材料科学在悄悄地改变整个世界

我们之所以能够享受科技进步带来的便利,很大程度上是得益于材料科学的飞跃发展。

 |  李弘.wxNbW1H

文|NHCC看世界

我们也许很少留意到身边的一些变化,比如材料!现在仔细想想,留心观察一下,你就会发现,我们的身边有很多物品使用的材料都发生了很大的变化!灯泡里没有了灯丝,变成了半导体芯片;汽车的外壳,很多部分都换成了碳纤维;眼镜的镜片由玻璃变成了合成树脂;很多东西都变轻了、变得更牢固耐用了,还有很多需要铸造的物品,现在可以通过3D打印技术就可以制造出来。观察周围的变化,我们就会突然发现,新材料正在悄悄地改变整个世界!

从经济发展和人类进步的角度上讲,材料的重要性足以代表一个时代的更迭。比如石器时代、青铜时代、铁器时代等等,在这些时代里,材料是一个体系,代表社会的经济发展水平和人类生活的状况。

我们就拿青铜时代举个例子。在中国的青铜时代,最重要的材料就是青铜,工具、兵器、礼器、工艺品、饰品都是以青铜为主要材质,由此可见,青铜是当时社会经济发展的基础。

青铜器四羊方尊
三星堆出图的青铜器
青铜兵器

在那个时代,绝大部分的技术也都是青铜冶炼、制造技术的延伸和发展。青铜时代的冶炼技术进一步推动和提升了陶制品的加工工艺,在此基础上又诞生了新的建筑材料—砖和瓦;青铜的材质特性,形成了青铜器加工的独特工艺与造型风格,同时也对那个时代的建筑、服饰、礼器的设计产生了深远的影响,现在看来就是特点鲜明的文明特征和时代印记。

其中,雕刻和烧制又对信息记录产生了重要影响,于是以爻卦、甲骨文、金文为主要文字符号,以动物骨甲、竹简、青铜制品为主要载体的信息记录方式也逐渐完善起来,就形成了最早的文献,一直流传至今。在青铜时代,由于材料的进步,还使天文观测仪器的精度有了非常显著的提升,使人们有了更为详细的天文观测记录,大数据的积累,使中国最早形成了以太阳和月球基本运行规律为基础的农历,经过几千年的不断修正,现在依然是世界上最为精准的、可以指导农业生产的历法。

青铜兵器还装备了一支能够横扫天下的秦国军队,这支军队在秦王嬴政的指挥下,在十年之中,扫灭六国,完成了统一大业,历史也向着下一个文明时代—铁器时代。一个青铜材料,深刻地影响了社会发展的方方面面,从而塑造了人类历史上的一个辉煌时代!

一个重要材料影响一个时代,在近现代同样适用,甚至未来也是如此。自从工业革命以来,好像很难再用一种材料能够标志一个时代了。其实,只要搞清当时的主流产业,就能够知道这一时期的主要标志性材料。让我们简要地回顾一下:工业革命到一次大战结束,这一时期,主要的材料就是钢铁,带动了煤炭、电力、通讯以及交通产业的发展,火车、汽车、飞机,包括自行车,电灯、电报、电话,包括电影,都是那个时代的发明创造。

从一战结束,到第一次海湾战争,这又是一个时代,这个时代主要的材料是石油,石油化工产业迅速崛起,并渗透到各行各业,谁拥有石油,谁就拥有了财富。从上个世纪九十年代,到2030年前后,半导体材料成为主角,由此材料为基础的计算机、互联网、移动终端、云计算、软件开发等产业成为造富的龙头。

半导体材料催生了很多高技术,比如计算机和互联网,由此又衍生出了很多领域,比如软件、大数据和新能源,以及即将普及的物联网。

半导体材料使我们马上迈入“万物互联”的阶段。这个时代的基础特征,就是全面信息化和主体意识可控范围的扩大。因此,与信息化、大数据、计算以及与信息传递、系统控制相关的产业都是具备高速增长的潜力,细分下来可以包括:超大规模集成电路制造的全产业(半导体材料制备、加工装备、芯片制造)、大数据收集与分析、互联网基础设施(基站、卫星、路由器)、互联网安全、高速数据传输存储技术与通讯设备、大规模存储设备、系统控制与应用软件开发、信息发布与传播平台、设施信息化与智能化集成改造技术等,这都是近10年内最具发展潜力的行业,也是未来所有行业的基础。

这都是高端制造业和高技术产业的核心,材料变化带来的技术进步,首先会改变的就是农业的生产方式。精准种植、按需种植,全程可视化追溯体系正在逐渐实现。很快,我们就能够看着自己的食物一天天长大,最后到达每个人的餐桌!下一篇,我们着重讲一讲,跟农业有关的技术变革与产业发展。

我们现在就处于这个时代与下个时代的更替阶段,我们亲历了信息化时代世界的快速变化,我们还将见证下一个时代不可思议地到来。