材料科學的發展史

材料是人類生活和生產的物質基礎，是人類認識自然和改造自然的工具。可以這樣說，自從人類一出現就開始了使用材料。材料的歷史與人類史一樣久遠。從考古學的角度，人類文明曾被劃分為舊石器時代、新石器時代、青銅器時代、鐵器時代等，由此可見材料的發展對人類社會的影響。材料也是人類進化的標志之一，任何工程技術都離不開材料的設計和制造工藝，一種新材料的出現，必將支持和促進當時文明的發展和技術的進步。從人類的出現到20世紀的今天，人類的文明程度不斷提高，材料及材料科學也在不斷發展。在人類文明的進程中，材料大致經歷了以下五個發展階段。

1．使用純天然材料的初級階段
在原古時代，人類只能使用天然材料（如獸皮、甲骨、羽毛、樹木、草葉、石塊、泥土等），相當于人們通常所說的舊石器時代。這一階段，人類所能利用的材料都是純天然的，在這一階段的后期，雖然人類文明的程度有了很大進步，在制造器物方面有了種種技巧，但是都只是純天然材料的簡單加工。
2．人類單純利用火制造材料的階段
這一階段橫跨人們通常所說的新石器時代、銅器時代和鐵器時代，也就是距今約10000年前到20世紀初的一個漫長的時期，并且延續至今，它們分別以人類的三大人造材料為象征，即陶、銅和鐵。這一階段主要是人類利用火來對天然材料進行煅燒、冶煉和加工的時代。例如人類用天然的礦土燒制陶器、磚瓦和陶瓷，以后又制出玻璃、水泥，以及從各種天然礦石中提煉銅、鐵等金屬材料，等等。
3．利用物理與化學原理合成材料的階段
20世紀初，隨著物理學和化學等科學的發展以及各種檢測技術的出現，人類一方面從化學角度出發，開始研究材料的化學組成、化學鍵、結構及合成方法，另一方面從物理學角度出發開始研究材料的物性，就是以凝聚態物理、晶體物理和固體物理等作為基礎來說明材料組成、結構及性能間的關系，并研究材料制備和使用材料的有關工藝性問題。由于物理和化學等科學理論在材料技術中的應用，從而出現了材料科學。在此基礎上，人類開始了人工合成材料的新階段。這一階段以合成高分子材料的出現為開端，一直延續到現在，而且仍將繼續下去。人工合成塑料、合成纖維及合成橡膠等合成高分子材料的出現，加上已有的金屬材料和陶瓷材料（無機非金屬材料）構成了現代材料的三大支柱。除合成高分子材料以外，人類也合成了一系列的合金材料和無機非金屬材料。超導材料、半導體材料、光纖等材料都是這一階段的杰出代表。
從這一階段開始，人們不再是單純地采用天然礦石和原料，經過簡單的煅燒或冶煉來制造材料，而且能利用一系列物理與化學原理及現象來創造新的材料。并且根據需要，人們可以在對以往材料組成、結構及性能間關系的研究基礎上，進行材料設計。使用的原料本身有可能是天然原料，也有可能是合成原料。而材料合成及制造方法更是多種多樣。
4．材料的復合化階段
20世紀50年代金屬陶瓷的出現標志著復合材料時代的到來。隨后又出現了玻璃鋼、鋁塑薄膜、梯度功能材料以及最近出現的抗菌材料的熱潮，都是復合材料的典型實例。它們都是為了適應高新技術的發展以及人類文明程度的提高而產生的。到這時，人類已經可以利用新的物理、化學方法，根據實際需要設計獨特性能的材料。
現代復合材料最根本的思想不只是要使兩種材料的性能變成3加3等于6，而是要想辦法使他們變成3乘以3等于9，乃至更大。
嚴格來說，復合材料并不只限于兩類材料的復合。只要是由兩種不同的相組成的材料都可以稱為復合材料。
5．材料的智能化階段
自然界中的材料都具有自適應、自診斷合資修復的功能。如所有的動物或植物都能在沒有受到絕對破壞的情況下進行自診斷和修復。人工材料目前還不能做到這一點。但是近三四十年研制出的一些材料已經具備了其中的部分功能。這就是目前最吸引人們注意的智能材料，如形狀記憶合金、光致變色玻璃等等。盡管近10余年來，智能材料的研究取得了重大進展，但是離理想智能材料的目標還相距甚遠，而且嚴格來講，目前研制成功的智能材料還只是一種智能結構。
如上所述，在20世紀中，材料經歷了五個發展階段中的三個階段，這種發展速度是前所未有的。總的說來，本世紀材料科學的發展有以下幾個特點:超純化（從天然材料到合成材料）、量子化（從宏觀控制到微觀和介質控制）、復合化（從單一到復合）及可設計化（從經驗到理論）。當前，高技術新材料的發展日新月異，材料科學的內涵也日益豐富，21世紀會出現什么樣的高技術材料，材料科學又將發展到何種程度，我們很難預料。





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