材料科学发展的历史

材料科学发展的历史：

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——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智能结构）

材料科学的现状：

背景：

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。

当前新材料的发展方向：

1．高性能化、高功能化、高智能化 2.复合化 3.极限化

4.仿生化

5.环境友好化

我国的材料科学现状：

1．金属材料

在注重提高传统金属材料的性能，降低成本的同时，耐高温材料、金属间化合物和金属基复合材料的研究也应引起重视。我国燃气轮机和飞机发动机与世界先进水平有很大差距，而主要的差距在其使用耐高温材料方面，耐高温材料的发展可以提高各种热机的效率，具有

重大的民用和军工的效果。

2．陶瓷材料

近年功能陶瓷的发展非常迅速，各种新材料的开发进展较快，应该注意跟踪世界先进水平，在制造和加工技术方面力求突破。碳纤维也是新一代高强材料，应用前景广阔，应尽快实现产业化。

3．电子和能源材料

（1）电子材料的领域非常广泛，也是我国比较落后的部分，与集成电路制造相关的材料研究具有战略意义，应加大投入。

（2）作为新一代能源，热电材料和燃料电池的开发应受到重视。

4．高分子材料

在高分子材料方面，要注重精密合成高分子、高分子建筑学、智能高分子和环境高分子开发，并加大投入力度；汽车用塑料的开发也具有重要意义。

5．其他新材料

（1）超细和纳米材料具有常规材料所不具有的优异特性，应加强这方面的基础和应用研究（納米科技是指在納米尺度（1nm到100nm之間）上研究物質（包括原子、分子的操縱）的特性和相互作用，以及利用這些特性的多學科交叉的科學和技術。當物質小到1至100納米（10一10米）時，由於其量子效應、物質的局域性及巨大的表面及界面效應，使物質的很多性能發生質變, 呈現出許多既不同於宏觀物體，也不同於單個孤立原子的奇異現象。納米科技的最終目標是直接以原子、分子及物質在納米尺度上表現出來的新穎的物理、化學和生物學特性製造出具有特定功能的產品。

（2）梯度功能材料在一定意义上也可称为仿生材料，可以综合不同材料的优点，是开发新材料的有效途径，有必要加强其基础和应用研究。

6．材料分析科学

分析手段的落后也是制约我国材料科学发展的重要因素，有必要建立国家表面分析中心。

材料科学的未来：

例1

纳米材料与纳米技术是近一些年来受到若干方面科学家重视的新领域。因为，一方面人们已经初步观察到一些新现象、新性能——在光、电、磁、热、力等方面；至于纳米技术，范围就更宽了。与此同时，许多现象尚是未知数或尚无妥善的解释。更重要的是人们预见到它的广泛应用前景。已组织了若干次国际性的纳米材料会议并出现了纳米材料的专门杂志。预期21世纪将是纳米材料开花、结果的时代.

例2

生物材料也是人们十分感兴趣的领域之一。即以牙齿为例。它的基本组成是羟基磷灰石。我们的研究表明，它具有纳米结构，定向性很好，晶界有接近生物体的薄层，因此又具有较好韧性。然而人工合成羟基磷灰石需要一千度以上的高温，也难于得到定向的纳米结构。为什么人体能够在十分温和的环境下合成这类牙齿或骨胳？这就引发出一个十分有兴趣的新领域——仿生合成（Biomimetic Synthesis）。21世纪对此应将大有作为。

总结：当前，高技术新材料的发展日新月异，材料科学的内涵也日益丰富，21世纪会

出现什么样的高技术材料，材料科学又将发展到何种程度，我们很难预料。勤劳的蜜蜂有糖吃