《化学与人类生活 教学课件 ppt 作者 柳一鸣 主编 第四章 化学与材料第一节 概述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学与人类生活 教学课件 ppt 作者 柳一鸣 主编 第四章 化学与材料第一节 概述（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、化学与材料,主讲：柳一鸣,化学与材料,第一节 概述,第二节 无机非金属材料（陶瓷）,第四节 高分子材料,第三节 金属材料,第五节 复合材料,第六节 未来生活中的材料,什么是材料? 材料是人们利用化合物的某些功能来制作物件 时用的化学物质。 What is MSE? MSE是Materials Science and Engineering 的缩写，即材料科学与工程。顾名思义，我们研 究各种材料，改变材料的特性或行为使它变得更 有用，这就是材料科学的核心！,材料与材料科学与工程,第一节 概 述, 材料的发展史 材料与化学 材料的分类,一、材料社会进步的标尺,石器时代,分为旧石器时代和新石器时代。
2、旧石器时代可追溯到 公元前10万年左右，那时的原始人类们天然的石、木、竹、骨等材料作为狩猎的工具，生产效率当然很低；到公元前6000年，人类发明了火，掌握了钻木取火的技术，不仅可以热食、取暖、照明和驱兽，还可以烧制陶器。并又发明了瓷器，使其成为中华民族文化的象征之一，对世界文化产生过深远的影响。,狩 猎,制作工具,旧石器时代人类的生活,整个旧石器时代都以打制石器作为标志。打制石器由简单、粗大，向规整、细小发展，石器的种类不断增多，变化速度逐渐加快。旧石器时代晚期还发明了骨器磨光技术和骨、石器钻孔技术。 在旧石器时代，人类在体质演化上经历了直立人阶段、早期智人阶段和晚期智人阶段，体态由猿人向现代
3、人逐渐进化，脑容量不断增加。从直立人使用火、控制火，到晚期智人发明人工取火，同时人的思维得到了突飞猛进的发展，人类社会出现了宗教和艺术。,旧石器时代,旧石器时代的用具,神奇的燧石,三棱厚尖状石器,新石器时代前期（约1万年前至5千年前），形成了规模很大的聚落。各地区的氏族部落创造出各具特色的文化，如仰韶文化居民创造的彩陶艺术，在这一时期犁耕技术开始出现，手工业分工及其技术均有发展，人们已掌握冶铜技术，社会结构有显著变化，贫富分化加剧，宗教与政治结合在一起，出现了氏族部落开始向文明时代迈进。,新石器时代,新石器时代（仰韶文化）高47厘米 1980年河南省临汝县阎村出土,新石器时代（仰韶文化） 高1
4、6.5厘米1955年陕西 西安市半坡出土,陶器的出现,由于工具所用材料的先进化，使生产力大幅度提高，对人类文明进步起到了决定性的作用。这个时候，出现了规模很大的聚落。,姜寨母系氏族聚落（模型）,新石器时代 长25厘米 陕西省长安县客省庄出土,新石器时代（大汶口文化） 长16.6厘米 山东省泰安市大汶口出土,新石器时代的工具,考考你,、青铜是纯金属还是合金？,、你知道在已出土文物中有哪些是属于青铜器吗？,司母戊鼎 、 越王勾践的宝剑、曾侯乙编钟等,青铜器时代,人们通过烧制陶瓷熟练地掌握了高温加工技术，并利用这种技术炼出了铜及其合金青铜，使人类社会从新石器时代转入青铜器时代。从我国出土的大量古代青
