神奇的新材料(7月31日第28日)
各位好，我是戴維 鈴木，現在是“萬物探源”節目時間。今晚的題目是：“高級材料的世界”。我們將通過幾個例子，看看化學這門學科正在怎樣改變我們的生活。人類生活有賴於材料，而高級的材料正在改變我們所做的一切，也在改變我們的做法。
第一部分
不管你是否喜歡，我們這個世界就是一個材料的世界。請看這輛自行車，車架是碳纖維合成材料製成的，輪胎用的是芳綸纖維（譯注：一種強度高﹑重量輕的合成纖維，用以替代汽車輪胎、鋼絲繩等産品中的鋼絲），其它零件用的是高強鋼、航空用鋁和鈦合金。總之，人們盡一切力量使這輛車又輕、又快、又結實。它生動地反映了人類對技術的執著追求，而人類之所以成為人類，正是由於這種追求。
在空間作業的宇航員有11層合成纖維服保護。光固化的塑料可以用來修補牙齒。人造髖可以使人恢復行走能力，消除疼痛。新型金屬材料和經過改進的傳統金屬材料層出不窮。它們與足以抵抗子彈射擊的韌性陶瓷，和強度比鋼還高的輕質纖維相互競爭著。塑料、碳材料、金屬合金和陶瓷使飛機得以飛得更快、更遠、更高。
人類在還沒有學會創造新材料之前很久，就會利用天然品來製作有用的東西。在加拿大獨木舟博物館裏，邁克爾 凱特默正在製作樺樹皮獨木舟。一切原料都取自森林。船的框架由雪松製成，又輕，又柔軟，而且為天然毒素所浸滲，因而可以防腐。這是放大了２００倍的雪松木的顯微組織，可以看到密密麻麻的細小管子，樹脂封住了樺樹皮的表面，從而保證了整個獨木舟的水密性。
樹脂取自雲杉。在樹枝從樹榦折斷的地方，會出現小的瘤狀物。你把它們收集起來，化開，用細紗布濾去雜質，加入少量動物脂肪，使之粘度適中，不會乾裂。
丹 艾弗裏家族用白蠟樹製作雪橇已經有三代了。白蠟樹又硬、又結實，不會開裂。同所有的木材一樣，它是由兩種性質不同的材料組成的天然複合材料。一種是柔軟的纖維素，另一種是堅硬的木質素。木質素加熱後可以彎曲，冷卻過程中能固化為新的形狀。這就使木材既可以彎曲又不會斷裂。
我們之所以用白蠟樹做框架，主要是因為它木質堅硬。它長得比較直，可是在木材組織單元體之間有一層海綿一樣的東西，海綿層利於木材組織單元體扁平化。我儘管彎它，敲它，單元體一點兒也不會斷裂。
這些是沒有經過鞣制的生牛皮，雖然柔軟，但很結實。生牛皮可以經得起反復彎曲和強力拉伸而不斷裂。幹了之後它會緊縮，而且只要涂上清漆不讓它受潮，它就能一直保持緊縮密實狀態。
生牛皮的強度非常大。我用盡力氣拉拽，它也不會鬆弛。
獸皮也是兩種材料組成的複合材料，就是在一層網狀的蛋白質纖維上面，加上一層角質化了的死細胞。這些纖維幹的時候很硬，但是在濕的時候會變軟，變得可以伸拉。從幾千年以前一直到今天，木材一直是用途最廣的一種材料。
但是木材的供應越來越少，所以我們需要有同天然木材一樣又輕又堅硬的替代物，特別是在建築業方面尤其需要。
這正是這家多倫多公司的目標。
他們利用木屑和廢塑料製造成一種複合材料，叫作“新木”。塑料為“新木”提供硬度，就像木質素為天然木材提供硬度一樣。“新木”是多倫多大學雷伊 伍德姆斯教授發明的。
來自農業的纖維素廢料比森林和樹木所能提供的木材總量多一倍。所以自然而然，我們就設法去利用農業廢料，把這些廢料轉化成為有用的建築材料。
只要調節廢木料和廢塑料的比例，“新木”就幾乎可以具有天然木材的任何一種性質。
