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[科普] 奇迹的涂层,厚度正如同幸运与不幸在他身上的距离

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发表于 2013-1-29 22:27:18 | 显示全部楼层 |阅读模式

                               
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(文/ Richard Fisher)

鸡蛋备妥,莫里斯·沃德(Maurice Ward)已经检视无误。他把鸡蛋托到制作人面前,摄像机随即开拍。

“这可不是一枚普通的鸡蛋,”节目主持人彼得·迈凯恩(Peter McCann)宣布。鸡蛋表面正有一盏喷灯徒劳地烘烤着。照理说,只要在烈焰下炙烤数秒,蛋壳就该碎裂。但现在几分钟过去了,鸡蛋依然完好无损。迈凯恩将鸡蛋拿起托在掌中说,“只是稍微有点发热而已”。接着他敲开蛋壳,液态的蛋黄淌了下来,“里头还一点儿都没熟呢”。

这一幕发生在1990年3月,地点是英国电视节目《明日世界》(Tomorrow’s World)的演播室。经过这番精彩的演示,沃德的命运似乎将被改变。

那枚鸡蛋本身并没有什么特别,它之所以能抵挡喷灯的高热,全靠沃德在它表面涂抹的那一层薄薄的白色物质。沃德是一位业余发明家,来自英格兰北部的哈特尔普尔,没有受过科学训练。他将自己发明的这种东西命名为“星光”(Starlite)。

据迈凯恩介绍,星光可以方便地涂抹在飞机、电器、木门及塑料线上——凡是需要防范热气和火焰的地方都行。看来,沃德不久就要致富了。果然,很快就有各色人等瞄上了星光,登门接洽,其中有科学家,有跨国公司,甚至还有美国国家航空航天局(NASA)。有买主开出百万美元的合约。但是后来,事情却没了下文。

难道是沃德愚弄了电视制作人?难道所谓的星光是一场骗局?所有证据都表明并非如此。节目播出之后,英美两国的政府实验室都开展了测试,证明星光是真家伙。高层人士也不吝赞誉,其中包括英国国防部前任科学顾问、化学家罗纳德·梅森(Ronald Mason)。他在1993年告诉一名电视记者:“我刚听说莫里斯的时候十分怀疑,但现在我深信他绝无虚言。”

在接下来的20年里,沃德又制作了几份样品,但始终不肯透露配方。到了2011年5月,他去世了。

星光到底是怎么回事?这个问题的答案,是一个夹杂着挫折、权力和保密的故事,它给头脑发热的人浇了一盆冷水,提醒他们巧思和创意未必就能带来商业成功。除此之外还有几个诱人的问题:这种材料的原理是什么?它真算得上是重大突破吗?最重要的是,沃德有没有把它的秘密带进坟墓?

没有人知道这东西是怎么发明出来的,我们知道的是,沃德对科学完全是个外行。他最早是个理发师,据说上世纪80年代在英格兰北部经营过一小间塑料公司。除此之外,他还是一名英伦怪客,留着一把白色络腮胡,系着领结,思维发散。他对几名记者说,他在厨房的桌子上用食品加工机合成了几批星光,但当其中一人问他这种神奇材料的配方时,他的回答却玄虚得很,甚至有点恶作剧——“哦,也就是一点点面粉加发酵粉而已。”

官方检验

不出所料,英国国防部的官员们听说星光时,他们一开始是怀疑的。不过他们对这东西还是很感兴趣,并在1991年6月委托部里一位资深科学家基思·刘易斯(Keith Lewis)详细调查。当时刘易斯在英国皇家信号与雷达研究所的薄膜光学实验室担任主管,这个机构设在马尔文,现在隶属于英国国防研究局。英国国防部需要有人去检验那些有潜力的野路子创意,而以刘易斯的阅历,正是理想人选。况且他对发明者一视同仁,不会因为某人没有科学背景,就错过一种大有前途的新材料。用他的话来说,“开创性研究是可以在任何地方冒出来的。”

在《明日世界》上亮相18个月后,沃德终于答应,让刘易斯对星光做一系列测试,前提是不许分析它的成分。获准之后,刘易斯和同事随即向这种材料发射了几束强有力的激光脉冲。结果,材料几乎没有受损,虽然每束脉冲都包含100毫焦耳的能量,并且都聚焦在一小点上。“那可是连砖头都能打出洞来的,”刘易斯说道。

