第四节材料的发展

现代科技概论重点现代科技概论第⼀章现代科学技术发展引论第⼀节现代科学技术的含义⼀、现代科学技术的概念社会上俗称⾼新技术，诞⽣于20世纪40年代的⼀个⾼新技术群。

是以材料、能源和信息科学技术为三⼤⽀柱，在20世纪40年代以后兴起的世界新技术⾰命发展过程中，逐渐形成的⼀个⾼新科学技术群。

⼆、现代科学技术的特点1.⾼新技术群2.发展创新速度快：如：1904年发明真空⼆极管到发明晶体⼆极管⽤了44年。

3.科学和技术之间互相渗透、互相促进的关系明显加强，各种新技术之间相互联系、相互影响，出现了众多边缘学科或交叉技术。

如：计算机辅助设计（CAD)、计算机辅助制造促进了集成电路的发展，⽽集成电路⼜促进了计算机的发展。

4.影响⼤三、现代科学技术发展⼤事记1.能源科学技术领域2.信息科学技术领域3.空间科学技术领域4.⽣物⼯程领域5.其它领域第⼆节现代科学技术的影响⼀、现代科学技术⾰命对⼈们，社会的影响。

⼆、现代科学技术⾰命的主要特点、⽅向和研究⽅法1. 主要特点:带头技术是电⼦科学技术、带头产业是信息产业，以知识和技术⾼度密集形态出现，不只出现在企业⽽且出现在⾼等学校、研究所与企业协同作战，对世界、国民经济的影响⾯⼴。

2. 主要⽅向3. 研究⽅式三、各国对现代科学技术⾰命的反响1. 制定发展⾼科技计划：863⾼科技发展计划、“⽕炬”计划2. 制定各种发展现代科学技术的优惠政策和措施3. 增设科研机构，⼤⼒培养和吸引⼈才，加强国际合作与交流4．创造良好的投资环境，⿎励风险投资，吸引外资四、⾼新技术产业⾼新技术的实⽤化和商品化。

特征：⾼风险、⾼难度、⾼速度、⾼知识、⾼资⾦、⾼竞争、⾼效益、⾼功效。

⾼新技术产业开发区：科研机构、⼤专院校与企业三位⼀体的新型组织形式。

以开发⾼新技术、开拓新产业为⽬标，促进科研、教育和⽣产相结合，推动科技经济、社会协调发展的综合基地。

我国⼤陆最早1985年的深圳科技⼯业园。

第⼆章⾃然科学基础学科⾃然科学分段古代⾃然科学(16世纪以前)近代⾃然科学(16—19世纪)现代⾃然科学(20世纪以后)六⼤分⽀学科：数学、物理学、化学、天⽂学、地球科学、⽣物学第三章材料科学技术第⼀节基础知识⼀、材料科学技术中的⼀些基础名词：晶体与⾮晶体;机械性能(强度,硬度,刚度,塑性等);热处理(淬⽕,回⽕等);化学热处理;相及相变等.⼆、材料科学技术基础研究的发展：显微结构的研究,热⼒学的研究等三、研制材料的新⽅法、新⼯艺1、新⽅法：宏观性能和微观结构的研究;表⾯处理的研究;破坏过程的研究;计算机的介⼊凑试法2、新⼯艺：快速凝固、离⼦注⼊四、材料的发展第⼀代天然材料:存在于⾃然界的动物,植物和矿物物质第⼆代烧炼材料:烧结材料和冶炼材料第三代合成材料:化⼯合成,特种合⾦和超铀元素(原⼦序数⼤于92的元素的统称)第四代可设计材料:如复合材料第五代智能材料:如记忆合⾦五、材料的分类1的来源分类:天然材料(矿物,动物和植物材料)和⼈⼯材料（陶瓷、玻璃、合⾦）2:结构材料(利⽤⼒学性能承受⼀定负荷的材料)和功能材料(利⽤物理和化学特性的材料)3:传统材料和新兴材料4:⾦属材料,⽆机⾮⾦属材料和有机⾼分⼦材料注意：⾦属陶瓷属于复合材料第⼆节材料科学技术的地位⼀、材料科学技术的概念材料:专指⼀些有⽤的物质.材料科学技术:是以⼒学、固体物理学、热⼒学、化学、晶体学等为基础，结合冶⾦、化⼯等技术科学，从总体上研究材料的种类、功能、基本结构和性能之间的关系以及新材料的研制和应⽤的科学。

