新材料科技进展课件

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,1,1,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。,8/8/2024,2,传统材料与新型材料。8/20/20232,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。,8/8/2024,3,新型材料与传统材料之间没有明显的界限。传统材料,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,8/8/2024,4,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,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。,8/8/2024,5,8/20/20235,6,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,),铝,木材,石料,青铜,铸铁,钢,复合材料,碳纤维,芳香族酰胺纤维,8/8/2024,6,6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,碳素工具钢,钨钴铬硬质合金,烧结碳化钨,金属陶瓷,陶瓷,多晶金刚石,高速钢,立方氮化硼,8/8/2024,7,碳素工具钢钨钴铬硬质合金烧结碳化钨金属陶瓷陶瓷多晶金刚石高速,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,8/8/2024,8,新材料在国防建设上作用重大。例如，洛克希德公司F-117A8,电子技术的发展电视机,8/8/2024,9,电子技术的发展电视机8/20/20239,电子技术的发展手机,8/8/2024,10,电子技术的发展手机8/20/202310,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。,8/8/2024,11,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,1890,1910,1930,1950,1970,1990,2010,2030,2050,1,10,2,10,4,10,6,10,8,第一条电话,一对,12,路电话线,同轴电缆,同轴电缆与微波系统,通讯卫星,光导纤维,年,不同通讯方式的相对信息量,相对信息量,8/8/2024,12,189019101930195019701990201020,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,。,F1,赛,车,8/8/2024,13,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,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。,运动场上的材料技术,8/8/2024,14,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,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。高强的材料使得选手能够骑出更快的速度。而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。,2004,年雅典奥运会冠军车价值,9,万人民币,2004,年奥运会,-,自行车,8/8/2024,15,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,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，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，运动成绩也终于突破,6,米大关,(,布勃卡,),。所以说，运动器材的较量并不亚于赛场上运动员的较量。,在奥运会男子十项全能撑杆跳项目的比赛中，荷兰选手马蒂诺（,Eugene Martineau,）在撑起上升的瞬间突然断杆，上演了有惊无险的一幕。