人類第一次使用火來將天然物質煉製成新材料的時候，材料革命就開始了。鐵匠戴維 諾裏把鐵加熱，再用不同的速度冷卻，就可以控制它的硬度。如果把燒紅了的金屬立即投入冷水之中，就會製造出一種細晶粒的金屬材料。即它由細小的晶體構成。這些晶體相互之間很容易拉開，所以這種金屬雖然很硬但也很脆。
如果鐵加熱後在慢慢冷卻時，它就具有可延展性，可以彎曲。這種金屬晶粒比較粗，晶體顆粒很大，可以變形而不斷裂。這一位就是戴維 諾裏。
鐵加熱之後，金屬的分子結構膨脹，鐵就變得柔軟得多，可以被鍛壓成任何形狀。
金屬之所以能夠彎曲，這是因為金屬中的原子是成層狀排列的，這層原子可以在另一層原子上滑動。但是這種滑動會造成原子之間的位錯，從而使金屬不能再彎曲，這種效應叫作“加工硬化”。這個時候如果再加熱，仍舊可以使金屬恢復它的可延展性。
鐵匠正是通過反復的加熱和錘打，來控制金屬的形狀和硬度的。
你知道這塊東西非常硬，無法用手使它彎曲，但是你卻可以隨心所欲地把它做成你想要的形狀。這真是一件頂呱呱的事。
我覺得鍛造金屬的過程幾乎同徒手作畫一樣，因為你完全靠目測來加工它。
日本武士的鑄劍師們好幾百年來一直在鑄造鋼制的兇器。鋼是加了微量碳的鐵。加碳的目的是增加它的硬度。燒紅的鐵塊灑上炭末，反復的折疊起來再錘打成扁的。鋒刃部分需要特殊處理，使它既鋒利又堅韌，比純鐵更不容易卷刃或者斷裂。鋼的硬度由加入的碳量決定。加得太多會使它變脆。1912年泰坦尼克號沉沒的原因有可能就是由於所用的鋼硬度過高而韌性不足，因為在它失事80年之後，用潛水器取得的樣品顯示：它在撞到冰山之後，船體並沒有凹進去，而是碎裂了。可見它的鋼是不是太脆了？
在安大略的韋蘭通用自由錘鍛廠，人們用巨大的錘子把燒紅了的鋼錠在它冷卻的過程中把它鍛造成形。自由錘鍛可以造出各種工具例如扳子和撬棍所需要的那種高韌性鋼。這一巨大的吊環螺栓將用於起重設備。
這種錘鍛可以在鋼中造成相互纏結的一連串位錯，使原子動彈不得，就像許多擁塞在一起的汽車一樣。這樣的鋼非常堅韌，不脆。如果再對它加熱，然後聽任其慢慢冷卻，就還可以回復原樣，因為原子會重新排列，位錯消失，鋼就又恢復了可延展性。
如果反復地向兩個方向彎曲，也可以造成位錯，但在這種情況下，位錯相互分開而不是像鍛造時那樣位錯被擠在一起。這就造成金屬疲勞，最後會斷裂。
鋼的型號有無數種，適合的用途也有無數種，從用超強高碳鋼製作的手錶遊絲，到多倫多的“天虹體育館”那樣的巨大建築。“天虹體育館”的頂蓋是在硬化的鋼制滾柱上移動的。
它的重量達到1萬1千噸，面積達3.5公頃。
整個穹頂很重，但由於它是用高強度鋼製造的，所以不會變形。鋼的強度和柔軟性使它特別適合於它的一項主要用途，那就是製造汽車。通過衝壓，使位錯相互纏結，故金屬彎曲成形的同時變得更堅硬。組裝成的車身非常結實，以致在發生車禍的時候，車身是逐漸塌陷，從而吸收撞擊的能量，保護乘車的人。這位是安大略省哈密爾頓市杜法斯科鋼鐵公司的銷售部主任錫德 墨爾本。
從重量上看，現代轎車有55%是鋼鐵。新型鋼材是一種極為高級的材料。你現在買的現代轎車裏，有50%的鋼又是最近5年新研製出來的品種。我們買到的新型高強度鋼，幾乎是日新月異。高強度鋼能為你減輕車的重量，節省汽油。使車身結實到難以想象的程度，使汽車十分安全。
