對先進(jìn)材料的看法.ppt

先進(jìn)材料之我見,一、材料的定義；二、材料的發(fā)展史；三、先進(jìn)材料與傳統(tǒng)材料；四、兩面性分析；五、未來材料發(fā)展方向。,一、材料的定義,所謂材料，就是指經(jīng)過某種加工，具有一定結(jié)構(gòu)、組分和性能，并可應(yīng)用于一定用途（用于制造物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器或其他產(chǎn)品，主要是生產(chǎn)生活）的一種物質(zhì)。,材料屬于物質(zhì)，但并不是所有物質(zhì)都可以稱之為材料。,例如工業(yè)化學(xué)品、食物、藥物、炸藥和固體火箭推進(jìn)劑，一般都不算是材料。但是這個定義并不那么嚴(yán)格，如炸藥、固體火箭推進(jìn)劑，一般稱之為“含能材料”，因?yàn)樗鼘儆诨鹋诨蚧鸺慕M成部分。,如此看來，材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，小到喝水用的杯子、穿的衣服褲子、看的書，大到輪船、飛機(jī)、火箭，都是由材料制造而來，材料的作用不言而喻。所以說材料是人類生存和生活必不可缺的一個部分，是人類文明的物質(zhì)基礎(chǔ)、也是我們?nèi)祟愡M(jìn)步的先導(dǎo)，還是直接推動社會經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展的不竭動力。,20世紀(jì)70年代人們把信息、材料和能源譽(yù)為當(dāng)代文明的三大支柱。80年代以高技術(shù)群為代表的新技術(shù)革命，又把新材料、信息技術(shù)和生物技術(shù)并列為新技術(shù)革命的重要標(biāo)志。,二、材料的發(fā)展史,主要階段,1）石器、陶器材料2）青銅材料3）鐵4)當(dāng)代的常用材料,1、石器、陶器材料,在原始社會，人們工藝還不發(fā)達(dá)，主要使用粗糙的打磨石器來進(jìn)行日常的勞作。慢慢的人們也可以利用火來燒制一些陶器來做一些石器做不了的事。這是最原始的材料了，幾乎就是直接從自然界獲取，可見工藝技術(shù)的不發(fā)達(dá)大大限制了人們的生活。,2、青銅材料,青銅是指黃銅、白銅以外的銅合金。銅錫合金稱為錫青銅，其他青銅成為特殊青銅。特殊青銅又分為鈹青銅和鋁青銅。我國使用青銅的歷史很悠久，大約在公元前21世紀(jì)開始,直到公元前5世紀(jì)，也留下了大量的青銅制品，這些制品無不成為國之瑰寶。,一些著名的青銅器,3、鐵,人類最早發(fā)現(xiàn)的鐵，是從天上掉下來的“隕鐵”，在各個文明古國中發(fā)現(xiàn)的最早鐵器都是用隕鐵制成的。雖然隕鐵很少，卻為人類認(rèn)識鐵打開了大門。到公元前1000年，人們開始掌握煉鐵技術(shù)，當(dāng)時冶煉的鐵主要用來制作武器，后來逐漸擴(kuò)散到社會生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，由于鐵價廉，因此逐漸代替了被富有階層所獨(dú)占的青銅。,4、當(dāng)代主要使用的材料,材料發(fā)展到了當(dāng)代，新的材料可以說是層出不窮。傳統(tǒng)的金屬材料，合金材料，無機(jī)非金屬，化學(xué)纖維，還有走在科技最前端的納米材料，各種復(fù)合材料。這些不同的材料在人們的生活處處可見，極大的豐富了人們的生活，為我們的生活增加了更多的選擇。,材料貫穿了人們的衣食住行,三、傳統(tǒng)材料VS新型材料,Round1傳統(tǒng)鋼鐵VS超級鋼鐵,鋼或稱鋼鐵、鋼材，是一種由鐵與其他元素結(jié)合而成的合金，當(dāng)中最普遍的是碳。碳約占鋼材重量的0.2%至2.1%，視乎鋼材的等級。其他有時會用到的合金元素還包括錳、鉻、釩和鎢。在文藝復(fù)興之前很久，人們已經(jīng)懂得使用各種低效的方法來生產(chǎn)鋼。自從在十九世紀(jì)發(fā)明了貝塞麥煉鋼法之后，鋼就成了一種可大量生產(chǎn)的廉價材料。日本從1997年開始研究具有高強(qiáng)度和長壽命的超級鋼鐵。