第二章

材料與生態環境系統第1節材料在國民經濟中的作用第2節材料元素的環境和資源第3節材料系統與自然系統第4節材料與當代資源問題第5節材料與當代環境問題第6節材料工業可持續發展的障礙第二章材料與生態環境系統第1節材料在國民經濟中的作用1第1節材料在國民經濟中的作用2.1.1.材料在國民經濟中的作用

2.1.2.材料工業對環境的影響第1節材料在國民經濟中的作用2.1.1.材料在國民經濟中21.1.材料在國民經濟中的作用2.1.1.1材料是國民經濟和社會發展的基礎和先導2.1.1.2材料的發展為產業革命奠定基礎重大的技術革新往往起始于材料的革新經濟發展和生活水平提高，對新材料發展和應用提出更高、更迫切的要求材料在中國是國民經濟的基礎性、關鍵性支柱產業之一1.1.材料在國民經濟中的作用2.1.1.1材料是國民經3材料是國民經濟和社會發展的

基礎和先導

材料與能源、信息并列為現代高科技的三大支柱。在歷史上，材料曾被作為社會文明進化的標志，如將歷史時期分為石器時代、陶器時代、青銅器時代、鐵器時代，直至現代的高分子時代等等。其中，材料既是一個獨立的領域，又與幾乎所有其他新興產業密切相關。水泥陶瓷耐火材料玻璃材料是國民經濟和社會發展的

基礎和先導材料與能源、信息41756年，英國工程師J.斯米頓發現采用含有粘土的石灰石燒制的石灰；用于水下建筑的砌筑比優質石灰更堅固結實.1796年，英國人J.帕克用泥灰巖燒制出了一種呈棕色的水泥，外觀很像古羅馬時代的石灰和火山灰混合物，命名為羅馬水泥。1813年，法國的土木技師畢加發現了石灰和粘土按三比一混合制成的水泥性能最好。1824年，英國建筑工人J.阿斯普丁取得了波特蘭水泥專利權。1907年，法國比埃利用鋁礦石的鐵礬土代替粘土，混合石灰巖燒制成了“礬土水泥”。1877年，英國的克蘭普頓發明了回轉爐，于1885年經蘭薩姆改革成更好的回轉爐。1893年，日本遠藤秀行和內海三貞二人發明了不怕海水的硅酸鹽水泥。20世紀，人們在不斷改進波特蘭水泥性能的同時，研制成功了一批適用于特殊建筑工程的水泥，如高鋁水泥，特種水泥等。全世界的水泥品種已發展到100多種。中國在1952年制訂了第一個全國統一標準，確定水泥生產以多品種多標號為原則，并將波特蘭水泥按其所含的主要礦物組成改稱為矽酸鹽水泥，后又改稱為硅酸鹽水泥至今。水泥對國民經濟和文化的影響1756年，英國工程師J.斯米頓發現采用含有粘土的石灰石燒制5大壩用水泥核電站用水泥水泥是建筑工程的重要基本材料之一。水泥被廣泛應用于工業建筑、民用建筑、交通工程、水利工程、海港工程、核電工程、國防建設等新型工業和工程建設等領域。水泥在國民經濟中的作用大壩用水泥核電站用水泥水泥是建筑工程的重要基本材料之一。水泥6中國最大水泥企業—海螺集團水泥工業是國民經濟中非常重要的產業。新工藝、新技術的發展必然會促進傳統水泥工業的技術進步，新工藝的變革、新技術的發展和新品種的出現必將開拓新的應用領域。如宇航工業、核能工業以及其他新型工業的建設，也需要各種無機非金屬材料，其中最為基本的都是以水泥基為主的新型復合材料。水泥對人類的物質和文化生活產生了積極的影響，對人類的文明和進步發揮著重要作用。中國最大水泥企業—海螺集團水泥工業是國民經濟中非常重要的產業7玻璃最初由火山噴出的酸性巖凝固而得。約公元前3700年前，古埃及人已制出玻璃裝飾品和簡單玻璃器皿。3000多年前，一艘歐洲腓尼基人的商船，滿載著晶體礦物“天然蘇打”，航行在地中海沿岸的貝魯斯河上。由于海水落潮，商船擱淺了。于是船員們紛紛登上沙灘。船員還抬來大鍋，搬來木柴，并用幾塊“天然蘇打”作為大鍋的支架，在沙灘上做起飯來。船員們吃完飯，潮水開始上漲了。他們正準備收拾一下登船繼續航行時，突然有人高喊：“大家快來看啊，鍋下面的沙地上有一些晶瑩明亮、閃閃發光的東西！”;船員們把這些閃爍光芒的東西，帶到船上仔細把玩起來發現，這些亮晶晶的東西上粘有一些石英砂和融化的天然蘇打。原來，這些閃光的東西，是他們做飯時用來做鍋的支架的天然蘇打，在火焰的作用下，與沙灘上的石英砂發生化學反應而產生的晶體，這就是最早的玻璃。后來腓尼基人把石英砂和天然蘇打和在一起，然后用一種特制的爐子熔化，制成玻璃球，使腓尼基人發了一筆大財。1873年，比利時首先制出平板玻璃。1906年，美國制出平板玻璃引上機。玻璃生產工業化和規模化，各種用途和各種性能的玻璃相繼問世。玻璃已成為日常生活、生產和科學技術領域的重要材料。約公元前1000年前，中國制造出無色玻璃。

