現在各國重視可持續發展，積極發展低碳經濟，努力建設資源節約型、環境友好型社會。中國是一個負責任的大國，節能減排、清潔發展是中國自身發展的需要，也是中國應該承擔的國際義務，而且中國的經濟發展浪費了大量的材料和能源，急需一些節能材料、低碳材料、節能材料。隨著石油、煤、天燃氣等不可再生能源的逐漸減少，溫室效應的提升，能源的緊張，環保材料、低新能源材料、節能材料、低碳材料、節能材料等的需要也迫在眉睫。緩解我國能源資源與經濟社會發展的矛盾，必須立足國內，顯著提高能源資源利用效率。一要堅決實行開發和節約并舉、把節約放在首位的方針。鼓勵開發和應用節能降耗的新技術，對高能耗、高物耗設備和產品實行強制淘汰制度。二要抓緊制定專項規劃，明確各行業節能降耗的標準、目標和政策措施。抓好重點行業的節能節水節材工作。鼓勵發展節能環保型汽車、節能省地型住宅和公共建筑。三要大力發展循環經濟。從資源開采、生產消耗、廢棄物利用和社會消費等環節，加快推進資源綜合利用和循環利用。積極開發新能源和可再生能源。四要加強礦產資源開發管理。整頓和規范礦產資源開發秩序。完善資源開發利用補償機制和生態環境恢復補償機制。五要大力倡導節約能源資源的生產方式和消費方式，在全社會形成節約意識和風氣，加快建設節約型社會低碳材料的應用對節能減排有著非凡的意義。在建筑中，生態墻衣、XPS薄抹灰外墻保溫系統、巖棉、活性生態漆地板、陶瓷薄板等低碳材料的應用為中國建筑降低了在開發和使用過程中的能耗，這樣既保護了環境又提高了材料的利用率。而在冶金焦生產中，內陸鋼公司進行了使用配煤及各種低碳材料（細煤粉、焦粉、石油焦、汽車輪胎、焦油及瀝青）的干餾基礎試驗。并以該試驗結果為基礎，實現了若干種低碳材料作為配煤添加劑在工業焦爐上的應用，這樣既降低焦爐操作費用、叉保持焦炭高質量，實現了降低成本、改善操作及資源的有效利用，使得冶金成本和效益提高了不少。運用低碳材料的景觀雕塑能夠保護環境、節約材料的社會生產成本、并具有美學意義、創新意義和文化意義。節能環保材料的發展和應用對國家有著戰略意義，隨著城鎮化比例的不斷升高，城鎮建設每年新增的住宅建筑面積要達到10億平方米，而建筑的能源消耗占全社會能源消耗總量的40%。當前國內的全社會碳排放總量，房地產及建筑行業占了30%以上；目前全世界50%的木材消耗是用于中國的建筑及房地產行業，而經濟發展更需要材料這個物質基礎。隨著經濟的發展和人民物質生活水平的提高，城鄉建筑迅速增加，建筑耗能的問題日益突出，資料顯示:建筑行業能耗占到了全社會總能耗的40%?50%。因而建筑節能問題已越來越被政府和社會各界所重視，“建設節約型社會”已成為當今社會廣泛關注的一個重要主題,我國政府適時制定了中長期節能規劃，在規劃中建筑業被列為節能與環保的重點行業。而建材行業作為消耗自然資源、能源高，破壞土地多，廢氣、粉塵排放量大對大氣污染嚴重的行業,節能問題更是重中之重。因此，節能減排材料的發展對建筑和經濟發展有著重大意義。20世紀70年代人們曾把材料、信息、能源歸納為現代文明的三大支柱，現在又預言新的技術革命即將來臨，并且把信息技術、生物技術和新型材料作為這次革命的重要標志石器青銅器鐵器公元前10萬年左右，原始人采用天然的石、木、竹等材料作為工具。史稱“舊石器時代”公元前6000年，人類發明了火青銅器時代（BronzeAge）：巨型司母戊鼎（河南安陽晚商遺址）湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍、湖南長沙砂子塘戰國凹形鐵鋤18世紀隨著蒸氣機的發明，歐洲爆發了產業革命，工業迅猛發展，推動和促進了以鋼鐵為中心的金屬材料的大規模發展第二次世界大戰后各國致力于恢復經濟，發展工農業生產，對材料提出了質量輕、強度高、價格低等一系列新的要求。具有優異性能的工程塑料部分代替了金屬材料，合成纖維、合成橡膠、涂料和膠粘劑等都得到了相應的發展。進入20世紀80年代以來，在世界范圍內高新技術迅猛發展，各國展開激烈的競爭，都想在生物技術、信息技術、空間技術、能源、海洋開發等領域占有一席之地。發展高新技術的關鍵往往是材料，因此新型材料的開發本身就成為一種高新技術。在新材料領域，近年來相繼在超導材料、生物材料、納米材料等方面取得了較大突破。材料又是社會現代化的物質基礎與先導，特別是先進材料的研究、開發與應用反應著一個國家科學技術與工業水平。1906年，電子管發明；1946年，ENIAC機誕生1947年，發明晶體管；1949年，EDVAC誕生1958年出現集成電路，不久又發明了微處理器1970年，第一片RAM芯片由Intel推出，容量1KB1978年，Intel推出8088微處理器，集成29000個晶體管。