材料科学与人类文明课程复习资料5则范文

第一篇：材料科学与人类文明课程复习资料

材料科学与人类文明课程复习材料

1.材料的发展是人类文明的里程碑

材料的定义：经过某种加工，具有一定结构、组分和性能，并可应用于 一定用途的物质。材料科学的定义：研究各种材料的结构、制备加工工艺与性能之间的关系的科学。材料结构包含四个层次：原子结构、结合键、原子排列方式（晶体与非晶体）微观组织。材料的固有性能包括材料本身所具有的物理性能（电、磁、光、热等性能）、化学性能（如抗氧化性和抗腐蚀性、聚合物的降解等）和力学性能（如强度、塑性、韧性、硬度等）。材料是人类社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。综观人类发展和材料发展的历史，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支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产力和人类生活带来巨大的变化。

材料科学的发展不仅是科技进步、社会发展的物质基础，同时也改变着人们在社会活动中的实践方式和思维方式，由此极大地推动社会进步。当今世界各个国家的政府对材料科学技术发展日趋重视，新材料作为新技术革命的先锋，其发展对经济、科技、国防以及综合国力的增强都具有特殊重要的作用。

2.人类文明的涵义和基本结构

德国学者诺贝特•埃利亚斯在其《文明的进程》一书中指出：“‘文明’这一概念所涉及到的是完全不同的东西：技术水准、礼仪规范、宗教思想、风俗习惯以及科学知识的发展等等；它既可以指居住状况或男女共同生活的方式，也可以指法律惩处或食品烹调；仔细观察的话，几乎每一件事都是以‘文明’或‘不文明’的方式进行的。所以，要用几句话囊括‘文明’所有的含义几乎是不可能的。”

在马克思主义经典著作中，文明概念也有多种表述，而通常是在三种意义上加以使用的。第一种是在时间界限意义上的文明，它指人类社会发展到高级阶段的社会现象，与其相对的是蒙昧和野蛮时期。

第二种是广义文化意义上的文明，指人类在改造客观世界和主观世界活动中的全部成果。

第三种是社会进步状态意义上的文明，即人类改造世界的积极成果。毛泽东在谈到旧中国的发展前途时也说过：“要把一个被旧文化统治因而愚昧落后的中国，变为一个被新文化统治因而文明先进的中国。” 这里讲的文明表示人类社会物质、精神、制度不断发展、进步的状态。我们所说的文明主要是指第三种意义上的文明，即通过人类改造世界的积极成果所体现出来的人类社会生活的进步过程和状态。这种意义上的文明具有创造性、进步性和变化性三重特征。

文明作为人类改造世界的积极成果，其不断发展的背后蕴藏着不竭的动力，这就是人类追求美好生活的需要。

既然追求美好生活，满足生活需要是人类文明发展的动力和实质，所以人类生活需要的内容和结构也就决定了文明建设的内容和结构。

在马克思主义者看来，生活这个概念总是和满足人的生存和发展的需要联系在一起的，所谓生活，指的是人类生存活动的过程和方式，指人类保证并不断改善自身生存状况、提高生存质量的过程和方式。马克思指出：“物质生活的生产方式制约着整个社会生活、政治生活和精神生活过程。” 当我们这样来理解生活时，就其主要内容而言可大体上概括为三个基本方面：即物质生活、政治生活和精神生活。

为了满足人类的三大生活需要，构成文明发展的三个基本内容:即物质文明、政治文明和精神文明。物质文明指的是通过改造自然的积极成果所表现出来的人们的物质生活的进步状 况。政治文明指的是通过改造社会的积极成果所表现出来的人们社会政治生活的进步状况。精神文明指的是指通过改造主观世界的积极成果所表现出来的人们的精神生活的进步状况。3.人类文明简史

中华民族具有5000年的历史．历史学家往往会根据当时的标志性材料而将人类社会划分为原始文明时代、石器时代、青铜器时代、铁器时代、钢铁时代等。什么是标志性材料呢?标志性材料是指构成社会生产力的主流材料．所以材料发展的历史从生产力的侧面反映了人类社会发展的文明史。

原始文明时代 在远古时期, 人类靠个人打猎、捉鱼和采摘植物的果实为生, 这既是生活方式又是生产方式。这时, 还谈不上有什么明确的组织方式。在这个时期，努力在自然界中求生存 是唯一的追求, 唯一的目标。石器时代

古生物学研究证明：在这个时期，人类除了能加工粗糙的石器外，还能制造工具，用骨针把兽皮缝制成衣服。除了拳状锲之外，还有刮刀和刮板。骨头、象牙、石头和植物编织物常常被用来制造鱼叉、鱼钩和鱼网等。

在已经发现的旧石器时代的人类遗址里，可以看到我们的祖先用石头打磨制成的石刀、石斧、刮削器等，这些就是人类早期曾经用过的工具。劳动工具的出现，也带来了社会物质和人类文明的进步。

古生物学研究证明：在这个时期，除了能加工粗糙的石器外，还能制造工具。除了拳状锲之外，还有刮刀和刮板。骨头、象牙、石头和植物编织物被用来制造鱼叉、鱼钩和鱼网等。原始时代和史前时期用“划时代材料”来命名历史阶段，形象地说明了材料在人类历史上的重要性。

青铜器时代

一般来说，原始的农业、手工业和文字是青铜时代的特征。用青铜制造的各种物品，不仅显示出我们祖先精湛的艺术才能。更主要的是青铜材料代表一种新的生产力登上了历史舞台，有力地促进了生产的发展。

铁器时代

在考古学上，铁器时代（The Iron Period）是指人们开始使用金属铁来制造武器和工具的时代。这一时代诞生的古希腊文明、古罗马文明、波斯文明、印度文明、华夏文明（秦汉文化）在农业经济、宗教信仰与文化模式等方面都有了自身显著的特征。铁器的出现及精巧的铁犁铧使得农业经济的效率愈加提高，土地利用率进一步提高，粮食继续增收。粮食增收促进非农业人口比例加大，手工业产品的种类日趋丰富，产品贸易渐成规模，商人成为社会生活中的重要阶层，人类社会的城市化进程与文明程度大幅提高。根据考古挖掘和现有的文献来判断，铁这种材料在公元前12世纪最终占据了人类文明的统治地位。

我国的传统冶炼和浇铸技术，包括精密浇铸技术延续发展了一千多年，直到六百多年前的明朝还在世界上处于遥遥领先地位，这也是我国灿烂的古代文化繁荣的基础，我国劳动人民对人类文明作出了巨大贡献。钢铁时代

4．材料是社会进步的标尺

旧石器时代可追溯到公元前10万年左右，那时的原始人类用天然的石、木、竹、骨等材料作为狩猎的工具，生产效率当然很低。

青铜是人类社会中最早出现的金属材料，它使人类社会从新石器时代转入青铜器时代。铜和青铜性能上不如铁，把炼铜技术用于炼铁，用铁来制造农具．促使农业生产力得到空前的提高。铁器在农业上的广泛应用，推动丁以农业为中心的科学技术日益发展，并促使奴隶社会解体和封建社会兴起。我国在公元前3世纪铁器已在农业上推广使用，秦汉时期农 业经济相当发达，到了唐宋时代，经济繁荣，科学文化发达，社会安定，国泰民安，处于盛世，形成了我国封建社会的科学文化高峰。5.照亮人类文明的七种金属

