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1、先进材料之我见 一、材料的定义；二、材料的发展史；三、先进材料与传统材料；四、两面性分析；五、未来材料发展方向。一、材料的定义所谓材料，就是指经过某种加工，具有一定结构、组分和性能，并可应用于 一定用途（用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品，主要是生产生活）的一种物质 。材料属于物质，但并不是所有物质都可以称之为材料。例如工业化学品、食物、药物、炸药和固体火箭推进剂，一般都不算是材料。但是这个定义并不那么严格，如炸药、固体火箭推进剂，一般称之为“含能材料”，因为它属于火炮或火箭的组成部分。如此看来，材料是人类赖以生存和发展的物质基础，小到喝水用的杯子、穿的衣服裤子、看的书，大到轮船、飞机、
2、火箭，都是由材料制造而来，材料的作用不言而喻。所以说材料是人类生存和生活必不可缺的一个部分，是人类文明的物质基础、也是我们人类进步的先导，还是直接推动社会经济文化发展的不竭动力。20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。二、材料的发展史 主要阶段1）石器、陶器材料2）青铜材料3）铁4) 当代的常用材料1、石器、陶器材料 在原始社会，人们工艺还不发达，主要使用粗糙的打磨石器来进行日常的劳作。慢慢的人们也可以利用火来烧制一些陶器来做一些石器做不了的事。这是最原始的材料了，几乎就是直接
3、从自然界获取，可见工艺技术的不发达大大限制了人们的生活。2、青铜材料青铜是指黄铜、白铜以外的铜合金。铜锡合金称为锡青铜，其他青铜成为特殊青铜。特殊青铜又分为铍青铜和铝青铜。我国使用青铜的历史很悠久，大约在公元前21世纪开始,直到公元前5世纪，也留下了大量的青铜制品，这些制品无不成为国之瑰宝。 一些著名的青铜器3、铁 人类最早发现的铁，是从天上掉下来的“陨铁”，在各个文明古国中发现的最早铁器都是用陨铁制成的。虽然陨铁很少，却为人类认识铁打开了大门。 到公元前1000年，人们开始掌握炼铁技术，当时冶炼的铁主要用来制作武器，后来逐渐扩散到社会生产的各个领域，由于铁价廉，因此逐渐代替了被富有阶层所独占
4、的青铜。4、当代主要使用的材料 材料发展到了当代，新的材料可以说是层出不穷。传统的金属材料，合金材料，无机非金属，化学纤维，还有走在科技最前端的纳米材料，各种复合材料。 这些不同的材料在人们的生活处处可见，极大的丰富了人们的生活，为我们的生活增加了更多的选择。材料贯穿了人们的衣食住行三、传统材料VS新型材料Round 1 传统钢铁VS超级钢铁钢或称钢铁、钢材，是一种由铁与其他元素结合而成的合金，当中最普遍的是碳。碳约占钢材重量的0.2%至2.1%，视乎钢材的等级。其他有时会用到的合金元素还包括锰、铬、钒和钨。在文艺复兴之前很久，人们已经懂得使用各种低效的方法来生产钢。自从在十九世纪发明了贝塞麦
5、炼钢法之后，钢就成了一种可大量生产的廉价材料。日本从1997年开始研究具有高强度和长寿命的超级钢铁。超级钢是在压轧时把压力增加到通常的5倍，并且提高冷却速度和严格控制温度的条件下开发成功的。其晶粒直径仅有1微米，为一般钢铁的1/101/20，因此组织细密，强度高，韧性也大，而且即使不添加镍、铜等元素也能够保持很高的强度。Round 2 传统陶瓷VS氮化硅陶瓷陶瓷的传统概念是指所有以粘土等无机非金属矿物为原料的人工工业产品。它包括由粘土或含有粘土的混合物经混炼，成形，煅烧而制成的各种制品。它的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物(如粘土、石英等)。随着近代科学技术的发展，近百年来又出现了许多新的陶
