人類文明的發(fā)展，人類社會的每一次改革都與材料息息相關(guān)，從石器時代到當今的信息化時代，材料遍布于世界的各個角落。在這里，將細述那些伴隨了人類發(fā)展歷程，并對歷史發(fā)展影響深遠的關(guān)鍵材料。

    如果沒有木材、陶瓷、玻璃、以及鋼鐵，我們又會是怎么樣呢？如果沒有木材、陶瓷、玻璃、以及鋼鐵，我們又會是怎么樣呢？倘若沒有諸如此類的重要材料，人類文明也就不會像如今一樣如此燦爛輝煌。在這里，列舉了10種從最古老的種類到那些重塑21世紀的的材料，它們對人類社會有著深遠的影響。

    1.木材

    木材先于石頭而存在。畢竟，我們?nèi)祟愂巧值漠a(chǎn)物。沒有任何一種材料像木頭一樣，從幾百萬年前的非洲之心到現(xiàn)在，一直親密地陪伴了我們種族的發(fā)展歷程。雖然在考古學家們對更為持久的物質(zhì)（如石頭和磚）懷抱解讀激情時，這一簡單的事實往往會被忽視掉，但我們的物質(zhì)世界曾經(jīng)幾乎完全是由木頭所構(gòu)成的，譬如原木、棍棒、樹皮、細枝、竹子和無數(shù)種自然界中木材的其他形式。

    沒有材料像木材一樣在其多樣化的使用性上如此令人印象深刻。這歸因于大自然的鬼斧神工，賦予了植物如此多樣化的強度、密度、以及靈活性。反過來，這主要是因為木材本身所具備的復合結(jié)構(gòu)——高強度的纖維與牢固的粘合劑的結(jié)合。這樣結(jié)合后的結(jié)果，可能會如橡樹或鵝耳櫪一般致密、沉重，可能會像輕木一樣，柔軟、質(zhì)輕，可能會像柳木或者月桂一樣，非常靈活，也可能會如柚木、桃花心木一般強韌。

    對木材的熟練使用使得人類可以將河流、海洋，從障礙轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚偻ǖ?；甚至當一些小石頭可用時，利用木材可以構(gòu)筑籬笆、家、以及圍墻；從床、椅到水桶等一切木制品，都可以用來便利他們的生活。在上個世紀左右，這種對木材原本形態(tài)的熟練應用已經(jīng)拓展到了一個全新的模式，包含了切片、層壓合板、顆粒以及碎屑等不同形式。

    2.陶瓷

    在21世紀，我們往往不會對陶罐在意太多，或者說是對任何一種由粘土燒制的容器。但對于考古學家而言，陶瓷的存在與否是人類社會發(fā)展階段的一個最基本的重要指標。在“陶瓷”社會，食物和水的存儲只有很少的幾種方式，因而農(nóng)業(yè)的發(fā)展依舊停滯在原始階段，并且受限很大，直到人類學會了如何燒制粘土，這才有所改觀。

    塑形后的粘土在干燥后會發(fā)生硬化，但只有在足夠高的溫度下燒結(jié)，其化學結(jié)構(gòu)才會發(fā)生永久性的轉(zhuǎn)變，從而不滲透液體，且不易變形。最早的人類偉大文明起源于美索不達米亞（如今的伊朗）、中國以及印度地區(qū)，在其繁榮發(fā)展的過程中，不僅僅創(chuàng)造了各種實用的容器，而且還有多姿多彩的瓦、雕塑，以及珠寶。通過結(jié)合其他礦物材料，燒結(jié)后的混合粘土顏色豐富多彩——第一種釉料的由來。

    頗具嘲諷意味的是，對于這種最古老的加工原料，在21世紀實驗室中，一些最先進的物質(zhì)，如高溫超導體，其本質(zhì)竟然也是陶瓷。

    3.纖維&布料

    我們很難想象無處不在的布料同樣也是一種材料，但它卻是人類掌握最早的復雜制造業(yè)。在自然界中，雖然存在數(shù)量有限的纖維，但卻不存在布。像絲綢、棉花，或者羊毛，這些纖維的確存在，但在織成布料之前，必須對它們進行加工改造。人類是如何掌握將成百上千根單一的羊毛搓成粗紡線紗，或者他們是如何獲知將亞麻植物的枝桿通過浸泡來分離纖維，從而擰成亞麻線，這是我們早期歷史的偉大奧秘之一。

