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但磁悬浮列车上的磁铁不是常见的那种磁铁块（即永久磁铁），而是电磁铁。电磁铁外有一个用导线绕成的线圈；线圈中有电流通过时，铁就产生磁力，只要线圈中一断电，铁就立即失去磁力。

电磁铁的线圈有两种，一种是普通的铜导线绕成的，另一种则是用超导材料导线制成的。要想把几十上百吨的列车悬空浮起来，电磁铁之间的排斥力起码得有几十上百吨。而电磁铁之间的排斥力和通过电磁线圈中的电流有直接关系，也就是说，只有通过很大的电流，才能产生很大的磁力。

但普通的铜导线有电阻，电流一大，铜导线就会发热，电流过大时，还可能使导线烧毁。所以铜导线通过的电流大小受到限制，例如直径1毫米的铜导线，只能通过6安培左右的电流，否则就会过热烧毁。

为了使铜导线通过更大的电流，需要加大导线直径，增加冷却设备，这样就会使磁悬浮列车本身的重量加重，这对提高列车的行驶速度不利。怎样才能使磁悬浮列车本身的重量减轻，又能让电磁铁产生很大的磁力呢？这似乎是一个难以克服的困难。但自从有了超导材料后，就有了克服这一困难的希望。．

因为超导材料没有电阻，多大的电流通过它也不会产生焦耳热，也不会有电阻产生的损耗。因此，目前世界上许多国家都在争先恐后地研究和开发超导磁悬浮列车。超导磁悬浮列车因为不和铁轨接触，没有摩擦力，只有空气产生的阻力，因此时速可达到550公里，和普通的民航飞机的速度差不多。如果将磁悬浮列车装在真空隧道中运行，速度可达每小时1600公里，比超音速飞机还快。但建造这种隧道很难，因而不易实现。

我国在90年代初开始研制磁悬浮列车，并在“八五”末期研制出第一辆试验性磁悬浮列车，它没有车轮，依靠磁排斥力使车体浮起来10毫米左右。用直线电动机推进。这辆磁悬浮列车是由铁道部长春客车工厂制造的，铁道科学院、国防科技大学、西南交通大学、长沙铁道学院、大连铁道学院等单位共同参加了研制。

神秘的金属记忆力

人类有记忆能力，这是天经地义的事，没有什么可怀疑的。如果说金属也有记忆能力，那人们会感到很惊奇。而事实上，确实发现金属也有记忆能力。

1958年，美国海军军械实验室冶金师布勒在研究镍一钛（Ni-Ti）合金时无意中发现，在不同温度下镍一钛合金相碰撞时，发出不同的声音。刚从炉子里取出的合金棒相碰撞发出清脆的声音，而冷却到室温后，则发喑哑迟钝的声音。他敏锐地意识到，温度对合金的组织结构和硬度可能有很大影响，但并未注意到是一种记忆现象。后来在1963年的一次实验中，需要用镍一钛合金丝，因为得到的镍一钛合金丝是弯弯曲曲的，使用起来不方便，所以实验前需把这些合金丝一根根拉直，然后做实验。实验中出现了令人惊异的奇怪现象：实验温度升到一定值时，这些原来拉直的合金丝突然无一例外地全部变成弯弯曲曲的形状。反复多次实验，结果都一样，而且发现无论你把镍一钛合金丝拉得多么直，当温度达到某一定值即称为转变温度时，就会完完全全恢复到原来的弯曲形状。这个实验过程我们可以给出一个有点人情味的描述。当环境温度远离转变温度时。镍一钛合金是没有“知觉”的，可以任凭你折腾它，随意改变它的形状。但是当环境温度一旦达到转变温度时，则镍—钛合金丝即被“唤醒”，恢复知觉，立即有“记忆力”，马上恢复到本来的面目。科学家把这种现象称为形状记忆效应。具有这种效应的合金称为形状记忆合金。镍一钛合金的转变温度为40℃，为了好记也可以称为“记忆温度”或“唤醒温度”。

下页图描绘了三种不同材料进行拉伸变形，解除外力和加热等操作后所发生的结果。从中可以看到形状记忆合金与普通金属材料的不同是很明显的，而它与超弹性材料的不同在于超弹性材料是在解除外力后即恢复原状。而记忆合金要由“转变温度”唤醒其记忆力后才恢复原状。

