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1、 材料与生活 “没有金刚钻，别揽瓷器活”。这个谚语强调了工具的重要性。其实，这句话里还有另一层意思，那就是材料的重要性。 “新材料”的发现和使用伴随着人类的文明进程。陶器作为第一种人造材料结束了人类的石器时代，使人类从蒙昧时代进入野蛮时代。在这个“野蛮”时代，人类发明了青铜。青铜制造的农具促进了农业发展，而青铜制造的兵器把人类带进了冷兵器时代。铁器的发明又把人类文明向前推进。至今，钢铁产量仍是衡量一个国家工业化水平和国防实力的标志之一。 材料还深刻地影响着人类的生产生活方式。从无机材料到有机材料，人类文明又有一次大的飞跃。橡胶、塑料、纤维三大合成材料的不断创新与发展，使人类对皮革、木材、棉花和
2、丝绸等自然材料的依赖性大大降低。在一些领域里，三大合成材料部分或大部分替代了金属、木材、石材等。铝及合金的使用，使航空航天业得到空前发展，反过来又带动了材料科学的发展。硅等半导体材料为信息化提供了有力支撑，人类传递、储存信息的方式日新月异。科学家利用超材料正将“隐身衣”变为现实。超材料产品还可以加速信息传输和降低能耗、大幅度提高太阳能的利用效率，等等。而纳米科技和纳米器件的发展，可能从根本上改变人类的社会生活和生产方式。 材料科学每前进一小步，人类文明就前进一大步。在人类的历史长河中，新材料不断创造着人类新的生活。如果我们用新材料的涌现，以及从新材料及其技术对推动人类社会发展的作用来描述人类的
3、历史，那么，自古至今，人类已经经历了它的旧石器时代、新石器时代、青铜时代、铁器时代、钢铁时代、高分子材料时代、复合材料时代等等，现代人类更是进人到了一个以高性能材料为代表的多种材料并存的时代。可以说，新材料的使用不仅仅使生产力获得极大的解放，从而极大地推动了人类社会的进步，而且在人类文明进程中具有里程碑的意义。 那么何为“新材料”？显然，它包含着这样两个层面的含义，一是对传统材料的再开发，使其在性能上获得重大突破的材料；二是采用新工艺和新技术合成，开发出具有各种新的和特殊功能的材料。由此可以看出，新材料与新工艺、新技术有着密切的关系。一方面，新工艺与新技术的使用不断地扩展了人类的技术手段，从而
4、使人类更加充分地开发传统材料中的各种新的性能或功能，更重要的是，通过新的合成工艺与技术，使人类获得种类更多、性能更佳的材料，如纳米材料、多相材料。另一方面，诸多具有特殊性能材料的涌现，推动了高新技术的快速发展。这一点，在现代社会表现得尤为突出。可以说，新材料已经成为高新技术的基础与先导。在现代社会，新材料以及新材料中的高新技术正在为人类展开一个新世界的画卷。人类使用各种材料创造新的生活，建构新的世界。新的材料也正在为人类文明握供新的行为理念，建立起人类扩展自身生存与发展空间的信心。它的现代发展使一种材料从单一功能向多种功能发展，而且，它使得人类超越自然界，实现了根据材料来设计产品，根据产品的需
5、要，通过新的组成、结构和工艺设计来实现其所需功能的概念，也就是说，它的功能要求正在向着迎合人类在各个领域的需要而发展。由此，可以说，它己经成为人类从“自然王国”走向“自由王国”的动力源泉。一、材料在人类社会发展进程中的作用 所谓材料，是指经过某种加工，具有一定结构、组分和性能，并可应用于 一定用途的物质。在实践中，人们按用途把材料分成结构材料和功能材料 。结构材料主要是利用其强度、韧性、力学及热力学等性质。功能材料则主要 利用其声、光、电、磁、热等性能。按化学成分分类，则可把材料分为金属材 料、有机高分子材料、无机非金属材料及复合材料等。 某一种新材料的问世及其应用，往往会引起人类社会的重大变
6、革。人们把 人类历史分为石器、青铜器和铁器时代。在群居洞穴的猿人旧石器时代，通过 简单加工获得石器帮助人类狩猎护身和生存，随着对石器加工制作水平的提高 ，出现了原始手工业如制陶和纺织，人们称之为新石器时代。青铜时代大约源 于 4000-5000 年前。青铜是铜锡铝等元素组成的合金，与纯铜相比，青铜熔点低，硬 度高，比石器易制作且耐用。青铜器大大促进了农业和手工业的出现。铁器时 代则被认为是始于 2000 多年前，春秋战国时代，由铁制作的农具、手工工具及各种 兵器，得以广泛应用，大大促进了当时社会的发展。钢铁、水泥等材料的出现和 广泛应用，人类社会开始从农业和手工业社会进入了工业社会。本世纪半导
