【未解之谜】古纳米技术 大马士革刀凌空斩纱

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大家好,我是扶摇

公元1192年,中世纪欧洲第三次十字军东征即将结束时,谁也没办法征服谁,基督教世界与伊斯兰世界终于决定握手言和了。十字军派出的谈判代表是骁勇善战的英格兰国王理查一世,人称“狮心王”(Richard the Lionheart),而对方则是伊斯兰世界的传奇领袖,埃及苏丹萨拉丁( Saladin),也是理查一生的宿敌。

英雄相见,惺惺相惜。当然也少不了互相秀一下肌肉。

狮心王理查首先表演。只见国王随手拿过身边侍卫的一根权杖,直径大约4厘米左右的一根铁棍, 把它放到木头上,抡起手中的宽刃长剑,手起剑落,权杖应声断为两截。

萨拉丁苏丹满口夸赞,随手拿起一个填了羽绒的丝绸靠垫,立着放在地上,“我的兄弟,你的兵器可以切断这个靠垫吗?”他问道。

“不行,肯定不行”,狮心王回答,“世界上所有刀剑,即使它是亚瑟王之剑,也不能。”

“那请你注意了。”萨拉丁苏丹边说,边卷起自己长袍的袖子。只见他伸手抽出自己的弯刀,非常敏捷地拖着刀划过靠垫,看起来都没怎么用力,靠垫就像是自己破裂一般裂为两半了。

“这是魔法骗术。”狮心王说道。

萨拉丁苏丹似乎也理解他的困惑,然后他解下一直戴着的面纱,并把它横搭在自己弯刀的刀锋上,缓缓向外伸出弯刀,然后突然抽刀,面纱瞬间裂为两片,缓缓飘落。旁边观看的欧洲骑士们惊讶得目瞪口呆。

大马士革刀凌空斩纱

这个“凌空斩轻纱”的比武故事收录在小说家沃尔特‧司各特(Walter Scott)的著作《护身符》 (The Talisman)中。沃尔特‧司各特是18世纪末苏格兰著名的历史小说家,最擅长写演义类小说,类似各种欧洲版的《三国演义》、《水浒传》等等。

因为是演义嘛,个中细节有没有夸张的成分咱就不清楚了,不过据说使用这种弯刀的武士在检验自己刀法是否纯熟的标准就是最后能不能做到“凌空斩轻纱”。所以司各特的这番描述倒也不算是空穴来风。而这场和谈历史上也的确是有的,最后签的那份停战协议,就是著名的《雅法协定》。

而两位伟大的君王也确实非常欣赏对方。在签订条约后,双方互赠许多礼物表示尊敬。不知道萨拉丁所赠礼物当中是否有这种锋利的弯刀,不过这种刀从此以后就备受欧洲贵族追捧。因为产地来自于叙利亚首都大马士革,所以人们称这种刀为大马士革刀。

大马士革刀其实是有很多品种的,这种弯刀因为在战场上断金切玉、所向披靡而广为人知,所以就成了大马士革刀的形象代表。而这些刀的共同特点就是,不但锋利到了惊世骇俗的程度,而且非常柔韧,刀口不容易损坏,历久弥新,同时也很好辨认,就是刀身上都有锻打中形成的特别的花纹,叫做“默罕默德纹”。

绝世好刀的打造条件

到了近代,大马士革刀甚至被推崇为世界三大名刃之首,力压马来克力士剑和日本武士刀。那它为什么有着其它兵刃无法企及的性能呢?

扶摇来给大家慢慢说道说道。

要打造出一把绝世好刀需要两大条件,缺一不可——好的钢材和技艺高超的铸剑师。

大马士革刀用的钢材是产自于印度的乌兹钢(Wootz steel),而且只能用印度乌兹钢。为什么呢?几百年来众说纷纭,不过一般认为乌兹钢特殊的坩埚炼钢法,也就是在1000℃的低温下冶炼,很可能是它能够雀屏中选、成为世界第一名刃原材料的最大原因。这里说的低温是相对其它炼钢炉来讲啦,因为一般炼钢炉温度会在1600℃以上。

而它锻造的技艺也很特别。锻造时也必须低温,即中国的所谓“冷锻”。锻打时温度只能控制在300度左右,不能太高,也不能太低,铸剑师需要从火焰颜色的微弱变化中来判断钢坯的温度,选择合适的锻打时机,温度稍微高一点,成品就可能沦为凡品,达不到削铁如泥的宝刀那个级别了。这就需要非常高超的技术和经验。而在其后的“淬火”过程中也是一样,温度都不能太高。

这就很有意思。因为一般炼钢,温度越高杂质就越能去除干净,成品品质也就越好。而在制作刀剑时一般也都会选择在高温下进行锻造,因为钢铁在高温下可塑性比较好,容易操作嘛。然而这兵器谱上排名第一的刀却反其道而行之,这是为什么呢?