超級鋼是在壓軋時把壓力增加到通常的5倍，并且提高冷卻速度和嚴(yán)格控制溫度的條件下開發(fā)成功的。其晶粒直徑僅有1微米，為一般鋼鐵的1/101/20，因此組織細(xì)密，強(qiáng)度高，韌性也大，而且即使不添加鎳、銅等元素也能夠保持很高的強(qiáng)度。,Round2傳統(tǒng)陶瓷VS氮化硅陶瓷,陶瓷的傳統(tǒng)概念是指所有以粘土等無機(jī)非金屬礦物為原料的人工工業(yè)產(chǎn)品。它包括由粘土或含有粘土的混合物經(jīng)混煉，成形，煅燒而制成的各種制品。它的主要原料是取之于自然界的硅酸鹽礦物(如粘土、石英等)。隨著近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近百年來又出現(xiàn)了許多新的陶瓷品種。美國和歐洲一些國家的文獻(xiàn)已將“Ceramic”一詞理解為各種無機(jī)非金屬固體材料的通稱。因此陶瓷的含義實(shí)際上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越過去狹窄的傳統(tǒng)觀念了。氮化硅的強(qiáng)度很高，尤其是熱壓氮化硅，是世界上最堅(jiān)硬的物質(zhì)之一。它極耐高溫，并有驚人的耐化學(xué)腐蝕性能，同時又是一種高性能電絕緣材料。利用氮化硅耐磨、耐熱、重量輕和剛度大等特點(diǎn)，可用來制造滾珠軸承、蒸汽噴嘴等?？梢灶A(yù)言，隨著陶瓷的基礎(chǔ)研究和新技術(shù)開發(fā)的不斷進(jìn)步，氮化硅陶瓷材料作為性能優(yōu)良的工程材料將得到更廣泛的應(yīng)用。,Round3傳統(tǒng)鋁合金VS泡沫鋁合金,鋁合金通常使用銅、鋅、錳、硅、鎂等合金元素，20世紀(jì)初由德國人AlfredWilm發(fā)明，是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。跟普通的碳鋼相比有更輕及耐腐蝕的性能，但抗腐蝕性不如純鋁。在干凈、干燥的環(huán)境下鋁合金的表面會形成保護(hù)的氧化層。泡沫鋁合金材料由俄羅斯輕質(zhì)合金研究所的專家研制，該材料的堅(jiān)固程度可與柞木和泡沫混凝土相比，其輕重量可與木材板相比。泡沫鋁合金材料是將氧化的鋁合金粉末與在加熱氣化過程中分離一種物質(zhì)相混合而獲得的。泡沫鋁合金材料具有一定的隔音性和絕熱性，無毒而且不會燃燒。該材料可鋸可銑，并可向上面打螺釘，這種質(zhì)輕、堅(jiān)固又不怕火燒的新材料可用于電梯門的鑲面、火車和地鐵車廂地面的鋪設(shè)。,形狀記憶合金,形狀記憶合金是具有形狀記憶效應(yīng)的合金。記憶合金的開發(fā)迄今不過20余年，但由于其在各領(lǐng)域的特效應(yīng)用，正廣為世人所矚目，被譽(yù)為神奇的功能材料。形狀記憶合金由于具有許多優(yōu)異的性能，因而廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械電子、生物醫(yī)療、橋梁建筑、汽車工業(yè)及日常生活等多個領(lǐng)域。,鯊魚皮材料,鯊魚皮泳衣是人們根據(jù)其外形特征起的綽號，其實(shí)它有著更加響亮的名字：快皮，它的核心技術(shù)在于模仿鯊魚的皮膚。生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，鯊魚皮膚表面粗糙的V形皺褶可以大大減少水流的摩擦力，使身體周圍的水流更高效地流過，鯊魚得以快速游動?？炱さ某煺估w維表面便是完全仿造鯊魚皮膚表面制成的。此外，這款泳衣還充分融合了仿生學(xué)原理：在接縫處模仿人類的肌腱，為運(yùn)動員向后劃水時提供動力；在布料上模仿人類的皮膚，富有彈性。,傳統(tǒng)材料,優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)量大工藝成熟價格低廉缺點(diǎn)：科技成分低不能完全滿足社會發(fā)展要求,新型材料,優(yōu)點(diǎn)：科技含量高工藝先進(jìn)具有良好的性質(zhì)缺點(diǎn)：價格昂貴普及程度低產(chǎn)量有限，無法市場化,因此，材料的發(fā)展與進(jìn)步對生產(chǎn)力的提高來說是十分迫切的，新舊材料的交替是十分必要的，然而我們完成材料的更新?lián)Q代不僅要開發(fā)、研究出新的材料，更重要的是，我們要將這些新材料的生產(chǎn)、加工過程進(jìn)一步優(yōu)化，使它們能更好的被普遍的利用，從而推動社會的發(fā)展、文明的進(jìn)步。