,2004,年奥运会,-,撑杆,8/8/2024,16,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,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。,8/8/2024,17,2004年奥运会-运动鞋采用高档PU（聚氨酯）运动鞋成为奥运,2004年奥运会-,跑道,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。,8/8/2024,18,2004年奥运会-跑道塑胶跑道厚度一般为13毫米，它弹性好、,2004年奥运会-连体泳衣,运动员的服装也有很高的科技含量，这一点在奥运会游泳池中得到了最好的印证。在本届奥运会上，风靡全球泳坛的“鲨鱼皮”泳衣则是采用聚四氟乙烯材料制成的，它的出现曾引起了较大的争议。它把材料、设计、调试的高科技全部用上，为每位运动员量身定作，据说效果非凡，水阻力比普通泳衣小,4,。,8/8/2024,19,2004年奥运会-连体泳衣运动员的服装也有很高的科技含量，这,当今世界的体育竞争实质上是科学技术的竞争，而先进的材料则是提高体育科学技术水平的重要条件之一。为了能够在接近极限的区域再有新突破，创造更好的成绩，世界各国尤其是发达国家都在不遗余力地将各种高技术、新材料应用到运动训练和体育器材上，以提高运动成绩。这在撑杆跳高运动的发展过程中得到了凸现。,8/8/2024,20,当今世界的体育竞争实质上是科学技术的竞争，而先进的材料则是提,汽车由于种种原因在不断发展：燃料短缺，空气污染，全球危机,所有这些都迫使政府对汽车行业加以控制。但是一些汽车制造商已能依仗自力，主动参与到革新重。福特,2000,与西纳给,2010,这两款由材料工程师设计的汽车将成为未来交通工具。材料科学领域给推进系统（包含内燃，气体涡轮机，及燃料电池等混合电气系统）带来发展。铝合金工艺及低阻缆线等领域的进展将使未来汽车行驶的更远，热耗减少，噪音也将比现在的汽车更小。,P2000,Synergy 2010,8/8/2024,21,汽车由于种种原因在不断发展：燃料短缺，空气污染，全球危机,车轮,取代传统车轮，一家制造公司开发出一种经久耐用的新型车轮，可以和钢或铝制车轮一决高下。这种车轮的优点可不仅仅是时髦漂亮，聚酯材料提供了优良的抗腐耐磨性能，可以有效的抑制化学物对车轮的侵蚀。,8/8/2024,22,车轮 取代传统车轮，一家制造公司开发出一种经久耐用的新型车轮,超级钢,一百多年来，钢铁一直是汽车工业的基础。你也许会说这已经没什么好发展的了，不过，你错了！,图片是几卷高强钢。这类金属将是未来汽车的中坚力量。近来，钢铁工业已经开发出一种汽车用钢，比原先的轻,24%,，而强度高,34%,。,新型钢材的优点是：,高撞击能量吸收率；高强度,-,质量比；实用新型制造工艺；可以有多种不同性能,(,寿命、防锈等）。,8/8/2024,23,超级钢 一百多年来，钢铁一直是汽车工业的基础。你也许会说这已,国家游泳中心 阳光房 外层膜上分布着密度不均的镀点，这镀点将有效的屏蔽直射入馆内的日光，起到遮光、降温的作用。水立方的这层“外衣”可保证,90,的自然光进入场馆，这样一来，每天可以享用,9,个小时的自然光。这样就大大节省了能源。,1437,块气枕,ETFE(,四氟乙烯,),制成的膜材料质量轻、强度大，由于自身的绝水性，它可以利用自然雨水完成自身清洁，是一种新兴的环保材料。犹如一个个“水泡泡”的,ETFE,膜具有较好抗压性，厚度仅如同一张纸的,ETFE,膜构成的气枕，甚至可以承受一辆汽车的重量,8/8/2024,24,国家游泳中心 阳光房 外层膜上分布着密度不均的镀点，这镀点,世界第一大穹顶建筑 国家大剧院,大剧院的屋顶是个椭圆大穹体，其壳体结构由一根根弧形钢梁组成，是目前我国跨度最大的壳体钢结构建筑。高,46.285,米，东西轴跨度,212,米、南北轴跨度,144,米，周长达,6000,多米，可罩整个北京工人体育场，为国内建筑之最。如此巨大的钢架结构中间没有一根柱子支撑，重达,6750,吨的庞然大物的稳定与安全，完全依靠自身的力学结构体系来保证。,防弹外壳不易脏,纳米自清洁玻璃,8/8/2024,25,世界第一大穹顶建筑 国家大剧院防弹外壳不易脏 纳米自清洁玻璃,我国最新一代核聚变实验装置,“,”,（,Experimental Advanced Superconducting Tokamak,）,2006,9,28,日在安徽合肥首次放电，成功获得了电流超过千安、时间近秒的高温等离子体放电。成为世界上第一个建成并正式投入运行的全超导非圆截面核聚变实验装置。