材料与人类 在人类的生活和生产中，材料是必需的物质基础。新材料的使用对人类历史的发展起了重要的作用。20世纪70年代人们曾把材料、信息、能源归纳为现代文明的三大支柱，现在又预言新的技术革命即将来临，并且把信息技术、生物技术和新型材料作为这次革命的重要标志。

材料－人类社会文明大厦的基石 金属材料－－长盛不衰 金属材料与人类文明 从神秘的形状记忆合金到未来能源材料之星－－储氢合金 古老的陶瓷－－旧貌换新颜 从一个古老的材料王国到现代无机材料的再度辉煌。 威力无比的先进结构陶瓷到奇妙无穷的功能陶瓷。 年轻的高分子材料－－千姿百态 20世纪新兴的材料王国－－现代生活的高分子材料 功能高分子各显神通 先进的复合材料－－巧夺天工 新型功能材料－－人类文明进步的阶梯 生物材料、信息材料、环境材料、纳米材料、能源材料和智能材料

材料科学技术几个活跃领域 1．生物材料:包括生物医用材料和仿生材料。 2．智能材料:如压电陶瓷和形状记忆合金。 3．环境材料; 4 ．纳米材料 5．功能高分子材料: 吸水性高分子、导电高分子、发光有机高分子、高分子形状记忆、高分子电解质、高分子压电、有机非线性光学材料、可降解高分子及高分子液晶等。 6．计算机模拟与材料设计: 通过计算机模拟来预测材料的结构、性能及其间的关系，从而达到材料设计，形成了一门“计算材料科学”。

料的使用与一个历史时期内生产力和 科学技术水平密切相关。一个国家材 料的品种和产量是直接衡量一个国家 的科学技术、经济发展水平的重要标 材料是人类生活和生产必需的基础，也是人类文明的物质基础，而材 料的使用与一个历史时期内生产力和 科学技术水平密切相关。一个国家材 料的品种和产量是直接衡量一个国家 的科学技术、经济发展水平的重要标 志之一。

材 料 的 发 展 历 史 金属材料 高分子材料 相对占有量 复合材料 无机非金属材料 时间 / 年 金 青铜 铁 钢 玻璃态金属 合金钢 木材 皮革 纤维 微合金钢 骨 皮胶 相对占有量 橡胶 复合材料 功能高分子 耐热合金 稻草杆砖 纸 高温高分子 赛璐珞 高强高模高分子 火石 各种基体复合材料 陶 瓷 玻璃 水泥 通用高分子 耐火材料 无机非金属材料 先进功能陶瓷 纤维增强塑料 韧性工程陶瓷 金属陶瓷 5000 公元前 公元 1000 1500 1800 1900 1940 1960 1980 1990 2000 2010 时间 / 年

现代科技与现代文明 能 源 材 料 信 息

一、材料是人类社会进步的里程碑 材料是人类文明的物质基础 ，从远古的石器时代到青铜器时代，然后再进入铁器时代，每一种新材料的出现和使用，都伴随着生产力和科学技术的发展，标志着人类文明的进步。

公元前10万年左右，原始人采用天然的石、木、竹等材料作为工具。史称“旧石器时代”。 公元前6000年，人类发明了火，逐渐可以烧制陶器，后来又在制陶的基础上又发明了瓷器。 人类在大量烧制陶瓷的实践中，熟练地掌握了高温加工技术，利用这种技术烧炼矿石，逐渐冶炼出铜及其合金青铜，后来发展到炼铁。

石 斧

青铜奔马（马踏飞燕）

湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑

湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄

河北沧州铁狮子

18世纪随着蒸气机的发明，欧洲爆发了产业革命，工业迅猛发展，推动和促进了以钢铁为中心的金属材料的大规模发展 第二次世界大战后各国致力于恢复经济，发展工农业生产，对材料提出了质量轻、强度高、价格低等一系列新的要求。具有优异性能的工程塑料部分代替了金属材料，合成纤维、合成橡胶、涂料和胶粘剂等都得到了相应的发展。