在美国新墨西哥州的白沙导弹靶场和英国福尔内斯岛上的原子武器研究所里,科学家也进行了测试,结果证明星光确实是真家伙。在福尔内斯岛上,研究者使用一盏弧光灯(即强力钨丝灯泡)将大量热量聚集在星光表面的一小块面积上。结果同样令人惊叹:据1993年发表在军事期刊《国际防御评论》(International Defence Review)上的一篇文章,星光轻易抗住了1000℃左右的高温。

到了这一步,刘易斯和同事终于确信沃德的材料是真实的,也多半是独一无二的。但沃德对于保密一事十分固执,使得刘易斯无法在同行评议的期刊上发表这一诱人结果。他们知道星光是一种高分子聚合材料,是有机物和无机物的混合,包含塑料、硼酸盐和陶瓷,但沃德就是不肯公布它的配方。他只透露材料有21种成分,对合成方法却始终守口如瓶。此外,每一个新批次的样品,性质都略有不同,使得检测数据无法达到标准。不过,刘易斯和国防部的同僚还是确信星光的潜力,也确信接下来的结果会更加激动人心。

大约就在此时,沃德和有意购买者开始了洽谈。企业律师托比·格林伯里(Toby Greenbury)回忆说:“那阵子,大公司真是踏平了他的门槛。”格林伯里供职于英国伦敦的DJ弗里曼法律事务所,为沃德提供法律服务多年。

格林伯里喜欢沃德,也有意帮他。但他不久就发现,沃德并没有领会企业投资者的需求。“莫里斯人很聪明,但性格古怪,”他回忆说,沃德在谈判中曾开出100万英镑的价码,但隔天就涨到了1000万。

除了要对付他的怪脾气,竞标者还要想办法套出星光的有用技术细节。一天下午,格林伯里参加了沃德和NASA的一次电话会议,他旁听着沃德大谈星光的性质,但很快就发现他在乱用科学名词。“他说的都是些他不明白、对方多半也不明白的术语,”格林伯里回忆道,“你要是看一眼他的合约条款,就会发现不知所云,里面的科学概念乱七八糟。”

显然,要让人投大钱,星光就必须接受独立的科学分析。然而,沃德始终把样品严加看管,对配方更是捂得死死的。他害怕自己的发明会被研究者复制。好在他的防人之心并不针对刘易斯。“我是少数他信任的几个人之一,”刘易斯回忆道,“我们的关系维持了好些年。”

通过几次激光实验,刘易斯知道星光可以极有效率地将热和光从自身表面散射出去。但这些还不足以解释星光的奇效。在征求沃德的同意之后,他把星光带到了英国剑桥的卡文迪许实验室,和那里的研究者一起将它放进了一台专门测量导热性的装置。刘易斯以前曾用这台装置测量过导弹的隔热性能。

小孔里的秘密

起初,卡文迪许实验室将3层星光材料夹在金属盘之间,并在金属盘内安装了温度传感器。接着,他们短暂加热了最上面那层,并用传感器记录下热量的传导速度。说来也怪,最初的结果显示,这种材料并没有特殊之处,它的整体传热性和天然橡胶大致相当。

于是,刘易斯决定再用扫描电子显微镜作仔细检验。这时他才注意到,星光的表面在热量的作用下发生了轻微变形。确切地说,他发现材料表面出现了一些网状分布的小孔,直径介于2-5微米之间。他说:“我心想,就是这个!这就是它的工作原理!”

刘易斯意识到,正是这些小孔转变了星光的性质。它们就像泡沫中的空气,起到了隔热作用,将星光的导热性下降了至少一个量级。此外还有最重要的一点:它们足够小,不至于破坏材料从表面反射和辐射热量的能力。

看来,星光比前人想到的任何材料都要精细。“沃德自己都没有意识到他做成了什么,直到我告诉他才明白过来,”刘易斯说,“他其实是发明了一种拥有智能防护机制的合成材料。”这使得星光跻身于那些复杂的压电材料和形状记忆合金之列,能够在加热、加压或者通电之后,相应地改变自身的性质。

与沃德的发明最接近的,或许要数建筑物中保护钢梁和钢柱的“泡沸”油漆。发生火灾时,这些油漆会受热膨胀,但它们的功能主要是隔热而不是反射热量,而且温度超过1000℃就会彻底罢工。此外,泡沸漆还会散发有毒蒸汽,而根据刘易斯的测试,星光在受热时几乎不产生气体。这个性质在机舱之类的封闭空间内特别有利。

这项发现令刘易斯精神振奋。虽然不能直接提供经费,但是他告诉沃德,他和英国国防研究局的科学家都想为星光的发展出一份力,也希望能开展大规模生产所需的科学分析。但沃德就是不愿意松口。刘易斯每年都要和他谈几次,连谈了5年,最后还是告吹。“我们其实可以帮他大忙,”刘易斯感叹道。

