。天然纤维是自 然界生长的纤维材料,可以直接用来纺纱织布。化学纤维即人造纤维或合成 纤维。
         人们究竟是用什么方法用硬邦邦的木头制造出纺织纤维的呢?如果直接 从木材里取出“线”来,自然是不可能的。但人们可以用化学方法从木材里 提取纤维素,利用这些纤维素就可以合成出人造纤维,人造纤维不仅和棉花 相似,而且也类似天然的丝和天然的毛。
         除了少数几种细菌之外,动物体内是没有纤维素的,可植物中的纤维素 很丰富,几乎占有其全部重量的一半。植物利用纤维素分子筑起了自身的骨 架——细胞壁。在纤维素的分子中有上千个碳原子,它们形成一条又长又细 的分子线,这条分子线的长度可以达到1微米(即千分之一毫米),然而它的 直径却只有2~3个原子。
         在人类历史的长河中,最早被发现并使用的纤维来源于植物,如棉、麻 等,后来有了动物纤维,如羊毛、蚕丝等,再后来人类开始将植物纤维素经 化学加工并纺织成再生纤维。20世纪30年代末首次出现的聚酰胺纤维(锦纶) ,奠定了合成纤维的基础,也为纤维的发展开启了新的发展方向。
         一、自然生长VS科技派生 自然界中有两种自然生长并可用于纺织的纤维:一是植物纤维,如棉花 、亚麻等;二是动物纤维,如丝和毛等,这两种不同的纤维具有不同的性质 。植物的种子经过多年的人工选种和优胜劣汰,或者将纤维经过特殊的化学 加工,都会使纤维发生变化。例如用热的碱溶液处理棉布,就可以使棉布得 到改良。
         用化学方法可以创造出各种人们所需的纤维,这种纤维本身包含有毛、 棉、丝等类似的性质,而且它还具备许多技术上特异性能。如具有抗碱性、 抗热性等,这些性质则是天然纤维所不具备的。
         同样是在新科技基础上通过人为加工而成的产物,为什么有些纤维叫做 人造纤维,而另一些则叫做合成纤维呢? 如果用化学方法制得的纤维,组成它的分子与原料的分子相同,这些分 子本身没有发生化学变化,如将木材改变成人造丝的时候,纤维素的分子只 是改变了它本身的排列方式,这种纤维就叫做人造纤维。例如人造的黏液丝 线和制备这种丝线的木材,其基质都是由相同的纤维素线状分子构成,这种 丝线就是人造纤维。
         有些纤维素分子是通过化学反应合成的,组成它的分子和原料中的分子 发生了本质的变化,形成的都是全新的分子,这些分子由原子重新排列组合 而成,这种纤维就叫做合成纤维。
         很多场合下可以用人造纤维与合成纤维代替棉花、丝、毛等天然纤维, 因此尝试用不同的原料制造人造纤维与合成纤维就显得很有意义。通常制造 人造纤维,所需的原料就是植物和一些化学试剂;而制造合成纤维的原料比 较广泛,可以利用空气、水、煤、石灰等进行合成。
         制造合成纤维的全部奥妙,就在于先把一些单个的原子组合成较小的分 子,再把较小分子进行组合变成大型的分子。例如使碳和氢的原子转变成乙 炔分子,然后再把乙炔分子结合起来成为巨型的聚乙炔分子,后者则是由数 千个小分子组成的大分子。
         不论是天然纤维、合成纤维或者是人造纤维,它们都是由那些比水、氮 或氧的分子大几万倍的巨型分子构成的,分子的长度比半径大几千倍,因而 它们围绕纤维的轴心分布很不规则,往往容易相互缠绕。P6-9
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