在人类文明发展史上，人们发现了七种至今仍然广泛应用着的金属，它们是金银铜铁锡铅汞。这七种金属的发现及应用对人类社会产生了深远的影响。

6.航天科技与人类文明

具有通信距离远、容量大、质量好、可靠性高、机动灵活等优点的卫星通信, 已成为现代通信的重要手段。卫星通信把分散的电子计算机设备连成全国乃至国际的信息网络, 大大发挥了计算机系统的效用, 给人们带来了极大方便。

通信卫星在保护地面环境的前提下, 极大地提高了人类的文明程度。气象卫星预报天气变化

气象卫星是从太空对地球和大气层进行气鉴观测的航天器。

气象卫星已成为人类预防灾害、节约资源、保护环境的重要帮手。资源卫星节约利用资源

地球资源卫星是勘测地球资源的航天器, 能“ 看透” 地层, 发现人们肉眼看不到的地下宝藏、历史古迹和地层结构, 能普查森林、海洋等资源, 能鉴别农作物的收成和考察各种严重自然灾害。7.材料的业绩

7.1飞机发展的关键

1903 年，美国莱特兄弟发明了世界上第一架飞机，所用原料是木材和帆布。飞行速度每小时只有16公里，和骑自行车的速度差不多。

1911年，铝合金研制成功，很快取代了木材和帆布，到第一次世界大战期间，全金属结构的飞机已很普遍了。例如到1939年，螺旋桨飞机创造的最高时速已达755公里，仅36年的时间，飞行速度提高了47倍。

从铝合金的耐热性来讲，当飞机速度达到两倍音速时，铝的强度会显著降低；三倍音速时，就会发生空中解体。要制造表面耐温超过180℃，即飞行速度为音速2．5倍的飞机，需要用钛合金（可承受550℃温度）代替铝合金。

一架波音767飞机，由于采用复合材料减重450公斤，采用超高强度钢减重900公斤，采用改进铝合金减重363斤三项总计共1．7吨。据统计，飞机结构如，减轻一公斤，每年可节省燃料2900公斤，可见其经济效益有多大。

航天飞机的研制成功，是人类征服太空的又一次胜利，也显示出在现代技术革命中材料举足轻重的地位。

7.2材料—农业现代化的坚强后盾

农业现代化最显著的特征是要在生产中大量采用各种先进的工业技术和新材料，换句话说，现代化农业要由工业部门投入大量物资，用现代工业的装备武装农业。

拖拉机是应用最广泛的一种农业机械。制造拖拉机不仅消耗材料多，而且要求零部件质量好、寿命长，这些零部件都要用性能优越的材料来制造。由于材料质量和设计制造水平的提高，使得拖拉机的结构和性能也得到不断改进。不但向大型化、大马力、高速度和高效率方向发展，还可对配套农具实现自动调节和控制。它除了能耕地、整地、播种外，根据需要，交换不同的农具，还能干推土、铲运、开沟、施肥、收获、割草等几十种工作。

7.3新能源中的老问题

从20世纪70年代的能源危机以来，新能源的开发和节能技术引起了普遍重视。这些技术中除核反应堆已经进入实用阶段，其他都比较年轻。例如，太阳能、深层地热和氢能等还存在各种各样的问题。一些过去进展缓慢的领域，如煤的气化和液化，重新成为研究的重点。这些技术的突破，在很大程度上将依赖于新材料的进展，目前使用的材料大多不能满足苛刻的工作环境要求。

太阳能是一种稀薄的能源，每平方米最多为一千瓦，而按目前太阳能装置的转换效率（约为10％），则只能获得0.1千瓦。唯一可行的办法是改进材料，提高反射镜的反射效率和集热效率。现在太阳能电池的转换效率有所提高，为约13％左右，但硅、镓半导体的价格很高，很难大规模使用。此外太阳能电站多位于沙漠和偏僻地区，输电材料也待改进。由此可见，太阳能的利用是否能够普及，有赖于材料科学家的努力。

利用某些合金与氢反应吸收大量氢气，吸氢量高达体积的数十倍或上千倍，而加热以后又很容易使氢气再释放出来，这些合金为钛合金、镧镍合金和镁镍合金等，所形成的金属氢化物是固体，因此储存时不需要高压和低温。这些合金材料对于氢的利用将起到重要的作用。7.4 国防军事的当务之急

单就武器来讲，不论是常规武器（如弹药和坦克、军用飞机还是现代化武器如原子弹、氢弹、中子弹、核潜艇等，哪一样都离不开材料，尤其是性能优异的新型材料。

从每一代坦克和反坦克武器的交替出现，我们不难看出，战争中一种武器或装备的克敌制胜，在很大程度上是由制造这种武器、装备的材料决定的。这也说明，为了赢得战争的主动权和实现国防现代化，在国防建设和军事工程中，往往把新材料的研制作为当务之急，道理就在这里。

7.5节能技术的突破

各工业大国在开发新能源的同时，普遍注意到节能技术，因为在工矿使用的能源中，几乎有一半的热量被作为废热排入大气和江海之中。

充分发挥现有设备的潜力，尽可能达到极限效率也是节能的一种重要手段。“月光”计划中把一台高温燃气涡轮和一台汽轮机串联作为试验方案，这时燃气温度高达1500℃，普通涡轮叶片使用的镍钴基超级高温合金已无能为力了，必须采用氮化硅、碳化硅、塞龙（Si-Al-O-N化合物等）等精陶瓷才能满足要求。

在电车和汽车上也可用飞轮把刹车能储蓄起来，以便在加速时使用，这些方面的研究工作正在进行。飞轮的特点是旋转时必然产生动力损失，设计高性能飞轮应在选材和制造技术上考虑解决。使用碳纤维和聚芳酰胺纤维复合材料制造的飞轮转子，比使用金属制造的重量轻而强度高，因此提高了单位重量的储能。一种试验的复合材料飞轮，轮缘用的是碳纤维一环氧复合材料，而轮辐用的是聚芳酰胺一环氧复合材料。7.6科学实验的先锋

如果没有先进的科学仪器和设备，即使再有本领的科学家也只能束手无策，而每一种仪器设备都是由各种材料、特别是新型材料制成的。例如，电子显微镜、射电望远镜、高能加速器、电子计算机，这些标志着现代科学技术水平的仪器，都是由金属、非金属、晶体、电磁、热敏、光电、激光、红外、合成以及复合材料制成的。科学工作者有了用这些材料制成的仪器和设备，就如同作家使用笔和纸一样，可以“胸藏万卷凭吞吐，笔者千钧任施张”了。另一方面，材料在科学研究工作中的地位也是首当其冲的。例如，自从1990年发现第一个激光工作介质以来，已经发现和研制了一百多种能产生激光的晶体材料，为激光科研提供了必要的物质前提。

1911年，荷兰物理学家翁纳斯在研究水银的低温性能时，发现了一个奇迹。当温度下降到－269℃，水银的电阻突然消失了，这种现象就叫超导现象，具有超导性质的材料就叫超导体。电气工程师们一直幻想着，有一天获得没有电阻的导线，超导现象的发现，终于为他们打开了希望之门。

