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《我们需要化学》第4集——《迷人材料》

2017-07-23 字号:[ ] 编辑:56hx 来源:网络 浏览:

第四集:迷人材料

注:剧透内容来源:上海教育电视台。分享该视频,只为让更多的人了解化学,认识化学!

 
化学,作为一门庞大的知识体系,

能够用来解决人类面临的许多问题,

满足社会的需要,

它的成就深刻的影响着人类社会的发展,

然而生活在其中的人们却并不了解化学

对我们所产生的深切作用。

生命的起源离不开化学变化,

生命的延续同样离不开化学的贡献,

没有化学就没有地球上的生命,

更不会有人类和我们绚丽的生活。

骄阳蓝天,花草树木,

我们生活在这个色彩斑斓的世界,

这是大自然给我们的馈赠。

一根火柴,一件衣服,一个屏幕,

生活中的点点滴滴,

从服装到工具,从娱乐到科学,

材料学的进步,

从来都对生活的脚步影响深远。

唐勇院士 中国科学院上海有机化学研究所)

唐勇“化学对产业的发展

起着至关重要的作用,

如果从人类历史的划分来看,

我们通常情况下,

把它划分成旧石器时代、新石器时代,

新石器时代,主要出现的石器是陶瓷,

然后是青铜时代,铁器时代,

然后是工业革命时代,

实际上这个主要的就是一个钢铁,

然后再后面是电子时代,

那么现在我们处在信息时代,

如果从这样的划分来看,

实际上基本上以材料发展历史来划分的,

如果再进一步的讲,

实际上是通过对物质创制的

过程来进行划分的,

所以从这样的角度来讲,

化学在材料科学的发展中,

起着非常重要的作用。”

从“阿房宫”到“圆明园”,

从“鸟巢”到“上海中心大厦”,

人类自古以来都在学着善待自我,

尽可能追求好的建筑与居所。

现代社会科技发展迅速,

人们物质水平不断提高,

对居所的要求早已不仅仅是

遮风避雨那么简单了。

我们的建筑经历了

几个划时代的历史变迁,

这其中便离不开化学的功劳。

罗马人发现天然火山灰可以

用来制造水硬性水泥,

被广泛运用于19世纪到

20世纪早期的欧洲建筑,

现代的硅酸盐水泥由石灰质、

黏土质和少量铁质原料

按最佳的比例配合后,

经过粉磨、均化、烘干、

预热、碳酸盐分解、烧成、

冷却等一系列过程制作成,

那么,近些年来,

随着建筑材料的不断发展,

我们住所的构成又有哪些新的变化呢?

黄晓宇研究员 中国科学院上海有机化学研究所)

黄晓宇“那么现在的建筑,

大家看到水泥混凝土,

大家感觉还是水泥混凝土,

但是大家可能不知道,

现在很多墙体,

大家看到这个墙体是保温材料,

这些保温材料就是材料的发展,

能够使温度保温。

第二个,还有一些各种各样的材料,

既可以保温,也有各种的功能,

还有透气的功能等等。”

现代化学工业的发展,

让建筑材料的组成变得

前所未有的多姿多彩,多种多样。

这是国家游泳中心,水立方,

它的独特外形有着别具一格的视觉效果,

构成这样一种形状的

是一种新型的建筑材料,

被称为乙烯-四氟乙烯共聚物,

简称ETFE膜。

它耐腐蚀、防火、透光、寿命长,

还能循环利用,

最重要的是它的表面摩擦系数非常小,

灰尘、污垢在这滑溜溜的

表面上往往“站不住脚”,

即使表面有些浮尘,

只要下点小雨立刻就能被冲洗干净,

可谓是优点多多。

其实,这种美观而又优秀的建筑材料,

属于一个极其重要的现代材料家族,

在我们的生活中几乎无处不在,

那就是高分子材料。

人工合成的高分子材料

是材料领域之中的后起之秀。

黄晓宇“一般来说我们生活中

接触最多的主要是塑料,

塑料大家可以看到很多,

乐扣乐扣饭盒,保鲜膜,香水瓶,

各种各样的洗手的瓶子,

各种各样的容器,塑料盆,

那是我们生活中接触最多的。

第二类是合成纤维,

合成纤维主要是我们穿的衣服。

第三类高分子,

那么相对来说我们生活中用得比较少,

但我们出行中用的很多,就是橡胶。

最常见的橡胶,就是轮胎,

汽车轮胎就是橡胶做的,

没有轮胎汽车怎么能开起来呢?

