十四、金属陶瓷的奥秘
当今时代是一个高科技飞速发展的时代，人们习惯了快节奏的生活，以至一些交通工具也在向着提高速度的方面发展。高速列车、气垫船、超音速飞机等，这些高科技发展的产物，为人类的生活提供了极为便利的条件。
目前世界上最快的超音速客机为音速的3倍，而在军事上应用的超音速战斗机最高速度可为音速的8倍。这些飞机速度的提高一是减少了阻力，二是增强了发动机的性能。我们知道，飞行器的高速运动均是由自身所携带的燃料燃烧产生的巨大热能，进而转化为动能的，因此该发动机的性能优劣，直接关系到飞行器的飞行性能。这在汽车、火车、轮船上也是同样的。
据专家们测定，当飞行器高速飞行时，其发动机喷出的热量高达5000℃以上，我们知道，太阳表面的温度也不过6000℃左右。什么物质能够在这种高温下不被融化呢？钢铁是远远达不到的，合金钢与之也有一定的距离，于是人们想到陶瓷，陶瓷在这些材料中，耐高温的能力是最强的了，但是陶瓷却有一个致命的弱点，就是太脆弱了，它能耐得起高温，却耐受不了高压。
科学家们在努力研究中终于发现，当在陶瓷中加入一些金属细粉，这样生产出的陶瓷不仅具有极高的耐高温性能，而且大大提高了陶瓷的韧性，这种陶瓷与金属的混合物，就是当今在航空动力学研究中极为受宠的金属陶瓷。
金属陶瓷是由金属和陶瓷原料制成的，既有金属的优点，也有陶瓷的特性，由于其具有较高的韧性、高硬度、高抗氧化性，因而在火箭、高速飞行器中备受推崇。最常用于制造金属陶瓷的金属原料为铁、镍、铬、钴等，而最常用的陶瓷原料为氧化物、硅化物、硼化物、碳化物和氮化物等。金属陶瓷的生产也较为简单，烧制方法同陶瓷一样，只是将金属粉末物质混入陶瓷土中，根据要求制作出不同形状的东西。
我们会有过这种感觉，当你将酒精涂在手上，不一会感到特别凉爽，如果有人发高烧而采用药物降温无效时，我们会想到用酒精来擦浴全身，其目的就是为了散热。金属陶瓷也是这个道理，在火箭的发动机达到最高转数时，产生大量的热，这种高温则使陶瓷中的金属物质挥发了，从而陶瓷的温度也随之下降。待陶瓷中的金属完全挥发掉后，这一部分的发动机则已完成了其工作使命，随着控制指令而脱离火箭，同时下一级火箭的发动机被点燃，新的工作程序又开始了。我们通常所说的多级火箭，就是根据这个原理制造的。
另外金属陶瓷具有极高的抗腐蚀性。因而在原子反应堆中，能够抵抗液态金属钠的侵蚀，成为原子反应正常进行的保护神。
金属陶瓷虽然存在于世才30来年，但是由于其自身的极特殊的性能，格外受到人们的重视，尤其是在航空、航天领域，金属陶瓷真可谓少年老成。然而，科学家们更为感兴趣的不仅是它的优秀品质，而是它们这种优秀品质的来源。有人推测陶瓷中加入金属后表现出的特性，不能单单用金属在高温下挥发降温来解释，在金属陶瓷的制作中，其本身是否已经发生了某些化学反应而使之变成具有这种特性的新物质，那么这种陶瓷与金属到底发生了哪些反应，我们尚无法判断。而对于那种单纯金属挥发的解释，也有一定的可疑之处，这些还有待于今后的研究方能证实。
十五、纳米技太及纳米材料
1.纳米技术
纳米科学与技术是一门极有前途的新兴科学。
纳米技术是一种在微观环境下工作的新技术，它是一种操纵原子、分子或原子团和分子团使其形成所需要的物质的技术。这是最近伴随微电子技术蓬勃发展而兴起的新兴技术，它将使人类认识自然和改造自然的能力直接伸展到分子和原子领域，实现一场新技术革命。
实现纳米技术的途径有两条：
一是由宏观向微观进行。即用宏观的方式将机器制造得越来越小，这为纳米技术的实现和应用提供了必要的参考。