我們可以採用好幾種方法來做到這一點。我們可以加入象碳和錳這樣的元素，也可以把鋼加熱到很高的溫度然後把它投入水中或油中來改變它的組織結構。通過這種種措施，你可以使鋼滿足你的特殊需要。
由於採取了防銹的技術，現在鋼的壽命也比以前長了。這是一種高級的電鍍工藝，使鋼在鋅熔池裏洗個澡，再在爐里加熱，兩種金屬就結合在一起了，而且表面略帶粗糙，正適合上漆。
汽車的壽命儘管比過去長多了，但是最後總要報廢。如果它們不是鋼制
的，這就將成為一大難題。錫德 墨爾本先生有請。
我們用在這些方面的鋼都是可以回收再利用的。汽車達到使用壽命而報廢之後，我們就把它壓扁、切碎，要不了幾分鐘，我們就可以用它煉出新的鋼了。到現在為止，鋼仍然是最好的金屬。別的材料正在努力趕上，不過每當它們的性能稍有接近的時候，我們的鋼就又前進了。
第二部分
所有活著的物質，所有構成我們人類和動植物的分子，基本上都是碳的化合物。以前曾經是有生命的，供我們衣食，為我們遮蔭，助我們保暖的東西，其基本成分也是碳的化合物。正是因為有關碳的化學同我們的生命和一切活著的東西有這樣密切的關聯，所以它又被稱為“有機”化學。
有生命的東西燃燒之後，留下來的主要是炭，就是純粹的碳。
一個碳原子能同四個其它元素的原子相結合，也能同別的碳原子鏈結成長長的鏈形聚合物。最著名的合成聚合物就是各種塑料。過去的塑料往往只是天然材料的次等代用品。現在可不一樣了。新的工藝方法可以使它們結實得足以擔當過去只能由木材、金屬和石料承擔的建築用途。
在加拿大金屬公司的實驗室裏，人們把製作垃圾袋的聚乙烯加熱，用500噸壓床壓扁，使其分子定向排列、理順，整體強度接近於鋼。領導定向塑料研究的是弗蘭克 梅因。
你壓鑄一個聚合物片時，多餘的材料從模子上溢走。
這種聚合物片裏包含著定向排列的聚合物分子。這種聚合物可以借這根電話線來描述：聚乙烯是一種螺旋狀聚合物，你拉它會使它伸展，它並不很硬，拉起來阻力不大。當你使之沿線的流動方向拉直後，它具有方向性了。現在你在這個方向再去拉它，你就等於是在拉它的碳鏈，其抗拉強度增加了100倍，硬度和抗衝擊力也相應地增加了。由於抗衝擊的能力猛增，它甚至可以經受槍彈的射擊。
人們現在已經在用塑料來製造防彈衣和甲板了。最新式的防彈背心是用雪尼維爾特種材料公司生産的斯佩克特拉盾牌複合材料製作的，它是一種用定向聚乙烯編成的網。遭到子彈打擊的時候，纖維就伸展，吸收子彈的能量。子彈有可能碰傷皮膚，但不能穿透背心。斯佩克特拉是人造纖維中最結實的。人們把兩種材料合成為複合材料，目的是增大其強度，彌補其弱點。玻璃纖維使航天飛機上的機械臂非常堅硬。它還用在建造空間站的機器人身上。這些手臂是蒙特利爾的弗萊複合材料公司的産品。
芳綸纖維也是一種超強纖維，可以同斯佩克特拉比美，而且更能抗高溫。把芳綸纖維用塑料樹脂浸透，纏在鋼筒上，就成了弗萊公司的另外一個産品，那就是“針刺”型肩扛式防空導彈的發射管。
人們曾以各種理由對高級材料表示蔑視。最遭人討厭的是塑料。人們説：都是因為有了塑料，才出現各種一次性産品。有的人説塑料總是“與自然環境不友好”的。它們對環境是否有影響？沒有它們，我們的日子會不會更好？我們能夠對它們進行回收利用嗎？能不能製成無害的可降解塑料？我們對待塑料以及一切新材料的態度是否合理？