玻璃對國民經濟和文化的影響玻璃最初由火山噴出的酸性巖凝固而得。約公元前3700年前，8普通平板玻璃：窗戶、門扇、室內屏風等；玻璃的應用普通平板玻璃：窗戶、門扇、室內屏風等；玻璃的應用9深加工玻璃：鋼化玻璃、磨砂玻璃、壓花玻璃、夾絲玻璃、中空玻璃、夾層玻璃、防彈玻璃、熱彎玻璃、玻璃磚、玻璃紙、LED光電玻璃、調光玻璃等。上海世博會聯合國館空心玻璃磚鋼化玻璃深加工玻璃：鋼化玻璃、磨砂玻璃、壓花玻璃、夾絲玻璃、中空玻璃10陶器的發明是原始社會新石器時代的一個重要標志。我國已發現距今約10000年新石器時代早期的殘陶片。河北徐水縣南莊頭遺址發現的陶器碎片經鑒定為10800-9700年的遺物。此外，在江西萬年縣、廣西桂林甑皮巖、廣東英德縣青塘等地也發現了距今10000-7000年的陶器碎片；1973年在河北武安磁山首次發現而得名的磁山文化，據放射性碳素測定，距今7900年以上；1977年考古人員在河南新鄭裴李崗發現了與磁山文化時代相當、內容近似的文化遺存，因此合稱為“磁山·裴李崗文化”。瓷器是中國人發明的，這是舉世都公認的。瓷器的發明是在陶器技術不斷發展和提高的基礎上產生的。商代的白陶以是用瓷土（高嶺土）作原料，燒成溫度達1000°C以上，它是原始瓷器出現的基礎。陶瓷對國民經濟和文化的影響陶器的發明是原始社會新石器時代的一個重要標志。瓷器是11陶瓷材料多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等，如粘土、氧化鋁、高嶺土……按用途不同可分為：日用陶瓷：餐具、茶具、缸、盆、碟、碗等；藝術陶瓷：花瓶、園林陶瓷、器皿等；工業陶瓷：建筑-衛生陶瓷、化工陶瓷、電瓷、特種陶瓷等。磨削工具中國工業陶瓷最大的生產基地江西省萍鄉市陶瓷材料多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等，如粘土、氧化鋁12中國在4000年前就使用雜質少的粘土，燒成陶器，并已能鑄造青銅器。東漢時期（公元25-220年）用粘土質耐火材料做燒瓷器的窯材和匣缽。20世紀初，耐火材料向高純、高致密和超高溫制品方向發展，同時發展了不需燒成、能耗小的不定型耐火材料和高耐火纖維。1914年，W.A.L.Schaefer在美國芝加哥建立了名叫PliableFire-brickCompany的公司來生產其新開發的耐火材料和推廣其應用技術。該公司的最初產品是用來修補鍋爐爐壁的耐火可塑料。1932年，水泥粉料狀的耐火澆注料產生。此外，氣硬性的耐火可塑料也出現，這是現代不定形耐火材料的先驅。1932年，水泥粉料狀的耐火澆注料產生。此外，氣硬性的耐火可塑料也出現，這是現代不定形耐火材料的先驅。耐火材料對國民經濟和文化的影響中國在4000年前就使用雜質少的粘土，燒成陶器，并已能鑄造青13鋼水溫度：1600-1750℃玻璃液溫度：1400-1500℃鐵水溫度：1400-1500℃鋼水溫度：玻璃液溫度：1400-1500℃鐵水溫度：14014材料的發展為產業革命奠定基礎