稳态运行的核聚堆产生能量的方式和太阳产生能量的方式相同，都是由原子核聚变放出巨大能量，因此稳态运行的核聚变堆也被俗称为,“,人造太阳,”,。核聚变能是两个较轻的原子核结合成一个较重的原子核时释放的能量，产生聚变的主要燃料之一是氢的同位素氘。氘广泛的分布在水中，每一升水中约含有,30,毫克氘，通过聚变反应产生的能量相当于,300,升汽油的热能。未来稳态运行的热核聚变反应堆投入商业运行后，能提供无限的、洁净的、安全的能源，将使人类未来数亿年的能源问题得到彻底解决,.,但是聚变反应时会产生,1,亿度的高温，什么容器能承受上亿度的高温，接受一天,24,小时的照射？,“,受控聚变装置就像一个炉膛，而制造炉膛的材料要求相当严格。,”,“,这种材料是实现,人造太阳,的基础，只有材料问题解决了，才能真正把,人造太阳,造出来。,”,面向等离子体材料的研制是一个关键,.,人,造,太,阳,8/8/2024,26,我国最新一代核聚变实验装置“”（Experiment,东海大桥,东海大桥建设总长,32.5,公里，是名副其实的“世界之桥”,100,年设计寿命，采用先进钢结构防腐材料才能保证，海水，台风，船只冲撞考验。,8/8/2024,27,东海大桥 东海大桥建设总长32.5公里，是名副其实的“世界之,举例：高温超导技术,2004,年,4,月，我国,33.5,米的三相、,35kV/2kA,的高温超导电缆系统开始在云南昆明普吉变电站成功实现挂网试运行，使昆明西北地区的几万个用户用上了超导电缆传输的电能。我国因此成为继美国、丹麦之后世界第三个将超导电缆投入电网运行的国家。,超导技术被誉为是,21,世纪的电力储备，对电力安全和节约能源具有非常重要的意义,8/8/2024,28,举例：高温超导技术 2004年4月，我国33.5米的三相、3,利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。,29,利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于,可以说，没有半导体和其它功能材料的发现和发展，就不会有今天的计算机技术和今天的信息社会；没有高强度、耐高温的轻质结构材料，就不会有今天的航空、航天技术。运动场上的竞争也是材料技术的竞争！,8/8/2024,30,可以说，没有半导体和其它功能材料的发现和发展，就不,上述事例雄辩的表明，新材料是人类社会进步、世界革命和提高人类生活品质中具有特别重要的基础和先导作用，其发展对提高国家的综合国力和国际实力具有巨大的推动作用和深远的影响,。,8/8/2024,31,上述事例雄辩的表明，新材料是人类社会进步、世界革命和提高人类,材料生产方法及储运管理和使用不当带来严重问题，如氟里昂破坏臭氧层，,CO,2,引起温室效应（发电厂,27%,，工厂,23%,，家庭,17%,）。,废弃物占用良田，造成污染（毒性、易燃、腐蚀、传染、反应、放射性）,现代化思维方式,和现代技术体系,物质财富的增长与,人类生存基础的危机,经济增长,存在着极限,可持续发展与绿色材料,8/8/2024,32,材料生产方法及储运管理和使用不当带来严重问题，如氟里昂破坏臭,绿色材料,：在制备、生产、使用过程中，能耗低、噪音小、无毒性，并对环境无害的材料及其制成品。内容涉及材料设计、生产、运输、销售、使用和处理各环节。,8/8/2024,33,绿色材料：在制备、生产、使用过程中，能耗低、噪音小、无毒性，,绿色材料,：在制备、生产、使用过程中，能耗低、噪音小、无毒性，并对环境无害的材料及其制成品。内容涉及材料设计、生产、运输、销售、使用和处理各环节。,在材料选用和产品设计中融入环境协调性思想；,在结构设计中体现接生资源观念；,将材料使用后处理看作设计的重要前提；,充分重视新科学和新技术；,利用先进的设计手段；,规范材料设计、生产、使用和处理标准。,8/8/2024,34,绿色材料：在制备、生产、使用过程中，能耗低、噪音小、无毒性，,材料的无限循环体系,8/8/2024,35,材料的无限循环体系8/20/202335,8/8/2024,36,8/20/202336,原材料制取,预加工,生产制品,服务期,丢弃,/,回收,工程化,材料环,8/8/2024,37,原材料制取预加工生产制品服务期丢弃/回收工程化材料环8/20,材料的未来,从原子结构开始进行材料的设计：,微型化：,纳米结构材料，量子计算机,智能材料：,自愈合机翼，自稳定桥梁、建筑,环境友好材料,：可光降解或者生物降解的塑料，绿色制造工艺，先进的核废料处理工艺,仿生材料,：壳体动物的外壳具有实验室难以达到的强度和韧性；软体动物产生的胶质具有很好的生物相容性