第7讲材料化学 1材料化学的内皤 材料是指经过某种加工(包括开采和运输),具有一定的组成、结构和性 能,适合于一定用途的物质,它是人类生活和生产活动的重要物质基础。当 今国际社会公认,材料、能源和信息技术是新科技革命的三大支柱 人类对材料的认识和利用,经历了一个漫长的探索、发展的历史过程 最初,人类依靠大自然的恩赐,主要是从天然物中取得所需的材料,石器、 骨器等成为人类利用的第1代材料。随着金属冶炼技术的发展,青铜、钢铁相 继登上材料世界的舞台,各种合金材料的相继问世,使金属成为主导材料。 20世纪初发展起来的高分子材料,扩大了材料的品种和范围,推动了许多新 技术的发展,使人类进入了合成材料的时代。近几十年来,新型无机非金属 材料异军突起,发展极快,在材料世界中,和金属材料、有机高分子材料形 成三足鼎立之势。在此基础上,第4代材料—一复合材料就应运而生,在能源 开发、电子技术、空间技术、国防工业和环境工程等领域中大显身手。第5 代材料——智能化材料又在研究和开发之中,这类材料本身具有感知、自我 调节和反馈的能力,即具有敏感(能感知外界作用)和驱动(对外界作用做 出反应)的双重功能,如同模仿生命系统的作用一样。它能像人的五官感知 客观世界;又能能动地对外作功,发射声波,辐射热能和电磁波,甚至促进 化学反应和改变颜色等类似于生命体的智慧反应。 种崭新技术的实现,往往需要崭新材料的支持。例如,人们早就知道 了喷气航空发动机比螺旋桨航空发动机有很多优点,但由于没有合适的材料 能承受喷射出燃气的高温,使这种理想只能是空中楼阁,直到1942年制成了 耐热合金,才使喷气发动机的制造得以实现。同样,如果没有1970年制成的 使光强度损耗降低到20dB/km并在室温下能连续工作的激光材料出现之后 光导纤维通讯技术才得以迅速发展,并逐步形成了产业。再者,如果不能制第 7 讲 材料化学 1 材料化学的内涵 材料是指经过某种加工(包括开采和运输)，具有一定的组成、结构和性 能，适合于一定用途的物质，它是人类生活和生产活动的重要物质基础。当 今国际社会公认，材料、能源和信息技术是新科技革命的三大支柱。 人类对材料的认识和利用，经历了一个漫长的探索、发展的历史过程。 最初，人类依靠大自然的恩赐，主要是从天然物中取得所需的材料，石器、 骨器等成为人类利用的第1代材料。随着金属冶炼技术的发展，青铜、钢铁相 继登上材料世界的舞台，各种合金材料的相继问世，使金属成为主导材料。 20世纪初发展起来的高分子材料，扩大了材料的品种和范围，推动了许多新 技术的发展，使人类进入了合成材料的时代。近几十年来，新型无机非金属 材料异军突起，发展极快，在材料世界中，和金属材料、有机高分子材料形 成三足鼎立之势。在此基础上，第4代材料——复合材料就应运而生，在能源 开发、电子技术、空间技术、国防工业和环境工程等领域中大显身手。第5 代材料——智能化材料又在研究和开发之中，这类材料本身具有感知、自我 调节和反馈的能力，即具有敏感（能感知外界作用）和驱动（对外界作用做 出反应）的双重功能，如同模仿生命系统的作用一样。它能像人的五官感知 客观世界；又能能动地对外作功，发射声波，辐射热能和电磁波，甚至促进 化学反应和改变颜色等类似于生命体的智慧反应。 一种崭新技术的实现，往往需要崭新材料的支持。例如，人们早就知道 了喷气航空发动机比螺旋桨航空发动机有很多优点，但由于没有合适的材料 能承受喷射出燃气的高温，使这种理想只能是空中楼阁，直到 1942 年制成了 耐热合金，才使喷气发动机的制造得以实现。同样，如果没有 1970 年制成的 使光强度损耗降低到 20dB／km 并在室温下能连续工作的激光材料出现之后， 光导纤维通讯技术才得以迅速发展，并逐步形成了产业。再者，如果不能制