金属和塑料是日常生活中广泛使用的材料,现在看看有钱花而且有饭吃的你的身边,是不是有数不尽的金属制品?还有数不尽的塑料制品?吃完饭之后就要多学知识,想想金属和塑料为什么能大规模应用到生活中的方方面面呢?1通常,金属具有比较高的熔点,机械强度高。
人类在很早以前就使用了金属材料, 而且可以追溯到人类文明有记载的青铜器时代。
和早时期的石器相比, 金属铜和金属铁是更加先进的材料。
之所以青铜器和铁器能够取代石器,原因就是它们具有比石器更加优越的力学性能以及易于冶炼和加工的特点,所以第一次工业革命也和钢铁的大规模使用息息相关。
和金属相比,塑料仅仅是20 世纪初开始兴起的材料,因为变形和加工性能非常好,现在已经实现了大规模使用。
塑料是一类原子排布不规则的聚合物非晶体材料,其软化点称为玻璃转变温度。
由于塑料的玻璃转变温度通常在室温附近,有的甚至低于室温,所以塑料可以在室温附近进行加工。
塑料这种变形温度低以及变形能力强的特点, 使得塑料在发明以后就在日常生活和工业生产中迅速得以广泛应用。
所以决定材料前景的因素,不仅需要材料自身独特的物理化学性能(比如金属),还要求材料具有优良的加工和变形性质(比如塑料)。
金属和塑料是两类近乎矛盾的材料:金属的强度比塑料高很多, 但是加工性能比塑料差。
所以有没有可能开发出一种既有金属的强度、又具有塑料那样优异加工性能的材料呢?2答案是有的。
2005年5月, 中国科学院物理研究所报道了一种具有金属的强度和塑料那样优异加工性能的全新金属材料。
这种材料在室温下具有和铝镁合金一样的强度,但是当温度升高到开水温度时,它就像塑料一样展现出拉伸、压缩、弯曲、压印等各种加工变形行为。
正是因为兼有一般金属的性质和塑料一样的优异加工性能,这种材料被称之为“金属塑料”。
和生活中常用的金属不一样,金属塑料不是晶体,而是非晶态结构,是非晶合金的一种。
平时经常接触到的钢铁、铝合金等在微观层次上原子的排列是具有对称性的,而非晶体的原子排布没有任何周期性结构,是个复杂无序体系。
左图为计算机模拟的非晶态铜锆合金结构,粒子排列无序聚集;右图为晶态铜锆合金结构,粒子排列十分规则非晶态固体材料种类实际上非常丰富,种类繁多。
我们就生活在由非晶固体充斥的世界,人们日常见到的材料:塑料、玻璃、沥青、琥珀、橡胶等都是非晶态固体。
玻璃作为一种无序的无机物非晶态物质,在人类文明的发展也具有重要作用,比如每天都会用到的杯子:比如现代科学的发展基石的望远镜、显微镜的光学镜片:比如建筑的艺术设计