材料科学与人类文明第5章结构材料简介
功能材料介绍PPT
从功能上看，材料可以分为结构材料和功能材料。
结构材料—通常指具有力学承载功能的材料。体积 较大，常被称为第一代材料。如建筑材料、机械制造材料， 用于制造工具、机器、车辆，修建房屋、桥梁、道路等。
另一类材料是功能材料。功能材料的概念最早由美国 的Morton与1965年提出。
功能材料——指具有光、电、磁、声、热、化学、生 物等特定功能和性质的材料。用于非承载目的，涉及面很 广。如电阻及导电材料、磁性材料、介电材料、发光材料、 光电材料、电极材料、压电材料、声光材料、电光材料、 磁光材料、超导材料、智能材料、仿生材料等。利用他们 可以制造具有记录、储存、信息传输等功能元器件，在电 子、激光、光电、通信、生物医学等许多新技术领域有广 泛应用。
1、按材料的物理化学属性（化学键、成分）：
无机功能材料 有机功能材料
金属功能材料 无机非金属功能材料（玻璃、陶瓷）
复合功能材料（高分子基、金属基、陶瓷基复性、电性、光学、力学、声学、化学、生物医学、 核功能材料及功能转换材料等。
进一步细分：如光学功能材料包括非线性光学材料、 发光材料、红外材料、感光材料、激光材料等。功能 转换材料包括压电材料、光电材料、热电材料、磁光 材料、电光材料、声光材料、磁致伸缩材料等。
材料科学与人类文明信息材料课件
03
生物医学领域
探索信息材料在生物医学领域的应用，如生物传感器、药物载体等。
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材料分类
金属材料、非金属材料、复合材 料、功能材料等。
材料科学的研究内容与重要性
研究内容
材料的组成与结构、材料的性能与表 征、材料的制备与加工、材料的应用 与评价。
重要性
材料科学的发展直接关系到人类社会 的进步和发展，从工业革命到现代高 科技，材料科学一直是人类文明进步 的基石。
材料科学的历史与发展
分子自组装技术
研究分子自组装技术，制备具有特定功能的信息材料。
3D打印技术
应用3D打印技术，实现信息材料的定制化、智能化制造。
推动信息材料在各领域的应用拓展
01
通信与网络领域
开发高速、大容量、低延迟的通信材料，提升网络传输速度和稳定性。
02
航空航天领域
应用高性能信息材料，提高航空航天设备的计算、存储和导航性能。
热学性能测试
比热容和热导率
比热容反映了单位质量的物质温度升高1℃所需要的热量，而热导率则反映了物质传递热量的能力。
热膨胀系数
反映了物质在温度升高时尺寸变化的程度，对于设备的稳定性和可靠性都有重要影响。
力学性能测试
硬度
硬度是评估材料抵抗外来压力和刮擦等机械损伤 能力的重要指标。
韧性
韧性是评估材料抵抗冲击和振动等机械损伤能力 的重要指标。
溶液法
通过溶解和化学反应将溶 液中的材料转化为固体。
电化学法
在电解液中通过电化学反 应将材料沉积在电极上。
生物法
生物合成法
利用微生物或细胞培养生 产生物材料。
生物模板法
利用生物模板合成具有特 定结构和功能的材料。
《材料科技与人类文明》 知识清单
《材料科技与人类文明》知识清单一、材料科技的定义与范畴材料科技，简单来说，就是研究和开发各种材料的性质、制备方法、应用以及其相互关系的科学技术领域。
它涵盖了从基础的材料物理、化学性质研究，到材料的设计、合成、加工，再到材料在各个领域的实际应用。
材料的范畴极其广泛，包括金属材料（如钢铁、铝合金）、无机非金属材料（如陶瓷、玻璃）、高分子材料（如塑料、橡胶）、复合材料（如碳纤维增强复合材料）等等。
每种材料都有其独特的性能和应用场景。
二、材料科技在古代文明中的作用在人类文明的早期，材料的发现和使用就对社会的发展产生了深远的影响。
例如，石器时代，人们使用石头制作工具和武器，这是人类利用天然材料的开端。
随着时间的推移，人类发现了铜，并学会了将其冶炼成青铜器。
青铜器的出现极大地提高了生产力，使得农业和手工业有了显著的发展。
而到了铁器时代，铁的强度和韧性更高，被广泛应用于农具、武器和建筑等领域，进一步推动了社会的进步。
古代的陶瓷材料也是重要的发明之一，它不仅用于日常生活中的器皿，还在建筑装饰等方面发挥了重要作用。
三、材料科技在工业革命中的推动工业革命时期，材料科技迎来了重大的变革。
蒸汽机的发明需要高强度的金属材料来制造零部件，这促使了钢铁工业的迅速发展。
新的炼钢方法被研发出来，大大提高了钢铁的质量和产量。
同时，纺织业的发展也依赖于新型纤维材料的出现。
棉花的大规模种植和加工，以及人造纤维的发明，改变了人们的穿着方式。
此外，机器制造需要大量的金属零件，这对金属加工工艺提出了更高的要求，推动了机械制造技术的进步。
四、现代材料科技的发展20 世纪以来，材料科技进入了一个飞速发展的阶段。
各种高性能的合金材料不断涌现，如钛合金、镍基高温合金等，广泛应用于航空航天、能源等领域。
高分子材料的发展也十分迅速，塑料、橡胶等在日常生活、工业生产中随处可见。
同时，具有特殊性能的高分子材料，如导电高分子、高分子液晶等，也为电子、显示等领域带来了新的突破。
材料科学与人类文明生物医用材料
材料科学与人类文明生物医用材料材料科学是一个研究物质的结构、性质以及制备方法的学科。
人类社会的发展离不开材料科学的支撑，而在人类文明的发展过程中，人类对于生物医用材料的需求与日俱增。
生物医用材料是一门应用材料科学于医学领域的学科，它包括人工器官、医疗电子器械、医用材料支架等各种材料和器件。
本文将聚焦于生物医用材料在人类文明中的角色和意义。
首先，生物医用材料对于人类文明的发展起到了至关重要的作用。