然而，几十年过去了，由于没有找到高转变温度、高临界磁场和高电流密度的超导材料，使这一科研项目一直停留在实验阶段，得不到推广应用。自从60年初，研制出合格的铌锡 合金超导材料以后，才使得超导输电、超导磁场得以实现，“超导”才在技术上崭新露头角。8.丰富多彩的材料世界

材料作为划分时代的标志，正确地反映了人类社会的生产力发展水平，也反映出材料举足轻重的意义。在现代科学技术中，材料科学已经和能源科学、信息科学并列为三大支柱。值得注意的是，无论能源技术还是信息技术对于材料的依赖，均变得越来越突出。

把形形色色的材料按化学组成分类，可以分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类。

8.1 经济发展中重要的材料---金属

密度是划分金属和金属材料的一个重要标准。轻金属和轻金属合金比重一般低于4.4克每立方厘米；重金属和重金属合金比重高于4.4克每立方厘米，工业中最重要的轻金属是铝、镁及其合金；最重要的重金属包括铜、铅、锌和锡以及以这些金属为基础所组成的合金。在二者之间，还有钛，一般把钛划归轻金属。

金属已成为国民经济中头等重要的材料和工业材料的“主力”。现代工业生产中，钢铁占有很重要的地位。钢铁产量往往是衡量一个国家工业水平和生产力水平的主要标志。目前，在整个结构材料中，钢铁占70％左右。

钢铁虽然都是铁和碳组成的合金，但是含碳量不同，它们的“性格”有很大的差别。工业上以含碳量多少为标准，把钢铁分为生铁、纯铁和钢三种。

钢铁按照组成元素分为碳素钢和合金钢；按用途可分为结构钢、工具钢和特种钢。结构钢具有一定的强度和韧性，用途最广，一般用作结构零件，如用来制造汽车、轮船、钢轨、机械、油田井架、电视塔等等；工具钢的强度高、耐磨性好，大量用于机械制造，用工具钢做的刀具，可像切豆腐那样切削一般金属材料。特种钢按用途不同可分为磁性钢、耐磨钢、高温合金钢、低温钢、精密合金钢、电工钢等等。

发展现代化工业技术不仅离不开钢铁，而且还对钢铁材料提出了更苛刻的要求。例如，海洋工程用的钢材，需要很高的强度、韧性和耐海水腐蚀的能力；大跨度桥梁需要采用强度和韧性都很好的钢铁材料建造；发展航空航天技术则要求材料重量轻、强度高。对于这些特殊要求，一般碳钢无能为力，只有合金钢才能担负起这方面的重任。所谓合金钢就是在钢中另外加入铬、镍、钨、钛和钒等化学元素，它们可以使钢材增加某一特殊性能。常用的合金钢有合金结构钢、弹簧钢、高速工具钢、滚珠轴承钢、不锈钢等。例如，高压容器要用合金结构钢制造；不锈钢韧性好、耐腐蚀，主要用于化工设备。

自然界共有83种金属元素，通常按外观颜色分为黑色和有色金属两大类。黑色金属包括铁、锰、铬和它们的合金，其余种金属都可统称为有色金属。有色金属也是重要的金属材料，它是现代化工业的生力军。常用的有色金属有铝、铜、钛、镁、镍、钴、钼、铅、锡、锌、金、银和铂等，它们的消耗量虽只占金属材料消耗量的5％，但具有许多特殊的优良性能，是别的材料难以代替的。例如，它们的导电、导热性好，比重小，化学性质稳定，耐热、耐腐蚀，工艺性好等等，是电气、机械、化工、电子、轻工、仪表、航天工业不可缺少的材料。

彩色电视机图象中的彩色，就是加入稀土荧光粉产生的；打火机的火石也是由稀土制成的；陶瓷和玻璃品上漂亮而柔和的色彩，有些也是稀土的作用。

稀土当然不是“土”，就其资源来说，也并不稀少。它之所以叫稀土，是从18世纪沿习下来的。局限于当时的科学技术水平，人们以为能提取这类元素的矿物是一种稀少的、类似泥土的氧化物，故名稀土金属。其实，它是一大类金属，共有17种元素：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、铽、镝、钛、铒、铥、镱、镥、钪、钇。它们好比孪生兄弟，性质都十分相似，因此，在自然界中总是共生在一起。它们在地壳中的含量比常见的金属如铜、锌、锡都多，现在已发现含稀土的矿物达二百五十多种。稀土金属在冶金、电气、玻璃工业等部门，多用来制造易燃合金、电弧碳棒和玻璃颜料等，也常用来改善合金性能，因此有“冶金工业维生素”之称。例如，在钢铁或有色金属里 只要加进千、万分之几的稀土金属，就可使零件“添劲强身、延年益寿”。

金属材料在国民经济中具有重要意义，倘若没有金属制品，当前人类的发展状况和整个科技进步是不堪设想的。无论冶金工业，还是金属加工工业，机器制造和电力工业，在发展过程中所获成就都是在材料科学和制造技术基础上取得的，这些成就同时也为未来新的重要任务奠定了基础。

8.2合成高分子材料

人工合成有机高分子材料的品种很多，主要包括一般说的“三大材料”，即合成纤维、合成橡胶和合成塑料，此外还包括合成油漆、涂料、胶粘剂和一部分液晶。

一般的无机化合物和有机化合物，其分子只包含几个或几十个原子，最多也不超过二三百个原子，而高分子化合物却不同，每一个分子所含的原子数可达几千或几万，甚至几百、几千万。也就是说它们的分子量特别大，所以叫做高分子。高分子化合物是通过化学方法以天然气或石油为原料，经过一系列反应得到的。它的分子链形状细长，或者首尾相连，或者含有小支链，相互交连，吸引力非常强，所组成的物质在强度、弹性等方面都比低分子物质优越许多。

从结构上看，高分子化合物的分子是由许多相同的单体（链节）重复排列组成，所以又叫高聚物。例如，乙烯的分子量是28，而聚乙烯的分子量可达56万，也就是说，聚乙烯是由大约两万个乙烯链节组成的。

合成纤维

合成纤维是以煤、石油、天然气、水、空气、食盐、石灰石等为原料，经化学处理制成的人工纤维。70年代合成纤维的年产量已占世界纤维总产量的一半。合成纤维的主要品种有：绵纶（聚酰胺）、腈纶（聚丙烯腈）、涤纶（聚酯）、维纶（聚乙烯醇）、丙纶（聚丙烯）和氯纶（聚氯乙烯）等六种，其中前三种产量最大，占整个合成纤维产量的。它们都具有强度高、耐磨、比重小、弹性大、防蛀、防霉等优点。除做衣服以外，在工业和其它方面也很有用处。它们共同的缺点是吸湿性和耐热性较差，染色比较困难。绵纶是最早出现的合成纤维，尼龙66和尼龙6 先后于1939年和1943年开始工业化生产。特点是比重小、强度高，具有突出的耐磨性，大多用于制造丝袜、衬衣、渔网、缆绳、降落伞、宇航服，轮胎帘布等。

芳纶坚韧耐磨，刚柔兼备，现在又发展成最有希望的防弹材料。过去的防弹材料主要是防弹铝板和钢板，都比较笨重，使用起来不灵活。现在用芳纶编织的防弹背心重量轻、结构紧凑、层数多、防护力强，适合于警察和公安人员日常穿用。士兵在战场上感到威胁最大的是弹片和散弹，穿上一种内衬陶瓷板的芳纶避弹衣，就可以保证肺、胸、脊骨等重要部位的安全。

