對先進材料的看法課件

先進材料之我見

一、材料的定義；二、材料的發(fā)展史；三、先進材料與傳統(tǒng)材料；四、兩面性分析；五、未來材料發(fā)展方向。一、材料的定義所謂材料，就是指經過某種加工，具有一定結構、組分和性能，并可應用于一定用途（用于制造物品、器件、構件、機器或其他產品，主要是生產生活）的一種物質。例如工業(yè)化學品、食物、藥物、炸藥和固體火箭推進劑，一般都不算是材料。但是這個定義并不那么嚴格，如炸藥、固體火箭推進劑，一般稱之為“含能材料”，因為它屬于火炮或火箭的組成部分。如此看來，材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎，小到喝水用的杯子、穿的衣服褲子、看的書，大到輪船、飛機、火箭，都是由材料制造而來，材料的作用不言而喻。所以說材料是人類生存和生活必不可缺的一個部分，是人類文明的物質基礎、也是我們人類進步的先導，還是直接推動社會經濟文化發(fā)展的不竭動力。20世紀70年代人們把信息、材料和能源譽為當代文明的三大支柱。80年代以高技術群為代表的新技術革命，又把新材料、信息技術和生物技術并列為新技術革命的重要標志。

主要階段1）石器、陶器材料2）青銅材料3）鐵4)當代的常用材料1、石器、陶器材料在原始社會，人們工藝還不發(fā)達，主要使用粗糙的打磨石器來進行日常的勞作。慢慢的人們也可以利用火來燒制一些陶器來做一些石器做不了的事。這是最原始的材料了，幾乎就是直接從自然界獲取，可見工藝技術的不發(fā)達大大限制了人們的生活。2、青銅材料青銅是指黃銅、白銅以外的銅合金。銅錫合金稱為錫青銅，其他青銅成為特殊青銅。特殊青銅又分為鈹青銅和鋁青銅。我國使用青銅的歷史很悠久，大約在公元前21世紀開始,直到公元前5世紀，也留下了大量的青銅制品，這些制品無不成為國之瑰寶。3、鐵

人類最早發(fā)現(xiàn)的鐵，是從天上掉下來的“隕鐵”，在各個文明古國中發(fā)現(xiàn)的最早鐵器都是用隕鐵制成的。雖然隕鐵很少，卻為人類認識鐵打開了大門。到公元前1000年，人們開始掌握煉鐵技術，當時冶煉的鐵主要用來制作武器，后來逐漸擴散到社會生產的各個領域，由于鐵價廉，因此逐漸代替了被富有階層所獨占的青銅。4、當代主要使用的材料材料發(fā)展到了當代，新的材料可以說是層出不窮。傳統(tǒng)的金屬材料，合金材料，無機非金屬，化學纖維，還有走在科技最前端的納米材料，各種復合材料。。。。這些不同的材料在人們的生活處處可見，極大的豐富了人們的生活，為我們的生活增加了更多的選擇。材料貫穿了人們的衣食住行Round1傳統(tǒng)鋼鐵VS超級鋼鐵鋼或稱鋼鐵、鋼材，是一種由鐵與其他元素結合而成的合金，當中最普遍的是碳。碳約占鋼材重量的0.2%至2.1%，視乎鋼材的等級。其他有時會用到的合金元素還包括錳、鉻、釩和鎢。在文藝復興之前很久，人們已經懂得使用各種低效的方法來生產鋼。自從在十九世紀發(fā)明了貝塞麥煉鋼法之后，鋼就成了一種可大量生產的廉價材料。日本從1997年開始研究具有高強度和長壽命的超級鋼鐵。超級鋼是在壓軋時把壓力增加到通常的5倍，并且提高冷卻速度和嚴格控制溫度的條件下開發(fā)成功的。其晶粒直徑僅有1微米，為一般鋼鐵的1/10～1/20，因此組織細密，強度高，韌性也大，而且即使不添加鎳、銅等元素也能夠保持很高的強度。Round2傳統(tǒng)陶瓷VS氮化硅陶瓷陶瓷的傳統(tǒng)概念是指所有以粘土等無機非金屬礦物為原料的人工工業(yè)產品。它包括由粘土或含有粘土的混合物經混煉，成形，煅燒而制成的各種制品。它的主要原料是取之于自然界的硅酸鹽礦物(如粘土、石英等)。隨著近代科學技術的發(fā)展，近百年來又出現(xiàn)了許多新的陶瓷品種。美國和歐洲一些國家的文獻已將“Ceramic”一詞理解為各種無機非金屬固體材料的通稱。因此陶瓷的含義實際上已遠遠超越過去狹窄的傳統(tǒng)觀念了。氮化硅的強度很高，尤其是熱壓氮化硅，是世界上最堅硬的物質之一。它極耐高溫，并有驚人的耐化學腐蝕性能，同時又是一種高性能電絕緣材料。利用氮化硅耐磨、耐熱、重量輕和剛度大等特點，可用來制造滾珠軸承、蒸汽噴嘴等?？梢灶A言，隨著陶瓷的基礎研究和新技術開發(fā)的不斷進步，氮化硅陶瓷材料作為性能優(yōu)良的工程材料將得到更廣泛的應用。Round3傳統(tǒng)鋁合金VS泡沫鋁合金鋁合金通常使用銅、鋅、錳、硅、鎂等合金元素，20世紀初由德國人AlfredWilm發(fā)明，是工業(yè)中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業(yè)中已大量應用。跟普通的碳鋼相比有更輕及耐腐蝕的性能，但抗腐蝕性不如純鋁。在干凈、干燥的環(huán)境下鋁合金的表面會形成保護的氧化層。泡沫鋁合金材料由俄羅斯輕質合金研究所的專家研制，該材料的堅固程度可與柞木和泡沫混凝土相比，其輕重量可與木材板相比。泡沫鋁合金材料是將氧化的鋁合金粉末與在加熱氣化過程中分離一種物質相混合而獲得的。。泡沫鋁合金材料具有一定的隔音性和絕熱性，無毒而且不會燃燒。該材料可鋸可銑，并可向上面打螺釘，這種質輕、堅固又不怕火燒的新材料可用于電梯門的鑲面、火車和地鐵車廂地面的鋪設。鯊魚皮材料鯊魚皮泳衣是人們根據(jù)其外形特征起的綽號，其實它有著更加響亮的名字：快皮，它的核心技術在于模仿鯊魚的皮膚。生物學家發(fā)現(xiàn)，鯊魚皮膚表面粗糙的V形皺褶可以大大減少水流的摩擦力，使身體周圍的水流更高效地流過，鯊魚得以快速游動?？炱さ某煺估w維表面便是完全仿造鯊魚皮膚表面制成的。此外，這款泳衣還充分融合了仿生學原理：在接縫處模仿人類的肌腱，為運動員向后劃水時提供動力；在布料上模仿人類的皮膚，富有彈性。傳統(tǒng)材料優(yōu)點：產量大工藝成熟價格低廉缺點：科技成分低不能完全滿足社會發(fā)展要求新型材料優(yōu)點：科技含量高工藝先進具有良好的性質缺點：價格昂貴普及程度低產量有限，無法市場化四、兩面性分析