6、瓷品种。美国和欧洲一些国家的文献已将“Ceramic”一词理解为各种无机非金属固体材料的通称。因此陶瓷的含义实际上已远远超越过去狭窄的传统观念了。氮化硅的强度很高，尤其是热压氮化硅，是世界上最坚硬的物质之一。它极耐高温，并有惊人的耐化学腐蚀性能，同时又是一种高性能电绝缘材料。利用氮化硅耐磨、耐热、重量轻和刚度大等特点，可用来制造滚珠轴承、蒸汽喷嘴等。可以预言，随着陶瓷的基础研究和新技术开发的不断进步，氮化硅陶瓷材料作为性能优良的工程材料将得到更广泛的应用。Round 3 传统铝合金VS泡沫铝合金铝合金通常使用铜、锌、锰、硅、镁等合金元素，20世纪初由德国人Alfred Wilm发明，是工业中应
7、用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。跟普通的碳钢相比有更轻及耐腐蚀的性能，但抗腐蚀性不如纯铝。在干净、干燥的环境下铝合金的表面会形成保护的氧化层。泡沫铝合金材料由俄罗斯轻质合金研究所的专家研制，该材料的坚固程度可与柞木和泡沫混凝土相比，其轻重量可与木材板相比。泡沫铝合金材料是将氧化的铝合金粉末与在加热气化过程中分离一种物质相混合而获得的。泡沫铝合金材料具有一定的隔音性和绝热性，无毒而且不会燃烧。该材料可锯可铣，并可向上面打螺钉，这种质轻、坚固又不怕火烧的新材料可用于电梯门的镶面、火车和地铁车厢地面的铺设。形状记忆合金形状记忆合金是具有形状记
8、忆效应的合金。记忆合金的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为神奇的功能材料。形状记忆合金由于具有许多优异的性能，因而广泛应用于航空航天、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。鲨鱼皮材料鲨鱼皮泳衣是人们根据其外形特征起的绰号，其实它有着更加响亮的名字：快皮， 它的核心技术在于模仿鲨鱼的皮肤。生物学家发现，鲨鱼皮肤表面粗糙的V形皱褶可以大大减少水流的摩擦力，使身体周围的水流更高效地流过，鲨鱼得以快速游 动。快皮的超伸展纤维表面便是完全仿造鲨鱼皮肤表面制成的。此外，这款泳衣还充分融合了仿生学原理：在接缝处模仿人类的肌腱，为运动员向后划水时提
9、供动力；在布料上模仿人类的皮肤，富有弹性。传统材料优点：产量大工艺成熟价格低廉缺点：科技成分低不能完全满足社会发展要求新型材料优点：科技含量高工艺先进具有良好的性质缺点：价格昂贵普及程度低产量有限，无法市场化因此，材料的发展与进步对生产力的提高来说是十分迫切的，新旧材料的交替是十分必要的，然而我们完成材料的更新换代不仅要开发、研究出新的材料，更重要的是，我们要将这些新材料的生产、加工过程进一步优化，使它们能更好的被普遍的利用，从而推动社会的发展、文明的进步。四 、两面性分析 马克思主义哲学的辩证思维方式 对立与统一 在人类发展的历史长河中，技术在人类发展的历史长河中，技术的发明和应用给人类不断