在现代医学领域，生物医用材料被广泛应用于治疗和修复各种疾病和损伤。
例如，人工假肢和义肢可以帮助肢体残疾患者恢复正常的生活功能；心脏起搏器和人工心脏瓣膜能够帮助心脏病患者延长生命；骨骼修复支架可以辅助骨折病人骨骼的愈合。
这些医疗器械和材料的发展，大大提高了人们的生活质量。
其次，生物医用材料在支持医学研究和发展方面起到了不可或缺的作用。
生物医用材料的研究与开发为医学领域的进步提供了许多基础，例如人体仿生材料的研究为制造更先进的医疗器械和替代器官奠定了基础；组织工程技术和干细胞研究的发展为新的治疗手段和方法提供了可能性。
生物医用材料的创新和应用，不仅改善了人们的生活，还推动了医学科学的发展。
另外，生物医用材料的应用有助于探索生物学和生命科学的奥秘。
生物医用材料的制备需要对生物学和材料科学的深入理解，这对于人类对生命和健康的研究具有重要意义。
通过研究不同材料的相互作用和影响，可以探索生命的本质和生物体内的机制。
这些研究不仅有助于解决医疗问题，还能为生物学和生命科学的相关领域提供新的知识和思路。
最后，生物医用材料的发展也带动了相关产业的繁荣和发展。
生物医用材料的研究和生产需要大量的科研投入和技术支持，这促进了生物医用材料相关产业的兴起和发展。
例如，生物医用材料的制备和应用需要高精度的仪器设备和先进的材料加工技术，这带动了仪器、材料和加工技术等相关行业的发展。
同时，生物医用材料的市场需求也促进了相关公司的发展，推动了医疗器械、生物医药等行业的繁荣。
《材料科学与人类文明》课程教学大纲
《材料科学与人类文明》课程教学大纲1、课程名称：材料科学与人类文明课程负责人：赵建华2、学时与学分：30学时2学分3、课程类别：文化素质选修课4、课程教材：赵建华主编，《材料科技与人类文明》，华中科技大学出版社， 2011.75、参考教材：左铁镛编，《新型材料-人类文明进步的阶梯》，化学工业出版社出版社，2002.9陈贻瑞，王健.《基础材料和新材料》，天津大学出版社，19996、开课单位：重庆大学材料科学与工程学院7、课程的目的、性质和任务专科从石器时代、铁器时代到信息新纪元，人类前行的每一个脚印无不印证着材料科学技术的发展，人类文明史就是材料发展史。
新型材料是科学技术赖以发展的物质基础，是未来新技术革命的先导，新材料的知识是人们迈入科学殿堂的重要基础。
本课程通过材料与人类历史、材料与人类生活、材料科技与可持续发展等部分的论述，使学生在了解材料发展历史及环境材料、信息材料、能源材料等新型材料科技知识的同时，能够认识材料对人类历史、环境、能源、信息、军事、科学技术及人类生活的巨大作用，在今后的工作中能够科学地开发或应用材料，在材料科技方面提高科技文化素质。
8、课程的主要内容第1章绪论1.2.1 材料科技的发展历程1.2.2 材料在现代社会中的作用1.2.3 材料的政治经济学地位第2章青铜及古代铸冶技术2.1 青铜时代的文化遗产2.1.1 先秦青铜铸器分类2.1.2 台湾收藏的先秦青铜器精品2.1.3 流失到国外的先秦青铜稀世珍宝2.2 中国青铜铸造技术2.2.1 型范正--技艺高超的陶范铸造2.2.2 “金锡美”--铜锡六齐的发明2.2.3 失蜡铸造巧夺天工2.2.4 铸器装饰及表面处理2.3 青铜铸器精品欣赏2.3.1 铸器铭文记载历史2.3.2 罕见的人面人像青铜雕塑2.3.3 编钟—中国青铜文明的灵魂第3章陶瓷3.1 瑰丽多姿的古代陶瓷3.2 陶瓷与中国文化3.2.1 陶瓷与食文化3.2.2 陶瓷与茶文化3.2.3 陶瓷与酒文化3.2.4 陶器与儒家文化3.3 现代陶瓷材料第4章材料在工业革命中的作用4.1 工业革命前的准备4.1.1 工业革命的背景4.1.2 工业革命前的材料应用4.2 纺织业是世界工业的摇篮4.2.1 棉纺织业的技术革新4.2.2 其他行业的发展4.3 蒸汽机的发明与改进4.2.1 发明蒸汽机的条件4.2.2 巴本“蒸骨锅”、塞维利蒸汽机和纽科门蒸汽机4.2.3 瓦特改进蒸汽机4.2.4 瓦特蒸汽机走向成功的关键4.4 蒸汽时代的到来4.3.1 蒸汽动力的推动4.3.2 交通运输业的变革4.3.3 机器制造业的蓬勃发展4.5 钢铁业的发展4.5.1 从陨铁开始的事业4.5.2 用煤代替木炭炼铁4.5.3 坩埚炼钢法和搅拌炼铁法4.5.4 “铁疯子”开创钢铁时代4.5.5 钢铁时代第5章建筑材料与人居环境5.1 概述5.1.1 建筑及其发展5.1.2 人居环境的概念5.2 建筑材料5.2.1 建筑材料的发展5.2.2 传统建筑材料5.2.3 近代建筑材料5.2.4 现代建筑材料5.2.5 新型建筑材料5.2.6 “城市，让生活更美好”—2010上海世博会中的建筑与材料5.3 建筑材料与人居环境5.3.1 人居环境与土木工程、建筑材料5.3.2 室内环境评价与建筑材料5.4 建筑材料的节能与环保5.4.1 节能环保是建筑材料发展的必然要求5.4.2 节能环保建筑材料5.4.3 建筑材料未来的发展第6章轻量化材料与便捷交通6.1 概述6.1.1 轻量化材料6.1.2 常用轻量化材料6.2 汽车轻量化6.2.1 汽车轻量化的定义6.2.2 汽车轻量化的意义6.2.3 汽车轻量化的实现方式6.2.4 汽车轻量化材料的应用6.2.5 汽车轻量化材料技术的发展应用6.3 航空工业的轻量化6.4 交通轨道的轻量化6.4 船舶制造的轻量化第7章编织人类美好生活的纺织材料7.1 纺织材料的历史7.1.1 原始手工纺织7.1.2 手工机器纺织7.1.3 历代纺织品简介7.1.4 丝绸之路7.2 常用纺织材料7.2.1 纺织纤维7.2.2 纱线7.2.3 