5、铜器表明，中国历史上曾有过灿烂的青铜文化。仅由1965年在湖北望山一号楚墓中出土的2500年前越王勾践的宝剑和青铜编钟来看，当时青铜器的生产工艺已达到了很高的水平。,越王勾践的宝剑（1965年发现）,在“望山一号墓”中的棺出土了一把外套漆木鞘的 剑，剑首向外翻卷成圆盘型，首内铸有11圈同心圆， 正面用蓝色琉璃、背面用绿松石镶嵌成美丽的几何花 纹，剑身长45.6、全长55.6、宽4.6、格5、茎长7.9、 首径4.3厘米。有越王勾践自作用剑”，字体为鸟虫书。 保存非常完好，刃薄而锋利。文物专家邀请了郭沫若、 夏鼐、康兰等专家的考证，方才弄清楚这把剑是越王 勾践的自用剑，无比珍贵。现藏于湖北省博物
6、馆。,越王勾践的宝剑,“曾侯乙”编钟图,青铜制盾牌,西周厉王 晋侯木钟,西周早期的折觥,青铜器,龙纹钺（兵器） 通长17厘米。商代后期。 1964年陕西城固县五廊庙出土。现藏城固博物馆。,三戈铜戟,人类最早发现和使用的铁，是天空中落下来的陨铁。陨铁是铁和镍、钴等金属的混合物，含铁量较高。人们就曾用这种天然铁制作过刀刃和饰物，地球上的天然铁是少见的，所以铁的冶炼和铁器的制造经历了一个很长的时期。当人们在冶炼青铜的基础上逐渐掌握了冶炼铁的技术之后，铁器时代就到来了。,铁器时代,天然金和铜,天然金与铜被用作工具与武器，开始了人类金属的使用。,铁器坚硬、韧性高、锋利，胜过石器和青铜器。铁器的广泛使用，
7、使人类的工具制造进入了一个全新的领域，生产力得到极大的提高。导致了世界上一些民族从原始社会发展到奴隶社会，也推动了一些民族脱离了奴隶制的枷锁而进入了封建社会。,湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄,后周（953年）沧州铁狮,铁 器,湖北当阳宋代铁塔,汉代铁器,中国古代 铁器的金相组织,廉价的冶铁业,铁制车轮,金属铸造工艺 人们得到了需要的形状。,4000 BC,最早的模铸件 一个铜制杖头,从矿石中提炼铜 冶金业的黎明,3500 BC,埃及古墓壁画人类 冶金业的最早纪录之一,5000 BC,熔炼和锤击改变 了铜的性能材料 开始发展,炼铁促使了鼓风机与熔炉的发明,中国的四大发明,钢铁时代,18世纪瓦特发明了
8、蒸汽机，引发了产业革命，小作坊式的手工操作被工厂的机械操作所代替；工业迅猛发展，生产力空前提高，迫切要求发展铁路、航运，使生产出来的产品远销他国，占领国际市场。社会经济的发展推动和促进了以钢铁为中心的金属材料大规模的发展，有力地摧毁了封建社会的生产模式，萌发了资本主义社会。,Henry Bessemer (1813-1898),拥有钢铁冶炼的专利当代钢铁冶炼的出现。他的方法是钢铁制品性能大大改观而成本也降低不少。,1500 AD,电化学方法冶炼铝 使铝成为一种 常用金属,工程塑料时代,第二次世界大战后各国致力于恢复经济，发展了工农业生产，对材料提出质量轻、强度高、价格低等一系列新的要求。合成高
9、分子材料应运而起，具有优异性能的工程塑料部分地取代了金属材料，合成纤维、合成橡胶、涂料和胶黏剂等都得到了快的发展和 应用。合成高分子材料的问世是材料发展中的重大突破，以金属材料、陶瓷材料和合成高分子材料为主体，形成了完整的材料体系，材料学科得到前所未有的发展。,尼龙的发明 （1939年）,尼龙的商业发展， 高分子材料发展的关 键时期。,尼龙纤维,1950年,高温合金的发 展，掺镍合金促进 了喷气发动机的发 展。,1960年硅芯片变得更小了,新材料技术时代,进入20世纪80年代以来，在世界范围内高新技术迅猛发展，国际上展开了激烈的竞争，各国都想在生物、信息、空间、能源和海洋技术等高技术领域占有一