合成橡胶

天然橡胶不仅在数量上，而且在性能上均不能满足人们的需要，只有大力发展人工合成橡胶才是出路。人们将石油中的多种碳氢化合物分离出来，利用化学方法聚合得到合成橡胶。人工合成橡胶具有一定的优越性，不仅可以制造出许多结构和性能相当于天然橡胶的普通橡胶，而且还能合成许多优于天然橡胶的特种橡胶。

采用合成橡胶的经济效益也非常显著，例如，每生产1000吨天然橡胶需要占用300万株橡胶树，为此要五百多劳动力和数千亩土地，而且也非一年可得。而生产同等数量合成橡胶的小工厂，每年只要数十名熟练工人和一定数量的石油。丁苯橡胶在合成橡胶中产量最高，主要用于制造汽车和飞机轮胎等；氯丁橡胶弹性和加工性好，可制造密封件和减震零件；丁腈橡胶具有耐热、耐油和耐老化的特点，可制作耐油胶管和油箱。

塑料 在人工合成的有机高分子材料中，塑料诞生最早，发展最快，产量最高，和人们生活的关系也最密切，因此有些学者认为：人类已处于塑料时代。塑料的显著特点是具有可塑性和可调性。可塑性是指采用最简单的工艺，就可以用在短时间内制造出形状极复杂的塑料制品；可调性是指生产过程中，可以用改变工艺、变换配方等方法来调整塑料的各种性能，以满足不同的需要。此外，塑料还不怕酸碱腐蚀、不具有重量轻、不导电、传热的优点，可做成透明、不透明或各种颜色的制品。

从使用的角度来划分，把塑料分为通用塑料和工程塑料两大类。从年代中期开始，又逐渐从工程塑料中分出高性能工程塑料。这三大类品种的划分至今没有定论，各国在划分上也略有差异，但大体上可以采用如下分类：

通用塑料 聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料等。工程塑料 聚酰胺、聚甲醛、ABS、聚碳酸酯、聚酯、改性聚苯醚等。

高性能工程塑料 聚芳醚、聚芳砜、聚芳酯、聚芳 杂环类、聚芳酰胺、聚对二甲苯、含氟材料等。

除此之外，还有特种透明塑料和新近发展起来的功能高分子材料等。通用塑料的产量较大，占塑料总产量的80％以上。它们共 同的特点是价格低、用途广，可制 成生活用品、一般零件和包装材料，以代替纸和木材，并部分代替金属。

工程塑料是指机械性能好，可以代替金属制造机械零件，并且能在一些特殊环境，如高温、低温、腐蚀、大载荷条件下长期工作的工程材料的一类塑料。工程塑料的出现是年代塑料应用方面的重大突破，它既可用作电工器材，又可应用于机械工业，作钢铁和有色金属的代用品。广泛使用工程塑料的工业部门包括：机械制造、电子、化工、汽车、飞机制造、原子能和建筑等。

特种工程塑料在提高耐热性方面可以满足要求，如聚砜的长期使用温度为150℃短时为180℃，能够用于电绝缘而代替云母，增加电机的容量并缩小体积；聚芳砜在－240℃～280℃温度范围内有良好的强度和电性能，可制成连接器、开关部件和印刷电路板；聚苯砜长期使用温度为180℃，是砜族系统中耐热性最好的聚合物。芳杂环的特点是耐热、耐辐射和突出的高温综合机械性能，目前进入商业化生产的有聚酰亚胺、聚海因、聚仲斑酸等，耐热性最高达350℃，而正在研究中的聚苯并咪啉、聚唑、聚喹二唑等，耐热性可望达到500℃，目前仅限于宇航方面的应用。8.3无机非金属材料

无机非金属也简称无机材料。在物质或材料的成分里，凡是含有碳水化合物的，都称为有机物。例如，当某种物质受热时有碳化现象发生，或者在燃烧后生成二氧化碳的均称为有机物。而在物质或材料的成分里，不含有碳氢氧结合的化合物，称为无机物。其实，金属材料也属于无机材料的范畴，但是这里讲的是除了金属以外的无机材料。因此，为了明确起见，常常在这类材料的名字前加上“非金属”三个字，称为无机非金属材料。

较早的无机材料主要有水泥、玻璃和陶瓷，后来又出现了耐火材料。因为它们的成分中均含有二氧化硅这种化合物，所以又称为硅酸盐材料（它们是由二氧化硅和金属氧化物组成的化合物）。随着近代工业和科学技术的进步，使得无机材料的家族越来越庞大。如光学玻璃、工业陶瓷、石棉、石膏、云母、铸石、金刚石、石墨材料，不仅是建筑、化工、机械、冶金、电力、燃料、轻工业等工业部门不可缺少的材料，而且在国防工业和尖端技术中也有它们的重要地位。目前，这种材料发展很快，原来的硅酸盐材料已不能满足要求，一些新型无机材料成分里，不一定含有二氧化硅，这类材料称为新型无机材料。

很多无机非金属材料是代替钢铁、棉、木材、麻、丝的理想材料。用来代替钢铁和有色金属的有铸石、石棉压力管、石棉水泥井管、石棉塑料闸瓦等；代替木材的有水泥船、水泥轨枕、水泥电杆、水泥矿井支架等等；用以代替棉、麻的主要是玻璃纤维。无机材料是基本建设的主要物质。无论修建住房、厂房、办公楼，还是道路、桥梁、堤坝、机场、电站、都需要大量的砖、瓦、水泥、砂、石、玻璃等建筑材料。材料费用占整个建设投资的50％左右，由此可见这类材料的重要性。

新无机材料还是发展高、精、尖科学技术不可缺少的材料。在航天、核能、电力、电子、激光等工业部门都有广泛应用。例如，火箭发动机的燃烧室和喷嘴，需要承受两千多度的高温而不氧化，它是用石墨表面喷涂一层二硅化钼材料制成的；石墨还被大量用作核能工业的“减速剂”；雷达里的大型电子管外壳，既要耐高温，又要有良好的超高频和绝缘性能，它是用氧化铝超高频绝缘陶瓷做的；还有核反应堆外部的防护层，是采用一种含钡的特种水泥筑成的。8.4复合材料

近代科学技术的发展，对材料性能的要求越来越高，所要求的性能中甚至有些相互矛盾。例如：航空和空间技术要求强度高、重量轻的材料；造船工业需要耐高压、耐腐蚀的结构材料。这使得单一的材料很难同时满足需要，而且三大类材料都有它们本身的弱点。唯一可行的有效办法就是把两种或两种以上的材料按一定方法组合起来，使它们互相取长补短，相得益彰，制成兼有几种优良性能的新材料，这就叫复合材料。

现代复合材料是由基体材料和增强剂复合而成的。这种复合可在不同的非金属之间、金属之间以及非金属与金属之间进行。通常使用的基体材料是塑料、树脂、橡胶、金属和陶瓷，而增强剂为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维或金属丝，有时也采用粉末和颗粒增强剂。

按照基体所用的材料不同，可将复合材料分为非金属基复合材料和金属基复合材料两大类。复合材料在一定程度上克服了原有材料的缺点，如金属不耐腐蚀、有机高分子材料不耐高温、陶瓷材料脆性高等，因此在综合性能上超过了单一的材料。