１６世紀以來，人類經歷了三次世界范圍的產業革命，每次產業革命的成功都離不開新材料的開發。第一次產業革命的突破口是推廣應用蒸汽機。瓦特發明了蒸汽機，但只有在開發了鐵和銅等新材料以后，這種蒸汽機才得以實用并逐步推廣。第二次產業革命以發電機、內燃機的廣泛使用為突破口，大力發展飛機、汽車和其他工業，支持這個時期產業革命的仍然是新材料，如銅合金、鋁合金以及各種非金屬材料的發展。第三次產業革命是以電子計算機、原子能技術和航天技術為代表，尤其是電子計算機的迅速發展和廣泛應用，拉開了信息技術革命的序幕。人類正面臨著以電子和信息、材料、航空航天、生物工程、海洋開發、石油化工、原子能等工業為主體的一場更深刻、更高水平的產業革命。材料的發展為產業革命奠定基礎１６世紀以來，人類經歷15

1698年，世界上第一臺工業用蒸汽機是取得標名為“礦工之友”的英國專利。英國的薩弗里將一個蛋形容器先充滿蒸汽，然后關閉進汽閥，在容器外噴淋冷水使容器內蒸汽冷凝而形成真空。打開進水閥，礦井底的水受大氣壓力作用經進水管吸入容器中；關閉進水閥，重開進汽閥，靠蒸汽壓力將容器中的水經排水閥壓出。待容器中的水被排空而充滿蒸汽時，關閉進汽閥和排水閥，重新噴水使蒸汽冷凝。如此反復循環，用兩個蛋形容器交替工作，可連續排水。

1705年，紐科門及其助手卡利發明了大氣式蒸汽機，用以驅動獨立的提水泵，被稱為紐科門大氣式蒸汽機。它的改型產品直到19世紀初還在制造。因被水冷卻過的汽缸壁上冷凝而損失掉大量熱量，紐科門大氣式蒸汽機的熱效率很低。1764年，英國的儀器修理工詹姆斯·瓦特為格拉斯哥大學修理紐可門蒸汽機模型時，注意到了這一缺點，并于1765年發明了設有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機，于1769年取得了英國的專利。初期的瓦特蒸汽機仍用平衡杠桿和拉桿機構來驅動提水泵，為了從凝汽器中抽除凝結水和空氣，瓦特裝設了抽氣泵。他還在汽缸外壁加裝夾層，用蒸汽加熱汽缸壁，以減少冷凝損失。1782年前后，瓦特完成了兩項重要發明：在活塞工作行程的中途，關閉進汽閥，使蒸汽膨脹作功以提高熱效率；使蒸汽在活塞兩面都作功(雙作用式)，以提高輸出功率。瓦特使發明了平行四邊形機構，于18世紀末將曲柄連桿機構用在蒸汽機上。材料為產業革命和科學技術革命的先導Ⅰ

蒸汽機的發明1698年，世界上第一臺工業用蒸汽機是取得標名為“礦工之16電子計算機，是由早期的電動計算器發展而來的。電動計算器是1946年面世的，它主要是用于計算彈道。是由美國賓夕法尼亞大學莫爾電工學院制造的，但它的體積龐大，占地面積170多平方米，重量約30噸，消耗近140千瓦的電力。被大多數人錯誤的認為“世界上第一臺電子數字計算機ENIAC”。

