冬天来了，随着气温逐渐降低，到处结冰的日子也快到了。
说到结冰，相信很多朋友们都有过看着漂亮的、刚刚冻上的冰面时，
心里突然涌出一股狠狠轰碎它的
冲动的经历~
但是有一种冰却能做到“
怎么砸都砸不碎
”，关于它的传说在互联网上流传了许多年，甚至二战期间的英国海军都打过类似材料的主意。
这种材料背后也隐藏着材料学中相当常见的结构增强技术的相关知识。
今天就让小编和大家一起来分享一下有关这些“
掺了东西的冰
”的小故事以及相关的知识吧！
在互联网上流传着这样一个故事：普通的冰块虽然坚硬，但只要力气够大总是能被敲碎的，但如果在冻之前
在水里加了棉花
，那这块冰就会变得像钢筋混凝土一样怎么也砸不碎了。
那么事实真的是这样吗？作为中科院物理所的学生，小编当然要用科学的角度来
编造
分析一下这里到底发生了什么事情！
首先，我们以日常生活中常见的普通水冰作为研究对象。冰是一种坚硬的材料，当温度足够低时，其具有一定的结构强度。根据中国气象局的数据，冰的抗拉强度约为
1.2~1.5 Mpa
，抗压强度则在
3.5~4.5 Mpa
之间。可见这是一种抗压能力强于抗拉能力的
脆性材料
。
参考我们生活中常见的玻璃，脆性材料的特征就是
较为坚硬
，但受到外应力冲击时局部形变很容易超过其
抗拉能力
，从而被破坏。
这时我们回头来看，棉花作为一种常见的材料，基本没有抗压能力，但抗拉能力相当之强，一团棉花可以被拉成很长一条棉线而不断裂。既然如此，棉花和冰这两种材料的特点是否可以
互补
一下？
我向材料学许愿，想要一种又硬又抗拉的材料。
材料学佛祖说，可以。
在冰里加棉花这种操作在材料学中，属于
纤维增强复合材料
的一种。当加了棉花的冰受到外力冲击时，棉花组成的网状结构可以很好地
将应力沿着纤维传导出去
，从而降低局部形变的
幅度
，防止冰块破裂。此外，当冰块出现裂缝时，棉花纤维也可以作为骨架
阻碍裂缝的延伸
，变相增加了冰块的韧性。
相反，没有添加棉花的冰块在受到相同力度的敲击时，由于缺乏这种网状结构的支撑，更容易产生裂缝并碎裂。
多样的纤维增强复合材料，但对普通人来说，冰和植物纤维是最容易得到的两种材料
不过由于网上绝大多数网友在测试时，并没有给出一个确定的冰与棉花的比例，我们在这里也很难对这种材料的强度进行讨论。不过幸运的是，历史上有一项堪称疯狂的计划就用到了非常类似的材料，从这里我们也可以粗略了解
纤维骨架
对于材料性能有多大的提升。
在20世纪30年代，用冰来制造舰船的想法就已经流行开来，而北大西洋的寒冷也为冰船的存在提供了现实条件。然而正如我们上面所说的，由于冰的
抗拉性能不好
，导致用冰做的船整体可靠性处于一个令人绝望的水准。
但是随着材料科学的进展，美国科学家
赫尔曼·马克
和
沃尔特·霍恩施坦因
发现，将
14%的木屑与水混合
后冻结，可以显著提升冰的抗拉强度，在合适的温度下，它的抗压强度可以达到
7.584
Mp
a
，抗拉强度可以达到
4.826 Mpa
。
这种材料被命名为
派克瑞特（Pykrete）
，它的密度与普通的冰差距不大，却有良好的机械加工性能，很低的热导率，低廉的造价和甚至可以接近当时混凝土的结构强度。
由于派克瑞特良好的性能，在1942年，英国被纳粹德国无限制潜艇战围困到山穷水尽之时，蒙巴顿将军和当时的英国首相丘吉尔提出了用这种材料造一艘军舰的计划，这个计划的目标是建造一艘被命名为
哈巴谷（Habakkuk）
的超级冰航母。
丘吉尔：Make Royal Navy Great Again!
在设计中，哈巴谷号总长度610米，在一些记录中甚至长度为1200米，总重量
220万吨
，设有26个发动机，最大航速7节，可以携带200架战斗机和100架轰炸机，即使是现代的尼米兹级航母也不及它的1/4大，可谓是真正的战争巨兽。
在1943年5月，工程师们在加拿大的帕特里夏湖上使用派克瑞特建造了一条长20米的实验模型。在各种隔热手段的加持下，这个又大又白（可能也没那么白）的冰块平稳地度过了
整个夏天
。
这给了丘吉尔极大的鼓舞，在1943年8月的英美联合作战会议上，蒙巴顿将军狠狠地推销了他们的冰航母计划。
根据野史记载
他在会议室里并排摆了一块冰和大小相同的派克瑞特，并在毫无预警的情况下对着这两块冰各自开了一枪。普通的冰毫不意外地被打得粉碎，而派克瑞特竟然
将子弹弹飞
，于是大家可以看到一颗手枪子弹在坐满同盟国高级军官的会议室里四处乱飞，差点打伤了在座的美国海军上将欧内斯特·金。
幸运的是，在场各位身经百战的将军们并没有被这个小插曲打乱阵脚，同盟国的领导人们对这种材料的优异性能感到惊讶，于是哈巴谷的建造正式被提上了日程。
然而，在后续的一系列测试中，工程师们发现，派克瑞特只有在
零下15摄氏度
以下才能保持刚性，但是航母的26个发动机在运行中排出的废热足以融化整个冰块，因此只有在航母内部另外安装16个制冰厂才能勉强保持温度稳定。
除此以外，由于航母整体由冰块构成，普通的水密设计已经完全起不到效果，面对鱼雷的袭击时，船舱内会非常危险。为了解决这一问题，哈巴谷的舱壁厚度达到了惊人的40英尺，约
12米