,挑战极限,：超高音速飞机所用的耐温,2500,o,C,的发动机叶片，室温超导,超高灵敏度化学传感器，超高强度钢，超高硬度材料，超高密度存储器，超高速电子计算机，超常寿命生物医用材料，超大容量电池,一些现有材料的工艺改进,发挥潜能,8/8/2024,38,材料的未来从原子结构开始进行材料的设计：一些现有材料的工艺改,8/8/2024,39,8/20/202339,材料在高技术领域中的作用,8/8/2024,40,材料在高技术领域中的作用8/20/202340,21,世纪重点发展的高技术领域的材料选择,材料发展总的趋势,1.,信息科学技术,信息材料,2.,新能源科学技术,新能源材料,3.,生物科学技术,生物材料,4.,空间科学技术,空间技术材料,5.,生态环境科学技术,环保材料,6.,用高技术改造、更新现有材料，发展材料科学技术,8/8/2024,41,21世纪重点发展的高技术领域的材料选择材料发展总的趋势1.信,信息科学技术正在发生结构性变革，仍然是经济持续增长的主导力量,通信网络技术为信息产业注入强大活力,宽带通信已成为国际上应用最广的通信技术,半导体技术进入纳米时代,计算机智能技术日新月异,8/8/2024,42,信息科学技术正在发生结构性变革，仍然是经济持续增长的主导力量,生物技术正经历着一场前所未有的技术革命，一个庞大的生物产业正在孕育和形成,对生命现象本质和过程研究，进入了定量和系统整合阶段,基因组学、蛋白质科学、干细胞及再生医学的研究成为生命科学的前沿与热点,蛋白质科学正向深度和广度迅速发展,干细胞及再生医学的研究及应用为人类健康开辟了新道路,生物芯片在医疗和科研领域发挥巨大作用,转基因技术及应用呈现出高速发展的态势,8/8/2024,43,生物技术正经历着一场前所未有的技术革命，一个庞大的生物产业正,航天技术快速发展，不断开辟人类探索的新空间,太空探索带动太空探索技术加速发展,研制多种用途的人货分离的新一代航天飞行器成未来趋势。,小卫星技术日趋成熟并将广泛应用。,太空攻防技术成为未来航天技术发展的重要领域。,8/8/2024,44,航天技术快速发展，不断开辟人类探索的新空间8/20/2023,能源技术将变革未来社会的动力基础，促进人类实现可持续发展,煤炭的高效清洁利用成为化石能源技术研发热点。,核能技术酝酿新的突破。,氢能技术研发和商业应用加速,新能源和可再生能源技术展现良好前景,天然气水合物的开发受到重视用能技术发展前景广阔,8/8/2024,45,能源技术将变革未来社会的动力基础，促进人类实现可持续发展8/,先进制造技术向绿色制造、高技术化、信息化、极端制造方向发展，成为提升产业竞争力的关键技术,光机电一体化技术,微电子光刻技术,重大装备制造技术,8/8/2024,46,先进制造技术向绿色制造、高技术化、信息化、极端制造方向发展，,探索智力,探索宇宙空间,探索物质结构,探索生命本质,探索海洋奥秘,环境科学技术,空间科学技术,新材料科,学技术,新能源与再生能源,信息科学技术,生物科学技术,海洋科学技术,人,材料发展总的趋势,8/8/2024,47,探索智力探索宇宙空间探索物质结构探索生命本质探索海洋奥秘环境,新材料技术出现群体性突破，将对,21,世纪基础科学和几乎所有工业领域产生革命性影响,纳米技术是前沿技术中最具前瞻性和带动性的重点领域之一,电子信息材料技术进展迅速，光电子材料、光子材料将成为发展最快和最有前途的电子信息材料。,新型功能材料及其应用技术面临新的突破（超导材料、智能材料、生物医用材料）,新型结构材料发展前景乐观（高温合金、难熔金属、金属间化合物、金属基复合材料、高分子材料、钛合金、镁合金）,8/8/2024,48,新材料技术出现群体性突破，将对21世纪基础科学和几乎所有工业,高技术新材料及其特点,高技术新材料是指为高技术领域，如信息、生物、新能源、航天航空、海洋、环境等高技术的发展提供的先进材料。,综合利用现代先进科学技术成就，多学科交叉，知识密集；,往往在一些特定条件下（如高温、高压、急冷、超净等）才能完成其制备生产，依赖新技术、新工艺、精确控制和检测；,高技术新材料发展与基础理论研究密切相关，理论突破带动新材料产生，从原理提出变成产品的时间变得越来越短，材料合成和加工技术水平越来越高，科学转化为生产力的速度越来越快；,需要的研究投资量大，有赖于知识创新和技术创新；,更新换代快，品种多，生产规模不大。,8/8/2024,49,高技术新材料及其特点高技术新材料是指为高技术领域，如信息、生,美国矿物、金属与材料学会,(TMS),年会上，揭晓了由,金属杂志,(JOM),评选的材料科学与工程领域历史上,50,项“最伟大的材料事件”,1.1864,年门捷列夫（,Dmitri Mendeleev,）设计出元素周期表。