從材料的發(fā)展史看化工對(duì)人類(lèi)文明的影響

從材料的進(jìn)展史看化工對(duì)人類(lèi)文明的影響人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)展歷程,是以材料為主要標(biāo)志的:100萬(wàn)年以前,原始人以石頭作為工具,稱(chēng)舊石器時(shí)代。1萬(wàn)年以前,人類(lèi)對(duì)石器進(jìn)展加工,使之成為器皿和精巧的工具,從而進(jìn)入石器時(shí)代。石器時(shí)代后期,消滅了利用粘土燒制的陶器。人類(lèi)在查找石器過(guò)程中生疏了礦石,并在燒陶生產(chǎn)中進(jìn)展了冶銅術(shù),開(kāi)創(chuàng)了冶金技術(shù)。公元前5000年,人類(lèi)進(jìn)入青銅器時(shí)代。公元前1200年,人類(lèi)開(kāi)頭使用鑄鐵,從而進(jìn)入了鐵器時(shí)代。隨著技術(shù)的進(jìn)步,又進(jìn)展了鋼的制造技術(shù)。世紀(jì),鋼鐵工業(yè)的進(jìn)展,成為產(chǎn)業(yè)革命的重要內(nèi)容和物質(zhì)根底。世紀(jì)中葉,現(xiàn)代平爐和轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的消滅,使人類(lèi)真正進(jìn)入了鋼鐵時(shí)代。與此同時(shí),銅、鉛、鋅也大量得到應(yīng)用,鋁、鎂、鈦等金屬相繼問(wèn)世并得到應(yīng)用。直到20世紀(jì)中葉,金屬材料在材料工業(yè)中始終占有主導(dǎo)地位。世紀(jì)中葉以后,科學(xué)技術(shù)迅猛進(jìn)展,作為制造之母和產(chǎn)業(yè)糧食的材料又消滅了劃時(shí)代的變化。首先是人工合成高分子材料問(wèn)世,并得到廣泛應(yīng)用。先后消滅尼龍、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等塑料,以及維尼綸、合成橡膠、型工程塑料、高分子合金和功能高分子材料等。僅半個(gè)世紀(jì)時(shí)間,高分子材料已與有上千年歷史的金屬材料并駕齊驅(qū),并在年產(chǎn)量的體積上已超過(guò)了鋼,成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防尖用自然界所供給的原料制造而成的材料。50年月,合成化工原料和特別制備工藝的進(jìn)展,使陶瓷材料產(chǎn)生了一個(gè)飛躍,消滅了從傳統(tǒng)陶瓷向先進(jìn)陶瓷的轉(zhuǎn)變,很多型功能陶瓷形成了產(chǎn)業(yè),滿足了電力、電子技術(shù)和航天技術(shù)的進(jìn)展和需要。構(gòu)造材料的進(jìn)展,推動(dòng)了功能材料的進(jìn)步。20世紀(jì)初,開(kāi)頭對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)展?fàn)幷摗?0年月,制備出鍺單晶,后又制備出硅單晶和化合物半導(dǎo)體等,使電子技術(shù)領(lǐng)域由和進(jìn)展,使人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入了信息時(shí)代。人類(lèi)最先利用的材料是自然材料:石頭、木頭、泥土、獸皮...制造火以后,可以使用陶器和瓷器青銅是最早使用的金屬材料煉鐵和煉鋼豐富和進(jìn)展了機(jī)械材料,鋼鐵是機(jī)械材料的主要材料提高鋼鐵等金屬材料的使用性能和加工性能是19世紀(jì)20世紀(jì)21世紀(jì)材料專(zhuān)家的主要爭(zhēng)論內(nèi)容非金屬材料,如:21世紀(jì)材料工作者的爭(zhēng)論目標(biāo)。爭(zhēng)論機(jī)械工程材料史,既有文化意義歷史意義,也可以指導(dǎo)材料工作者的爭(zhēng)論行為?，F(xiàn)代材料科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展,促進(jìn)了金屬、非金屬無(wú)機(jī)材料和高分子材料之間的親熱聯(lián)系,從而消滅了一個(gè)的材料領(lǐng)域——復(fù)合材料。