1982年，80286發布，集成了13.4萬個晶體管1985年，80386推出，集成27.5萬個晶體管1989年，80486集成120萬個晶體管。1995年，PentiumPro發布（550萬）1999年，Pentium111（2800萬，106mm2）杜邦不粘鍋特氟隆第一種：聚乙烯，簡稱PE。這種材料主要用于食品的包裝第二種：氯乙烯，簡稱PVC。這種材料也可以用于食品包裝，但它對人體的安全性有一定的影響。一些超市生鮮產品如蔬菜、水果及熟食包裝卻大量采用PVC保鮮膜第三種：聚偏二氯乙烯，簡稱PVDC。用于熟食火腿等產品的包裝。光電子材料是指光電子技術中所用的材料。半導體材料、磁信息儲存材料、信息傳輸材料、敏感元器件材料、光纖通訊材料、光電顯示材料。生態環境材料是指那些具有良好的使用性能或功能，并且能夠和環境相協調的料。作為生物體部分功能或形態修復的材料稱為生物醫用材料，簡稱生物材料。生物醫用材料主要包括三個部分：一是硬組織的替代材料，如人工骨、人工牙齒等；二是埋入生物體內部的植入材料，如人工血管、人工腎等；三是作為藥物定位的載體，控制藥物的釋放，使之長效平和。按照材料的組成，生物醫用材料可分為四類：醫用金屬和合金；醫用生物陶瓷；醫用高分子材料；醫用復合生物材料。材料是一個國家科學技術水平、經濟發展水平和人民生活水平的重要標志，也是一個時代的重要標志。人類社會的發展史事實上也是一部材料的發展史，材料與人類的發展和進步息息相關，材料的每一次重大發現及其大量制造和使用，推動人類社會向更新更高的階段發展。幾百萬年來，人類已經跨越了石器時代，青銅器時代，鐵器時代，以水泥、玻璃、塑料、橡膠為代表的非金屬時代，21世紀將以復合材料和功能材料為特色。具有滿足指定工作條件下使用要求的形態和物理性狀的物質稱為材料。材料包含有四個要素：材料的制備（加工）、材料的結構、材料的性能和材料的使用性能。這四個要素是相互關聯、相互制約的。使用性能（物理） —合成/加工（工程沁性質（化學）-結構/成分（物理）金屬材料又分為黑色金屬和有色金屬。黑色金屬通常包括鐵、錳、格以及它們的合金。除黑色金屬以外的其他各種金屬及其合金都稱為有色金屬。為了發展航空、火箭、宇航、艦艇、能源等新技術工業，需要研制具有特殊性能的新型金屬材料。無機非金屬材料主要是指硅酸鹽材料，包括陶瓷、玻璃和水泥。新近發展起來的特種陶瓷，成分擴展到純的氧化物、碳化物、氮化物和硅化物。此外半導體材料也屬于無機非金屬材料。高分子材料是一類合成材料，主要有塑料、合成纖維和合成橡膠，此外還有涂料和膠粘劑等。這類材料具有優異的性能，如較高的強度、優良的塑性、耐腐蝕、不導電等，發展速度很快，已部分取代了金屬材料。合成具有特殊性能的高分子材料是其發展方向。復合材料是由金屬材料、陶瓷材料和高分子材料復合組成的。復合材料的強度、剛性和耐腐蝕性等比單一材料更為優越，是一類具有廣闊應用發展前景的新型材料。最初，各種材料的發展是分別進行，互不相關的。隨著科學技術的發展，人們對材料的認識不斷深化，積極吸取了近代物理、化學，特別是固體物理、量子化學等基礎理論并應用各種先進分析儀器和尖端技術來研究和闡明材料的本性，為認識材料的性能一一結構一一應用之間的關系和探索新材料提供了理論基礎。這樣就在各種基礎學科的滲透和現代科學儀器的幫助下，從20世紀60年代開始形成了一門新的綜合性學科——材料科學。材料科學是一門以材料為研究對象，介于基礎科學與應用科學之間的應用基礎科學。材料科學的內容：一是從化學的角度出發，研究材料的化學組成、鍵性、結構與性能的關系規律；二是從物理學角度出發，闡述材料的組成原子、分子及其運動狀態與各種物性之間的關系，在此基礎上為材料的合成、加工工藝及應用提出科學依據。材料科學的主要任務是以現代物理學、化學等基礎學科理論為基礎，從電子、原子分子間結合力、晶體及非晶體結構、顯微組織、結構缺陷等觀點研究材料的各種性能以及材料在制造和應用過程中的行為，了解結構一一，性能一一應用之間的規律關系，提高現有材料的性能，發揮材料的潛力，并能動地探索和發展新型材料以滿足工農業生產、國防建設和現代技術發展對材料日益增長的需求。-現貌描述褂學性問題一-物質會成-物質表征-材料制備技術性向鹿 物性測試-應用自然界中存在的94多種化學元素中有2/3是金屬（72種），20世紀中幾乎所有的金屬都被研究過。金屬材料在工程中一直是最重要的材料。