材料與人類文明發(fā)展

什么是材料？其重要意義是什么？

世界是由物質(zhì)構(gòu)成的，材料就是人們用來(lái)制成各種機(jī)器、器件、結(jié)構(gòu)等具有某種特性的物質(zhì)實(shí)體。材料是人類社會(huì)生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料的發(fā)展導(dǎo)致時(shí)代的變遷，推動(dòng)人類的物質(zhì)文明和社會(huì)進(jìn)步。人類社會(huì)的發(fā)展歷程,是以材料為主要標(biāo)志的。歷史上，材料被視為人類社會(huì)進(jìn)化的里程碑。對(duì)材料的認(rèn)識(shí)和利用的能力，決定著社會(huì)的形態(tài)和人類生活的質(zhì)量。歷史學(xué)家也把材料及其器具作為劃分時(shí)代的標(biāo)志：如石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代、高分子材料時(shí)代……在人類即將進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)的新時(shí)代，材料與能源和信息并列為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱、其作用和意義尤為重要。

在人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步過(guò)程中．材料是一個(gè)帶有時(shí)代和文明標(biāo)志的基礎(chǔ)。人類和材料的關(guān)系非常廣泛、非常密切。也非常重要，在這點(diǎn)上很少能有其他領(lǐng)域與之相比。其實(shí)，人類文明的發(fā)展史．就是一部學(xué)習(xí)利用材料、制造材料、創(chuàng)新材料的歷史。材料是人類一切生產(chǎn)和生活活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，歷來(lái)是生產(chǎn)力的標(biāo)志，被看成是人類社會(huì)進(jìn)步的里程碑。對(duì)材料的認(rèn)識(shí)和利用的能力，決定著社會(huì)的形態(tài)和人類生活的質(zhì)量，所以人類從來(lái)沒(méi)有中斷過(guò)追求更好的材料，讓材料具有更優(yōu)異的性質(zhì)或者的所未有的功能來(lái)滿足人類世世代代發(fā)展中層出不窮的新的需要和追求。

所以，一部人類文明史，從某種意義上說(shuō)，也可以稱之為世界材料發(fā)展史。每一種新材料的發(fā)現(xiàn)，每一項(xiàng)新材料技術(shù)的應(yīng)用，都會(huì)結(jié)社會(huì)生產(chǎn)和人類的生活帶來(lái)巨大改變，把人類社會(huì)推向前進(jìn)。

在人類發(fā)展的歷史長(zhǎng)河中，材料起著舉足輕重的作用，人類對(duì)材料的應(yīng)用一直是社會(huì)文明進(jìn)程的里程碑。古代的石器、青銅器、鐵器等的興起和廣泛利用，極大地改變了人們的生活和生產(chǎn)方式，對(duì)社會(huì)進(jìn)步起到了關(guān)鍵性的推動(dòng)作用，這些具體的材料(石器、青銅器、鐵器)被歷史學(xué)家作為劃分某一個(gè)時(shí)代的重要標(biāo)志。如石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代等。

一、天然材料

在人類發(fā)展史的早期階段，直接獲取的自然財(cái)富被用于滿足最簡(jiǎn)單的需要。自然財(cái)富、原料、材料、產(chǎn)品階段幾乎是協(xié)調(diào)一致的。由于沒(méi)有分工，并且只不過(guò)是滿足自身的直接需要，所以精加工的勞動(dòng)比重很小。隨著分工程度的深化，對(duì)在自然界尋覓到的原始材料進(jìn)行加工的興趣提高了。此后,長(zhǎng)期以來(lái)所形成的社會(huì)關(guān)系，不斷提供新的途徑來(lái)更多地生產(chǎn)消費(fèi)品和改善居住條件。如果人類想要改善生活條件，那么無(wú)論在哪個(gè)社會(huì)階段，都必須發(fā)展技術(shù)及與此相聯(lián)系的材料使用為前提。人身體上的“工具”、“發(fā)動(dòng)設(shè)備”和感官均有局限性。如果沒(méi)有具備相應(yīng)數(shù)量、質(zhì)量、形式和布局的一定材料，沒(méi)有必要的知識(shí)和技能，人類便會(huì)停留在原始階段.

數(shù)百萬(wàn)年前，人類擺脫了動(dòng)物界，開(kāi)始有意識(shí)地使用石頭。除了骨頭之外，石頭是人類最早使用的材料之一。起初這種材料造型粗糙，但后來(lái)經(jīng)過(guò)加工，使人類得以掌握多倍于體力的力量，人類被迫發(fā)展那些在與環(huán)境斗爭(zhēng)中取勝的能力。人類先是用石頭和骨頭制成簡(jiǎn)單、基骨針

本的工具來(lái)補(bǔ)充手掌、手指、指甲和牙齒的功能。這些工具是手握的。當(dāng)他們獲得了不僅使用原始石頭，而且進(jìn)行加工的能力后，幾乎等于完成了一次革命。當(dāng)人類約在50萬(wàn)年前使用火時(shí)，石料的價(jià)值就更大了。人類是由勞動(dòng)創(chuàng)造的，勞動(dòng)又是從制造工具開(kāi)始的。在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的舊石器時(shí)代的人類遺址里，可以看到我們的祖先用石頭打磨制成的石刀、石斧、刮削器等，這些就是人類早期曾經(jīng)用過(guò)的工具。勞動(dòng)工具的出現(xiàn)，也帶來(lái)了社會(huì)物質(zhì)和人類文明的進(jìn)步。四五十萬(wàn)年前北京猿人群居洞穴，狩獵為生，使用的工具主要源于石頭和骨頭，制作粗糙，用途尚未分化。他們的生產(chǎn)力水平低下，生活維艱,甚至弱肉強(qiáng)食?？脊艑W(xué)家還發(fā)現(xiàn)猿人有食人之風(fēng)，也許猿人根本沒(méi)有意識(shí)到這樣做是否道德。至于打扮自己——美的概念，他們連想也不會(huì)想。在18，000年前山頂洞人的洞穴里，曾發(fā)現(xiàn)七件穿孔的石珠，五件穿孔的海蚶殼和一百多只穿孔的象牙。這說(shuō)明了比較溫飽的人類萌發(fā)了愛(ài)美之心。山頂洞人掌握了磨制和鉆孔技術(shù)，能制造比較精致的石器和骨器，用骨針把獸皮縫制成衣服。古生物學(xué)研究證明：在這個(gè)時(shí)期，除了能加工粗糙的石器外，還能制造工具。除了拳狀鍥之外，還有刮刀和刮板。骨頭、象牙、石頭和植物編織物被用來(lái)制造魚(yú)叉、魚(yú)鉤和魚(yú)網(wǎng)等。原始時(shí)代和史前時(shí)期用“劃時(shí)代材料”來(lái)命名歷史階段，形象地說(shuō)明了材料在人類歷史上的重要性。