进入20世纪80年代以来，在世界范围内高新技术迅猛发展，各国展开激烈的竞争，都想在生物技术、信息技术、空间技术、能源、海洋开发等领域占有一席之地。发展高新技术的关键往往是材料，因此新型材料的开发本身就成为一种高新技术。在新材料领域，近年来相继在超导材料、生物材料、纳米材料等方面取得了较大突破。

合成材料的品种很多，合成纤维、塑料、合成橡胶为常用的三大合成材料，而黏合剂、涂料也属合成材料的范畴。 有机合成材料的诞生，结束了人类只能依靠天然材料的历史。

                             “一箭双星” “神舟”5号发射

杨伟利与返回舱

欧洲的火星快车

“勇气号与机遇号

勇气和机遇号火星车传回的照片

美国“深度撞击”彗星

材料今后的发展方向 （1）从发展看，到二十一世纪，金属材料、高分子材料、 无机非金属材 料、复合材料将出现四大类工程材料平 分秋色的局面。 （2）美国认为，在先进材料、电子信息技术、生物技术三 大未来高技术领域中，先进材料中的先进陶瓷和高分 子基质材料将于今后25年内在世界上发挥重大作用， 并可能是美国在国际生产和技术竞争中保持强力地位 的关键技术领域。

（3）对新一代材料的主要要求： a. 既是结构材料又具有多种功能的材料； b. 具有感知、自我调节和反馈等能力的智能型材料； c. 制作和废弃过程中尽可能减少污染的绿色材料； d. 充分利用自然资源，能循环作用的可再生性材料； e. 少维修或不维修的长寿命材料。

2、高分子科学 研究高分子化合物合成、改性，高分子及其聚集态的结构、性能，聚合物的成型加工等内容的一门综合性学科。包括高分子化学、高分子物理、高分子工程几个领域。 高分子 工程 高分子 科学 高分子 化学 高分子 物理

高分子科学的基础。主要研究高分子化合物的分子设计、合成及改性，担负为高分子科学研究提供新生化合物、为国民经济提供新材料及合成方法的任务。 高分子化学 高分子科学的理论基础，主要研究高分子及其聚集态的结构、性能、表征以及结构与性能、结构与外场力的影响之间的相互关系，指导高分子化合物的分子设计和高聚物作为材料的合理使用。 高分子物理 研究涉及聚合反应工程、高分子成型工艺及相应的理论、方法的研究，为高分子科学与高分子工业间的衔接点。 高分子工程

高分子科学的知识框架 高分子科学 分 子 结 构 形 态 形 状 使 用 性 能 小分子化合物 高分子化合物 制品 循环利用 聚合反应工程 石油 天燃气 煤 其它 循环利用 聚合反应工程 高分子工程 聚合物成型加工 高分子科学 化学工程 …... 高 分 子 化 学 高 分 子 物 理 材料力学 流体力学 …... 有机化学 物理化学 物 理 无机化学 分析化学

二十世纪30~40年代：高分子工业和科学的创立时期 高分子工业： 塑料：PVC(1931)、PS(1934)、LDPE(1939)、ABS (1948) 橡胶：氯丁胶(1931)、丁基胶(1940)、丁苯胶(1940) 纤维：PVC(1931)、尼龙-66(1938)、PET(1941)、维纶（1948） 高分子科学： - 1932 H.Staudinger 《高分子有机化合物》出版 - 1929~40 W.H.Carthorse, P.J.Floury 缩聚反应理论 - 1932~38 W.Kuhn, K.H.Mayer 橡胶弹性理论 1935~48 H.Mark, F.R.Mayo, et al 链式聚合反应和共 聚合理论 - 1942~49 P.J.Flory, M.L.Huggins, et al 高分子溶液理论 - 40年代 Harkin-Smith-Ewart 乳液聚合理论

二十世纪50年代：现代高分子工业确立、高分子合成化学大发展时期 高分子工业： HDPE （1953~55）、PP（1955~57）、BR（1959）、 PC（1957） - 石油化工产品的80%用于高分子工业 - 塑料以两倍于钢铁的速率增长（12~15% / 年） 高分子科学： - 1953~56 Ziegler-Natta 催化剂和配位阴离子聚合 - 50年代 Szwarc 阴离子活性聚合 Kennedy 阳离子聚合 - 1957 A.Keller 获得聚乙烯单晶