复合材料的关键是增强材料，它的弹性模量和强度都必须大大超过基体，因而才能使制得的复合材料的机械性能优于未增强的基体。另一方面，基体在抗腐蚀性、韧性等方面又弥补了增强材料的缺点，因此可以说复合材料具有人工设计的特点。8.5非金属基复合材料

玻璃钢是人们熟悉的一种多用途的复合材料，它的学名叫玻璃纤维增强塑料。

目前广泛使用的玻璃钢有玻璃纤维增强尼龙、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、环氧、酚醛及有机硅树脂等品种。玻璃钢的特长是质量轻强度高、耐腐蚀性好，同时具有良好的隔热、隔音、抗冲击和透波能力。玻璃钢最早用于航空和军事工业，现在已推广到各行各业。军事用途包括自动枪托、火箭发射管、钢盔、登陆艇、飞机机头罩、机翼、尾翼、副油箱、雷达罩等，一般比采用金属部件重量轻20％～25％。在化工和石油工业中，玻璃钢管道、泵、槽节约了大量的不锈钢、铜、铝等金属，还延长了使用寿命。例如一台石油裂化冷风机采用玻璃钢叶片后，可节省50公斤不锈钢和35公斤铝合金。采用一吨玻璃钢代替棉布层压板，可节省棉布4000米。近年来许多先进体育器械也有用玻璃钢制造的，如网球拍、高尔夫球棍、滑雪板等。

碳-碳复合材料是一种性能特殊的复合材料，它是由多孔碳素基体和埋在其中的碳纤维骨架组成。在极高的温度下，仍旧可以抵抗腐蚀性介质的作用，保持很高的强度。它的耐热、耐腐蚀性也十分优异，因而是一种高温结构和热防护的理想材料。在火箭和航天飞机上，碳-碳复合材料用于受热最高的再返大气层头锥、前缘、热屏蔽、激光屏蔽和火箭喷嘴等部位。

金属基复合材料

与非金属基复合材料相比，金属基复合材料的潜力尚未充分发挥，应用面比较窄。航空、航天、能源工业的发展提出的一系列严格的要求，看来只有依赖金属基复合材料和精陶瓷才能够解决。金属基复合材料所用的增强剂除了石墨、硼（硼硅克）纤维外，还有高强度钢丝、高熔点合金丝（钨、钼）和晶须（氧化铝、碳化硅）等。这些纤维分别用来与铝、镁、钛、铜和镍钻基高温合金组成复合材料。

硼-铝复合材料的研制起步最早，取得了一定效果。这种材料用于航天飞机的中机身构架管，可减重80公斤。采用硼-铝复合材料的飞机为数不多，目前只有F111,S-3A等，此外还有“阿特拉斯”导弹的壳体。8.6功能材料

功能材料是指在电、光、热、磁、催化、分离、生物和医学等方面具有特殊性能的材料。随着各种奇妙的功能材料层出不穷，光电、电声、激光、红外、半导体、超导技术的应用，仿佛使我们进入了一个神话世界。上天、入地、千里眼、顺风耳已成为事实。在当代的科学技术中，功能材料应用更加普遍了，例如，人们习惯上的“电脑”、“电鼻”、“电眼”、“电耳”、“功能高分子材料”等，就是分别采用记忆、光电、气敏、压电晶体和人工合成材料制成的。

19世纪末，人们发现铯、铷、钾、钠等金属内部的电子很不稳定，受到光线照射后，一部分电子会被释放出来，所释放的电子数量与光的强弱成正比，这种现象叫光电效应。由于光电管能够把光和电联系起来，使光信号变成电信号，因此光电管又称“光电眼”。而铯、铷等金属正是制造光电管最重要的材料。光电管现已广泛用于电视、电影、无线电传真等方面，正为人类造福。

“光电眼”还在信号装置、光度计、照明、自动控制等技术方面，有着广泛应用。例如，用于自动控制炼钢炉温度，由于“光电眼”可以根据炉内光线强弱精确地“算出”温度，自动装置就能够采取相应措施，及时准确地调节炉温；有的“光电眼”不仅对光的强弱很敏感，而且还能识别颜色。生产中如要实现带色图案工作的自动化，可让“光电眼”分辨彩色图案的色泽、亮度和形状，把光电信号输入到电子计算机，“电脑”经过鉴别判断，即可命令机器去完成规定的动作。

“电鼻”的学名叫“气体检漏仪”，是发现危险气体和检查危险气体浓度的仪器。它是怎么“闻”到气味的呢？原来，这个仪器中装有一种金属氧化物材料，叫气敏半导体。由二氧化锡、氯化钯等材料混合烧结制成，它的表面吸附着氧分子。当仪器靠近易燃、易爆气体时，这些气体很容易和氧结合，夺走气敏半导体表面的氧，警报器便发出信号。气体消散后，即可再次使用。

“电鼻”对许多气体反应非常灵敏。例如它能把百万分之一浓度的氢气指示出来；对冷冻机、电冰箱中用的氟利昂，哪怕只有十万分之一的浓度，它就能“闻”出来；对剧毒的一氧化碳，人鼻子闻不出，“电鼻”却很灵敏。目前，“电鼻”能够“闻”出的气味已有四十多种，包括苯、染料、油漆、氨、树脂、瓦斯和酸等。它可以很负责地担任气体检漏、浓度测定、报警等工作，在石油、化工、矿山、仓库、环境保护及科学研究等部门很有用处。另外，人们还根据“电鼻”的原理研制出了一种“电子警犬”，它比狗的鼻子还要灵敏一千倍，已开始用于侦缉破案工作。

眼，明察秋毫；耳，能探微音。人的耳朵是灵敏的声音接收器。可是有一种“电耳”要比人耳高明许多倍，它的专业名称叫声纳，是利用超声波在水中进行通信和探测的一种仪器。声纳发射机发出的超声波，碰到水中的物体便被反射回来形成回波，并由接收机接收。根据超声波从发出到返回的时间，声纳便可以发现目标并探测两者之间的距离。

声纳的探测和接收元件，是用压电陶瓷制成的。这是一种具有压电特性的陶瓷材料。压电效应是年由法国科学家皮埃尔 居里兄弟发现的。他们在研究石英、电石、酒石酸钾钠等晶体的过程中，发现这些晶体在一定温度下受压时会有信号产生；在通电时，又会发生形变。后来，人们便利用这种奇特的压电效应，将机械能转变成电能，或把电能转变成为机械能。如果把电子振荡器产生的几万周的振荡电流加到压电晶体上，使薄片周围的水也随着发生波动，这就是超声波。装有“电耳”的潜水艇就是凭借压电晶体所发出的超声波以及接收的回 波，来发现敌舰、水雷、暗礁以及冰山的。

目前，常用的压电陶瓷材料，主要是钛酸钡陶瓷、锆钛酸铅陶瓷及以其为基础的三元素陶瓷等。功能高分子材料是在某领域具有特殊性能的人工合成材料。一部分功能高分子材料的用途已为人们所熟知，占有稳定的市场，如通用塑料等，而另一些独特的功能材料正在扩大使用范围，留给人们深刻的印象，逐步建立起不容置疑的地位，如集成电路用的感光树脂、电子照相用的光导电性树脂、海水淡化用的离子交换树脂、回收废污水中重金属离子的螯合树脂、人造肾脏渗析的中空纤维等。