材料发展的历史材料是人类社会发展的重要基础，它伴随着人类文明的进步不断得到发展和创新。

从最早的石器时代到今天的高科技材料，材料的发展历程可以说是人类文明史的一部分。

本文将对材料发展的历史进行简要的介绍和总结。

在人类社会的早期，最早的材料是来自于大自然的原始材料，比如石头、木头、兽皮等。

这些材料被用来制作工具、武器、住所等，满足了人类基本的生存需求。

随着社会的发展，人们开始发现和利用金属材料，比如铜、铁等。

这些金属材料的出现，极大地改变了人类社会的生产方式和生活水平，进入了金属时代。

随着工业革命的到来，材料的发展进入了一个全新的阶段。

人们发现了一系列新的合金材料，比如钢铁、铝合金等，这些材料的出现使得机械制造、建筑工程、交通运输等领域得到了极大的发展。

同时，人们还发现了一些新的材料，比如塑料、橡胶等，这些材料的出现极大地丰富了人类的生活方式和生产方式。

随着科技的不断进步，人们又发现了一系列新型材料，比如复合材料、纳米材料、功能材料等。

这些材料的出现，不仅极大地拓展了人类的生产领域，还为人类社会带来了一系列新的科技革命。

比如，复合材料的出现使得航空航天、汽车制造等领域得到了极大的发展；纳米材料的出现为电子、信息、医疗等领域带来了一系列的技术突破。

在当今社会，材料的发展已经进入了一个全新的时代。

人们不断地在材料科学领域进行深入研究和探索，不断地发现和创新新型材料。

比如，人们发现了一系列新型智能材料、生物材料等，这些材料的出现将会给人类社会带来一系列新的科技革命和产业变革。

总的来说，材料的发展历程是人类社会发展的重要组成部分，它伴随着人类社会的进步不断得到发展和创新。

随着科技的不断进步，人们相信材料的发展将会迎来更加美好的未来。

陶瓷基复合材料（CMC）第四节陶瓷基复合材料（CMC）1.1概述⼯程中陶瓷以特种陶瓷应⽤为主，特种陶瓷由于具有优良的综合机械性能、耐磨性好、硬度⾼以及耐腐蚀件好等特点，已⼴泛⽤于制做剪⼑、⽹球拍及⼯业上的切削⼑具、耐磨件、发动机部件、热交换器、轴承等。