,四、兩面性分析,馬克思主義哲學(xué)的辯證思維方式對立與統(tǒng)一,科學(xué)技術(shù)是把雙刃劍,在人類發(fā)展的歷史長河中，技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用給人類不斷帶來進(jìn)步、財(cái)富，有力的推動了社會發(fā)展，使我們的生活變得日益豐富多彩。,科學(xué)技術(shù)的正面影響,負(fù)面的影響【福島核電站】,曾經(jīng)的先進(jìn)材料-塑料,塑料制品作為一種新型材料，具有質(zhì)輕、防水、耐用、生產(chǎn)技術(shù)成熟、成本低的優(yōu)點(diǎn)，在全世界被廣泛應(yīng)用且呈逐年增長趨勢。塑料包裝材料在世界市場中的增長率高于其它包裝材料，1990-1995年塑料包裝材料的年平均增長率為8.9%。,我國是世界上十大塑料制品生產(chǎn)和消費(fèi)國之一。1995年，我國塑料產(chǎn)量為519萬噸，進(jìn)口塑料近600萬噸，當(dāng)年全國塑料消費(fèi)總量約1100萬噸，其中包裝用塑料達(dá)211萬噸。包裝用塑料的大部分以廢舊薄膜、塑料袋和泡沫塑料餐具的形式，被丟棄在環(huán)境中。,白色垃圾泛濫,“白色污染”的主要成份,聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等等以聚乙烯為例：聚乙烯是乙烯經(jīng)加成聚合反應(yīng)制得的一種熱塑性樹脂。根據(jù)聚合條件不同，可得到相對分子量從一萬幾百萬不等。聚乙烯是略帶白色的顆粒或粉末，半透明狀，無毒無味，化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐酸堿腐蝕。,聚乙烯化學(xué)穩(wěn)定性較好，室溫下可耐稀硝酸、稀硫酸和任何濃度的鹽酸、氫氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨水、胺類、過氧化氫、氫氧化鈉、氫氧化鉀等溶液。,我們應(yīng)辯證的看待先進(jìn)材料這一事物，享受益處的同時，應(yīng)用長遠(yuǎn)的目光看到它的不利影響，加以預(yù)防。,P.35/85,五、未來材料什么樣子？,P.36/85,第一、從均質(zhì)材料向復(fù)合材料發(fā)展。如把金屬材料和高分子材料結(jié)合在一起的復(fù)合材料。第二、由結(jié)構(gòu)材料為主向功能材料、多功能材料并重的方向發(fā)展。第三、材料結(jié)構(gòu)的尺度向越來越小的方向發(fā)展。第四、由被動性材料向具有主動性的智能材料方向發(fā)展。新的智能材料能夠感知外界條件變化、進(jìn)行判斷并主動作出反應(yīng)。第五、通過仿生途徑來發(fā)展新材料。,未來材料技術(shù)的發(fā)展趨勢,今后一段時期的重點(diǎn)方向,（1）材料與器件半導(dǎo)體照明以白光照明為龍頭的寬禁帶半導(dǎo)體全固態(tài)激光器以紫外、深紫外、三原色為龍頭微光電子材料和芯片以12英寸硅片和光電芯片為龍頭先進(jìn)生物類材料優(yōu)良服役性能材料氫能與燃料電池關(guān)鍵材料飛行器材料,（2）技術(shù)與裝備鋼鐵制造新流程高性能材料復(fù)合技術(shù)廢棄物的資源化和回收技術(shù)超大噸位鍛壓機(jī)大宗料高效化學(xué)反應(yīng)裝置納微米加工、表征裝備,P.38/85,未來材料發(fā)展趨勢,能源材料,新材料,高性能、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料,復(fù)合材料,金屬新材料,極限材料,原子分子設(shè)計(jì)材料,功能材料,特種陶瓷,高分子材料,稀土材料,P.39/85,2009年美聯(lián)社評出的已問世十大未來材料,已應(yīng)用到衣服、鞋子和軍事裝備的制造中。