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誕生不過百年!無處不在的它:竟是在一次偶然被發明出來了真相究竟是什么?

來源: 責編: 時間:2023-12-15 09:50:29 396觀看
導讀 這個故事開始于 19 世紀末的美國,轟轟烈烈的“鍍金時代”。里奧亨德里克貝克蘭(Leo Hendrik Baekeland),1863 年出生于比利時。他出身平凡,父親是個普通工匠,而母親是個仆人。但他憑借著對知識的愛好,讀LmqfohSeCN

這個故事開始于 19 世紀末的美國,轟轟烈烈的“鍍金時代”。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

里奧亨德里克貝克蘭(Leo Hendrik Baekeland),1863 年出生于比利時。他出身平凡,父親是個普通工匠,而母親是個仆人。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

但他憑借著對知識的愛好,讀LmqfohSeCN上了大學并繼續深造、最后成為了化學教授。1889 年,他移居美國,投入了工業制造行業。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

1905 年,他第一次人工合成了一種叫“酚醛樹脂”的產物,是世界上第一種完全由人工合成的塑料cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

他隨后注冊了這種塑料的專利,以自己的名字命名(Bakelite,中文翻譯為“電木”或者“膠木”),并投入了大量生產,而他也在1940 年 5 月 20 日被《時代》周刊稱為“塑料之父”。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

那么,這個過程是怎么回事?我們又能從中學到什么呢?下面咱們就來聊聊。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

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一些古老的電話,外殼材料就是電木。圖片來源:pixabaycFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

新材料在召喚cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

塑料這種廉價的工業產品,突破了天然材料的限制,絕緣、穩定、耐腐蝕,從而成為了萬用材料,而貝克蘭自己也憑借著這個發明成為了工業大亨。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

這個故事乍一看是一個知識轉化為應用,并且獲得巨大成功的故事。然而,塑料的誕生并不是一帆風順的。而貝克蘭能夠合成出塑料,也有著相當多的機緣巧合。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

那時候,參與化工材料行業的人,大致都抱著兩個目的,一個是代替天然材料,另一個是開發絕緣材料。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

工業革命之后,中產階級崛起,對于高檔消費品的需求大大提高。一部分人想要用人工材料來取代天然材料,例如象牙、瑪瑙、琥珀等等,使其可以量產。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

舉個例子,當時的消費市場,對臺球的需求非常高,但如果使用象牙來造的話,一根象牙也就能制作 8 個臺球,產量可想而知,于是開發新材料變得有利可圖。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

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圖片來源:pixabaycFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

在不斷摸索中,人們發現,天然含纖維的材料,例如木頭、棉花等,經過一些處理,加入硝酸和樟腦并加熱,就能形成具有可塑性的材料,能倒模做成不同的樣子,質感和象牙非常類似。這種材料被稱為“賽璐珞”(celluloid)。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

然而,這種材料有一個十分致命的缺點:易燃。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

而臺球又不斷地承受著擊打,配上易燃的賽璐珞材料可謂是定時炸彈,也難怪當時的臺球廳里偶爾會傳來可疑的爆響了。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

畢竟,賽璐珞主要成分是硝化纖維,的確很不穩定。不信你在安全空曠周圍沒有易燃物的地方,用打火機點個乒乓球(主要成分是賽璐珞),就能稍微感受到這玩意燒起來有多快。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

而另一種需求,則來自新興的電力行業。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

電力的崛起帶來了對于合成材料的渴求,人們想要找到一個可以便宜、量產的合成材料,以滿足電線線路的絕緣需求。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

類似于橡膠的東西是他們的“范本”,但即使熱帶殖民地的橡膠種植園開足馬力,也趕不上電力擴張的腳步。但那時候,合成材料的“技能點”還根本點不了那么遠,人們對于好材料的想象也十分有限。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

LmqfohSeCN關鍵的問題在于,在當時,無論是找天然材料的代替物,還是找絕緣材料,其實都和真正的化學研究距離比較遠。那么化學家那時候在干什么呢?cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

答案近在眼前,但是……cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

其實,當時的化學家距離“正確答案”已經很近了。早在 1872 年,德國化學家阿道夫馮拜爾(Adolf von Baeyer)就發現,苯酚和甲醛反應后,會有一些無色、樹脂狀、渾濁的殘留物遺留。但這些殘留物,被當時的化學家當作垃圾丟棄了。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

這不能怪化學家“有眼無珠”,這是因為那時候的化學行業,很大一部分注意力都集中在染料上,甚至后來的制藥行業,都是由染料的制造而衍生出來的。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

鼎鼎大名的“百浪多息”(Prontosil),世界上第一種人工合成的抗生素,前身就是一種紅色染料,開發的公司名為法本(Farben),也是德語的“顏色”的意思。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

一心尋找純凈染料的化學家,對這種看起來沒什么用的殘留物,當然也就不太感冒了。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

