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1、迷人的材料摘要：我们带的阻隔病毒的一次性口罩、身上穿的涤纶制成的衣服、日常所 用陶瓷和金属餐具等等都是由材料制备而成，材料在我们生活中无处不在。材料 科学发展史上的每一次突破都会对我们的生活带来重大改变，极大地推动了人类 文明的进步。关键词：材料化学 无机非金属材料 石墨烯 塑料 合成纤维从某种意义上说，人类文明史就是一部人类利用材料、制造材料和创造材料 的历史1。无机非金属材料、有机高分子材料和金属材料并列为三大材料。从旧 石器时代、新石器时代、青铜时代、铁器时代、钢铁时代、高分子材料时代再到 现在我们常说复合材料时代和电子信息时代，无不是材料科学发展的印记。半导 体单晶硅的出现，促进了现代
2、电子科技信息的重大发展；光导纤维的问世，让我 们进入了光通信时代；铝合金和耐高温特殊结构材料的应用，极大地推动了航天 事业的发展；塑料、合成橡胶、合成纤维三大有机高分子合成材料更是让我们的 物质世界变得更加丰富多彩！试想一下，若没有材料化学的发展，我们的世界会 是怎样的呢？答案不言而喻，我们需要材料，需要化学！一、传统无机非金属材料及其新发展无机非金属材料具有耐压、强度高、耐高温、抗腐蚀等性能，三大传统硅酸 盐材料的发现，极大推动了社会文明的进步，这些传统非金属材料在科技迅猛发 展的今天又有了哪些新的发展和突破呢？传统三大硅酸盐材料是：玻璃、陶瓷、水泥。玻璃是由纯碱、石灰石和石英 砂经过复杂的
3、物理和化学变化制成，涉及的主要反应有：Na2CO3 + SiO2 Na2SiO3 + CO2 t, CaCO3 + SiO2CaSiO3 + CO2 to 随着技术的发展，现在我 们可以根据不同的需要通过加入不同物质来调整玻璃的性能，如加入b2o3便可以 提高玻璃的抗化学腐蚀性和耐高温性能，加入PbO便可制得折光率高的光学玻璃, 用于制造眼镜片、照相机、望远镜和显微镜中的透镜等2。陶瓷主要原料是黏土，当向坯体上涂上彩釉便制得表面光滑、色彩丰富的各 种陶瓷制品，日常生活中餐具和实验室用的坩埚等都是陶瓷制品。随着技术发展， 人们研制出了许多特殊功能的陶瓷，如耐高温的氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等被用 于
4、汽车的发动机和航天飞机的防护片；磷酸钙新型陶瓷具有良好的生物功能，可 用来制成人造骨骼；透明陶瓷、超导陶瓷、压电陶瓷等新型陶瓷也在不同领域拓 宽了传统陶瓷的应用范围。水泥主要原料是石灰石和黏土，是一类非常重要的建筑材料。而钢筋混凝土 的结合，让我们看到了高楼大厦。钢筋和混凝土是不同的两类材料，钢筋密度大， 能承受压力和张力，不耐腐蚀，而混凝土密度小，能承受压力，耐腐蚀，但不能 承受张力。当把它们结合在一起两者的优点都利用起来了，这是人类最早开发利 用的复合材料之一2。二、逆天超级材料石墨烯石墨烯近年来受到科学家们的追捧，他们致力研究石墨烯材料在电池等方面 的运用，石墨烯还被称为“逆天超级材料”
5、。石墨烯是从石墨结构中剥离出来的 单层结构，石墨烯内部结构和石墨一样，碳原子都是SP2杂化成键，碳原子的4 个价电子其中3个形成SP2。键与其他碳原子连接成六角环的蜂窝式层状结构， 另一个单电子填入垂直于平面的未参与杂化的P轨道上，紧邻原子间未杂化的P 轨道肩并肩形成大n键，因此石墨烯具有优良的导电和光学性能。石墨烯可分 为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯。正是石墨烯优异的光学、 力学、电学和热学性质备受科学家们的青睐，在化学、材料、物理、生物、能源 等领域已取得一系列重要成果。石墨烯可以做成化学传感器，在医学上可以灵敏 地检测多巴胺和葡萄糖等；石墨烯还可以应用于新能源电池，石墨
6、烯超级电池很 好地解决了新能源汽车电池容量小和充电时间长的问题。石墨烯还可以通过与其 他纳米碳材料、导电高分子、金属氧化物/硫化物等材料复合形成石墨烯复合纤 维，利用添加物的高比电容提高复合纤维的电化学性能 4。石墨烯在柔性显示屏 超轻型飞机材料、复合材料、储氢材料等领域也将发挥出重要应用价值。三、丰富多彩的塑料制品日常生活中我们会用到各种各样的塑料制品，如柔软的塑料包装袋，硬而脆 的塑料盆、塑料桶，受热易熔化的保鲜膜，耐高温的锅铲塑料把手塑料、 合成纤维、合成橡胶统称为三大合成材料，属于有机高分子化合物。常见的塑料 有PE （聚乙烯）、PP （聚丙烯）、PVC （聚氯乙烯）、PS （聚苯乙烯
