奇妙的渐变发明法

劳永新

在自然界中，普遍存在着渐变和突变两种事物发展的形式。“渐变”又分为量的渐变和质的渐变。量的渐变是指量的增加或减少；质的渐变是指旧质的逐渐衰减和新质的逐渐积累。突变则是质变的另一种形式，是不经过任何过渡阶段从一种质态到另一质态的飞跃。

渐变有其优点，可被广泛用于各种材料中。在异物复合材料制备过程中，人工制造的梯度功能渐变材料的空间的某个方向上发生连续渐变或阶梯渐变，从而使材料的性质和功能也呈连续渐变或阶梯渐变。渐变材料的研究开始于航天飞行器的研究，高速飞行器的表面温度可高达2000℃，而且发动机燃烧室壁的内外温差大于1000℃。这时就需要在燃烧室内壁用耐热搪瓷，而外壁接触冷却介质的一侧则要用导热性好、机械强度又高的金属；而且使中间层的成分连续渐变，缓和因两侧巨大的膨胀系数差别而产生的热内应力。

现在梯度功能渐变复合材料的应用还扩展至能源、化工、冶金和热电、压电、光电、电磁及生物医学工程等领域。例如在渐变掺杂的异质结半导体材料、梯度功能胶、梯度自润滑材料、梯度渐变孔径的过滤材料、渐变多焦点眼镜、渐变滤光镜和渐变型塑料光纤材料等的应用中都显示了突出的优点。

用于隐身飞机机身的电阻渐变型吸波材料由多层薄膜或纤维复合材料的电阻片构成，其中间层数越多，吸波性能越好。它由于渐变具有优良的可设计性结构，通过控制电介质材料的厚度、损耗系数及阻抗等，能够使雷达吸波材料具有宽频吸收效率。基区渐变分层掺杂的异质结半导体功率二极管比普通的PN结半导体功率二极管的反向恢复快，有利于降低功耗，可用作电力电路中的开关电源。类似渐变分层的复合材料还有梯度玻璃化温度复合聚合物和梯度复合硬质合金等。

耐高温复合材料管中要通高温液体或气体，可以内衬耐高温环氧树脂胶。但耐高温胶的分子链刚硬，或者交联密度高，因而硬脆，变形能力小，耐冲击性能偏低。可逐渐改变其分子链中增韧链段的组成比例，固化后，其耐热性、粘接强度和冲击强度等性能也会随之连续缓慢变化。由于组成渐变使得梯度功能环氧树脂胶的内层耐高温，而使得外层韧性好。梯度自润滑滑动轴承由承压层、固体润滑层和中间过渡层组成，而中间过渡层由承压层材料和固体润滑层材料按比例混合构成，由于其构造和具有的渐变性，梯度自润滑滑动轴承具有更高的强度、更好的减摩性以及更优的综合性能。梯度渐变孔径的滤芯或微滤膜管的孔径由外到内逐渐变小，固体微粒先堵塞大孔，沉积在膜管表面，进不了小孔而形成滤饼，由于孔径渐变延长了使用寿命，因而广泛用于水、化学溶剂、油品、饮料等液体的过滤中，以滤除其中的固体颗粒及胶状物质。

渐进多焦点眼镜片将远视老花镜与近视镜结合起来，上部远用，下部近用，中区提供了从远视到近视焦点连续渐变的视觉，由于其渐变特性，老人使用时无须经常换戴老花镜与近视镜，使用方便。控制延缓型多焦点眼镜是供青少年近视患者使用，戴上渐进多焦点镜片，可以控制和延缓近视的加深。渐变密度的中性滤光镜由半块清晰的玻璃和半块有渐变密度中性灰色玻璃组成。在用数码相机拍摄亮度范围极宽的日出日落，并且有天空陆地的景色时，使用渐变密度的中性滤光镜来压低高光区，拍出来的景象就会美丽而真实。渐变型聚合物光纤的折射率沿轴向从纤芯到皮层呈抛物线地逐渐变小，使不同入射角的光线会聚于中心轴线，大大降低了因入射角不同、各光束到达接收器时间不同而产生的脉冲展宽现象，所以渐变型聚合物光纤的频带宽。加上它比石英玻璃光纤的芯径大，有柔软性好、成本低、易安装、抗电磁干扰和抗冲击等优点，从而得到迅速推广。

