新材料科技进展
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自行车雅典奥运会上，自行车比赛 十分精彩，尤其是场地比赛，冠军 之争的差别甚至只有0．001秒，除 了运动员自身的素质，比赛用车的 较量也成为很重要的因素。这种比 赛用车的材料、设计都很特别，造 价一般在8万元左右，而顶级赛车 的造价则高达十几万元人民币。
如今，赛车的车身全部采用碳纤维 复合材料，这使得整车的强度很高 且质量极轻。中国国家自行车队当 年雅典奥运会的比赛用车只有千克， 一只手就可以拎起来。高强的材料 2004年雅典奥运会冠军车－－价值9 使得选手能够骑出更快的速度。而 万人民币 赛车的设计也比较独特，由于碳纤 维复合材料强度高，因而主体框架 可以设计成很薄的流线型，前轮没 有密集的辐条，取而代之的是形状 扁平的五岔辐条，后轮则干脆是全 封闭式，这样都可以有效地减小风 阻力。
各种切削刀具材料的切削速度的发展趋势
3 2.8 2.6 2.4 2.2
2 1.8 1.6 1.4 1.2
1 1750
多晶金刚石
立方氮化硼
金属陶瓷
陶瓷
烧结碳化钨
钨钴铬硬质合金
碳素工具钢
高速钢
1800
1850
1900
1950
2000
年份
7
4/5/2020
新材料在国防建设上作用重大。例如， 超纯硅、砷化镓研制成功，导致大规模和超大规
4/5/2020
10
4/5/2020
光纤通讯技术
光导纤维：简称“光纤”，是一种能利用光的 全反射作用来传导光线的透明度极高的玻璃 纤维。
11
108
光导纤维
4/5/2020
106
通讯卫星
104
同轴电缆与微波系统
102
同轴电缆
1
一对12路电话线
第一条电话
1890
1910 1930
1950
1970 年
15
4/5/2020
2004年奥运会-撑杆
从撑杆跳的发展史就可以更清楚地 看到新材料对奥运成绩的贡献。历
史上第一个撑杆跳纪录3．30米的成
绩是用沉重、没有弹性的木杆跳出
来的(2.29m)；1905年开始使用质量较
轻、弹性稍好的竹杆，成绩达到
4．30米；1930年出现较为坚固的金
属杆后，运动员无撑杆折断之忧，
动员的较量。
在撑起上升的瞬间突然断杆
，上演了有惊无险的一幕。
16
4/5/2020
2004年奥运会-运动鞋
采用高档PU（聚氨酯）运动鞋 成为奥运赛场上选手们的理想 之选。
耐克公司 Nike 曾在悉尼奥运会 上为女飞人琼斯用新型工程塑 料特制了一双鞋，总质量只有 99．2克，可使运动员奔跑的脚 步更加轻盈。而当年最出名的 鞋恐怕要算耐克公司专门为我 国110米栏选手刘翔参加奥运会 定做的“红色魔鞋”了，它是 目前耐克公司最轻的一双钉鞋。
13
运
4/5/2020
动
场
上
的
材
料
技
术
起初击剑运动剑身所用的材料是碳钢，其结构极易产生微裂纹
导致剑身折断而造成运动员的误伤，现在剑身采用的铁镍和钛
的合金材料，并经长时间的时效与弯曲处理，内部微裂只有碳
钢的1/20，极不容易折断，运动员能无所畏惧地完成各种动
作。
14
4/5/2020
2004年奥运会-自行车
模集成电路的诞生，使计算机运算速度从每秒几 十万次提高到现在的每秒百亿次以上； 航空发动机材料的工作温度每提高100℃，推力可 增大24％； 隐身材料能吸收电磁波或降低武器装备的红外辐 射，使敌方探测系统难以发现，
洛克希德公司F-117A 8
电子技术的发展－电视机
4/5/2020
9
电子技术的发展－手机
5
4/5/2020
强度/密度（ln×10 ）
10 68
芳香族酰胺纤维 碳纤维
6
4
复合材料
2
木材
钢
石料 青铜 铸铁
铝
0 1600
1700
1800
1900
2000
年份
材料强度密度比在不同年代里的进展(由图中可以看出, 现代先进材料的强度已比原始材料提高了约50倍)
6
4/5/2020
lg[切削速度（m/min.）]
17
2004年奥运会-跑道
4/5/2020
塑胶跑道厚度一般为13毫 米，它弹性好、耐磨、防 滑、色彩美观、场地清洁、 易于维护管理、不受气候 等条件影响。这种场地平 坦均匀，可吸收震动，使 运动员弹跳自如，并可防 跌伤。无数大型国际赛事 表明，100米短跑时运动员 在聚氨酯跑道上要比在传 统跑道上快0．2秒以上， 跳远成绩可提高20～30厘 米。
3
4/5/2020
材料既是人类社会进步的里程碑，也是社会 现代化的物质基础和先导。特别是先进材料 的研究、开发与应用反映着一个国家科学技 术与工业水平以及国防实力。 新材料技术是工业革命和产业发展的先导 新材料技术是高技术发展的基础
4
4/5/2020
21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研 制和应用。新材料的研究，是人类对物质性质 认识和应用向更深层次的进军。
