杨锐：上海科技大学特聘教授
人类的历史，其实是按材料来分的？从石器时代、工业革命到现在的硅时代，材料早已渗透到日常生活。上海科技大学的杨锐教授致力于钛合金研究，让钛在医疗、机械、航天领域都发挥了极大作用。请听他在
一刻talks《了不起的好奇心科学侠》中的分享。
文章共字，阅读需要9分钟
杨锐：我叫杨锐，从事材料科学与工程研究，具体来说是钛合金研究。钛合金是相对年轻的一种金属，从年到现在大概有60、70年的历史了。我们一般讲钢是第一金属，铝是第二金属，钛是第三金属。钛的特点是重量比较轻，强度比较高，有时候还能在高温环境下用。所以一般在航空航天领域用得比较多，比如发动机里面。因为它耐腐蚀，比不锈钢还耐腐蚀，一般也可以在海洋里面用。所以钛的用途还是比较重要，比较广泛的。
我在英国做博士后的时候，独自研究过一种典型的金属间化合物，就是金和铜混在一块儿的叫金属间化合物。我在大学学的专业是发电厂材料，我小时候下放的时候，在农村没有电，觉得电比较神奇，所以大学学的是发电厂用的材料。我们知道当时火力发电厂，像烧煤的发电厂用大量的高温材料。发电厂是用煤把水加热成水蒸气，靠水蒸气来推动发电机。水蒸气温度比较高，材料的使用环境比较苛刻，长期在高温下用，里面还有压力，管道就像高温容器一样，搞不好就容易出事。发动机这些动力都需要用高温材料，所以我是从高温材料慢慢接触到航空发动机，读研究生的时候，因为航空发动机在天上飞，所以不能用钢，要用钛合金这类轻质高温材料，所以我是从这儿转到做钛合金材料的。
一般人类历史，基本上是按材料来分的。比如我们最老的是石器时代，就是在公元前年到年。在公元前年到年应该是铜器时代，青铜，我们现在看到的鼎这类东西，周朝的，都是青铜作的。再往后一直到公元后年是铁器时代，终于有了铁了，铁的强度高一些。但是我们看到最近，就是中世纪了，变化不大，我们国家是农业社会变化更不大。再就是到年左右，第一次工业革命，英国开始的，钢铁、钢出来了。钢跟铁有什么区别呢？钢就是在铁里面加点碳，又加了不同的元素，刚才讲了跟炒菜一样，不断试新的成分，它的强度提高很多，韧性也提高了，用来造大桥，造铁路。这是第一次工业革命。第二次工业革命，代表性的电出来了。电要传导，铜和铝的导电性比较好，刚才说的第二金属也出来了。钛是航空航天用的，它是年二次世界大战之后出来的新金属。这就是我们为什么有大规模的民用飞机，大家飞行旅行，到欧洲也就10个小时。我们看年集成电路出来之后，我们现在有计算机信息行业，因为用硅，就进入了硅时代，到现在还没结束。所以人类，从过去的五千年，你完全可以用几种材料，来概括每个时代的标志。硅到啥时候结束呢？硅现在已经快接近极限了，到下一步可能没有一种单一的元素了，可能几种元素混合起来共同作为一个时代的基础，可能在未来的两三百年。
我们国家钛的储量是世界第一，所以在我们国家推广应用钛还是十分必要的。钛有一个好处，它跟人体是比较相容的，是最相容的一种金属。因为钛的强度高，重量轻，所以一般像我们的腿骨，如果运动或者是车祸受了损伤，里面都是用钛合金的。像老年人，骨质疏松、髋关节都是用钛合金来做的，所以钛是跟人的生命、生活紧密相关的一种金属，这是根据用途来说的。一般来讲，我们天上飞的东西总是越轻越好，因为钛的比重较小，所以总是希望用它来代替一些更重的，像钢，像一些高温材料。同时，如果一种材料强度越高，零件重量就会越轻，那么它就可以做得越薄。所以我们总是希望提高强度，希望用到更高的温度，但是这都是有难度的。温度高了之后，可靠性就差一些，所以怎么解决这些矛盾，就是我们要研究的主要内容。航空航天的研发周期是比较长的，所以突破也是比较慢的，但是一旦有突破，它的效益还是比较好的。
比如钛合金里面，我们现在希望把它做得更轻。有一种钛合金加一半的铝，一半的钛，就形成一种前面说到的金属间化合物。咱们中学都学过离子键，共价键，这就是有点带共价键性质的钛铝，它的比重比钛还低，像钛的比重大概是4.5，一般钢的比重大概是8以上。那么钛铝的比重只有4，所以就更轻。钛铝同时耐温度更高，所以如果能用钛铝再来替换普通的钛合金，发动机就可以有更大推力，重量也更轻。换句话说，就是飞机可以跑得更快，耗油量会更小。我们现在讲排放这些，就会减少，它对环境的冲击会更小。我们现在旅行大量坐飞机，排放量还是比较大的，如果能把排放量降下来，对保护环境也是很大的贡献。
我们国家现在要发射空间站，要登月，这就需要大推力的火箭，这里面最关键的是发动机。我们看火箭那么大，现在登月为了环保，就不能用以前的老发动机，老发动机推力也不够。那么新的发动机，要么是液氧煤油发动机，要么是液氢液氧发动机，这两种发动机配合起来，才能做成大推力的发动机。这就是为什么你会看到火箭有那么大的体积，它里面90%装的是液态燃料，下面就是发动机。为了上天，需要有一个泵，把液态燃料打到发动机这儿，打得越快，燃烧就越快，推力就越大。泵的关键是涡轮，涡轮材料以前国内做不出来，后来让我们做，我们当时还不知道怎么做。应该说，我们的一个设备大概是年左右买的，买回来之后不知道干什么用。当时又没有房子装，还要重新盖房子，盖了五年，才把设备装上。装上了又没有人做这个事情，所以我的一个学生毕业之后，跑到福特汽车厂工作。后来他一听说这个设备装好了，他又跑回来了，跑回来做这个事。正好我们接到这个任务，就让他做这个事情了。一年半之内这个事情做出来了。所以我们觉得，我们花了很短的时间，也是事先没料到的一个事情，在很短的时间内突破之后，我们国家的长征五号上天了。年11月份上天的，今年可能还有两次发射，所以这是我们觉得比较自豪的一个科研项目，也为国家作出了贡献。
我是学工科的。对于美，我个人感觉，它是动态的，同时也是个性的体验。每个人看到的美不一样，同一个美你看一遍感觉很美，看多了就麻木了，这就是所谓的审美疲劳。那么我想科学家创新之美在于他总是第一个看到，非常激动，所以很震撼，一个东西看多了自然就平淡了，所以我觉得这是创新之美根本的体现。我们第一个看到一个不一样的事物，第一个发现一个独特现象，你会感觉非常激动，非常振奋，这是科学家创新最大的动力之一。