成为材料科学家和工程师普遍使用的参考工具。,2,公元前,3500,年（推测）埃及人首次熔炼铁（或许是作为铜精炼的一种副产品），微量的铁主要用于装饰或礼仪。揭开了将成为世界主导冶金材料的第一个制备秘密。,3,，,1948,年巴丁（,J.Bardeen,）、布拉顿（,W.H.Brattain,）和肖克利（,W.Shockley,）发明晶体管。成为所有现代电子学的基石和微芯片与计算机技术的基础。,4,，公元前,2200,年（推测）伊朗西北部人发明了玻璃。成为第二种伟大的非金属工程材料（继陶瓷之后）。,5,，,1668,年（推测）列文虎克（,Anton van Leeuwenhoek,）制做出放大倍数超过,200,倍的光学显微镜。使人类能够研究肉眼无法看到的自然世界及其结构。,6,，,1755,年斯米顿（,John Smeaton,）发明了现代混凝土（水凝水泥）。成为当代的主导建筑材料。,7,，公元前,300,年（推测）南印度的金属业劳动者发展了坩埚炼钢。生产出几百年后成为著名的“大马士革”剑钢的“伍兹钢”，激发了数代工匠、铁匠和冶金学家。,8,，公元前,5000,年（推测）在现代土耳其周边，人们发现可以从孔雀石和蓝铜矿中萃取液体铜以及熔融的金属可铸成不同的形状。成为冶金提取术,开发地球矿物宝藏的手段。,9,，,1912,年劳厄（,Max von Laue,）发现晶体的,X,射线衍射。创建了表征晶体结构的方法，并启发了布拉格父子发展晶体衍射理论，深化了晶体结构与材料性能关系的理解。,10,，,1856,年贝西默（,Henry Bessemer,）申请了底吹酸性过程专利。引领出廉价、大吨位炼钢时代，为运输业、建筑物和通用工业带来巨大进步。,材料史上,50,项最伟大事件揭晓,8/8/2024,50,美国矿物、金属与材料学会(TMS)年会上，揭晓了由金属杂志,11,，,1876,年吉布斯（,J.Willard Gibbs,）发表,论非均相物质之平衡,著名论文（两部分）的第一部分。,12,公元前,28000,年（推测）最早的烧制陶瓷：发现于摩拉维亚的巴甫洛夫山遗址的以动物和人类为外形的小型雕塑、厚板和圆球，陶瓷的制作由此开始。,13,400,年（推测）在印度德里，铁匠锻造并竖起一根高,7,米的铁桩。,14,1896,年皮埃尔（,Pierre,）和居里（,Marie Curie,）发现放射性。,15,1844,年古特异（,Charles Goodyear,）发明了硫化橡胶。,16,1898,年奥斯汀（,William Roberts-Austen,）发展了铁碳相图。,17,1925,年海森堡（,Werner Heisenberg,）发展了矩阵力学，薛定谔（,Erwin Schrdinger,）创立了波动力学和原子非相干薛定谔方程。,18,公元前,3000,年（推测）在现代叙利亚和土耳其地区，金属业劳动者发现在铜矿石熔炼前加入锡矿可以制造出青铜器。,19,1450,年古腾堡（,Johannes Gutenberg,）发明了一种浇铸在铜合金铸模内、适于批量高精度印刷出版需求的铅,-,锡,-,锑合金。,20,1913,年玻尔（,Niels Bohr,）发表了他的原子结构模型。,21,1822,年柯西（,Augustin Cauchy,）向法兰西科学院提出他的应力与应变理论。,22,1939,年哈恩（,Otto Hahn,）和斯特拉斯曼（,Fritz Strassmann,）发现用中子轰击可分裂铀原子核。,23,1934,年欧罗万（,Egon Orowan,）、保利尼（,Michael Polyani,）和泰勒（,G.I.Taylor,）三篇独立的论文提出韧性材料的塑性形变可以依据位错理论解释。,24,公元前,200,年（推测）中国金属业劳动者开发了铁铸造工艺。,25,1886,年霍尔（,Charles Martin Hall,）和希鲁特（,Paul Hroult,）同时独立地发现氧化铝可电解还原为铝。,8/8/2024,51,11，1876年吉布斯（J.Willard Gibbs）发,26,1965,年剑桥仪器公司（,Cambridge Instruments,）开发出商业扫描电子显微镜。,27,1904,年古利特（,Leon Guillet,）发展出第一个不锈钢合金成分。,28,1933,年诺尔（,Max Knoll,）和卢斯卡（,Ernst Ruska,）建造出首台透射电子显微镜。,29,公元前,1500,年（推测）近东地区金属业劳动者开发出熔模铸造造型工艺。