陶瓷最⼤的缺点是脆性⼤、抗热震性能差。

与⾦属基和聚合物基复合材料有有所不同的，是制备陶瓷基复合材料的主要⽬的之⼀就是提⾼陶瓷的韧性。

特别是纤维增强陶瓷复合材料在断裂前吸收了⼤量的断裂能量，使韧性得以⼤幅度提⾼。

表6—1列出了由颗粒、纤维及晶须增强陶瓷复合材料的断裂韧性和临界裂纹尺⼨⼤⼩的⽐较。

很明显连续纤维的增韧效果最佳，其次为品须、相变增韧和颗粒增韧。

⽆论是纤维、晶须还是颗粒增韧均使断裂韧性较整体陶瓷的有较⼤提⾼，⽽且也使临界裂纹尺⼨增⼤。

陶瓷基复合材料的基体为陶瓷，这是⼀种包括范围很⼴的材料，属于⽆机化合物纳构远⽐⾦属与合⾦复杂得多。

使⽤最多的是碳化硅、氮化硅、氧化铝等，它们普遍具有耐⾼温、耐腐蚀、⾼强度、重量轻和价格低等优点。

陶瓷材料中的化学键往注是介于离⼦键与共价键之间的混合键。

陶瓷基复合材料中的增强体通常也称为增韧体。

从⼏何尺⼨上可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒三类。

碳纤维是⽤来制造陶瓷基复合材料最常⽤的纤维之⼀。

碳纤维主要⽤在把强度、刚度、重量和抗化学性作为设计参数的构件，在1500霓的温度下，碳纤维仍能保持其性能不变，但对碳纤维必须进⾏有效的保护以防⽌它在空⽓中或氧化性⽓氛中被腐蚀，只有这样才能充分发挥它的优良性能。

其它常⽤纤维是玻璃纤维和硼纤维。

陶瓷材料中另⼀种增强体为晶须。

晶须为具有⼀定长径⽐(直径o 3。

1ym，长30—lMy”)的⼩单晶体。

从结构上看，晶须的特点是没有微裂纹、位偌、孔洞和表⾯损伤等⼀类缺陷，⽽这些缺陷正是⼤块晶体中⼤量存在且促使强度下降的主要原因。

在某些情况下，晶须的拉伸强度可达o．1Z(Z为杨⽒模量)，这已⾮常接近⼗理论上的理想拉伸强度o．2Z。

《材料的发展》导学案
导学目标：通过本节课的进修，学生将了解材料的发展历程、特点及应用，培养学生对材料科学的兴趣和认识。

一、导入
1. 引入问题：你知道材料是什么吗？材料在我们平时生活中有哪些应用？
2. 引入活动：观察周围的物体，找出不同的材料并描述其特点。

二、材料的发展历程
1. 古代材料：石器时代、青铜时代、铁器时代
2. 摩登材料：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料
3. 发展趋势：功能性材料、智能材料、环保材料
三、材料的特点与应用
1. 金属材料：导电导热性好，常用于制造电器、机械等
2. 无机非金属材料：耐高温、耐腐蚀，常用于建筑、化工等领域
3. 高分子材料：轻质、耐磨、绝缘，常用于塑料制品、橡胶制品等
4. 复合材料：具有多种材料的优点，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域
四、思考与讨论
1. 你认为未来材料科学的发展方向是什么？
2. 你能举出一种材料在平时生活中的应用例子吗？
3. 你对材料科学有什么新的认识或想法？
五、拓展延伸
1. 阅读相关书籍或文章，了解更多关于材料科学的知识
2. 实地参观材料工厂或实验室，亲身感受材料的制造过程
3. 设计一个材料科学实验，探索材料的特性与应用
六、总结反思
1. 总结本节课所学内容，记录下自己的收获和体会
2. 反思自己在进修过程中遇到的困难和解决方法
3. 展望未来，计划自己在材料科学领域的进修和发展方向
通过本节课的进修，置信同砚们对材料的发展历程、特点及应用有了更深入的了解，也激发了对材料科学的兴趣和探索欲望。

