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黏土内部充满了各种矿物质的细小结晶，这些细小结晶内部包含着黏土的单个粒子，主要成分是硅和铝等携带正电的原子，与携带负电的氧原子相互交错，形成类似脚手架般牢固的网状结构。
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但是，结晶与结晶表面的原子并未相互联结，它们在遇到水分子的时候就会与其中的氢原子结合。不规则的小晶体也会与附近的原子组成不稳定的结合体，好像生怕落了单似的。这些表面原子仿佛一直在等待时机寻找合适的原子，随时与之形成和晶体内部结构相似的构造。
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高温烧制就相当于“撮合”这些孤立的表面原子，高温使原子活动更加频繁，促使原子反复与周边原子结合。原本在水与揉制的作用下形成的黏土，内部的细小结晶相互之间紧密排列。而高温提高了表面原子的振动频率，形成小结晶之间的原子共价键，从而使整体结构更加牢固，这就是陶器的强度远超黏土的秘密。
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陶器可以历经几千年时光而不改变自身的形状，更不会重新变回黏土。人类的祖先花费精力烧制的陶器，到了今天依旧保持着当时的风采，这多亏原子之间形成了牢固的层状结构。
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 [:1700541960]
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 制陶与环境破坏
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这种以黏土为原料经过低温烧制的产品一般被称为素陶，日本的绳纹土陶和弥生土陶均属素陶。中国的古人开发出水簸法，这是利用水中不同物质沉降速度不同的特性，分离出相同颗粒的黏土。这种极为先进的黏土精制技术，可以挑选出适合烧制陶瓷的材料。
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中国最著名的陶制品就是秦始皇陵兵马俑，这些深埋于地下的陶俑战士身高超过180厘米，达8 000多尊，浑身涂满颜料，呈现出鲜艳的色彩。此外，秦始皇陵内还有用水银填满的江河湖泊，可以说那是一座陶器构成的地下都市。这些工艺精巧、技法细致的陶器令人对2 000多年前精湛的技术水准叹为观止。
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秦始皇陵兵马俑1号坑
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不过，这种大规模的制陶行为也必然伴随着弊端。据说，为了烧制建筑材料和制作泥砖，美索不达米亚地区的树林遭到大规模砍伐，这是导致当地沙漠化的重要原因之一。
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古代中国在建设万里长城时也需要大量的城砖，因而导致森林遭到大规模砍伐。在明朝永乐帝时代，中国的首都迁移到了靠近游牧民族活动地区的北京，不得不加强长城的建设，这导致广大森林被采伐。据推测，黄土高原的森林覆盖率曾高达50%，到了近代只有5%，给生态环境带来了巨大的压力。
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 [:1700541961]
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 瓷釉的问世
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素陶虽然远比干燥的泥土坚硬，但是由于内部的原子之间的共价键并不十分牢固，强度远远赶不上岩石。一旦遭到外力撞击，烧制建立起来的共价键发生断裂，素陶会随着一声脆响化作碎片，这种易碎性可以说是陶器的重大缺点。
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素陶还有一个缺点，它的表面分布着无数细微的小孔，水分和空气可以自由通过这些小孔。今天，许多家庭还在使用素陶花盆，原因就是水分和空气能从花盆的侧壁进入泥土中，与植物的根系接触，从而防止出现烂根的情况。虽然由于素陶具有这种特性而适合制作花盆，但是如果将素陶用于制作茶杯、水壶则会出现问题。
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瓷釉是弥补这个缺陷的最好材料。在黏土表面涂上一层特殊的矿石粉末或灰浆后再进行烧制，陶器表面会形成琉璃质薄层，从而堵住细孔，增强整体强度和防水性。而且，晶莹的琉璃层会在陶器表面产生流光溢彩的效果，为陶器的器物之美平添神韵。
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燃烧木材产生的灰烬中含有钾盐等碱性物质。这些碱性物质可以在高温下渗入硅氧结合体中，临时切断共价键，使氧化硅更容易熔化，最终冷却时就会产生琉璃层。也许，人类正是通过这种木灰类“自然瓷釉”才在偶然间领悟了瓷釉的妙处。中国早在商朝（公元前17世纪至公元前11世纪）时就已经使用瓷釉，并在西汉晚期开发出了以氧化铅为主的矿物质瓷釉，带有鲜绿色的铅釉陶器就此问世。
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不同种类的瓷釉与不同种类的黏土、烧制温度等要素相互结合，诞生了颜色、风格各异的陶器，同时为陶瓷带来了新的艺术价值。直到今天，瓷釉的奥妙依旧值得我们去探索，即使是富有经验的陶瓷艺术家都需要经过反复试验才能做出一件满意的作品。现代科学正在逐步深入研究陶瓷领域的奥秘，可即使利用最先进的科学技术也难以制作出完全符合设想的陶瓷作品。
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 [:1700541962]
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 白瓷的问世
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笔者在访谈一位陶艺家时曾经听到这样的观点：简而言之，陶瓷的发展史其实就是白瓷的发展史。因为白色的容器更能衬托出食物本身的颜色，令食物色彩鲜明，让人更有食欲。正如自古以来美容师们将保养出洁白、光滑的肌肤当作目标一般，陶艺家们也将制作出纯白而鲜亮的白瓷当作毕生的追求。