現在用於製造塑料的石油只佔其産量的百分之三。只要使我們的汽車更省油，每升多跑半公里，就可以省出來了。塑料的毛病在於它很難降解。我們可以把它們燃燒來産生熱能，但是有些塑料需要高溫焚化爐，還要洗滌塔，才能夠不影響環境。那麼我們為什麼不加以重新利用呢？
凡是容易熔化的塑料都可以很容易地回收利用。安大略省奧羅拉市一家公司為克萊斯勒汽車公司把廢舊零件壓碎，送進注模成形機，熔化之後形成新的零件，例如緩衝器。我們現在離全塑汽車還很遠，但是塑料用於非結構性部件確實比鋼有一些優越性，例如製造起來耗能低、重量輕、永遠不生銹。但是並非一切塑料都能回收利用。對那些不能再次熔化的塑料需要尋找其他辦法。
在安大略省埃傑克斯的塑料玻璃公司，人們把玻璃纖維植入液態樹脂，製造出玻璃纖維增強塑膠，比較硬，但是輕。這種複合材料熔化不了，必須用另外一種辦法回收利用。人們把它轉化成一種稱為“類岩石”的人造建築用石材。他們把塑料碎片同碎玻璃和爐渣等其它可回收利用的材料混合在一起，這使“類岩石”材料看上去像磚、混凝土或者其它的建築用石材，夾在兩個編成網狀的玻璃纖維層當中，用樹脂黏結，成為一塊假的混凝土，比真混凝土要輕，而且壽命更長。
在多倫多一所中學裏，這些“類岩石”材料同真的混凝土很協調。下一步還可能出現增強的“類岩石”建築材料。
這所房子的主人決心要使自己的房子與眾不同，於是就不用木材、石材和磚而用“類岩石”材料來砌墻。“類岩石”材料既容易砌，又不怕污染。
許多運動器材是用高級材料製作的，這位是安大略省卡利登射箭協會的肯 布朗。
這是一把比賽用弓。它的手把是用鎂和鈦製成的。雙臂是以木材為芯子，前後復上碳纖維增強陶瓷材料而製成。它們非常之輕，放箭時弓的反應極快。
如果高技術弓箭不合你的胃口，那麼高技術自行車怎麼樣？1992年奧運會上，克裏斯 博德曼用一輛超輕型自行車戰勝了所有的對手，它的車身是用碳化纖維製成的。你也可以買一輛，連剎車在內，一共要1萬5千美元！
不過高級材料的主要用戶仍舊一直是軍方。新奇的材料往往首先用在軍用飛機上，例如專門設計的強度高、重量輕、抗高溫、能吸收雷達波的材料，其中最重要的是碳複合材料。
在計算機的控制下，紡織品裁剪機裁出碳纖維布，一層一層敷好，再加熱使他們相互粘結。這很費時，而且隨時有脫開的危險——就是隱藏在內部的脫層現象。所以每個部件必須經過噴水超聲波檢驗。碳素複合材料同金屬相比有許多優點，但是成本比較高，所以決不能説在飛機製造方面金屬就沒有前途了。高性能的機身要用鈦合金來製造，它既有鋼的強度，又有鋁的輕巧。還可能有更強更輕的合成材料。
在加拿大金屬公司，人們正在研究金屬基複合材料。他們把熔化了的鋁和碳化硅纖維用壓床壓鑄，把鋁擠到纖維之間的空隙裏去，結果得到一種複合材料，重量輕而強度極大。金屬基複合材料最適合用於飛機起落架等需要突然承受重負的結構。這種材料在未來的高性能飛機裏將是不可缺少的。
請不要以為所有高級材料都是新發明的。有一種材料人類就已經用了至少1萬1千年了，它就是陶瓷。它是所有材料中最堅硬的。這把陶瓷刀刃比鋼刀刃的壽命更長，陶瓷刀具比金剛石還硬。陶瓷的硬度雖然十分突出，但是它很脆。
