一看題目,就有些令人奇怪。蝸牛和飛機,一個在地上爬,一個在天上飛,它們之間有什麼相干?但事情就是這樣有趣。
那是1988年，歐洲共同體國家為了響應聯合國環境規劃署的倡議,經過長達六年的協商後,一致同意各國共同努力減少大氣污染,其中包括減少有害氣體氧化氮的排放。特別是英國、法國、德國、義大利、西班牙、荷蘭、比利時、丹麥、愛爾蘭、希臘、盧森堡等十二個國家還簽訂了保證書,保證到1998 年要把氧化氮的排放量比1980年減少33%。
英國是工業發達國家,汽車、飛機和各種火力發電廠在這個面積不大的國家排放出大量有害氣體。尤其是飛機排放的氧化氮對大氣的影響不可輕視。人們或許奇怪,飛機燒的是汽油,怎麼會排放氧化氮呢?這引起了英國劍橋大學材料科學系的研究人員比爾·克萊格的興趣,並參與了弄清和解決這一問題的研究。首先他和他的同事弄清楚了為什麼飛機燒汽油會排放出氧化氮的奧秘。原來它和航空發動機所用的材料有關。一般的航空發動機的渦輪葉片都是用耐熱合金製造的,但耐熱合金在溫度達到1000℃以上時,強度就會降低變軟。但驅動渦輪葉片的火焰氣體溫度卻高達2000℃。為了使渦輪葉片不變軟,現在採用的方法是吹一層冷空氣膜把熾熱的火焰和葉片表面隔離開來同時冷卻葉片。但是在冷卻空氣膜和火焰接觸混合後,溫度會立即升高到 1800℃~1900℃。在如此高的溫度下,空氣中的氮和氧就會發生化學反應,形成氧化氮這種有害氣體。
克萊格和他的夥伴們想,要去掉氧化氮,首先要廢除用空氣冷卻葉片這種原始方法。但如果不用冷卻空氣，就必須提高葉片的耐熱溫度。可是現在最好的耐熱合金也只能耐1100℃左右的高溫。於是他們就想利用能耐1500℃以上高溫的陶瓷製造渦輪葉片。但是現在大多數陶瓷都很脆，一碰就碎。怎樣才能得到又硬又不脆的陶瓷呢?克萊格想起了蝸牛。他知道別看蝸牛的肉軟乎乎的,可它背上背的那個薄薄的殼卻硬而不脆。蝸牛殼為何有此特性呢?克萊格用顯微鏡觀察了蝸牛殼的結構。結果發現蝸牛殼是由許多碳酸鈣層和薄薄的蛋白質層交替地組成的,就像千層餅似的結構。那些碳酸鈣層雖硬而脆,但它們之間夾著的蛋白質卻很柔韌，即使有一兩層碳酸鈣碰裂了，但夾在其中的蛋白質層能擋住這些裂紋擴大延伸，因此整個蝸牛殼就又硬又不脆。
於是克萊格在1994年仿照蝸牛殼的結構生產了一種千層餅似的層狀材料,是用150微米厚的碳化矽陶瓷片和5微米厚的石墨片交替地疊加,再加熱加壓而成的。因為石墨層很軟而耐熱,即使受到碰撞,它能分散碰撞時的應力並防止已開裂的個別碳化矽層的裂紋擴大。現在克萊格已經製成了這種蝸牛殼結構式的材料,並在航空發動機的燃燒室內成功地進行了試驗。果然使化氮的排放量大大減少。