復(fù)合材料以一種材料為基體,另一種或幾種材料為增加體,可獲得比單一材料更優(yōu)越的性能。復(fù)合材料作為高性能的構(gòu)造材料和功能材料,不僅用于航空航天領(lǐng)域,而且在現(xiàn)代民用工業(yè)、能源技術(shù)和信息技術(shù)方面不斷擴(kuò)大應(yīng)用。材料是人類(lèi)生活和生產(chǎn)的物質(zhì)根底,是人類(lèi)生疏自然和改造自然的工具。可以這樣說(shuō),自從人類(lèi)一消滅就開(kāi)頭了使用材料。材料的歷史與人類(lèi)史一樣長(zhǎng)遠(yuǎn)。從考古學(xué)的角度,人類(lèi)文明曾被劃分為舊石器時(shí)代、石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代等,由此可見(jiàn)材料的進(jìn)展對(duì)人類(lèi)社會(huì)的影響。材料也是人類(lèi)進(jìn)化的標(biāo)志之一,任何工程技術(shù)都離不開(kāi)材料的設(shè)計(jì)和制造工藝。一種材料的消滅,必將支持和促進(jìn)當(dāng)時(shí)文明的進(jìn)展和技術(shù)的進(jìn)步。制造業(yè)主要材料之重要性的轉(zhuǎn)化過(guò)程:石材→(陶瓷→青銅→(木材→鐵器→水泥→鋼材(合金鋼→硅材→(高分子材料→碳纖維復(fù)合材料→材料進(jìn)展史代、硅時(shí)代從人類(lèi)的消滅到20世紀(jì)的今日,人類(lèi)的文明程度不斷提高,材料及材料科學(xué)也在不斷進(jìn)展。在人類(lèi)文明的進(jìn)程中,材料大致經(jīng)受了以下五個(gè)進(jìn)展階段。使用純自然材料的初級(jí)階段在原古時(shí)代,人類(lèi)只能使用自然材料(如獸皮、甲骨、羽毛、樹(shù)木、草葉、石塊、泥土等,相當(dāng)于人們通常所說(shuō)的舊石器時(shí)代。這一階段,人類(lèi)所能利用的材料都是純自然的,在這一階段的后期,雖然人類(lèi)文明的程度有了很大進(jìn)步,在制造器物方面有了種種技巧,但是都只是純自然材料的簡(jiǎn)潔加工。人類(lèi)單純利用火制造材料的階段這一階段橫跨人們通常所說(shuō)的石器時(shí)代、銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代,也就是距今約10000年前到20世紀(jì)初的一個(gè)漫長(zhǎng)的時(shí)期,并且連續(xù)至今,它們分別以人類(lèi)的三大人造材料為象征,即陶、銅和鐵。這一階段主要是人類(lèi)利用火來(lái)對(duì)自然材料進(jìn)展煅燒、冶煉和加工的時(shí)代。例如人類(lèi)用自然的礦土燒制陶器、磚瓦和陶瓷,以后又制出玻璃、水泥,以及從各種自然礦石中提煉銅、鐵等金屬材料,等等。利用物理與化學(xué)原理合成材料的階段20世紀(jì)初,隨著物理學(xué)和化學(xué)等科學(xué)的進(jìn)展以及各種檢測(cè)技術(shù)的消滅,人類(lèi)一方面從化學(xué)角度動(dòng)身,開(kāi)頭爭(zhēng)論材料的化學(xué)組成、化學(xué)鍵、構(gòu)造及合成方法,另一方面從物理學(xué)角度動(dòng)身開(kāi)頭爭(zhēng)論材料的物性,就是以分散態(tài)物理、晶體物理和固體物理等作為根底來(lái)說(shuō)明材料組成、構(gòu)造及性能間的關(guān)系,并爭(zhēng)論材料制備和使用材料的有關(guān)工藝性問(wèn)題。由于物理和化學(xué)等科學(xué)理論在材料技術(shù)中的應(yīng)用,從而消滅了材料科學(xué)。在此根底上,人類(lèi)開(kāi)頭了人工合成材料的階段。這一階段以合成高分子材料的消滅為開(kāi)端,始終連續(xù)到現(xiàn)在,而且仍將連續(xù)下去。人工合成塑料、合成纖維及合成橡膠等合成高分子材料的消滅,加上已有的金屬材料和陶瓷材料(無(wú)機(jī)非金屬材料構(gòu)成了現(xiàn)代材料的三大支柱。除合成高分子材料以外,人類(lèi)也合成了一系列的合金代表。