材料科学发展与人类社会进步.doc

材料在人类社会发展中的作用 材料是人类生存和生活必不可缺少的部分，是人类文明的物质基础和先导，是直接推动社会 发展的动力。材料的发展及其应用是人类社会文明和进步的重要里程碑。没有材料科学的发 展，就不会有人类社会的进步和经济的繁荣。 所谓材料，是指经过某种加工，具有一定结构、组分和性能，并可应用于 一定用途的物质。在实践中，人们按用途把材料分成结构材料和功能材料 。结构材料主要是利用其强度、韧性、力学及热力学等性质。功能材料则主要 利用其声、光、电、磁、热等性能。按化学成分分类，则可把材料分为金属材 料、有机高分子材料、无机非金属材料及复合材料等。 某一种新材料的问世及其应用，往往会引起人类社会的重大变革。人们把 人类历史分为石器、青铜器和铁器时代。在群居洞穴的猿人旧石器时代，通过 简单加工获得石器帮助人类狩猎护身和生存，随着对石器加工制作水平的提高 ，出现了原始手工业如制陶和纺织，人们称之为新石器时代。青铜时代大约源 于4000-5000年前。青铜是铜锡铝等元素组成的合金，与纯铜相比，青铜熔点低，硬 度高，比石器易制作且耐用。青铜器大大促进了农业和手工业的出现。铁器时 代则被认为是始于2000多年前，春秋战国时代，由铁制作的农具、手工工具及各种 兵器，得以广泛应用，大大促进了当时社会的发展。钢铁、水泥等材料的出现和 广泛应用，人类社会开始从农业和手工业社会进入了工业社会。本世纪半导体 硅、高集成芯片的出现和广泛应用，则把人类由工业社会推向信息和知识经济 社会。 基于材料对社会发展的作用，人们已提出信息。能源和材料并列为现代文 明和生活的三大支柱。在三大支柱中，材料又是能源和信息的基础。 新材料既是当代高新技术的重要组成部分，又是发展高新技术的重要支柱 和突破口。正是因为有了高强度的合金，新的能源材料及各种非金属材料，才 会有航空和汽车工业；正是因为有了光纤，才会有今天的光纤通讯；正是因为有 了半导体工业化生产，才有今天高速发展计算机技术和信息技术。当今世界各 国在高技术领域的竞争，在很大程度上是新材料水平的较量。 50年代末，美国政府就制定了全国材料发展规划，7080年代又进行了 多次的补充和修正，把重点放在超硬化合物、半导体激光材料、磁性材料和精 密陶瓷上。日本在1980年开展了为期10年、耗资4亿美元的新材料发展规划，重点 领域为精密陶瓷、功能高分子、复合材料、生物材料等。接着欧洲与前苏联也 制订了类似的规划，竞争的项目也集中在这些领域。某些具有特殊性能的新材料的出现，引 起了今天的高技术突飞猛进的发展。 1982年日本首次研制出了陶瓷发动机小汽车，引起了世界性轰动。因为它的 出现将使发动机重量减轻，提高燃烧度和节约燃料的愿望成为现实。1988年前 苏联一架以液氢为燃料的中型运输机首次试飞成功，象征人类在航空领域中启 用了无污染的新能源-液氢。液氢的沸点为253，携储液氢需要高效率的绝热 材料。液氢发动机的使用，则意味着低温极限技术已达到实用化程度。1989年3 月，日本的一艘6500号潜水调查船下潜到6500米的深海区，打破了美国、前苏 联和德国的下潜纪录。这艘潜水艇耐水舱使用的正是一种高强度钛合金，观察 窗使用的是一种新型的有机玻璃。有了深海探测技术，人们才可实现对人类资源 开发有不可估量的意义的深海资源的开发。 美国在1989年12月入侵巴拿马，1991年1月人侵海湾以及此刻正在空袭南联 盟的战争中，使用的F- ll7隐身战斗机世人皆知。这种武器之所以能隐身，就是 使用了一种吸波材料和吸波涂层。由此可见，材料的发展已成为战争胜负的一个 方面。 新材料与现代科学技术特别是高技术是互相依存、互相促进的，高技术的 飞速发展对新材料提出了更高的要求。精密测试技术，电子显微技术，高速大 容量计算技术等的发展，为材料科学工作者提供了更有力的研究工具。 随着人类对材料的性能与微观结构的研究与认识，决定材料性能的本质已 被或正在被人们揭示和掌握，并通过新工艺、新技术、新设备，在日益成熟的 现代材料设计理论的指导下，创造出各种性能更好的新型材料。结构材料在向 强度、刚度、韧性、耐高温、耐腐蚀、高弹、高阻尼大幅度提高的方向发展。高 性能结构材料不断出现和广泛应用，促进新产品向体积小、重量轻、资源省、 能耗低、成本低、利润高的方向发展。功能材料也在由单一功能向多种功能开 发方向发展，并把功能材料与元器件结合起来，实现一体化，即材料本身就具 有元器件的功能，这样就促进了元器件的小型化和多功能化。智能材料是近年来 与信息科学紧密结合而产生的，它同时具有感知和激励双重功能。如形状记忆 合金，压电陶瓷，光导纤维，磁致伸缩材料等。智能材料是一种超功能材料， 这些功能往往能够解决传统材料难以解决的技术难题。在重要工程和尖端技术 领域具有重大的应用前景。例如，美国空军采用智能材料制造飞机机