第二單元 材料發展史及人類的文明史

人之所以異於禽於獸者幾希 人與動物的差異?? 大腦、智商……… 使用工具? 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

材料在人類史上的時序 300萬年以前的木頭 150萬年以前的石頭 1萬年以前的陶瓷 5000年以前的金屬 100年以前的塑膠 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

材料的成分可分為三個階段 分離型：單一材料，即金屬是金屬，陶瓷就是陶瓷 混合型：兩種以上材料組成，各保有特性。如合金 融合型：多種材質合成，無法分辨各別差異及特性。如SiAlON(賽隆) 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

人類使用的三大材料 金屬材料：是最基礎的材料 陶瓷材料：最早使用的材料，也是人類製造的第一種非自然材料。 高分子材料：發展最快速、應用最廣 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

什麼是材料科技? 科技始終來自於人性 性質 性能 製程 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

有了新晶片科技　手機就是影像投影機 美國德州儀器公司（Texas Instruments Inc.）推出新版迷你投影機科技，預期在照相手機如此普遍的今天，這項科技將成為下一個熱門商品。 儘管整體通信市場萎縮，晶片生產巨擘德州儀器仍看準行動上網、視訊等功能的市場成長潛力。 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

南韓三星推出世界第一支太陽能手機 三星公司（Samsung）今天在此間的通訊展上公開展示世界上第一支以太陽能為動力的手機，它希望藉著推出這種新科技的手機，在全球能源危機下，引發人們的新需求。 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

主婦煮菜的困擾？ 沾鍋 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

鍋底塗層：正確使用及細心保養才能夠延長使用壽命，否則容易造成脫漆現象。 「烤漆」 陽極處理 鍍「鐵弗龍」 」 鍍「鈦陶」 鍍「瓷釉」 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

奈米溫控瓷化炒菜鍋、遠紅外線陶瓷不沾鍋第二代新產品 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

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廢樹枝製鉛筆 獨特又環保 南投上安村民突發奇想，把樹枝做成鉛筆，成了造型獨特的特產，也讓外地遊客更認識當地的青梅產業。 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

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材料科技的發展階段 1 2 3 5 4 石頭、獸骨、木材 燒陶、冶金 形態記憶金屬 合金、塑鋼 光致變色材料 塑膠 超導材料 半導體材料 光纖

一：純天然材料 天然材料為工具，包括獸皮、甲骨、魚 骨、羽毛、樹木、草葉、石塊、泥土等 相當於考古學家所謂的舊石器時代 2017/2/25 http://tupian.hudong.com/a0_35_40_01300000260386122622406643932_jpg.html 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

二：利用火來加工製造材料 此階段：橫跨新石器時代、銅器時代和鐵器時代 人類利用火來對天然材料進行煆燒、冶煉和加工的時代 天然的礦土燒製成陶器、磚瓦和陶瓷 天然礦石中提煉出不同的金屬材料如銅、鐵 銅、鐵加工製成農具、兵器及飾物 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

三：合成自然界中原先不存在的材料 以合成高分子材料為開端 (100年前) 塑膠、人造纖維 合成了一系列的合金材料 鋼、鋁鎂合金、鈦合金 無機非金屬材料。 超導材料 半導體材料 光纖 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

超導體兩大特性 1.零 電 阻 2.反 磁 性 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

四：材料的複合化 將不同性質的材料結合在一起而形成了新的材料 黏土泥漿中摻入稻草 、灰泥中加入馬鬃，來提高材料的強度及韌性 鋼筋水泥 塑鋼、玻璃鋼、鋁塑薄膜、梯度功能材料 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

五：材料的智慧化階段-1 「智慧材料」是指材料能夠感測週遭環境的改變，然後以事先決定的行為對這些改變作一反應 (變色龍1‘30’‘) 「智慧材料」是指材料能夠感測週遭環境的改變，然後以事先決定的行為對這些改變作一反應 (變色龍1‘30’‘) 自然界 有很多材料具有這些功能(如含羞草、豬笼草 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

材料的智慧化階段-2 形態記憶合金 壓電陶瓷 光致變色玻璃 自動變色太陽眼鏡 廣泛應用于日常生活用品、辦公家庭自動化裝置、檢測儀器儀表、通訊、報警等自動化系統中，如：點火器、耳機、玩具、鐘表、電話、傳真機、微波爐、萬用表、手機、煙霧器、防盜鎖等。 光致變色玻璃 自動變色太陽眼鏡 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