织物7.3 新型纺织材料7.3.1 新型纤维材料7.3.2 功能性纺织材料7.3.3 高性能纺织材料第8章信息材料8.1 引言8.1.1 信息8.1.2 信息技术8.1.3 信息材料8.2 信息获取材料8.2.1传感器材料分类8.2.2 传感器功能材料8.2.3 传感器功能材料展望8.3 信息传递材料8.3.1 光纤通信材料8.3.2 微波通信材料8.3.3 GSM数字蜂窝移动通信材料8.4 信息存储材料8.4.1 磁光存储材料8.4.2 全息存储材料8.5 信息显示材料8.5.1 液晶显示材料（LCD）8.5.2 等离子体显示材料（PDP）8.5.3 阴极射线管材料（CRT）8.5.4 其它信息显示材料8.6 信息处理材料8.6.1 微电子信息处理材料8.6.2 光电子信息处理材料8.6.3 集成光路材料8.6.4 光电子集成回路材料8.7 其它信息材料第9章材料与环境：人类的责任9.1 材料与资源、环境的关系9.1.1 材料与资源的关系9.1.2 材料与环境的关系9.1.3 我国材料工业与资源、环境的状况9.2 环境材料的概念及其研究的内容9.2.1 环境材料的概念和含义9.2.2 环境材料的特征及其分类9.2.3 环境材料的研究内容9.3 材料的环境影响评价（LCA）9.3.1 环境材料的判据9.3.2 常见的环境指标及其表达方法9.3.3 生命周期评价方法9.3.4 LCA数据库与评价软件9.3.5 材料的生命周期评价方法（MLCA）9.4 材料的生态设计与典型环境材料9.4.1 材料的生态设计9.4.2 典型环境材料第10章新能源材料10.1 概述10.1.1 能源及其应用10.1.2 能源材料10.2 新型二次电池及其材料10.2.1 电池的种类10.2.2 Ni／MH二次电池（镍氢电池）10.2.3 锂离子二次电池材料10.3 燃料电池及其材料10.3.1 概述10.3.2 燃料电池的组成10.3.3 固体氧化物燃料电池（SOFC）10.3.4 燃料电池的应用10.3.5 储氢合金10.4 LED绿色照明10.4.1 LED（Light Emitting Diode）的特点与应用10.4.2 LED的结构与光学特性10.4.3 LED材料10.5 太阳能的利用与材料10.5.1 光热转换材料10.5.2 光电转换材料10.5.3 太阳能电池的发展10.5.4 太阳能电池的应用10.6 核能材料10.6.1 概述10.6.2 核能应用10.6.3 核能材料9、课程的教学基本要求第1章绪论掌握材料的概念与分类，了解材料科技在人类文明进步中的作用及材料的政治经济学地位第2章青铜及古代铸冶技术掌握先秦青铜铸器分类及特点，了解青铜的陶范铸造及失蜡铸造过程，了解六齐的概念及特点，了解青铜在人类历史上的作用第3章陶瓷熟悉陶瓷的变化历史，掌握陶瓷的产生对人类历史的作用以及在材料的发展上的意义，了解陶瓷与人类文化的联系第4章材料在工业革命中的作用了解工业革命的发展过程，熟悉材料在工业革命中的作用，了解钢铁是如何与工业革命互动发展的第5章建筑材料与人居环境掌握人居环境的概念及建筑材料的发展过程，了解建筑材料未来的发展趋势第6章轻量化材料与便捷交通掌握轻量化材料的概念及意义，了解常用轻量化材料类型及特点第7章编织人类美好生活的纺织材料了解纺织材料的发展历史，了解常用纺织材料的组织及性能第8章信息材料熟悉典型信息获取材料、信息传送材料、信息存储材料、信息显示材料、信息处理材料的种类及特点，了解信息材料对信息技术进步的影响。
《材料科技与人类文明》 知识清单
《材料科技与人类文明》知识清单一、材料科技的定义与范畴材料科技，简单来说，就是研究和开发各种材料的性质、结构、制备方法以及应用的科学技术领域。
它涵盖了广泛的材料类型，从传统的金属、陶瓷和聚合物，到先进的纳米材料、复合材料和生物材料等。
金属材料，如钢铁、铝和铜，是工业和建筑领域的基础，因其良好的机械性能和导电性而被广泛应用。
陶瓷材料，具有耐高温、耐腐蚀等特性，常用于电子、航空航天等高科技领域。
聚合物材料，包括塑料、橡胶等，在日常生活中的应用随处可见，从塑料制品到轮胎。
纳米材料，由于其独特的尺寸效应和表面效应，展现出许多新奇的物理、化学和生物特性，在药物传递、电子器件等方面有着巨大的潜力。
复合材料则是将两种或两种以上不同性质的材料组合在一起，以获得更优异的性能，例如碳纤维增强复合材料在航空航天领域的应用。
生物材料，旨在与生物体相互作用，用于医疗领域，如人工关节、心脏支架等。
二、材料科技在古代文明中的作用人类文明的发展与材料的使用息息相关。
在古代，材料的选择和应用推动了社会的进步。
例如，青铜的发明是人类文明发展的一个重要里程碑。
青铜由铜和锡等金属组成，比纯铜更坚硬，使得人们能够制造出更锋利的武器和更耐用的工具，促进了农业和战争的发展。
铁器的出现则进一步改变了人类的生活。
铁比青铜更坚硬、更廉价，广泛应用于农具和武器的制造，极大地提高了生产力，推动了社会从奴隶社会向封建社会的转变。
此外，古代的建筑材料如石头、木材和砖块等，也反映了当时的技术水平和文化特色。
埃及的金字塔是用巨大的石块建造而成，展示了古代埃及人的工程技术；中国古代的木质建筑，以其精美的结构和工艺，体现了东方文化的独特魅力。
三、材料科技在近代工业革命中的影响近代工业革命时期，材料科技的发展起到了关键的推动作用。
蒸汽机的发明需要大量的钢铁来制造部件，这促进了钢铁工业的迅速发展。
钢铁生产技术的不断改进，使得钢铁的质量和产量大幅提高，为铁路、桥梁和工厂的建设提供了坚实的基础。
材料与人类文明第5讲
