人类文明史-材料发展史材料
材料与人类文明发展.doc
材料与人类文明发展材料与人类文明发展什么是材料其重要意义是什么世界是由物质构成的，材料就是人们用来制成各种机器、器件、结构等具有某种特性的物质实体。
材料是人类社会生活的物质基础，材料的发展导致时代的变迁，推动人类的物质文明和社会进步。
人类社会的发展历程,是以材料为主要标志的。
历史上，材料被视为人类社会进化的里程碑。
对材料的认识和利用的能力，决定着社会的形态和人类生活的质量。
历史学家也把材料及其器具作为划分时代的标志如石器时代、青铜器时代、铁器时代、高分子材料时代在人类即将进入知识经济的新时代，材料与能源和信息并列为现代科学技术的三大支柱、其作用和意义尤为重要。
在人类社会的发展和进步过程中．材料是一个带有时代和文明标志的基础。
人类和材料的关系非常广泛、非常密切。
也非常重要，在这点上很少能有其他领域与之相比。
其实，人类文明的发展史．就是一部学习利用材料、制造材料、创新材料的历史。
材料是人类一切生产和生活活动的物质基础，历来是生产力的标志，被看成是人类社会进步的里程碑。
对材料的认识和利用的能力，决定着社会的形态和人类生活的质量，所以人类从来没有中断过追求更好的材料，让材料具有更优异的性质或者的所未有的功能来满足人类世世代代发展中层出不穷的新的需要和追求。
所以，一部人类文明史，从某种意义上说，也可以称之为世界材料发展史。
每一种新材料的发现，每一项新材料技术的应用，都会结社会生产和人类的生活带来巨大改变，把人类社会推向前进。
在人类发展的历史长河中，材料起着举足轻重的作用，人类对材料的应用一直是社会文明进程的里程碑。
古代的石器、青铜器、铁器等的兴起和广泛利用，极大地改变了人们的生活和生产方式，对社会进步起到了关键性的推动作用，这些具体的材料石器、青铜器、铁器被历史学家作为划分某一个时代的重要标志。
如石器时代、青铜器时代、铁器时代等。
一、天然材料在人类发展史的早期阶段，直接获取的自然财富被用于满足最简单的需要。
材料发展历程与人类历史进程的关系
材料发展历程与人类历史进程的关系材料的发展历程与人类历史进程的关系1. 引言材料是人类社会发展的基础和支撑，随着社会的不断发展和进步，材料也在不断演变和升级。
在人类历史进程中，材料的发展历程扮演着重要的角色，不仅推动着人类社会的进步，也反映了人类文明的发展轨迹。
本文将从材料的发展历程入手，探讨其与人类历史进程的关系，希望能够为读者带来一番思考。
2. 原始材料时代在人类历史的早期，原始社会时期，人类主要依靠大自然提供的原始材料来生存和生活。
比如石器时代的石头、木器时代的木材等，这些原始材料的运用直接影响着人类的生产生活水平。
原始材料时代是人类文明的起点，同时也是材料发展历程的最初阶段。
3. 金属时代随着人类文明的不断发展，金属时代的到来标志着材料的革命性进步。
金属材料的使用为人类社会带来了巨大的改变，比如青铜器的发明开启了青铜时代，铁器的使用则推动了铁器时代的到来。
金属材料的使用不仅改善了人类的生产生活条件，也催生了手工业的发展和贸易的繁荣，进而推动了人类社会的向前发展。
4. 工业革命与新材料时代工业革命的到来彻底改变了人类社会的生产方式和生活方式，同时也为新材料时代的到来奠定了基础。
在工业革命之后，随着科学技术的不断发展，新材料的不断涌现，比如塑料、合金、陶瓷等，这些新材料的应用大大提高了人类社会的生产效率和生活品质，为人类社会的迅速发展做出了巨大的贡献。
5. 当代材料与科技进步当今社会，随着科学技术的不断进步，各种新型材料不断涌现，比如纳米材料、生物材料、功能性材料等，这些材料的应用不仅满足了人类社会发展的需求，也为人类社会带来了巨大的创新和发展机遇。
当代材料的研发与应用也影响着人类社会的可持续发展和未来走向，因此当代材料的发展，成为了人类社会发展的重要驱动力。
6. 结语通过对材料的发展历程与人类历史进程的关系的探讨，我们可以清晰地看到，材料与人类历史进程紧密相连，它不仅是人类社会发展的产物，也是推动人类社会不断前行的推动力。
