科学网—水是不是材料
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2026-5-3 20:33
| 系统分类: 科普集锦
水是不是材料
水是材料吗？这是我的一个同事提出的问题。如果不是专业的材料工作者，估计不会这样较真儿，钻牛角尖儿，提出这样古怪刁钻的问题。每次讲课讲到材料的定义，我都告诉学生我给不出材料的准确定义。因为定义不明确，确定水这种物质是不是材料才会有疑问。
一般认为材料是固态的，如此说来水自然不是材料。不过材料并不总是固态的，比如已经广泛应用的液晶就是材料，液体火箭发动机所用的燃烧剂液氢、偏二甲肼、煤油等也常常被称为含能材料。既然液体也能被称作材料，就不能用这个理由否定水是材料。不过水毕竟不是液晶，和火箭燃料也不沾边儿，也不能以这个理由判断水就是材料。
实际上，金属材料人们应用最广泛的材料之一，我们应用金属材料一般是用其固态，如钢铁、铝合金、铜、金银等，都是用其固态。但我们讲金属的组织结构时，却要从其液态讲起，因为冶金把矿石还原成金属单质之后，对金属的第一步加工就是浇铸。要得到期望的固态金属组织结构，必须在其液体状态就进行合理的调控，比如控制浇注温度、进行孕育处理等。在浇铸温度方面，温度低有利于获得性能好的细晶粒，但温度过低则会导致流动性差，有填不满铸型的危险。孕育处理则是向液态金属中加入不融化、不溶解的人工晶核，是细化晶粒的常用方法。这里我们看到，尽管金属应用的常态是固态，但并不妨碍我们把液态金属同样叫做材料。
如此，如果固态的水，也就是冰雪，能作为材料使用，则液态的水同样可以称作材料。那么，冰雪是否能够当作材料使用呢？当然能，而且在很多场合都能。比如，因纽特人的冰屋就是用雪作材料的。虽然冰屋是用雪垒起来的，但人住进去以后其内部难免有雪融化后再结冰，这里冰雪都成了建筑材料。
图1 因纽特人的冰屋
这样，水是材料应该无疑了。那么，水应该归为哪种材料呢？水的分子式为 H 2 O ，从化学组成上说水应该是无机非金属材料。冰和雪都是晶体，雪花实际上就是小冰晶，所以从晶态结构上说水是晶体材料。
图2 冰晶和雪花的形状
除了作建筑材料，水（冰）作为材料还有多种用途。比如，东北人用水桶冻出一个冰壳，倒出中间的水，在里面放一支蜡烛，就做成了一个冰灯，这里的冰相当于玻璃，起透光的作用，就成了光学材料。还看到有小说讲到探险家在绝境中把冰磨成了凸透镜，用来会聚阳光，升起了火，避免被冻死，这更是把冰当成光学材料的天才构想，只是不知道是不是真的有人这样用过。把冰块磨出尖儿来或者用带尖儿的冰溜子来猎获野兽或作战斗的武器，似乎在金庸的小说中也看到过，这里冰就成了结构材料了。冰场、哈尔滨冰雪大世界长长的冰滑梯、冬奥会上冰车、冰橇的滑道，都是用冰作材料，这里冰就成了体育用材料了。说到冬奥会，说到运动，人们常常看到受伤的运动员用冰敷的办法止痛消肿，还可以用冰敷减轻烫伤的痛苦，这里冰成了医用敷料。这敷料也是一种材料应用，比如用来作敷料的膏药就是医用材料，用来作敷料的冰当然也就是医用材料。
甚至，液态的水也可以用作材料。比如，哈尔滨的冰雪大世界，从松花江上捞上来大冰块，切割成合适的尺寸，制成冰砖，垒成冰城墙、冰塔、冰火车、冰钢琴等等形状，再雕刻成千姿百态的冰雕，这里是用冰作建筑材料或结构材料。可这冰砖堆砌时用什么来粘结呢？难道是用水泥？当然不是，用水泥这冰雕就带上水泥的颜色了，何况在那么低的温度下水泥也不能施工。那么用透明胶水？当然用透明胶水不会影响冰的透光性，可这胶水一来成本高，二来在那么低的温度下也会变得硬脆，失去粘性。其实，聪明的工匠们就简简单单地用水作粘结材料。垒一层冰砖，泼一层水，赶紧再垒上一层，冰砖就冻结在一起了。在这里，水成了粘结材料。还有，在碗或杯里装上不同量的水，则敲打碗或杯时，会产生不同高低的声音，调节不同碗的水量，就可以用一组碗作成一个能敲击的“琴”演奏乐曲。这里是用水的多少调节碗发声的频率，所以水成了一种声学材料。
现在，我们就可以大大方方地说：水确实是一种材料，从化学成份上论它是无机非金属材料，从晶态结构上说它是一种晶体材料。从用途上论，它可以是建筑材料、结构材料、光学材料、声学材料、医用材料、体育用材料、粘结材料、声学材料。所以，水是不是材料，到这里就不成为问题了。只要我们开动脑筋，在生活中仔细搜寻，就可以发现水作为材料应用的众多场景。亲爱的读者，您是不是还能举出水作为材料的其他应用场景呢？
图3 冰雕
图4 用水碗制成的“琴”演奏
20260430 晚构思于由南口下课回家的班车上
20260503 写改毕。
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