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1、材料发展的回顾与展望【摘要】回顾过去，人类的生活、生产和发展离不开材料。从人类早期发展到现在，材料 的发展在人类发展史上占着不可或缺的地位。直到现代，人类的材料生产与制备技术已经相 当成熟，各种新材料如雨后春笋般不断涌现。展望未来，材料依然将在人类社会的各个方面 扮演重要角色。主要向半导体材料、结构材料、有机高分子材料等方向发展。【关键词】材料、发展一、回顾材料发展历程材料是人类生活和生产的物质基础，是人类认识自然和改造自然的工具。人 类文明曾被划分为旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代等，由此可 见材料的发展对人类社会的影响一一没有材料就是没有发展。人类诞生以前其实就有了材料，材料的
2、历史与人类史一样久远，可能还要比 之久远呢！在人类文明的进程中，材料大致经历了以下五个发展阶段，他们是1. 使用纯天然材料的初级阶段：旧石器时代，人类只能使用天然材料（如兽 皮、甲骨、羽毛、树木、草叶、石块、泥土等），之后也都只是纯天然材料的简 单加工而已。2. 人类单纯利用火制造材料的阶段：新石器时代、铜器时代和铁器时代， 是人类利用火来对天然材料进行煅烧、冶炼和加工的时代，主要材料有：陶、铜 和铁。3. 利用物理与化学原理合成材料的阶段：20世纪初，由于物理和化学等科 学理论在材料技术中的应用，从而出现了材料科学。在此基础上，人类开始了人 工合成材料的新阶段，主要材料：人工合成塑料、合成纤
3、维及合成橡胶等合成高 分子材料的出现，加上已有的金属材料和陶瓷材料（无机非金属材料）构成了现 代材料（除合成高分子材料以外，人类也合成了一系列的合金材料和无机非金属 材料。超导材料、半导体材料、光纤等材料都是这一阶段的杰出代表）。4材料的复合化阶段：20世纪50年代金属陶瓷的出现标志着复合材料时代 的到来。人类已经可以利用新的物理、化学方法，根据实际需要设计独特性能的 复合材料（只要是由两种不同的相组成的材料都可以称为复合材料）。5.材料的智能化阶段：如形状记忆合金、光致变色玻璃等等都是近年研发 的智能材料（自然界中的材料都具有自适应、自诊断合资修复的功能，而目前研 制成功的智能材料还只是一种
4、智能结构）。20世纪以来，物理、化学、力学、生物学等学科的研究和发展推动了对于 物质结构、材料的物理化学和力学性能的深入认识和了解。同时，金属学、冶金 学、工程陶瓷技术、高分子科学、半导体科学、复合材料科学以及纳米技术等学 科的发展促进了各种新型材料的产生，并推进了对于材料的制备、生产工艺、结 构、性能及其相互之间关系的研究，为材料的设计、制造、工艺优化和材料功能 和性能的合理使用，提供了充分的科学依据。现代材料科学更注重于研究新型复 合材料和纳米材料的制备和创新，对于设计具有不同性能要求的材料复合工艺和 纳米态材料的凝聚过程，以及各类材料之间的相互渗透和交叉的性能以及综合性 能的研究给予了更
5、多的重视。现代材料科学的发展不仅与揭露材料本质及其演化 规律的物理化学性质和力学性能有关，而且与使用材料的工程技术学科以及制造 加工材料的工程学科有着相互交叉性的密切关系。在此基础上，“材料科学与工 程”逐步形成学科，并发展成为一门独立的一级学科。作为一级学科的“材料科 学与工程”下分三个二级学科：材料物理与化学、材料学、材料加工工程。二、材料的未来发展新材料的诞生会带动相关产业和技术的迅速发展，甚至会催生新的产业和技 术领域。材料科学现已发展成为一门跨学科的综合性学科。根据我国当前及未来 发展的实际情况，新材料领域值得注意的新发展方向主要有半导体材料、结构材 料、有机/高分子材料、敏感与传感
6、转换材料、纳米材料、生物材料及复合材料。1. 半导体材料随着高科技发展的需要，半导体及其应用研究的中心正向直接影响市场的微 型或低维量子器件、改善传输质量和效率、增大功率和距离等方向发展，半导体 化合物(GaAs、InAs、GaN、SiC等)具有重要的应用前景。2. 结构材料Fe基、Al基、Ti基以及Mg基合金作为力学材料的主体，构成了系列结构 材料，其主要功能是承担负载(如火车、汽车、飞机)。汽车用钢近年来已从一 般钢铁发展为使用灿合金或特殊的咼强Mg基合金，咼强Ti合金在咼强钢中有重 要位置，不锈钢则有取代碳钢的趋势。用于军用飞机的Al合金及一般钢材则被 先进的Ti合金及高分子基复合材料所
7、取代。进一步还需要发展碳纤维增强复合 材料或Al基复合材料。结构材料的主体有：(1) 钢铁；(2) Al合金；(3) Mg合金；(4) Ti合金；(5) 结构陶瓷及陶瓷基复合材料。3. 有机/高分子材料有机/高分子材料是现代工业和高新技术的重要基石，已成为国民经济基础 产业以及国家安全不可或缺的重要材料。一方面量大面广的通用高分子材料需要 不断地升级改造，以降低成本、提高材料的使用性能；另一方面各类新型的高分 子材料将应运而生，尤其是有机及聚合物分子或少数分子组合体的光、电和磁特 性将成为高分子向功能化以及微型器件化发展的重要方向。主要有以下三个研究 方向：(1) 分子材料与分子电子器件研究；(2) 光电信息功能高分子材料研究；(3) 生物医用高分子材料。