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六：材料的生態化 「綠色材料」 的緣起 1988年的第一屆國際材料科學研討會上，之後由日本國際知名的材料科學家山本良一（Yamamoto）於1990年正式提出「環境意識材料」構想 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系 環保型新材料2

「綠色材料」的新趨勢 材料的發展不再只強調其功能性，更要環境永續化 不單單強調功能，更注意到如何在材料的開採、製造、使用、甚至廢棄物處理的階段，不造成自然的負擔，達成地球永續經營的理念 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

綠色材料的定義 綠色材料（Green Materials）又稱「環境材料」或「生態材料」(Ecomaterials），用以指稱那些具有最小的「環境負荷」和最大的「再生及再利用能力」的材料，即可以在最大範圍內節約資源和能源，減少和防止環境污染，容易回收、再利用，丟棄後易於自然降解，並回歸自然的材料 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系 石頭造紙 5’

綠色材料的發展方向 材料生態化 促進生態優質化材料 綠色能源材料 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系 布花園

材料發展史 (總結) -1 天然的產物，例如石塊和在自然界可發現的金 屬。(石器時代) 天然的產物經過物理和化學的加工，施以提煉 和改造，如把石灰石塊燒成石灰，從金屬礦石 提煉金屬。(陶器時代 、銅器時代 、鐵器時 代 ) 化學加工和合成，創造出新的、自然界不存在 的物質，例如利用煤、石油等做原料，製成塑 膠、人造纖維、人造橡膠 等。(高分子時代、 石油時代) 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

材料發展史(總結) -2 複合材料的時代將不同的材料混合而得到新的 材料特性，例如： A. 金屬、超合金材料、高級複合材料的突破， 才 有今天的航太工業、核能工業及便捷的運 輸系統。 B. 矽半導體的發現與半導體的技術，怎麼會有 今天這麼蓬勃的電子工業？ C. 高溫超導材料出來的時候，將會在二十一世 紀引起另一次的革命。而 一個新的工業革命 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

材料發展史(總結) -3 材料的智慧化時代是使材料能夠感測週遭環境的改變，然後以事先決定的行為對這些改變作一反應，例如： A. 型態記憶合金 B. 壓電陶瓷、焦電陶瓷…… C. 光致變色玻璃 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

材料發展史(總結) -4 材料的生態化是使材料具有最小的「環境負荷」和最大的「再生及再利用能力」 ，例如： A.環境相容材料 B.可回收再利用材料 C.生物分解材料 D.綠色能源材料 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

任何工具都由多種不同的材料組成 大到輪船，小到名片型電子計算器，打火機等，都要用到許多種不同的材料才能製成 一輛汽車含有哪些不同的材料？ 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

以汽車為例 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

人類文明史與材料發展的關係 人類在漫長的歷史中，在日常生活上使用著各式各樣的器皿和工具，尋找製造這些器皿和工具的材料。 有史以來，人類就與材料發生密切的關係，而文明的進步，更直接受到材料發展的影響。 人類的文明進化史，就是一部材料使用史 ，新材料的發展往往主導著歷史向前推進的潮流 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

人類的文明史 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

人類的文明史 石器時代 陶器時代 銅器時代 鐵器時代 多元化材料的時代 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

石器時代 利用原始的材料為生活工具，例如：石器、魚骨頭等 卑南新石器文化時期先民的墓葬區和住宅區；目前已挖出的石棺超出400具,並發覺出台灣第一史前人類住屋，而出土的玉器、石器、陶器更不計其數。 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

卑南遺址 以三千年前卑南聚落為例 有房子的遺跡、陶罐、石 板棺等，是全台灣出土石 板棺最多的地方，也是出 土古代玉器最豐富的地方 空間除了住家以外，還包 括庭院、圍牆、通道以及 穀倉、儲藏食物的石窖， 而屋內地面以下埋葬親 人的棺墓。 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

新舊石器時代的比較表 舊石器時代 新石器時代 開始時間 距今五十餘萬年 據今至少八千年 物器 石器 以打製為主 以磨製為主 陶器 無 有 重要發明 已知用火 已有農業活動 生 活 食 以狩獵、採取野生果實為生／採食 開始農業生活、飼養家畜／產食 衣 有骨針，已有縫紉能力 以絲、麻縫製衣服 住 天然山洞 半地穴式建築，已有村落 特 徵 已知用火 、已有縫紉能力、有初步社會組織、有信仰未來觀念 農業開始 、村落形成、飼養家畜、製作陶器 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

陶器時代 希臘語『一切黏土所製成，然後用火或 熱變硬的器物』 泥土製成、滲水成形、空氣中乾燥、用 火使之耐久 類似烘焙製麵包步驟、即研磨、用水混 合、捏合、成形、乾燥 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