材料的发展及分类
中华民族在公元前2 700年已经开始使用青铜器了。至今已有约5 000年 的历史，商周(公元前17世纪到公元前3世纪)进入了鼎盛时期，如河南安 阳出土的重达875千克的鼎、湖北隋县的编钟、西安青铜车马都充分反 映了当时中国冶金技术水平和制造工艺的高超。
通常把除金属材料之外的一切材料统称为非金属材料。非金属材料按组 成、结构特点可分为无机非金属材料和有机非金属材料两大类，两者复 合或任意一种与金属材料复合即为复合材料。每一类又可分为若干种。
无机非金属材料主要包括陶瓷及新兴的功能陶瓷、玻璃及玻璃纤维、非 金属矿物材料、水泥及其衍生物混凝土等。其中陶瓷是应用历史最悠久、 应用最广泛的非金属材料。
复合材料是20世纪后期发展起来的另一类材料。众所周知，人类很早就 开始制造复合材料，如泥巴中混入碎麻或麦秆用以建造房屋，和钢筋水 泥一样，是脆性
材料和韧性材料的复合。近几十年来，利用树脂的易成型和金属韧性好， 无机非金属的高模量、高强度、耐高温，做成了树脂基复合材料或金属 基复合材料，前者已得到广泛应用，后者因其制作困难、价格高而受到 一定限制。为了改善陶瓷的性能，也制成陶瓷基复合材料。碳是使用温 度最高的材料(可达2 500 0C )，为了克服其热震性能差，提高其力学性 能而制出的碳一碳复合材料已广泛用于军工，并扩展到民用。
随着世界文明的进步，蒸汽机、电动机相继出现，这对金属材料提出了 更高的要求，同时对钢铁冶金技术产生了更大的推动作用。
1854年和1864年先后发明了转炉和平炉炼钢，使世界钢产量有了快速 发展，如1850年世界钢产量为6万吨，1890年达2 800万吨，这大大促 进了机械制造、铁道交通及纺织工业的发展。随之电炉冶炼开始，不同 类型的特殊钢相继问世，把人类带进了现代物质文明。在此前后，铜、 铝也得到大量应用，而后镁、钦和很多稀有金属都相继被发现，从而使 金属材料在整个20世纪占据了结构材料的主导地位。人类对铜器和铁器 的应用，大大促进了社会的发展和进步。这一事实表明生产技术对社会 生产力发展的巨大推动，使社会生产力起了革命性的变化，从而加速了 人类社会发展的进程—把人类物质文明推向前进。因此，人类社会的发 展和进步都是和材料的发展分不开的。如图1-1所示。
材料科学的发展史及发展趋势
论材料科学的发展史及发展趋势(材料科学与工程学院材料科学与工程类潘勇辉 1009100131)[摘要]本文简要的介绍了材料的发展史,然后介绍了一些新材料及其发展趋势。
[关键词]材料科学发展史趋势金属材料超导材料高分子材料如今,一说到材料很多人都不会感到陌生,因为我们的生活与材料是息息相关的。
如我们造房子就需要各种各样的材料,而这些材料既有无机非金属材料(如水泥、沙子)的又有金属材料(如钢筋)的。
我们所使用的各种生活用品也是由各种材料制造而成的。
还有各个领域(如航天、航空、军事)都有材料的影子。
可以这么说,人们想要发展,那就必须先发展材料科学。
在人类社会的发展过程中,材料的发展水平始终是时代进步和社会文明的标志,人类文明的发展史,就是一部如何更好地利用材料和创造材料的历史。
在当代,材料和能源、信息是构成社会文明和国民经济的三大支柱,其中材料更是科学技术发展的物质基础和技术先导。
材料科学与工程是一门实用的、直接的科学与技术,是研究材料的组成与结构、合成与制备.性质及使用性能等基本要素及其相互关系与制约规律的一门科学。
涵盖高分子材料与工程无机非金属材料工程等本科专业。
改革开放后,20 世纪 70 年代末至 90 年代,随着经济、社会和科学的发展,各种新材料的出现和广泛应用,计算机技术的发展,材料科学与材料工程之间的界线开始模糊,几大材料之间有了更多的内在联系和共性。
各学科之间的相互交叉、渗透、借鉴,材料科学技术迅速发展。
所以为了更好地学习和研究材料,我们很有必要学习一下材料科学的发展史,并了解一下材料科学今后的发展趋势。
1一、材料科学发展史人类社会的发展历程,是以材料为主要标志的。