大約公元前5000年，人類進入銅器時代（銅、青銅、黃銅等）；公元前1200年又進入鐵器時代。此外，還出現了金、銀等貴金屬，人們將其作為貨幣、首飾等。與此對應的銅、鐵、鉛等稱為“賤金屬”，并由此誕生了“煉金術”，客觀上推動了技術的進步。從中世紀到工業革命時期，金屬生產向著規模化的方向發展。（高爐煉鐵、煉鋼、電的產生和使用）19世紀末到20世紀中葉，是金屬鋼和其它金屬材料飛速發展的時代，超高強度鋼、工具鋼、不銹鋼等相繼研究成功。金屬優點：力學性能（如強度、塑性、韌性等）堪稱“全能冠軍”。既耐熱，又耐寒。金屬材料的有出色的工藝性能。金屬有良好的導熱性、導電性和鐵磁性，在電力電子等行業有不可替代的作用。金屬材料可分為兩大家：鋼鐵和有色金屬（非鐵合金）。目前世界的鋼鐵總年產量約8億噸，而有色金屬年產量約為5000萬噸，鋼鐵產量約占金屬總量的94%。鋼鐵是金屬材料的主力軍，但非鐵金屬由于它們的特殊性能，在工業占仍有不可替代的重要用途。鋼鐵——現代工業化的基礎。鋼鐵是鐵和碳的合金體系總稱。鋼鐵中含碳量大于2%的叫生鐵，小于0.02%的叫純鐵，在這兩者之間的稱為鋼。鋼中含碳量大于0.25%的稱低碳鋼，介于0.25%~0.60%的稱中碳鋼，大于0.60%的稱為高碳鋼目的加入各種適量合金元素（常用的有Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、B等），就形成形形色色的合金鋼或合金鑄鐵。所謂煉鋼，其實質是控制生鐵中含碳量達到鋼的要求，同時除去危害鋼的性能的一些雜質，如S、P等。若要想得到特殊性能的合金鋼，當然還要加入一些其他金屬。經濟發達國家和中等發達國家的人均年鋼產量在300kg/人以上。鋼鐵應用九大領域：電力系統中的工業鍋爐、高壓鍋爐及其熱交換管道，發電機中的大型篆字和葉輪，變壓器的鐵芯；汽車工業：根據美國的一份調查，美國平均美臺車消耗的材料；機床與工程機械，包括起重機、挖掘機、拖拉機；鐵路（鋼軌）與橋梁；船舶和海上鉆井平臺。它們對鋼材的強度、韌性和耐海水腐蝕都有很高的要求；兵器：包括坦克、大炮、槍械；石油開采機械、輸油管道和泵站；化工壓力容器、反應釜和管道，其中不銹鋼、耐熱鋼等特殊鋼用量很大；建筑鋼筋和構架。鑄鐵：含碳量在1.8%?4.0%之間，多數鑄鐵中的碳以石磨形式存在，石墨的形狀對性能影響較大。鑄鐵有很高的耐壓強度、耐蝕性和良好的鑄造性、消振性和切削性，而且價格低廉，工業應用十分廣泛。加入不同的合金元素可鑄成耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵和耐磨鑄鐵等，在可能的條件下“以鐵代鋼，以鑄代鍛”可產生巨大的經濟效益，一直是工業生產中的趨勢之一。碳素鋼：含碳量在0.10%?1.3%之間，隨含碳量增加，強度硬度提高，塑性韌性和可焊性下降。低碳鋼（0.10%?0.25%C）用作大型構件；中碳鋼（0.25%?0.55%C）強度、塑韌性綜合性能高，做一般機械零件；含碳0.6%?0.7用于彈簧；高碳鋼（0.6%?0.7）硬度高，用做工具。碳素鋼用平爐或轉爐生產，生產量很大，用量也很大。合金鋼：合金結構鋼：在中碳鋼中加入少量合金元素，主要是提高強度，增加使用可靠性，滿足特殊場合的使用要求。如滲碳鋼、氮化鋼、超強鋼等。合金工具鋼：在高碳鋼中加入適量合金元素，進一步提高其硬度和耐磨性，作為工具材料占有重要的地位。如刃具鋼、模具鋼、軸承鋼等。特殊鋼：包括不銹鋼、耐熱鋼、低溫鋼、耐磨鋼等。如不銹鋼主要是在表面加入合金元素鉻（12%以上），在表面形成一層致密鈍化層，使耐蝕性提高。世界有色金屬生產的構成中，鋁、銅、鉛、鋅四種占總量的95%以上。我國有色金屬居第四，人均第50。鋁合金：鋁是最重要的、最有特色的有色金屬，其主要特點是：密度低；抗大氣腐蝕；優良的導電性；比強度高；良好的加工性能。在從日常用品到汽車、航空材料等各行業中都有廣泛應用。鈦合金：輕合金中的又一佼佼者，密度小、強度高、耐高溫和耐腐蝕，在航空航天及其它領域中具有主要用途。鎂合金：比重輕，減震能力強，在航空航天領域有重要應用。鍍合金：尺寸穩定，慣性低，用于航天；比熱大，用于散熱片和飛行器頭部；熱中子吸收截面低，用于核工業。銅合金：包括黃銅、青銅、白銅等，用于機械、儀表、電機、化工、造船、汽車等工業。鋅合金：用于電池鋅板，照相和膠印印刷，鑄造溫度低用于模具和儀表零件等。鎳合金：高溫強度高，用于航空、火箭發動機和核反應堆等。錳合金：減振性能好，用于潛艇螺旋槳、鉆桿等。