但人類只能利用巖石、樹(shù)木、獸皮、骨骼等天然材料并進(jìn)行粗糙的加工，除此之外別無(wú)他物。所以，石器時(shí)代的生產(chǎn)工具極其落后，人類社會(huì)的生產(chǎn)力也是極端低下，所以社會(huì)發(fā)展極其緩慢，人類文化也是相當(dāng)簡(jiǎn)單和粗俗的。

圖2骨針

圖1石制品

二、陶瓷

約在公元前7000年，開(kāi)始了最早的社會(huì)分工，形成了游牧部落和農(nóng)耕。同時(shí)，材料及其產(chǎn)品有了進(jìn)一步的發(fā)展，如罐壺、紡織和編織產(chǎn)品。至此，人類活動(dòng)的產(chǎn)物主要來(lái)自直接支出的勞動(dòng)，即活勞動(dòng)。直到勞動(dòng)分工和出現(xiàn)專式的制作時(shí)，勞動(dòng)過(guò)程的組成部分才被加以區(qū)別。這就是勞動(dòng)力、勞動(dòng)工具和勞動(dòng)對(duì)象。這個(gè)時(shí)期（其演變過(guò)程長(zhǎng)達(dá)數(shù)千年）可看作是材料誕生的時(shí)期，勞動(dòng)是慢慢地被物化了.六千多年前的西安半坡遺址為我們提供了豐富的文物和史料。出土的汲水用尖底陶罐、魚(yú)紋彩陶盆、口沿有幾十種符號(hào)的陶缽都十分精美。半坡人普遍使用磨制的石鏟、石刀等石器。他們還把骨、角制成針、錐、魚(yú)鉤、魚(yú)叉和弓箭。巖石、獸骨和陶土成為他們熟悉的材料.

陶器可以說(shuō)是人類創(chuàng)造的第一個(gè)無(wú)機(jī)非金屬材料。這個(gè)劃時(shí)代的發(fā)明不僅意味著使用材料的變化，而且比這更深遠(yuǎn)重要的是人類第一次有意識(shí)地創(chuàng)造發(fā)明了自然界沒(méi)有的，并且全新性能的“新”材料。從此人類能離開(kāi)上天的賜予而進(jìn)入自力創(chuàng)造材料的時(shí)代。恩格斯曾論述人類從低級(jí)階段向文明階段的發(fā)展是從學(xué)會(huì)制陶開(kāi)始的。

陶器是由粘土或以粘土、長(zhǎng)石、石英等為主的混合物，經(jīng)成型、干燥、燒制（燒制溫度低于1200℃）而成的制品的總稱。陶土可塑性強(qiáng)，可以獲得人們希望形狀的器物。陶的出現(xiàn)，使蒸煮食物更為方便，促進(jìn)人類進(jìn)化。陶俑的出現(xiàn)，代替了以人殉葬的野蠻做法。

陶器在中國(guó)具有悠久的歷史沉淀。半坡村出土的碗、缽、釜、罐、瓶等，甚至還有吹氣能發(fā)聲的陶塤。從著名的仰韶和龍山文化遺址出土的陶器中，人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)祖先們已經(jīng)掌握了燒制黑色陶器和白色陶器的配方和技術(shù)。

瓷器與陶器的關(guān)系密不可分。當(dāng)部分摻有高嶺土（或

長(zhǎng)石

、石英、

石灰

等天然釉料）以及其他含有

氧化銅

、

氧化鐵

、氧化亞鉛等天然色彩成份的原料在燒結(jié)陶器時(shí)，會(huì)自然在陶器表面結(jié)成一成薄釉。在中國(guó)的歷史上，

明代

以前中國(guó)的瓷器以

素瓷

（沒(méi)有裝飾花紋，以色彩純凈度的高低為優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)的瓷器）為主。

在設(shè)計(jì)陶瓷配方時(shí)，根據(jù)使用要求，加入了較多的熔劑原料，并且配方中所使用的原料在焙燒過(guò)程中所產(chǎn)生的氣體也較少，這樣焙燒后產(chǎn)生的空洞少，有足

圖5龍山黑陶瓶

圖4仰韶白陶瓶

圖3陶塤

夠的玻璃相物質(zhì)填充，制品形成的氣孔較少，這種吸水率小于0.5%的陶瓷稱瓷器。另外，瓷器一般表面有釉，也是屬于燒制產(chǎn)生的玻璃質(zhì)物質(zhì)。

瓷器是一種由瓷石、

高嶺土

、石英石、莫來(lái)石等組成，外表施有玻璃質(zhì)釉或彩繪的物器。瓷器的成形要通過(guò)在窯內(nèi)經(jīng)過(guò)高溫（約1280℃-1400℃）燒制，瓷器表面的釉色會(huì)因?yàn)闇囟鹊牟煌瑥亩l(fā)生各種化學(xué)變化。燒結(jié)的瓷器胎一般僅含3%不到的鐵元素，且不透水，因其較為低廉的成本和耐磨不透水的特性廣為世界各地的民眾所使用

山水愛(ài)瓷

，是中華文明展示的瑰寶。

中國(guó)瓷器

是從

陶器

發(fā)展演變而成的，

原始瓷器

起源于3000多年前。至

宋代

時(shí)，名瓷名窯已遍及大半個(gè)中國(guó)，是瓷業(yè)最為繁榮的時(shí)期。當(dāng)時(shí)的

汝窯

、

官窯

、

哥窯

、

鈞窯

和

定窯

并稱為

宋代五大名窯

。被稱為

瓷都

的江西景德鎮(zhèn)在元代出產(chǎn)的

青特花瓷

已成為瓷器的代表。青花瓷釉質(zhì)透明如水，胎體質(zhì)薄輕巧，潔白的瓷體上敷以藍(lán)色紋飾，素雅清新，充滿生機(jī)。青花瓷一經(jīng)出現(xiàn)便風(fēng)靡一時(shí)，成為

景德鎮(zhèn)

的傳統(tǒng)名瓷之冠。與青花瓷共同并稱四大名瓷的還有青花玲瓏瓷、

粉彩瓷

和

顏色釉瓷

。另外，還有

雕塑瓷

、

薄胎瓷

、五彩胎瓷等，均精美非常，各有特色。

圖6青花瓷

多姿多彩的瓷器是中國(guó)古代的偉大發(fā)明之一，"瓷器"與"中國(guó)"在英文中同為一詞，充分說(shuō)明中國(guó)瓷器的精美絕倫完全可以作為中國(guó)的代表。高級(jí)瓷器擁有遠(yuǎn)高于一般瓷器的制作工藝難度，因此在古代皇室中也不乏精美瓷器的收藏。作為古代中國(guó)的特產(chǎn)

