材料科学概论论文

材料科学概论

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,通俗的讲就是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。

材料是人类生活和生产的物质基础，是人类认识自然和改造自然的工具，是人类进步程度的主要标志。可以这样说，自从人类一出现就开始了使用材料。材料的历史与人类史一样久远。从人类的出现到二十一世纪的今天，人类的文明程度不断提高，材料及材料科学也在不断发展。在人类文明的进程中，材料大致经历了‘‘ 1．使用纯天然材料的初级阶段 2．人类单纯利用火制造材料的阶段 3．利用物理与化学原理合成材料的阶段 4．材料的复合化阶段

5．材料的智能化阶段这五个阶段。当前，高技术新材料的发展日新月异，材料科学的内涵也将日益丰富。

我们每一天都与材料打交道，它如空气般萦绕在我们身边的每一个角落、每一分每一秒。从清晨睁开眼睛时投射入眼底的那束光开始算起，牙刷、毛巾、牙膏 无不是材料这一庞大而复杂家庭的一份子。材料是人类赖以生存和发展的物质基础，20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。这主要是因为材料与国民经济建设和人民生活密切相关。

材料除了具有重要性和普遍性以外，还具有多样性。从物理化学属性来分，可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料所组成的复合材料。从用途来分，又分为电子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。更常见的两种分类方法则是结构材料与功能材料；传统材料与新型材料。

金属材料 金属材料，特别是钢、铜、铝等，仍是21世纪的主要结构材料

和电能传输材料。金属材料已有成熟的生产工艺，相当多的配套设施和工业规模生产，价格低廉、性能可靠，已成为涉及面广、市场需求大的基础材料。金属

材料虽然今后会部分被高分子材料、陶瓷材料及复合材料所代替，由于它有比

高分子材料高得多的弹性模量，比陶瓷高得多的韧性和良好的导电性能，在相

当长的时期内改变不了它在材料中的主导地位，即使在高技术产业中也不例

外.

金属材料的发展趋势是：随着航天航空和其它尖端技术的飞跃的发展，在改善和提升传统材料品质的同时，金属功能材料、非平衡态金属，特别是高比强、高模量、耐高温、抗氧化，抗腐蚀、耐磨损合金和金属基复合材料会有快速的发展，如金属超导材料、钛及其合金、铝基增强复合材料，金属间化合物、形状记忆合金和纳米晶块体材料等。

先进陶瓷材料 陶瓷是人类最早使用的人造材料，质地坚硬、耐磨损、抗腐蚀、膨胀系数低，可经受1400一1600℃的高温，比金属间化合物有更高的比强度和比刚度，是很好的高

温结构材料；部分陶瓷还具有压电、铁电，半导体、湿敏和气敏等特殊功能，广泛用于电子、计算机、激光、核反应、宇航等现代尖端科学技术领域。

近20年来，通过多种增韧手段和原始粉末超细化、纳米化，在消除陶瓷本征脆性的研究方面取得了重大突破；传统的落后制备成型工艺已逐渐被先进的注射成型技术、高温热等静压和微波烧结等技术所替代；在反应动力学、表面特征、相平衡、烧结机理等基础研究方面也取得了相当的进展。主要趋势是根据使用性能要求对陶瓷结构作一定程度的剪裁和设计，实现陶瓷结构纳米化和组分的复相结构，包括纤维或晶须增韧和有机／无机复合等。

高分子材料 高分子材料是指分子量从几百到几万，由可加聚或缩聚链条状官能团构成的有机化合物。上世纪90年代，世界的高分子材料年产量超过1亿吨，其中塑料8000一9000万吨，合成橡胶700．800万吨，合成纤维1000万吨；仅塑料的产量以体积计算就相当于5。6亿吨钢的体积，是发展最为迅速的材料之一。这些材料品种繁多，并且正以每年10％的速率递增。高分子材料80％以上作为包装、建筑、交通运输和纺织行业的结构材料和原料：功能高分子材料所占比例相对较低，主要有离子交换树脂、催化剂、固化酶，用于印刷、电子工业、集成电路、微细加工的感光树脂，用于薄膜电磁、静电复印及全息记录的电功能离子材料和生物功能材料等。高分子合成理论与技术对于高分子材料的制取、改性、设计越来越重要，对发展高分子新材料有着不可忽视的开拓作用。

接枝共聚、共混、缩合聚合、开环聚合和缩合，是合成高分子材料的主要手段。发展先进的树脂基、有机／无机和异质材料连接技术，研究高分子材料的老化、降鳃机制和控制技术，制备综合性能更好的新材料，是高分子材料发展的主要趋

势。

光电信息功能材料 信息材料是指与信息获取、传输、存储、显示及处理有关的材料。目前光和电是信息的主要传递媒介，又称光电信息材料。这类材料有半导体材料，各种记录材料，信息传输、显示、激光、非线性光学、传感和压电、铁电材料，几乎包括了现代所有的先进功能材料。其中集成电路是信息技术的基

础，从材料角度看，集成电路的主要材料仍然是单晶硅。上一世纪80年代出现的光导通讯系统的相对信息容量比同轴电缆、微波系统和卫星通讯都有数量级的提高，不但节省材料，而且保密性强、抗干扰、损耗小，主要材料是高纯石英；目前正在研究损耗仅为O．01～O．001分贝／公里的多组分玻璃信息功能材料，

高品质传感器与敏感材料，激光材料、显示材料，它们均系一批金属氧化物陶瓷。信息技术是20世纪发展最为迅速的高技术领域，它打破了地域和种族的界限，使人类能够快速地分享共同的知识财富，极大地促进了社会迸步。

能源材料 能源是人类赖以生存和发展的重要条件。20世纪以来科学与工业的发展使能源消耗量大幅度上升，全年耗量超过10”瓦年。能源种类繁多，属于一次能源有核能、太阳能、地热腆能及海洋能等。就大规模应用而言，一次能源利用还需要克服许多科学和技术难关，其中材料就是一个带共性的关键问题：例如，一座输出2500Kw的风力电站的风翼长度就达90米，比波音747飞机的机翼还长，没有高强、高韧、轻质耐用的翼片结构材料，建造较大型的风力电站是绝对不可能的：氢能、合成燃料、高比能电池等二次能源的利用原理和特色各异，对材料品种和功能提出了更多的要求。

太阳能是一种取之不尽最为洁净的天然能源，每年到达地球的太阳能达60亿亿度，比全球年耗能的总量还大一万倍。原理上所有的光电转换材料均可作为太阳能材料，但考虑到效率／价格比和使用寿命，GaAs之类的材料近期内发展前途不大，多晶硅效率虽低，但廉价、性能稳定，仍有发展前途。除了光／电转换之外，目前人们还在寻找其它太阳能转换机制。 氢燃料电池的核心是储氢材料。这类材料包括钛、镍为基的含铁、铜、锰材料。这些过渡族金属、合金、金属间化合物，由于特殊的晶体结构，氢原子比较容易透入金属晶格的四面体

或八面体间隙位中形成金属氢化物，存氢体积可比其极材料性能和设计，镍氢电池的容量从2600mAll提高到了3500mAh，达到了锂离子电池同样体积的能量密度300wh／L。镍氢电池一个重要开发领域是作为电动汽车的动力电池，正朝着大容量、高比能的方向发展，日本的丰田公司和美国的Ovonic公司走在最前列。此外，正在开发中的核聚变能和磁流体发电机，可望在2l世投入实际应用。它们需要能在更高的温度、磁场和耐蚀条件下长期工作。 生物医学材料 生物医学材料是一类合成物质 …… 此处隐藏：4854字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……