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2007/03/09 21:22:12瀏覽4331|回應0|推薦17 | |
古代科技早熟,寶刀還會有記憶;未來汽車撞凹,用吹風機一吹就恢復原狀。 科技神話多半會實現。幾年後人們出車禍,車身鋼板凹陷,不必送廠做鈑金,只要用吹風機吹一吹,就能恢復原狀。因為鋼板有「記憶」,記得原來的形狀。但生物才有記憶,無「生命」的鋼板怎麼可能? 這事要從秦始皇說起。 戰國末年,青銅已慢慢被鐵取代,但1974年在兵馬俑坑出土的四萬件兵器,幾乎都是青銅鑄造的。難道用武力統一中國的秦軍,竟是一支裝備落後的軍隊?顯然不是。當時鐵製兵器雖已出現,但青銅兵器的鑄造技術其實正處於最後、最輝煌的顛峰。 1965年,湖北春秋古墓挖出一把青銅劍,劍身刻有鳥篆銘文:「越王鳩淺,自乍用劍」,震驚中國,鳩淺就是臥薪嘗膽的勾踐。「勾踐之劍」埋在土裡兩千多年,卻光亮如新,仍可吹毛斷髮,1977年經科學測定,劍身鍍了一層含鉻的金屬。鉻是耐高溫、耐腐蝕的稀有金屬,熔點高約攝氏4000度。地球岩石中含鉻量很低,提取十分不易。 中國早在周代已掌握先進工藝。1994年,兵馬俑二號坑發現19把青銅劍,劍身有8個稜面,誤差不到一根髮絲。這些劍同樣千年不銹,寒光逼現,因為表面有一層10微米厚的鉻鹽化合物,令人難以置信,因為「鉻鹽氧化」是近代科技,可以增強青銅或其他有色金屬的防腐抗鏽能力,德國在1937年、美國在1950才先後發明,並申請專利。 古人如何在兵器上鍍鉻無法確知,但接下來的發現更神奇:秦皇一號坑發現的青銅劍,其中一把被重達150公斤的陶俑壓彎,且彎曲超過45度。當陶俑移開,又窄又薄的青銅劍竟然瞬間反彈,恢復平直。這種超彈性是現代「形狀記憶合金」(shape memory alloys,SMA)的特色。 1932年,瑞典人奥蘭德在金鎘合金中首次觀察到「記憶效應」,即合金的形狀改變後,加熱到一個程度可以回復原狀,像有記憶一般。為什麼? 記憶合金有兩種不同的相,低溫時處於「麻田散鐵相」,晶體結構柔軟,受力時會改變原子間的距離,使合金的外型扭曲。當加熱到高於臨界溫度,合金處於「沃斯田鐵相」,晶體排列為堅固結構,原子回復到受力前的距離,合金變回原狀。許多合金有記憶功能,如金鎘、銅鋁及銅鋁鎳等。最普遍的是由鎳與鈦混合而成的鎳鈦諾,它耐侵蝕,不易有金屬疲勞,能承受很大的拉力和壓力。 記憶合金突破傳統金屬的限制,新用途不斷開發,譬如眼鏡架碰彎,只要放在水中加熱就可復原。魔術胸罩變形,只要穿回身上,體溫能使它恢復原狀。太空方面,人造衛星的龐大天綫,折叠裝進火箭,升空到預定軌道後加温,天綫會憑記憶展開,恢復抛物面形狀。在臨床醫療領域,記憶合金也可用於人造骨骼、牙科器材、心贜修補器等。 魚腸劍、湛廬寶劍、龍泉劍都是春秋名劍,削鐵如泥,無堅不摧。20世紀的科技竟出現在兩千多年前,誰能想像,秦始皇士兵揮舞的長劍,竟是現代都未發明的傑作!古人是否還有更多先進科技工藝? 十一、十二世紀,十字軍東侵,戰場上塵沙滾滾,基督教戰士與揮舞大馬士革刀的穆斯林激戰時,早已震懾於奈米軍刀的威力。 奈米,是的,你沒有聽錯。 現代以奈米微晶製的陶瓷刀,摔都摔不斷,更別說製出超級金屬,使軍刀更銳利耐久。十字軍武士也許更驍勇善戰,但一刀揮向穆斯林騎兵,刀卻應聲折斷,可以想見當時他們臉上的表情有多驚駭。古來兵器何其多,寶劍千年難求。但個個穆斯林戰士,手上持的阿拉伯彎刀都是魚腸劍? 阿拉伯的大馬士革刀享有盛譽,杜甫就在《荊南兵馬使太常卿趙公大食刀歌》稱讚「籲嗟光祿英雄弭,大食寶刀聊可比。」2006年12月出刊的《知識通訊評論》報導,現存於敘利亞的大馬士革骨董軍刀(sabre)堅韌銳利,由一種烏茲鋼(wootz)製成,製造秘訣早在18世紀失傳。德國材料學家包福樂(Peter Paufler)以電子顯微鏡觀察,發現烏茲鋼的微結構是一種奈米尺寸的管子,輕而堅固。烏茲鋼包含摻有過渡金屬雜質的印度鐵礦,高溫焚燒時,雜質可能促使樹木中的碳轉變成奈米管。 不過,包樂福的觀點缺乏有力證據,鋼鐵專家、物理學家都提出反駁。當然,如果包樂福判斷正確,可顯示印度鑄鋼技術高超。英國化學家柯羅畢斯托夫(Andrei Khlobystov)就說:「重點是,早在被人發現前,這些奈米管就很有用處。」 其實,大自然是偉大的導師。粉筆很容易折斷,但它的化學組成幾乎與貝殼相同,差別只在於貝殼的生物聚合體分子具有奈米微結構。植物纖維、動物肌腱都有柔軟、高強度、高韌性等人造物無法達到的平衡性質,秘密也在於物競天擇形成的奈米微結構。 2006年12月一場研討會,東華大學材料系教授陳怡嘉即指出,古人在不斷嘗試錯誤中鑄劍,可能無意間造出「奈米寶劍」,春秋名劍即是。 史書記載,闔閭請干將、莫邪鑄劍,常出現驚天地泣鬼神的場面;遇到鐵不熔化,寶劍鍊不出來,往往氣得拔頭髮、咬指甲丟入熔爐。生鐵含碳多,堅硬易折,純鐵柔軟無法磨利,因此煉劍要合在一起,並加入碳、矽、鋁等元素。如果頭髮、指甲之說屬實,可能是陰錯陽差改變了合金的比例。 鑄劍的關鍵還在於,把燒熱的鐵放到水中降溫、再升溫的淬鍊過程。金屬的原子彷彿規則排列的球,但淬鍊時會出現不規則的「差排滑移」,使強度減弱;但滑到奈米顆粒就會停止,於是變成很強的鐵,名劍就此鑄成。 在發現古代的奈米寶刀、記憶彎刀後,我們將如何解釋這種超常規的「科技早熟現象」?用外星人來解釋是不負責的說法,科學家還有待努力。但以下的描繪將不是科幻小說:以奈米鋼板打造的汽車不可能撞凹,即使撞凹,用吹風機吹一吹,就恢復原狀。別「忘」了,鋼鐵「記」得自己的長相。 當然,矛與盾是「相生相剋」的,任何軍事霸權如果以為他的「奈米坦克」天下無敵,那他該想想「奈米砲彈」的無堅不摧。 |
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( 知識學習|隨堂筆記 ) |