奢侈品

之一，瓷器通過(guò)各種貿(mào)易渠道傳到各個(gè)國(guó)家，精美的古代瓷器作為具有收藏價(jià)值的

古董

被大量收藏家所收藏。中國(guó)古代瓷器有曾拍出天價(jià)的精品，但部分

國(guó)寶

級(jí)瓷器并不在中國(guó)國(guó)內(nèi)。歐美人士在結(jié)婚時(shí)，便特別喜歡送贈(zèng)高級(jí)

瓷器茶具

。

陶瓷與絲綢是中國(guó)人民奉獻(xiàn)給世界的兩件寶物，這一定程度上改變了所用民族的生活方式和價(jià)值觀念。伊斯蘭民族用中國(guó)的大青花瓷盤盛飯裝菜，然后很多人圍著一圈共同席地享用；

菲律賓

等民族將

中國(guó)陶瓷

作為神物頂禮膜拜；

非洲人

將中國(guó)瓷器裝飾于

清真寺

、宮殿等建筑上。絲綢與陶瓷作為物質(zhì)產(chǎn)品出現(xiàn)，其意義不僅只此作為可用、可穿之物，由此而延伸出來(lái)的兩條大道，徹底改變了中國(guó)與世界的關(guān)系。

三、青銅

青銅是人類歷史上一項(xiàng)偉大發(fā)明，它是

紅銅

和錫、鉛的合金，也是金屬治鑄史上最早的合金。青銅發(fā)明后，立刻盛行起來(lái)，從此人類歷史也就進(jìn)入新的階段－青銅時(shí)代。我國(guó)青銅的冶煉在公元前2140--1711年開(kāi)始。晚于埃及和西亞民族（伊朗、伊拉克）。發(fā)展快、水平高。到殷、西周時(shí)期已經(jīng)發(fā)展到較高水平。

中國(guó)

使用銅的歷史年代久遠(yuǎn)。大約在六、七千年以前我們的祖先就發(fā)現(xiàn)并開(kāi)始使用銅。1973年陜西

臨潼

姜寨遺址

曾出土一件半圓型殘銅片，經(jīng)鑒定為

黃銅

。1975年甘肅東鄉(xiāng)林家馬家窯文化遺址（約公元前3000左右）出土一件青銅刀，這是目前在中國(guó)發(fā)現(xiàn)的最早的

青銅器

，是中國(guó)進(jìn)入青銅時(shí)代的證明。相對(duì)

西亞

、

南亞

及

北非

于距今約6500年前先后進(jìn)入青銅時(shí)代而言，

中國(guó)青銅時(shí)代

的到來(lái)較晚，但卻不能否認(rèn)它是獨(dú)立起源的，因?yàn)橹袊?guó)存在一個(gè)銅器與石器并用時(shí)代，年代距今約為5500~4500年。

青銅具有熔點(diǎn)低、硬度大、

可塑性

強(qiáng)、耐磨、耐腐蝕、色澤光亮等特點(diǎn)，適用于鑄造各種器具、機(jī)械零件、軸承、

齒輪

等。

一般來(lái)說(shuō)，原始的農(nóng)業(yè)、手工業(yè)和文字是青銅時(shí)代的特征.在3500～3000年前的商代遺址中，出土了大量青銅器，包括青銅樂(lè)器銅鐃。河南安陽(yáng)出土的商代晚期大司母戊鼎重達(dá)875千克，以其精美壯麗聞名中外。商代的墓葬物中已經(jīng)有鍍錫的銅器和錫、鉛、金器，商代的甲骨文字中，有不少“車”、“舟”、”

圖7青銅戈

圖9越王勾踐劍

圖8青銅頭盔

帆”字，反映出當(dāng)時(shí)的交通已有相當(dāng)高的水平。我國(guó)的青銅冶煉始于夏代。進(jìn)入奴隸社會(huì)以后，煉銅技術(shù)發(fā)展很快。所使用的勞動(dòng)工具、武器、食具、貨幣、日用品和車馬裝飾，都是用青銅制造的，顯示出我們祖先精湛的藝術(shù)才能。青銅的一個(gè)重要用途就是用來(lái)鑄造武器，如鉞、戈、矛、戟、刀、劍、弩、鏃、盔等。青銅武器相對(duì)于石制和純銅武器來(lái)說(shuō)，其威力如同槍炮對(duì)刀戟，當(dāng)軍隊(duì)和戰(zhàn)爭(zhēng)成為一個(gè)國(guó)家的暴力機(jī)器和手段的時(shí)候，青銅以它4.7倍于純銅的硬度頻頻向統(tǒng)治貴族領(lǐng)取赫赫戰(zhàn)功。更主要的是青銅材料代表一種新的生產(chǎn)力登上了歷史舞臺(tái)，有力地促進(jìn)了生產(chǎn)的發(fā)展和人類文明的進(jìn)步。青銅逐步取代部分石器、木器、骨器和紅銅器，成為生產(chǎn)工具的重要組成部分。青銅工具的出現(xiàn)，在生產(chǎn)力的發(fā)展上起了劃時(shí)代的作用。青銅工具如斧、鋸、鑿、錐等，青銅農(nóng)具有鋤、鏟

等已廣泛使用，青銅工具在生產(chǎn)中的效用，使青銅冶鑄技術(shù)日益重要，因而獲得飛速發(fā)展。

青銅表面處理工藝-鎏金,即以熱水銀溶解金箔，然后涂附在銅器表面并蒸干水銀，使一層薄金緊密地附著在器物表面，是一種防止銅器發(fā)生氧化的表面處理工藝。

中國(guó)古代青銅器

的一個(gè)突出特征是制作工藝的精巧絕倫，顯示出古代匠師們巧奪天工的創(chuàng)造才能。用陶質(zhì)的復(fù)合范澆鑄制作青銅器的和范法，在中國(guó)古代得到充分的發(fā)展。

陶范

的選料塑模翻范，花紋刻制均極為考究，渾鑄、分鑄、鑄接、疊鑄技術(shù)非常成熟。隨后發(fā)展出來(lái)毋需分鑄的

失蠟法

工藝技術(shù)，無(wú)疑是青銅鑄造工藝的一大進(jìn)步。

在青銅器上加以鑲嵌以增加美觀，這種技術(shù)很早就出現(xiàn)了。鑲嵌的材料，第一種是

綠松石

，這種綠色的寶石，至今仍應(yīng)用在

首飾

上。第二種是玉，有玉援戈，玉葉的矛，玉刃的斧鉞等。第三種隕鐵，如鐵刃銅鉞，鐵援銅刃，經(jīng)鑒定，鐵刃均為碩鐵。第四種是嵌紅銅，用紅銅來(lái)組成獸形花紋。

春秋戰(zhàn)國(guó)