    古往今來，布的種類一直是人們關(guān)注的熱點之一。也許早在5000年前，中國人就發(fā)現(xiàn)他們可以利用蠶絲編織極薄的精致布料。大約在相同時期，印度和埃及的布料制造商們利用棉花纖維進行紡紗，制成了用途極其廣泛的、紋理和輕重各異的布料。在世界大部分地方，我們的祖先們發(fā)現(xiàn)他們可以利用各種放牧動物的毛，從駱駝到羊，制成一些已知的非常柔軟的織物，或者那些扎人的粗糙布料。

    它來源于試管，而并不是農(nóng)場。

    隨著現(xiàn)代化學在布料改善中的應用，布的多用性和多樣性并沒有銳減，反而有所提升。然而利用人造纖維以及聚酯等合成材料來制造時尚衣物的一些早期努力，在當時卻變成了笑柄。而今，它是一類不具有布的特性的罕見衣物，其來源于試管，而并不是農(nóng)場。

    4.青銅

    銅是人類能夠謹慎使用的第一種金屬。它的發(fā)現(xiàn)純屬偶然，其當時被誤以為是金塊。在通常情況下，銅更易從礦石中還原出來的它相當?shù)刭|(zhì)軟，并且?guī)缀醪淮嬖诶饨?。青銅作為摻有少量錫的一種銅合金，其應用更為廣泛。雖然我們不知道工匠是如何設(shè)計出這種結(jié)合方式的，但在青銅發(fā)現(xiàn)之前的5000到6000年里，（在許多地方）已經(jīng)有數(shù)千年的加工銅的歷史了。

    作為第一種人類有目的地生產(chǎn)的合金，青銅為金屬的廣泛使用開辟了先河，尤其是在武器方面。第一把劍就是青銅劍身，其具備銳利的劍鋒，抗碎裂、斷裂的能力或許就是它最重要的屬性。

    在青銅的組分中，錫是最為不常見的，它們可能是長途貿(mào)易的第一批產(chǎn)物。即使在古典時期，在地中海地區(qū)，有關(guān)銅的大規(guī)模貿(mào)易都來自于塞浦路斯（它的名字來自希臘字的金屬），有關(guān)于錫的，則來自于遠在西南方的英國（康沃爾）。

    5.鐵&鋼

    即便是在21世紀，鐵仍舊是最重要的金屬，這一真實性已有3000年之久?？捎玫蔫F礦石幾乎隨處可見，大量的技術(shù)可以用來生產(chǎn)不同形態(tài)、不同特性的金屬。從歷史角度來看，鐵有三種基本的形式：純鐵、鑄鐵，以及鋼。對它們形態(tài)的辨別，工匠們完全依賴于經(jīng)驗和觀察，并且對鐵的使用已有數(shù)個世紀。直到19世紀，人們才理解了它們成分的差異，尤其是其中碳的重要作用。

    純鐵幾乎不含其它雜質(zhì)，可以在車間便捷地使用，并且韌性很好，可鍛造成型。而鑄鐵則有明顯的碳含量，混合在金屬之中的碳（物理和化學結(jié)合都有）有時可多達5%。不像純鐵一樣，這種新構(gòu)建的產(chǎn)物可以熔融在炭爐中，然后利用熔漿和模子澆注成型。雖然鑄鐵硬度很高，但其質(zhì)地比較脆。就其歷史而言，或許早在2500年前，中國的金屬匠就第一次使用了這種高爐的產(chǎn)物——鑄鐵。

    在上半個世紀，鐵最重要的形式是鋼。鋼的成分很廣，其性質(zhì)在很大程度上取決于碳（0.5%-2%）和其他合金材料的含量。一般來說，鋼同時具備了純鐵的韌性和鑄鐵的硬度，因此在歷史上多用于制造刀片和彈簧等。在19世紀中期之前，要實現(xiàn)這種均衡的性能需要高超的技藝，但是新工具以及新工藝的發(fā)現(xiàn)，比如平爐冶煉和酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法（第一種廉價的用鐵來生產(chǎn)鋼的工業(yè)制鋼法），降低了鋼的價格，并實現(xiàn)了大量生產(chǎn)，從而鋼材得到了廣泛的應用。