7、体 硅、高集成芯片的出现和广泛应用，则把人类由工业社会推向信息和知识经济 社会。基于材料对社会发展的作用，人们已提出信息。能源和材料并列为现代文 明和生活的三大支柱。在三大支柱中，材料又是能源和信息的基础。二、新材料在高技术中的作用新材料既是当代高新技术的重要组成部分，又是发展高新技术的重要支柱 和突破口。正是因为有了高强度的合金，新的能源材料及各种非金属材料，才 会有航空和汽车工业；正是因为有了光纤，才会有今天的光纤通讯；正是因为有 了半导体工业化生产，才有今天高速发展计算机技术和信息技术。当今世界各 国在高技术领域的竞争，在很大程度上是新材料水平的较量。新材料与现代科学技术特别是高技术是互
8、相依存、互相促进的，高技术的 飞速发展对新材料提出了更高的要求。精密测试技术，电子显微技术，高速大 容量计算技术等的发展，为材料科学工作者提供了更有力的研究工具。三、材料科学与经济发展由于材料科学的发展水平与高新技术的发展是相互依存的，因此新材料发 展与应用水平直接决定着经济发展的水平。 四、当前新材料的发展方向1高性能化、高功能化、高智能化 2.复合化 由于单一材料，如金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料都有各自 的优缺点，难以满足当代高技术中综合性能的要求，因此现代材料科学正朝着 复合材料方向发展。把不同种类和不同性能的材料通过一定的途径和技术复合 为一体，扬长避短，取长补短，可获得比
9、单一材料性能更好或具有某种特殊性能 的复合体材料。 3.极限化 极限化的含义是指在尺寸、压力、温度、纯度各种量纲范围内追求极限， 而使材料的性能产生根本性的飞跃。例如，在超高温、超高压条件下用石墨可合成 金刚石，在超高真空中、制备新型的半导体器件和高度集成的芯片。利用宇宙 空间实验室内的微重力、高真空、超低温、无菌等特殊环境制备在地面无法制 备的具有特殊性能的新材料，如合成新医药制品、冶炼高纯金属等。 4.仿生化 通过研究自然界中生物体的物质结构及其特有的功能，获得一种制备新材 料的思路和途径，并在某些材料的设计和制造中加以模仿。用现有简单而丰富 的原料，通过错综复杂的生物过程制得高强度和多功
10、能的新材料。 5.环境友好化 在资源不断枯竭、环境不断恶化的情况下，为确保人类社会文明可保持发 展，材料科学家提出了绿色材料或环境友好材料的概念。它是一种资源和能源 消耗少、再生循环利用率高，或可降解使用的具有优异适用性能的新型材料。 与传统材料相比，环境友好材料充分注意到人类发展的长远利益，以满足人类 社会可持续发展的目标。人應用方面材料的應用非常廣泛，且對於人類的生活影響也非常深遠。舉凡日常生活的食、衣、住、行、育、樂、醫療、通訊以至軍事國防及太空發展等等，無一不與材料有關。以下便逐一分類說明材料對人們生活的影響及其應用的層面：（一）在日常生活方面：（二）在家電用品方面：積已明顯地縮小。而
11、可錄式 CD 材料的研發，因其具有高密度、低損耗等優點，所以廣受開發製造。（三）在通訊方面：由於科技及資訊快速地進步發展，資訊的獲得可藉各種通訊設備來傳達，如衛星通訊、網路連線、無線與有線通訊及光纖通訊的開發應用皆使資訊傳播得更快速、更精確。而這些皆有賴於材料適當地開發及運用。（四）在醫療方面：（五）在環境保護方面：由於人口與日俱增，可用的土地及資源有限，為了要讓地球生生不息，就必須發展環境由於煤、石油、天然氣的發現，使得人類的能源問題暫時獲得解決。但許多發展中國家正相繼進入經濟高速增長期，對資源、能源的需求將進一步遽增，由此造成的資源能源短缺問題會日益嚴重。預計到二十一世紀末，將會出現石油、
12、天然氣等石化燃料的枯竭。而如何去找尋一個替代品是目前相當重要的課題，所以現在正極力開發運用太陽能、水力、風力來發電以獲得能源。而太陽電池便是利用非晶矽之類的材料做成的，太陽光電能所提供的不僅是能源，並且對環保頗有貢獻，在有限的傳統能源及環境污染問題日趨嚴重的情況下，開發並使用無污染的太陽光電能乃勢在必行，如圖五為太陽電池應用於建築上的太陽屋、圖六則應用於太陽船上。（七）在軍事國防方面：（八）在太空發展方面：飛機的發明使得我們往來各地更加便捷，而太空梭的發明使我們能對外太空加以探測，衛星的發展更為地球表面的探測以及資訊的傳遞提供了很好的中繼站。而這些都是由於材料發展的結果，如鋁合金、鈦合金的輕巧耐高溫等優良特性，已都應用於航太工業上。結語總之，材料科學應用的範圍實在太多了，從日常生活的食、衣、住、行到軍事國防，無不與材料發生關係。而除了上述的應用之外，目前更積極研發新材料，如高溫超導材料、鑽石膜材料以及附有人工智慧的材料，而新材料勢必將主導未來的世界。材料是工業的基礎，材料科學的發展是具前瞻性的，是走在時代的尖端，它決定了人類的生活方式，為人類的未來生活畫出藍圖，使人類的生活品質不斷地提昇。所以說材料科學對人類生酒的影響甚鉅，以前如此，未來更是如此