時(shí)也有用金、銀來(lái)鑲嵌裝飾的青銅器。著名的越王劍也是由青銅鑄造的。

圖10

西漢長(zhǎng)信宮燈的形態(tài)為一梳髻的跣足侍女跪坐在地，手持銅燈。整件宮燈通高48厘米，重15.85千克。由頭部、右臂、身軀、燈罩、燈盤、燈座6個(gè)部分分別鑄造組成，頭部和右臂可以組裝拆卸，便于對(duì)燈具進(jìn)行清洗。宮燈部分的燈盤分上下兩部分，刻有“陽(yáng)信家”銘文，可以轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)整燈光的方向，嵌于燈盤溝槽上的弧形瓦狀銅版可以調(diào)整出光口開(kāi)口的大小來(lái)控制燈光的亮度。右手與下垂的衣袖罩于銅燈頂部。宮女銅像體內(nèi)中空，其中空的右臂與衣袖形成銅燈燈罩，可以自由開(kāi)合。燃燒的氣體灰塵可以通過(guò)宮女的右臂沉積于宮女體內(nèi)，不會(huì)大量散逸到周圍環(huán)境中。燈罩上方部分殘留有少量蠟狀殘留物，推測(cè)宮燈內(nèi)燃燒的的物質(zhì)是動(dòng)物脂肪或蠟燭。油煙及未完全燃燒的殘?zhí)加尚洳窟M(jìn)入頭腔內(nèi),碰到腔壁冷卻減速以后就會(huì)附著在腔體內(nèi)側(cè)；宮女的頭部是可拆卸的，可定期清除積垢。宮燈表面沒(méi)有過(guò)多的修飾物與復(fù)雜的花紋，在同時(shí)代的宮廷用具中顯得較為樸素。

四川廣漢三星堆遺址介紹：三星堆遺址屬

全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位

，是中國(guó)西南地區(qū)的

青銅時(shí)代遺址

，位于四川廣漢南興鎮(zhèn)。1980年起發(fā)掘,，因有三座突兀在成都平原上的黃土堆而得名。

三星堆文明

上承古蜀寶墩文化，下啟金沙文化、

古巴

國(guó)，前后歷時(shí)約2000年，是我國(guó)長(zhǎng)江流域早期文明的代表，也是迄今為止我國(guó)信史中已知的最早的文明。因?yàn)槿嵌堰z址的發(fā)現(xiàn)，與長(zhǎng)期以來(lái)歷史學(xué)界對(duì)

巴蜀文化

的認(rèn)識(shí)

大相徑庭

，有些地方甚至完全不同。例如歷史學(xué)界一向認(rèn)為，與中原地區(qū)相比，古代

巴蜀

地區(qū)是一個(gè)相對(duì)封閉的地方，與中原文明沒(méi)有關(guān)聯(lián)或很少有交往。而三星堆遺址證明，它應(yīng)是中國(guó)

夏商

時(shí)期前后，甚至更早的一個(gè)重要的文化中心,并與

中原文化

有著一定的聯(lián)系。驗(yàn)證了古代文獻(xiàn)中對(duì)古蜀國(guó)記載的真實(shí)性。

以前歷史學(xué)界認(rèn)為，中華民族的發(fā)祥地是

黃河流域

，然后漸漸的傳播到全中國(guó)。而三星堆的發(fā)現(xiàn)將古蜀國(guó)的歷史推前到5000年前，證明了長(zhǎng)江流域與黃河流域一樣同是中華民族的發(fā)祥地，證明了長(zhǎng)江流域地區(qū)存在過(guò)不亞于黃河流域地區(qū)的古文明。被譽(yù)為世界第9大奇跡，填補(bǔ)了中國(guó)考古學(xué)、青銅文化、青銅藝術(shù)史上的諸多空白，填補(bǔ)了中國(guó)考古學(xué)、青銅文化、青銅藝術(shù)史上的諸多空白揭示了“開(kāi)國(guó)何茫然”的古代蜀國(guó)的文化面貌，產(chǎn)生了高度發(fā)展的國(guó)家，其歷史價(jià)值和藝術(shù)價(jià)值更高，把巴蜀早期歷史向前推1000多年，揭示了中華民族起源的多元性。驗(yàn)證了傳說(shuō)中的古蜀王魚(yú)鳧氏和杜宇氏的歷史是真實(shí)可信的，找到了魚(yú)鳧氏和杜宇氏的故都之所在祭祀坑所出土的青銅器，雄辯的證明商周時(shí)期的古蜀國(guó)已有高度發(fā)達(dá)的青銅文化。

四、鐵

鐵器時(shí)代是人類發(fā)展史中一個(gè)極為重要的時(shí)代。人類最早發(fā)現(xiàn)和使用的鐵，是天空中落下來(lái)的隕鐵。隕鐵是鐵和鎳、鈷等金屬的混合物，含鐵量較高。在很久以前，人們就曾用這種天然鐵制作過(guò)刀刃和飾物，這是人類使用鐵的最早情況。地球上的天然鐵是少見(jiàn)的，所以鐵的冶煉和鐵器的制造經(jīng)歷了一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)期。當(dāng)人們?cè)谝睙捛嚆~的基礎(chǔ)上逐漸掌握了冶煉鐵的技術(shù)之后，鐵器時(shí)代就到來(lái)了。青銅器到鐵器是生產(chǎn)工具的重大發(fā)展。

中國(guó)最早的關(guān)于使用鐵制工具的文字記載，是《左傳》中的晉國(guó)。在春秋時(shí)期，中國(guó)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、手工業(yè)生產(chǎn)上使用鐵器。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期發(fā)明了生鐵冶煉技術(shù)，用鐵水澆鑄成農(nóng)具、工具，開(kāi)始大量使用鐵器。中國(guó)冶鐵歷史比歐洲早1900年。鐵的價(jià)格便宜，鐵制農(nóng)具大面積推廣應(yīng)用；

鐵是地球上儲(chǔ)量居于第三的元素（前兩位為硅、鋁），來(lái)源于大型恒星的聚變。在自然界分布極廣，是地殼的重要組成元素之一。因?yàn)樘烊坏募冭F在自然界幾乎不存在，鐵礦石的熔點(diǎn)也較高，又不易還原，所以人類利用鐵較銅、錫、鉛、金等還要晚些，在埃及、西南亞等一些文明古國(guó)所發(fā)現(xiàn)的最早的鐵器，都是由隕鐵加工而成的。1972年，在我國(guó)河北省藁城縣臺(tái)西村出土了一把商代鐵刃青銅鋮，其年代約在公元前十四世紀(jì)前后，在青銅鋮上嵌有鐵刃，該鐵刃就是將隕鐵經(jīng)加熱鍛打后，和鋮體嵌鍛在一起的。我國(guó)還曾出土過(guò)類似的鐵刃銅鋮和鐵援銅戈各一把，年代相當(dāng)于商末周初，鐵的部分也是由隕鐵加工成的。人們?cè)谖鱽喒盘K美爾人所建的古烏爾城的古墓中，發(fā)現(xiàn)一把由隕鐵制成的小斧，在古蘇美爾人所建的古烏爾城的古墓中，發(fā)現(xiàn)一把由隕鐵制成的小斧。在古蘇美爾語(yǔ)中，鐵叫做“安巴爾”，意思是“天降之火”，所謂天降之火就是隕石。埃及古人則干脆把鐵叫做“天石”?？梢?jiàn)人們最早認(rèn)識(shí)鐵是從隕石開(kāi)始的。天降的隕石，數(shù)量很少，因此用隕鐵制作的器具當(dāng)然是很珍貴的，同時(shí)還帶有神秘的色彩。用隕石作工具是很少的，所以在生產(chǎn)上，它沒(méi)有什么明顯的影響，但通過(guò)對(duì)隕石利用，畢竟使人們初步認(rèn)識(shí)到鐵。