1
4/5/2020
传统材料与新型材料。 传统材料是指那些已经成熟且在工业中已批量生产并
大量应用的材料，如钢铁、水泥、塑料等。这类材料 由于其量大、产值高、涉及面广泛，又是很多支柱产 业的基础，所以又称为基础材料。
新型材料(先进材料)是指那些正在发展，且具有优异性 能和应用前景的一类材料。
2
4/5/2020
新型材料与传统材料之间没有明显的界限。传统 材料通过采用新技术，提高技术含量，提高性能， 大幅度增加附加值而成为新型材料；新材料在经过 长期生产与应用之后也就成为传统材料。传统材料 是发展新材料和高技术的基础，而新型材料又往往 能推动传统材料的进一步发展。（超级钢、块体纳 米）
新材料按组分，有金属材料、无机非金属材料 （如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材 料、先进复合材料四大类。
握杆点和助跑速度都有了很大的提
高，最好成绩达到4．83米,这是人造
材料战胜天然材料的典范。 美国运
动员玻璃纤维复合杆,5.13m.而后来随
着质量更轻、弹性更大的尼龙杆,新
型碳纤维撑杆出现，运动成绩也终 在奥运会男子十项全能撑杆
于突破6米大关(布勃卡 )。所以说， 跳项目的比赛中，荷兰选手
源自文库
运动器材的较量并不亚于赛场上运 马蒂诺（Eugene Martineau）
1990 2010 2030 2050
不同通讯方式的相对信息量 12
F1
4/5/2020
赛
车
F1赛车材料主要是碳纤维材料。昂贵，除了航空航天用的到，剩 下的基本就是F1赛车了.比如前鼻翼撞到护墙了，我们找不到鼻 锥在哪里，因为鼻锥是完全由碳纤维制成的，在撞击的一霎那产 生巨大的冲击力，极短的时间，碳纤维立即成为粉末，尽可能地 吸收这些力，从而保护赛车手。
如今，赛车的车身全部采用碳纤维 复合材料，这使得整车的强度很高 且质量极轻。中国国家自行车队当 年雅典奥运会的比赛用车只有千克， 一只手就可以拎起来。高强的材料 2004年雅典奥运会冠军车－－价值9 使得选手能够骑出更快的速度。而 万人民币 赛车的设计也比较独特，由于碳纤 维复合材料强度高，因而主体框架 可以设计成很薄的流线型，前轮没 有密集的辐条，取而代之的是形状 扁平的五岔辐条，后轮则干脆是全 封闭式，这样都可以有效地减小风 阻力。
各种切削刀具材料的切削速度的发展趋势
3 2.8 2.6 2.4 2.2
2 1.8 1.6 1.4 1.2
1 1750
多晶金刚石
立方氮化硼
金属陶瓷
陶瓷
烧结碳化钨
钨钴铬硬质合金
碳素工具钢
高速钢
1800
1850
1900
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年份
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新材料在国防建设上作用重大。例如， 超纯硅、砷化镓研制成功，导致大规模和超大规
4/5/2020
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光纤通讯技术
光导纤维：简称“光纤”，是一种能利用光的 全反射作用来传导光线的透明度极高的玻璃 纤维。
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108
光导纤维
4/5/2020
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通讯卫星
104
同轴电缆与微波系统
102
同轴电缆
1
一对12路电话线
第一条电话
1890
1910 1930
1950
1970 年
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4/5/2020
2004年奥运会-撑杆
从撑杆跳的发展史就可以更清楚地 看到新材料对奥运成绩的贡献。历
史上第一个撑杆跳纪录3．30米的成
绩是用沉重、没有弹性的木杆跳出
来的(2.29m)；1905年开始使用质量较
轻、弹性稍好的竹杆，成绩达到
4．30米；1930年出现较为坚固的金
属杆后，运动员无撑杆折断之忧，
动员的较量。
在撑起上升的瞬间突然断杆
，上演了有惊无险的一幕。
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4/5/2020
2004年奥运会-运动鞋
采用高档PU（聚氨酯）运动鞋 成为奥运赛场上选手们的理想 之选。
耐克公司 Nike 曾在悉尼奥运会 上为女飞人琼斯用新型工程塑 料特制了一双鞋，总质量只有 99．2克，可使运动员奔跑的脚 步更加轻盈。而当年最出名的 鞋恐怕要算耐克公司专门为我 国110米栏选手刘翔参加奥运会 定做的“红色魔鞋”了，它是 目前耐克公司最轻的一双钉鞋。