历史上,材料被视为人类社会进化的里程碑。
对材料的认识和利用的能力,决定着社会的形态和人类生活的质量。
材料是人类生活和生产的物质基础,是人类认识自然和改造自然的工具。
可以这样说,自从人类一出现就开始了使用材料。
材料的历史与人类史一样久远。
青铜材料与人类文明
青铜材料与人类文明青铜材料与人类文明的发展史，其有足够的理由代表人类文明的发展史。
历史学家把某一材料的特征及其广泛应用作为人类文明史的各个标志。
从源远流长的青铜材料出发，详细阐述了青铜材料的发展历程和各时期特点，并以四羊方尊和散氏盘为例，深刻剖析了青铜材料对于推动人类文明进步的历史意义。
青铜材料；四羊青铜方尊；散氏盘；铭文古往今来，青铜器一直被誉为人类文明的助推器。
中国古代青铜器源远流长，绚丽璀灿，有着永恒的历史价值与艺术价值。
青铜艺术作为我国古代文化遗产中的一个主要部分，其发展历史对于推进我们文明历史的发展具有重要意义。
青铜是铜和锡的合金，含锡量约占5%～10%。
这种合金有很好的铸造性，以及很高的耐腐蚀性。
在海水、稀硫酸、氢氧化钠溶液，很稀的碳酸钠溶液中化学稳定性很强。
因此青铜的发展在我国古代材料发展史上有重要地位。
青铜器的发展主要分为育成期、鼎盛期、转变期、更新器和衰退期。
育成期为商代盘庚迁殷以前；鼎盛期是从殷墟期到西周昭王，这时候达到了青铜艺术的第一个高峰；从西周中期以后到春秋早期，这是青铜艺术的转变抽象时期；更新时期是春秋中期到战国，这是青铜器发展的又一个高峰；青铜器在两汉之后衰退。
殷商的青铜器特征，形体庞大、器壁厚实、体量厚重、雕琢繁复，器物方整、静穆、无动势，气象威严。
西周中期开始的礼化时期，青铜器的设计风格有了显著的变化，强调条理化、秩序化、系列化，以适应青铜器功能礼制化的需要。
春秋战国时期青铜器的主要特点是：①列国器物大量出现。
西周的有铭青铜器属周王室和王臣制作的占大多数，诸侯国的为数甚少。
②地域风格的形成。
大体上呈现以三晋为中心的中原、以秦国为中心的西方和以楚国为中心的南方三足鼎立的格局③各地区之间逐渐交流。
④铸造技术的长足进步。
器物制作方面主要体现在合范法铸造的高度发达、失蜡法的应用、模印法制范、镶嵌工艺的普遍流行，以及兵器的表面处理技术等。
我们对于青铜器最初的认识可能都是从历史课本中了解到的四羊方尊开始的。
高分子材料学经典教材
多分散性的描述：分布曲线法、分散系数HI法。
▲常见三大合成材料的相对分子质量范围
塑料
高密度聚乙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 聚碳酸酯
相对分子质量
6～30万 5～15万 10～30万 2～6万
橡胶
天然橡胶 丁苯橡胶 顺丁橡胶 氯丁橡胶
从上面所叙述材料的发展可 以看到，科学发展是无止境的， 一时的满足和安于现状就会导致 落后，不断进取、不断创新才更 有所作为。
人类需求是推动科学发展的 动力。
绪论
一、高聚物的基本概论 ●高聚物
高聚物（high polymer）是高分子化合物（macromolecular compound）的简称，是由 成千上万个原子通过化学键连接而成的高分子（macromolecule）所组成的化合物。
第一章：绪 论 高分子材料学简介
人类的文明史=材料的发展史
材料包括： 金属材料 无机非金属材料
有机高分子材料
复合材料
INTRODUCTION
• Advancement in technology is directly associated with the development of new materials
Man-made (Synthetic) Macromolecules
1839 Elastic property improvement of natural rubber by vulcanization
1870 Commercialization of celluloid (75% cellulose nitrate + 25% camphor)