世界上許多民族都先后掌握了冶鐵技術(shù)。小亞細(xì)亞的赫梯人在公元前1300年左右已掌握了冶煉技術(shù)，但赫梯國(guó)王將冶鐵術(shù)視為專利，嚴(yán)禁外傳。

圖12鐵農(nóng)具

圖11鐵戈

赫梯王國(guó)衰亡后，冶鐵術(shù)向外傳播。據(jù)考古發(fā)掘和文獻(xiàn)記載，使用鐵器最早、最普遍的兩個(gè)地區(qū)，都為赫梯人的鄰國(guó)：其東的敘利亞、巴勒斯坦和其西的希臘。敘利亞、巴勒斯坦地區(qū)當(dāng)時(shí)居住著腓尼基人、腓尼斯丁人和以色列人。《舊約全書》的《創(chuàng)世紀(jì)》中即提到亞當(dāng)?shù)牡?代孫該隱善作各種青銅和鐵制工具器皿。在巴勒斯坦也考古發(fā)現(xiàn)了冶鐵爐多處，年代在公元前13世紀(jì)左右。迄今所知最早的鐵犁發(fā)現(xiàn)于巴勒斯坦的蓋拉爾遺址（前13－12世紀(jì)），可見(jiàn)這一地區(qū)已較普遍地在工農(nóng)業(yè)使用鐵器。一般認(rèn)為，前10世紀(jì)以后，敘利亞、巴勒斯坦一帶是古代東方鐵器生產(chǎn)的一個(gè)中心。在同一時(shí)期，希臘地區(qū)也普遍使用鐵器。在雅典陶區(qū)的前10世紀(jì)的居住遺址中，鐵制工具與武器甚為集中，有長(zhǎng)劍、長(zhǎng)矛、刀、斧、銼具等物，特別是有鐵制的門閂片等小器物，說(shuō)明鐵的使用已經(jīng)相當(dāng)普遍。自此以后，鐵經(jīng)敘利亞而傳入西亞其他地區(qū)、中亞與北非，經(jīng)希臘而至東歐、西歐。

鐵器堅(jiān)硬、韌性高、鋒利，勝過(guò)石器和青銅器。鐵碳合金的硬度大于各種銅合金，鐵的冶煉溫度比銅更高。當(dāng)人們能廣泛用這種鐵制造工具時(shí)，青銅工具才逐漸被取代。鐵器的廣泛使用，使人類的工具制造進(jìn)入了一個(gè)全新的領(lǐng)域，生產(chǎn)力得到極大的提高。鐵的價(jià)格便宜，鐵制農(nóng)具大面積推廣應(yīng)用；鐵的耐磨性能高于青銅，鐵制農(nóng)具更加耐用，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有更大的促進(jìn)作用，鐵制農(nóng)具迅速占領(lǐng)了生產(chǎn)材料市場(chǎng)。鐵的密度比銅小，強(qiáng)度和硬度比銅高，鐵制盔甲比銅制盔甲輕的多，增加了戰(zhàn)士的靈活性；鐵制兵器也比銅制兵器鋒利、耐用。所以，鐵制武器裝備大大提高了軍隊(duì)的戰(zhàn)斗力，迅速占領(lǐng)了軍備材料市場(chǎng)。

圖14鐵炮

圖13來(lái)福槍

五、鋼

含碳量在0.0218%-2.11%之間的鐵碳合金稱為鋼。冶煉溫度更高，強(qiáng)度較高，用途更廣。鋼中含碳量增加，

屈服點(diǎn)

和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊性降低，當(dāng)碳量0.23%超過(guò)時(shí)，鋼的

焊接性能

變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過(guò)0.20%。碳量高還會(huì)降低鋼的耐

大氣腐蝕

能力，在露天料場(chǎng)的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷

脆性

和時(shí)效敏感性。距今1800年前出現(xiàn)了兩步煉鋼技術(shù)，即先煉成鐵，再煉成鋼，并一直沿用至今。但其工藝復(fù)雜，未能大面積推廣。一直到19世紀(jì)前半期，人類始終生活在“鐵器時(shí)代”。19世紀(jì)中期俄國(guó)和土耳其之間爆發(fā)了克什米亞戰(zhàn)爭(zhēng)。在此期間，英國(guó)人貝西默研制了一種新型的具有來(lái)福螺旋線新式步槍，步槍的成功使他把來(lái)福線的設(shè)計(jì)引入到鐵炮的設(shè)計(jì)中。貝西默設(shè)計(jì)了空氣吹入法，在鐵水排出之前吹入空氣，讓其中的氧氣與鐵水中的碳進(jìn)行反應(yīng)，降低碳含量，達(dá)到鋼的含碳量標(biāo)準(zhǔn)(小于2.11%)。

在鋼中除含鐵、碳和少量不可避免的硅、錳、磷、

硫元素

以外，還含有一定量的合金元素，鋼中的合金元素有硅、錳、鉬、鎳、硌、礬、鈦、鈮、硼、鉛、稀土等其中的一種或幾種，這種鋼叫合金鋼。各國(guó)的合金鋼系統(tǒng)，隨各自的資源情況、生產(chǎn)和使用條件不同而不同，國(guó)外以往曾發(fā)展鎳、硌鋼系統(tǒng)，我國(guó)則發(fā)現(xiàn)以硅、錳、釩、鈦、鈮、硼、鉛、稀土為主的合金鋼系統(tǒng)合金鋼在鋼的總產(chǎn)量中約占百分之十幾，一般是在電爐中冶煉的按用途可以把合金鋼分為8大類，它們是：合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼、

耐熱不起皮鋼

，電工用

硅鋼

。

調(diào)質(zhì)鋼1．中碳型

合金

鋼，合金元素含量較低；2．

強(qiáng)度

較高；3．用于高溫螺栓、

螺母

材料等。

彈簧鋼1．含碳量比調(diào)質(zhì)鋼高；2．經(jīng)