熔、炼、铸铸件(castings) 机加工零件 铸坯(ingots)塑性成形热处理机加工零件
– PM(Powder Metallurgy)粉末冶金法
制粉压型烧结
– SF(Spray Forming)喷射成型法
➢ 材料成型方法
铸造、塑性成形（挤压、轧制、拉拔、冲压、锻造）、焊接、 切削、粉末成型、复合成型（铸轧、铸挤、锻轧、挤轧等）
➢ 金属材料制备流程
（探矿）（采、选矿） （冶炼） 材料制备加工成型（工件）
➢ 有色金属(nonferrous metals)材料产品
Cu, Al, Mg, Zn, Au, Ag, Ni, Ti, Cr, Be, Li, Ca……… 管、棒、型、线、板、带、箔、粉、复合材料
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二、材料制备与成型
➢ 材料制备方法
材料的制备与成型
主讲：林高用
2003年4月
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内容
概述 材料制备与成型 产业形势 展望与期待
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一、概 述
1. 材料是现代文明的支柱
2. 材料是基础、是标志、是先导。 21 century is IBM age.
3. 固体材料的分类
✓ 金属材料（metallic materials)
✓ 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials) ✓ 高分子材料(polymers) ✓ 复合材料（composites)
➢ 材料是现代文明的支柱
❖材料是人类生存的基础（Basis) ❖材料是人类发展的标志 (Mark) ❖材料是科技创新的先导 (Lead)
The 21 century is IBM age.
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(完整版)环境材料学第5章材料的生态设计
生态设计的内容
材料的选择与管理、 产品的可拆卸性设计、 产品的可回收性设计 首先考虑所有材料、能量输入和输出，尽可能为无害而努力； 预防废弃物的产生比废弃物的处理和清除更重要； 后处理过程设计为能源、处理消耗最省； 产品、过程和系统的设计必须考虑所有被投入的能量与物质的
1992.6.3 里约热内卢 联合国环境与发展大会 官方 对可持续发展讨论的一个高峰 大会通过了《里约热 内卢环境与发展宣言》以及《二十一世纪议程》。
可持续发展
是指经济、社会、资源和环境保护协调发展，它们 是一个密不可分的系统，既要达到发展经济的目的， 又要保护好人类赖以生存的大气、淡水、海洋、土 地和森林等自然资源和环境，使子孙后代能够永续 发展和安居乐业。
伴随着环境问题的出现，以及对发展目标的重 新认识，人类开始反思，从而产生了可持续发 展的思想。
1972.6.5 斯德哥尔摩 联合国人类环境研讨会上 首次提出可持续发展的概念。
1987.4.27 世界环境与发展委员会 发表了一份 题为《我们共同的未来》的报告，系统阐述了可
持续发展的思想：“既能满足当代人的需要, 又不对后代人满足其需要的能力构成危害 的发展”。
可持续发展与环境保护既有联系，又不等同。环境 保护是可持续发展的重要方面。可持续发展的核心 是发展，但要求在严格控制人口、提高人口素质和 保护环境、资源永续利用的前提下进行经济和社会 的发展。
可持续发展的要点
不否定经济增长 强调经济发展以自然资源为基础，同环境承载
能力相协调 生产过程中尽量少投入、多产出 消费过程中尽量多利用、少排放 最终目标：实现经济效益、社会效益、环境效
20世纪全球十大环境问题
1
气候变暖
材料与人类文明
1.简述材料科学发展对人类文明的贡献。
所谓材料，是指经过某种加工，具有一定结构、成分和性能，并具有一定用途的物质。
在实践中，人们按用途把材料分成结构材料和功能材料。
结构材料主要是利用其强度、韧性、力学及热力学等性质，广泛用于机械制造、工程建设、交通运输和能源等各个工业部门。
功能材料则主要利用其声、光、电、磁、热等性能，用于电子、激光、通讯、能源和生物工程等许多高新技术领域。
按化学成分分类，则可把材料分为金属材料、有机高分子材料、无机非金属材料及复合材料等。
某一种新材料的问世及其应用，往往会引起人类社会的重大变革。
人们由此把人类历史分为石器、青铜器和铁器时代。
在群居洞穴的旧石器时代，通过简单加工获得的石器，帮助人类狩猎、护身和生存。
随着石器加工、制作水平的提高，出现了原始手工业，如制陶和纺织，人们称这一时期为新石器时代。
青铜时代大约始于4000～5000年前。
青铜是铜、锡、铝等元素组成的合金，与纯铜相比，青铜熔点低，硬度高，比石器更易制作且耐用。
青铜器大大促进了农业和手工业的发展。
铁器时代则被认为是始于2000多年前的春秋战国时代，由铁制作的农具、手工工具及各种兵器得以广泛应用，大大促进了当时社会的发展。
钢铁、水泥等材料的出现和广泛应用，使人类社会开始从农业和手工业社会进入了工业社会。
20世纪，半导体硅、高集成芯片的出现和广泛应用，则把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。
基于材料对社会发展的作用，人们提出了信息的概念。
能源、材料和信息并列为现代文明和生活的三大支柱，而材料又是能源和信息的基础。
2.简述材料的四大要素及其相互关系。
性质，组成与结构，合成与加工，使用性能。