低熔點合金：鉛（熔點327°C）、錫（232°C）、鎘（321°C）、鉍（271°C）等及其合金，用于保險絲、熔斷器、焊料等。難熔金屬：鎢合金（熔點3407C），用于電光源材料、電子發射材料，軍事上用作穿甲彈；鉬合金（2610C）、鈮合金（2477C）、鉭合金（2985C），在飛機、宇航、核工業等領域有廣泛應用。貴金屬：包括金（Au）、銀（Ag）、鉑（Pt）、鈀（Pd）、銠（Rh）、銥（Ir）等。有艷麗的光澤，耐腐蝕，可用于裝飾品等。稀土金屬：稀土包括15個鑭系元素，以及鈧、釔共17種元素。在世界上分布相對集中在中國、美國、印度、澳大利亞、前蘇聯和巴西。我國稀土資源占世界儲量的80%左右。目前稀土已在金屬加工、永磁材料、生命科學、發光材料、高溫超導等領域有廣泛應用。電熱合金：用于制造電熱器發電體，把電能轉化為熱能，如鐵基或鎳基材料。熱電偶：主要材料及其最高使用溫度如下：鉑-鉑銠合金（1800C）、鎳鉻-鎳硅合金（1300°C）、鎳鉻-鎳銅（900°C）、銅-鎳銅（400C）等。精密電阻：電阻隨溫度變化小，穩定性高，用于精密儀器。彈性合金、膨脹合金等。有機高分子材料和金屬以外的固體材料都屬于無機非金屬材料，范圍很廣。無機非金屬材料大都具有熔點高、硬度高、化學穩定性好、耐高溫、耐磨損、耐氧化、耐腐蝕、強度高等優良性能，有些無機非金屬材料還具有某些獨特的性能而作為功能材料使用。水泥是當前工業中用量最大的材料。目前全世界的水泥年產量達數億噸，我國年產量列世界第一。最常用的的硅酸鹽水泥是由石灰巖、粘土和鐵礦石為原料，按一定比例混和并磨細成所謂生料，經1450C的高溫煅燒成為熟料，然后加入一定量的石膏后再次細磨即為水泥。這一過程可概括為“兩磨一燒”。水泥加水形成膠體，靜止一段時間可自動凝固形成堅硬的固體。耐火材料：能夠滿足高溫條件下使用要求的無機非金屬材料，即在高溫使用下不熔融、不分解、不氧化變質，并具有一定牢固性，通常規定其耐火度在1580°C。耐火材料品種繁多，按其化學-礦物組成可分為硅質制品。硅酸鋁質制品、鎂質和白云石質制品、磚質制品、鋯質制品等。為滿足近代工業需要還研制了多種使用高純度的人工合成原料制成的高級耐火材料。早在3500年前，古埃及創造了玻璃工業，這是西方古代文明的象征之一。玻璃也屬于硅酸鹽系列，不過這種物質的熱點比較低，在熔點附近粘度大大降低，逐漸成為液態，然后以較快的速度冷下來，便形成透明、非晶態的固態材料。玻璃具有優良的光學性能和化學穩定性，可以通過化學組成的調整和各種處理工藝來大幅度地改變其物理和化學性能，以適應多種不同的實用要求。陶瓷材料大體可分為兩大類傳統陶瓷：主要指黏土制品。以天然的硅酸鹽礦物為原料經粉碎、成形、燒結制成的產品均屬傳統陶瓷。包括日用陶瓷、建筑陶瓷、衛生陶瓷、化工陶瓷等。特種陶瓷：以高純化工原料和合成礦物為原料，沿用傳統陶瓷的工藝流程制備，具有各種特殊力學、物理或化學性能的陶瓷。如電子陶瓷、光學陶瓷、高硬陶瓷等。工程陶瓷：氧化鋁陶瓷（耐磨零件、高溫部件等），氮化硅陶瓷（優良的高溫力學性能），碳化硅陶瓷（在航空航天、原子能、化工等領域有廣泛應用）。功能陶瓷：通過光、電、磁、聲、熱、彈性等直接效應和耦合效應來實現某種特殊功能的先進陶瓷材料。如絕緣陶瓷、電介質陶瓷、壓電陶瓷、半導體陶瓷、光學功能陶瓷、生物功能陶瓷等。20世紀初，隨著電力的普及和大規模應用，開始出現新型陶瓷材料，如剛玉、氮化硅等。1948年發現半導體材料，因此產生和推動了微電子和計算機工業的發展。1958年提出激光原理，1960年用紅寶石發生激光成功，1966年利用石英玻璃做成光纖。高分子材料獲得迅猛發展的原因：高分子材料本身具有十分優良的性能，如比重輕，強度高；絕緣性和絕熱性好；耐腐蝕性和化學穩定性好；光學性質好；耐磨、自潤滑性能好；加工性能優，能耗小。高分子材料的資源非常豐富，原料價格十分低廉。煉油廠從石油中提煉了汽油、柴油和潤滑油等后無法直接利用的廢氣和重油，焦炭廠煉焦時產生的廢氣和焦油都是生產高分子最好的原料。這使得高分子生產和加工所需的投資和成本都比其它材料低，有十分顯著的經濟效益和市場競爭力。根據高分子的來源，可將其分為天然高分子、人造高分子和合成高分子；根據用途則可分為塑料、橡膠、纖維、涂料、膠粘劑和功能高分子。辯證地看待“回歸自然”與合成高分子的關系：自然界存在的天然高分子化合物的發展受到自然條件的限制，在數量和質量上都不能滿足人類社會飛速發展的需要。合成高分子的出現是對人類資源的綜合利用，更有利于經濟的綜合、平衡發展。另一方面，應成分認識到合成高分子對環境的影響。