既然陶瓷比較脆，它怎麼能保護坦克呢？令人意外的是，正因為它會碎裂，所以才適合作裝甲。陶瓷之所以堅硬，是因為它的原子鍵又緊密而結實。陶瓷裝甲不象金屬那樣柔軟，所以不能彎曲，但是它會破裂。
在國防研究局所屬的魁北克瓦爾卡蒂埃防務研究所裏，陶瓷片被子彈擊碎了，但是它後面的鋁片只留下了一個凹痕。如果沒有陶瓷片作防護，子彈擊中鋁片的時候能量就會集中在彈著點上，乾淨利落地把鋁片擊穿一個洞。
陶瓷的反應則不同，它在被擊碎的過程中用它的原子鍵吸收了絕大部分能量，而衝擊波反射回去，把子彈也震得粉碎，陶瓷片後面的東西就不會被子彈穿透，最多只會留下疤痕。
這個點火器是用一種稱為壓電效應的現象點著的。我的大拇指擠壓點火器內部的這片陶瓷，這壓力就産生一個電壓，製造出一個火花，把氣體點燃。
擠壓壓電陶瓷片可以産生電流，這一過程是可逆的，就是説，使電流通過陶瓷也可以使之産生振蕩，發出聲波。
煙霧報警器就是這樣工作的。煙霧使開關閉合，使電流通過陶瓷，産生振蕩，發出高頻尖叫聲。壓電效應有許多用途，壓電振蕩可以把水變成細微水珠的噴泉。
多倫多的加濕機械公司（Ｈｕｍｏｎｉｃｓ）利用這一點製作工業用加濕器。壓電聲波還可以用來搜尋潛艇。飛機在海洋上投放聲納浮標，它們可以發射出聲波。獵潛艇的艇身上也裝有聲納，同聲納浮標一樣發出聲波，讓海洋裏的其它物體反射回來，計算機再根據這個回波判斷目標所在的方位、距離和身份。
第三部分
高級材料對宇航員提供保護，使他不受宇宙空間各種風險的危害，例如極端的溫度、接近真空和高速微流星群。這套航天服是室外服裝登峰造極之作。
這是特拉華州為美國航空和航天局太空人生産太空服的多佛爾公司縫紉車間的産品。這位是紡織工程師謝裏爾 戈梅斯。
這套航天服的外面一層叫作抗微隕星保暖層，由戈爾特克斯複合物製成。戈爾特克斯是特氟隆的一種，裏面一層是聚芳酰胺和芳綸纖維。航天服的外層是白色的，可以反射太陽的輻射能。
還有一個由水管構成的網絡為宇航員降溫。選用的材料可以抗磨損，能保持航天服裏面的氣壓，和吸收微流星群的衝擊。
好，鮑勃！給我們展示一下你的機動能力。
有些機器人無法完成的工作必須由宇航員去完成，所以航天服必須保證宇航員有必要的靈活性。如果沒有高級材料的保護，宇航員們就不可能離開人類居住的這顆行星的屏障。在宇宙空間裏，人類生存所必需的條件一項也不具備，所以宇航員們必須自己攜帶自己的生命維持系統。
為了尋找新材料，人們花了成百上千萬美元，可是有的時候新的發現全靠運氣。
這個不沾平底鍋覆蓋了一層特氟隆，準確説來叫聚四氟乙烯。這是最重要的高級材料，它是1938年偶然之間發現的，它光滑，化學性質很不活躍、電氣絕緣性能極好，到現在已經有了廣泛的用途。
人們大多只知道戈爾特克斯而不知道特氟隆。用戈爾特克斯製作的室外服裝既防水又透氣。其實戈爾特克斯就是膨化聚四氟乙烯。它是1967年由鮑勃 戈爾發現的。這位是羅伯特 亨博士。
這是一個裝置，相對密度為100%的聚四氟乙烯棒處在高溫之下。我們取出一根，當時我們的概念是如果非常小心地慢慢抻拉，也許我們能使它內部産生孔隙，但真沒想到，結果你們可以看到，它卻斷裂了。
有一天晚上，實驗室的爐子裏滿是燒熱的聚四氟乙烯棒。他出於灰心失望，把其中一根拉得很快。結果呢？瞧啊！他使這根棒加長了許多，伸長遠遠超過50%。膨化聚四氟乙烯就這樣被發現了。