,30,1556,年阿格里科拉（,Georgius Agricola,）发表了,论冶金,。,31,公元前,100,年（推测）估计是在现代叙利亚、黎巴嫩、约旦和以色列地区的某地，腓尼基人发明了玻璃吹制技术。,32,1807,年从盐的电解过程，戴维（,Sir Humphry Davy,）发现了分离出来的钾、钙、锶、钡和镁金属元素。,33,1709,年达拜（,Abraham Darby I,）发现熔炼铁鼓风熔炉中，使用焦炭可以有效替代木炭。,34,1920,年施陶丁格（,Hermann Staudinger,）发表关于聚合物是由共价键结合的短链分子单元构成的长链。,35,1939,年奥尔,(Rusell Ohl),、索斯沃恩（,George Southworth,）、斯卡夫（,Jack Scaff,）和塞若（,Henry Theuerer,）发现硅存在,P,型和,N,型结构。,36,1991,年饭岛澄男（,Sumio Iijima,）发现碳原子呈管状结构排列的纳米管。,37,1867,年诺贝尔（,Alfred Nobel,）申请炸药的发明专利。,38,1958,年基比（,Jack Kilby,）将电阻器、二极管和晶体管集成为一个锗的单片集成电路（即微芯片）。,39,公元前,8000,年（推测）最早的冶金学始于远古新石器时代，人类开发了装饰性锤延铜材。,40,1827,年尤勒（,Friedrich Whler,）分离出元素铝。,8/8/2024,52,26,1965年剑桥仪器公司（Cambridge Instr,41,1911,年欧乃斯（,Kammerlingh Omnes,）在研究极低温下纯金属时发现超导性。,42,公元前,1500,年（推测）中国制陶艺人使用高岭土制备出首批精细陶瓷。,43,1909,年贝克兰（,Leo Baekeland,）合成了热硬化的塑料酚醛树脂。,44,1926,年迈瑞卡（,Paul Merica,）申请在镍,-,铬合金中添加入少量铝制备出首个“超合金”（高温合金）的专利。,45,1863,年肖比（,Henry Clifton Sorby,）采用光学显微镜揭示了钢的微观结构。,46,1935,年卡罗泽（,Wallace Hume Carothers,）、希尔（,Julian Hill,）和其他研究人员申请聚合物尼龙的专利。,47,1805,年布鲁纳特利（,Luigi Brugnatelli,）发明电镀技术。,48,1959,年费曼（,Richard Feynman,）在美国物理学会的一次会议上作“底部有广阔的空间”的报告。,49,1890,年马登斯（,Adolf Martens,）在研究一组硬合金钢的微观结构时发现，不同于很少呈现共格条纹的其它低档钢，这种钢具有多种条纹，特别是在不同取向微晶粒的带状区域。,50,1920,年格里菲斯（,A.A.Griffith,）发表“固体的断裂和流变现象”，引出采用能量平衡原理解释断裂问题。,8/8/2024,53,41,1911年欧乃斯（Kammerlingh Omnes）,田径比赛中，撑杆跳高是人们最喜欢的项目之一。它充分体现了体育比赛过程中更高、更强的竞赛精神。撑杆跳高运动员必须具备全面的身体素质、高超的技术和过人的勇气，才能跃过令人眩目的高度。同时撑杆跳高作为一项得用器材的运动，撑杆也越来越起到重要作用。,撑杆跳高在刚进入田径项目时，使用的是木杆。,这是由于撑杆源自于英格兰一种民间的运动，人们利用木杆在溪流纵横的沼泽地中助跑撑起撑杆一跃而过。但由于木杆硬而脆，没有弹性，不能很好地将参赛队员的水平速度转换成垂直势能，男子运动成绩仅,2.29m,，很不理想。,撑杆跳高撑杆材料的变迁,8/8/2024,54,田径比赛中，撑杆跳高是人们最喜欢的项目之一。它充分体现了体育,本世纪初，人们发现竹竿既韧且轻又有弹性，是一种很好的撑杆跳高工具,，于是就替代木杆将它运用到了正式比赛中。这一改革，大大提高了运动成绩。从,1912,年到,1941,年的,30,年间，共有,10,人,16,人次利用竹竿创下了新的世纪记录。日本这个传统的竹资源丰富的国家，对竹竿的加工有着独特的工艺，他们将砍伐下的竹子，经过,5,年左右时间的凉干，使竹油充分发挥排尽，使用竹竿比赛时即使在强烈的阳光下进行，而其强度和韧性却丝毫不受影响。凭着这点优势，日本撑杆跳高名将西田休平在,1932,年奇迹般地越过,4.30m,，仅以,1cm,的优势险胜美国撑杆跳好手米勒。,撑杆跳高撑杆材料的变迁,8/8/2024,55,本世纪初，人们发现竹竿既韧且轻又有弹性，是一种很好的撑杆跳高,在,1936,年的柏林奥运会上，,日本运动员再接再厉又获好成绩，日本的撑杆跳高进入了黄金时期。