经过20年来的发展，形状记忆合金从镍一钛合金开始，发展到镍一钛系合金、铜系合金和铁系合金等，形成系列产品。

1969年，美国阿波罗登月舱曾在月亮上安置直径数米的半球形天线。这座天线是用当时研制成功不久的形状记忆合金材料按设计要求制造的，然后降低温度把它压成一团，装进登月舱送上月宫。当天线在太阳光的照耀下温度升高到记忆温度（转变温度）时，天线的记忆力被“唤醒”，恢复了本来的形状，于是一座半球形天线便屹立于月球上了。现在，数千颗人造卫星正在天外遨游，为了向地球发射有用的信息，往往要安装形状记忆合金天线，成为人类获取天外信息所不可缺少的重要材料。

在医学上，镍一钛合金与生物体有较好的相容性，可以在人体内作为固定折断骨骼的插销，做成接骨板，使断骨紧紧相接；用记忆合金做成极精细的网络，然后降低温度压成细丝，插入血管，由于体温使它恢复了网络形状，所以在血管里起到血栓的过滤器作用；还可用于牙齿矫形弓丝、女性胸罩、人造心脏等。由于形状记忆合金应用于医学，故成为有利于人类康复的好材料。

工程上某些领域如航空、航天、核工业和海底输油管道等，为了保证系统万无一失，管道连接处常采用记忆合金管套，用形状记忆合金加工成内径比要接的管子的外径小4%的套管，然后在低温度下将套管直径扩大8%，再把要连接的两根管子从套管两端插入，当温度升到常温后，有记忆的套管就恢复原形，使管子紧密连接。

形状记忆合金可以作为智能材料应用。例如，利用它在加热和冷却时会产生伸缩力的特点，因而做成驱动机器人手臂的机构，这样就不需要传统的促动器上的齿轮、凸轮等机械机构，而由智能材料（记忆合金）自身的功能来表现。

“善解人意”的智能材料

1992年9月22日，美国阿拉巴马州铁路桥突然崩塌；90年代中期，韩国汉城有一座大型公路桥也出现同样事故……由此使人们担心，世界上的其他桥梁是不是哪一天也会突然崩塌呢？人们的这种担心并非多余，这是因为

1985年8月，由日本羽田机场飞往大阪的一架大型客机在群马县某山麓坠毁。后经查明，事故原因系由于由飞机后部隔板上裂缝泄漏的空气造成的冲击波把尾翼刮跑所引起的。那么，为什么事先没有发现这个裂缝呢？要是世界上的一些桥梁也存在着没有发现的裂缝而一旦发生崩塌呢？每念至此，不禁令人们不寒而栗。科学技术发展到今天，连这等重要的事都不能应付，着实叫人担心。

如果桥梁或飞机也能发出“疲劳了，似乎马上就要损坏了”的某种信号，人们便可有针对性地进行修理或更换零部件。假如要到发生致命性破坏时才发出信号，那就太晚了。

20世纪90年代初，在美国弗吉尼亚理工学院和弗吉尼亚州立大学挂出了一个“智能材料研究中心”的牌子。科学家们正在研究各种办法，试图使飞机上的关键结构具有自己的“神经系统”、“肌肉”和“大脑”，使它们能感觉到即将出现的故障，并及时向飞行员发出警报。他们设想的办法是，在高性能的复合材料中嵌入细小的光纤，这种纵横交错布满在复合材料中的光纤就能像“神经”那样感受到机翼上受到的不同压力。这是因为通过测量光纤传输光时的各种变化，就可测出飞机机翼承受的不同压力。在极端严重的情况下，光纤会断裂，光传输就会中断，于是就能发出即将出现事故的警告。

这家“智能材料研究中心”的科学家还研究一种能自动减弱某些振动的飞机座舱壁智能材料，以便使飞机能安全、平稳地飞行。他们采用的方法是，利用装在机舱壁内的压电材料，使舱壁振动的方向正好和原来的振动方向相反，这样就等于消除了座舱壁和窗框产生疲劳断裂的根源。

但是，科学家们当务之急是开发出能对桥梁、建筑物和飞机机体等人类生活中造价高昂的物体结构受到的破坏发出早期警报的智能系统。而这些智能系统需要使用不同功能的智能材料。这些智能材料有三种基本类型：

（l）由遇到电和磁场后能够扩大、缩小或弯曲的物质构成的，如陶瓷或薄膜等压电材料。它们受到挤压后会产生电压，或者反过来说，在施加电压时会发生弯曲。这种材料的灵敏度很高，甚至用压电聚合物或凝胶制成的人造肌肉和皮肤已能在试验中“读出”盲文。