    6.玻璃

    因為沙子不經(jīng)意的掉入，然后在爐中熔化，第一塊玻璃也許就這樣偶然地產(chǎn)生了。這類似于冷脆性陶瓷的材料，其結(jié)構(gòu)和性能卻與陶瓷差異很大。雖然我們通常認為玻璃是透明的，但透明玻璃的產(chǎn)生經(jīng)歷了長達數(shù)個世紀的試驗，或許直到羅馬時期才被生產(chǎn)出來。

    玻璃可以通過加熱沙子（二氧化硅）和一種可以降低混合物熔點的礦物（比如碳酸鈉）“流體”來制造。玻璃的顏色和清晰度取決于原料的純度和沙子與“流體”的特殊組合。透明或者半透明的這種材料脆性很大，但從物理方面來講，它屬于液體而不是固體。換句話說，玻璃沒有固定的晶體結(jié)構(gòu)，它實際上是可以流動的，雖然其流動速度異常緩慢。

    玻璃纖維電纜構(gòu)成了我們信息時代的支柱

    能夠連續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)真正意義上的透明玻璃的首位制造商，非威尼斯人莫屬，他們的“點評”構(gòu)成了中世紀晚期評判優(yōu)良玻璃的標準。直到大約17世紀，玻璃才普遍用在窗戶上，而真正意義上的廣泛應用則是在19世界大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)之后。當玻璃纖維電纜構(gòu)成了我們信息時代的支柱時，玻璃的多用性才不斷涌現(xiàn)出來。

    7.紙

    在紙出現(xiàn)之前的幾千年里，通過在石頭、粘土、木頭、布、皮膚以及其他表面上書寫，人類把他們的語言記錄了下來。盡管存在多種多樣的選擇，再加上后來電子媒介的出現(xiàn)，一個沒有紙的世界將會和我們所熟知的大相徑庭。

    在大約2000年前的驚人的創(chuàng)作時期，作為眾多發(fā)明中的一項，紙被中國人所發(fā)明。當那些來直接自于植物，或者更為典型地來自于廢棄衣物的纖維被浸泡、部分腐爛時，它們可以被重構(gòu)成隨機纏繞的片狀材料。通過小心翼翼地按壓這些片材直到干燥為止，然后利用淀粉給它們上漿（密封纖維之間的空隙），這樣就得到了多用性的紙。最終紙張的樣式繁多，從精細的薄紙到韌性十足的牛皮紙以及其他包裝紙類，再到可以用來糊燈籠、做屏風、做墻紙的日本和紙。

    8.塑料與橡膠

    幾千年來，對于那些少數(shù)表面光滑和外表艷麗的材料，我們的祖先很是欣羨。象牙、玳瑁、角可以制作成小型的奢飾品，它們所帶來的溫暖和優(yōu)雅是其他物質(zhì)力所不及的。在19世紀，市場的不斷拓展，再加上人們對化學理解的大幅度加深，產(chǎn)生了一類全新的人造材料，因為它們的出現(xiàn)，使得在較低成本的條件下，大量制造奢飾品成為了可能。由硝化棉和莰酮制得的賽璐珞是第一種商業(yè)化塑料。在一定壓強下，加熱這種混合物，它會轉(zhuǎn)變成一種用途異常廣泛的物質(zhì)。賽璐珞幾乎可以做成任何東西，從梳子和衣領(lǐng)到玩偶、卡牌，以及最后的乒乓球。

    在20世紀，這種塑料可以與甚至更具塑性的大量物質(zhì)相結(jié)合。通常由煤和石油的副產(chǎn)物所制得的這種新塑料，有時可以加工成更為奢飾的代用物品。但由于它們獨特的屬性，所以大量使用于科技當中，從電話和其他電子產(chǎn)品到人體部件替代品和其他醫(yī)療器械，對于其他材料而言，這是幾乎是不可想象的。

    和塑料緊密相關(guān)的材料應屬橡膠，由南美開拓者引入歐洲的這種材料，最初只是一種天然產(chǎn)物。當?shù)厝擞孟鹉z樹的乳白色汁液做防水處理，以及制作彈跳球。后來，歐洲人利用干燥后的橡膠樹液碎塊來擦除鉛筆筆跡，因而這種材料被命名為“橡膠”。直到大約1840年，Charles Goodyear才發(fā)現(xiàn)如何將這種材料制作成各種穩(wěn)定的形態(tài)，可以用制作從梳子到充氣筏等幾乎所有的東西。橡膠充氣輪胎被證明在20世紀的汽車運輸中是必不可少的，正是因為這種依賴，所以促使了合成橡膠的發(fā)明，其制作方式與塑料如出一轍。

