材料科学发展概况

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1、材料科学发展概况材料发展的历史从生产力的侧曲*反映了人类社会发展的文明史，因此历史学家往往根据当时有代表性的材料将人类社会划分为石器时代、青铜器时代和铁器时代等。旧石器时代可追溯到公元前10万年左右。原始人采用天然的石、木、竹、骨等材料作为狩猎工具，但是生产效率非常低。公元前6000年，人类发明了火，掌握了钻木取火的技水。有了火，不仅可以熟食、取暖、照明和驱兽，还可以烧制陶器。陶瓷材料的发明和应用，创造了新石器时代的仰韶文化，后來在制陶技术的基础上又发明了瓷器。这是陶瓷材料发展的一次飞跃，瓷器（英译名为China）的出现己成为中华民族文化的象征之一，对世界文化产

2、生过深远的影响。人们在大量地烧制陶瓷的实践屮，熟练地掌握了高温加工技术，利用这种技术来烧炼矿石，逐渐冶炼出铜及其合金青铜。可以说这是人类社会最早出现的金属材料，它使人类社会从新石器时代转入到青铜器时代。我国出土的大量古代青铜器表明，中国历史上曾有过灿烂的青铜文化，仅巾1965年在湖北望山一号楚墓屮出土的2500年前越王勾践的宝剑和青铜编钟来看，当时青铜器生产工艺已达到了很高的水平。炼铜技术发展为炼铁应是顺理成章的事。用铁作为材料来制造农具，使农业生产力得到空前的提高，并促使奴隶社会解体和封建社会兴起。铁在农业上的广泛应用，推动了以农业为中心的科学技术円益进步。我

3、国从公元前3世纪起，即秦汉时代起就进入农业经济发达社会，到了唐宋时代，经济繁荣，科学文化发达，社会安定，国泰民安，处于盛世，形成了我国封建社会的科学文化高峰。正如英国李约瑟博士所说的：“在3〜13世纪，中国保持一个让西方人望尘莫及的科学知识水平”。18世纪发明了蒸汽机，爆发了产业革命，小作坊式的手工操作被工厂的机械操作所代替。工业迅猛发展，生产力空前提高，迫切要求发展铁路、航运，使生产出来的产品远销他国，占据国际市场。社会经济的发展推动和促进了以钢铁为中心的金属材料大规模发展，有力地摧毁了封建社会的生产方式，萌发了资本主义社会。第二次世界大战后各国致力于恢复经济

4、，发展工农业生产，对材料提出质量轻、强度高、价格低等一系列新的要求。具有优异性能的工程塑料部分地代替了金属材料，合成纤维、合成橡胶、涂料和胶粘剂等都得到相应的发展和应用。合成高分子材料的问世是材料发展屮的重大突破，从此以金属材料、陶瓷材料和合成高分子材料为主体，建立了完整的材料体系，形成了材料科学。进入20世纪80年代以来，在世界范围A岛新技术迅猛发展，国际上展开激烈的竞争，各国都想在生物技术、信息技术、空间技术、能源技术、海洋技术等领域占有一席之地。发展高新技术的关键往往与材料有关，因此新型材料的开发本身就成为一种高新技术，可称为新材料技术，其标志技术是材料设

5、计或分子设计，即根据需要來设计具有特定功能的新材料。材料的重要性己被人们充分地认识，能源、信息和材料已被公认为当今社会发展的三大支柱。科学技术的发展对材料不断提出新的要求。以H•算机技术为例，1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC问世时，它是用18000只电子管组装而成的，计算机总质量达30多吨，占地150m2,耗电几百千瓦，但它所完成计算的速度还不如今天的一台微型计算器。因为那时用的是电子管，后来发展了半导体材料，并制成了晶体管。用半导体晶体管代替电子管，使U•算机技术跨进了一大步。为了使计算机体积小、质量轻，人们把许多晶体管和连线集成在硅基片上，出现

6、了所谓集成电路。集成电路不仅是计算机技术的基础，也是现代社会中通讯、电视、遥控等微电子技术的基础。集成电路技术发展很快，标志集成电路水平的指标之一是集成度，它表明在硅基片（也称芯片）上容纳的晶体管的数目。现在S大规模的集成电路，每个芯片上的晶体管数目己达到550万个（PentiumPRO1995），因而对单晶硅材料的纯度要求日益提高。集成电路的集成度规模直接影响计算机运算速度和内存界量，例如计算机内存界量为64K，则要求集成电路在7mm2大小的芯片上连接10万个晶体管，晶体管之间用线宽为3pm的布线互相连接起来。在制作这么微小的电路时，即使有一粒尘埃落到芯片上，

7、也可能引起断路，因此要求作力集成电路的硅芯片材料应是超高纯的，这就促使人们去研制超高纯半导体材料。没有超高纯半导体材料，大规模集成电路及相应的计算机技术难以实现。目前人们正在探索实现三维集成电路的可能性，设想在硅芯片上的二维集成电路向空间发展，成为三维立体结构，期望集成度可能有新的突破，但对半导体材料的要求也越来越苛刻。化学是材料发展的源泉。化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性能、变化及应用的学科。经过数百年的努力，化学家开发出许多存在于自然界屮的人工天然化合物和合成了大量自然界中不存在的合成化合物，两者的总和已超过一千万种，1991年己达到1200

8、万种，而且还在以平均每天