13
运
4/5/2020
动
场
上
的
材
料
技
术
起初击剑运动剑身所用的材料是碳钢，其结构极易产生微裂纹
导致剑身折断而造成运动员的误伤，现在剑身采用的铁镍和钛
的合金材料，并经长时间的时效与弯曲处理，内部微裂只有碳
钢的1/20，极不容易折断，运动员能无所畏惧地完成各种动
作。
14
4/5/2020
2004年奥运会-自行车
模集成电路的诞生，使计算机运算速度从每秒几 十万次提高到现在的每秒百亿次以上； 航空发动机材料的工作温度每提高100℃，推力可 增大24％； 隐身材料能吸收电磁波或降低武器装备的红外辐 射，使敌方探测系统难以发现，
洛克希德公司F-117A 8
电子技术的发展－电视机
4/5/2020
9
电子技术的发展－手机
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4/5/2020
强度/密度（ln×10 ）
10 68
芳香族酰胺纤维 碳纤维
6
4
复合材料
2
木材
钢
石料 青铜 铸铁
铝
0 1600
1700
1800
1900
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年份
材料强度密度比在不同年代里的进展(由图中可以看出, 现代先进材料的强度已比原始材料提高了约50倍)
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lg[切削速度（m/min.）]
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2004年奥运会-跑道
4/5/2020
塑胶跑道厚度一般为13毫 米，它弹性好、耐磨、防 滑、色彩美观、场地清洁、 易于维护管理、不受气候 等条件影响。这种场地平 坦均匀，可吸收震动，使 运动员弹跳自如，并可防 跌伤。无数大型国际赛事 表明，100米短跑时运动员 在聚氨酯跑道上要比在传 统跑道上快0．2秒以上， 跳远成绩可提高20～30厘 米。
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4/5/2020
材料既是人类社会进步的里程碑，也是社会 现代化的物质基础和先导。特别是先进材料 的研究、开发与应用反映着一个国家科学技 术与工业水平以及国防实力。 新材料技术是工业革命和产业发展的先导 新材料技术是高技术发展的基础
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21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研 制和应用。新材料的研究，是人类对物质性质 认识和应用向更深层次的进军。
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4/5/2020
传统材料与新型材料。 传统材料是指那些已经成熟且在工业中已批量生产并
大量应用的材料，如钢铁、水泥、塑料等。这类材料 由于其量大、产值高、涉及面广泛，又是很多支柱产 业的基础，所以又称为基础材料。
新型材料(先进材料)是指那些正在发展，且具有优异性 能和应用前景的一类材料。
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4/5/2020
新型材料与传统材料之间没有明显的界限。传统 材料通过采用新技术，提高技术含量，提高性能， 大幅度增加附加值而成为新型材料；新材料在经过 长期生产与应用之后也就成为传统材料。传统材料 是发展新材料和高技术的基础，而新型材料又往往 能推动传统材料的进一步发展。（超级钢、块体纳 米）
新材料按组分，有金属材料、无机非金属材料 （如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材 料、先进复合材料四大类。
握杆点和助跑速度都有了很大的提
高，最好成绩达到4．83米,这是人造
材料战胜天然材料的典范。 美国运
动员玻璃纤维复合杆,5.13m.而后来随
着质量更轻、弹性更大的尼龙杆,新
型碳纤维撑杆出现，运动成绩也终 在奥运会男子十项全能撑杆
于突破6米大关(布勃卡 )。所以说， 跳项目的比赛中，荷兰选手
源自文库
运动器材的较量并不亚于赛场上运 马蒂诺（Eugene Martineau）
1990 2010 2030 2050
不同通讯方式的相对信息量 12
F1
4/5/2020
赛
车
F1赛车材料主要是碳纤维材料。昂贵，除了航空航天用的到，剩 下的基本就是F1赛车了.比如前鼻翼撞到护墙了，我们找不到鼻 锥在哪里，因为鼻锥是完全由碳纤维制成的，在撞击的一霎那产 生巨大的冲击力，极短的时间，碳纤维立即成为粉末，尽可能地 吸收这些力，从而保护赛车手。