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化学与材料. 概述 专题一 金属材料 专题二 陶瓷材料 专题三 高分子材料 专题四 复合材料 专题五 纳米材料. 概述. 一、材料及其分类. 1 、材料的涵义 所谓材料，是指经过某种加工，具有一定结构、组分和性能，并可应用于一定用途的物质。. 2 、材料的分类： 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。 功能材料则主要利用其声、光、电、磁、热等性能。. 按化学成分进行分类，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 复合材料.
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概述 专题一 金属材料 专题二 陶瓷材料 专题三 高分子材料 专题四 复合材料 专题五 纳米材料
概述 一、材料及其分类 1、材料的涵义 所谓材料，是指经过某种加工，具有一定结构、组分和性能，并可应用于一定用途的物质。 2、材料的分类： 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。 功能材料则主要利用其声、光、电、磁、热等性能。
按化学成分进行分类，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 复合材料
二、材料的发展历程 人们把人类历史分为石器、青铜器和铁器时代。 1、石器时代 图2-1 旧石器 图2-2 新石器
2、青铜时代大约源于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，比石器易制作且耐用。青铜器大大促进了农业和手工业的出现。 图2-3 青铜器 3、铁器时代则被认为是始于2000多年前，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，极大促进了当时社会的发展。 图2-4 铁器
上世纪钢铁、水泥等材料的出现和广泛应用，人类社会开始从农业和手工业社会进入了工业社会。上世纪钢铁、水泥等材料的出现和广泛应用，人类社会开始从农业和手工业社会进入了工业社会。 本世纪材料的发展更是日新月异，高分子材料的出现使塑料和橡胶走进了每一个人的日常生活。尤其是C60的出现，开创了材料学的一个新分支。而同时半导体硅、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。 图2-5 现代炼钢 图2-6 C60
三、材料的作用 1、 材料科学在经济发展中的作用 新材料发展与应用水平直接决定着经济发展的水平。真正体现了科学技术是第一生产力。 新材料新技术的发展使美国经济繁荣不衰，已连续9年保持高增长。 日本通过冶炼等技术的改进来大幅度提高传统金属材料性能，如超级钢计划就是要在本世纪末将钢的性能提高一倍，实质上就是节约了一倍的资源，使得产品更具竞争力，保持日本经济的持续发展。
2、 新材料在高新技术中的作用 新材料既是当代高新技术的重要组成部分，又是发展高新技术的重要支柱和突破口。 正是因为有了高强度的合金，新的能源材料及各种非金属材料，才会有航空和汽车工业； 正是因为有了光纤，才会有今天的光纤通讯； 正是因为有了半导体工业化生产，才有今天高速发展的计算机技术和信息技术。 当今世界各国在高技术领域中的竞争，在很大程度上是新材料水平的较量：
四、新材料的发展方向 1、高性能化、高功能化、高智能化 高性能材料：结构材料在向强度、刚度、韧性、耐高温、耐腐蚀、高弹、高阻尼大幅度提高的方向发展。高性能结构材料不断出现和广泛应用，促进新产品向体积小、重量轻、资源省、 能耗低、成本低、利润高的方向发展。 功能材料 也在由单一功能向多种功能开发方向发展，并把功能材料与元器件结合起来，实现一体化，即材料本身 就具有元器件的功能，这样就促进了元器件的小型化和多功能化。
智能材料 智能材料是一种超功能材料，这些功能往往能够解决传统材料难以解决的技术难题。在重要工程和尖端技术领域具有重大的应用前景。 例如，美国空军采用智能材料制造飞机机翼，可随工作状态的不同自动调节形状，改变升力和阻力，以适应飞机的起降，使飞机更加安全，降低油耗。将微型分子传感器植入材料和分子结构中，用这些建造的构件和建筑物可进行自动监控，如果超负荷或者老化可发出警报。
智能材料： 1、能自动加固的直升机水平旋翼叶片 2、能在工作中变得更结实的高锰钢智能材料 3、新潮的智能餐具已经研制成功 4、利用毫微塑料制成的椅子 5、设想的“空中轿车”
