材料的发展历史进程

1/1材料的发展历史进程

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（BiomimeticSynthesis）。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。

拓展：

建筑材料的发展史论文

摘要：

建筑的发展是人类文明发展中的一个缩影，而建筑的发展依赖于建筑材料的进步，同时建筑材料也制约着建筑的发展。建筑材料的发展是随着社会科技的进步而不断发展的，不同时期有着不同的特征。进入十九世纪以后，建筑材料迎来了发展高峰，各种新型材料相继应用到具体工程，而未来材料将伴随科技进步发生更加深远的变迁。本文将从建筑材料发展历史的角度以及对现今材料发展方向的了解来预测未来建筑材料的发展趋势。

关键词：建筑材料发展未来

一、建筑材料的发展历史

1、相关概念

材料是人类用于制造物品、器件、构造物、或其他产品所必须的物质建筑材料指构成土木工程的材料总和，用于建造各种构造物，建筑物或者与其相关的产品，它包括结构材料（如水泥、石材、木材、沙等）、装饰材料（如装饰玻璃、装饰涂料等）、维护材料以及各种功能材料（如保温、隔热、吸声材料等），细分还包括门窗材料、五金材料等。

2、19世纪之前建筑材料的发展

自从我们的祖先开始定居，人类的建筑材料便有了最初的雏形。最早人类是利用自然中的天然材料进行建造活动的，如黏土、木材、石头等。当时人们在土木工程活动中所发明的一些建筑材料在现代建筑活动中仍广泛采用，例如石灰、石膏以及铜、铁等金属。

先简单谈谈西方建筑材料的发展。西方的建筑史可以说就是西方的文明史，西方建筑的源头是古希腊建筑，公元前5世纪到公元前4世纪，古希腊建筑达到顶峰，其代表为雅典卫城及其神庙，后来古希腊文明被古罗马取代和继承，其代表为众多的宫殿、竞技场、神庙等。值得注意的是，无论是古希腊还是古罗马，都采用了自然界中来源广泛，强度较高，塑造性好石材作为建筑的主要材料，尤其是雕刻艺术的发展，更加体现出石材作为天然建筑材料的优势。到了中世纪，西方建筑达到了历史以来的最高成就，哥特式建筑就是其中典型的例子，无一例外，这些建筑都是以石材作为主要材料，从而造就了严肃庄严雄伟的建筑风格。从现代的建筑观点来看，石材抗压能力很好，这也是西方建筑立式柱较多运用的缘故；石材的大量运用也有粘接材料的发展有极大关系，在早期西方人便开始用石膏作为粘结材料。

中国建筑材料的发展显得更具多样性。原始社会晚期，在北方我们祖先用黄土凿壁穴居或者用木架和黏土制造出半穴居的建造物。在南方则出现了干栏式木构建筑。进入阶级社会以后，夯土技术逐渐成熟，商代出现了大量土制的宫殿建筑以及陵墓。西周以后，木质结构得到发展，在以后长时期影响着中国建筑的发展。同时瓦开始出现，解决了屋顶的问题，从某个方面看，这与陶瓷的高度发展不无关系。战国时期，夯土技术更加成熟，砖和彩画出现。砖的出现是建筑材料史上一次大的飞跃，而彩画丰富了建筑的艺术性。秦汉时期大兴土木，出现了大量大规模的宫殿、陵墓以及万里长城和水利枢纽。这时期的结构技术发展迅速，砖被运用于地面建筑，同时石材的雕刻技术也得到快速发展。三国魏晋南北朝时期，砖瓦质量明显提高，砖被大量运用于地面建筑，木质结构技术更加成熟，金属材料开始用于装饰。唐宋时期是中国古代建筑发展的成熟时期，这期间修建了世界最大的城市以及大运河等宏伟工程。无论怎么讲，建筑材料的发展引领者建筑不断向前发展，中国古代建筑材料呈现出多方向发展，不仅有天然石材木材的广泛应用，也有砖瓦等烧制材料的运用，同时建造技术发展较完备，尤其是木结构技术。

3、近现代建筑材料的发展

1824年，英国建筑工人Aspdin申请了生产波特兰水泥的专利，并于1825年大量运用于修建泰晤士隧道工程，这掀开了近代建筑材料发展的新篇章。好的粘接材料一直是制约建筑发展的重要因素，而水泥的产生无疑为这个问题找到了一个突破口，同时很好的解决了这一难题。而后钢材冶炼技术的不断成熟以及各种高性能钢材的出现，为一些奇特建筑的出现提供了可能。当今建筑朝着大规模，超高度的方向发展，水泥和钢材的诞生可谓功不可没。

我国近现代建筑材料的发展较晚，而且建筑材料的发展从某方面来讲都会当时的政治有一定关系。清末时期，战争打开国门，洋务运动中大力开办工厂，其中就有很多水泥厂，为水泥工业的发展提供了机会。但在抗日战争中，民族工业受挫。新中国成立后，百废待兴，大兴土木，一大批水泥工厂拔地而起，建筑材料的发展迎来了春天。

二、未来建筑材料的发展趋势

随着现代社会的发展，人们对土木建筑工程，如桥梁、隧道、站场、高层建筑、海港工程等提出了更高的要求。除了高强度以外，还要求向绿色环保、高寿命、低能耗方向发展。

1、绿色环保的建筑材料

绿色环保的建筑材料是指对环境起有益作用或者在对环境影响很小的情况下，依旧能够良好的实现其功能的建筑材料。绿色环保材料首先要保证在使用过程中无害，同时要保证在使用完以后对环境不造成影响且能改善周围环境。按不同功能分类，可分为抗菌材料、防辐射材料、净化空气材料、防噪音材料等。抗菌材料主要是抑制微生物的繁殖，保证材料一直处于正常工作状态，这种材料可广泛运用于微生物生长适宜的地区。仿辐射材料是指对于各种放射性元素所产生的射线具有吸收、中和作用的材料。这类材料对于一些高辐射环境工程具有重要意义，如医院放射科、核电站等。防噪音材料是指具有吸声作用的材料，这种材料前景更广阔，可广泛应用于高速公路、城市建筑的使用。

2、高寿命经济型建筑材料

高寿命经济型建筑材料是指在100—500年内，依旧能实现其功能同时能够保证在运输施工过程中经济消耗最低的建筑材料。高寿命经济型建筑材料目前主要会朝着轻质材料、高性能材料、可循环再利用材料方向进行发展。轻质材料是指密度小、强度相对高的材料。这种材料能大大降低运输施工成本，经济效益很高。高性能材料是指较普通材料具有更高的材料性能的材料，这类材料一般用于有特殊用处的工程建筑。例如高强度材料、高塑性材料等。可循环再利用材料试着在不需要特别处理的情况下，能够重复利用的材料。

这种材料在资源日益匮乏的今天具有重要意义。一方面建筑废料会对环境造成影响，能一方面也是极大的浪费，废料的回收不仅能减少固体垃圾污染，更能够节约成本，经济生产。

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