材料的使用史材料的使用史第一代：天然材料第一代：天然材料第二代：烧炼材料第二代：烧炼材料第三代：合成材料第三代：合成材料第四代：设计型材料第四代：设计型材料第五代：智能材料第五代：智能材料第一代：天然材料第一代：天然材料木片、石器、骨器等木片、石器、骨器等旧石器是利用一块较硬的石头坎砸到另一块较软的石头打击旧石器是利用一块较硬的石头坎砸到另一块较软的石头打击而成，其形状既不规则又不稳定，加工十分粗糙，是人类第而成，其形状既不规则又不稳定，加工十分粗糙，是人类第一种原始材料一种原始材料新石器时代的标志是，打制的石器更加精美、陶和玉器工艺新石器时代的标志是，打制的石器更加精美、陶和玉器工艺品的出现、用石头和砖瓦作建筑材料品的出现、用石头和砖瓦作建筑材料材料的使用史材料的使用史人们用火将天然粘土烧制砖瓦和陶瓷人们用火将天然粘土烧制砖瓦和陶瓷用烧结技术制造出了玻璃和水泥用烧结技术制造出了玻璃和水泥从各种天然矿石中提炼出铜及其合金、青铜和铁等冶炼材料从各种天然矿石中提炼出铜及其合金、青铜和铁等冶炼材料铜是人类社会最早出现的金属铜是人类社会最早出现的金属铜熔点低，技术层次比较容易处理，铜器色泽优美，满足人类视铜熔点低，技术层次比较容易处理，铜器色泽优美，满足人类视觉的享受，质柔声清，满足触觉与听觉的美感觉的享受，质柔声清，满足触觉与听觉的美感中国青铜器中国青铜器分别精炼铜、锡、铅，将熔浆倾入陶制坩埚铸形分别精炼铜、锡、铅，将熔浆倾入陶制坩埚铸形铜铜-锡合金锡合金(青铜青铜)85%Cu(熔点熔点1083C)、15%Sn(熔点熔点232C)熔点熔点960C，延展性增加，硬度增加，具光泽度，延展性增加，硬度增加，具光泽度加入部分锡，使原来较软的铜制品变得更坚硬、更耐磨加入部分锡，使原来较软的铜制品变得更坚硬、更耐磨铜铜-锌合金锌合金(黄铜黄铜)锌熔点锌熔点420C，沸点，沸点900C，精炼时应小心控制，否则会沸腾，精炼时应小心控制，否则会沸腾材料的使用史材料的使用史第二代：烧炼材料第二代：烧炼材料砖瓦、陶瓷、青铜砖瓦、陶瓷、青铜铁器时代从铁矿石中冶炼铁铁器时代从铁矿石中冶炼铁依含依含C量和杂质多少，铁分三类量和杂质多少，铁分三类铸铁：含碳铸铁：含碳2.54.5%，不适于展延，不适于展延 锻接，适于铸造器物锻接，适于铸造器物锻铁：含锻铁：含S、P、Si，质强韧具延展性，可锻造、焊接成器物，质强韧具延展性，可锻造、焊接成器物钢铁：质强而韧，适当热处理可改变硬度、脆度，制刀剑、钢铁：质强而韧，适当热处理可改变硬度、脆度，制刀剑、枪炮枪炮 铁轨铁轨非铁金属非铁金属(金金 银等贵重金属银等贵重金属)：加工技术繁复，造型美化：加工技术繁复，造型美化金质地细密、具光泽，熔点金质地细密、具光泽，熔点1063C，比重，比重19.3，延展性强，在空气中不氧，延展性强，在空气中不氧化，不受一般弱酸腐蚀，只溶于王水，可做饰品化，不受一般弱酸腐蚀，只溶于王水，可做饰品 货币，永保色泽货币，永保色泽材料的使用史材料的使用史第二代：烧炼材料第二代：烧炼材料铁、钢铁、钢原料主要从石油、煤等矿物资源中来原料主要从石油、煤等矿物资源中来高分子材料在今天发挥的作用越来越大高分子材料在今天发挥的作用越来越大从从19091909年第个人工合成的塑料年第个人工合成的塑料酚醛树脂算起，高分子材料酚醛树脂算起，高分子材料时代至今不足时代至今不足100100年年2020世纪世纪9090年代初，塑料产量已经超过年代初，塑料产量已经超过1 1亿吨，按体积亿吨，按体积已经超过钢铁产量已经超过钢铁产量材料的使用史材料的使用史第三代：合成材料第三代：合成材料高分子材料高分子材料“材料设计材料设计”思想始于上世纪思想始于上世纪5050年代，其目的是年代，其目的是“按照指定按照指定性能定做性能定做”新材料，按生产要求新材料，按生产要求“设计设计”最佳制备和加工方最佳制备和加工方法法 