材料发展的回顾与展望未来
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材料进展的回顾与展望将来
摘要:回顾过去,人类的生活、生产和进展离不开材料。从人类早期进展到现在,材料的
进展在人类进展史上占着不行或缺的地位。直到现代,人类的材料生产与制备技术已经相当
成熟,各种新材料如雨后春笋般不断涌现。展望将来,材料依旧将在人类社会的各个方面扮
演重要角色。主要向半导体材料、结构材料、有机高分子材料等方向进展。
关键词:材料,进展
一、回顾材料进展历程
材料是人类生活和生产的物质基础,是人类熟悉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
见材料的进展对人类社会的影响一一没有材料就是没有进展。
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,材料大致经受了以下五个进展阶段,他们是
1 .使用纯自然 材料的初级阶段:旧石器时代,人类只能使用自然 材料(如
兽皮、甲骨、羽毛、树木、草叶、石块、泥土等),之后也都只是纯自然材料
的简洁加工而已。
2 .人类单纯采用火制造材料的阶段:新石器时代、铜器时代和铁器时代,
是人类采用火来对自然 材料进行燃烧、冶炼和加工的时代,主要材料有:陶、
铜和铁。
3 .采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,从而消失了材料科学。在此基础上,人类开头了人
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
分子材料的消失,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年月金属陶瓷的消失标志着复合材料时代
的到来。人类已经可以采用新的物理、化学方法,依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:如外形记忆合金、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
制胜利的智能材料还只是一种智能结构)。
20世纪以来,物理、化学、力学、生物学等学科的讨论和进展推动了对于
物质结构、材料的物理化学和力学性能的深化熟悉和了解。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
科的进展促进了各种新型材料的产生,并推动了对于材料的制备、生产工艺、结
构、性能及其相互之间关系的讨论,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,供应了充分的科学依据。现代材料科学更留意于讨论新型复
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
纳米态材料的分散过程,以及各类材料之间的相互渗透和交叉的性能以及综合性 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亲密关系。在此基础上,“材料科学与工
程”逐步形成学科,并进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。
二、材料的将来进展
新材料的诞生会带动相关产业和技术的快速进展,甚至会催生新的产业和技
术领域。材料科学现已进展成为一门跨学科的综合性学科。依据我们我国当前及
将来进展的实际状况,新材料领域值得留意的新进展方向主要有半导体材料、结
构材料、有机/高分子材料、敏感与传感转换材料、纳米材料、生物材料及复合
材料。
1 .半导体材料
随着高科技进展的需要,半导体及其应用讨论的中心正向直接影响市场的微
型或低维量子器件、改善传输质量和效率、增大功率和距离等方向进展,半导体
化合物(GaAs、InAs、GaN、SiC等)具有重要的应用前景。
2 .结构材料
Fe基、A1基、Ti基以及Mg基合金作为力学材料的主体,构成了系列结构
材料,其主要功能是担当负载(如火车、汽车、飞机)。汽车用钢近年来已从一
般钢铁进展为使用灿合金或特别的高强Mg基合金,高强Ti合金在高强钢中有重
要位置,不锈钢则有取代碳钢的趋势。用于军用飞机的A1合金及一般钢材则被
先进的Ti合金及高分子基复合材料所取代。进一步还需要进展碳纤维增加复合
材料或A1基复合材料。结构材料的主体有:
(1)钢铁;
(2) A1合金;
(3) Mg合金;
(4) Ti合金;
(5)结构陶瓷及陶瓷基复合材料。
3 .有机/高分子材料
有机/高分子材料是现代工业和高新技术的重要基石,已成为国民经济基础
产业以及我国平安不行或缺的重要材料。一方面量大面广的通用高分子材料需要
不断地升级改造,以降低成本、提高材料的使用性能;另一方面各类新型的高分
子材料将应运而生,尤其是有机及聚合物分子或少数分子组合体的光、电和磁特
性将成为高分子向功能化以及微型器件化进展的重要方向。主要有以下三个讨论
方向:
(1)分子材料与分子电子器件讨论;
(2)光电信息功能高分子材料讨论;
(3)生物医用高分子材料。