材料的发展是人类文明的里程碑
材料的发展是人类文明的里程碑材料是人类生产轰动和生活必需的物质基础，人类社会的发展离不开材料。
材料是人类进步的里程碑，时代发展需要材料，而材料又推动时代的发展，所以人们把材料视为现代化文明的支柱之一。
材料是什么？材料是宇宙间可用于制造有用物品的物质。
材料是物质，但不是所有物质都可以成为材料，只有当一种物质具有可供利用的性质，而且可以被制造成有用的物品时才成为材料。
自古以来，人类文明的进步都是以材料的发展为标志的。
人类的历史也是按制造生产工具所用材料的种类划分的，由史前时期的石器时代，经过青铜器时代，铁器时代，而今正跨入人工合成材料的新时代。
材料是人类生活和生产的物质基础，是人类认识自然和改造自然的工具。
可以这样说，自从人类一出现就开始了使用材料。
材料的历史与人类史一样久远。
材料也是人类进化的标志之一，任何工程技术都离不开材料的设计和制造工艺，一种新材料的出现，必将支持和促进当时文明的发展和技术的进步。
从人类的出现到20世纪的今天，人类的文明程度不断提高，材料及材料科学也在不断发展。
纵观人类发展的历史，可以清楚地看到，每一种重要材料的发现和利用，都会把人类利用和改造自然地能力提高到一个新的水平，给社会生产和人类生活带来巨大的变化。
人类发展的历史证明，材料是人类文明进步的里程碑。
人类社会的发展历程，是以材料为主要标志的。
100万年以前，原始人以石头作为工具，称旧石器时代。
1万年以前，人类对石器进行加工，使之成为器皿和精致的工具，从而进入新石器时代。
新石器时代后期，出现了利用粘土烧制的陶器。
人类在寻找石器过程中认识了矿石，并在烧陶生产中发展了冶铜术，开创了冶金技术。
公元前5000年，人类进入青铜器时代。
公元前1200年，人类开始使用铸铁，从而进入了铁器时代。
随着技术的进步，又发展了钢的制造技术。
18世纪，钢铁工业的发展，成为产业革命的重要内容和物质基础。
19世纪中叶，现代平炉和转炉炼钢技术的出现，使人类真正进入了钢铁时代。
材料概论练习题答案 1
材料概论练习题答案 1材料概论练习题答案-1介绍1.什么是材料？答：材料由若干相互作用的元素按一定比例组成，具有一定的结构水平和一定的性能，可用于制造商品、装置、部件、机器或其他产品。
2.人类文明史与材料发展之间的关系？答：材料是人类文明的里程碑;材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础；人类的历史曾以使用的主要材料来加以划分。
3.根据成分和结构特征，可以划分哪些类型的材料？无机非金属材料水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料金属材料黑色、有色、特殊金属材料、聚合物材料塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂复合材料金属基、陶瓷基、树脂基、碳-碳材料4材料科学和工程的概念？答：材料科学与工程是关于材料成分、结构、工艺和它们性能与应用之间有关知识开发和应用的科学。
它是一个多学科的交叉领域，是从科学到工程的一个专业连续领域。
同时材料科学与工程学科以数学、力学及物理、化学自然科学为基础，以工程学科为服务和支撑对象，是一个理工结合、多学科交叉的新兴学科，其研究领域涉及自然科学、应用科学和工程学。
5.日本专家岛村昭治将材料的发展历史划分为哪五代？答：旧石器时代新石器时代青铜器时代铁器时代高分子材料和硅材料的时代第2章MSE的四个基本要素1.材料科学与工程的四个要素是什么？答：成分、结构、合成和加工、性质/性能2.什么是材料的化学组成？相的概念？材料相的组成？答：材料的化学成分：构成材料的最基本、最独立的物质可以是纯元素或稳定的化合物，以及它们的类型和数量；相：材料中具有相同化学成分和相同结构的均匀部分称为相；组成材料的相的类型和数量称为相组成3材料的结构是什么？答：材料的结构是指材料的组元及其排列和运动方式。
