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其实,人类在更早阶段就已经认识了聚乙烯。早在1898年,德国化学家汉斯·冯·佩希曼(1850—1902)在合成重氮甲烷时发现了一种白色蜡状物质,便把它命名为“聚亚甲基”。不过,那个时代的技术水平无法开展后续的研究,这个发现也就无疾而终了。
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1930年,美国化学家卡尔·马弗尔(1894—1988)所在实验室的研究人员使用乙烯气体做试验的时候也发现了反应的副产物——聚乙烯。遗憾的是,研究人员把它当成无用之物给扔了,与百年一遇的大发现失之交臂。回忆起当时的情况,他们这样说:“谁也没想到那些蜡状物的用处这么大。”假如ICI公司的研究员也和马弗尔实验室的研究人员一样忽视了聚乙烯的用途,将它扔在一边的话,不知道我们今天的世界会是什么样子。
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纵观整个塑料诞生的历史,可以说是一连串的偶然结成了今天的硕果。同样是偶然发现的齐格勒-纳塔催化剂成了大幅提高所有塑料的产量与质量的关键,还有特氟龙和聚碳酸酯也是来自偶然的幸运产物。
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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 塑料的未来
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塑料,这是一种原本自然界不存在的物质,所以传统化学理论无法对它进行探索或改良。在很长一段时间内,塑料的研究如同在前人未至的荒野中迂回前行,在重重困难中披荆斩棘。在塑料研究历史中,多次出现的“运气”证明了塑料研究的艰辛之处。
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不过到了今天,随着技术积累到达一定程度,人类已经进入预先设计出具有多种功能的塑料这一阶段了。白川英树(1936—)所开发的导电性塑料等材料就是具有代表性的里程碑。进入现代社会,具有发光、发电等性能的塑料材料先后问世,正在成为支撑我们日常生活的支柱。现在的塑料材料,它的原料主要来自储量丰富的石油,具有极高的通用性和优良的性能,已经成为现代基础材料的明珠,屹立于科技领域的前沿。
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但是,塑料纯粹是人工合成的材料,自然存在着无法回避的缺点。最致命的一点在于,塑料与所有天然材料不同,无法被细菌或者酶分解,无法彻底还原到大自然中。
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近年,直径小于5毫米的塑料碎片和颗粒(微塑料)流入海洋的问题广受关注。被我们利用后抛弃的各种塑料产品,在紫外线的作用下分解成无数细小碎片,其中绝大部分在海洋中四处漂荡,被鱼类等海洋生物摄入体内,然后再通过食物链进入人体。由于有机物与人体有很高的亲和性,人们很担心微塑料会影响人体健康。
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到目前为止,还没有证据表明微塑料对人类与海洋生物造成了巨大危害,不过塑料的使用量如此之巨,再加上世界人口的增长,可以肯定,微塑料的总量未来还会继续增加。由于微塑料的体积很小,事实上我们无法完全清除海洋中的微塑料。照这个趋势发展下去,预计在2050年左右,海水中微塑料的总重量甚至会超过鱼类的总重量。
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为了解决这个困局,世界各国开始尝试削减一次性塑料产品的使用量。很多国家已经禁止使用一次性吸管或叉子之类的塑料制品,并要求饮料瓶的回收率超过90%。由于轻巧、超薄的塑料袋更容易分解成微塑料,法国和意大利已经颁布了禁止使用塑料袋的法令。
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也有些人认为微塑料未必会对人体造成伤害。但是,在不牺牲经济发展与方便性的同时,兼顾保护环境并非天方夜谭。人类使用很多材料的过程中也经历过各种各样的环境污染,并成功将其克服。从另一个角度来看,我们应当制定防患于未然的制度。
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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 第十二章 无机材料之王——硅
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开启计算机文明
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在笔者的孩提时代,计算机是一种离日常生活极其遥远的存在。那时既没有个人计算机也没有游戏机,计算机只是大企业或者科研单位所使用的巨型设备。
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然而,笔者2014年出生的女儿还没学会说话就已经知道如何解锁智能手机,然后点开应用程序玩游戏了。仅仅在一代人的时间里,计算机已经深入人们的生活,不仅成了人们工作中随处可见的工具,而且成了人们生活中不可或缺的存在。
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如果单从硬件角度来分析计算机如此迅速进入社会的原因,归根结底就是硅材料生产技术的高速发展。在最近的几十年里,社会发生的剧烈变化中的绝大部分都与计算机领域的进步有着密切的关系。从这个角度来说,没有人会否定硅是代表现代社会文明的材料。
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今天的计算机在人类各领域中都肩负着无可比拟的重任,然而“计算机”一词最初的含义是“计算机器”。为了从难以胜任的繁杂计算中解放自己,人们急需一种称手的机器——这种需求开创了现代计算机文明。其实,类似的尝试在人们熟知的更久远时代就已经开始了。
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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 古希腊的计算机
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