同样的故事也在沃德的其他谈判中上演着。航空巨头波音公司也曾对星光兴趣浓厚,他们和沃德的洽谈据说也持续了好多年。艾伦·阿特金斯(Allen Atkins)时任波音副总裁,主管技术,他在2002年接受一本杂志采访时说:“我们认为这种材料可以令飞机在地面起火时避免伤亡。”然而,对于波音和其他有意投资的企业,谈判最终都陷入了僵局。沃德开出百万美元的价码,却始终不肯交出配方。而这么大的风险,即便是大企业的总裁也是担当不起的。当时有位公司老总想到自己投资的可能是一个骗局,“差点搞到神经失常”,格林伯里回忆说,“要是判断失误,他就会被董事会解雇。他不知道星光到底是个大发明,还是个没什么特别的东西。”

时间到了2005年前后,沃德还在等他的大单子,星光则因为无人使用而黯淡下去。沃德开始重新在宣传上下功夫,他建起一个网站,宣布自己正和得克萨斯的一位投资者合作。他在2009年接受英国《每日电讯报》采访时说,他计划生产涂了星光材料的防火门,还和一家飞机制造商洽谈着合作事宜,但他没有透露对方是谁。他声称,“感兴趣的人是有的,而且越来越多。”但是他的努力一直没有下文。沃德在2011年5月去世,对那种神奇材料的成分,他没有申请专利,也没有公布细节。


2009年,沃德在自己的网站上公布了一系列检验星光防火性能的实验照片。图片来源:mauricewardstarlite.blogspot.hk

那么,沃德为什么攥着自己的发明不愿松手呢?一个科学的门外汉想用自己的好点子求得回报,并不是一件容易的事。如果沃德担心自己的配方被人剽窃,那么这个担忧是有道理的,发明汽车雨刷的罗伯特·卡恩斯(Robert Kearns)就是前车之鉴。上世纪60年代,卡恩斯带着雨刷的构想拜访了几家汽车制造企业,其中包括福特和克莱斯勒,但都被打了回票。然而几年之后,汽车却纷纷装上了雨刷。卡恩斯状告汽车厂家侵犯他的知识产权,最终胜诉。在格林伯里看来,沃德担心的是,一旦有大公司决定复制星光,他没办法在法庭上捍卫自己的专利。“所以,他一刻都不愿意放松警惕,”格林伯里说。

但格林伯里也相信,沃德的目的绝对不是为钱,而是不愿意放弃自己的专家地位。如果把星光的研发责任交给专业科学家,那就等于失去了他梦寐以求的权威角色。

最想得到的材料

虽然我们可能永远搞不清沃德隐瞒配方的动机,但他的这张秘方或许还没有丢失。去世前几年,沃德出现在美国犹他州一个名叫“K-Talk”的电台节目中接受采访。采访接近尾声时,主持人问他:“你如果发生了不测怎么办?如果去世了呢?”沃德不觉得这是个问题,“我家人知道怎么配。”

沃德的遗孀告诉《新科学家》杂志,她和家人不想向外界透露有关星光的计划。也难怪,他们或许是想忘记那些不愉快的往事。

但是,在英国伦敦大学学院的马克·米道尼克(Mark Miodownik)看来,这真是太可惜了。米道尼克正在筹建世界上最大的材料样本馆,如果他有那么一张“最想得到”的罕见材料清单,星光肯定名列前茅。

即便是在这种神奇材料问世20多年之后,《新科学家》请教了不少材料学家,但是没有一人说得出哪种聚合材料能像星光那样保护一枚鸡蛋。一旦上了喷灯,大多数材料不是迅速熔化,就是燃烧或者分解掉了。

在米道尼克看来,随便哪种材料,只要能具备陶瓷那样的防火耐热性能,并且在常温下可以涂抹在物体表面,那都是一个了不起的发现。他说,“星光奇就奇在,你可以把它涂在任何需要保护的物体上面。”相比之下,陶瓷就无法覆盖在木头、塑料这样的脆弱材料上又不破坏它们。

沃德第一次将他的材料涂上鸡蛋时,肯定想不到这将为自己带来怎样的关注。虽然星光的功效还亟待严格测试的验证,但这位业余发明家很可能真的在无意间创造了一件奇物。用米道尼克的话来说,“已知的材料统统和它相去甚远。”

看来,星光是值得再给它一次机会的。


编译自:《新科学家》The power of cool: Whatever became of Starlite?

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