最早的土陶器 火的發現和普遍使用後的偶發事件 人們由枝條編織、外面塗抹泥土的容器，偶然掉進火裡、發現枝條燒掉了、泥殼燒成了硬質的器皿 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

土陶器-世界上第一種人造材料 製出的陶器，盛裝液體的容器和煮食物的陶罐 吃不完的東西有了儲存的地方 便於人們定居 進一步發展農牧業 劃時代之偉大發明 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

釉的發明 塗在陶坯表面，經過燒煉，變成像玻璃樣又光又滑 一種矽酸鹽混合物 按比例調配後，在高溫中熔融而被覆在坯體表面、形成一層有光澤而類似玻璃質的物質 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

瓷器 純淨的黏土（又叫瓷土、高嶺土）和石英、長石等原料配成泥漿，作成毛坯 、燒好粗坯，再上釉 在一千三百度左右高溫下，經過複雜的化學變化，同釉密切的結合而成 質地細緻，半透明，不吸水 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

瓷器的發明 中國人對人類文明的偉大貢獻之一 歷史學家杜蘭在『世界文明史』謂『中國及瓷器』『China vs. china』 智慧的追求、美的熱愛 ----兼備『美』和『用』 ----最初的陶製品，目的僅為實用------儲水、運水 ----後來又將其作為禮器、明器，使用的範圍愈加廣泛 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

中國陶瓷器的演進史 漢朝 炊具類----鬲、鼎、缽 容器類----甕、瓶、罐、壺、瓿 飲食用----罐、盆、杯、豆、爵、觚 酒器----觚、爵 溺器---- 壺之類 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

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中國陶瓷器的演進史-秦朝 李斯傳中有載：『瓦器也，秦人鼓之以節樂』----陶器功能的另一項突破 兵馬俑----秦始皇陵發掘出土 A陶塑俑多達七千餘件 B陶馬俑有五百餘匹 C陶塑工藝的卓越成就，在技法上係採用模型塑製結合的方式完成 D兵馬俑的燒製，火候均勻，色澤純一，硬度大、不裂、不變形，充分顯示了燒窯技術的高水準 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

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中國陶瓷器的演進史-唐朝 唐三彩----一種低溫鉛釉的陶器 往往採用二次燒成法，第一次素燒，溫度約在攝氏一千度左右，燒成坯胎；第二次在素胎上施釉，另行釉燒而溫度八百度 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

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景德鎮的磁器 遠自漢代就燒造陶器，相延不絕 宋代景德年間技術和經驗有了累積和進步 當地的土質細白，產品逐漸受到人們的喜愛和重視 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

琉璃工房 1988年張藝、楊惠珊、王俠軍在淡水成立 企圖以現代的藝術水晶技術，創造深具中國特色的水晶玻璃 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

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Glass 琉璃 玻璃 琉璃----漂亮有顏色的水晶玻璃 玻璃的製造技術可能源自西亞(在西元前三千年前)，後傳入中國。 分為兩種 (a)鹼金屬(含有鈉或鉀)的，(b)鉛玻璃。 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

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銅器時代 銅製武器出現，原始共同體崩潰，支配廣大區域的國家隨之誕生； 「國家」征服了其他部落，役使奴隸從事生產，奴隸制國家誕生。 以史為鏡，可知興替， 以人為鏡，可明得失， 以銅為鏡，可正衣冠。 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

青銅 銅和錫的合金 加入錫使銅的熔點下降﹑合金硬度提高 銅錫適當比例 →合乎實用的成品 →長期摸索獲致的成果 青銅製品 鐘、鼎、斧斤、戈戟、大刀、殺矢 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

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銅器時代先於鐵器時代 地表上發現天然銅及易開採的銅礦 銅熔點低，技術層次比較容易處理 銅：熔點1083℃，可塑性佳、錫：熔點232℃ 85% Cu，15% Sn：熔點960℃，延展性增加，硬度增加，具光澤度 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

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金屬的優點 常溫的剛強度 紅熱時可鍛鍊成形 熔融後的鑄造性 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

鐵器時代 鐵礦普遍 鐵製品：農具﹑工具﹑兵器 鐵之物理性質比銅優異 鐵的冶煉技術較銅為困難 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

鋼鐵的種類 鑄鐵：含碳2.5~4.5% 不適於展延﹑鍛接 適於鑄造器物 鍛鐵：含硫﹑磷﹑矽 質強韌 具延性﹑展性 可鍛造﹑焊接成種種器物 鋼鐵：質強而韌 適當熱處理下，可改變硬度﹑脆度 製刀劍﹑槍炮﹑甲板﹑鐵軌﹑機械﹑建築材料 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