所以说,我们日常生活中,

没有三大合成高分子,

我想我们的生活质量

不是倒退二三十年的问题,

基本上倒退一百年了。”

高分子材料广泛地用于农业、工业、

建筑、包装、国防尖端工业、

以及人们日常生活等各个领域。

农民伯伯种田需要薄膜大棚,

工业中广泛运用塑料作为绝缘和封装材料,

化工领域有大量的高分子材料

成为管道、容器和防腐材料。

在我们的生活中,

家里的门窗、天花板和浴室;

办公室鼠标,电脑;

出行时把握的方向盘、汽车轮胎

都有一个共同的名字就是高分子材料。

它易成型而又廉价的特点,

让它在我们生活中无可取代。

黄晓宇“大家可以看到我们日常生活中

用的各种各样的塑料具器,

有各种各样的形状。

金属要把它做成这些形状

很多情况是做不出来的。”

对生活的想象,

是人类文明进步的动力,

也是化学工业不断发展的源泉。

而人类自古以来最大的梦想无疑就是飞翔。

自1903年莱特兄弟的飞行者1号上天,

时间仅仅过去了一百多年,

今天的航空航天器所用材料从铝合金、

结构钢、钛合金到各类复合材料,

比第一架飞机复杂了不知多少倍。

而我们也从离开地面仅仅数百米

发展到今天遨游于无尽的太空。

在航空航天技术发展的过程中,

材料的更新换代呈现出高速的更迭变换。

黄晓宇“其实像我们坐的飞机,

大家说飞机为什么这么多年发展得这么快,

那就是碳纤维用了很多。

大家知道波音787上面,

原来大家想象飞机上面用的金属材料。

各种各样飞机,大家可能知道铝合金,

后来用了高端的钛合金。

大家讲金属很重,大家知道最简单的,

大家初中物理可能学过,

铁的比重是7.8,对不对,

铝的比重稍微轻点,

但肯定是大大超过水了,

但碳纤维的比重可能跟水差不多,

有的根据程度不同,

有的可能比水还轻。

所以波音787飞机上面

它现在重量三分之二,

66.7%是靠碳纤维做出来的。”

碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性,

又兼备纺织纤维的柔软可加工性,

是新一代增强纤维。

它“外柔内刚”,质量比铝轻,

但强度却高于钢铁,

并且具有耐腐蚀,高模量的特性,

在国防军工和民用方面

都是极其重要的材料。

黄晓宇“其实碳纤维是日常生活中用的很多,

大家所看到的钓鱼竿,

黑乎乎的,那就是碳纤维做的。

大家使用的羽毛球拍,

就是碳纤维的羽毛球拍。

大家可以从钓鱼杆和羽毛球拍

感觉到碳纤维的两个最简单的特点,

一强度很高,

一个羽毛球拍强度很高,

第二个轻,

羽毛球拍非常轻。

我小时候打的羽毛球拍是木头拍子的,

相对来说重量肯定比现在重,

而且力量发不上去,

但现在碳纤维的羽毛球拍,

大家可能看到各种各样的国产的进口的,

碳纤维做的很轻,

发力可以发得很大。”