二是由微观向宏观进行。即直接操纵原子和分子，对其进行不同的排列组合，形成新的物质，制造出具有新功能的机器。
目前，从宏观到微观的研究已取得一定的进展。超大规模集成电路的结构越来越细微，各种微型机器不断问世。1989年初，美国一家医疗中心的外科医生在进行手术时，将一个仅有针头大小的心动血压敏感器附在病人跳动的心肌上。在这个小小的敏感器上，竟装着三个微电子传感器。1991年，美国电话电报公司贝尔实验室的专家研制出了一个跳蚤型机器人，其中的硅质齿轮和涡轮机细小得如同灰尘粒。6万台这样的涡轮机所占面积仅有1平方英寸，人只有借助高倍电子显微镜才能看到它的外形和结构。
应用纳米技术，可以将机器、电子计算机、机器人做得越来越小。美国麻省理工学院已研制出一台名叫摩西的仅有1立方英寸大小的微型机器人，能对各类刺激作出反应，在小角落里爬行。现在，已能做出比衬衣纽扣体积还小的电子计算机、用肉眼几乎看不见的机器人。手术刀只有头发的1％粗细，不用开胸就可以进行心脏病手术。
预计未来，研制的纳米电子芯片可比微电子芯片提高几个数量级的集成度，在纳米生物学中从事研究蛋白质的结构和构成去了解生命，创造和制作纳米化工厂、生物传感器、生物分子计算机元件、生物分子计算机、生物分子马达，以及生物分子机器人等；实现分子、原子级操作，创造人工新物质，等等。
2.纳米材料
纳米材料是指由纳米量级（1纳米～50纳米）的晶态或非晶态超微粒所构成的固体物质。独特的固体结构使其具有高强度、高韧性、高比热、高热膨胀、高电导率、高扩散率、高磁化率以及强电磁波吸收能力。其研究和应用于20世纪70年代开始，现已可制备高性能陶瓷和特种合金、催化材料、传感器材料以及红外吸收材料等。
纳米是一个长度单位，它只有十亿分之一米。而纳米技术就是研究1～100纳米范围内电子、原子和分子运动规律的一项崭新技术。随着科学家们在纳米这一新领域上的开疆辟土，他们发现，虽然纳米本身是一个极小的度量单位，但是它的发展空间却可以远达生物学、物理学等多个学科。
不同类型的纳米材料在不同的领域各显身手。比如，纳米磁性材料制作的录音带、录像带和磁盘，其记录的密度比普通磁带、录像带高得多；颗粒型纳米材料可作催化剂、磁记录介质等；纳米大小的超细粉末制成的金属材料，硬度比普通粗晶粒金属的硬度高出两倍以上。
纳米涂料是指微粒粒径在1~100纳米的涂料，它们的单个粒子只有在电子显微镜下才能观察到。纳米涂料具有优良的性能，将其涂在建筑物外墙上，不仅容易附着，而且耐擦洗。将它涂在医院、手术室等空间的内墙上，在紫外光照射和有氧条件下，它还具有一定的杀菌、分解异臭的作用。
几个纳米的金属铜颗粒或金属铝颗粒，一遇到空气就会产生激烈的燃烧，发生爆炸。利用纳米金属的易燃易爆可以做成烈性炸药，或者制作火箭的固体燃料产生更大的推力。此外，纳米金属颗粒粉体也可以做催化剂，能加快化学反应速率。
将药物与磁性纳米颗粒相结合，患者服用这些纳米药物颗粒，可以自由地在血管和人体组织内运动。医生只需在人体外部施加磁场加以导引，药物就会按照医生的需要集中到患病的组织中，大大地提高了药物疗效，并降低副作用。
科学家将可降解的淀粉和不口丁降解的塑料通过特殊研制的设备粉碎成纳米颗粒，再通过物理结合制成新材料。这种新型原料生产出的农用地膜、一次性餐具、各种包装袋等类似产品可以达到100％的降解，不再污染环境。纳米技术在科学研发上的应用，开启了绿色科技的新潮流。