據(jù)悉，d3O凝膠采用尖端納米技術(shù)研制而成，表面看上去非常像果凍，它可以被隨意擠壓成各種形狀。正常情況下，d3O凝膠會保持松弛的狀態(tài)，一旦受到外力的高速劇烈撞擊時，分子將互相交錯并鎖在一起，變緊變硬，能將子彈或彈片的沖力減弱一半，進(jìn)而阻止它們穿透頭盔。美國滑雪隊(duì)配備了含有d30凝膠材料的運(yùn)動裝備，由于滑雪隊(duì)員的沖刺速度往往達(dá)到每小時60英里，這種凝膠材料無疑可以為他們提供足夠的安全保護(hù)。,1、d30凝膠,D3O雖像果凍，但防沖撞效果卻出奇的好,P.40/85,杜邦公司神奇的耐熱、耐低溫材料特氟隆二戰(zhàn)后迅速成為外界關(guān)注的焦點(diǎn)。媒體對特氟隆不粘東西的特性不吝溢美之詞，并暗示特氟隆未來還可以做得更好。在他們眼中，還有什么事情是特氟隆所不能做到的嗎？但在此之后，特氟隆逐漸走下神壇。不過，在科學(xué)家眼中，它仍然極具發(fā)展前景的未來材料名單中占據(jù)著一席之地。,2、特氟龍,P.41/85,在涉及超導(dǎo)體問題上，薄是開發(fā)者們追求的終極目標(biāo)。導(dǎo)電體越薄就越能散熱對許多材料來說，這一點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)槿绻訜岢^一定溫度，很多材料會失去超導(dǎo)狀態(tài)。薄還能提高材料的彈性，使薄薄的超導(dǎo)電膜成為數(shù)十種先進(jìn)高科技產(chǎn)品的主要成分。實(shí)用的超薄超導(dǎo)體曾經(jīng)被看作是代表未來的材料，它們將在未來高科技的舞臺上嶄露頭角。,3、超薄超導(dǎo)體,P.42/85,“太陽能屋頂”距離我們越來越近目前正處于測試階段。正如美國能源部國家實(shí)驗(yàn)室的發(fā)言人所言：“頗具彈性的太陽能電池板可以輕松與商業(yè)大樓和住宅的建筑風(fēng)格融為一體，并且提供足夠的電源?！背颂柲芪蓓敚ㄌ柲芷嚨壬畛Ｓ霉ぞ咭呀?jīng)開始進(jìn)入我們的視野，“全民都用清潔能源”已經(jīng)不再遙遠(yuǎn)，就讓我們期盼這一天早日到來吧。,四、太陽能電池板,P.43/85,“巴基球”是由60到100個碳原子構(gòu)成的球形籠狀中空結(jié)構(gòu)分子，其結(jié)構(gòu)與網(wǎng)格球頂類似，硬度則超過鉆石。之所以被稱之為“巴基球”是為了紀(jì)念已故建筑界幻想家巴克明斯特富勒。現(xiàn)在，科學(xué)家已能夠?qū)⑵渌忧度氚突?，使其成為更為?qiáng)大的“載運(yùn)者”。隨著研究的進(jìn)一步深入，直接將納米強(qiáng)效藥送入體內(nèi)腫瘤將成為一種可能。不僅如此，巴基球的技術(shù)還將進(jìn)入軍事領(lǐng)域。據(jù)美國媒體透露，美國國防科技研究所已經(jīng)成功的完成了“巴基球材料”的第一個實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，這種材料制成的戰(zhàn)機(jī)外殼比鋼鐵硬上500倍。,五、巴基球,P.44/85,隱身衣一直是人類的夢想,電影中的隱聲裝置,六、隱形材料和隱聲材料,P.45/85,喝過裝在透明鋁罐子里的可樂嗎？用過透明的錫箔紙包燉熟的肉嗎？對于這兩個問題，很多人一定會給出否定的答案。當(dāng)前每平方英寸透明鋁片的價格為10美元，如果價格下降，透明鋁的使用將變得更為普遍，程度上將超乎我們想象。,七、透明材料,P.46/85,使用玻璃光導(dǎo)纖維意味著，即使是一面厚度達(dá)到60英尺(約合18米)的墻其透光性也與厚度僅1英尺(約合30厘米)的玻璃墻不相上下。由于埋入了玻璃纖維陣列，它能使人看到外部世界的景色，科幻片中的神奇房屋也許離我們越來越近了。,八、透光材料,P.47/85,氣凝膠是一種泡沫玻璃，主要因其用途曾經(jīng)溫柔地捕獲“懷爾德2”號彗星發(fā)射的粒子而為人們所熟知。電影終結(jié)者3中的機(jī)器人原理就與氣凝膠相似。