当你在运动场上挥洒汗水,

当你乘着新式客机去到梦想的国度,

当你坐在宽敞明亮的房间内,

看着精彩的电视节目,

你或许不知道这是

化学材料在悄然起着作用。

其实,在我们的日常生活中,

对我们生活质量影响最多,

让我们生活更“绚丽”的,

还是那一块一块流光溢彩的电子屏,

许多人宁可少吃一顿饭,

也不愿意离开自己的手机一小会,

它们的出现,不但改变了我们的生活作息,

也让人类跨入了曾经

作为科学幻想的信息时代。

高希珂 研究员 中国科学院上海有机化学研究所)

高希珂“现在我们家里的电视,

包括电脑的屏幕,

包括智能手机的屏幕,

大部分都是基于液晶显示的,

液晶显示实际上是1888年被发现的,

1988年才制造出了第一台的

晶体管的液晶彩色电视,

那么到2000年之后,

逐步进入人们的生活,

所以说,历时百年的液晶,

是有机化学在材料方面一个突出的贡献。”

其实,液晶本身并不发光,

它需要背光照亮液晶,

而LED就是它的一种背光源,

在LED发光显示技术诞生之前,

CCFL冷阴极荧光灯背光系统

是主流的显示屏技术。

当更节能、更轻薄、

更好用的LED出现后,

它很快便被取代,

但随着显示材料不断发展,

今天LED同样已经不再是最前沿,

最好用的显示技术了。

高希珂“那么还有一类也是和有机化学相关的,

叫有机发光二级管,

这个是1987年由柯达的邓青云,

也是一个华裔的科学家所发明的,

那么到现在为止呢,

有机发光二极管简称OLED,

那么这类材料已经逐步进入我们的生活,

像现在的智能手机屏,

像三星的Galaxy,

这些手机屏,

已经被一些智能手机厂商逐步的采用,

首先它(OLED)亮度比较高,

对比度比较强,主要原因是什么呢?

因为对于液晶显示来说它有一个背光源,

这个背光源实际上是非常耗电的,

所以我们现在的智能手机

一般来说一天要充一次电,

那么OLED是自发光的,

它不需要背光源,

所以它的对比度和亮度非常高,

再有一个它还比较轻薄,

也可以做成柔性的”

OLED相对于通过LED

发光的液晶显示来说,

它的亮度,对比度更高,

同时有着轻薄,柔软的特性,

未来的电视和手机将如同纸张那样,

以一种柔软透明,

可以随身携带的形态出现在我们面前。

驻足现代,

我们身处的是由化学缔造的建筑王国,

我们穿着的是由化学引领的时尚舒适,

我们使用的是由化学生产的各色用具,

借助前沿化学成果探索着未知的世界,

而我们最终还能够

利用化学将这一切一一记录。

化学,让你我拥有便利,

也生活得更加绚丽!

本期名家介绍

唐 勇

有机化学家

中国科学院院士

中科院上海有机化学研究所研究员,副所长,金属有机化学国家重点实验室主任。2000年入选中科院“百人计划”。2015年评选为“中国科学院院士”。

主要从事金属有机化学的研究,其领导的研究团队利用边臂策略,设计合成了一系列新型的催化剂等,并成功应用于不对称催化、叶立德化学以及高性能聚烯烃合成。申请发明专利近20项(PCT专利2项),其中部分聚烯烃催化剂的专利已成功进行了技术转让并实现工业化应用。先后主持了国家基金委的重点项目、杰出青年基金,创新群体和科技部“863”项目以及科学院的方向性重大项目等。

黄晓宇

中国科学院上海有机化学研究所研究员

中国科学院上海有机化学研究所研究员,有机功能分子合成与组装化学重点实验室主任、课题组长、博士生导师。主要研究方向为:高分子合成化学和高分子材料性能的研究。

高希珂

中国科学院上海有机化学研究所研究员

现任上海有机所研究员/课题组长(入选所聘百人计划),隶属于中国科学院有机功能分子合成与组装化学重点实验室。主要研究方向:有机分子功能材料化学。1. 新型共轭分子骨架的结构设计与合成 2. 有机共轭分子/高分子的合成方法 3. 有机共轭分子/高分子的组装与光电功能。

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