二十世纪60年代：高分子物理大发展时期 高分子工业： 通用塑料：PE、PP、PVC、PS (80%)、PF、UF、PU、 UP（20%） - 工程塑料：ABS、PA、PC、PPO、POM、PBT、 合成橡胶：丁苯胶、顺丁胶、乙丙胶、异戊胶、丁基胶、 丁腈胶 - 合成纤维：PET、PAN、PP、PVA、nylon 高分子科学： - 各种热谱、力谱、电镜、IR手段的应用： 1960 高分辨率NMR、 1964 GPC的使用 - 结晶高分子、高分子粘弹性、流变学理论研究的深入

二十世纪70年代：高分子工程科学大发展时期 高分子工业： - 生产的高效化、自动化、大型化： 塑料~6000万t、橡胶~700万t、化纤~6000万t、 - 高分子合金，如HIPS - 高分子复合材料，如碳纤维增强复合材料 高分子科学： - 1971~78 白川英树等 导电高分子 - 1973 Kevlar 纤维

二十世纪末期：高分子科学的扩展与深化 高分子工业： 80年代初，三大合成材料产量超过10亿t，其中塑料 8500万t，以体积计超过钢铁的产量 - 精细高分子、功能高分子、生物医学高分子 高分子科学： - 提出分子设计概念 - 1983 O.W.Webster 基团转移聚合 - 1994 王锦山 原子（基团）转移自由基聚合

高分子科学的现况 在科学的整体发展中：高分子科学处于多种学科的交汇点上， 为其发展提供了良好的学科环境。

高分子概念的确立 * 1833年，Berzius在对鲸油的热镏油的分镏产物时，首次提出“要描述这种组成 相同但性质相异的物质，我建议称为Polymer（聚合的）物质” * 1892年，Tilden对天然橡胶裂解成分进行分离、分析，确定了异戊二烯结构式 * 1904年，Green针对纤维素是由小分子堆集而成，还是由糖基通过共价键联结 而成的讨论，提出“纤维的物理性质显示出纤维素是高分子量的物质” * 1907年，Ostwald提出分子胶体概念，并于1920年出版《胶体化学》 * 1920年，Staudinger发表《论聚合》，提出无论天然或合成高分子，其形态和 特性都可以由具有共价键连接的链式高分子结构来解释 * 1924年，Svedberg发明出超速离心机，用于血红蛋白分子量的测定 * 1932年， Staudinger发表《高分子有机化合物》，现代高分子概念获得公认

中国的高分子研究起步于二十世纪50年代，作出杰出贡献的有： 液、高分子凝聚态、有机金属导体等一些重要的研究领域。 1、理论研究 中国的高分子研究起步于二十世纪50年代，作出杰出贡献的有： 王葆仁先生：在我国高分子科学的形成、发展中进行了重要的组织工作，培 养了一大批学科骨干。 冯新德先生：在自由基聚合、氧化还原引发体系等领域开展了系统的基础研 究，并开创了国内医用高分子研究领域。 钱人元先生：对我国高分子物理的发展起了奠基作用，开拓了我国高分子溶 液、高分子凝聚态、有机金属导体等一些重要的研究领域。 何炳林先生：开拓了我国离子交换与吸附树脂的研究领域，并在将基础研究 和应用研究相结合推动产业发展方面做出富有成果的尝试。 钱保功先生：在组织高分子化学、高分子物理进行学科联合，共同开发我国 新品种橡胶研究方面做出了重要贡献。 唐敖庆先生：开展了高分子统计理论研究，在高分子化学、高分子物理理论 研究方面开创了一个重要领域。 徐 僖先生：长期开展的塑料成型研究为我国高分子成型科学基础研究的发 展起了重要奠基的推动作用。

3、研究队伍（2000年） 科学院院士12人、工程院院士4人、高级研究人员约2000人、总人数约1.5万人