塑料的主要用途：包裝和建筑材料。橡膠是一類具有高彈性的高分子材料，拉伸時能伸長到原長的幾倍，拉力撤除后又能恢復到原來的尺寸。橡膠分為天然橡膠和合成橡膠。1938年第一個化學纖維廠投產，生產尼龍一66。合成纖維具有比天然纖維和人造纖維更優越的性能：強度高大、彈性好；耐磨、耐化學腐蝕性好；不會發霉，不怕蟲蛀；不縮水；做成的衣服美觀，堅固耐用。制備纖維的聚合物必須具備如下條件：很好的防絲性性；較高的強度；較好的耐熱性；較好的手感、吸濕性、染色性、抗腐蝕和抗霉變性。最主要的合成纖維有三種：滌綸（聚酯纖維），是最挺括的纖維；錦綸（聚酰胺纖維），最結實耐磨的纖維；月青綸（聚丙烯腈纖維），最耐曬的纖維。涂料是一種液態或粉末狀態能均勻涂覆在物體的表面并形成堅韌保護膜的材料。涂料具有保護、裝飾、色彩標志作用，某些涂料還具有防腐、殺菌等特殊功能。涂料的主要組分有：成膜物、溶劑、顏料和填料、助劑等。涂料的品種非常繁多，有溶劑型涂料、高固含量涂料、無溶劑輻射固化涂料及粉末涂料等。凡能把同種的或不同種的固體材料表面連接在一起的物質統稱為膠粘劑。如自行車補胎用的膠水，信封封口用的糨糊等。膠粘劑的品種很多，組成不一，但一般都包含以下幾種組分：基料、固化劑、溶劑、填以及其他助劑。膠黏劑種類：溶劑型膠粘劑：如市售的“白膠”，廣泛應用于家庭裝潢和木材的粘接；再如，儀器的塑料外殼破裂或損壞，將碎片溶于少量有機溶劑中，再涂在斷口處并壓緊即可修補。熱固性高分子樹脂膠粘劑：如用于木材的脲醛樹脂和酚醛樹脂；用于船體、水壩補漏或飛機、導彈等粘接的環氧樹脂；用于粘接塑料、皮革等的聚氨酯等。橡膠膠粘劑：如補車胎的膠水，房屋建筑防水密閉用的硅橡膠密封膠。壓敏膠粘劑：如包裝封口用的壓箱帶、作文具用的壓敏膠帶、商場的壓敏標簽等。所謂能源指的是提供能量的自然資源。凡是能提供某種形式能量的物質，或是物質的運動，統稱為能源。它是人類取得能量的來源，包括已開采出來的可供使用的自然資源與經過加工或轉移的能量的來源。自然界中以現成形式提供的能源稱為一次能源，需依靠其他能源的能量間接制取的能源稱為二次能源。一級能源：（燃）煤、石油、薪柴、天然氣（非燃）水力、鈾、風力；二級能源：（燃）汽油、酒精、液化氣、煤氣非燃）熱水、蒸汽、電。常規能源：在一定歷史時期和科學水平下，已被人們廣泛利用的能源稱為常規能源，如煤、石油、天然氣、水能等；新能源：隨著科技的不斷發展，才開始被人類采用先進的方法加以利用的古老能源以及新發展的利用先進技術所獲得的能源都是新能源，如:核聚變能、用以發電的風能、太陽能、海洋能等。再生能源：可連續再生、持續利用的一次能源稱為可再生能源，如水力、風能等；非再生能源：經過億萬年形成的、短期內無法恢復的能源，稱之為非再生能源，如：石油、煤、天然氣等。我國進入20世紀90年代以來，能源的生產量略小于消費量。在能量消費總量中，煤占70%~80%，因此煤是我國的主要能源。近年來，煤的比重有所下降，天然氣保持在2%左右。總的來看，我國能源有以下特點：資源總量豐富，但人均不足。我國是世界第三大能源生產國和第二大能源消耗國。煤炭、石油和天然氣人均占有量只有95噸，是世界平均值的1/2。能源消費結構不合理。電能消費比例低，非商品生物能源比例高。我國煤炭人均資源是全世界平均人均的50%，而石油只有10%；我國人年均能源消耗是1000公斤標準煤，而美國是11000公斤。從火的發現到18世紀產業革命期間，樹枝雜草一直是人類使用的主要能源。柴草不僅能燒烤食物，還可以用來燒制陶器和冶煉金屬。陶器是人類利用火制造出來的第一種自然界不存在的材料。世界古文明的發源地都在新石器時代中出現過陶器。化石能源一一煤炭，煤炭的開采始于13世紀，1769年瓦特發明蒸汽機，煤炭作為蒸汽機的動力之源而受到關注。煤是發熱量很高的一種固體燃料。在燃燒煤的過程中，會排放出大量的二氧化碳及有毒的二氧化硫.二氧化碳的增多會導致全球變暖。二氧化硫會形成酸霧隨雨雪降落，形成酸雨。煤中含有的多環芳烴產生的煤煙會隨雨水降落到水體中，造成是的有機污染。我國SO2排放量為世界第一；CO2排放量僅次于美國，為世界第二。煤的綜合利用1、煤的干餾：把煤隔絕空氣加強熱使它分解的過程，叫煤的干餾。2、煤的氣化：煤在氧氣不足的情況下部分氧化，使煤中的有機物轉化為H2、CH4、CO等氣體物質。3、煤的液化：把煤加熱裂解，并在催化劑作用下加氫，得到多種燃料油。（人造石油）到60年代初期，石油的消耗比例開始超過煤炭而居首位。中國目前探明油、氣儲量占世界總量的3.7%和1.96%，人均石油擁有量只有12%和4%。