10、席之地。发展高新技术的关键是新材料技术，其标志技术是材料设计，即根据需要来设计具有特定功能的新材料。材料的重要性已被人们充分地认识，能源、信息、材料已被世人公认为当今社会发展的三大支柱。,轰6上WP8型发动机,涡扇9型飞机发动机,1950年高温合金的发展，掺镍合金促进了喷气发动机的发展。,1980年 高温超导体,高温超导体，高 温超导的革命时代。,当今社会发展的三大支柱？,二、化学与材料,材料、能源和信息构成现代文明的三大支 柱。材料科学的发展十分迅速，它是物理、化 学、数学、生物、工程等一级学科交叉而产生的 新的学科领域。它具有十分鲜明的应用目的，是 人类进行生产的最根本的物质基础，也是人类
11、 衣、住、行及日常生活用品的原料。,在现代文明的三大支柱中，材料显得尤为重要，因为能源和和信息科学的发展又依赖思于材料科学的发展，以能源为例，不论是化石能源的高效与清洁生产、还是核能的不断发展和再生能源(特别是太阳能)的利用以及节能先进技术的建立，材料都是瓶颈和关键。,石油开采,核电站,材料科学与技术是21世纪各国争先研究的领 域，先进材料科技的范围不断扩大，其中材料的 分子设计、纳米材料、仿生材料、计算机材料及 相关的合成、加工技术等均十分活跃，我国在碳 纤维及复合材料的研究、非传统反应工程与技 术、催化剂工程设计、绿色化学工程、超重力反 应与分离法制备纳米材料技术已经走在世界前列。,新材料
12、科学研究引人注目,绿色化学示意图,化学是材料发展的源泉,化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结 构、性能、变化及应用的学科。经过数百年的努力， 化学家开发和合成了许多化合物，两者的总和巳达到 2000多万种，而且还在以平均每天增加7000多种的速 度递增。这些是构成了当今五彩缤纷物质世界的物质 基础。 同时，它也为材料的选择提供了丰富的来源，所 以可以毫不夸张地说，化学是材料发展的源泉。是它 使人类生活在一个化学世界中。,材料与化学,材料科学的发展为化学研究开辟了一个新的领域。 高分子化学与高分子材料的发展是最明显不过的例子。 二次大战后高分子化学蓬勃发展为高分子材料的发展 打下了基础，合
13、成出各种工程塑料、合成纤维、合成 橡胶、涂料和胶粘剂等，为了适应社会经济和高技术 发展的需要，对研制具有特殊性能的功能高分子材料 甚为迫切，这对高分子化学提出了新的要求，促进了 高分子化学的发展，化学与材料科学保持着相互依存、 相互促进的关系。,三、材料的分类,结构材料主要应用于机械制造、工程建设、交通运 输和能源等各工业部门。功能材料则用于电子、激光、 通讯、能源和生物工程等许多高新技术领域。功能材料 的最新发展是智能材料，它具有环境判断功能、自我修 复功能和时间轴功能，人们称智能材料是21世纪的材料。,磁悬浮列车,智能机器人,通向月球的碳纳米管天梯想象图,陶瓷材料是以硅和铝的氧化物为主的硅酸盐材 料，高分子材料是一类合成材料，主要有塑料、合成 纤维和合成橡胶，此外还有涂料和胶粘剂等复合材料 是由金属材料、陶瓷材料和高分子材料复合组成的新 型材料。,新型材料是指新发展或正在发展的具有特殊功能 的材料。它具有以下特点： (1) 根据社会的需要，具有特殊的性能，能满足 尖端技术和设备制造的需要。 (2) 研制是多学科综合研究的成果。它要求以先 进的科学术为基础，往往涉及到物理、化学、冶金等 多个学科。 (3) 新材料技术在高新技术领域有特殊地位。,