然而，材料科学发达的美国，在充分研究撑杆跳高的技术特点后,，运用他们先进的金属加工工艺,，研究出了轻质合金撑杆，由于重量轻、弹性好，一举打破了日本人撑杆跳的优势。,1942,年，美国人瓦塔姆创造了,4.77m,的世界纪录，使竹竿相形见拙而退出撑杆跳高领域。这是人造材料战胜天然材料的典范。尽管这种合金撑杆材料均匀性好、弹性模量大、不易弯曲等特点，但是弹性模量大又略显较硬的撑杆在插入插穴时，会产生很强的反冲力，要求运动员的上肢肌肉发达，力量强壮，以便控制撑杆。力量增加的同时运动员体重也相应的增加，反过来又影响了撑杆跳高的成绩。毕竟身轻如燕才更具合理性，更有美感。,撑杆跳高撑杆材料的变迁,8/8/2024,56,在1936年的柏林奥运会上，日本运动员再接再厉又获好成绩，,50,年代这种金属杆一统天下，,美国选手保持了这个项目的绝对优势，美国选手德比斯用金属杆越过了,4.83m,，是金属杆创下的最后一个纪录。,50,年代末期，材料科学的飞速发展，为撑杆记录的腾飞带来了新的契机。复合材料的出现，首先被运用到军事、体育项目,上，玻璃纤维经过编织成圆筒后与有机树脂粘合再经过成形及高温定型后制造成玻璃纤维复合杆，成为撑高跳高运动员得心应手的武器。它可承受的强力大，弹性好，重量轻且经久耐用。运动员使用这种玻璃钢撑杆在助跑结束插入斜穴时，撑杆能将运动员快速向前的动能很好地转换为撑杆的弹性变形能，撑杆被压弯到最大弧度后，向上释放出这部分弹性变形能而转换为运动员的势能，帮助运动员腾空而飞跃横杆。,撑杆跳高撑杆材料的变迁,8/8/2024,57,50年代这种金属杆一统天下，美国选手保持了这个项目的绝对优势,1960,年，,美国运动员用这种新武器一举飞过了,4.98m,的高度，打破了“人的体力不能超过,4.87m,的极限”的神话，仅,1962,年尤尔赛斯就,3,次刷新世界纪录，成绩提高,11cm,。,1963,年,世界纪录又被刷新,4,次，共提高了,26cm,。凭借这一技术优势，美国人始终占据绝对实力，垄断了,60,年代和,70,年代,20,年撑杆跳高项目的最好成绩。,80,年代,，由于多种高性能纤维应用于复合材料撑杆上，撑杆跳的优势开始转向欧洲。,1985,年前苏联选手布勃卡用新型碳纤维撑杆首破,6m,大关。紧接着人们又征服了一个又一个惊人的高度。,撑杆跳高撑杆材料的变迁,8/8/2024,58,1960年，美国运动员用这种新武器一举飞过了4.98m的高度,神奇的材料内部结构,8/8/2024,59,神奇的材料内部结构8/20/202359,材料的选择,不同结构的材料具有不同的性能,(b)magnesium,(a)aluminum,8/8/2024,60,材料的选择不同结构的材料具有不同的性能(b)magn,计 算 机,8/8/2024,61,计 算 机8/20/202361,计算机的核心部件是集成电路,其容量和速度每年以,50%,发展，计算速度已大约每秒万亿次，,2000,年可达,100,万亿次。,计算外设装置莫不决定于材料，如存储（光盘，磁盘等），显示（液晶、,GaAs,）。,计算机的控制精度与灵敏度决定于敏感材料（传感器）的灵敏度、精度与稳定性。,8/8/2024,62,计算机的核心部件是集成电路,其容量和速度每年以50%,现代涡轮喷气发动机,年代气冷,式航空发动机,蒸汽机,在本世纪内由于采用了现代材料使发动机工作温度急剧上升，因而发动机的理论效率大大提高。,8/8/2024,63,现代涡轮喷气发动机年代气冷蒸汽机在本世纪内由于采用了现代,1093,1649,538,149,0,C,315,0,C,649,0,C,1093,0,C,1927,0,C,发动机温度,一次大战水冷式,30,年代空冷式,风扇喷气发动机,蜗轮喷气发动机,超音速燃烧冲压,式喷气发动机,温度（,0,C,）,8/8/2024,64,109316495381490C3150C6490C1093,小飞机,直升机,运输机,波音,707,战斗机,喷气式机,超音速飞机,近地卫星,卫星,飞机速率,速度与效益,10,10,2,10,3,10,4,每减少,1kg,所收获效益,8/8/2024,65,小飞机 直升机 运输机 波音707战斗机喷气式机 超音速飞机,+280,+630,+960,金属,玻璃纤维,Kavlar,C/C,复合材料,K m,导弹射程,导弹壳体材料与导弹射程,8/8/2024,66,+280+630+960金属玻璃纤维KavlarC/C复合材,飞机性能,2/3,靠材料（高温合金、高比强度、高比刚度结构材料）；,航天与卫星需要耐超高温、抗辐射、耐粒子云以及原子氧侵蚀的材料，对比强度和比刚度的要求更为苛刻，因为航天飞行器每减重,1kg,，可使运载火箭减轻几百,kg,；导弹上面级减轻,1kg,，射程增加,1km,。