    9.鋁

    幾千年來，可以用于制造物體的金屬僅有有限的那么幾種元素。除了貨幣所用的貴金屬和珠寶外，實用的金屬幾乎全是鉛、銅或者鐵及其合金。在19世紀后期，特別是由于鋁的引入，這種格局才被打破。直到200年前，當化學家們開始使用新的工具來探索普通礦物的成分時，這種金屬才被發(fā)現(xiàn)。

    他們研究的礦石之一就是明礬，自古以來人們就把它做當作收斂劑和染料穩(wěn)定劑來使用。這種材料的金屬來源不明，直到1820年左右，鋁才被分離出來，對它的提純則是到了大約1850年才實現(xiàn)。盡管這樣，但它依舊十分昂貴，并且很難制備。鋁的優(yōu)良特性——特別是輕質(zhì)以及銀色光澤——引起了人們廣泛的關(guān)注。珍貴的珠寶以及譬如觀物鏡等異域物品就是由鋁制造而成的。完成于1884年的華盛頓紀念碑，其頂端的那個小尖甚至被認為是由純鋁所構(gòu)筑的。

    20世紀初期的航空賦予了鋁新的戰(zhàn)略價值

    19世紀80年代，當來自法國和美國的兩名年輕的化學家發(fā)現(xiàn)了如何利用大電流生成純鋁后，鋁的地位發(fā)生了翻天覆地的變化。這種“電解過程”使得鋁便捷易得，此制備方法僅取決于廉價的電力供給。20世紀初期的航空給予了鋁新的戰(zhàn)略價值，為了滿足戰(zhàn)時需求，從而擴大了鋁的生產(chǎn)，這使得鋁成為了20世紀無所不在的金屬。

    10.半導體

    當科學家們開始對材料的各種性能進行更為深入的研究時，特別是從19世紀中葉開始，他們所在意的材料的一個重要行為就是電流的傳導——一個能否在材料中穩(wěn)定傳導或者不能傳導的問題。一些物質(zhì)，如木頭或者玻璃似乎能夠抵制電流的傳導，而另外一些材料則易于導電。前一種材料為絕緣體，而后一種，譬如銅和鋁，作為導體，在各種電線中屢見不鮮。對電學性能的研究，促使了另外一類材料（半導體）的產(chǎn)生，其性能位居先前兩種材料之間。包括碳在內(nèi)的這種“半導體”，它允許電流通過，但其物理響應卻很弱。（例如，碳易于升溫，這也就是為什么愛迪生認為它適用于做燈絲材料的原因。）

    這些19世紀的研究人員可能從未料想到，在下個世紀末，這些半導體會對我們的世界產(chǎn)生比以往其他任何材料都巨大的影響。20世紀早期，發(fā)明家設(shè)計出了多種巧妙地控制電流和電波的方法，促進產(chǎn)生了多種新的通信方式，比如廣播和電視。他們發(fā)現(xiàn)的關(guān)于控制電子行為的方法：當這些運動被精確地控制時，聲音、光和其他現(xiàn)象可以以前所未有的方式被收集、傳播、復制、放大和操縱，從而實現(xiàn)通知、娛樂、調(diào)查和計算。

    最初，雖然這種電子行為的操控依賴于真空管，但它對能量、速度、以及效率的消耗很大。在第二次世界大戰(zhàn)的刺激下，以及對通信和控制技術(shù)需求的迅速擴大，真空管的替代品，如晶體管，開始出現(xiàn)在戰(zhàn)后的歲月里。最初，這些替代品是用非常奇特和昂貴的半導體材料制成的，因而它們的制造或使用并不那么容易。但是當化學家們發(fā)現(xiàn)如何制造大量的晶體硅時，所有的不可能都變成了可能。隨著在硅晶片上廉價穩(wěn)定地印刷完整復雜電路技術(shù)的發(fā)展，包括數(shù)字計算機在內(nèi)的工作方式，使得信息和通信革命成為了可能——一種我們都可以看得到的革命。