以子之矛，攻子之盾

1 以子之矛，攻子之盾

战争中要主动出击，也要保护自我。无论是人体自身，还是装甲坦克、战斗机，其防御材料的核心元素往往也是攻击材料的核心元素。

人类不喜欢战争，但是人类社会总是有战争发生。人类的战争与自然界的其他动物争斗一样，无非是为了发展自身，以及对有限资源进行争夺，过往如此，现在亦如此。所以，战争不可避免，只是不同时代的战争模式和战争形式不断发生着变化而已。

但是无论战争呈现怎样的形式，战争的逻辑是不会变的——“先要保全自己，才能更好地消灭敌人”。战争中，人要学会保全自己，而武器装备要能够抵御强烈的攻击。

穿上“铠甲”，谁都不怕

对于战争中的主要武器，例如坦克、装甲车、军舰，装备坚固耐用的装甲是保全自己最有效的方式。钢是装甲的主要材料，但是普通的钢密度、硬度都有限，使得钢材整体强度不够，无法提升装甲的防御能力。既然普通钢材不行，就需要在钢材中添加其他成分来提升钢材的综合性能。

这时，熔点高、广泛用于灯丝制造的金属钨（W）再一次出场了。

金属钨不但熔点高，而且密度大。在硬度方面，虽然金属钨的硬度没有金属铬的高，但是金属钨的密度却是金属铬的2.7倍，使得两种金属如果分别掺进钢材时，钨钢的密度会大于铬钢，进而钨钢的硬度也会远远高于铬钢。

但凡事都具有两面性。

高硬度、高强度的钨钢虽然可以有效抵御炮弹的进攻，但是这种特性也使得钨钢变得更脆，不易加工。尤其是作为战车装甲，战车的外形不是平面，不可避免地会出现很多曲面或者异形面，钨钢是无法加工成这些不规则面的。故而，钨钢只能用于战车重点部位的防御，例如坦克的正面等。虽然是用于重点防御，也足以极大地提升战车的防御水平，从而在现实战争中体现出强大的战力优势。

攻击和防御，一种元素的两面

攻击和防御是战争的两面，此消彼长，相互博弈。

钨虽然能够让钢材拥有高密度、高硬度、高强度的特性，但是作为防御性的装甲，钨钢的加工和使用受到战车外形条件的限制，钨钢不能做得太过坚硬，所以钨钢装甲并没有将钨元素的高强特性彻底展现出来。

而作为进攻武器，用于击穿钨钢装甲的炮弹弹芯材料就可以不必太在乎材料的加工特性了，而是要将钨元素的高强特性发挥到极致。由此，人们找到了碳化钨（WC）。

碳化钨拥有接近金刚石的硬度，常用来制作切削金属的刀具。当我们将碳化钨与钴元素（Co）形成的合金加工成炮弹的弹芯时，我们就得到了可以击穿钨钢装甲的钨芯穿甲弹。没想到，要打败坚不可摧的钨钢装甲，竟然要使用同样含有钨元素的碳化钨合金材料。在这场巅峰对决中，无论是在进攻方还是在防御方，钨元素都担任着核心角色，还真有点独孤求败的意味呢！

但是，碳化钨合金也不是没有弱点。穿甲弹在击穿装甲的过程中，弹身的纵向会承受极大的剪切作用力，而碳化钨合金弹芯在剪切作用力下，头部会变成蘑菇状，导致弹头变钝，穿甲深度急剧下降。

“核废料”的妙用

“自钝效应”的存在极大地限制了看似“穿甲无敌”的钨芯穿甲弹的效果，于是人们就开始继续寻找既具有高硬度和高强度，而又不会发生“自钝效应”的金属材料。

人们将目光瞄准了一种特殊元素——92号铀元素（U），它也是人类发现的第一种放射性元素。

提到铀元素（U），我们首先想到的一定是它的放射性。铀元素的所有同位素都具有放射性，其中一种重要同位素铀-235是核电站和原子弹的重要核燃料，它的故事我们将会在第三章《在不稳定中寻找价值》中做详细介绍。但是大家不要忘了，铀本身也是一种性能优异的金属材料，而作为金属被广泛使用的是同位素铀-238。

自然界中的铀元素绝大部分为铀-238，占到了铀元素总量的99.28%，而作为核燃料的铀-235则仅占铀元素总量的0.71%，其他铀元素同位素占总量的0.01%，所以铀元素同位素之间的比例是十分不平衡的。