,神舟、登月计划等都离不开材料的支撑！,8/8/2024,67,飞机性能2/3靠材料（高温合金、高比强度、高比刚度结构材料）,航空材料,合金中的微量元素虽然很少（少到只占总质量的,0.001-0.035%,），但使合金性能的改观非常显著。材料的主要性能取决于母体，加入的元素包括碳、硼、硫、铅、锆以及磷等等。这些附加成分将改善金属的物理及机械性能,强度、耐力、使用寿命。在飞机发动机中一种掺镍化合物称作,718,合金广泛的用于压缩机和涡轮部件。这种合金由,Icon,国际公司于,30,年前开发，其后，材料科学家们有改进了它的成分及制作工艺。比如说，适量掺镁客增加其热延展性，三次熔炼法可改善其纯度。当然，并不是所有的微量元素都是有益的。比如说，在,718,合金中，磷是有害的，其含量必须得到控制。如果磷、碳、硼的含量超标，材料的耐压抗断裂性能将受到影响。,718,合金被广泛的用于制造飞机发动机的压缩机、叶片及紧固件。图示为,GE 90-92B,发动机在车间起重机上接受最后的检查。这种发动即将装备在新型的波音,777,客机上。,8/8/2024,68,航空材料 合金中的微量元素虽然很少（少到只占总质量的0.00,机身通常有许多种材料制成。,历史上机身几乎无一例外的由铝制成,，用钢加固关键部位，如发动机衬里和起落架。自从喷气发动机使用以来，,钛用于抵御机身的高温,。钛之后是更高级的复合材料，通常是碳、硼纤维及环氧化合物。这种复合材料非常轻，可以在某特定方向上增加强度（用于特殊目的）。今天的飞机就是使用这种化合物而且还在随着新材料的诞生而不断发展。当为飞机部件选择材料时，设计师要时时考虑“权衡”，也就是要选择重量最轻而强度也要满足一定要求，此外还要考虑预算的问题。,复合材料,8/8/2024,69,机身通常有许多种材料制成。历史上机身几乎无一例外的由铝制成，,以铝锂合金为例,俄罗斯：,70,年代，,1420,合金用于米格,-29,机身、油箱、座舱等，并将铆接结构改为焊接结构，减重,24%,。,80,年代，,1460,合金取代,2219,，用于制造运载火箭能源号低温储箱。,此外，俄罗斯还将铝锂合金用于暴风雪号航天飞机，米格,-33,、苏,-27,、雅克,-36,、安,-70T,，图,-144,、图,-1204,等军民飞机,如苏,-27Ck,铝锂合金用量占,3%,。,8/8/2024,70,以铝锂合金为例 80年代，1460合金取代221,美国：,50,年代，将最早的工业铝锂合金,2020,用于海军,RA-5C,预警飞机，使飞机总重量减轻,6%,。,80,年代，将,2090,用于,C-47,军用运输机的隔框、地板、蒙皮、垂直尾翼，总量,2846,公斤。,90,年代末，将第三代铝锂合金,2197/2097,用于,F-16,后隔框、,BL19,大梁，已装机,850,架。,8/8/2024,71,美国：90年代末，将第三代铝锂合金2197/209,美军隐身特战船,“,短剑,”,号快艇的船体采用了,碳纤维材料,建造，与,F-35,和波音,787,客机的材料类似。,这种材料的特点强度高、重量轻，与用铝合金和钢建造的舰艇相比，更能够提高燃油效率和减少舰艇维护工作量。,碳纤维材料中间以复合泡沫材料填充，使得舰艇的红外和磁信号特征较小。,M,船型特有的船型原理能够产生抬升力，减少了舰艇高速航行时尾迹，从而降低了舰艇的水动力信号特征。采用碳纤维材料建造还有一个好处，就是即使被鱼雷和导弹击中后，碳纤维船体也不像钢质船体一样，容易形成碎片杀伤船员。并且碳纤维船体也很难完全解体，可避免毁灭性后果。,8/8/2024,72,美军隐身特战船“短剑”号快艇的船体采用了碳纤维材料建造，与,B-2,隐身轰炸机,(,美国诺斯普罗公司,),采用了新型的飞翼气动外形，没有平尾、翼身融合。整个飞机的外形呈光滑曲线以求达到最佳的隐身效果。大量采用石墨碳纤维材料、锯齿状雷达散射结构、蜂窝状雷达吸波结构、雷达吸波材料涂层，进一步缩小了雷达反射截面积。,据称，,B-2A,在正常探测距离下的雷达反射截面积与一只小鸟相当。轰炸机的所有燃料和武器系统全部设计在机体内，因此外形异常“干净”。机体使用了隐身材料，有些地方还涂有吸波材料。这些都有效地实现了良好的隐身性能。,诺斯普罗公司,B-2,8/8/2024,73,B-2隐身轰炸机(美国诺斯普罗公司)诺斯普罗公司B-28/,