下面让我们举例说明这些功能高分子材料的重要性。

如加有掺杂剂的聚乙炔和聚苯硫醚都是能导电的塑料既能导电，又具有重量轻的特点，有广泛的用途。美国新研制出的一种塑料蓄电池，就是采用这种塑料做电池的电极，它的体积小，重量轻，可以提供常规铅蓄电池10倍的电力，并且在长期使用过程中不需要维修，充电次数可达1000次以上。还有一个优点即塑料电池是密封的，不会释放出有害的化学物质和气体选择性吸收高分子功能材料也是功能材料的新秀，它优于碳吸附剂。因为规则的高分子碳化后，具有可控制的选择吸收性，如碳化聚丙烯腈吸附硫醇的能力，比活性碳高倍，用于冷库、空气净化机可以消除臭味；碳化聚乙烯醇具有分子筛的作用，筛目可以控制，能用于分离氧、一氧化碳和氢气等；选择性螯合树脂，能与特定的金属离子形成络合物，可用于工业废水回收有害金属或化工溶液去除金属离子。

生物高分子材料的产量增长很快。例如具有肾脏功能的人工肾脏渗析器由中空纤维或膜组成，年产量达到数百万只；能渗透氧和二氧化碳的人工肺有机硅胶膜，年产量近万只；人造血液（聚乙烯基吡咯烷酮）也有商品供应。

减阻功能高分子材料给许多工业部门带来了福音。例如，在流体中加入某些微量的高分子材料，可使流动阻力大大降低。水中加入25PPm的聚环氧乙烷，就使水管中的阻力下降75％，出水率增加好几倍，可用于灭火水管等方面；在油田开采中加入聚丙烯酰胺和聚丁烯类聚合物，就会使原油易于从岩石缝隙中渗出和在输油管中通过，多出油和减小远程输油中的油量及能量消耗。

保湿功能高分子材料对农业有重要意义，这种用纤维素或淀粉与丙烯酸的接枝共聚物有很强的吸水能力，能吸收自身重量300倍的水分，其中95％可供植物吸收，因此起到了地下小水库的作用。施用保湿剂后，小麦产量可提高15％，大豆产量可提高25％.8.7半导体材料

半导体材料实际上是指锗、硅、砷化镓一类材料。因为它们的导电性介于金属和非金属之间，所以称为半导体。

半导体材料的导电性能，在不同的温度、光照、杂质等条件下会灵敏地发生变化。正因为半导体这一非凡的 “本领”，才使得它能够在技术上大显神通。例如，利用半导体对温度十分敏感的特性，制成自动化装置中常用的热敏电阻，可以测出万分之一度的温度变化。半导体材料的导电性能，在不同的温度、光照、杂质等条件下会灵敏地发生变化。正因为半导体这一非凡的 “本领”，才使得它能够在技术上大显神通。例如，利用半导体对温度十分敏感的特性，制成自动化装置中常用的热敏电阻，可以测出万分之一度的温度变化。半导体器件与电子管或其它电子器件比较，它的优点是体积小、重量轻、安全可靠、寿命长、省电、效率高、成本低。晶体管的平均寿命比电子管长100～1000倍，可靠性高100倍，可称“半永久性器件”。集成电路使电子设备向微小型发展产生了一次飞跃。实践表明：集成大电路的可靠性要比分立元件电路高100倍左右，大规模集成电路又比一般集成电路高出100倍以上。

什么是集成电路呢？它主要是由许多集成块组成的，集成块是在平面晶体管技术的基础上，把晶体管、电阻及电容等都做在一小块半导体材料上，组成不能拆换的整体，代替传统 的分散元件。集成块的功能和原电路的晶体管、电阻和电容的功能是相同的。9.未来材料

未来材料是指那些新近发展或正在发展的具有优异性能或特殊性能的、代表现代新技术动向并能满足未来需要的材料。9.1新型金属合金材料

高温合金

高温合金是指那些在极高温度下仍能满足工作要求的金属材料。

在20世纪70年代以前，高温合金耐热的发展速度大约每年提高10℃。例如涡轮叶片最初使用的耐热钢，工作温度只有550℃～650℃，到20世纪70 年代已达到1050℃。继续提高镍基和钴基高温合金的工作温度越来越困难，因为这样高的温度已接近基体金属镍和钴的熔点（镍的为1453℃，钴的为1495℃）。

超塑性合金

具有超塑性的合金能像饴糖一样伸长10倍、20倍甚至上百倍，既不出现缩颈，也不会断裂。凡金属在适当的温度下（大约相当于金属熔点温度的一半）变得像软糖一样柔软，而应变速度为10毫米/秒时产生本身长度三倍以上的延伸率，均属于超塑性。

超塑性铅合金已经商品化，如英国的Supral 100（Al6Cu0.4Zr）和加拿大的Alcan 08050（Al5Ca5Zn）铝板可在300℃～600℃时利用超塑性成形为复杂形状，所用模具费用降低至普遍压力加工模具费用的十分之一，因此它具有和薄钢板、铝压铸件及塑料模压件相竞争的能力。超塑性成形工艺将在航天、汽车、车厢制造等部门中广泛采用，所用的超塑性合金包括铝、镁、钛、碳钢、不锈钢和高温合金等。

记忆合金

记忆合金是指那些改变形状后在一定的条件下仍能恢复原形的合金，它们的成分通常是镍钛、铜锌、铜铅镍和铜金锌等。以的50％钛和50％镍组成的“镍钛诺”应用最广。记忆合金变形超过屈服极限后，只要一加热，变形消失后会返回原来的形状，似乎对自己的原形有记忆，因此而得名。

记忆合金已用于管道结合和自动化控制方面，用记忆合金制成套装可以代替焊接，方法是在低温时将管端内径扩大约4％，装配时套接一起，一经加热，套管 收缩恢复原形，形成紧密的接合。美国海军飞机的液压系统使用10万个这种接头，多年来从未发生漏油和破损。船舰和海底油田管道损坏，用记忆合金配件修复起来，十分方便。在一些施工不便的部位，用记忆合金制成销钉，装入孔内加热，其尾端自动分开卷曲，形成单面装配件。

记忆合金特别适合于热机械和恒温自动控制，已制成室温自动开闭臂，能在阳光照耀的白天打开通风窗，晚间室温下降时自动关闭。

防振合金

它用在导弹控制板、飞行器陀螺仪和潜艇螺旋桨等先进武器上，以达到防振和消音的目的。后来它的使用范围迅速扩展，逐渐由军事转向民用，成为各种运输工具和家电防止噪音的一种有力手段。金属玻璃

金属玻璃又称非晶态合金，它既有金属和玻璃的优点，又克服了它们各自的弊病。把高温下熔化了的液体金属，以极快的速度冷却，使金属原子来不及按它的常规编排结晶，还处于不整齐、杂乱无章的状态便被“冻结”了，因此，出现了类似玻璃的奇异特性。制造金属玻璃的关键是保持极高的冷却速度，要在千分之一秒的时间内，把熔化的金属材料冷却为固体，这样的冷却速度等于在一秒钟内把温度突然降低一百万摄氏度。由于冷却速度太快了，熔化的合金液体来不及调整为晶体结构，突然被凝固成毫无秩序的固态。金属玻璃的抗断裂强度比一般金属材料高得多，可达350公斤每平方毫米。更可贵的是，在达到如此高强度的同时，这种材料还保持难以令人想象的韧性和塑性，所以可用来制造高压器和火箭等关键部位的零件。由于金属玻璃没有金属那样的晶粒边界，腐蚀剂无空子可钻，所以从根本上解决了金属晶界的腐蚀问题，能经受多种化学溶液的腐蚀，有良好的化学稳定性。它的抗腐蚀性要比不锈钢强100倍。

