铝和铜哪个密度大（铝铜铁密度大小关系）

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前言

在《数字化和铝》一文中，大概聊了下生产力更替在材料史上的反应，即石器—青铜—铁器—铝的进化历程。如果从材料主要构成元素单质来看是硅—铜—铁—铝的进化历程。

人类生产力发展史上为什么会是这样一个进化路线，铝之后又会有其他元素单质么？

可得性和材料性能的历史权衡

其实生产力迭代的历史，或者说根本逻辑是在大规模可得材料里选择性能最好的材料。这句话有两个要点：大规模可得和性能最好。这两个要点是递进关系，也就是在满足要点一的前提下，选择要点二。

在石器时代人们为什么会选择以石器材料为主呢？

我们站在历史后来者的角度来看，铁比铜好，铜比石头好，那原始人为什么不一开始就以铁为主要工具呢？

因为不管是铜还是铁都需要以高温从矿石中冶炼出来，其中青铜是800度左右，而铁要去到1000度以上。对于原始人而言，其日常用火根本达不到这一温度，但是岩石是随处可见，打磨石器也不需要高温，只需要人力耗就可以了。也就是说从原始人角度来看，石器原料随处可得，打磨简单，是大规模可得材料，而铜铁不是。

随着人类生产力发展，人类用火温度逐步稳定在800度以上，这时青铜和石器一样成为大规模可得材料，但是因为青铜性能远好于石器，所以青铜就逐步代替石器成为人类主要使用的材料。

铁器对铜的替代也是如此，当人类用火温度逐步稳定在1000度乃至更高时，铁和青铜一样成为大规模可得材料，但是因为铁性能优于青铜所以对其形成了替代。

为什么现在铝材在建筑、机械设备、汽车等多个领域对铁基材料形成替代呢？

因为铝冶炼技术进步导致成本降低，在大多数行业和铁基金属一样成为大规模可得材料，又因为其性能明显优于铁基材料，所以形成了铝对铁基材料的大规模替代。

那么铝对铁基材料替代是要等到铝冶炼成本低于铁么？

不是。

因为人类会因为自身需求对产品性能差给出溢价。而需求要求越高需求对产品给出的溢价也是越高，这就是为什么铝大规模使用先在宇航领域出现的原因，然后向下逐步扩散到其他领域。铝材在汽车等行业渗透也是从高端产品入手，逐步向下渗透到低端产品。

从历史发展脉络来看，人类随着自身的发展是越来越愿意为这种性能溢价买单。比如老一辈人往往愿意买低价但是更费力的产品，用时间换钱。如洗衣服以手洗为主。而年轻人往往愿意买高价但是更省力的产品，用钱换时间，如洗烘一体洗衣机等。

原因很简单，随着生产力发展，每个人的时间价值在逐步提升，那么每个人的时间也就会越来越值钱，自然愿意为节省自己时间而花越来越多的钱。

所以铝基材料对铁基材料替换是会随着生产力进步逐步加速。

那么铝之后会有其他材料对铝形成再度替代么？

有，碳。

从铜到铁再到铝，我们可以看到随着人类生产力的发展对材料轻量化的要求是越来越高。从元素周期表来看，铜密度最高，其次是铁，最轻是铝。在铝之下还有密度更轻的金属元素，但是其在日常使用中稳定性差，不适合大规模应用，所以材料轻量化在金属领域的终点应该就是铝了。

但是铝之后大规模可得材料还有非金属元素——碳，不过碳基材料制备成本都很高，比如铝冶炼成本在12000元/吨左右，而常用碳纤维成本基本没有低于10万元/吨的。

碳之后还会有其他材料对碳形成再度替代么？

有，氢。

在理论上，氢是可以制备固体金属氢的，只是限于目前人类的技术水平，能否制备出金属氢是有待确认的（2017年哈佛金属氢论文因可重复性有重大争议）。

从元素单质角度来看，氢元素应该是我们材料对元素级别利用的终点了，那么之后会还会有更好材料对其形成替代么？

应该也会有，这可能就需要人类技术对材料利用从原子层面向更微观处深入了。

结语

很多事物发展的背后都是有其客观规律存在，依靠客观规律我们可以预测事物的发展。

在不了解规律时，我们会觉得这类预言很神奇，而了解之后我们就会明白这是历史的必然。