材料的使用依赖于材料的性能，而其性能都是由其化学组成和结构决定的。
只有从微观上了解材料的组成、结构与性能的关系，才能有效地选择制备和使用材料。
3.简述高分子水凝胶在生物医学领域的应用。
医药控制释放材料；作为组织充填材料；人工玻璃体；人工软骨；医用敷料；药物崩解剂；角膜接触镜材料；医用美容材料；分析和医学诊断方面。
材料科学与人类文明课程复习资料
材料科学与人类文明课程复习材料1.材料的发展是人类文明的里程碑材料的定义：经过某种加工，具有一定结构、组分和性能，并可应用于一定用途的物质。
材料科学的定义：研究各种材料的结构、制备加工工艺与性能之间的关系的科学。
材料结构包含四个层次：原子结构、结合键、原子排列方式（晶体与非晶体）微观组织。
材料的固有性能包括材料本身所具有的物理性能（电、磁、光、热等性能）、化学性能（如抗氧化性和抗腐蚀性、聚合物的降解等）和力学性能（如强度、塑性、韧性、硬度等）。
材料是人类社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。
综观人类发展和材料发展的历史，可以清楚地看到，每一种重要材料的发现和利用都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产力和人类生活带来巨大的变化。
材料科学的发展不仅是科技进步、社会发展的物质基础，同时也改变着人们在社会活动中的实践方式和思维方式，由此极大地推动社会进步。
当今世界各个国家的政府对材料科学技术发展日趋重视，新材料作为新技术革命的先锋，其发展对经济、科技、国防以及综合国力的增强都具有特殊重要的作用。
2. 人类文明的涵义和基本结构德国学者诺贝特•埃利亚斯在其《文明的进程》一书中指出：“‘文明’这一概念所涉及到的是完全不同的东西：技术水准、礼仪规范、宗教思想、风俗习惯以及科学知识的发展等等；它既可以指居住状况或男女共同生活的方式，也可以指法律惩处或食品烹调；仔细观察的话，几乎每一件事都是以‘文明’或‘不文明’的方式进行的。
所以，要用几句话囊括‘文明’所有的含义几乎是不可能的。
”在马克思主义经典著作中，文明概念也有多种表述，而通常是在三种意义上加以使用的。
第一种是在时间界限意义上的文明，它指人类社会发展到高级阶段的社会现象，与其相对的是蒙昧和野蛮时期。
第二种是广义文化意义上的文明，指人类在改造客观世界和主观世界活动中的全部成果。
第三种是社会进步状态意义上的文明，即人类改造世界的积极成果。
材料的历史及发展(不错)
例1:
轮子的发展
车始于轮子的发明，轮子的使用是陆地交通工具变革的开始，是 人类历史上最重要的发明之一
有了车，人类的活动范围变大，人与人之间的交往和物质的交流也增多了
木柱是轮子的雏型
BC 3500，古巴比伦的苏美尔诞生了带轮的车，是在橇板下面装上轮子而成
最原始的车轮就是圆木片，以后为了制作方便，采用木板拼接，将木纹走向不同的木 板交错着钉在一起，可以防止开裂
材料科学与人类文明
宋义虎 高分子科学与工程学系
课程内容
第一章 绪 论 第二章 材料使用简史
材料使用史(文明划代史)；中华文明在材料史上的定位
第三章 材料与材料科学：材料分类、选用原则、材料科学 第四章 材料结构基础：键、晶体结构与缺陷、合金 第五章 材料性能基础：热、导电、超导、介电、光学、磁、力学 第六章 常用结构材料简介：金属、陶瓷与璃、高分子、复合材料 第七章 信息材料：处理、传递、
夏钺(yuè )
戈
三星堆
三星堆立人像 铸于商代晚期，高1.72m，底座高0.9m， 通高2.62m，是世界上最大的青铜立人像
突目面具
商代晚期，高64.5cm，宽138cm，眼球 柱状外突长达13.5cm
青铜乐器
错金犀牛尊(战国)
越王勾践宝剑(湖北江陵楚墓出土) 注意剑纹
铁器时代(Iron Age)BC1000 — 人类使用铁来制造工具和武器
例1:
轮子的发展
材料与产业革命
在开发了铁和铜等新材料后，蒸汽机得以使用并逐步推广， 由此引发第一次产业革命
是“铁和煤的革命”
第一次产业革命 发生于 18 世纪中叶的英国，而后遍及欧
洲、北美 第一次产业革命以纺织机械革新为起点，以蒸汽机广 泛使用为标志，实现了工业生产从手工工具到机械化 的转变，使以机器为主体的工厂代替了以手工技术为 基础的手工工场，将人类推入蒸汽时代
《材料与人类文明》课件
半导体材料
先进材料技术
探索半导体材料在电子器进展和创新，以及其在航 空、航天等领域的应用。
材料的应用
建筑、交通、通讯等领域的应用
探索材料在建筑、交通、通讯等领域中的不同应用及其优势。
医疗、能源、环保等领域的应用
讨论材料在医疗、能源、环保等领域中的创新应用和对人类的影响。
原材料
1 自然界中的常见原材料
介绍自然界中常见的矿石、矿物、及其他常见原材料。
2 合成原材料
讨论合成原材料的制备方法以及在工业中的应用。
3 原材料的采集与加工
探索原材料的采集过程以及加工技术的发展。
传统材料
金属材料
探索金属材料广泛应 用于建筑、交通等领 域的原因及其特性。
陶瓷材料
介绍陶瓷材料的种类 和特性，并探讨其在 艺术、工业等方面的 应用。
石材材料
讲述石材材料的分类、 开采以及在建筑、雕 刻等领域的应用。
纤维素材料
介绍纤维素材料的制 备工艺以及在纺织等 领域的应用。
现代材料
高分子材料
介绍高分子材料的特性和制备方法，并展示其在塑 料、纤维等领域的广泛应用。
无机非金属材料
讲述无机非金属材料的种类和特点，并探索其在建 筑、电子等领域的应用。
结论
1 材料的重要性及其作用
总结材料在人类文明中的重要性和对社会进步的作用。
2 材料科学的意义和价值
