高中生視角看材料科學的發展趨勢

文/ 白宇鵬 大連市16中 遼寧大連 116001

1、材料科學的概念

材料既是人類生存與發展的基礎，也是人類生產其他物品的基礎。研究材料的使用方式，材料的生產過程及其結構、性質，還有材料與材料之間的關系的科學被我們統稱為“材料科學”。材料科學的形成是科學技術不斷發展的結果，通過人類對物理和化學的深入研究，推動了人類對材料本質的研究，通過對不同材料之間關系的深入研究，為材料科學的形成奠定了基礎。隨著科學技術的不斷發展，人們對材料的要求也越來越高，這就促進了材料科學的不斷發展與創新，也為未來材料科學的發展道路指明了方向。

2、材料科學的發展過程

材料科學的發展是人類發展歷程的重要標志，材料科學甚至可以稱之為是人類社會文明發展的里程碑。人類對新材料的認識能力和使用能力對人類生活的質量和社會形態的發展起到了決定性的作用。

2.1 純天然材料的階段

遠古時代的人類只能利用天然材料，例如：樹枝、泥土、石塊等，雖然人類在這一階段的后期開始在生產器物方面有了技巧，但對這些天然材料的加工是簡單粗略的，所以這一階段的人類依然處于舊石器時代。

2.2 利用火的階段

在新石器時代和鐵器時代的人類都是通過使用火來對（鐵、銅、陶）三大人造材料進行冶煉，從而創造出新的材料供人類使用，其后又制造出了玻璃、水泥等新材料，對當時建筑業的發展產生了巨大的影響。

2.3 合成材料的階段

二十世紀初期，人類既從化學角度出發研究材料的合成技術，又從物理角度出發研究材料的物性，材料的組成及材料之間性能的關系。于是人類進入到了材料發展的新階段，也就是人工合成材料階段。在這個階段里開始出現了合成高分子材料，合成高分子材料一經面世就迅速發展。后來人們將人工合成的高分子材料、金屬材料、陶瓷材料并稱為現代材料的支柱。除了高分子材料之外，人類還在這個階段制造了合金材料、無機非金屬材料、半導體材料、光纖材料等新型材料，為人類社會的進步與發展做出了巨大的貢獻。

2.4 材料的復合化階段

復合材料時代到來的主要標志是金屬陶瓷的出現，在這基礎上又產生了鋁塑薄膜、玻璃鋼還有抗菌材料等。這些復合材料都是在高新技術不斷發展的基礎上制造而成的，這一時期的復合材料不只是兩類材料的復合，人類還利用了新的化學、物理方法，根據人類的實際需要而設計獨特的材料為人類使用。

2.5 材料的智能化階段

跟自然界中的天然材料相比，人工材料缺少自診斷、自適應、自修復的性能，但近三四十年內研制出的新材料也已經具備了其中的一些功能，這些材料則被稱為“智能材料”，例如：形狀記憶合金、變色玻璃等等。但是嚴格的來說，目前的智能材料還只是一種智能結構，并不能稱為理想的智能材料，人類未來還要在智能材料的領域增大開發力度。

3、材料科學的發展趨勢

材料科學未來的發展趨勢一定還是沿著新材料的方向發展的，所謂新材料，就是不以生產規模為主，而是以自身優異的性能、高質量、較強的穩定性為主要特點的材料，以化學和物理為主進行開發制造的新材料。

3.1 統一化的發展趨勢

材料科學從70年代起就逐漸演變成一門統一的學科，利用統一的觀點和方法來探究所有的材料，通過研究材料的結構、性能、合成、使用這四個基本要素來研究材料的共同領域，使材料科學成為一項綜合性的科學。這使材料科學的研究打破了傳統的觀念，擴展到低成本生產技術，材料的回收再利用以及環境保護等方面。現代的材料科學就注重于統一加工的應用，未來的材料科學也應按照這種方法，提升材料科學由研究到應用的發展速度，重視生產技術的研究，這不僅是材料轉化成商品的關鍵步驟，同時也逐漸成為了一門科學。

3.2 復合化的發展趨勢

隨著科學技術的發展與進步，多種材料交叉，多種學科交叉，材料復合化成為材料科學發展的重要手段和發展趨勢。材料復合化是一個非常有前景的發展方向，其中的復合效應有可能會出現比結構材料更廣泛的應用前景，材料的復合化也將是材料科學進入智能化的重要途徑之一。

總結：

可以說，材料科學的發展是人類發展的重要前提條件，在人類社會的發展進程中，材料的發展水平是社會文明和時代進步的重要標志，人類文明的發展史，可以說就是人類創造和利用材料的歷史，材料是構成當代社會文明和國民經濟的支柱之一，也是未來科技發展的前提條件和技術基礎。材料科學是一門可以直接使用的科學，隨著社會發展的進程，經濟與科學不斷的發展，各個學科之間的滲透與交叉不斷增多，新材料也不斷的產生并投入使用，材料之間的內在聯系與共性也不斷增加，由此能足夠說明材料科學未來發展的重要性。我們有理由相信，未來的材料科學會發展的越來越好，未來的社會科學與社會文明還會隨著材料科學的進步而不斷發展，材料科學在未來的科技領域中將會始終占據至關重要的地位。

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