1973年美國最高法院的裁定,最早的電子數字計算機,應該是美國愛何華大學的物理系副教授約翰·阿坦那索夫和其研究生助手克利夫·貝瑞CliffordE.Berry，1818-1963）于1939年10月制造的“ABC”(Atanasoff-Berry-Computer）。之所以會有這樣的誤會，是因為“ENIAC”的研究小組中的一個叫莫克利的人于1941年剽竊了翰·阿坦那索夫的研究成果，并在1946年時，申請了專利。由于種種原因直到1973年這個錯誤才被扭轉過來。后來為了表彰和紀念約翰·阿坦那索夫在計算機領域內作出的偉大貢獻，1990年美國前總統布什授予約翰·阿坦那索夫全美最高科技獎項----“國家科技獎”。1956年，晶體管電子計算機誕生了，這是第二代電子計算機。只要幾個大一點的柜子就可將它容下，運算速度也大大地提高了。1959年出現的是第三代集成電路計算機。材料為產業革命和科學技術革命的先導Ⅱ

電子計算機，是由早期的電動計算器發展而來的。材料為產業革命和17手寫電腦手寫電腦18

重大的技術革新往往起始于材料的革新從世界科技發展史看，沒有先進的材料，就沒有先進的科學技術和現代化的工業。例如：

２０世紀５０年代出現的鎳基高溫合金，將材料使用溫度由原來的７００℃提高到９００℃，從而導致了超音速飛機的問世；而高溫陶瓷的發明則促進了表面溫度高達１０００℃的航天飛機的發展。反過來，近代新技術的發展，如原子能、計算機、集成電路、航天工業等又促進了新材料的研制。目前已涌現出了各種各樣的新材料，以致有人將我們的時代稱為精密陶瓷時代、復合材料時代、塑料時代等。重大的技術革新往往起始于材料的革新從世界科技發展史看，19經濟發展和生活水平提高，對新材料發展和應用提出更高、更迫切的要求

隨著世界經濟的快速發展和人類生活水平的提高，對材料及其產品的需求日益增長，對新材料的發展和應用提出了更高、更迫切的要求。２０世紀９０年代以來，隨著科學技術的發展，又面世一大批高新材料，如新型輕質、高比強、高比模結構材料，超高溫和低溫材料，先進復合材料，以及各種具有特異功能的材料。到２０世紀９０年代末，全世界１２項新興產業的年銷售額已達近萬億美元，其中新材料約占４０％。可以說，新材料技術既是當代高技術的重要組成部分，又是發展高技術的重要支柱和突破口。經濟發展和生活水平提高，對新材料發展和應用提出更高、更迫切的20我國“十二五”規劃，對高強輕型合金材料、高性能鋼鐵材料、功能膜材料、新型動力電池材料、碳纖維復合材料、稀土功能材料等6類新材料進行重點支持。輕質合金鋼制作的伸縮樓梯上海世博會新型超級電容公交車我國“十二五”規劃，對高強輕型合金材料、高21材料在中國是國民經濟的基礎性、

關鍵性支柱產業之一

我國是一個人口大國，材料產業歷來受到政府的重視，得到了大力的支持，鋼鐵、有色金屬、化工、建材等主要行業，建國以來得到迅速的發展。到２０世紀９０年代末，每年進入經濟循環的原材料達６０億噸，成為支持國民經濟發展和國防現代化的基礎產業和發展高新技術的支柱和關鍵。可以說，經過5０多年的發展，我國原材料工業從無到有，從小到大，品種門類齊全，基本滿足了國民經濟發展的需要。材料在中國是國民經濟的基礎性、

關鍵性支柱產業之一221.2.材料系統對生態環境的影響材料在國民經濟發展中發揮著重要的作用；但材料業對資源的掠奪性使用會使經濟發展走向歧途。

材料在生產、加工、使用和廢棄過程中對資源和能源的消耗，各種排放物，如廢氣、廢水和廢渣等對環境的負面影響和破壞。

材料的生產和使用對全球生態及人體健康也能造成不良影響，如全球溫室效應，臭氧層破壞，光、電磁、噪聲，以及放射性污染等。1.2.材料系統對生態環境的影響材料在國民經濟發展中發揮著重23第二章

材料與生態環境系統第1節材料在國民經濟中的作用第2節材料元素的環境和資源第3節材料系統與自然系統第4節材料與當代資源問題第5節材料與當代環境問題第6節材料工業可持續發展的障礙第二章材料與生態環境系統第1節材料在國民經濟中的作用24第1節材料在國民經濟中的作用2.1.1.材料在國民經濟中的作用