馬克思主義哲學的辯證思維方式對立與統(tǒng)一科學技術是把雙刃劍

曾經的先進材料------塑料塑料制品作為一種新型材料，具有質輕、防水、耐用、生產技術成熟、成本低的優(yōu)點，在全世界被廣泛應用且呈逐年增長趨勢。塑料包裝材料在世界市場中的增長率高于其它包裝材料，1990-1995年塑料包裝材料的年平均增長率為8.9%。我國是世界上十大塑料制品生產和消費國之一。1995年，我國塑料產量為519萬噸，進口塑料近600萬噸，當年全國塑料消費總量約1100萬噸，其中包裝用塑料達211萬噸。包裝用塑料的大部分以廢舊薄膜、塑料袋和泡沫塑料餐具的形式，被丟棄在環(huán)境中。白色垃圾泛濫“白色污染”的主要成份聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等等以聚乙烯為例：聚乙烯是乙烯經加成聚合反應制得的一種熱塑性樹脂。根據(jù)聚合條件不同，可得到相對分子量從一萬幾百萬不等。聚乙烯是略帶白色的顆粒或粉末，半透明狀，無毒無味，化學穩(wěn)定性好，能耐酸堿腐蝕。聚乙烯化學穩(wěn)定性較好，室溫下可耐稀硝酸、稀硫酸和任何濃度的鹽酸、氫氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨水、胺類、過氧化氫、氫氧化鈉、氫氧化鉀等溶液。我們應辯證的看待先進材料這一事物，享受益處的同時，應用長遠的目光看到它的不利影響，加以預防。P.35/85五、未來材料什么樣子？P.36/85第一、從均質材料向復合材料發(fā)展。如把金屬材料和高分子材料結合在一起的復合材料。第二、由結構材料為主向功能材料、多功能材料并重的方向發(fā)展。第三、材料結構的尺度向越來越小的方向發(fā)展。第四、由被動性材料向具有主動性的智能材料方向發(fā)展。新的智能材料能夠感知外界條件變化、進行判斷并主動作出反應。第五、通過仿生途徑來發(fā)展新材料。未來材料技術的發(fā)展趨勢