10、带来进步、的发明和应用给人类不断带来进步、财富，有力的推动了社会发展，使我财富，有力的推动了社会发展，使我们的生活变得日益丰富多彩。们的生活变得日益丰富多彩。负面的影响【福岛核电站】曾经的先进材料-塑料塑料制品作为一种新型材料，具有质轻、防水、耐用、生产技术成熟、成本低的优点，在全世界被广泛应用且呈逐年增长趋势。塑料包装材料在世界市场中的增长率高于其它包装材料，1990-1995年塑料包装材料的年平均增长率为8.9%。我国是世界上十大塑料制品生产和消费国之一。1995年，我国塑料产量为519万吨，进口塑料近600万吨，当年全国塑料消费总量约1100万吨，其中包装用塑料达211万吨。包装用塑料的
11、大部分以废旧薄膜、塑料袋和泡沫塑料餐具的形式，被丢弃在环境中。白白色色垃垃圾圾泛泛滥滥“白色污染”的主要成份聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等等以聚乙烯为例：聚乙烯是乙烯经加成聚合反应制得的一种热塑性树脂。根据聚合条件不同，可得到相对分子量从一万几百万不等。聚乙烯是略带白色的颗粒或粉末，半透明状，无毒无味，化学稳定性好，能耐酸碱腐蚀。聚乙烯化学稳定性较好，室温下可耐稀硝酸、稀硫酸和任何浓度的盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨水、胺类、过氧化氢、氢氧化钠、氢氧化钾等溶液。我们应辩证的看待先进材料这一事物，享受益处的同时，应用长远的目光看到它的不利影响，加以预防。P.35/85五、未来材料什么样
12、子五、未来材料什么样子？P.36/85第一、从均质材料向复合材料发展。如把金属材料和 高分子材料结合在一起的复合材料。 第二、由结构材料为主向功能材料、多功能材料并重的方向发展。第三、材料结构的尺度向越来越小的方向发展。第四、由被动性材料向具有主动性的智能材料方向发展。新的智能材料能够感知外界条件变化、进行判断并主动作出反应。第五、通过仿生途径来发展新材料。未来材料技术的发展趋势未来材料技术的发展趋势 今后一段时期的重点方向（1）材料与器件 半导体照明以白光照明为龙头的宽禁带半导体 全固态激光器以紫外、深紫外、三原色为龙头 微光电子材料和芯片以12英寸硅片和光电芯片为龙头 先进生物类材料 优良
13、服役性能材料 氢能与燃料电池关键材料飞行器材料 （2）技术与装备钢铁制造新流程 高性能材料复合技术 废弃物的资源化和回收技术 超大吨位锻压机 大宗料高效化学反应装置 纳微米加工、表征装备P.38/85未来材料发展趋势未来材料发展趋势能源材料能源材料新材料高性能、高强度高性能、高强度结构材料结构材料复合材料复合材料金属新材料金属新材料极限材料极限材料原子分子设计原子分子设计材料材料功能材料功能材料特种陶瓷特种陶瓷高分子材料高分子材料稀土材料稀土材料P.39/8520092009年美联社评出的已问世十大未来材料年美联社评出的已问世十大未来材料 已应用到衣服、鞋子和军事装备的制造中。据悉，d3O凝胶
14、采用尖端纳米技术研制而成，表面看上去非常像果冻，它可以被随意挤压成各种形状。正常情况下，d3O凝胶会保持松弛的状态，一旦受到外力的高速剧烈撞击时，分子将互相交错并锁在一起，变紧变硬，能将子弹或弹片的冲力减弱一半，进而阻止它们穿透头盔。美国滑雪队配备了含有d30凝胶材料的运动装备，由于滑雪队员的冲刺速度往往达到每小时60英里，这种凝胶材料无疑可以为他们提供足够的安全保护。1 1、d30d30凝胶凝胶D3O虽像果冻，但防冲撞效果却出奇的好 P.40/85杜邦公司神奇的耐热、耐低温材料特氟隆二战后迅速成为外界关注的焦点。媒体对特氟隆不粘东西的特性不吝溢美之词，并暗示特氟隆未来还可以做得更好。在他们眼