我們所做的只不過是使大量空氣進入聚四氟乙烯而已，而戈爾－特克斯的許多性質正是由於它裏面有許多空洞，就是説在聚四氟乙烯裏夾帶著許多空氣。
如果用一張戈爾特克斯薄膜封住一罐開水，蒸汽可以透過薄膜，但即使把罐倒過來，水也流不出來。原因是膜裏空洞的大小足以讓水蒸氣的分子穿過，卻不足以讓水珠通過。戈爾－特克斯可以透氣，使衣服裏面不至於積累水氣。由於戈爾特克斯含有許多孔隙，所以它最適於用作醫學上的代用品，如人工動脈以及作修補疝氣、心臟和血管的補丁。
把戈爾特克斯補丁縫入體內之後，它立即被蛋白質佈滿，細胞很快長到材料的孔隙之內，把它完全覆蓋，使它完全被人體吸收。
幾千年來，人類一直在用代用品修補受了損傷的人體，例如玻璃眼球、帶鉤的手臂、木頭腿、金子或銀子製作的鼻子。但是只有用了高級材料，這些零件才能長成與自己的真器官一樣。
戴安娜 吉爾漢姆是靠兩個假腿走路的。
她生下來兩個小腿裏就沒有骨頭，以後一直依賴假肢。
我的腿不會長。我5歲以前就經過了多次手術。
她的第一付假腿是木制的，又重，又笨拙，又不舒服。現在戴安娜 吉爾漢姆的新腿是橡膠、碳素纖維和鋁合金製作的。她正在多倫多的森尼布魯克獨立生活中心對她的假肢作些調整。安裝這些假肢是個複雜的過程。首先要對她的大腿作一個塑料模型，把它的輪廓掃描進計算機裏去。
約翰 麥基洛普再用計算機控制車床，製作出一個同她的大腿一模一樣的複製品，然後用它來作模子，制一個聚乙烯的套子，緊緊地套在大腿上，不靠吊帶，只靠本身的吸力。
戴安娜 吉爾漢姆的假腿表面是泡沫塑料，形狀同天然的腿一樣。本來它們就是要儘量地像真腿一樣工作的。當年特裏 福克斯曾試圖戴上假肢跑步穿越加拿大。現在戴安娜 吉爾漢姆有了液壓控制的膝關節，在跑步的時候就用不著像特裏 福克斯那樣痛苦地一跳一跳地跑了。
我還記得以前是用吊帶，我總是把它圍在腰上，我最討厭它了。現在可以不用吊帶，我覺得自由多了。
以前我一回家馬上就把假肢卸掉，因為它們很重，穿上一整天之後，討厭死了，我回家就把它們脫掉。現在我有了這付新的假肢，一看表，都已經9點啦！而我還穿著它們！真是棒極啦！
最常見的一種手術是全髖置換。鮑勃 傑克遜在運動中受了傷，全髖置換挽救了他的事業。這位是多倫多森尼布魯克醫院的全髖置換專家，馬文 蒂勒醫生。
健康人的關節能非常優美地滑動，使我們能走、能跑、能運動、跳高等等。正常的髖有一個漂亮的圓球，在一個球窩裏滑動。這個髖已經不正常了，它的軟骨已經完全損傷掉了。
今天，可以用金屬、塑料和陶瓷完全取代受損的關節。人們正在研究用高級材料製作能終身使用的人造關節。馬文 蒂勒把一個用鈦製成的襯墊放進病人的髖部，鈦不容易發生化學作用，與生物相容的骨骼會直接長到它裏面去。用高密度聚乙烯製作的一個非常光滑的，摩擦很小的球窩安放在襯墊裏面。
有一根鈦棒把人造關節固定在大腿裏面，頂端打毛之後，抹上礦物質使骨頭變硬。馬文 蒂勒博士把鈦棒插進大腿骨，骨頭會迅速長到棒外層的材料裏去，這一過程叫作骨融合，它使鈦棒牢牢地固定在位。人工關節的頭上是一個鋯陶瓷球，又硬又光滑，可以減少磨損，減少同球窩的摩擦。
我們希望人工關節能穩定在骨骼裏，使骨頭能在6到8周之內長到它的裏頭去，這是一種癒合過程。骨骼直接長入鈦球窩上的孔隙裏去，一切就都穩定了。
大約95%的病人消除了疼痛，至少可以做同以前一樣的活動。
