畅游材料世界/学科故事丛书

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材料是人类进步的标志 材料在人类生活中是必不可少的，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。 材料在人类社会发展进程中的作用 所谓材料，是指经过某种加工，具有一定结构、成分和性能，并具有一 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，广泛用于机械制造 、工程建设、交通运输和能源等各个工业部门。功能材料则主要利用其声、 光、电、磁、热等性能，用于电子、激光、通讯、能源和生物工程等许多高 新技术领域。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。人们由此把人类历史分为石器、青铜器和铁器时代 。在群居洞穴的旧石器时代，通过简单加工获得的石器，帮助人类狩猎、护 身和生存。随着石器加工、制作水平的提高，出现了原始手工业，如制陶和 纺织，人们称这一时期为新石器时代。青铜时代大约始于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， 比石器更易制作且耐用。青铜器大大促进了农业和手工业的发展。铁器时代 则被认为是始于2000多年前的春秋战国时代，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，使人类社会开始从农业和手工业社会进入了工业社会。20 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，人们提出了信息的概念 。能源、材料和信息并列为现代文明和生活的三大支柱，而材料又是能源和 信息的基础。 材料与人类的关系 材料是人类进步的一种标志。最初，人类使用的材料，主要是天然材料 。在经过石器、青铜器、铁器时代的漫长历史过程后，在化学科学和冶金技 术的推动下，冶炼出了许多新的金属材料。合成化学和石油化工的发展，促 进了以人工方法合成橡胶。塑料、纤维等一系列有机高分子材料的研究和生 产。随着生产的发展和社会的进步，人们又研制出了一大批新型无机非金属 材料。 科学技术的进一步发展，对材料提出了越来越多的要求，特别是某些高 新技术领域所需的材料，其性质和性能远远地超出了现有材料的范围。在化 学上，一种新的化合物的合成，以及它的特性和功能的发现和应用，往往可 以导致一个新的科技领域的产生和一个新产业的兴起，这不仅可以改变社会 生活的状况，而且可以创造极大的经济效益。例如，1910年，随着磷化铟 (InP)的人工合成，人类开发出了一系列半导体材料，其影响一直延续到现 在的信息产业。又如，20世纪60年代末，一种红色荧光体(铕、硫、氧和钇 的化合物)的开发和应用，推动了彩色电视机的发展，极大地丰富了人们的 现代文化生活。 20世纪中叶的信息革命，是人类科学技术的一次重大飞跃，它对人类社 会产生的深远影响，甚至超过了19世纪的工业革命。信息时代的快速发展和 信息产业的巨大增长，给材料学科带来了史无前例的推动和促进作用。大规 模集成电路的发展，使单晶硅材料及其制备加工技术迅速发展；在微电子和 光电子学领域，化合物半导体材料也迅速崛起，并发挥出越来越重要的作用 。 材料是人类赖以生存和发展的物质基础，可以说，新材料的开发和应用 ，往往是社会发展和人类进步的一种标志。P3-6