美麗的流星(1 / 3)

美麗的流星

大家有沒有見過流星?宇宙中一些小天體墜落到地球上時,由於下落速度很快而與大氣劇烈摩擦,產生很高的熱量以至於燃燒起來,從地麵上看,會看到天空中一道明亮的線條,這就是小天體下落過程中摩擦燃燒時發出的光亮。

“阿波羅”號宇宙飛船

當飛機在天空中飛行的時候,也會碰上和流星一樣的問題。飛機的速度越快,它和大氣的摩擦也越劇烈,從而產生大量的熱,與空氣摩擦的部位溫度急劇升高。為了保證飛行安全,就需要對高速飛機采用特殊的防熱措施。

實際上,在航天器返回地球時所遇到的溫度比上麵提到的飛機的溫度要高出幾十倍。材料必須能夠經受上千攝氏度甚至更高的溫度。這個溫度到底有多高呢?咱們平常看到的熊熊燃燒的大火,在大火中心溫度最高的地方才不過幾百攝氏度。在這個溫度下,普通金屬材料和無機陶瓷會熔融,高分子材料受熱會產生裂解,那麼,用什麼材料來解決這一難題呢?

還記得我們介紹過銅有優良的導熱性嗎?如果能迅速把摩擦產生的熱量散發到空氣裏就能降低物體表麵的溫度,所以最早的導彈采用銅合金作為防熱材料。但這種方法很快就被性能更優越的燒蝕材料所替代,現在普遍采用高分子燒蝕材料作為航天飛行器的防熱材料。

耐高溫材料保護著宇航員的生命根據燒蝕原理,用作高效燒蝕防熱的材料是有選擇的,也就是說,不是所有的高分子材料都具備這個性能。作為燒蝕材料,必須在高溫下不熔融,同時又要裂解並產生大量小分子氣體,把熱量很快地散發出去。一些以樹脂為主的複合材料,在熱環境下,產生大量的小分子氣體,形成堅固的熱輻射表麵,是做燒蝕材料的最佳選擇。

不同的飛行器對材料的要求程度也不一樣,飛行速度越高,產生的熱量越多,對材料的要求就越高。導彈對材料的要求就比普通的飛機要求高,而宇宙飛船對材料的要求比導彈又要高。隨著科學技術的發展和實踐領域的要求變化,燒蝕材料也逐漸從高密度向低密度,由高熱導率向低熱導率發展。

最堅韌的材料

蜘蛛絲是一種珍貴的物質,也是目前人們所知道的世界上最為堅韌且富有彈性的纖維之一。它是蜘蛛從肛門尖端分泌的黏液遇空氣凝結而成的。蜘蛛絲主要由蛋白質構成,這種蛋白質叫做“蛛絲蛋白”。以往人們對它的認識不多。近10~15年,伴隨著基因和蛋白質測定等新技術的采用,人們逐漸揭開了蛛絲蛋白的奧秘。研究者發現,蛛絲蛋白具有非常奇特的性能,即蛛絲在雨中不溶解,說明蛛絲蛋白不溶於水。但是蜘蛛結網時,液態蛛絲蛋白在經過一管道到達紡織突的過程中具有某些液態晶體的性質。當蛛絲蛋白從紡織突壓出時,卻又成為不溶於水的固態了。這說明,在整個過程中,蛛絲發生了物理和化學變化。

目前,全世界的蜘蛛種類多達三萬多種。如何使這些蛛絲更好地為人類服務,幾百年來一直是人們的興趣所在。

在自然界中,蜘蛛絲由於堅韌而富有彈性,被某些鳥類用來築巢。人類也早有利用蜘蛛絲是自然界最為堅韌的纖維之一

蛛絲的曆史。古希臘人把蛛絲貼在傷口上止血,現代人用蛛絲為婦女製作手袋、帽子、手套及長襪。不過單靠蜘蛛分泌的蜘蛛絲是不能滿足人們的需要的。據說,編織一雙女襪需要的蜘蛛絲得5萬隻蜘蛛勞作一年。這樣,人工製造蜘蛛絲就很有必要。科學家們為此做了大量研究。

由美國一所大學的學者組成的科研小組采取在細菌中植入特殊基因的方法,達到了人工製造蛛絲的目的。他們將蜘蛛體內與蜘蛛絲形成有關的基因植入細菌中,培養出一種能產生蛛絲蛋白的細菌。含有這種基因的細菌產生的蛋白質與蜘蛛絲的蛋白質相同,可以拉成蜘蛛絲。利用這種方法產生的蛛絲,可以製成高強度的防彈衣和降落傘。