强调材料科学对工业发展、技术创新以及社会进步的意义。
3 材料科学对人类未来的关键性作用
讨论材料科学在人类未来发展中的关键性作用和挑战。
《材料与人类文明》
材料在人类文明发展中扮演着重要的角色。本PPT将带您了解材料在现代工业 中的关系，以及材料科学的发展历程。
材料的发展与人类的文明汇总
前言第一章绪论第一节材料的发展与人类的文明第二节材料的分类第三节材料科学与工程第四节材料的发展趋势本章小结复习思考题第二章工程材料的基本性能第一节材料的力学性能第二节材料的物理、化学性能第三节不同种类材料的主要性能比较本章小结复习思考题第三章材料的原子结构和原子间结合键第一节材料结构和原子特性第二节原子间作用力和结合能第三节原子间的结合键第四节原子间结合键与材料类型及性质本章小结复习思考题第四章金属材料第一节金属材料的制备与合成第二节金属的晶体结构及晶体缺陷第三节纯金属的结晶和铸锭第四节金属材料的成型工艺本章小结复习思考题第五章陶瓷材料第一节陶瓷材料简介第二节陶瓷材料的结构与性能第三节陶瓷材料的制备工艺本章小结复习思考题第六章高分子材料第一节高分子的制备反应和高分子材料的组成第二节高分子的结构及性能第三节高分子材料的成型加工本章小结复习思考题第七章复合材料第一节复合材料基础第二节复合材料的基体材料第三节复合材料的增强材料第四节常用复合材料本章小结复习思考题第八章新材料简介第一节纳米材料第二节超导材料第三节生物材料第四节智能材料第五节非晶态合金第六节形状记忆材料本章小结复习思考题第九章材料的强化与表面处理第一节金属材料强化与韧化的途径第二节非金属材料强化与韧化的途径第三节金属表面强化与表面改性技术本章小结复习思考题第十章材料的设计与选择第一节材料的设计第二节材料的选择本章小结复习思考题参考文献。
材料科学与人类文明
人类文明与材料科学的密切关系，材料科学对人类文明的贡献和影响。
材料科学的基础和原理
材料的分类和特性
了解不同材料的分类、性 质和用途，为材料选择和 设计提供基本原理。
材料的制备和加工技 术
介绍材料的制备方法、加 工工艺和生产流程，以实 现所需的材料性能和特定 外观。
材料的性能与结构关 系
探讨材料的微观和宏观结 构对其性能和行为的影响， 深入理解材料在不同应用 环境下的适用性。
材料科学在不同领域的应用
工程材料的应用
展示工程领域中广泛应用的材 料，如金属、塑料、陶瓷等， 以及它们的成功案例。
生物材料的应用
介绍医疗器械、组织重建和控 释系统中使用的生物材料，解 释其在医学领域的重要性。
先进材料的应用
探索纳米材料、光电材料、高 性能材料等新型材料在高科技 产业中的创新应用。
材料科学的未来发展趋势
1
新材料的研发与应用
未来的材料科学将专注于开发具有新功能、高性能和环境友好的材料，以满足不 断变化的需求。
2
环境友好材料的发展Fra bibliotek探索可持续发展和资源效率的材料解决方案，减少环境影响并推动循环经济的发 展。
材料科学与人类文明ppt课件
水泥生产工艺 以石灰石、粘土为主要原料，经破碎、 配料、磨细制成生料，喂入水泥窑19中煅 烧成熟料，加入适量石膏，磨细而成
材料与人类文明发展
钢时代(Steel Age) 1800 —
炼铁、炼钢的大工业生Байду номын сангаас，分别开始于1620、1870年代。最先在英国发展起来
1875，全世界生铁产量为1400万吨，钢产量190万吨
17
材料与人类文明发展
1972，河北北藁(gǎo)城台西村商(BC 13世纪)中期遗
址出土铁刃青铜钺 刃部是陨铁加热锻造而成
用陨铁锻造成薄刃，浇铸青铜柄部而成
“中华第一剑”
1977,北京平谷县出 土。长8.7cm
1990，河南三门峡虢[guó]国墓(虢季墓)出土，剑长20cm，茎长13cm。西周晚期 剑柄是一株竹子。竹子已拔出数节，数支螺旋上冲的叶片盘旋直入铁质剑身
1974，全世界生铁产量为5.05亿吨，钢产量7.10亿吨
1973，开始石油调价和世界性的经济萧条，钢铁生产发展转慢
1979，世界生铁和钢的产量创造新的纪录，分别达5.29亿吨和7.47亿吨
20
材料与人类文明发展
硅时代(Silicon Age) 1500 —
多晶硅
单晶硅
二战中，开始用硅制作雷达的高频晶体检波器。所用的硅纯度低，不是单晶
1960年代，外延生长硅单晶技术和硅平面工艺 硅晶体管制造技术趋于成熟，集成电路迅速发展
1980年代初，全世界多晶硅产量达2500吨
21
1998，我国制出12英寸单晶硅
材料与人类文明发展
新材料时代 (New Material Age)
材料、能源、信息是当代社会文明和国民经济的3大支柱 是社会进步和科学技术发展的物质基础和技术先导
材料科学与人类文明
锂离子电池的成分—结构—性能之间的关系锂离子电池(Li-ion Batteries)是锂电池发展而来。
所以在介绍Li-ion 之前，先介绍锂电池。
举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。
锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。
电池组装完成后电池即有电压,不需充电.这种电池也可能充电,但循环性能不好,在充放电循环过程中,造成电池内部短路,所以一般情况下这种电池是禁止充电的。
后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。
当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。