今后一段時期的重點方向（1）材料與器件半導體照明――以白光照明為龍頭的寬禁帶半導體全固態(tài)激光器――以紫外、深紫外、三原色為龍頭

微光電子材料和芯片――以12英寸硅片和光電芯片為龍頭先進生物類材料優(yōu)良服役性能材料

氫能與燃料電池關鍵材料飛行器材料（2）技術與裝備鋼鐵制造新流程

高性能材料復合技術

廢棄物的資源化和回收技術超大噸位鍛壓機大宗料高效化學反應裝置

納微米加工、表征裝備P.38/85未來材料發(fā)展趨勢能源材料新材料高性能、高強度結構材料復合材料金屬新材料極限材料原子分子設計材料功能材料特種陶瓷高分子材料稀土材料P.39/852009年美聯(lián)社評出的已問世十大未來材料

已應用到衣服、鞋子和軍事裝備的制造中。據(jù)悉，d3O凝膠采用尖端納米技術研制而成，表面看上去非常像果凍，它可以被隨意擠壓成各種形狀。正常情況下，d3O凝膠會保持松弛的狀態(tài)，一旦受到外力的高速劇烈撞擊時，分子將互相交錯并鎖在一起，變緊變硬，能將子彈或彈片的沖力減弱一半，進而阻止它們穿透頭盔。美國滑雪隊配備了含有d30凝膠材料的運動裝備，由于滑雪隊員的沖刺速度往往達到每小時60英里，這種凝膠材料無疑可以為他們提供足夠的安全保護。1、d30凝膠D3O雖像果凍，但防沖撞效果卻出奇的好

P.40/85杜邦公司神奇的耐熱、耐低溫材料特氟隆二戰(zhàn)后迅速成為外界關注的焦點。媒體對特氟隆不粘東西的特性不吝溢美之詞，并暗示特氟隆未來還可以做得更好。在他們眼中，還有什么事情是特氟隆所不能做到的嗎？但在此之后，特氟隆逐漸走下神壇。不過，在科學家眼中，它仍然極具發(fā)展前景的未來材料名單中占據(jù)著一席之地。2、特氟龍P.41/85在涉及超導體問題上，薄是開發(fā)者們追求的終極目標。導電體越薄就越能散熱——對許多材料來說，這一點至關重要，因為如果加熱超過一定溫度，很多材料會失去超導狀態(tài)。薄還能提高材料的彈性，使薄薄的超導電膜成為數(shù)十種先進高科技產品的主要成分。實用的超薄超導體曾經被看作是代表未來的材料，它們將在未來高科技的舞臺上嶄露頭角。3、超薄超導體P.42/85“太陽能屋頂”距離我們越來越近——目前正處于測試階段。正如美國能源部國家實驗室的發(fā)言人所言：“頗具彈性的太陽能電池板可以輕松與商業(yè)大樓和住宅的建筑風格融為一體，并且提供足夠的電源?！背颂柲芪蓓敚ㄌ柲芷嚨壬畛Ｓ霉ぞ咭呀涢_始進入我們的視野，“全民都用清潔能源”已經不再遙遠，就讓我們期盼這一天早日到來吧。四、太陽能電池板P.43/85

“巴基球”是由60到100個碳原子構成的球形籠狀中空結構分子，其結構與網(wǎng)格球頂類似，硬度則超過鉆石。之所以被稱之為“巴基球”是為了紀念已故建筑界幻想家巴克明斯特·富勒?，F(xiàn)在，科學家已能夠將其它原子嵌入巴基球，使其成為更為強大的“載運者”。隨著研究的進一步深入，直接將納米強效藥送入體內腫瘤將成為一種可能。不僅如此，巴基球的技術還將進入軍事領域。據(jù)美國媒體透露，美國國防科技研究所已經成功的完成了“巴基球材料”的第一個實驗進度，這種材料制成的戰(zhàn)機外殼比鋼鐵硬上500倍。五、巴基球P.44/85隱身衣一直是人類的夢想

電影中的隱聲裝置

六、隱形材料和隱聲材料

P.45/85喝過裝在透明鋁罐子里的可樂嗎？用過透明的錫箔紙包燉熟的肉嗎？對于這兩個問題，很多人一定會給出否定的答案。當前每平方英寸透明鋁片的價格為10美元，如果價格下降，透明鋁的使用將變得更為普遍，程度上將超乎我們想象。七、透明材料

P.46/85使用玻璃光導纖維意味著，即使是一面厚度達到60英尺(約合18米)的墻其透光性也與厚度僅1英尺(約合30厘米)的玻璃墻不相上下。由于埋入了玻璃纖維陣列，它能使人看到外部世界的景色，科幻片中的神奇房屋也許離我們越來越近了。

八、透光材料

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氣凝膠是一種泡沫玻璃，主要因其用途——曾經溫柔地捕獲“懷爾德2”號彗星發(fā)射的粒子——而為人們所熟知。電影《終結者3》中的機器人原理就與氣凝膠相似。九、氣凝膠

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