包含形貌、化学成分、相组成、晶体结构和缺陷等内涵。
材料的结构决定材料的性能4.材料的合成的概念？材料加工的概念？答：合成：通常指用物理和化学方法将原子和分子结合起来制造新材料。
合成是发现固体中新的化学和物理现象的主要来源。
加工：这里所指的是成型加工，除了上述为生产出有用材料对原子和分子控制外，还包括在较大尺度上的改变，有时也包括材料制造等工程方面的问题合成与加工是指建立原子、分子和分子聚集体的新排列，在从原子尺度到宏观尺度的所有尺度上对结构进行控制以及高效而有竞争力地制造材料和零件的演变过程5.材料的性能、材料的功能以及材料使用性能的含义？答：材料性能：合成和加工是指建立原子、分子和分子聚集体的新排列，从原子尺度到宏观尺度的所有尺度上的结构控制，以及高效、有竞争力地制造材料和零件的进化过程；材料的功能：指当一种材料（材料）对应于一个输入信号，或其中一些材料将产生一定的输出，即可以产生另一种效果时，质量或数量的变化。
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桥梁
结构
Microstructure
分子运动
性能
properties
分子量与分子量分布
影响 因素
人类的文明史-材料的发展史材料
3
第四章 高聚物的分子量
本章6学时
人类的文明史-材料的发展史材料
4
本章内容、重点及要求：
➢ 教学内容：聚合物的分子量及分子量分布；分子量及 分子量分布的测试方法。
➢ 主要掌握：各种平均分子量的统计意义和表达式； 重点掌握端基分析法、气相渗透法、粘度 法、凝胶色谱法的基本原理和测试方法；
人类的文明史-材料的发展史材料
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聚合物分子量特点
聚合物 分子量 特点
(1) 聚合物分子量比低分子大几个数量极， 一般在103~107之间
(2) 除了有限的几种蛋白质高分子外，聚 合物分子量是不均一的，具有多分散性。
聚合物的分子量描述需给出分子量的统 计平均值和试样的分子量分布
人类的文明史-材料的发展史材料
niMi
Mn i
ni
NiMi
i
i
wiMi
i
M w w 人类的文明史-材i料的发i 展史材料i
WiMi
Mi ni wi
wi niMi
10
1、数均相对摩尔质量
定义：按分子数统计平均的相对摩尔质量 称为数均相对摩尔质量
也可写成：
人类的文明史-材料的发展史材料
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2、重均相对摩尔质量
定义：按重量统计平均的相对摩尔质量称 为重均相对摩尔质量
➢ 教学目的：通过本章的学习，全面理解和掌握各种统 计平均分子量和分子量分布的意义、表达式和分析测 试方法及测试基本原理。
人类的文明史-材料的发展史材料
5
第一节 高聚物分子量的统计意义
过去：Molecular weight 分子量 现在：Relative molecular mass 相对摩尔质量
< ，即
各种分子量的关系 Mz MwMMn
人类的文明史-材料的发展史材料
15
几种分子量的关系
ni n
i
wi w
i
ni n
Ni
wi w
Wi
i
Ni
i
ni i ni n1 nnn
i
Wi
i
wi i wi w1 www
人类的文明史-材料的发展史材料
16
二、平均分子量与分布函数
分子量分布的连续函数表示
wiMi
Mw i
wi
WiMi
i
i
人类的文明史-材料的发展史材料
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3、Z均相对摩尔质量
按Z值统计平均的相对摩尔质量称为Z均相对 摩尔质量，定义为：
ziMi
wiMi2
WiMi2
Mz i
i
i
zi
wiMi
WiMi
i
i
i
Zi Miwi
人类的文明史-材料的发展史材料
13
4、(Z+1)均相对摩尔质量
n(M)dMn