希望同砚们能够在今后的进修和生活中，不息探索、进修，为材料科学领域的发展贡献自己的力量。

新型陶瓷电解质材料的研究与开发近年来，高性能电池材料的研究发展越来越受到人们的重视，其中新型陶瓷电解质材料备受关注。

由于其在高温、高压、高能量密度等特殊工况下表现优异的性能，被广泛应用于电动汽车、储能系统、航空航天等领域。

本文将讨论新型陶瓷电解质材料的研究与开发的最新进展。

第一节：新型陶瓷电解质材料的定义陶瓷电解质是一种固态电解质，是指材料在高温状态下可以有效的导电。

在现有的第一代电动汽车纯电动系统中，主要采用聚合物膜电解质，如磺酸聚合物和聚乙烯氧化物等。

这些电解质具有良好的电导率和化学稳定性，但是随着电池的充放电循环次数增加，聚合物电解质内的活性物质会逐渐损坏，从而导致电池容量下降。

相较于传统的聚合物电解质，陶瓷电解质在高温、高压下具有出色的导电性能和化学稳定性，能够有效提高电池的循环寿命和安全性。

第二节：新型陶瓷电解质材料的种类新型陶瓷电解质材料主要有氧化锂陶瓷（LLZO）、氧化铝陶瓷（Al2O3）、氧化镁陶瓷（MgO）等。

其中，氧化锂陶瓷电解质由于其具有低导电阻、优异的化学稳定性、良好的 Li+ 担载能力和高的离子迁移率等特点，成为当前陶瓷电解质材料研究的热点。

第三节：氧化锂陶瓷电解质材料的研究进展1.材料制备技术氧化锂陶瓷电解质材料制备技术主要有固相反应法、水解沉淀法和气相沉积法等。

其中固相反应法是目前最为常用的制备技术，其基本流程为：混合粉末原料→制备针状LLZO前驱体→前驱体热处理→氧化锂陶瓷电解质的制备与表征。

2.材料性能LLZO电解质具有以下优异性能：（1）较低的晶体结构对氧化、电化学不敏感；（2）高3维离子迁移率，导致较高的电导率；（3）网络结构与离子导电路径区分开来，减少了晶面阻碍离子迁移的影响；（4）具有优异的界面稳定性和对锂电极完全包覆的粉末储能电池研发。

第四节：新型陶瓷电解质材料在实际应用中的前景新型陶瓷电解质材料在实际应用中已经发挥了很大的作用。

比如，陶瓷电解质材料可以应用在电动汽车上，有效提高车辆行驶的安全性和续航里程。

西部最大单晶硅项目昨在中宁开工建设宁夏隆基硅材料有限公司单晶硅项目，昨天上午在位于中宁县新堡镇的宁新工业园区开工建设。

自治区领导陈建国、任启兴、于革胜、马骏廷、齐同生等参加奠基仪式。

单晶硅是各类晶体管、集成电路板、太阳能电池等众多高科技产品必不可少的原料之一。

隆基硅材料有限公司年产2000吨单晶硅建设项目，是中宁县引进西安新盟电子科技有限公司的招商成果，也是西部最大的单晶硅生产项目，决定分3期建设，每期建设周期9个月，计划总投资6.9亿元，全部投产后每年可实现销售收入44亿元、税收1.5亿元。

据介绍，单晶硅的原料生产与产品开发具有较高的科技含量和工业生产附加值，这一低污染的高载能项目建成后，将填补工业生产的又一空白。

电子信息产业朝阳正红随着全国太阳能级多晶硅技术与市场研讨会于近期在涿鹿县成功举办，国内外专家再次对涿鹿电子信息产业呈现出的宽领域、集群化发展强势给予格外关注。

作为一个新兴产业，电子信息产业在涿鹿县的发展可以用突飞猛进来形容。

近年来，这县大力实施科技强县战略，把发展电子信息产业项目、构建电子信息产业集群作为切入点，积极发展电子材料、元器件、嵌入式软件和太阳能产品，建设以北大青鸟为龙头的智能型安防产品生产基地、涿鹿中源单晶硅为龙头的半导体材料深加工基地，争作全市信息产业的排头兵，电子信息产业产值正以年均20％以上的速度增长。

一个规模庞大、产业链条日益完整的电子信息产业集群，正在这县加速形成。

为使全县经济步入持续健康快速发展轨道，涿鹿县“筑巢引凤”，积极引导企业大力发展市场前景看好的电子信息产业，出台了《关于来涿投资建设高新技术产业项目的优惠条件》、《关于实现科技兴县战略、建设创新型涿鹿的决定》等一系列推动电子信息产业发展的政策措施。

对投资500万元以上科技型企业项目兑现优惠条件；对省以上有关部门认定的大专院校、科研单位，可采用高新技术成果作价出资方式，与县龙头企业进行投资合作，使电子信息产业项目履约率达99％。