采用新的物理、化学方法，根据实际需要设计出具有特殊性采用新的物理、化学方法，根据实际需要设计出具有特殊性能的材料能的材料从设计、材料和工艺一体化出发，开发材料的先进制造技从设计、材料和工艺一体化出发，开发材料的先进制造技术，实现材料的术，实现材料的高性能化和复合化高性能化和复合化，达到材料生产的低成，达到材料生产的低成本、高质量和高效率本、高质量和高效率材料的使用史材料的使用史第四代：设计型材料第四代：设计型材料通信产业、生物技术、新能源技术、宇航技术、环通信产业、生物技术、新能源技术、宇航技术、环境工程等，对材料提出了更新的要求境工程等，对材料提出了更新的要求功能材料智能化功能材料智能化 智能凝胶、机械化学系统智能凝胶、机械化学系统结构材料智能化结构材料智能化 自行诊断、损伤自显示、自修复自行诊断、损伤自显示、自修复 和和自愈合、自组装功能、自分解性自愈合、自组装功能、自分解性生物材料智能化生物材料智能化 微球功能的智能化微球功能的智能化(药物控制释放药物控制释放)、智智能生物材料与组织工程能生物材料与组织工程材料的使用史材料的使用史第五代：智能材料第五代：智能材料能感知外部刺激能感知外部刺激(传感功能传感功能)、能判断并适当处理、能判断并适当处理(处理功能处理功能)、本身可执行、本身可执行(执行功能执行功能)的材料的材料从古到今，材料与人类日常生活密切相关从古到今，材料与人类日常生活密切相关就现代生活而言，人们的衣、食、住、行、休闲、就现代生活而言，人们的衣、食、住、行、休闲、娱乐样样离不开材料，新材料的出现使人们的生活娱乐样样离不开材料，新材料的出现使人们的生活质量发生了极大的变化质量发生了极大的变化材料与食物、居住空间、能源、信息共同组成了人材料与食物、居住空间、能源、信息共同组成了人类生活的基本资源类生活的基本资源以穿衣为例，衣料早已由天然的棉、毛、丝、麻发以穿衣为例，衣料早已由天然的棉、毛、丝、麻发展到各种的人造纤维展到各种的人造纤维(人造棉人造棉)、合成纤维、合成纤维(尼龙、的尼龙、的确凉、腈纶等确凉、腈纶等)、混纺纤维、混纺纤维材料的重要性材料的重要性 传统滤水材料材料的重要性材料的重要性例1：滤水材料PP不织布滤网不织布滤网仅过滤水中粗大悬浮物、沙粒仅过滤水中粗大悬浮物、沙粒(5 m)，无法过滤，无法过滤离子、重金属、有机毒素、细菌离子、重金属、有机毒素、细菌硅硅藻藻土土功能与不织布滤网类似，过滤颗粒较小功能与不织布滤网类似，过滤颗粒较小活活性性碳碳去除水中色素、异味去除水中色素、异味(挥发性者挥发性者)、部份金属离子，、部份金属离子，无法去除重金属污染、无杀菌力无法去除重金属污染、无杀菌力离子交换树脂离子交换树脂以钠型树脂去除水中以钠型树脂去除水中Ca2+、Mg2+离子，所得水含钠量离子，所得水含钠量偏高，对糖尿病、心脏病患者不利，影响肾脏功能偏高，对糖尿病、心脏病患者不利，影响肾脏功能半半透透膜膜去除水中杂质及矿物质去除水中杂质及矿物质紫紫外外线线利用利用UV辐射能破坏细菌辐射能破坏细菌DNA抑制其繁殖抑制其繁殖碘碘素素可适用于较广的可适用于较广的pH值，存在时间久值，存在时间久银活性碳银活性碳银杀菌速度慢，但可抑制其生长银杀菌速度慢，但可抑制其生长(银不可过量银不可过量)新型滤水材料 杀 菌冬暖夏凉的羊毛冬暖夏凉的羊毛羊毛纤维是由两种性质不同细胞组成，呈螺羊毛纤维是由两种性质不同细胞组成，呈螺旋状蜷曲旋状蜷曲羊毛纤维表面被膜状角质层覆盖，具有吸收湿气、扩散水分功能羊毛纤维表面被膜状角质层覆盖，具有吸收湿气、扩散水分功能柔软细致的纯棉柔软细致的纯棉触感良好、易吸湿性且散发性良好、凉爽且触感良好、易吸湿性且散发性良好、凉爽且保温性高、安全又卫生、耐于洗涤保温性高、安全又卫生、耐于洗涤冬暖夏凉的衣料冬暖夏凉的衣料(多丽丝多丽丝)聚乙二醇附着在织品纤维上聚乙二醇附着在织品纤维上PEG在在21C融解软化，吸收体热，觉得凉融解软化，吸收体热，觉得凉熔融的熔融的PEG在在0C凝固，散热，觉得温暖凝固，散热，觉得温暖材料的重要性材料的重要性例例2：服：服饰饰材质的改变，设计的创新材质的改变，设计的创新考量硬度、重量、合脚、磨损、保护考量硬度、重量、合脚、磨损、保护性、支撑、性、支撑、透气、避震、散热等透气、避震、散热等材料的重要性材料的重要性例例3：鞋鞋 