調(diào)質(zhì)處理

，強(qiáng)度較高抗疲勞強(qiáng)度較高；3．用于彈簧材料。

圖16舊金山金門大橋

滾動(dòng)軸承

鋼1．高碳型合金鋼，合金含量較高；2．具有高而均勻的

硬度

和耐磨性；3．用于滾動(dòng)軸承。

合金工具鋼量具鋼1．高碳型合金鋼，合金元素含量較低；2．具有高的硬度和耐磨性，機(jī)加工性能好，穩(wěn)定性好；3．用于量具材料。

特殊性能鋼

不銹鋼

1．低碳高合金鋼；2．抗腐蝕性好；3．用于抗腐蝕、部分可做耐熱材料。

耐熱鋼1．低碳高合金鋼；2．耐熱性能好；3．用于耐熱材料、部分可做抗腐蝕材料。

低溫鋼

1．低碳合金鋼，根據(jù)耐低溫程度合金元素有高有低；2．抗低溫性好；3．用于低溫材料（專用鋼為鎳鋼）

鋼的優(yōu)越性

材料強(qiáng)度高：鋼的容重雖比較大，但強(qiáng)度卻高很多，與其它建筑材料相比鋼材的容重和屈服點(diǎn)的比值最小。

房屋自重?。狠p鋼建筑主體結(jié)構(gòu)的含鋼量通常在20-80千克左右，彩色壓型鋼板的重量低于10KG。大大降低基礎(chǔ)造價(jià)

圖15艾菲爾鐵塔

安全可靠：鋼材質(zhì)地均勻，各向同性，彈性模量大，有良好的塑性和韌性。為理想的彈性-塑性體，因此計(jì)算準(zhǔn)確，可靠性強(qiáng)

美觀：輕鋼的圍護(hù)為彩色壓型鋼板，使用年限為三十年不褪色，不銹蝕。由于彩涂板顏色的多樣性，使得建筑物線條明朗，觀感舒適，且比較容易造型

抗震性好：由于主要承重構(gòu)重構(gòu)件為鋼構(gòu)，其韌性和彈性較大，大大加強(qiáng)了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

適用范圍廣：適用于各類工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)、超市、高層建筑等

六、有色金屬

圖18設(shè)備

圖17建筑

有色金屬non-ferrousmetal，狹義的有色金屬又稱非鐵金屬，是鐵、錳、鉻以外的所有金屬的統(tǒng)稱。廣義的有色金屬還包括有色

合金

。有色合金是以一種有色金屬為基體（通常50%），加入一種或幾種其他元素而構(gòu)成的合金。有色金屬通常指除去鐵（有時(shí)也除去錳和鉻）和

鐵基合金

以外的所有金屬。有色合金的強(qiáng)度和

硬度

一般比純金屬高，電阻比純金屬大、

電阻溫度系數(shù)

小，具有良好的綜合

機(jī)械性能

。常用的有色合金有

鋁合金

、

銅合金

、

鎂合金

、

鎳合金

、

錫合金

、

鉭合金

、

鈦合金

、

鋅合金

、

鉬合金

、

鋯合金

等。近代以來(lái)，人們除了發(fā)展鋼鐵材料以外，還進(jìn)一步發(fā)展了金、銀、銅、鈦、鋁、鎂、鉬等有色金屬及其合金材料。全世界每年金屬材料總產(chǎn)量約達(dá)八億噸，其中黑色金屬約占95％，有色金屬只占5％。有色金屬資源的開(kāi)發(fā)和利用，不只是對(duì)鋼鐵材料的補(bǔ)充，更重要的是可以發(fā)揮和開(kāi)發(fā)鋼鐵材料不具備的各種特殊性能，在特定領(lǐng)域中，還必須采用有色金屬才能最大限度滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對(duì)各種材科性能所提出的要求。

有色金屬中的銅是人類最早使用的金屬材料之一。現(xiàn)代，有色金屬及其合金已成為機(jī)械制造業(yè)、建筑業(yè)、電子工業(yè)、航空航天、核能利用等領(lǐng)域不可缺少的結(jié)構(gòu)材料和功能材料。實(shí)際應(yīng)用中，通常將有色金屬分為5類：

1.

輕金屬

。密度小于4500千克/立方米，如

鋁

、

鎂

、

鉀

、

鈉

、

鈣

、

鍶

、

鋇

等。

重金屬

。密度大于4500千克/米3，如

銅

、

鎳

、

鈷

、

鉛

、

鋅

、

錫

、

銻

、

鉍

、

鎘

、

汞

等。

貴金屬

。價(jià)格比一般常用金屬昂貴，

地殼

豐度低，提純困難，如

金

、

銀

及

鉑族金屬

。

4.

半金屬

。性質(zhì)價(jià)于金屬和非金屬之間，如

硅

、

硒

、

碲

、

砷

、

硼

等。

圖19飛機(jī)

5.

稀有金屬

。包括稀有輕金屬，如

鋰

、銣、銫等；稀有難熔金屬，如

鈦

、

鋯

、

鉬

、

鎢

等；稀有分散金屬，如

鎵

、

銦

、

鍺

、

鉈

等；

稀土金屬

，如

鈧

、

釔

、鑭系金屬；

放射性金屬

，如

鐳

、

鈁

、

釙

及阿系元素中的

鈾

、

釷

等。

20世紀(jì)上半葉，材料科學(xué)家利用合金化和時(shí)效強(qiáng)化，把Al合金的強(qiáng)度提高到700MPa，鋁合金的比強(qiáng)度為(強(qiáng)度/密度)2.64×106cm是鋼的比強(qiáng)度(0.61×106cm)的4倍有余。這意味著達(dá)到同樣強(qiáng)度,Al合金的用量只有鋼的1/4，這就為Al合金作為一種結(jié)構(gòu)材料帶來(lái)極大優(yōu)勢(shì)，對(duì)于結(jié)構(gòu)材料來(lái)說(shuō)無(wú)疑是幾千年來(lái)的一個(gè)飛躍。沒(méi)有高比強(qiáng)度的Al合金做基礎(chǔ)，就沒(méi)有現(xiàn)代的航天航空成就。

噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭、煤炭、石油化工等現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)所需要的超耐熱合金；電力、電工、電子工業(yè)所需要的導(dǎo)體材料、電阻和儀表材料；原子能發(fā)電和核技術(shù)所需要的核燃料和稀有金屬Be、Nb、V等；大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)所需要的Au、Ag、Cu、Al等良導(dǎo)體；高性能永磁材料所需要的Nd、Pr、Dy等，以及能源、信息技術(shù)所需要的半導(dǎo)體、超導(dǎo)體和貯能材料等。這些都是有色金屬材料，其性能是鋼鐵材料所無(wú)法替代的。

圖19飛機(jī)