改變鋼鐵的強度 鋼是鐵與碳結合成合金 鋼鐵強化的三種方式：加工硬化、添加合金元素、熱處理 寶劍←熱處理、碳含量的控制 2017/2/25 鋼鐵強化的三種方式：加工硬化、添加合金元素、熱處理　 寶劍←熱處理、碳含量的控制 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

轟動世界的越王劍 公元1965年12月在距紀南城七公里 處的一座楚國古墓中，出土了一把裝在黑色漆木 鞘內的銅劍，「肱劍出鞘，寒光閃閃，毫無鏽蝕 ，刃薄鋒利，試之以紙，二十餘層一劃而破。劍全長55.6釐米，劍格寬5釐米，劍身滿飾黑色菱 形幾何暗花紋，劍格正面和反面還分別用藍色玻 璃和綠松石鑲嵌成美麗的紋飾，劍身以絲線纏縛 ，劍首向外翻卷作圓箍形，內鑄有極其精細的十 一道同心圓圈。」劍身有八個字：「越王句踐自作用劍」。 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

越王句踐劍 句踐是春秋戰國之際之際越國的國君（公元前496～前465年）。 這把劍在地下埋藏了二千三百多年，依然這樣完好，真是奇蹟。 此劍幾次在國外展出，所到之處皆為之轟動。 「越王句踐劍」千年不銹的原因在於劍身上鍍上了一層含鉻的金屬。鉻是一種極耐腐蝕的稀有金屬，地球岩石中含鉻量很低，提煉十分不易。而且鉻還相當耐高溫，熔點大約在攝氏1907度。 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

越王句踐劍 　在春秋戰國之交，吳有干將，越有歐冶子，是鑄劍專家，他們是同學，共同學藝。 他們造出許多著名的寶劍，因其鋒利無比，故後世一些鋒利武器，往往以他們的名字來命名 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

越王句踐劍 吳王闔閭請干將造兩把劍，一名干將，一名莫邪，莫邪是干將的妻子，幫助干將造劍。 　　干將造劍時，首先採集優質鐵礦石和銅礦石，選擇合適的地方建造熔爐，在氣候適當的時 候投料熔煉。開始一段時間，爐內的金屬流不出來，干將不知什麼原因，很著急！莫邪說： 國王知道你是天下著名的鑄劍家，現在國王叫你造劍，三個月還造不成一把，國王會以為 你是故意的。 　　干將說：我也不知道什麼原因。 　　莫邪說：作成神奇之物，須人而成。現在你造劍，是不是因為未得其人而造不成呢？ 　　 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

越王句踐劍 干將說：以前我的老師造劍，銅鐵在爐內流不出來，他們夫妻一起跳入爐中，然後才造成劍。 自那以後，凡是開礦冶鑄的，都披麻帶孝，然後才敢於開爐冶煉。我現在造不成劍，是否也 是這個原因？ 莫邪說：老師知道犧牲自己以成劍，我們有什麼難的？ 於是干將妻乃斷髮剪爪（指甲），投入爐中。使童女童男三百人鼓橐〔音ㄊㄨㄛˊ〕 （風機）裝炭，金鐵乃濡（潤濕流動），遂以成劍，陽曰干將，陰曰莫邪，陽作龜紋， 陰作漫理。干將匿其陽（藏起一把），出其陰而獻之，闔閭甚重。（《吳越春秋．闔閭內傳》） 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

鐵器生產製造←→社會的影響 農具，如鐵梨﹑臿﹑鋤﹑鐮﹑錘 →耕種技術產生根本變化 工具的利用 →工藝技術﹑藝術的新風格 　農具，如鐵梨﹑臿﹑鋤﹑鐮﹑錘 →耕種技術產生根本變化 　工具的利用 →工藝技術﹑藝術的新風格 　兵器如刀﹑劍﹑矢﹑鏃的改用鐵器 　→改變戰爭思想，殺傷力的威勢 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

[賢明的祖先]--＞[不才的子孫]... 當苦難的中國仍沈淪於爭權奪利的刀光劍影中，西方的船堅砲利已逐漸展露頭角， 材料技術的精進、大件鋼製品因應而生。 以鐵達尼號（1912/4/15沉船）和巴黎鐵塔（1887年落成前 ）為例都是百年鋼製品建築，我們豈可仍然夜郎自大 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系

巴黎鐵塔 2017/2/25 輔英科技大學應用化學與材料科學系