含铬金层玻璃由于耐腐蚀和点蚀，特别是在氯化物和硫酸盐中的抗腐蚀性大大超过不锈钢，获得了 “超不锈钢”的名称，可以用于海洋和医学等方面。例如制造海上军用飞机电缆、鱼雷、化学滤器、反应容器、刮胡刀及手术刀等。

金属玻璃用途包括高强度才能制成结构元件控制电缆、电缆和光缆护套、压力容器、储能飞机、机械传送带、轮胎帘布等。

目前正在研究将金属玻璃纤维用于飞机构架和发动机元件。9.2 影响深远的光电子材料

光导纤维是光通信的传输材料。这种通信线路不是用一般的金属导线和电缆，而采用像头发丝那样细的透明玻璃纤维制成的电缆。玻璃纤维传导的不是电信号，而是光信号，所以玻璃纤维又叫光导纤维。利用光导纤维进行远距离通信的效率非常惊人，要比电缆的通信效率高十亿倍以上。

光纤通信不仅可以广泛应用在邮电部门，还可应用在军事、经济、科学技术、文化和人民生活等各个方面。由于它的容量极大，利用它可进行超高速数据传输，建立起灵活高速的大规模计算机网、四通八达的电视网，并可远距离传送全息图象。由于它的抗干扰能力极强，可以解决超高压输电网的通信联络，使自动化遥控装置最终摆脱高压电干扰。它应用在计算机、自动化系统和飞机、船舶、导弹等狭小空间的复杂控制系统中，可以避免大量电路之间的互相干扰而产生错误动作。

光导纤维除用于通信外，另一个重要用途是传能，即传输高强度的激光。光纤还有一个重要应用，就是制作光纤传感器。

光电子材料除光纤外，还有光学功能晶体材料、光电存储与显示材料等。9.3 面向未来的先进超级陶瓷材料

陶瓷的基本成分是铝硅酸盐，由于天然原料带有杂质，使陶瓷的一些性质受到损害。后来科学家用不含硅酸盐的天然原料，成功研制了性能更优越的陶瓷，从而出现了不含硅的崭新一代陶瓷，也叫现代陶瓷。常见的品种有二氧化物、氮化物、碳化物陶瓷及硼化物陶瓷等等。为了改善陶瓷的脆性和增加强度，人们又在陶瓷基体中添加金属纤维和无机纤维，组成复合材料，其中有的强度已经超过每平方厘米可承受一万公斤的力，成为陶瓷材料的佼佼者。

碳化硅和氮化硅又被称为精细陶瓷材料，它们克服了一般陶瓷的致命弱点脆性，有很高的韧性、塑性和耐磨性，并在高温下具有较高的耐热性，经几百次骤冷骤热试验不会产生破裂，抗冲击能力也比一般氧化物陶瓷强。目前，精陶瓷材料主要使用在尖端工业上，如微电子、核反应堆、航天、地热和磁流体发电、人工骨和人工关节等方面。

高铝陶瓷是有名的“硬骨头”，用它作机器上的耐磨器件，其耐磨性能比金属高2～3倍。至于刚玉瓷、氮化硼陶瓷制成的瓷刀，更能“削铁如泥”。10.现代文明与陶瓷材料

人类的文明史从几千年前的石器时代经过铜器时代, 铁器时代进入到现代文明社会的时代。无论你如何来划分时代, 每一时代的形成都是由于新一代材料的出现才逐渐地构成了这个时代的社会特征和人类文明。10.1 日常生活和陶瓷材料

建筑工地用钢骨架结构装配以轻质发泡混凝土预制板,。这种轻质材料不仅能隔热还有防火、阻燃、隔音、耐震等功能被称为 “ 浮在水面上的混凝土” “ 不嫩的木材”。建筑采光用的玻璃也是千姿百态, 茶色玻璃、变色玻璃、节能玻璃层出不穷, 不仅给建筑物以 美观并使室内变得冬暖夏凉。电视机、录像机、录音机、空调、电脑内脏里的集成块, 电阻电容、延迟器、滤波器、显像管、磁头、磁带等很多是用陶瓷材料制的。暖风器、电热驱蚊器、冰箱冷热起动开关等就是用一种正温度系数的陶瓷材料一PTC 陶瓷制造的。

在现代化的医院里，CT、B超、胃窥视镜等各种理疗诊断仪大量使用陶瓷材料。高尔夫球棒, 钓鱼杆, 高级服装上的宝石钮扣, 变色玻璃眼镜等均由陶瓷及其复合材料制成。我们可以说陶瓷已与人们的生活密切相关。10.2 字宙空间技术与陶瓷材料

发展空间技术首先要解决的是运载工具一火箭的制造和发射, 若要将火箭发射上天首先要解决好火箭的两大部件，一是燃烧室和尾喷管, 另一个是头罩和蒙皮。火箭在离地飞行时火箭尾部喷出的烈焰要高达摄氏9000度高温，用金属材料显然是行不通, 现代用碳化硅SiC陶瓷或涂有MoSi2 的石墨材料解决了这个问题。10.3 核能发电与陶瓷材料

原子能发电就是利用原子核的裂变反应放出大量的能量进行发电的过程, 但核反应如不加以控制则原子能发电站便成了一颗原子弹。因此人们必须有效地控制其核反应过程同时防止放射线泄出。反应堆外必须用石墨、蛇纹石混凝土或氧化被陶瓷砖等把反应堆围起来, 把那些伤害人体的射线阻挡在反应堆里。可见原子能发电站的反应堆上堆满了陶瓷材料。10.4 发动机和汽车工业与陶瓷材料

由于发动机材料的限制使其使用温度不高，影响了能源的使用效率。我国现有汽油发动机的热效率约25％ , 柴油发动机的热效率约30％，热气轮机的热效率35％。世界发达国家特别是日本、美国等国正积极研究用陶瓷发动机及相应的陶瓷部件来替代原来的发动机体系, 例如用Sialon ,Si3N4 , SiC , PSZ , 莫来石等陶瓷材料做成活塞, 活塞环, 汽缸封, 预热室, 阀密封镶块阀导板, 进气排气通管, 挺杆, 机械密封件, 增压器, 轴承, 电热塞等。10.5 材料科学的发展趋势

材料科学的任务是研究材料的制备、组成、结构、形态与性能之间的相互关系及材料在形成过程中的规律, 并在此基础上提高原有材料的性能, 创制新材料, 探索新理论、新技术、新工艺, 开拓新应用。作为陶瓷材料的发展趋势对高温结构陶瓷来讲是向着高比强,高耐摩、耐高温、高韧性方面发展, 而对于功能陶瓷而言主要是使材料具有更优异的功能特性, 并向高效能、高可靠性, 大功率、小型化、高灵敏、高精度和多样化、集成化方向发展。