因此，維持產量穩定和提高后備儲量的意義十分重大。石油儲量分為地質儲量和可采儲量。一個國家經濟增長速度與消耗石油有關，石油還決定了戰爭的速度。利用天然氣作燃料與煤相比，可減少SO2、粉塵排放量近100%，可減少NOX排放量50%、CO2排放量60%。“綠色能源”風吹全球可再生資源----綠色能源?太陽能?地熱能?風能?海洋能?核能?生物質能世界核能發電占全部電量1/4，解決能源危機根本途一一核能：可開發的核裂變燃料資源使用上千年。核聚變資源可使用幾億年。?裂變?聚變?取之不盡?價格低廉?不污染環境?可直接轉化電能要發生核聚變反應，必須具備兩個條件：1、在一定的空間范圍內要有足夠多的輕原子核2、必須使反應溫度超過所謂“引燃溫度”。氘一氤反應的引爆溫度為109K。⑴聚變能電站氘燃料取之不盡、用之不竭。⑵燃料價格低廉。⑶不污染環境，運行安全可靠。⑷與裂變相比，其放射性是微乎其微的，它還消化裂變的污染源，幾乎沒有廢料；⑸可直接轉化成電能等。是人類最理想的能源。首先，聚變反應不產生裂變碎片其次，聚變反應堆不象裂變反應堆那樣存在著偏離額定值的所謂功率聚增（Micleavexcursion）事故，也不存在象钚那樣轉變為核武器材料的問題。再次，氘一氤聚變反應堆的熱利用率為50%?60%，它的熱污染問題較其它任何發電方法少。還可以不通過蒸汽回路直接利用聚變能發電。新材料的作用：新材料把原來習用已久的能源變成新能源；一些新材料可提高儲能和能量轉化效果；新材料決定著核反應堆的性能與安全性；材料的組成、結構、制作與加工工藝決定著新能源的投資與運行成本。新能源材料的任務及面臨的課題：研究新材料、新結構、新效應以提高能量的利用效率與轉換效率。能源的合理利用。安全與環境保護材料規模生產的制作與加工工藝延長材料的使用壽命。一些主要的新能源材料：金屬氫化物鎳電池材料、鋰離子二次電池材料、燃料電池材料、太陽能電池材料、核能材料。化學電池基本原理：利用物質的變換，即某一物質消失就另外生成一種物質的觀念，將其化學變換所產生的電能加以利用。西元1799年，伏打畿表伏打雷池。紐扣雷池：氧化汞、氧化金艮等高能量密度雷池，用于照相檄、助聘器、手表用。目前，世界各國都投入極大的人力和物力來發展新型二次電池技術，并形成以下研究熱點：儲氫材料及金屬氫化物鎳電池；鋰離子嵌入材料及液態電解質鋰離子電池；聚合物電解質鋰蓄電池或鋰離子電池。推動這些熱點技術和產業化發展的推動力有：信息技術的發展，特別是移動通信及筆記本電腦等的迅速發展；環境保護呼聲愈來愈高；全世界天然能源正不斷消耗并終將枯竭；航天領域和現代化武器制備對高性能二次電池的需求非常迫切。為了在手機和筆記本電腦與與鋰離子電池競爭市場，近幾年來，Ni/MH電池的技術不斷得到改進，產品性能不斷提高。手機和移動通訊設備對電源要求：小巧、輕薄、便攜和移動、高能量密度，高電壓輸出、長循環壽命，反復多次使用、安全性，可靠性。金屬鋰是比容量最高的負極材料。鋰離子電池優點：1.工作電壓高2.能量密度高3.自放電速率低4.循環壽命長5.無記憶效應6.環保缺點：1.快充放電性能差、大電流放電特性不理想2.價格偏高3.過充放電保護問題氫一理想能源：普遍存在%宇宙質量 9000倍化石燃料、燃燒性能好、燃燒熱值最高（1.21~1.43）X105kJ/kgH2汽油的3倍焦碳的4.5倍、無毒、無污染一清潔能源、導熱性最好的氣體——熱泵、存在形式多樣。我國首輛燃料電池混合動力轎車“超越一號”，03.8月7日在同濟大學校園奔馳，接受國家科技部的驗收。由東風汽車公司和武漢理工大學合作聯合研發的東風燃料電池電動汽車“楚天一號”通過專家組驗收。這是繼上海研制的“超越號”之后，我國研發成功的第二臺燃料電池轎車型樣車。太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質能、風能、海洋能、水能等都來自太陽能，廣義地說，太陽能包含以上各種可再生能源。太陽能作為可再生能源的一種，則是指太陽能的直接轉化和利用。資源豐富：40分鐘照射地球輻射的能量=全球人類一年的能量需求潔凈能源：與石油、煤炭等礦物燃料不同，不會導致“溫室效應”，也不會造成環境污染使用方便：同水能、風能等新能源相比，不受地域的限制，利用成本低。太陽能利用的重要途徑之一是研制太陽能電池！經濟效益（偏遠島嶼、緊急發電成本投資回收）環保效益（降低石化燃料的CO2、NOx、SOx污染）節能效益（以自然能源替代石化燃料、建立自主能源）社畬效益（疏解尖峰、緊急救災用電之社畬效益）產業效益（創造高科技產業及就業機會）1956年第一彳固太陽能電池制作成功。