15、中，还有什么事情是特氟隆所不能做到的吗？但在此之后，特氟隆逐渐走下神坛。不过，在科学家眼中，它仍然极具发展前景的未来材料名单中占据着一席之地。 2 2、特氟龙、特氟龙P.41/85在涉及超导体问题上，薄是开发者们追求的终极目标。导电体越薄就越能散热对许多材料来说，这一点至关重要，因为如果加热超过一定温度，很多材料会失去超导状态。薄还能提高材料的弹性，使薄薄的超导电膜成为数十种先进高科技产品的主要成分。实用的超薄超导体曾经被看作是代表未来的材料，它们将在未来高科技的舞台上崭露头角。3 3、超薄超导体、超薄超导体P.42/85 “太阳能屋顶”距离我们越来越近目前正处于测试阶段。正如美国能源部国家实
16、验室的发言人所言：“颇具弹性的太阳能电池板可以轻松与商业大楼和住宅的建筑风格融为一体，并且提供足够的电源。”除了太阳能屋顶，包括太阳能汽车等生活常用工具已经开始进入我们的视野，“全民都用清洁能源”已经不再遥远，就让我们期盼这一天早日到来吧。四、太阳能电池板四、太阳能电池板P.43/85 “巴巴基基球球”是是由由6060到到100100个个碳碳原原子子构构成成的的球球形形笼笼状状中中空空结结构构分分子子，其其结结构构与与网网格格球球顶顶类类似似，硬硬度度则则超超过过钻钻石石。之之所所以以被被称称之之为为“巴巴基基球球”是是为为了了纪纪念念已已故故建建筑筑界界幻幻想想家家巴巴克克明明斯斯特特富富勒
17、勒。现现在在，科科学学家家已已能能够够将将其其它它原原子子嵌嵌入入巴巴基基球球，使使其其成成为为更更为为强强大大的的“载载运运者者”。随随着着研研究究的的进进一一步步深深入入，直直接接将将纳纳米米强强效效药药送送入入体体内内肿肿瘤瘤将将成成为为一一种可能。种可能。不不仅仅如如此此，巴巴基基球球的的技技术术还还将将进进入入军军事事领领域域。据据美美国国媒媒体体透透露露，美美国国国国防防科科技技研研究究所所已已经经成成功功的的完完成成了了“巴巴基基球球材材料料”的的第第一一个个实实验进度，这种材料制成的战机外壳比钢铁硬上验进度，这种材料制成的战机外壳比钢铁硬上500500倍。倍。五、巴基球五、巴基
18、球P.44/85隐身衣一直是人类的梦想 电影中的隐声装置 六、隐形材料和隐声材料 P.45/85喝过装在透明铝罐子里的可乐吗？用过透明的锡箔纸包炖熟的肉吗？对于这两个问题，很多人一定会给出否定的答案。当前每平方英寸透明铝片的价格为10美元，如果价格下降，透明铝的使用将变得更为普遍，程度上将超乎我们想象。 七、透明材料 P.46/85使用玻璃光导纤维意味着，即使是一面厚度达到60英尺(约合18米)的墙其透光性也与厚度仅1英尺(约合30厘米)的玻璃墙不相上下。由于埋入了玻璃纤维阵列，它能使人看到外部世界的景色，科幻片中的神奇房屋也许离我们越来越近了。 八、透光材料 P.47/85 气凝胶是一种泡沫
19、玻璃，主要因其用途曾经温柔地捕获“怀尔德2”号彗星发射的粒子而为人们所熟知。电影终结者3中的机器人原理就与气凝胶相似。九、气凝胶 P.48/85 石墨烯是由单层碳原子构成的二维晶体，也是目前世界上最薄的材料几片放在一起的石墨烯直径只有一个原子大，令其看上去其实是透明的。有一天，石墨烯可能会在大多数电子设备中取代硅半导体芯片和铜电路连接器。十、石墨烯十、石墨烯P.49/85 “没有做不到，只有想不到”。在高科技的推动下，未来在我们看来好像会提前到来。而在材料领域，这种技术飞跃的影响甚至更大，因为新材料可以大大推动其所在领域的发展，并且能让我们的生活变得更加丰富多彩，让我们的生活变得更加美好，让人类社会发生翻天覆地的变化！结束语结束语P.50/85