子子超轻跑鞋超轻跑鞋将橡胶和塑料结合、再发泡，比重只有将橡胶和塑料结合、再发泡，比重只有0.36(一般一般橡胶底比重为橡胶底比重为1.3)，将鞋底打薄，增加长跑速度，将鞋底打薄，增加长跑速度抗冲鞋底抗冲鞋底天然橡胶和天然橡胶和EVA制成海绵，置于鞋底之中间层制成海绵，置于鞋底之中间层气垫鞋底气垫鞋底将高分子透明胶囊灌满气体，埋入鞋底里，脚跟将高分子透明胶囊灌满气体，埋入鞋底里，脚跟用力时产生的压力压缩气体胶囊，脚跟离地时，用力时产生的压力压缩气体胶囊，脚跟离地时，气囊反弹，反弹力将脚跟往上提气囊反弹，反弹力将脚跟往上提安全镜片安全镜片采用采用光学树脂光学树脂，成像品质高，重量较玻璃轻，成像品质高，重量较玻璃轻40%超硬安全镜片超硬安全镜片加上加上超硬层超硬层，抗刮性、耐磨性强四倍，抗刮性、耐磨性强四倍超硬安全树脂多层加膜镜片超硬安全树脂多层加膜镜片以以石英膜石英膜层镀在镜片表面，提层镀在镜片表面，提供防反光效果，防止紫外线透入供防反光效果，防止紫外线透入超薄超硬安全树脂多层加膜镜片超薄超硬安全树脂多层加膜镜片采用高采用高折射率超薄材质折射率超薄材质，比一般树脂片薄比一般树脂片薄20%、平、平25%、轻、轻25%多焦点镜片多焦点镜片由远至近聚合无数个焦点，使任何距离都能透由远至近聚合无数个焦点，使任何距离都能透过适合的焦点看清楚，没有影像跳跃、无错觉过适合的焦点看清楚，没有影像跳跃、无错觉隐形镜片隐形镜片高分子水凝胶高分子水凝胶材料的重要性材料的重要性例例4：眼眼 镜镜材料由不同元素组成，由不同原子、离子或分子结合材料由不同元素组成，由不同原子、离子或分子结合而成而成原子、离子或分子之间的结合力称为原子、离子或分子之间的结合力称为结合键结合键一般可把结合键分为四种一般可把结合键分为四种材料的结合键材料的结合键结合键的分类结合键的分类离子键离子键共价健共价健金属键金属键分子键分子键离子键离子键周期表中相隔较远的正电性原子和负电性原子接触时，前者失周期表中相隔较远的正电性原子和负电性原子接触时，前者失去最外层价电子，变成正离子；后者获得电子，变成负离子去最外层价电子，变成正离子；后者获得电子，变成负离子正离子和负离子由静电引力相互吸引；同时当它们十分接近时正离子和负离子由静电引力相互吸引；同时当它们十分接近时发生排斥，引力和斥力相等即形成稳定的离子键发生排斥，引力和斥力相等即形成稳定的离子键NaCl、CaO、Al2O3等由离子键组成等由离子键组成离子键示意图氯化钠结构材料的结合键材料的结合键结合键的分类结合键的分类离子键离子键离子键键能很大，离子晶体硬度高、强度大、热膨胀离子键键能很大，离子晶体硬度高、强度大、热膨胀系数小，但脆性大系数小，但脆性大离子键中很难产生可自由运动的电子，离子晶体是良离子键中很难产生可自由运动的电子，离子晶体是良好的绝缘体好的绝缘体离子的外层电子受到较牢固的束缚，可见光的能量一离子的外层电子受到较牢固的束缚，可见光的能量一般不足以使其受激发，不吸收可见光般不足以使其受激发，不吸收可见光典型的离子晶体无色透明典型的离子晶体无色透明结合键的分类结合键的分类材料的结合键材料的结合键共价键共价键处于周期表中间位置的三、四、处于周期表中间位置的三、四、五价元素，原子既可获得电子变五价元素，原子既可获得电子变为负离子，也可丢失电子变为正为负离子，也可丢失电子变为正离子离子原子之间可共用价电子、形成稳原子之间可共用价电子、形成稳定的电子满壳层，从而形成分子定的电子满壳层，从而形成分子或晶体或晶体这种由这种由共用价电子对共用价电子对产生的产生的结合键叫共价键结合键叫共价键共价键示意图材料的结合键材料的结合键结合键的分类结合键的分类最具有代表性的共价。