材料的發展歷史進程

材料科學發展的歷史：

材料是人類生活和生產的物質基礎，是人類認識自然和改造自然的工具。人類文明曾被劃分為舊石器時代、新石器時代、青銅器時代、鐵器時代等，由此可見材料的發展對人類社會的影響——沒有材料就是沒有發展。

人類誕生以前其實就有了材料，材料的歷史與人類史一樣久遠，可能還要比之久遠呢！在人類文明的進程中，材料大致經歷了以下五個發展階段，他們是

1．使用純天然材料的初級階段:舊石器時代,人類只能使用天然材料（如獸皮、甲骨、羽毛、樹木、草葉、石塊、泥土等），之後也都只是純天然材料的簡單加工而已。

2．人類單純利用火製造材料的階段：新石器時代、銅器時代和鐵器時代，是人類利用火來對天然材料進行煅燒、冶煉和加工的時代，主要材料有：陶、銅和鐵。

3．利用物理與化學原理合成材料的階段：20世紀初，由於物理和化學等科學理論在材料技術中的應用，從而出現了材料科學。在此基礎上，人類開始了人工合成材料的新階段，主要材料：人工合成塑料、合成纖維及合成橡膠等合成高分子材料的出現，加上已有的金屬材料和陶瓷材料（無機非金屬材料）構成了現代材料（除合成高分子材料以外，人類也合成了一系列的合金材料和無機非金屬材料。超導材料、半導體材料、光纖等材料都是這一階段的傑出代表）。

4．材料的複合化階段：20世紀50年代金屬陶瓷的出現標誌着複合材料時代的到來。人類已經可以利用新的物理、化學方法，根據實際需要設計獨特性能的複合材料（只要是由兩種不同的相組成的材料都可以稱為複合材料）。

5．材料的智能化階段：如形狀記憶合金、光致變色玻璃等等都是近年研發的智能材料（自然界中的材料都具有自適應、自診斷合資修復的功能，而目前研製成功的智能材料還只是一種智能結構）

材料科學的現狀：

背景：

20世紀以來，物理、化學、力學、生物學等學科的研究和發展推動了對於物質結構、材料的物理化學和力學性能的深入認識和了解。同時，金屬學、冶金學、工程陶瓷技術、高分子科學、半導體科學、複合材料科學以及納米技術等學科的發展促進了各種新型材料的產生,並推進了對於材料的製備、生產工藝、結構、性能及其相互之間關係的研究，為材料的設計、製造、工藝優化和材料功能和性能的合理使用，提供了充分的科學依據。現代材料科學更注重於研究新型複合材料和納米材料的製備和創新，對於設計具有不同性能要求的材料複合工藝和納米態材料的凝聚過程，以及各類材料之間的相互滲透和交叉的性能以及綜合性能的研究給予了更多的重視。現代材料科學的發展不僅與揭露材料本質及其演化規律的物理化學性質和力學性能有關，而且與使用材料的工程技術學科以及製造加工材料的工程學科有着相互交叉性的密切關係。在此基礎上，“材料科學與工程”逐步形成學科，並發展成為一門獨立的一級學科。作為一級學科的“材料科學與工程”下分三個二級學科：材料物理與化學、材料學、材料加工工程。

當前新材料的發展方向：

1．高性能化、高功能化、高智能化2.複合化3.極限化

4.仿生化5.環境友好化

我國的材料科學現狀：

1．金屬材料

在注重提高傳統金屬材料的`性能，降低成本的同時，耐高温材料、金屬間化合物和金屬基複合材料的研究也應引起重視。我國燃氣輪機和飛機發動機與世界先進水平有很大差距，而主要的差距在其使用耐高温材料方面，耐高温材料的發展可以提高各種熱機的效率，具有

重大的民用和軍工的效果。

2．陶瓷材料

近年功能陶瓷的發展非常迅速，各種新材料的開發進展較快，應該注意跟蹤世界先進水平，在製造和加工技術方面力求突破。碳纖維也是新一代高強材料，應用前景廣闊，應儘快實現產業化。

3．電子和能源材料

（1）電子材料的領域非常廣泛，也是我國比較落後的部分，與集成電路製造相關的材料研究具有戰略意義，應加大投入。

（2）作為新一代能源，熱電材料和燃料電池的開發應受到重視。

4．高分子材料

在高分子材料方面，要注重精密合成高分子、高分子建築學、智能高分子和環境高分子開發，並加大投入力度；汽車用塑料的開發也具有重要意義。

5．其他新材料

（1）超細和納米材料具有常規材料所不具有的優異特性，應加強這方面的基礎和應用研究（?米科技是指在?米尺度（1nm到100nm之?）上研究物?（包括原子、分子的操?）的特性和相互作用，以及利用?些特性的多?W科交叉的科?W和技?。?物?小到1至100?米（10一10米）?r，由於其量子效??⑽鑌|的局域性及巨大的表面及界面效???刮鑌|的很多性能?生??,呈?出?多既不同於宏?物?，也不同於???孤立原子的奇??象。?米科技的最?目?聳侵苯右栽?印⒎腫蛹拔鑌|在?米尺度上表?出?淼男路f的物理、化?W和生物?W特性?造出具有特定功能的?品。

（2）梯度功能材料在一定意義上也可稱為仿生材料，可以綜合不同材料的優點，是開發新材料的有效途徑，有必要加強其基礎和應用研究。

6．材料分析科學

分析手段的落後也是制約我國材料科學發展的重要因素，有必要建立國家表面分析中心。

材料科學的未來：

例1

納米材料與納米技術是近一些年來受到若干方面科學家重視的新領域。因為，一方面人們已經初步觀察到一些新現象、新性能——在光、電、磁、熱、力等方面；至於納米技術，範圍就更寬了。與此同時，許多現象尚是未知數或尚無妥善的解釋。更重要的是人們預見到它的廣泛應用前景。已組織了若干次國際性的納米材料會議並出現了納米材料的專門雜誌。預期21世紀將是納米材料開花、結果的時代.

例2

生物材料也是人們十分感興趣的領域之一。即以牙齒為例。它的基本組成是羥基磷灰石。我們的研究表明，它具有納米結構，定向性很好，晶界有接近生物體的薄層，因此又具有較好韌性。然而人工合成羥基磷灰石需要一千度以上的高温，也難於得到定向的納米結構。為什麼人體能夠在十分温和的環境下合成這類牙齒或骨胳？這就引發出一個十分有興趣的新領域——仿生合成（BiomimeticSynthesis）。21世紀對此應將大有作為。

總結：當前，高技術新材料的發展日新月異，材料科學的內涵也日益豐富，21世紀會出現什麼樣的高技術材料，材料科學又將發展到何種程度，我們很難預料。