第一章材料及其在人類社會發展

進程中的地位和作用1-1.材料是人類社會進步的里程碑1-2.材料是經濟和社會發展的基礎和先導1.新材料技術是工業革命和產業發展的先導2.新材料技術是高技術發展的基礎第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用

縱觀人類利用材料的歷史，可以清楚地看到，每一種重要新材料的發現和應用，都把人類支配自然的能力提高到一個新的水平。材料科學技術的每一次重大突破都會引起生產技術的重大變革，甚至引起一次世界性的技術革命，大大地加速社會發展的進程，給社會生產力和人類生活帶來巨大的變革，把人類物質文明推向前進。材料是人類社會進步的里程碑第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用人類使用材料的七個時代的開始時間材料是人類社會進步的里程碑第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用人類利用材料的歷史，就是一部人類進化和進步的歷史。材料是人類社會進步的里程碑第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用1-2材料是經濟和社會發展的基礎和先導新材料技術是工業革命和產業發展的先導新材料技術是高技術發展的基礎第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用兩次工業革命都是以新材料的發明和廣泛應用為先導的第一次工業革命（18世紀）：制鋼工業的發展為蒸汽機的發明和應用奠定了物質基礎。第二次工業革命（20世紀中葉以來）：單晶硅材料對電子技術的發明和應用起了核心作用。新材料技術是工業革命和產業發展的先導第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用材料強度密度比在不同年代里的進展(由圖中可以看出,現代先進材料的強度已比原始材料提高了約50倍)鋁木材石料青銅鑄鐵鋼復合材料碳纖維芳香族酰胺纖維6新材料技術是工業革命和產業發展的先導第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用現代渦輪噴氣發動機３０年代氣冷式航空發動機蒸汽機在本世紀內由于采用了現代材料使發動機工作溫度急劇上升，因而發動機的理論效率大大提高。新材料技術是工業革命和產業發展的先導第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用新材料技術是工業革命和產業發展的先導第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用1950196519551970197519601990198019952000198520053070504060100908020110120130座·mile/Usgal

航空材料的發展與飛機的燃放年份Comet707-120707-120B880990727-100DC-9-30A320-200747-400MD112.5倍飛機燃油效率提高2.5倍新材料技術是工業革命和產業發展的先導

航空材料的發展第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用19501960197019801990200020102020900110015001300材料的表面溫度(℃)1700單晶合金普通鑄件定向凝固超級合金共晶合金彌散強化超級合金隔熱涂層陶瓷復合材料碳-碳新材料技術是工業革命和產業發展的先導在發動機上應用的年份葉片材料的發展歷程纖維增強超級合金第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用109316495381490C3150C6490C10930C19270C發動機溫度一次大戰水冷式30年代空冷式風扇噴氣發動機蝸輪噴氣發動機超音速燃燒沖壓式噴氣發動機溫度（0C）新材料技術是工業革命和產業發展的先導第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用φ1100φ110021971200~1800℃100~1200℃410~950℃400℃飛船返回艙艙體溫度情況新材料技術是工業革命和產業發展的先導第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用小飛機直升機運輸機波音707戰斗機噴氣式機超音速飛機近地衛星衛星飛機速率速度與效益10102103104每減少1kg所收獲效益新材料技術是工業革命和產業發展的先導第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用新材料技術是工業革命和產業發展的先導+175+390+595金屬玻璃纖維KavlarC/C復合材料Km導彈射程火箭殼體材料與導彈射程第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用30年代教練機二次大戰戰斗機80年代截擊機航天飛機東方快車號10931649538490C93.30C4270C10930C16490C不同類型的飛行器蒙皮溫度溫度（0C）新材料技術是工業革命和產業發展的先導第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用碳素工具鋼鎢鈷鉻硬質合金燒結碳化鎢金屬陶瓷陶瓷多晶金剛石高速鋼立方氮化硼新材料技術是工業革命和產業發展的先導第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用圖1.1高技術體系示意圖探索智力探索宇宙空間探索物質結構探索生命本質探索海洋奧秘環境科學技術空間科學技術新材料科學技術新能源與再生能源信息科學技術生物科學技術海洋科學技術人材料發展總的趨勢第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用21世紀重點發展的高技術領域的材料選擇材料發展總的趨勢第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用材料發展總的趨勢信息科學技術正在發生結構性變革，仍然是經濟持續增長的主導力量