n(M)为聚合物分子量按数量的分布函数
0
w(M)dMw w(M)为聚合物分子量按质量的分布函数
0
0 N(M)dM1
N(M)为聚合物分子量按数量分数的分布 函数(微分分布函数），或称归一化数 量分布函数
W(M)为聚合物分子量按质量分数的分
W(M)dM1 布函数(微分分布函数） ，或称归一化
人类的文明史-材料的发展史材料
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三、相对摩尔质量分布宽度
多分散试样 单分散试样 分布宽度指数(2 ) 多分散性系数(d)
描述分子量分布宽度的 两个重要指标
人类的文明史-材料的发展史材料
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多分散试样
Mz MwMMn
图4-1 分子量分布曲线和各 种统 计平均分子量
人类的文明史-材料的发展史材料221、分布宽度指数(2)
同理有：
❖如果相对摩尔质量均一，则 ＝
▪相对摩尔质量均一的试样， ＝ ＝ ＝
▪相对摩尔质量不均一的试样，
>>
>
人类的文明史-材料的发展史材料
23
2、多分散系数
多分散性系数(d)：描述聚合物试样相对 摩尔质量多分散程度。
❖d 是一个相对量，适合于平均相对摩尔质量相 同或不相同聚合物试样之间多分散程度的比较
0
人类的质文量明分史-材布料函的数发展。史材料
17
用连续函数表示各种平均分子量
（1） 数均分子量
Mn N(M)MdM 0
（2） 重均分子量 （3） Z均分子量 （4） 粘均分子量
Mw W(M)MdM 0
W(M)M2d(M)
Mz
0
0 W(M)Md(M)
M (W (M )M dM )1/ 0
20
单分散试样
d=1
Mz MwMn
阴离子聚合试样
人类的文明史-材料的发展史材料
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1、分布宽度指数(1)
➢分布宽度指数：是指试样中各个相对摩尔质
量与平均相对摩尔质量之间的差值平方的平均 值。
❖试样是均一的，则 ＝0，Mw＝Mn；
❖试样是不均一的，则 >0 ；并且不均一程度越大， 则 数值越大
人类的文明史-材料的发展史材料
按(Z+1)值统计平均的相对摩尔质量称 为(Z+1)均相对摩尔质量，定义为
人类的文明史-材料的发展史材料
14
5、粘均相对摩尔质量
用稀溶液粘度法测得的平均相对摩尔质 量为粘均相对摩尔质量，定义为：
为Mark-Houwink方程中的参数，当＝1时， ＝ ； 当＝-1时， ＝
通常的数值在0.5～1.0之间，因此 < 介于 和 之间，更接近于
人类的文明史-材料的发展史材料
6
第一节 高聚物分子量的统计意义
聚合物的相对摩尔质量及其分布是高分 子材料最基本的参数之一，它与高分子 材料的使用性能与加工性能密切相关。
➢ 相对摩尔质量太低，材料的机械强度和韧性都 很差，没有应用价值。
➢ 相对摩尔质量太高熔体粘度增加，给加工成型 造成困难，因此聚合物的分子量一般控制在 103～107之间。
人类的文明史 ==材料的发展史
材料包括：
无机非金属材料
有机高分子材料
复合材料
人类的文明史-材料的发展史材料
1
高分子科学与工程 的三个基础性分支学科
高分子化学
高分子物理
（结构与性能关系研究） 高分子工程
（聚合反应工程和高分子成型）
人类的文明史-材料的发展史材料
2
高聚物结构与性能的关系是 高分子物理研究的基本内容
人类的文明史-材料的发展史材料
24
3 分布宽度指数与多分散系数的关系
n2
2
Mn(dn1)
8
一、常用的统计平均相对摩尔质量
1、数均相对摩尔质量 2、重均相对摩尔质量 3、Z均相对摩尔质量 4、(Z+1)均相对摩尔质量 5、粘均相对摩尔质量
人类的文明史-材料的发展史材料
9
聚合物分子链
第i种分子的分子量 摩尔数 第i种分子的重量
M1 n1 w1
M2 … n2 … w2 …
数均分子量 重均分子量