在核工业中，人们需要通过离心的方法将铀-235与铀-238相互分离，在离心过程中，处于离心机中心位置的主要是相对原子质量较小的铀-235，也被称为“富铀”，它们将被拿去作为核燃料使用；而处于离心机外侧的则主要是相对原子质量较重的铀-238，也被称为“贫铀”，这些在核工业中看似没有用的“核废料”却是用于制造穿甲弹的秘密武器。

放射性金属也是金属

铀元素虽然是放射性元素，但它本身也是一种金属元素。贫铀与钛金属等其他金属形成的贫铀合金具有比碳化钨更高的硬度与强度。如果将贫铀合金制作成穿甲弹的弹芯，贫铀弹不会像钨芯穿甲弹一样在强剪切作用下头部变钝。相反，贫铀弹会越来越尖锐，呈现自锐效应，这种特性使贫铀弹的穿甲性能比钨芯弹高15%以上，成为坦克等装甲战车最怕遇到的武器。

同样的道理，既然贫铀合金能够制造穿甲弹，那么也就可以用来制造高强度的装甲。贫铀装甲最早由美国研发，并于20世纪80年代用于制造M1A1主战坦克。1991年海湾战争，美国使用了大量贫铀弹，摧毁了上千辆伊拉克的T72坦克；同时，美国的M1A1主战坦克使用了贫铀装甲，其优异的防御能力居然使其在战争中无一损毁，创造了一个战争神话。到目前为止，贫铀装甲的制作工艺依然是美国军方的军事秘密。

贫铀合金虽然综合性能优异，但是不可避免地具有一定的放射性，而放射性不仅可以杀伤敌方，同时也可以杀伤己方。例如海湾战争后，美军老兵中出现了“海湾战争综合征”，癌症多发，这就是美军大量使用贫铀弹而导致的本国士兵受到核辐射的恶劣结果。

把金属做成玻璃

无论是碳化钨合金还是贫铀合金，这两种材料都呈现晶体结构。然而，结晶会不可避免地产生晶体缺陷，具有缺陷的晶体就较为容易形变或者被破坏，宏观的体现就是材料强度不够且韧性不足。

由于金属材料都极易形成规整的晶体结构，所以要想突破金属材料的性能瓶颈，就要突破金属结晶的约束。如果能在材料成型的时候阻止金属结晶，并让金属形成无定形态，那么金属的强度和韧性都会得到极大的提升，而这种不结晶的金属则被称为金属玻璃。

如果将钨合金制作成金属玻璃，再将钨合金玻璃制作成穿甲弹，这种穿甲弹的攻击效率将比钨芯穿甲弹高20%以上，并且高于贫铀弹，这种金属玻璃穿甲弹被认为是未来可能最强的穿甲武器。

而人类想到了一个更加巧妙的方法：在金属中掺杂一些杂质元素。杂质元素无法与合金金属共同形成晶体，并且可以阻止金属的结晶过程，再配合特殊的工艺过程，我们就可以得到完全不结晶的金属玻璃。

相信随着金属玻璃材料的不断发展，金属这种古老的材料类别将会焕发出新的生机与活力。

人类在战争中更需要保护

战场上，武器装备虽然容易受到攻击，但是凭借其坚硬的装甲，武器自身的防御能力往往较高。相比之下，处于枪林弹雨中的士兵其实更加需要保护，对士兵最基本的保护就是穿上防弹衣，让他们免受枪弹的威胁。

小朋友们在电视或者书本上都见过骑士们穿戴的厚重的铠甲和头盔，那是中世纪冷兵器时代的金属护甲，也是最早的“防弹衣”。然而，19世纪以后，随着火器的进步，这些金属护甲变得不堪一击，人们只能不断地增大它的厚度来提高对枪弹的防御能力。但是，越来越厚重的护甲使得穿戴者的移动能力大大减弱，一套护甲的重量有时甚至可以达到数十公斤，在战场上失去了使用价值。直到20世纪初期，防弹衣的主要材料仍以金属为主，由于其重量过重，严重降低了部队的机动性。在第一次世界大战期间，防弹衣并没有在战场上大规模使用，大量的士兵在战争中受伤或牺牲，导致了惨重的生命损失。

以柔克刚的绝技

同学们可能会想，是不是只有把防弹衣的材料做得越来越硬，越来越强，才可以更好地抵御子弹的攻击呢？这看起来似乎是一个显而易见的问题，防弹衣的材料越硬，自然是防弹性能越强呀！可是，这个问题的答案却是否定的。防弹衣不是越硬越好，一些柔软的物质反而能起到更好的防弹效果。其实对于这样一个答案，我们不必惊讶，老子早在几千年前就告诉过我们“以柔克刚”的道理，这个世界总是充满了看似矛盾却又是统一的道理。