有色金屬

是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)材料，航空、航天、汽車、機(jī)械制造、電力、通訊、建筑、

家電

等絕大部分行業(yè)都以有色金屬材料為生產(chǎn)基礎(chǔ)。此外，沒(méi)有鎳、鈷、鎢、鉬、釩、鈮等有色金屬也就沒(méi)有

合金鋼

的生產(chǎn)。有色金屬在某些用途（如電力工業(yè)等）上，使用量也是相當(dāng)可觀的?，F(xiàn)在世界上許多

國(guó)家

，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，競(jìng)相發(fā)展

有色金屬工業(yè)

，增加有色金屬的戰(zhàn)略儲(chǔ)備。隨著現(xiàn)代化工、

農(nóng)業(yè)

和科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，有色金屬在人類發(fā)展中的地位愈來(lái)愈重要。它不僅是世界上重要的

戰(zhàn)略物資

，重要的

生產(chǎn)資料

，而且也是人類生活中不可缺少的

消費(fèi)資料

的重要材料。

七、高分子材料

高分子材料：macromolecularmaterial，以高分子

化合物

為基礎(chǔ)的材料。高分子材料是由

相對(duì)分子質(zhì)量

較高的化合物構(gòu)成的材料，為有機(jī)合成材料，亦稱聚合物。

分子量

大（一般在1000以上），

分子量分布

具有多分散性。即高分子化合物與

小分子

不同，它在聚合過(guò)程后變成了不同分子量大小的許多高聚物的

混合物

。我們所說(shuō)的某一高分子的分子量其實(shí)都是它的一種平均的分子量，當(dāng)然計(jì)算

平均分子量

也以不同的權(quán)重方式分為了

數(shù)均分子量

、粘均分子量、重均分子量等。而小分子的分子量固定，都由確定分子量大小的分子組成。這是高聚物與小分子一個(gè)特征區(qū)別。高分子是生命存在的形式。所有的生命體都可以看作是高分子的集合。自20世紀(jì)20年代德國(guó)著名科學(xué)家斯托丁格開(kāi)創(chuàng)這一學(xué)科以來(lái)，高分子科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展極為迅猛，如今已形成非常龐大的高分子工業(yè)。

圖21絲綢

圖20天然橡膠

高分子材料按特性分為橡膠、纖維、塑料、

高分子膠粘劑

、高分子涂料和高分子基復(fù)合材料等。

①橡膠：是一類線型柔性

高分子聚合物

。其分子鏈間次價(jià)力小，分子鏈柔性好，在外力作用下可產(chǎn)生較大形變，除去外力后能迅速恢復(fù)原狀。有天然橡膠和

合成橡膠

兩種。

②高分子纖維：分為天然

纖維

和化學(xué)纖維。前者指蠶絲、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子為原料，經(jīng)過(guò)紡絲和后處理制得。纖維的次價(jià)力大、形變能力小、模量高，一般為結(jié)晶聚合物。

③塑料：是以合成樹(shù)脂或

化學(xué)改性

的天然高分子為主要成分，再加入填料、增塑劑和其他添加劑制得。其分子間次價(jià)力、模量和形變量等介于橡膠和纖維之間。通常按合成樹(shù)脂的特性分為

熱固性塑料

和熱塑性塑料；按用途又分為通用塑料和

工程塑料

。

④高分子膠粘劑:是以合成

天然高分子化合物

為主體制成的

膠粘材料

。分為天然和合成膠粘劑兩種。應(yīng)用較多的是合成膠粘劑。

⑤高分子涂料:是以聚合物為主要成膜物質(zhì)，添加

溶劑

和各種添加劑制得。根據(jù)成膜物質(zhì)不同，分為

油脂

涂料、天然樹(shù)脂涂料和

合成樹(shù)脂涂料

。

⑥高分子基復(fù)合材料:是以高分子化合物為基體，添加各種增強(qiáng)材料制得的一種復(fù)合材料。它綜合了原有材料的性能特點(diǎn)，并可根據(jù)需要進(jìn)行材料設(shè)計(jì)。

⑦

功能高分子材料

:功能高分子材料除具有聚合物的一般力學(xué)性能、絕緣性能和熱性能外，還具有物質(zhì)、能量和信息的轉(zhuǎn)換、傳遞和儲(chǔ)存等特殊功能。已實(shí)用的有高分子信息轉(zhuǎn)換材料、高分子透明材料、高分子模擬酶、生物降解高分子材料、高分子

形狀記憶材料

和醫(yī)用、

藥用高分子材料

等。

高聚物根據(jù)其機(jī)械性能和使用狀態(tài)可分為上述幾類。但是各類高聚物之間并無(wú)嚴(yán)格的界限，同一高聚物，采用不同的合成方法和成型工藝，可以制成塑料，也可制成纖維，比如尼龍就是如此。而

聚氨酯

一類的高聚物，在室溫下既有玻璃態(tài)性質(zhì)，又有很好的彈性，所以很難說(shuō)它是橡膠還是塑料。

高

分子材料

的結(jié)構(gòu)決定其性能，對(duì)結(jié)構(gòu)的控制和改性，可獲得不同特性的高分子材料。高分子材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和易改性、易加工特點(diǎn)，使其具有其他材料不可比擬、不可取代的優(yōu)異性能，從而廣泛用于科學(xué)技術(shù)、國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，并已成為現(xiàn)代社會(huì)生活中衣食住行用各個(gè)方面不可缺少的材料。很多天然材料通常是高分子材料組成的，如天然橡膠、

棉花

、人體器官等。人工合成的

化學(xué)

纖維、

塑料

和

橡膠

等也是如此。一般稱在生活中大量采用的，已經(jīng)形成工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模的高分子為通用高分子材料，稱具有特殊用途與功能的為功能高分子。

高分子材料具有較高的強(qiáng)度，良好的塑性，較強(qiáng)的耐腐蝕性能，很好的絕緣性能，以及重量輕等優(yōu)良性能，在是工程上的發(fā)展最快的一類新型結(jié)構(gòu)材料。高分子材料按其分子鏈排列有序與否，可分為結(jié)晶聚合物和無(wú)定型聚合物兩類。結(jié)晶聚合物的強(qiáng)度較高，結(jié)晶度決定于分子鏈排列的有序程度。工程上通常根據(jù)機(jī)械性能和使用狀態(tài)將其分為三大類：塑料、橡膠以及合成纖維。其中，我國(guó)的合成纖維、合成樹(shù)脂和合成橡膠已分別居世界產(chǎn)能的第一、二和三位。

