化学基础知识入门/走进科普世界

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复合材料是由两种以上各具特色的材料重新组合形成的新型材料。复 合材料可以弥补任何一种单一材料的不足，同时综合了所有材料的优点。 最简单的例子是钢筋混凝土，既有钢筋的强抗拉性，又有混凝土的抗压缩 性，是超强的建筑材料。 日常生活使用的织物和地毯，主要是纤维和树脂组成的复合材料。纤 维是指碳纤维或玻璃纤维等，含有这些纤维的成型树脂，机械强度明显提 高。 碳纤维是由聚丙烯腈(PAN)和黏胶等有机纤维，在约3000摄氏度高温下 焙烧生成像石墨一样的纤维。碳纤维具有弹性好，强度大等特征，用碳纤 维制成的复合材料(CFRP)，既是航天工程用的新材料，也是制作高尔夫球 柄或网球拍的原料。 玻璃纤维是非晶质的玻璃在熔融状态被快速拉伸成的纤维状物质。由 玻璃纤维制成的复合材料(GFRP)广泛应用于日用品、建筑材料和机械材料 等领域。 树脂包括聚酯、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯等，可以做成各种物品。 圆形建筑的屋顶使用的材料是含聚四氟乙烯膜的玻璃纤维织物。 自然界有许多自然形成的复合材料。如木材的主要成分包括纤维素、 半纤维素(纤维素以外的多糖)、木质素等，纤维素好像钢筋混凝土的钢筋 ，木质素的作用好像水泥，半纤维素和两者的亲密关系使树保持完整的形 态。 火车、汽车、飞机、轮船和潜水艇等现代化交通工具都有一个共同的 缺点，就是要消耗大量的燃料。为了添加燃料，飞机飞行一段时间以后一 定要降落，轮船航行一定距离后就要靠岸，潜水艇在水底下的时间久了也 必须浮出水面。 那么，怎样才能解决这个问题呢？如果采用原子核燃料，情况就会完 全不同，轮船和潜水艇就能够长期不停地航行，飞机不用加油就可以做环 球飞行。用原子能做宇宙飞船的燃料，对星际航行更是具有重大的意义。 但是，在交通工具中应用原子能却是个非常复杂的问题。为了防止射 线伤害人体，反应炉的外面要有很厚的防护层，所以原子锅炉的体积一般 都很大。要把这样一个庞然大物搬到飞机或者潜水艇上，可以想象有多么 困难！因此，在飞机或者潜水艇上只能建立小型原子锅炉。但小型的原子 锅炉存在两个缺陷。首先，它的射线容易散失到外面去，使锅炉里的原子 核反应不容易维持。其次，散射出来的射线还会损害驾驶员和乘客的健康 。 人们终于找到了氧化铍，用它来解决这两个难题。氧化铍有一种宝贵 的性质，它能够像镜子反射光线那样来反射原子锅炉里的射线，只要用氧 化铍做成的砖头砌在原子锅炉外边，就像给原子锅炉穿上外套，射线想逃 也逃不出来，一举解决了两个困难。现在，原子能已经应用在轮船和潜水 艇上，至于在航空和铁路、公路运输上应用原子能，还要解决许多科学技 术问题以后才能实现。 除了原子能交通工具外，地面上的原子锅炉也利用氧化铍做“反射体 ”，把中子射线反射回去，使链式反应顺利地进行下去。核燃料铀棒还要 用金属铍做“外套”，因为金属铍不吸收中子，又耐高热。 我国载人飞船曾多次进入太空，你可能也注意到了，宇航员都穿着非 常笨重的衣服，他们的衣服是什么材料做成的呢？ 人们共同居住的地球表面，被一层很厚的大气包围着，形成一个特定 的大气压，就像给整个地球穿了一件衣服。这件衣服吸收了太阳光的热， 遮挡住了一些宇宙射线，使我们舒适地生活在地球上。而地球以外的太空 是什么样子呢？太空里有使人致命的宇宙射线，温度的骤冷骤热使人根本 无法接受，失去地球大气压力，人的身体将会爆炸。飞船起飞时人体会超 重，远离地球时人体又失重等。这许许多多的问题，都必须靠宇航员穿的 衣服来解决，如果没有一件理想的宇航服来保护，人类根本进不了太空。 所以宇航员的服装是科学家们一直努力探讨的问题。 最早的宇航服由内外两层组成，内层为压力服，外层为保温服。主要 材料是制作软服的合成纤维和制成壳架的铝钛合金，壳架上还涂上了抗热 涂层。这一代宇航服比较笨重，但能抵挡住超低压、低温、辐射等的侵袭 ，基本能保证人类进入太空的安全。20世纪60年代中期制造的第二代宇航 服，材料已有所提高，外服的强度和灵活性都有所改进，在头盔和手套里 都装上了轴承，使头和手能轻巧地转动，这种宇航服能连续地使用两周以 上。20世纪70年代出现了第三代宇航服，它最显著的变化就是配备了生命 维持系统，可以使宇航员进行离船作业，还能阻挡宇宙尘埃的袭扰。20世 纪90年代研制的第四代宇航服，已能使宇航员在宇宙空间站进行长期工作 ，它在手、脚、腿等部位选用了多层纤维和树脂作为制作材料，腰、腹等 部位则选用铝合金和不锈钢为材料。这种宇航服可连续使用达1 5年之久。 P10-12