2.1.2.材料工業對環境的影響第1節材料在國民經濟中的作用2.1.1.材料在國民經濟中251.1.材料在國民經濟中的作用2.1.1.1材料是國民經濟和社會發展的基礎和先導2.1.1.2材料的發展為產業革命奠定基礎重大的技術革新往往起始于材料的革新經濟發展和生活水平提高，對新材料發展和應用提出更高、更迫切的要求材料在中國是國民經濟的基礎性、關鍵性支柱產業之一1.1.材料在國民經濟中的作用2.1.1.1材料是國民經26材料是國民經濟和社會發展的

基礎和先導

材料與能源、信息并列為現代高科技的三大支柱。在歷史上，材料曾被作為社會文明進化的標志，如將歷史時期分為石器時代、陶器時代、青銅器時代、鐵器時代，直至現代的高分子時代等等。其中，材料既是一個獨立的領域，又與幾乎所有其他新興產業密切相關。水泥陶瓷耐火材料玻璃材料是國民經濟和社會發展的

基礎和先導材料與能源、信息271756年，英國工程師J.斯米頓發現采用含有粘土的石灰石燒制的石灰；用于水下建筑的砌筑比優質石灰更堅固結實.1796年，英國人J.帕克用泥灰巖燒制出了一種呈棕色的水泥，外觀很像古羅馬時代的石灰和火山灰混合物，命名為羅馬水泥。1813年，法國的土木技師畢加發現了石灰和粘土按三比一混合制成的水泥性能最好。1824年，英國建筑工人J.阿斯普丁取得了波特蘭水泥專利權。1907年，法國比埃利用鋁礦石的鐵礬土代替粘土，混合石灰巖燒制成了“礬土水泥”。1877年，英國的克蘭普頓發明了回轉爐，于1885年經蘭薩姆改革成更好的回轉爐。1893年，日本遠藤秀行和內海三貞二人發明了不怕海水的硅酸鹽水泥。20世紀，人們在不斷改進波特蘭水泥性能的同時，研制成功了一批適用于特殊建筑工程的水泥，如高鋁水泥，特種水泥等。全世界的水泥品種已發展到100多種。中國在1952年制訂了第一個全國統一標準，確定水泥生產以多品種多標號為原則，并將波特蘭水泥按其所含的主要礦物組成改稱為矽酸鹽水泥，后又改稱為硅酸鹽水泥至今。水泥對國民經濟和文化的影響1756年，英國工程師J.斯米頓發現采用含有粘土的石灰石燒制28大壩用水泥核電站用水泥水泥是建筑工程的重要基本材料之一。水泥被廣泛應用于工業建筑、民用建筑、交通工程、水利工程、海港工程、核電工程、國防建設等新型工業和工程建設等領域。水泥在國民經濟中的作用大壩用水泥核電站用水泥水泥是建筑工程的重要基本材料之一。水泥29中國最大水泥企業—海螺集團水泥工業是國民經濟中非常重要的產業。新工藝、新技術的發展必然會促進傳統水泥工業的技術進步，新工藝的變革、新技術的發展和新品種的出現必將開拓新的應用領域。如宇航工業、核能工業以及其他新型工業的建設，也需要各種無機非金屬材料，其中最為基本的都是以水泥基為主的新型復合材料。水泥對人類的物質和文化生活產生了積極的影響，對人類的文明和進步發揮著重要作用。中國最大水泥企業—海螺集團水泥工業是國民經濟中非常重要的產業30玻璃最初由火山噴出的酸性巖凝固而得。約公元前3700年前，古埃及人已制出玻璃裝飾品和簡單玻璃器皿。3000多年前，一艘歐洲腓尼基人的商船，滿載著晶體礦物“天然蘇打”，航行在地中海沿岸的貝魯斯河上。由于海水落潮，商船擱淺了。于是船員們紛紛登上沙灘。船員還抬來大鍋，搬來木柴，并用幾塊“天然蘇打”作為大鍋的支架，在沙灘上做起飯來。船員們吃完飯，潮水開始上漲了。他們正準備收拾一下登船繼續航行時，突然有人高喊：“大家快來看啊，鍋下面的沙地上有一些晶瑩明亮、閃閃發光的東西！”;船員們把這些閃爍光芒的東西，帶到船上仔細把玩起來發現，這些亮晶晶的東西上粘有一些石英砂和融化的天然蘇打。原來，這些閃光的東西，是他們做飯時用來做鍋的支架的天然蘇打，在火焰的作用下，與沙灘上的石英砂發生化學反應而產生的晶體，這就是最早的玻璃。后來腓尼基人把石英砂和天然蘇打和在一起，然后用一種特制的爐子熔化，制成玻璃球，使腓尼基人發了一筆大財。1873年，比利時首先制出平板玻璃。1906年，美國制出平板玻璃引上機。玻璃生產工業化和規模化，各種用途和各種性能的玻璃相繼問世。玻璃已成為日常生活、生產和科學技術領域的重要材料。約公元前1000年前，中國制造出無色玻璃。