通信網絡技術為信息產業注入強大活力寬帶通信已成為國際上應用最廣的通信技術半導體技術進入納米時代計算機智能技術日新月異第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用材料發展總的趨勢生物技術正經歷著一場前所未有的技術革命，一個龐大的生物產業正在孕育和形成對生命現象本質和過程研究，進入了定量和系統整合階段基因組學、蛋白質科學、干細胞及再生醫學的研究成為生命科學的前沿與熱點蛋白質科學正向深度和廣度迅速發展干細胞及再生醫學的研究及應用為人類健康開辟了新道路生物芯片在醫療和科研領域發揮巨大作用轉基因技術及應用呈現出高速發展的態勢第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用材料發展總的趨勢生物技術正經歷著一場前所未有的技術革命，一個龐大的生物產業正在孕育和形成對生命現象的本質和過程研究，進入了定量和系統整合階段；基因組學、蛋白質科學、干細胞及再生醫學的研究成為生命科學的前沿與熱點；蛋白質科學正向深度和廣度迅速發展。干細胞及再生醫學的研究及應用為人類健康開辟了新道路生物芯片在醫療和科研領域發揮巨大作用轉基因技術及應用呈現出高速發展的態勢第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用材料發展總的趨勢航天技術快速發展，不斷開辟人類探索的新空間

太空探索帶動太空探索技術加速發展研制多種用途的人貨分離的新一代航天飛行器成未來趨勢。小衛星技術日趨成熟并將廣泛應用。太空攻防技術成為未來航天技術發展的重要領域。第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用材料發展總的趨勢能源技術將變革未來社會的動力基礎，促進人類實現可持續發展煤炭的高效清潔利用成為化石能源技術研發熱點。核能技術醞釀新的突破。氫能技術研發和商業應用加速新能源和可再生能源技術展現良好前景天然氣水合物的開發受到重視用能技術發展前景廣闊第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用材料發展總的趨勢先進制造技術向綠色制造、高技術化、信息化、極端制造方向發展，成為提升產業競爭力的關鍵技術光機電一體化技術微電子光刻技術重大裝備制造技術第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用材料發展總的趨勢新材料技術出現群體性突破，將對21世紀基礎科學和幾乎所有工業領域產生革命性影響納米技術是前沿技術中最具前瞻性和帶動性的重點領域之一電子信息材料技術進展迅速，光電子材料、光子材料將成為發展最快和最有前途的電子信息材料。新型功能材料及其應用技術面臨新的突破（超導材料、智能材料、生物醫用材料）新型結構材料發展前景樂觀（高溫合金、難熔金屬、金屬間化合物、金屬基復合材料、高分子材料、鈦合金、鎂合金）第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用新材料技術是高技術發展的基礎196019701980199011011021031081071061051041011021031年份每片集成電路芯片上元件的數量按指數規律增加，而最小特征尺寸則按指數規律減小（美國電話電報公司貝爾實驗室）MOS存儲器雙極存儲器MOS邏輯器雙極邏輯(b)(a)SSIMSILSIVLSI二維三維界面最小特征長度（

M）每個芯片上的元件數第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用197019601950194019801990200010-1010-810-610-410-210010250100150250300200半導體器件電子管19481958晶體管集成電路40年間器件尺寸降低100萬倍0.350.51.28線寬（，M)0.00520.2極大(>10-7)大規模(103-105)超大規模(106-107)(美分)芯片價格器件尺寸相對值晶片直徑(MM)年代新材料技術是高技術發展的基礎第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用新材料技術是高技術發展的基礎第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用無機非金屬敏感材料新材料技術是高技術發展的基礎第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用

計算機的核心部件是集成電路其容量和速度每年以50%發展，計算速度已大約每秒萬億次，2000年可達100萬億次。計算外設裝置莫不決定于材料，如存儲（光盤，磁盤等），顯示（液晶、GaAs）。計算機的控制精度與靈敏度決定于敏感材料（傳感器）的靈敏度、精度與穩定性。計算機新材料技術是高技術發展的基礎第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用3000（公元前）101.00.19650101光學纖維光學玻璃埃及人的菲尼基人的1000（公元）190019661979198310-1010-100年份光學損耗（dB/km)每公里透光率玻璃透光度的改進歷史高性能光導纖維材料（低光學損耗、高透光率）的出現對微電子、通訊等高技術行業產生巨大的影響。新材料技術是高技術發展的基礎第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用新材料技術是高技術發展的基礎第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用1890191019301950197019902010203020501102104106108第一條電話一對12路電話線同軸電纜同軸電纜與微波系統通訊衛星光導纖維年不同通訊方式的相對信息量相對信息量新材料技術是高技術發展的基礎第一章材料及其在人類社會發展進程中的地位和作用總結：正是由于這兩類材料