從這一階段開(kāi)頭,人們不再是單純地承受自然礦石和原料,經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)潔的煅燒或冶煉來(lái)制造材料,而且能利用一系列物理與化學(xué)原理及現(xiàn)象來(lái)制造的材料。并且依據(jù)需要,人們可以在對(duì)以往材料組成、構(gòu)造及性能間關(guān)系的爭(zhēng)論根底上,進(jìn)展材料設(shè)計(jì)。使用的原料本身有可能是自然原料,也有可能是合成原料。而材料合成及制造方法更是多種多樣。材料的復(fù)合化階段20世紀(jì)50年月金屬陶瓷的消滅標(biāo)志著復(fù)合材料時(shí)代的到來(lái)。隨后又消滅了玻璃鋼、鋁塑薄膜、梯度功能材料以及最近消滅的抗菌材料的熱潮,都是復(fù)合材料的到這時(shí),人類(lèi)已經(jīng)可以利用的物理、化學(xué)方法,依據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)獨(dú)特性能的材料。現(xiàn)代復(fù)合材料最根本的思想不只是要使兩種材料的性能變成3加3等于6,而是339,乃至更大。嚴(yán)格來(lái)說(shuō),復(fù)合材料并不只限于兩類(lèi)材料的復(fù)合。只要是由兩種不同的相組成的材料都可以稱(chēng)為復(fù)合材料。材料的智能化階段最吸引人們留意的智能材料,如外形記憶合金、光致變色玻璃等等。盡管近10余年來(lái),智能材料的爭(zhēng)論取得了重大進(jìn)展,但是離抱負(fù)智能材料的目標(biāo)還相距甚遠(yuǎn),而且嚴(yán)格來(lái)講,目前研制成功的智能材料還只是一種智能構(gòu)造。如上所述,在20世紀(jì)中,材料經(jīng)受了五個(gè)進(jìn)展階段中的三個(gè)階段,這種進(jìn)展速度是前所未有的。總的說(shuō)來(lái),本世紀(jì)材料科學(xué)的進(jìn)展有以下幾個(gè)特點(diǎn):超純化(從自然材料到合成材料、量子化(從宏觀掌握到微觀和介質(zhì)掌握、復(fù)合化(從單一到復(fù)合及可設(shè)計(jì)化(從閱歷到理論。當(dāng)前,高技術(shù)材料的進(jìn)展日月異,材料科學(xué)的內(nèi)涵也日益豐富,21世紀(jì)會(huì)消滅什么樣的高技術(shù)材料,材料科學(xué)又將進(jìn)展到何種程度,我們很難預(yù)料。材料科學(xué)及其進(jìn)展趨勢(shì):材料科學(xué)的進(jìn)展,從目前的趨勢(shì)來(lái)看,是確定會(huì)沿著材料的方面進(jìn)展的。材料又稱(chēng)先進(jìn)材料,它不以生產(chǎn)規(guī)模,而以優(yōu)異性能、高質(zhì)量、高穩(wěn)定性取勝的高知識(shí)、高技術(shù)密集型為特點(diǎn)。材料有構(gòu)造材料和功能材料之分,前者主要利用他的力學(xué)性能,而后者以應(yīng)用其各種物理、化學(xué)效應(yīng)為主。間內(nèi)在聯(lián)系的一門(mén)學(xué)科。金屬材料,特別是鋼、銅、鋁等,仍舊是21世紀(jì)主要的構(gòu)造材料和電能傳輸材料。金屬材料已經(jīng)有成熟的生產(chǎn)工藝,相當(dāng)多的配備設(shè)施和工業(yè)規(guī)模生產(chǎn),價(jià)格低廉、性能牢靠,已成為涉及面廣、市場(chǎng)需求大的根底材料。所以在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變不了它在材料中的主導(dǎo)地位。金屬材料的進(jìn)展趨勢(shì)是:隨著航天航空和其它尖端技術(shù)的飛躍進(jìn)展,在改善和提升傳統(tǒng)材料品質(zhì)的同時(shí),金屬功能材料、非平衡態(tài)金屬,特別是高比強(qiáng)、高模量、耐高溫、抗氧化、抗腐蝕、耐磨損合金和金屬?gòu)?fù)合基材料會(huì)有快速進(jìn)展,如金屬超導(dǎo)材料、鈦及其合金、鋁基增加復(fù)合材料、記憶合金、納米晶塊體材料等。