（3）第三类智能材料包括电或磁的流变体。这种神奇的**在遇到电流或磁场时会改变它的流动性能。当它处于常态下，可以毫不费力地用勺子搅动；但是当其中有电流穿过时，它会突然间变得像混凝土一样黏稠。利用这种**的如此奇特性能，可以制造出新型的汽车悬架和传动装置，以及减振系统和可变阻力的健身器械。

当前，科学家们正在研制新的智能材料，并能使它们与有生命的物体一样敏感。他们希望给从墙壁到飞机机翼的所有物体装上用特殊材料制成的眼睛、大脑和肌肉。

智能材料的潜力很大，应用还在不断扩展。例如，可将智能材料用来建造工厂的烟囱，当烟囱排放的烟气超过污染规定时它就改变颜色，从而监视对大气的污染。又如，在修筑冬天结冰的路面时加入智能材料，这种公路一旦结冰，路面就会变色，以提醒司机行车注意。

在未来的新世纪中，智能材料将会大放异彩，创造出人间的奇迹。

延展性最佳的金属

国际市场上通常以黄金代表货币价值。其实，黄金还具有很多优良特性，如不氧化和不容易与其他元素构成化合物，以及具有其他金属无可比拟的延展性，因而应用于工业和尖端科学技术方面。

人们利用黄金优良的延展性，把它锤打成极薄的金箔。最薄的金箔可薄至0。116～0。127微米。将23～26张极薄的金箔叠置起来，其总厚度刚与蝉翼最薄处相当，可见用“薄如蝉翼”来形容还是远远不够的。

手工锤锻加工的金箔因厚度不匀和有微孔，主要供装饰之用，称包金。如河北藁城商代中期遗址和安阳殷墟，都出土过装饰用金箔。随着生产技术的发展，金箔愈打愈薄，装饰用时，就只需将金箔粘贴到织物、皮革、纸张、器物或建筑物表面，既节省了黄金，又获得金光闪亮、永不锈蚀的装饰效果。

金箔对于红外线的反射率高达98。4%，如果用特殊工艺加工成不同厚度的金箔，看上去就会有各种不同的颜色。这种特殊的性能已应用在红外线探测器和反导弹技术上。

硬度之“王”

自然界没有一种物质的硬度可以与金刚石匹敌（见“金刚石与其他矿物相对硬度表”），金刚石从而获得“硬度之王”的桂冠。

随着现代科学技术和现代工业的发展，金刚石已从单纯的工艺原料变成重要的工业材料。金刚石因为具有特殊的硬度而广泛应用于机械、电气、航空、精密仪器仪表和国防工业部门。如用来制成高速切削用车刀和钻孔器；细粒金刚石制成的玻璃刀可以准确切割各种玻璃，在光学仪器上刻画精细的刻度；地质勘探用钻头镶嵌了金刚石，可以钻穿最坚硬的岩层和提高钻探效率；作为高级研磨材料的金刚石粉用于琢磨最坚硬的宝石和石英振**片、加工精密工业宝石（如宝石轴承），以及用来修整各种砂轮。

最早的合成塑料

1905年，美国化学家贝克兰有一次将苯酚（石炭酸）和甲醛（福尔马林）放在烧瓶里，以酸作催化剂，然后进行加热反应。他发现烧瓶里的反应物渐渐变成黄色的胶状物，类似于桃树、松树上的树脂，牢牢地粘在烧瓶壁上。贝克兰多次用水冲刷，怎么也洗不掉。后来，他又用高温烘烤，想使它熔融。谁知这一烤，胶状物反而变成了硬块。这情况倒给贝克兰一个启示，他想，这东西既不怕水，又不熔融，岂不可作为一种很好的材料吗？

当时由于电气及仪器设备制造等工业的迅速发展，对新材料的需要十分迫切。为了弄清这一物质的性质，贝克兰又花费了多年的时间进行研制，到1909年，总算有了眉目。因为产物是经过酚和醛反应得来的，形态又类似树脂，所以取名酚醛树脂。它色泽呈淡黄色，又不大透明，粗看极像象牙，因此刚出来时，一些商人竞相贩卖。不少人把它当作象牙买进而受骗上当。

贝克兰的功绩在于人类历史上第一次制成了以小分子化合物，用纯粹化学方法合成了塑料。这一材料不仅是合成塑料的鼻祖，而且今天仍有着十分广泛的用途，继续受到人们的重视。