事实上，在19世纪就已经有人尝试将轻薄柔软的丝绸制成防弹衣，看起来弱不禁风的丝绸，在形成紧密的编织结构后，居然能够起到防弹的效果。到了20世纪40年代，化学纤维逐渐成为防弹衣材料的主流。美国在朝鲜战争中率先使用了尼龙纤维（用于制造冲锋衣、运动衫、丝袜的纤维材料）制成防弹衣。到了70年代，美国杜邦公司发明了名为“凯夫拉”的芳纶纤维（简称凯夫拉），防弹材料从此翻开了新的篇章。

凯夫拉的化学结构是聚对苯二甲酰对苯二胺，是一种高分子化合物。它具有十分优异的抗拉伸性能，相同质量的凯夫拉和钢铁，凯夫拉的强度是钢铁的5倍。与硬质防弹材料的防弹机理不同，以凯夫拉为代表的软质防弹材料在受到枪弹攻击时，纤维会产生拉伸形变，子弹的冲击能量会被纤维的形变过程吸收，就像是往一张床单上扔一块石头，无论你用多大的力气，石头都会被柔软的床单拦截下来。凯夫拉防弹衣的发明，极大地降低了警察等高危群体的死亡率，挽救了无数宝贵的生命。

防弹衣不是万能的

尽管防弹衣可以大幅地减小枪弹对人体的伤害，但防弹衣并不是万能的，它不能挡住所有的子弹。这是因为，子弹在击中目标后会产生巨大的冲击力，而防弹衣对子弹能量的消解能力是有限的，即使避免了子弹的贯穿伤，也很难完全避免巨大的冲击力对人体造成的伤害。

事实上，为了起到更好的防弹效果，防弹衣不能仅是“硬”的或是“软”的，而应该是“软硬结合”的复合式结构。这种复合式防弹衣在受到子弹攻击时，其外层的金属或陶瓷硬质防弹层首先与高速子弹发生碰撞而破碎，消耗掉子弹的大部分能量；软质的纤维防护层则作为第二道防线，发生拉伸形变，进而吸收掉子弹和破片的剩余能量，阻止形成贯穿性的损伤。因此，“软硬结合”的复合防弹方案，能为身处危险的人们带来更全面的保护。

“吃软不吃硬”的液体

除了上面提到的用金属、陶瓷和纤维制成的防弹衣，还有一类神奇的材料也可以用来做成防弹衣，这就是某种特殊“液体”。小朋友们可能会好奇：液体是可以流动的，我们的手都可以轻易地进入液体的内部，它怎么能阻挡高速飞行的子弹呢？这是因为，液体防弹衣里使用的可不是普通的液体，而是一种“吃软不吃硬”的特殊液体。

为什么说它“吃软不吃硬”呢？举个例子，如果我们缓慢地把手伸入这种液体时，它会表现得非常柔软且有流动性，可以让手顺利地伸入，最终把手淹没。但如果我们用锤子迅速砸向它，它则变得十分坚硬，甚至能把锤子弹开。如果我们将这种“吃软不吃硬”的液体与凯夫拉等纤维进行复合制成防弹衣，当身体受到子弹攻击时，防弹衣里的特殊液体就可以充当硬质防弹层，在一瞬间变得像固体一样坚硬，吸收和消耗掉子弹的冲击能量，起到保护人体的作用。这种液体防弹衣穿起来会比装有陶瓷或金属的防弹衣更加舒适，更有利于保护我们的生命。

既然有“吃软不吃硬”的液体，那有没有“吃硬不吃软”的液体呢？当然是有的。比如小朋友们在超市经常会看见一种类似于固体的酸奶，如果我们不搅拌它，只是缓慢地倾斜酸奶杯，里面的酸奶并不会流动，但如果我们用勺子快速地搅拌，就会发现它变得越来越稀，像普通的液体一样。

不管是“吃软不吃硬”，还是“吃硬不吃软”，在学术上它们都属于一类特殊的物质——“非牛顿流体”。我们生活中最常见的水就不具有以上这些特殊的性质，不管是快速地还是缓慢地搅拌或撞击，水表现出的性质都是一样的，所以水是一种“牛顿流体”。

非牛顿流体广泛地存在于我们的生活中，比如人们身上的血液、淋巴液，以及酱料、牙膏、许多高分子溶液等。如果小朋友们感兴趣，可以自己动手制作非牛顿流体。最简单的方法就是把淀粉和水混合，制成均匀的糊状物。把手轻轻放入，它像水一样可以流动，但是用你的拳头砸向它，你会发现它很坚硬哟！砸的力气越大，它就越是坚硬。如果你用的容器足够大，还可以在上面跑步呢！