新材料和纳米材料.doc

第一讲 材料发展历史 1、 什么是材料？其重要意义是什么？ 世界是由物质构成的，材料就是人们用来制成各种机器、器件、结构等具有某种特性的物质实体。材料是人类社会生活的物质基础，材料的发展导致时代的变迁，推动人类的物质文明和社会进步。在人类即将进入知识经济的新时代，材料与能源和信息并列为现代科学技术的三大支柱、其作用和意义尤为重要。 2、材料与人类社会的关系如何？ 在人类社会的发展和进步过程中．材料是是一个带有时代和文明标志的基础。人类和材料的关系非常广泛、非常密切。也非常重要，在这点上很少能有其他领域与之相比。其实，人类文明的发展史．就是一部学习利用材料、制造材料、创新材料的历史。材料是人类一切生产和生活活动的物质基础，历来是生产力的标志，被看成是人类社会进步的里程碑。对材料的认识和利用的能力，决定着社会的形态和人类生活的质量，所以人类从来没有中断过追求更好的材料，让材料具有更优异的性质或者前独特的功能，从而满足人类世世代代发展中层出不穷的新的需要和追求。一种新材料的出现，常常引起生产力大发展，进而推动社会进步。正是如此，才有了今天人类丰富多彩、璀璨夺目的世界与文化。如没有半导体单晶硅材料，便不可能有今天的微电子工业；因为有了低损耗的光导纤维，当今世界蓬勃发展的光纤通讯才得以实现。所以，一部人类文明史，从某种意义上说，也可以称之为世界材料发展史。每一种新材料的发现，每一项新材料技术的应用，都会结社会生产和人类的生活带来巨大改变，把人类社会推向前进。 3、材料发展历史 在人类发展的历史长河中，材料起着举足轻重的作用，人类对材料的应用一直是社会文明进程的里程碑。古代的石器、青铜器、铁器等的兴起和广泛利用，极大地改变了人们的生活和生产方式，对社会进步起到了关键性的推动作用，这些具体的材料(石器、青铜器、铁器)被历史学家作为划分某一个时代的重要标志．如石器时代、青铜器时代、铁器时代等。 3.1 石器时代 大约在25000年前．人类就学会使用材料了。今天人们从考古学家挖掘的人类当年所使用的各种用途的锋利石片，可以想象人类远祖的艰苦和聪明。他们能区别、选用各种石头创造出各种用具，用于生产、生活和战争。这是一段漫长的进化过程和时代，历史学家们早就公允地把那个年代叫做“石器时代”。此时的人类只能利用岩石、树木、兽皮、骨骼等天然材料并进行粗糙加工，除此之外别无他物。所以，石器时代的生产工具极其落后，人类社会的生产力也是极端低下，所以社会发展极其缓慢，人类文化也是相当简单和粗俗的。 3.2 陶器时代 石器时代时期，气候的干燥或者闪电雷击等自然因素的作用，自然火灾时有发生。经火灼烤后的大地，不但给人们留下了营养丰富的食物，引起人类形体(如牙齿、消化系统)上的变化，更重要的是给人们留下了一种全新的东西——由软软的粘土所烧成的坚硬块体。在大自然的启发下，公元前8000年，人们发现用粘土制成的罐放在炽热的煤块上，经过焙烧后会变硬，可以用来盛水并且不变形，这代表着人类发明了陶器。这是人类第一次有意识地将一种天然无机材料转变成具有新奇性能的新材料，它不但意味着人类进入了陶器时代，还意味着材料工艺或工程的开端。 陶器在中国具有悠久的历史沉淀。半坡村出土的碗、钵、釜、罐、瓶等，甚至还有吹气能发声的陶埙。从著名的仰韶文化遗址出土的陶器中，人们发现当时祖先们已经掌握了烧制黑色陶器和白色陶器的配方和技术。3000多年前的殷、周时期，祖先已经掌握的釉陶的制备方法(这需要炉窑温度达到1200℃，才能将金属氧化物烧制成釉，1200℃有利于金属的冶炼)。陶器的繁衍发展，后来形成了秦始皇陵墓中兵马俑军阵的壮观。制陶技术逐渐发展为制瓷技术，制备的瓷器经过丝绸之路逐渐传播到全世界，对世界文明产生了很大的影响。所以，瓷器的英文名称“china”和“中国”交相辉映。 陶器可以说是人类创造的第一个无机非金属材料。这个划时代的发明不仅意味着使用材料的变化，而且比这更深远重要的是人类第一次有意识地创造发明了自然界没有的，并且全新性能的“新”材料。从此人类能离开上天的赐予而进入自力创造材料的时代。恩格斯曾论述人类从低级阶段向文明阶段的发展是从学会制陶开始的。 3.3青铜时代 大约在公元前5000年，人类在用粘土烧成陶器的过程发现了金属铜和锡(碳酸盐分解后的CO2与燃料炭生成还原气体CO，从而还原金属氧化物)。公元前4000年左右，炼铜技术的成熟标志着人类进入青铜时代。青铜冶铸业的出现，表明人类能够从矿石中提取金属，再用它去制造工具，用于改造自然。这是生产力发展到一个新阶段的标志，也是科学技术进步的一个重要标志。青铜业的发展，又促使百工的出现，并带动各个行业一起兴盛起来。商代社会，正是由于青铜业的发展，才创造了灿烂的青铜文明。 青铜——CuSn合金是人类历史上发明的第一个合金。熔化的青铜在冷凝时