玻璃對國民經濟和文化的影響玻璃最初由火山噴出的酸性巖凝固而得。約公元前3700年前，31普通平板玻璃：窗戶、門扇、室內屏風等；玻璃的應用普通平板玻璃：窗戶、門扇、室內屏風等；玻璃的應用32深加工玻璃：鋼化玻璃、磨砂玻璃、壓花玻璃、夾絲玻璃、中空玻璃、夾層玻璃、防彈玻璃、熱彎玻璃、玻璃磚、玻璃紙、LED光電玻璃、調光玻璃等。上海世博會聯合國館空心玻璃磚鋼化玻璃深加工玻璃：鋼化玻璃、磨砂玻璃、壓花玻璃、夾絲玻璃、中空玻璃33陶器的發明是原始社會新石器時代的一個重要標志。我國已發現距今約10000年新石器時代早期的殘陶片。河北徐水縣南莊頭遺址發現的陶器碎片經鑒定為10800-9700年的遺物。此外，在江西萬年縣、廣西桂林甑皮巖、廣東英德縣青塘等地也發現了距今10000-7000年的陶器碎片；1973年在河北武安磁山首次發現而得名的磁山文化，據放射性碳素測定，距今7900年以上；1977年考古人員在河南新鄭裴李崗發現了與磁山文化時代相當、內容近似的文化遺存，因此合稱為“磁山·裴李崗文化”。瓷器是中國人發明的，這是舉世都公認的。瓷器的發明是在陶器技術不斷發展和提高的基礎上產生的。商代的白陶以是用瓷土（高嶺土）作原料，燒成溫度達1000°C以上，它是原始瓷器出現的基礎。陶瓷對國民經濟和文化的影響陶器的發明是原始社會新石器時代的一個重要標志。瓷器是34陶瓷材料多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等，如粘土、氧化鋁、高嶺土……按用途不同可分為：日用陶瓷：餐具、茶具、缸、盆、碟、碗等；藝術陶瓷：花瓶、園林陶瓷、器皿等；工業陶瓷：建筑-衛生陶瓷、化工陶瓷、電瓷、特種陶瓷等。磨削工具中國工業陶瓷最大的生產基地江西省萍鄉市陶瓷材料多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等，如粘土、氧化鋁35中國在4000年前就使用雜質少的粘土，燒成陶器，并已能鑄造青銅器。東漢時期（公元25-220年）用粘土質耐火材料做燒瓷器的窯材和匣缽。20世紀初，耐火材料向高純、高致密和超高溫制品方向發展，同時發展了不需燒成、能耗小的不定型耐火材料和高耐火纖維。1914年，W.A.L.Schaefer在美國芝加哥建立了名叫PliableFire-brickCompany的公司來生產其新開發的耐火材料和推廣其應用技術。該公司的最初產品是用來修補鍋爐爐壁的耐火可塑料。1932年，水泥粉料狀的耐火澆注料產生。此外，氣硬性的耐火可塑料也出現，這是現代不定形耐火材料的先驅。1932年，水泥粉料狀的耐火澆注料產生。此外，氣硬性的耐火可塑料也出現，這是現代不定形耐火材料的先驅。耐火材料對國民經濟和文化的影響中國在4000年前就使用雜質少的粘土，燒成陶器，并已能鑄造青36鋼水溫度：1600-1750℃玻璃液溫度：1400-1500℃鐵水溫度：1400-1500℃鋼水溫度：玻璃液溫度：1400-1500℃鐵水溫度：14037材料的發展為產業革命奠定基礎