在多倫多大學，蒂姆 約翰遜醫生正在施行假牙修復術，取代失去的牙齒。他在牙床上鑽個洞，植入鈦螺絲，用以支撐陶瓷假牙。與在全髖置換術中一樣，使用了可以同生物骨骼相容的鈦，以便促進骨融合。骨頭能長到鈦裏面去。
喬 沃德爾20幾歲的時候失去了牙齒。13年之後，她在牙床上植入了假牙，現在來找喬治 扎爾布醫生復查。
你的軟組織很健康。
多年來她的骨質減少了許多，從頭骨的照片上看得出她的上下牙床都萎縮了。假牙同下面骨骼之間的間隙反映萎縮的程度。假牙失去了依託，到處亂動，咀嚼時非常不舒服。
我們在牙床骨和下腭前部植入了幾枚螺絲，在上面安裝了一個固定的牙托，這一切都要像病人身體的組成部分一樣地工作。
貝姬 湯姆遜由於癌症，失去了她的鼻子。森尼布魯克自立生活中心的阿德里安娜 艾利森為她製作了一個人造鼻，把它卡在金屬植入物上，這辦法同安裝假牙差不多。
從前我只能用膠粘，為此假體下面的皮膚必須絕對清潔，沒有任何油類的東西。我常常需要反復粘好幾次，心裏祈禱著，希望沒有把鼻子粘歪。還希望外面天氣不要太熱也不要太冷，否則就會影響到膠粘的效果。粘上去的鼻子有時固著三個小時，有時四個小時，也有時能到十二個小時。我根本沒法事先知道。這一段時間是我生命中最苦惱的時間，但是總比呆在家裏好。
這個人造鼻是卡在植入面骨裏面的鈦合金上面的。
我用的材料主要是一些硅樹脂。它們妙極了，柔軟靈活，可以隨面部活動，很容易在模子裏成形，而且不含毒素，不怎麼刺激皮膚。當臉上缺了一個鼻子一隻眼睛和一部分面頰時，要裝上假體很不容易。但是骨融合使你有了牢固裝假體的辦法，而且使你放心，用不著擔心假體會掉下來。
它使用的是鈦合金，一旦植入到骨骼裏面，便同骨骼融合得極好。你把鈦條植入骨骼之後，就可以穩定假體，這樣就牢靠了。
這真是妙極了。我再不煩惱，再也用不著提心吊膽了。我想會有出問題的時候，可是我現在能參加社交生活，像往常一樣做我的事。這舒服得多，我簡直找不出合適的語言來形容它。
我們用了好長時間才學會如何在實驗室裏創造新材料。今天，我們已經開始在分子水平設計新材料了。但是還有另外一條途徑，那就是倣生學。這是一個新的研究領域，研究如何模倣天然材料裏的化學構造。
像軟體動物的殼和珊瑚這樣的構造，還有藤壺用以附著在海底岩石上的膠，這些都是生來就能顯示巨大強度的東西。蜘蛛絲是最牢固的天然纖維，我們能否合成它，用來製作更有效的防彈背心呢？史蒂夫 福西正在馬薩諸塞州納提克美國陸軍研究中心研究這一問題。現在他正從一頭金色圓形織網蛛的絲腺體里拉出一根纖維，以便研究其分子結構和遺傳性狀，目的是進行工業化批量生産。他們在實驗室裏從蜘蛛的腺體裏取樣，加以分析，試圖把握控制蛛絲化學成分的基因。
蛛絲在斷裂之前能比任何其它纖維吸收更多的能量，這是為了捕獲飛蟲。在其它天然材料的基因裏還有沒有其它的奇妙性質呢？
人類從前只能利用在自然界裏找得到的材料。到現在我們已經有了很大的進步。人類歷史發展進程的標誌是我們利用並改造材料、用新方法合成各種材料以及創造新材料的能力。這是否意味著自然界已經沒有什麼東西值得學習了呢？實際情況遠非如此。從某些方面來説，我們是繞了一大圈又回到了原地。材料技術方面的進步已經使我們對天然材料的複雜、精美和用途廣泛抱有越來越大興趣。