渐变有其优点，还可被广泛用于各种机械中。渐变齿厚齿轮的齿面为沿齿厚方向渐变成鼓形齿面，补偿了由于传动轴变形对轮齿啮合的影响，使齿轮啮合平稳，减少齿轮啮合的冲击和噪声，提高了机器的使用寿命。而渐变螺旋角齿轮的各齿和同一齿上啮合点处的螺旋角都逐渐变化，传动时不仅可改变转速的大小和方向，而且可使两齿轮轴线间的空间夹角按要求变化，产生有规律地摆动。渐变的钢板弹簧由主簧和副簧组成：当载荷较小时，只有主簧起作用；当载荷较大时，副簧与主簧开始接触，副簧开始起作用；随着载荷的增大，接触范围逐渐增大，当载荷更大时达到完全接触状态，主簧和副簧便成为一体，共同承受载荷。它起到缓冲、减振的作用，可以保证汽车在各种载荷下，都能得到良好的平顺性和乘坐舒适性，广泛应用于轻型和微型汽车的车身和车轮间的悬架系统。在导流隧洞和泄洪洞的出口方变圆等情况时，都需要形状渐变，以减少材料的应力。

温度梯度凝胶电泳仪利用生物大分子的变性温度不同而将其分离，其温度梯度由微处理器控制，由于温度渐变，分离工作稳定可靠，操作简便快速、重复性好、加样量小，用于鉴定分析DNA和蛋白质。采用光致变色染料及不同的光源可进行毛皮的渐变染色，丰富了花色品种。美国发明了颜色渐变式迷彩作战服，而且能在自然光下变色，伪装的效果超过一般的迷彩服。

热核裂变反应也是利用了渐变的优点。可燃气体和粉尘的燃爆和核爆炸等都是链式反应产生的压力和温度等的突变，不易控制，瞬间释放出的能量有巨大的破坏和伤害作用。热核裂变反应是用热中子打入铀－235的原子核引起的核裂变链式反应，科学家用一定量的含轻原子核(氢、氘、碳、铍等)的物质，用普通水、重水、石墨和铍等作慢化剂，由核裂变产生的快中子同这些轻原子核碰撞来减慢核裂变反应的速度，使突变变成渐变，才能利用热核反应堆放出的能量作为能源。目前正在研究氢的同位素氘与氚的核聚变反应的控制技术，企图用惯性约束和磁约束等方法来实现可控核聚变反应，同样是使突变变成渐变的问题。

另外，一些取得成功的重大社会变革也是利用渐变的优点。在极其复杂的社会改革中，特别是当变革中牵涉到各阶层或各方的切身利益时，渐变式的改革能取得很好的成效。历史事实证明：分阶段渐变式的改革所受到的阻力比较小，改革容易获得成功，例如1949～1953年台湾的第一次土地改革。1949年国民党退居台湾后，蒋介石总结在大陆上失败的教训，意识到解决土地问题就会获得大多数农民的支持。在土改中贯彻“农民获地，地主得利”的双赢方针，对地主的土地采取和平、温和的赎买方法。土地改革分三个阶段渐进。先实施“三七五减租”，规定地主对佃农的租额不得超过全年收获的37.5％，租率下降使地价随之下降。然后实行“公地放领”，把“国有”及“省有”的耕地卖给农民，允许分期以租金交付，使他们成为自耕农又不增加农民负担，并为下阶段强制地主卖地树立了榜样。用“耕者有其田，有其田者耕”的政策迫使地主陆续把超额的地卖给政府，只留下本户有力量“自营”、“自耕”的部分，而地主可获得赎金或债券并引导转向投资工业，同时提供专项贷款支持佃农购买土地。这次土地改革极大地刺激了农民的生产积极性，推动台湾当地经济快速增长。

俄罗斯的改革照搬西方模式，从“民主体制+市场经济”的“理想模式”出发，搞“突变”式改革，企图一步到位，反而一时造成了经济的大震动和大破坏，使一个“超级大国”衰落了。20世纪70年代末，中国的经济改革走了一条从中国国情出发，“摸着石头过河”，不断探索，不断推进，不断完善，逐步形成了一条中国特色的渐变式的改革道路。自改革开放以来，中国经济连年以近10％的平均增长率迅速发展，目前已发展成为世界第四大经济体，第三大外贸出口国，第一大外汇储备国。比较中国和俄罗斯的改革，社会是一个非常复杂的系统，其改革转型需要一个较长的过程，走“渐变”式的改革之路才能取得更好的成效。

渐变和突变是事物普遍存在的两种形式，两者是辩证统一的。因此。渐变发明法是作为通用的发明方法，在消除突变而出现弊端中发挥重要作用，广泛应用于人们学习、工作、生活中。