成的有機(jī)化合物自20世紀(jì)20年月德國(guó)著名科學(xué)家斯托丁格開(kāi)創(chuàng)這一學(xué)科以來(lái),高分子科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)展極為迅猛,如今已形成格外浩大的高分子工業(yè)。它具有較高的強(qiáng)度,良好的塑性,較強(qiáng)的耐腐蝕性能,很好的絕緣性能,以及重量輕等優(yōu)良性能,在是工程上的進(jìn)展最快的一類(lèi)型構(gòu)造材料。高分子材料按其分子鏈排列有序與否,可分為結(jié)晶聚合物和無(wú)定型聚合物兩類(lèi)。結(jié)晶聚合物的強(qiáng)度較高,結(jié)晶度打算于分子鏈排列的有序程度。工程上通常依據(jù)機(jī)械性能和使用狀態(tài)將其分為三大類(lèi):塑料、橡膠以及合成纖維。其中,我國(guó)的合成纖維、合成樹(shù)脂和合成橡膠已分別居世界產(chǎn)能的第一、二和三位。高分子材料進(jìn)展趨勢(shì):進(jìn)展先進(jìn)的樹(shù)脂基、有機(jī)/無(wú)機(jī)和異質(zhì)材料連接技術(shù),爭(zhēng)論高分子的老化、降解機(jī)制和掌握技術(shù),制備綜合性能更好的材料是高分子材料的進(jìn)展趨勢(shì)。能源材料廣義的說(shuō),但凡能源工業(yè)及能源技術(shù)所需的材料都可稱(chēng)為能源材料。但在材料領(lǐng)域,能源材料往往指那些正在進(jìn)展的、可能支持建立能源系統(tǒng)滿足太陽(yáng)能、地?zé)崮?、風(fēng)能及海洋能等。就規(guī)模應(yīng)用而言,一次性能源利用還需要抑制,其中材料就是一個(gè)帶共性的關(guān)鍵問(wèn)題。氫能、合成燃料、高比能電池的利用原理和特色各異,對(duì)材料品種和功能提出了更多的要求。:隨著化石能源的枯竭,能源的爭(zhēng)論與進(jìn)展必定越來(lái)越受到重視,而能源的進(jìn)展必定依靠材料,所以能源材料的進(jìn)展將會(huì)與能源緊緊聯(lián)系在一起。的材料。超導(dǎo)材料具有的優(yōu)異特性使它從被覺(jué)察之日起,就向人類(lèi)展現(xiàn)了迷人的應(yīng)用前景。但要實(shí)際應(yīng)用超導(dǎo)材料又受到一系列因素的制約,這首先是它的臨界參量,其次還有材料制作的工藝等問(wèn)題(例如脆性的超導(dǎo)陶瓷如何制成柔細(xì)的線材就有一80年月,超導(dǎo)材料的應(yīng)用主要有:①利用材料的超導(dǎo)電性可制作磁體,應(yīng)用于電機(jī)、高能粒子、磁懸浮運(yùn)輸、受控?zé)岷朔错憽?chǔ)能等;可制作電力電纜,用于大容量輸電(10000MVA;可制作通信電纜和天線,其性能優(yōu)于②利用材料的完全抗磁性可制作無(wú)摩擦陀螺儀和軸承。③利用約瑟夫森約瑟夫森結(jié)作計(jì)算機(jī)的規(guī)律和存儲(chǔ)元件,其運(yùn)算速度比高性能集成電路的快10~20倍,功耗只有四分之一。:由于超導(dǎo)材料所具有的優(yōu)異性能,所以超導(dǎo)材料將會(huì)并已經(jīng)受到科學(xué)界和各類(lèi)爭(zhēng)論機(jī)構(gòu)的重視,超導(dǎo)材料也會(huì)向有用化方向進(jìn)展。在上世紀(jì)里,世界的變化比任何時(shí)候都都要大,其緣由在于技術(shù)直接緊隨根底科學(xué)的進(jìn)步而進(jìn)展,這為材料科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)展注入了強(qiáng)大的動(dòng)力。在構(gòu)造材料方面除了連續(xù)對(duì)傳統(tǒng)材料進(jìn)展升級(jí)改造之外,應(yīng)當(dāng)特別重視進(jìn)展耐高溫、耐腐蝕、高比強(qiáng)、高韌、高剛度材料及復(fù)合材料。對(duì)于功能材料,應(yīng)當(dāng)特別重視多功能、高集成,擴(kuò)大它們的應(yīng)用領(lǐng)域,21世紀(jì)的材料科學(xué)與工程推動(dòng)到一個(gè)的水平。材料和高技術(shù)是材料科學(xué)爭(zhēng)論的核心,兩者之間親熱相關(guān),材料爭(zhēng)論需要高技術(shù),材料本身必需依托于高技術(shù),同時(shí)材料