而作为负极的碳，呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。
同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。
在Li-ion 的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。
锂离子电池主要由阳极（负极），阴极（正极），电解液和隔膜构成。
正极材料主要由层状结构的含Li金属氧化物（如钴酸锂）与多通道结构（如锰酸锂）构成。
负极材料包括插嵌型材料（如碳，Li4Ti5O12，TiO2等），转化型材料（如氧化铁，氧化镍，氧化钴等）和合金型材料（如Si，Sn等）。
常见的正极材料主要成分为LiCoO2，充电时，加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子，嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中。
放电时，锂离子则从片层结构的碳中析出，重新和正极的化合物结合。
锂离子的移动产生了电流。
锂离子电池电解液应当具有良好离子传导性和电子绝缘性材料。
大多数电解液是由无机锂盐溶解于两种或两种以上混合有机溶剂中得到的。
隔膜的作用是避免正负极之间发生短路和在充放电时提供充裕的Li离子传输通道。
在锂电池循环过程中，Li离子不断地在正极/ 负极之间发生交换。
正极的材料需要添加剂来保持多次充放的活性，负极的材料需要在分子结构级去设计以容纳更多的锂离子；填充在正负极之间的电解液，除了保持稳定，还需要具有良好导电性，减小电池内阻。
《材料科技与人类文明》 知识清单
《材料科技与人类文明》知识清单一、材料科技的发展历程材料是人类社会发展的物质基础，从远古时代的石器、陶器，到青铜时代、铁器时代，再到近现代的钢铁、塑料、半导体等材料的广泛应用，材料科技的每一次重大突破都推动了人类文明的巨大进步。
在古代，人类主要依靠天然材料，如石头、木材、兽皮等满足基本的生存需求。
随着人类对火的掌握和冶金技术的发展，金属材料逐渐成为重要的生产和生活工具。
青铜的出现标志着人类进入了青铜时代，其硬度和韧性比石器有了显著提高，使得农业和手工业生产得到了极大的发展。
铁器时代的到来更是具有划时代的意义。
铁的强度和韧性优于青铜，而且更加容易获取和加工。
铁制农具和武器的广泛使用，大大提高了生产力和战斗力，促进了社会的变革和发展。
进入近代以来，工业革命的兴起推动了材料科技的快速发展。
钢铁成为了工业的支柱材料，广泛应用于建筑、机械制造、交通运输等领域。
随着化学工业的发展，塑料、橡胶、纤维等合成材料相继问世，极大地丰富了材料的种类和应用范围。
20 世纪中叶以后，半导体材料的出现引发了电子信息技术的革命。
以硅为代表的半导体材料使得集成电路的制造成为可能，从而催生了计算机、通信等现代高科技产业的蓬勃发展。
同时，新型金属材料、陶瓷材料、复合材料等也不断涌现，为人类社会的进步提供了强大的支撑。
二、重要的材料种类及其特点1、金属材料金属材料具有良好的导电性、导热性和机械性能。
常见的金属材料包括钢铁、铝、铜、钛等。
钢铁是应用最广泛的金属材料之一，具有高强度、高硬度和良好的韧性，可用于制造建筑结构、机械零件、车辆等。
铝具有低密度、良好的导电性和耐腐蚀性，广泛应用于航空航天、汽车制造、包装等领域。
铜具有优良的导电性和导热性，常用于电线电缆、电子器件等。
钛具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性，在航空航天、医疗器械等领域有着重要的应用。
2、无机非金属材料无机非金属材料包括陶瓷、玻璃、水泥等。
陶瓷具有高硬度、耐高温、耐腐蚀等特点，可用于制造刀具、高温炉具、电子陶瓷等。
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高压厚
压容器 (400~5 60 C)
油罐
构、起重
架
大型船 车辆
壁容器
机械
舶
(<500C)
调质钢
钢
碳素钢 合金钢
合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢
工程结构钢 机器结构钢
调质钢 渗碳钢 弹簧钢 轴承钢
成分特点
• 中含碳量（wc=0.30~0.50%） • 添加Cr、Ni、Mn、Si增加淬透性，
固溶强化 • 添加少量Mo、W、V等细化晶粒，
优质碳素结构钢
钢
碳素钢 合金钢
碳素工具钢 铸造碳钢
牌号：Ｑ２３５-Ｂ·b
屈 屈服点 s
脱氧方法：Ｆ—沸腾钢；b—半镇静钢 质量等级：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
wc＝0.06-0.38%
常用热处理：一般不热处理，直接使用
Q235-AF
A级沸腾钢
主要牌号及应用
牌号
主要 应用 举例
Q195
Q215
受载荷较小的钢 铆钉、短轴、拉
用途
建筑、船舶、桥梁、 运输工具、高压容 器、军工
我国几种低合金高强度钢的用途
级 300MPa 别
350MPa
400MPa
450MPa
500MPa
650MP a
牌 12Mn 09MnN
号
b
16Mn
12MnPRe 16MnNb 10MnNbRe 14MnVTiRe 15MnVN 14MnMo 18MnMoNb 14CrMnM
wc＝0.05-0.75%
常用热处理：正火、调质、淬火、回火、渗碳
随含C量提高，强度增 大，塑性降低 性能调节方法：渗碳、 回火