八、新型材料

新型材料，通常是指對(duì)現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及提高綜合國(guó)力有重大推動(dòng)作用的最新發(fā)展或正在發(fā)展的材料。如納米材料、超導(dǎo)材料、形狀記憶合金、梯度功能材料、非晶態(tài)合金材料、信息材料、新能源材料、光學(xué)材料新型高分子材料、新型無(wú)機(jī)非金屬材料、智能材料、磁性材料、生物醫(yī)用材料、環(huán)境材料、航空材料。這些材料和傳統(tǒng)材料相比具有優(yōu)異的性能和特定的功能，是發(fā)展信息、航天、生物、能源等高技術(shù)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。新型材料是知識(shí)密集、技術(shù)密集、資金密集的一類新興產(chǎn)業(yè)；新型材料的發(fā)展與新技術(shù)密切相關(guān)；是多種學(xué)科互相交叉和互相滲透的結(jié)果，種類多、更新?lián)Q代快。

20世紀(jì)人類進(jìn)入新材料時(shí)代，衣、食、住、行以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都離不開(kāi)新材料，同時(shí)出現(xiàn)了各種材料的復(fù)合技術(shù)。金屬與無(wú)機(jī)材料的復(fù)合、金屬與高分子材料的復(fù)合、無(wú)機(jī)材料與高分子材料的復(fù)合。

從歷史的角度看，20世紀(jì)之前材料的進(jìn)步大量依靠人們的經(jīng)驗(yàn)、技巧和積累。這個(gè)過(guò)程之所以如此緩慢，原因在于人們還沒(méi)能夠?qū)Σ牧显诳茖W(xué)上有深刻的認(rèn)識(shí)和理解，因而也缺乏科學(xué)對(duì)材料發(fā)展的指導(dǎo)。繼19世紀(jì)三大發(fā)現(xiàn)(x射線、放射性、電子)后，20世紀(jì)前30年物理學(xué)產(chǎn)生相對(duì)論和量子力學(xué)，這些科學(xué)上的突破,成功地揭示了微觀物質(zhì)世界的基本規(guī)律，加速了人們對(duì)材料的聲、光、電、磁、熱現(xiàn)象以及材料內(nèi)部的種種鍵力、結(jié)構(gòu)、缺陷的認(rèn)識(shí)。這一切既導(dǎo)致了多種新材料的誕生，也開(kāi)辟了20世紀(jì)后半葉一系列重大科學(xué)技術(shù)上的突破。

新型材料作為高新技術(shù)的基礎(chǔ)和先導(dǎo),應(yīng)用范圍極其廣泛,它同

信息技術(shù)

,生物技術(shù)一起成為二十一世紀(jì)最重要和最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域.同傳統(tǒng)材料一樣,新型材料可以從結(jié)構(gòu)組成,功能和應(yīng)用領(lǐng)域等多種不同角度對(duì)其進(jìn)行分類,不同的分類之間相互交叉和嵌套.新型材料的分類:按照應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)分,一般把新型材料歸為以下幾大類:

圖23壓電晶體管材料

圖22電子陶瓷材料

1.信息材料電子信息材料及產(chǎn)品支撐著現(xiàn)代通信,計(jì)算機(jī),信息網(wǎng)絡(luò),微機(jī)械智能系統(tǒng),工業(yè)自動(dòng)化和家電等現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)業(yè).電子信息材料產(chǎn)業(yè)

的發(fā)展規(guī)模和技術(shù)水平,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的戰(zhàn)略地位,是科技創(chuàng)新和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的材料領(lǐng)域.微電子材料在未來(lái)10～15年仍是最基本的信息材料,光電子材料將成為發(fā)展最快和最有前途的信息材料.信息材料主要可以分為以下幾大類:集成電路及半導(dǎo)體材料:以硅材料為主體,新的化合物半導(dǎo)體材料及新一代高溫半導(dǎo)體材料也是重要組成部分,也包括高純化學(xué)試劑和特種電子氣體;光電子材料:激光材料,紅外探測(cè)器材料,液晶顯示材料,高亮度發(fā)光二極管材料,光纖材料等領(lǐng)域;新型電子元器件材料:磁性材料,電子陶瓷材料,壓電晶體管材料,信息傳感材料和高性能封裝材料等.當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和技術(shù)前沿包括柔性晶體管,光子晶體,SiC,GaN,ZnSe等寬禁帶半導(dǎo)體材料為代表的第三代半導(dǎo)體材料,有機(jī)顯示材料以及各種納米電子材料等.

2.能源材料全球范圍內(nèi)能源消耗在持續(xù)增長(zhǎng),80%的能源來(lái)自于化石燃料,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,需要沒(méi)有污染和可持續(xù)發(fā)展的新型能源來(lái)代替所有化石燃料,未來(lái)的清潔能源包括氫能,太陽(yáng)能,風(fēng)能,核聚變能等.解決能源問(wèn)題的關(guān)鍵是能源材料的突破,無(wú)論是提高燃燒效率以減少資源消耗,還是開(kāi)發(fā)新能源及利用再生能源都與材料有著極為密切的關(guān)系.

傳統(tǒng)能源所需材料:主要是提高

能源利用效率

,現(xiàn)在集中在要發(fā)展超臨界蒸汽發(fā)電機(jī)組和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)上,這些技術(shù)對(duì)材料的要求都十分苛刻,如工程陶瓷,新型通道材料等;氫能和燃料電池:氫能生產(chǎn),儲(chǔ)存和利用所需的材料和技術(shù),燃料電池材料等;

綠色二次電池

:鎳氫電池,鋰離

子電池以及高性能聚合物電池等新型材料;太陽(yáng)能電池:

多晶硅

,非晶硅,薄膜電池等材料;核能材料:新型核電反應(yīng)堆材料.新能源材料就材料種類主要包括專用薄膜,聚合物電解液,催化劑和電極,先進(jìn)光電材料,特制光譜塑料和涂層,碳納

圖25太陽(yáng)能薄膜電池

圖24高性能聚合物電池

米管,金屬氫化物漿料,

高溫超導(dǎo)材料

,低成本低能耗民用工程材料,輕質(zhì),便宜,高效的絕緣材料,輕質(zhì),堅(jiān)固,復(fù)合結(jié)構(gòu)材料,超高溫合金,陶瓷和復(fù)合材料,抗輻射材料,低活性材料,抗腐蝕及抗壓力腐蝕裂解材料,機(jī)械和抗等離子腐蝕材料.當(dāng)前研究熱點(diǎn)和技術(shù)前沿包括高能儲(chǔ)氫材料,聚合物電池材料,中溫

固體氧化物燃料電池

電解質(zhì)材料,多晶

薄膜太陽(yáng)能電池

材料等.

3.生物材料生物材料是和

生命系統(tǒng)

結(jié)合,用以診斷,治療或替換機(jī)體組織,器官或增進(jìn)其功能的材料.它涉及材料,醫(yī)學(xué),物理,生物化學(xué)及現(xiàn)代高技術(shù)等諸多學(xué)科領(lǐng)域,已成為21世紀(jì)主要支柱產(chǎn)業(yè)之一.