有人说啊,大马士革刀之所以性能优越是因为体内有神奇的碳纳米管结构。如果高温锻造,碳会大量流失,碳结晶也会被破坏,那碳纳米管结构可能也会随之解体,那么锻造出来的刀就跟一般刀没太大区别了。

纳米管结构是1991年日本物理学家饭岛澄男发现的。它是一种管状的碳分子,管上每个碳原子相互之间形成由六边形组成的蜂窝状结构,然后再组成整个碳管。管子非常细,只有纳米尺度,几万根碳纳米管并起来也只有一根头发丝宽,碳纳米管的名称也因此而来。碳纳米管的硬度非常高,与金刚石相当。金刚石就是我们一般所说的钻石,是世界上最硬的天然物质。然而与金刚石不同的是,碳纳米管同时也拥有良好的柔韧性,可以拉伸。

而且研究还发现,碳纳米管强度比同体积钢的强度高100倍,重量却只有后者的1/6到1/7。碳纳米管因而被称为“超级纤维”。

大马士革刀含碳纳米管

大家看到这里想到什么没有?这碳纳米管怎么看着跟大马士革刀的性能挺像的呢?的确如此。因为大马士革刀中也存在着碳纳米管结构啊。

这是德国德勒斯登科技大学(TU-Dresden)物理学家彼特‧鲍夫乐(Peter Paufler)和他的研究团队在2006年11月发现的。他们从一份十七世纪大马士革刀的样品中发现了微量的碳纳米管。他们推测:在制造大马士革刀的过程中,一些催化元素渗入钢铁中导致碳纳米管成长。大马士革刀的机械性质与众不同,碳纳米管的存在有可能是关键因素。他们的研究成果刊登在了当月的《自然》杂志上。

这也就是说,在差不多1000年前的古代,人们已经懂得并利用纳米技术了。在前几期关于德里铁柱的节目中我们曾经讲解过,所有的钢铁严格来讲,其实都是碳铁合金。那为什么只有在大马士革刀的制造过程中能形成高硬度、高强度的碳纳米管结构呢?而其它钢铁就不行呢?

古人们又没有显微镜,更没有现代完善的监测系统,而且全程手工操作,又是怎么做到让这些肉眼看不到的碳原子乖乖听话、手拉手组成这种特别结构的呢?而形成的过程是在坩埚炼钢的时候呢,还是在锻造或者最后淬火的环节?催化剂又会是什么呢?

可惜大马士革刀的制造技术在18世纪突然消失,所有这些问题也就成了未解之谜。由于制造技术和原材料产生太多改变,再次复制大马士革钢几乎已经是mission impossible——不可能的任务了。

那有朋友可能会说,现在市面上也有很多大马士革刀卖啊。怎么说呢,现在好像身上有花纹的都叫大马士革刀了。其中也有当代铸剑师手工打造的,不过用的不是乌兹钢,因为乌兹钢现在也已经绝迹了,锻造手法上也有所不同。花纹虽然也有,模样看着也很像,但没有碳纳米管加持,性能上的确不可同日而语。起码到现在为止,扶摇还没听说过哪位铸剑师或刀剑爱好者成功挑战过“凌空斩轻纱”。

古代兵器含现代高科技

其实在古代兵器中应用高科技的还不止是大马士革刀。比如说,1965年湖北楚墓出土的越王勾践剑。越王勾践就是春秋五霸之一,“卧薪尝胆”的那位。所以这把剑有超过2000年历史了。然而,出土时却依旧如新,寒光四射,锋利无比,没有一点生锈的迹象。

研究表明,千年不锈的原因在于剑的表面有一层10微米厚的铬盐化合物。这一发现立刻轰动了世界,因为这种“铬盐氧化”处理方法被认为是近代才出现的先进工艺,最早在1937年才申请的专利。这把剑现在收藏在湖北省博物馆。大家有机会可以去观摩一下。

还有就是西安兵马俑中发掘出来的青铜剑。有一把青铜剑,被压在一个重达150公斤的兵马俑身下,剑身弯曲超过了45度。在考古专家移开兵马俑后,青铜剑瞬间恢复原状,在场的专家无不目瞪口呆。后来请教了冶金专家,回答是,这是“形状记忆合金”材料才有的现象。“形状记忆合金”现象可是1950年代才被科学家们注意到,然后应用到材料科学中去的呀。

有时候想想,我们真的不能小看古人的智慧。我们的老祖宗曾经有过很多不亚于现代技术的发明创造,只是因为战乱和社会动荡,或者其它种种原因,没能流传下来罢了。扶摇以后会跟大家慢慢介绍的。

未解之谜】节目组制作

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责任编辑:李维真#

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