美国密执安州大学的穆凯席·甘迪教授在研究一种能自动加固的直升机水平旋翼叶片。这位教授也采用了能感受外界环境变化的智能材料。其工作原理是：当叶片在飞速旋转中遇到疾风作用猛烈振动而可能断裂时，分布在叶片中的微小液滴就会变成固体而使叶片得到加固，防止叶片受到破坏。美国密执安州大学的穆凯席·甘迪教授在研究一种能自动加固的直升机水平旋翼叶片。这位教授也采用了能感受外界环境变化的智能材料。其工作原理是：当叶片在飞速旋转中遇到疾风作用猛烈振动而可能断裂时，分布在叶片中的微小液滴就会变成固体而使叶片得到加固，防止叶片受到破坏。
人们还从人手在劳动过程中产生老茧从而使手更耐磨的实例中到启迪，研制出一种能在工作中变得更结实的高锰钢智能材料。由于高锰钢在受到冲击强力摩擦中会变得很硬，从而使它成为绝好的在行驶中横冲直接撞的坦克铁脚板履带和越敲打越结实的保险柜材料。人们还从人手在劳动过程中产生老茧从而使手更耐磨的实例中到启迪，研制出一种能在工作中变得更结实的高锰钢智能材料。由于高锰钢在受到冲击强力摩擦中会变得很硬，从而使它成为绝好的在行驶中横冲直接撞的坦克铁脚板履带和越敲打越结实的保险柜材料。
更令人感兴趣的是，新潮的智能餐具已经研制成功。这些用毫微塑料(一种新型智能材料)制成的智能碗、盆、碟，不仅能自动感知碗、盆、碟内食物存在与否，还能随之作出相应的外形变化，使之能适合各种不同的需求。不仅如此，它们一旦用来盛装食物后，还能使食物的温度始终保持不变，并能使食物保持新鲜。更令人感兴趣的是，新潮的智能餐具已经研制成功。这些用毫微塑料(一种新型智能材料)制成的智能碗、盆、碟，不仅能自动感知碗、盆、碟内食物存在与否，还能随之作出相应的外形变化，使之能适合各种不同的需求。不仅如此，它们一旦用来盛装食物后，还能使食物的温度始终保持不变，并能使食物保持新鲜。
利用毫微塑料制成的椅子，不仅能帮助立者坐下或坐者站起，还能按主人的需要随心所欲地变换坐椅的形状，使它适合不同年龄的男女老少使用。此外，这种智能坐椅还能根据各人的需求自动升温或冷却，以提供靠坐的舒适性，甚至还能记忆家庭中每一个成员对坐椅的特殊偏爱。 这种毫微塑料智能材料，其本领高强的奥秘就在于材料本身被电子化了，许多超微计算机、超微传感器和超微发射器被容纳进材料中，使它不仅具有自行处理能力，而且还具有感知周围事物并作反应的能力。利用毫微塑料制成的椅子，不仅能帮助立者坐下或坐者站起，还能按主人的需要随心所欲地变换坐椅的形状，使它适合不同年龄的男女老少使用。此外，这种智能坐椅还能根据各人的需求自动升温或冷却，以提供靠坐的舒适性，甚至还能记忆家庭中每一个成员对坐椅的特殊偏爱。 这种毫微塑料智能材料，其本领高强的奥秘就在于材料本身被电子化了，许多超微计算机、超微传感器和超微发射器被容纳进材料中，使它不仅具有自行处理能力，而且还具有感知周围事物并作反应的能力。
2、 复 合 化 由于单一材料，如金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料都有各自的优缺点，难以满足当代高技术中综合性能的要求，因此现代材料科学正朝着复合材料方向发展。把不同种类和不同性能的材料通过一定的途径和技术复合为一体，扬长避短，取长补短，可获得比单一材料性能更好或具有某种特殊性能的复合体材料。例如，由碳纤维增强的陶瓷基复合材料，其抗冲击强度比普通陶瓷高40倍，能经受数千度高温，已成为航空工业的重要结构材料。
3、 极 限 化 极限化的含义是指在尺寸、压力、温度、纯度各种量纲范围内追求极限，而使材料的性能产生根本性的飞跃。例如，在超高温、超高压条件下用石墨可合成金刚石，在超高真空中、制备新型的半导体器件和高度集成的芯片。利用宇宙空间实验室内的微重力、高真空、超低温、无菌等特殊环境制备在地面无法制备的具有特殊性能的新材料，如合成新医药制品、冶炼高纯金属等。
4、仿 生 化 通过研究自然界中生物体的物质结构及其特有的功能，获得一种制备新材料的思路和途径，并在某些材料的设计和制造中加以模仿。例如，人们对蜘蛛丝的研究发现，蛛丝比钢丝更硬更富有弹性，具有很强缓冲外力冲击能力，而且低温性能良好，是制造防弹服装和降落伞的理想材料，于是人们得到启示，通过把水溶性的蛋白质分子纺织成既坚韧又不溶解的人造蛛丝，用来制作军用品。
5、 绿 色 化 它是一种资源和能源消耗少、再生循环利用率高，或可降解使用的具有优异适用性能的新型材料。 例如，废弃的普通塑料越来越多，并因其耐久性而长久存留自然界已经成为公害。目前研制出的可降解塑料，如生物降解塑料、化学降解塑料、光降解塑料，就是利用微生物、化学或光照的作用把塑料降解掉，变成无害物质回归自然。