1958年開始太空應用（GaAs）。1970年開始太陽能發電系統地面應用（Si）（能源危機）。1980年消費性薄膜太陽能電池應用（a-Si,CdS/CdTe）。1990年與公用電力并聯之太陶光發電系統技術成熟（Grid-ConnectedPVSystem,Si）（電力電子技術）。1992年起歐、美、日各國推動太陽能發電系統之襦助獎勵政策。2000年建材一體型太陽能電池應用（BIPV）。材料是一個國家科學技術水平、經濟發展水平和人民生活水平的重要標志，也是一個時代的重要標志。人類社會的發展史事實上也是一部材料的發展史，材料與人類的發展和進步息息相關，材料的每一次重大發現及其大量制造和使用，推動人類社會向更新更高的階段發展。幾百萬年來，人類已經跨越了石器時代，青銅器時代，鐵器時代，以水泥、玻璃、塑料、橡膠為代表的非金屬時代，21世紀將以復合材料和功能材料為特色。材料是指人類利用化合物的某些功能來制作物件時用的化學物質。作為材料，必須具備如下特點：一定的組成、可加工性、現狀保持性、使用性能、經濟性、再生性。從以上的分析可見，材料與物質是兩個不同的概念，材料總是和一定的用場相聯系的。材料按用途可分為結構材料和功能材料。結構材料主要是利用材料的力學和理化性質，廣泛應用于機械制造、工程建設、交通運輸和能源等各個工業部門。功能材料則利用材料的熱、光、電、磁等性能，用于電子、激光、通訊、能源和生物工程等許多高新技術領域。功能材料的最新發展是智能材料。材料按化學組成的不同，可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和復合材料。金屬材料又分為黑色金屬和有色金屬。黑色金屬通常包括鐵、錳、鉻以及它們的合金。除黑色金屬以外的其他各種金屬及其合金都稱為有色金屬。產量最大的金屬材料是鋼鐵。無機非金屬材料主要是指硅酸鹽材料，包括陶瓷、玻璃和水泥。新近發展起來的特種陶瓷，成分擴展到純的氧化物、碳化物、氮化物和硅化物。此外半導體材料也屬于無機非金屬材料。高分子材料是一類合成材料，主要有塑料、合成纖維和合成橡膠，此外還有涂料和膠粘劑等。這類材料具有優異的性能，如較高的強度、優良的塑性、耐腐蝕、不導電等，發展速度很快，已部分取代了金屬材料。合成具有特殊性能的高分子材料是其發展方向。復合材料是由金屬材料、陶瓷材料和高分子材料復合組成的。復合材料的強度、剛性和耐腐蝕性等比單一材料更為優越，是一類具有廣闊應用發展前景的新型材料。材料是一切技術發展的物質基礎，是與人類社會的發展、進步密切相關的。最初，各種材料的發展是分別進行，互不相關的。隨著科學技術的發展，人們對材料的認識不斷深化，積極吸取了近代物理、化學，特別是固體物理、量子化學等基礎理論并應用各種先進分析儀器和尖端技術來研究和闡明材料的本性，為認識材料的性能一一結構——應用之間的關系和探索新材料提供了理論基礎。這樣就在各種基礎學科的滲透和現代科學儀器的幫助下，從20世紀60年代開始形成了一門新的綜合性學科——材料科學。材料科學是一門以材料為研究對象，介于基礎科學與應用科學之間的應用基礎科學。材料科學的內容：一是從化學的角度出發，研究材料的化學組成、鍵性、結構與性能的關系規律；二是從物理學角度出發，闡述材料的組成原子、分子及其運動狀態與各種物性之間的關系，在此基礎上為材料的合成、加工工藝及應用提出科學依據。材料科學的主要任務是以現代物理學、化學等基礎學科理論為基礎，從電子、原子分子間結合力、晶體及非晶體結構、顯微組織、結構缺陷等觀點研究材料的各種性能以及材料在制造和應用過程中的行為，了解結構一一，性能一一應用之間的規律關系，提高現有材料的性能，發揮材料的潛力，并能動地探索和發展新型材料以滿足工農業生產、國防建設和現代技術發展對材料日益增長的需求。金屬材料：自然界中存在的94多種化學元素中有2/3是金屬（72種），20世紀中幾乎所有的金屬都被研究過。金屬材料在工程中一直是最重要的材料。鋼鐵是鐵和碳的合金體系總稱。鋼鐵中含碳量大于2%的叫生鐵，小于0.02%的叫純鐵，在這兩者之間的稱為鋼。鋼中含碳量大于0.25%的稱低碳鋼，介于0.25%~0.60%的稱中碳鋼，大于0.60%的稱為高碳鋼。所謂煉鋼，其實質是控制生鐵中含碳量達到鋼的要求，同時除去危害鋼的性能的一些雜質，如S、P等。若要想得到特殊性能的合金鋼，當然還要加入一些其他金屬。