主要牌号、性能及应用
牌号 性能 特点
应用 举例
08F、10 强度低、塑 性好
冷冲压件、 焊接件
15、20 、25 （碳素渗碳钢）
强度较低、塑性韧性 较好 渗碳后获得表面硬度 高、心部韧性好的零 件
低合金结构钢 造船用钢 锅炉用钢 耐候钢
调质钢 渗碳钢 弹簧钢 轴承钢
工程结构钢
成分特点
• 低含碳量（wc<0.2%） • 根据不同要求添加合金
元素，总量<3%
钢 碳素钢 合金钢
合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢
工程结构钢 机器结构钢
性能要求
• 一定的综合力学性能和屈强比 • 良好的压力加工和焊接性能 • 耐侯性和耐冷脆性
碳素工具钢
碳素结构钢
优质碳素结构钢
钢
碳素钢 合金钢
碳素工具钢 铸造碳钢
牌号：T10A
碳
平均含碳量的千分数。数字后加A表示高级优质碳素工具钢
P、S含量低于一般优质碳素工具钢
wc＝0.65-1.35%
常用热处理：球化退火、淬火、低温回火
T8MnA，含C%=0.8%、含Mn、 高级
主要牌号：T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13
成分特点
• 低含碳量(wc=0.10~0.25%) • 添加Cr、Ni、Mn、B增加淬透性，
负载不大的轴、销、 齿轮、垫片及渗碳件
30、35 、40 、45 、50 （碳素调质钢）
强度、塑性、韧性配合 较好 经调质后可获得优良的 综合力学性能
轴类、齿轮、紧固件、 要求不高的表面淬火件
55、60 、65 、65Mn （碳素弹簧钢）
强度高、塑性低
淬火中温回火处理后 有较好的弹性
简单的耐磨件、简单 的弹簧、钢丝绳等
合金钢
主要合金元素 Al、Co、Si、Cu、Mo、Ni、Cr、Mn
合金元素的主要作用 • 细化晶粒 • 固溶强化（形成合金渗碳体或特殊碳化物） • 提高淬透性 • 提高回火稳定性 • 获得室温奥氏体（奥氏体不锈钢）
合金钢
合金结构钢
碳素钢 钢
合金钢ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
合金工具钢
特殊性能钢
工程结构钢
机器结构钢 刃具钢 模具钢 量具钢 高强度钢 耐蚀钢 耐热钢 耐磨钢 易切削钢
VBRe
oVB
船舶、 桥梁、 船舶、桥 建筑结 桥梁、 港口工 桥梁、 大型焊 中温高 锅炉、 中温高
用 低压 车辆 梁、车辆、 构、船
途 锅炉、
大型容器、 舶、化
容器、
大型钢结 工容器
起重 机
程结构、 高压容 接结构、压容器 化工、
造船、 器、电 大桥、 (<500 石油的
石油井 站设备、 造船、 C)
丝、开口销、钉子、 杆、垫圈、渗碳
拉杆、焊接件
件、焊接件
Q235
连杆、螺栓、螺母、轴 类支架、角钢、槽钢、 工字钢、圆钢、焊接件
Q255
轴类、吊 钩、型钢
Q275
轴、 齿轮
优质碳素结构钢
钢
碳素钢 合金钢
碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素工具钢 铸造碳钢
牌号：45
平均含碳量的万分数。数字后加F表示沸腾钢 加Mn表示含Mn量较高。
性能特点：热处理后，硬度、耐磨性高；塑性、韧性低；淬透性差 主要应用：小截面刃具、模具
铸造碳钢
碳素结构钢
优质碳素结构钢
钢
碳素钢 合金钢
碳素工具钢 铸造碳钢
牌号：ZG200-400
铸钢 s b
wc＝0.15-0.60%
主要牌号：ZG200-400, ZG230-450, ZG270-500, ZG310-570, ZG340-640 主要应用：形状复杂、力学性能要求高、铸铁难以满足的零件
按成分分类
低碳钢 wc0.25%
中碳钢
wc＝0.25 -0.60%
高碳钢 wc>0.60%
普通质量钢
wS0.050% wP0.045%
优质钢
wS0.035% wP0.035%
高级优质钢
wS0.020% wP0.030%
按用途分类
碳素钢
碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素工具钢 铸造碳钢
碳素结构钢
碳素结构钢
提高回火稳定性
性能要求
• 优良的综合力学性能 • 良好的淬透性
用途
轴、杆类零件、 齿轮、链条等
主要热处理：淬火+高温回火
牌
40Cr
号
用 轴类、连杆螺 途 栓、进气阀、
重要齿轮
常用合金调质钢的牌号及其用途(轴)
40MnB
35CrMo
40CrNi
40CrNiMoA 40CrMnMo 45CrNiMoVA
中小截 大截面齿轮、 强度高、韧性好 大截面受冲击 大截面重 高强度高弹
面调质 重型传动轴、 的零件，如轴、 零件，如偏心 负荷齿轮、 性零件，如
件
大电机主轴 齿轮、链条
轴、曲轴
轴
车辆扭力轴
渗碳钢
钢
碳素钢 合金钢
合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢
工程结构钢 机器结构钢
调质钢 渗碳钢 弹簧钢 轴承钢
第五章 常用结构材料简介
金属材料
金属材料简介
碳素结构钢
优质碳素结构钢
黑 色
钢
碳素钢 合金钢
碳素工具钢 铸造碳钢
金
属
灰口铸铁
金
材 料
铁 白口铸铁
属 材
球墨铸铁……
料
有
色
金 属
Cu、 Al、Ti、Mg合金
材
料
碳素钢
成分(GB/T 13304-91)
合金元素
Cr
Mn Mo Ni
Si
Ti
W
V
最大含量／wt.％ 0.30 1.00 0.05 0.30 0.50 0.05 0.10 0.04