7、）、PTFE（聚四氟乙烯）、PMMA （聚甲基丙烯酸酯）等等。结构决定性质，性质决定用途, 不同结构的塑料用品决定了它们各自不同的用途。聚乙烯（简称PE）是常见的一类塑料，根据乙烯加聚反应条件的不同可分为 高压聚乙烯和低压聚乙烯。高压聚乙烯相对分子量较小，且主链上带有长短不一 的支链，支链会阻碍碳碳单键的旋转和链与链之间的靠近，故高压聚乙烯有着较 低的熔点和密度3。低压聚乙烯相对分子量较大，是线性结构，几乎没有支链， 因此链与链之间距离较近，熔点和密度较高压聚乙烯大3。高压聚乙烯相对来说 较柔软，因此常用来作薄膜，如食品包装袋、保鲜膜等。低压聚乙烯较硬一些， 常用来做塑料桶、塑料瓶、输水管等。
8、塑料可分为热塑性和热固性两类，热塑性塑料属于线性结构，高分子链之间 无交联，热固性塑料属于体型结构，高分子间有交联，称为网状结构。聚乙烯、 聚氯乙烯和聚丙烯等是热塑性塑料，受热熔化，冷却后又变成固体，且硬度和脆 性较小。酚醛树脂、环氧树脂等属于热固性塑料，加热成型后受热不熔化，且硬 度和脆性较大，如锅铲的把手所用的塑料一般是酚醛塑料。四、用途广泛的合成纤维通常我们买衣服时在合格证的标签上会看到棉100%，或者涤纶66%，棉34% 等字样，涤纶、锦纶等常说的“六大纶”是由什么化学物质合成的？涤纶是对苯二甲酸乙二醇酯的商品名，由对苯二甲酸和乙二醇缩合得，方程式如下：丙纶是聚丙烯纤维，即丙烯加聚后的
9、产物，方程式如下：氯纶是聚氯乙烯纤维，即氯乙烯加聚后的产物，方程式如下：nCH? C1ICI逬省左出-1吐腈纶是聚丙烯腈纤维，即丙烯腈加聚后的产物，方程式如下:nCtL HCX锦纶是聚酰胺纤维，是通过缩聚反应形成酰胺键，如己二酸和己二胺通过缩 聚反应得到纤维称尼龙66。尼龙1010是癸二酸和癸二胺缩聚的产物，方程式如O 辛十 nHOOC(CHCOOH 卡nH.NtCHioNHjCH)s0MIC i Cl JnOk + 2nH；0下：维纶是聚乙烯醇纤维，但它不是乙烯醇加聚后的产物，因为乙烯醇本身不稳 定，通常是先得到它对应的酯，如醋酸乙烯酯，经过加聚再水解获得。合成纤维有着强度高、弹性好、耐磨等
10、优点，如航天服是由特殊的涤纶制成 的，消防、化工等人员穿的阻燃防护服是由阻燃涤纶制成。羽毛球拍线、钓鱼线 丝袜等是由尼龙制成的。氯纶保暖性好，制成的针织衣物特别适合有风湿性关节 炎的人们穿。腈纶制品蓬松性好、手感柔软，可制备毛毯、人造皮毛、长毛绒等 丙纶具有较好的抗起球性能，可用来制作沙发布、装饰布等。维纶是合成纤维中 吸湿性能最好的，维纶织布穿着舒适，适宜用来制内衣。四、结语材料让我们的世界绚丽多彩，让我们的生活有滋有味，因此科学家们对材料 探索的热情从未减弱。我国科学家俞书宏院士成功研制出了一类轻质高强韧天然 纳米纤维素高性能结构材料，比强度和比韧性均比传统合金材料、陶瓷、工程塑 料要高，
11、而密度却只有钢的六分之一，有望代替现有工程塑料。我国科学家余龙 教授在世界上首次成功研制出“淀粉塑料”，如全淀粉包装材料、全淀粉药用胶 囊等，攻克了世界环保难题。科学家们通过仿生技术合成了一种新型万能胶，该 粘合剂遇水即粘打破了传统粘合剂在水中无法发挥威力的局限，新型万能胶可用 于多种材质的粘合，被称为“水中万能胶”。材料的研究在光、声、电、磁、力、超导、高塑，以及超强、超硬、耐高温 等性能上获得极大的扩展与深度发掘，从而使我们获得了性能更优异、种类更多 的新材料，如纳米材料、多相材料等。每一种新材料的出现都会极大地推动高技 术产品的智能化与微型化，从这个意义上说材料推动了人类文明的发展。科学
12、是 迷人的，科学是美丽的，科学的旷世奇美正等着我们去探索！参考文献：1 王祖浩、吴星、刘宝剑、王云生，普通高中课程教科书.新苏教版化学必修第二册M.江苏凤凰教育出版社，2019(92).2 人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书化学与生活(选修一)M.北京：人民教育出版社， 2007(54,58,55,66).3 人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.普通高 中课程标准实验教科书有机化学基础(选修五)M.北京：人民教育出版社， 2007(106).4 杨俊杰、张扬、陈国印、陈少华、麻伍军、翁巍、朱美芳，石墨烯纤维的制备与应用J.中国材料进展，2018(05):356-366.