鋼鐵的九大應用領域：電力系統中的工業鍋爐、高壓鍋爐及其熱交換管道，發電機中的大型篆字和葉輪，變壓器的鐵芯；汽車工業；機床與工程機械，包括起重機、挖掘機、拖拉機；鐵路（鋼軌）與橋梁；船舶和海上鉆井平臺，它們對鋼材的強度、韌性和耐海水腐蝕都有很高的要求；兵器：包括坦克、大炮、槍械；石油開采機械、輸油管道和泵站；化工壓力容器、反應釜和管道，其中不銹鋼、耐熱鋼等特殊鋼用量很大；建筑鋼筋和構架。無機非金屬材料:有機高分子材料和金屬以外的固體材料都屬于無機非金屬材料，范圍很廣。無機非金屬材料大都具有熔點高、硬度高、化學穩定性好、耐高溫、耐磨損、耐氧化、耐腐蝕、強度高等優良性能，有些無機非金屬材料還具有某些獨特的性能而作為功能材料使用。這里主要介紹陶瓷、水泥和玻璃等材料。納米材料：納米（Nanometer）又稱毫微米，是一種長度單位.把1米分成10億份，每一份就是1納米（1nm=10-9m）。1982年，一種奇特的顯微鏡（掃描隧道顯微鏡）發明后，便誕生了一門以0.1至100納米尺度空間為研究對象的前沿學科，也就是研究電子、原子和分子運動規律、特性的高新學科，它就是納米科技。蛋白質、DNA、RNA、病毒，都在1~100nm的范圍，光合作用在“納米車間”進行，細胞中的一些結構單元都是執行某種功能的“納米機械”，細胞象一個“納米工廠”蓮花荷葉出污泥而不染：“荷葉效應”納米結構是生命現象中基本的東西。1.特殊的光學性質：當黃金被細分到小于光波波長的尺寸時，便失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實上，所有的金屬在超微顆粒狀態都呈現為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，金屬超微顆粒對光的反射率很低，通常可低于l%，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特性可以高效率地將太陽能轉變為熱能、電能。還可能應用于紅外敏感元件、紅外隱身技術等。2.特殊的熱學性質:固態物質在其形態為大尺寸時，其熔點是固定的，超細微化后其熔點將顯著降低，當顆粒小于10納米量級時尤為顯著。金屬納米顆粒表面上的原子十分活潑。可用納米顆粒的粉體作為火箭的固體燃料、催化劑。3.特殊的磁學性質：當顆粒尺寸減小到2*10-2微米以下時，其矯頑力可增加1千倍，若進一步減小其尺寸，大約小于6*10-3微米時，其矯頑力反而降低到零，呈現出超順磁性。4.特殊的力學性質：由于納米材料粒度非常微小，具有良好的表面效應,1克納米材料的表面積達到幾百平方米。因此，用納米材料制成的產品其強度、柔韌度、延展性都十分優越5.特殊的電學性質：由于顆粒內的電子運動受到限制，電子能量被量子化了。結果表現為當在金屬顆粒的兩端加上合適電壓時，金屬顆粒導電；而電壓不合適時金屬顆粒不導電。納米這項新技術的誕生，其用途之廣，涉及領域之多，前所未有。納米技術是一門嶄新的交叉學科，學科領域涵蓋納米物理學、納米電子學、納米化學、納米材料學、納米機械學、納米生物學、納米醫學、納米顯微學、納米計量學和納米制造等，有著十分寬廣的學科領域。二十一世紀，納米技術將廣泛應用于信息、醫學和新材料領域。貢獻：一、社會生產途徑；二、人類生活方式；三、人們思維模式科學研究發現，當材料的顆粒縮小到只有幾納米到幾十納米時，由于顆粒表面相對活躍的原子數量與顆粒內部結構穩定的原子數量的比例大大增加，使得材料的性質發生了意想不到的變化。納米陶瓷材料能夠彎曲180度就是一個典型的例子。由于陶瓷材料具有堅硬、耐高溫等優良特性，工業界一直認為陶瓷是未來汽車、飛機發動機的理想材料。納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為基本單元構成的材料。如果按維數，納米材料的基本單元可以分為三類：（1）零維，指在空間三維尺度均在納米尺度，如納米尺度顆粒、原子團簇等；（2）一維，指在空間有兩維處于納米尺度，如納米絲、納米棒、納米管等；（3）二維，指在三維空間中有一維在納米尺度，如超薄膜，多層膜；超晶格等。納米材料大部分都是用人工研究、制備的，屬于人工材料，但是自然界中早就存在納米微粒和納米固體仿生材料新思維:多從自然界動植物中尋求靈感，從事以生物為材料主體的研究，再生利用，源源不^的概念。仿生學是研究生物系統的結構和性質，為工程技術提供新的設計思想及工作原理的科學。仿生學的研究主要包括：力學仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。仿生學的