１６世紀以來，人類經歷了三次世界范圍的產業革命，每次產業革命的成功都離不開新材料的開發。第一次產業革命的突破口是推廣應用蒸汽機。瓦特發明了蒸汽機，但只有在開發了鐵和銅等新材料以后，這種蒸汽機才得以實用并逐步推廣。第二次產業革命以發電機、內燃機的廣泛使用為突破口，大力發展飛機、汽車和其他工業，支持這個時期產業革命的仍然是新材料，如銅合金、鋁合金以及各種非金屬材料的發展。第三次產業革命是以電子計算機、原子能技術和航天技術為代表，尤其是電子計算機的迅速發展和廣泛應用，拉開了信息技術革命的序幕。人類正面臨著以電子和信息、材料、航空航天、生物工程、海洋開發、石油化工、原子能等工業為主體的一場更深刻、更高水平的產業革命。材料的發展為產業革命奠定基礎１６世紀以來，人類經歷38

1698年，世界上第一臺工業用蒸汽機是取得標名為“礦工之友”的英國專利。英國的薩弗里將一個蛋形容器先充滿蒸汽，然后關閉進汽閥，在容器外噴淋冷水使容器內蒸汽冷凝而形成真空。打開進水閥，礦井底的水受大氣壓力作用經進水管吸入容器中；關閉進水閥，重開進汽閥，靠蒸汽壓力將容器中的水經排水閥壓出。待容器中的水被排空而充滿蒸汽時，關閉進汽閥和排水閥，重新噴水使蒸汽冷凝。如此反復循環，用兩個蛋形容器交替工作，可連續排水。

1705年，紐科門及其助手卡利發明了大氣式蒸汽機，用以驅動獨立的提水泵，被稱為紐科門大氣式蒸汽機。它的改型產品直到19世紀初還在制造。因被水冷卻過的汽缸壁上冷凝而損失掉大量熱量，紐科門大氣式蒸汽機的熱效率很低。1764年，英國的儀器修理工詹姆斯·瓦特為格拉斯哥大學修理紐可門蒸汽機模型時，注意到了這一缺點，并于1765年發明了設有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機，于1769年取得了英國的專利。初期的瓦特蒸汽機仍用平衡杠桿和拉桿機構來驅動提水泵，為了從凝汽器中抽除凝結水和空氣，瓦特裝設了抽氣泵。他還在汽缸外壁加裝夾層，用蒸汽加熱汽缸壁，以減少冷凝損失。1782年前后，瓦特完成了兩項重要發明：在活塞工作行程的中途，關閉進汽閥，使蒸汽膨脹作功以提高熱效率；使蒸汽在活塞兩面都作功(雙作用式)，以提高輸出功率。瓦特使發明了平行四邊形機構，于18世紀末將曲柄連桿機構用在蒸汽機上。材料為產業革命和科學技術革命的先導Ⅰ

蒸汽機的發明1698年，世界上第一臺工業用蒸汽機是取得標名為“礦工之39電子計算機，是由早期的電動計算器發展而來的。電動計算器是1946年面世的，它主要是用于計算彈道。是由美國賓夕法尼亞大學莫爾電工學院制造的，但它的體積龐大，占地面積170多平方米，重量約30噸，消耗近140千瓦的電力。被大多數人錯誤的認為“世界上第一臺電子數字計算機ENIAC”。

1973年美國最高法院的裁定,最早的電子數字計算機,應該是美國愛何華大學的物理系副教授約翰·阿坦那索夫和其研究生助手克利夫·貝瑞CliffordE.Berry，1818-1963）于1939年10月制造的“ABC”(Atanasoff-Berry-Computer）。之所以會有這樣的誤會，是因為“ENIAC”的研究小組中的一個叫莫克利的人于1941年剽竊了翰·阿坦那索夫的研究成果，并在1946年時，申請了專利。由于種種原因直到1973年這個錯誤才被扭轉過來。后來為了表彰和紀念約翰·阿坦那索夫在計算機領域內作出的偉大貢獻，1990年美國前總統布什授予約翰·阿坦那索夫全美最高科技獎項----“國家科技獎”。1956年，晶體管電子計算機誕生了，這是第二代電子計算機。只要幾個大一點的柜子就可將它容下，運算速度也大大地提高了。1959年出現的是第三代集成電路計算機。材料為產業革命和科學技術革命的先導Ⅱ

電子計算機，是由早期的電動計算器發展而來