书城科普读物物理多大点事
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第70章 纤细的金属丝吊起小汽车

如果有人告诉你,有一种像头发那样细的金属丝,能够吊起一辆小型的汽车,你相信吗?

确实,像我们目前用的铜丝、铁丝和钢丝,是不能胜任的。例如:在常温下,断面面积是1平方毫米的铜丝,最多只能承担十多千克的重量;同样粗细的建筑用钢丝只能承担四五十千克;同样粗细的高强度钢丝,顶多也只能承担一百五六十千克,多了也要被拉断。

是不是金属的承担能力已经到顶了呢?不,不是这样。

根据X射线衍射等实验分析的结果,我们知道金属材料都是以结晶状态存在的,而每个晶体内部是由整齐排列的原子所组成,它们手拉手地紧紧牵在一起。金属强度的来源,就是金属原子间的这种结合力。如果这些金属原子间的结合力得到充分的发挥,金属的承担能力就可以比目前提高100到1000倍。

1000倍!这是多么诱惑人的前景啊!

也许你会问,目前的金属丝为什么没有那么大的承担能力呢?这是因为现在炼制的金属内部,晶体结构里面的原子,它们相互之间的位置存在着错动的缘故。这种现象称为位错。金属有了位错以后,它的承担能力就降低了。

如果能够生产出没有位错的金属丝,那该有多好啊!1952年,这个想法开始在实验室中实现了。人们制造出一种只有头发丝的七十分之一的细丝,别看它那么细,却有着极大的承受能力。人们把它叫做“金属须”。如果用铜须来制成断面1平方毫米的铜丝,它能吊起2800千克的重量,足足比普通铜丝的承担能力提高了200倍!当然,金属须强度高的原因,除去它们内部位部位错很少以外,还由于它们的尺度很小和表面完整程度很高的缘故。

现在,在实验室里已能制造出几十种金属须,人们正在所获得的成就上继续努力。要是在将来,真的能把金属的承担能力提高1000倍,那么用它制成头发那样细的钢丝,就能吊起一辆重达400千克的微型汽车。那时,无论是机器,还是钢的构筑物都将做得非常精巧、玲珑了。

科学小链接

蜘蛛丝

蜘蛛丝是一种特殊的蛋白质,其强度是钢材的5倍,可塑性比钢材高30%。可用于生产防弹背心、降落伞及其他用途;蜘蛛丝具有耐低温性能,可在冰冻环境下使用。天然蜘蛛丝主要来源于结网,产量非常低,而且蜘蛛具有同类相食的个性,无法像家蚕一样高密度养殖。所以要从天然蜘蛛中取得蛛丝产量很有限。随着现代生物工程发展,用基因工程手段人工合成蜘蛛丝蛋白是一种新突破,不久有可能形成具有一定规模的人工蜘蛛丝纤维生产厂。