說回到貝克蘭本人。他在投入制造業之前,的的確確是化學研究出身,即使當時化學作為一個學科發展還沒有后來那么成體系,但也系統地訓練了他對學科的敏感,特別是對實驗的高度重視。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

在他來美國之前,他在比利時的根特大學教授化學,而他研究的是照相化學,也就是如何使用各種手段優化成像技術。他的研究內容,就是研究各種化學反應的催化劑和條件,控制各種變量,以觀察成品的不同。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

這一方面讓他擁有了化工制品行業的人所沒有的、對各種條件和元素的敏感,另一方面,他也得以接觸到當時一些前沿的、新的材料,并將實驗室制品批量生產,比如他參與發明的一種叫 Volex 的相紙,最后被柯達公司買走專利。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

總結起來就是,貝克蘭既懂研究,同時也很注重新發現的物質能拿來做什么。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

憑借著對化學反應和合成材料制造的雙重敏感,他敏銳地發現了苯酚和甲醛反應的“副產品”的潛力,并在不斷試錯中,最后合成了酚醛樹脂塑料并申請了專利。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

貝克蘭的啟示cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

如果我們只是看到貝克蘭的成功,那就有點落入科學“勵志爽文”的俗套了,下面咱們稍微深入一點分析一下。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

貝克蘭的成功,有幾分時勢造英雄的偶然,但也揭示了科技創新中的一個重要元素:突破性的創新,往往來自于對既有框架的打破。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

科學技術研究學者、荷蘭社會學家維比拜克爾(Wiebe E. Bijker)用“技術框架”(technological frame)一詞解釋了這個現象:人們在探索新的技術發明的時候,并不是沒有方向的,往往是出自于一套既有的框架。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

而這個框架,定義了“什么是目標”“什么是當下的問題”,以及如何解決問題的邏輯,然后在這個基礎上發展相應的策略、采取相應的手段、應用相應的技術。這樣的框架有助于集中資源,解決問題,但有時候也會導致我們錯過重要的新發現。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

回到塑料的發明過程,我們也能看到這樣的框架。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

首先,那時候人們還不知道什么是“塑料”,在發明的過程中,人們只是站在他們既有的框架上,從已經定義好的問題和解決方式中,探索一個方案。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

像當時材料行業的人們,因為已經有了賽璐珞,他們的重點是要使賽璐珞不那么易燃,靠通過更換溶液、調整反應和制模溫度、摻入穩定劑等等來解決問題。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

而當時他們對于材料的想象,也只建立在天然材料之上,然后再加入制作成本、制作工藝等考慮,這個框架在當時已經成熟,但卻有無法解決的瓶頸:只能改良,難以突破。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

而另一邊的化學家呢,他們的技術框架是截然不同的。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

合成染料及其相關制劑的目標,是尋找到并盡可能提取出一種純凈的化合物,而其他的產物只是垃圾,或者“副產品”罷了。在苯酚和甲醛的反應中,那種樹脂狀的“塑料”原型,很難進行提純,因此被那時候大部分的化學家所忽略。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

這種既有的框架,提供了清楚的目標和行為路徑,能夠幫助人們不斷地優化現有的發明和產品。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

但突破性新發明的關鍵,就在于它的“新”,在于它的不可預知。著名歷史社會學家托馬斯庫恩(Thomas Kuhn)在對于科學發展的研究中,也提出了相似的概念,即“范式”(Paradigm)。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

范式能夠助益常規科學的發展,但類似于相對論、量子力學等全新的科學概念的誕生,則需要有完全不同的范式,打破原有的解釋框架。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

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圖片來源:pixabaycFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

機會總是留給有準備的人,也留給了能夠打破既有框架,進行開放式的想象和觀察的人。貝克蘭的塑料帝國,是時勢造英雄,也是具有膽識的靈活的思考的成果。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

這種思考,往往是跨學科、跨領域的。而我們的創新,也不是對于“標準答案”的追求,不能僅僅局限1316世界之最于對于規模和投入的計算,也不宜限定領域和框架。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

當下,許多科學和技術領域都極度專業化,專業之間的交流就顯得尤其重要。技術的創新,也不是一個人、一個發明能夠促進的。未來的科技進步,需要不同社會群體、不同認知框架的交鋒和切磋,才能不斷地打破既有框架的束縛。cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

參考文獻cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

[1]Bijker, W. E. (1997). Of bicycles, bakelites, and bulbs: Toward a theory of sociotechnical change. MIT press.cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

[2]Sovacool, B. K. (2006). Reactors, Weapons, X-Rays, and Solar Panels: Using SCOT, Technologica1316世界之最l Frame, Epistemic Culture, and Actor Network Theory to Investigate Technology. Journal of Technology Studies, 32(1), 4-14.cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

[3]Kuhn, T. S. (2012). The structure of scientific revolutions. University of 1316世界之最Chicago press.cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

策劃制作cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

本文為科普中國-星空計劃作品cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

出品|中國科協科普部cFG28資訊網——每日最新資訊28at.com

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