材料是科学技术的必要物质基础，任何一项新技术的突破，都要有相应的新材料作前提保证，而且某些新材料的研制过程本身就是新技术的发展。光导纤维和激光材料对于光通信，半导体材料和磁性材料对于计算机技术，超导材料、光电材料和贮氢材料等对于新能源，生物功能材料对于生物工程等等，无不说明新材料对于新技术和新兴工业的发展具有举足轻重的关键作用。当前材料、能源、信息是现代科技的三大支柱，它会将人类物质文明推向新的阶段。

二十一世纪将是一个新材料时代。

从材料的发展史来看，最初的石器材料仅是对自然界天然物质作简单的打、磨加工，陶器才是人类通过加工技术以一定的工艺制造非天然物质材料的起点。自陶瓷至青铜、铁器材料，还只是加工、冶炼技术和工艺的改进。当发展到现代的高分子材料、特种陶瓷和复合材料等，人类开始从加工改造天然物质材料走向以人工化合物为原料的合成材料。20世纪末主要的新材料，包括塑料、合成橡胶、化纤等各种高分子材料，特种陶瓷、特种玻璃、特种水泥、光导纤维、碳纤维、硼纤维等硅酸盐和无机功能新材料，记忆合金、非晶态金属、晶须、超导材料、超塑性金属、超弹性合金等型金属材料，以及纤维增强、弥散粒子、叠层复合等新型复合材料。还有被称为第四代、第五代材料的超微粒子、超晶格膜、超纯材料等“极限材料”和“分子设计”材料等。

第二篇：环境科学与人类文明

环境科学与人类

文明

【期中作业】

授课老师：程威

城乡建设与工程管理学院

Tiger

环境科学与人类文明自古至今的辩证关系一直在被谈论，人类是环境的产物，又是环境的改造者。生态文明是人类在改造客观世界的同时改善和优化人与自然的关系，建设科学有序的生态运行机制，体现了人类尊重自然，利用自然，保护自然，与自然和谐相处的文明理念。

但随着世界科学技术与经济生活的高速发展，世界人口的急剧增长，人类在不知不觉中已经把自己推上了生命法庭的被告席。除昆虫以外，人类在人口数量的增长上是其他物种所罕有的，加之人类远超出其生理需求，表现出贪得无厌、永不满足的欲望，且对自己所居住的环境又缺乏理智和深刻的思考。以上种种，使人类在盲目乐观中将很多无辜的物种带到灭绝的边缘，对于生态环境的肆意破坏也让人类自身的生存受到极大的限制，从某种意义上说：人类也破坏了自己仅有的赖以生存的基础。

当前，全世界每年净增人口约8000万人。中国每年净增约1200万人，超过了白俄罗斯全国的人口数。我国每天出生的新生婴儿都超过了军队中一个军建制的规模。人口的快速增长给地球造成了极大的压力，使人类生存空间显得越来越小。目前，把地球上所有的陆地计算在内，世界人口的平均密度约为每平方千米43人。如果按照目前的速度发展下去，到2600年，每人以不到1平方米。而到2800年，把海洋也算进去，整个地球表面将达到每平方米120人。到那时候，人类将会因为连自身生命活动所产生的热量都无法耗散掉而遭到灭顶之灾。所以，世界人口持续无限制的快速增长是造成环境问题的最根本原因之一。

人类对自然环境的破坏另一个方面表现在：土地质量的日渐退化和人均耕地的迅速减少。土地是正真的无价之宝吗？答案显然是肯定的，而其中最珍贵的是耕地。人们利用耕地种植各种各样的农作物，为人类的生存提供最基本的物质保障。然而，不行的是能作为耕地的平坦而肥沃的土地资源是非常之有限的。在地球陆地表面中，目前地球陆地上可利用的耕地只占10.6%，土地所承受的人口压力首先就从人均耕地面积的迅速减少反映出来。对此联合国曾做过如下统计：1975至2000年世界人均耕地面积大约减少一半。1970年初，平均每一公顷耕地能养活2.6个人，而到2000年要养活4个人。人口增长同样造成城市数量的增加，随之而来是城市拥挤和建筑物增加，城市面积的的扩大也是大量耕地被占用的另一个重要原因。据统计，世界大城市的面积增长是人口增长速度的两倍。1975年到2000年全球的建筑面积扩大了2.5倍。在未来的城市里，仅人类居住一项，全球每年要损失大约14万平方千米的耕地、6万平方千米的牧场和18万平方千米的森林。由于可利用耕地的不断超负荷工作，原来肥沃的耕地质量也在不断的下降。

人类为了解决人口与土地的矛盾，采取了一系列措施来增加食物的产量。虽然这些措施从某种程度上增加食物的产量，缓解了人口快速增长带给土地的巨大压力，但这并未从根本上解决问题，反而使原本脆弱的生态系统愈来愈丧失其自然性，生态系统的不稳定性愈演愈烈。多年来，地球上灾难频发，森林面积锐减，土地沙漠化严重等问题使人们生产生活质量受到严重影响。据估计，全球每年被迫放弃的耕地面积可达5到7万平方千米，二期沙漠化是这些耕地被放弃的主要原因。据联合国环境规划署估计，全球每年有大约2100万公顷肥沃的耕地无法再生产粮食，其中有600万公顷完全变成沙漠。

除了土地沙漠化，水土流失也是土地退化的一个主要表现。水土流失是由于人类大面积破坏植被造成的。这是一种面广、量大而又无声无息的潜在危机。陆地表面的土壤是历经漫长的地质年代，经过各种风化成土作用慢慢形成的。目前，全球每年因水土流失损失的土壤达250亿吨，这个数字比土壤天然再造速度要高出好几倍。表层的肥沃土壤流失后，耕地的肥力大大降低。在美国，每年被水冲刷的土壤有30亿吨。对密西西比河的测算表明：这条大河每年冲蚀土地而带走的钙达2250万吨，钾163万吨，镁250万吨，磷65万吨。更糟糕的是，由于人类居住地随着人口的增长不断扩大,城镇和村庄附近的耕地同样被占用,耕作地只得不断向更边缘,更贫瘠的地区延伸.全球每年要增加大约8000万人口,对食物及居

住地的需求不断增大,这就迫使农民去开垦那些更加贫瘠的坡地,从而造成了更加严重的水土流失.。这样我们的生存环境变得越来越糟，这一切，都是人类的毫无节制和不合理的开发造成的。

得到雨露滋润，禾苗才能茁壮成长，万物生长都离不开水。水是生命的根源，是构成生命体的基本单位，是生命产生、发育和繁衍的基本条件。随着人类的发展，特别是科学技术的发展和人类文明程度的不断提升，每个人的平均资源消耗量也在不断的上升，特别是人均水资源的使用量。我们所在的星球的总体水量是有限的，在这种情况下，我们的水资源显得更加匮乏。然而，这并不是主要的原因，进入工业社会以后，由于工业的发展，工业生产中造成的水资源污染的问题变得越来越引入注目。从某天开始，在我们的生活中不知不觉的多了各式各样商品化太空水，纯净水，矿泉水。这种现象不仅仅是因为人的消费水平的提高，更多的反映出人们对水污染的广泛担忧。工业废水对河流，地下水，特别是大量金属物质对可利用水资源的严重污染。例如,1980年，马来西亚巴生河河水中的重金属汞的含量非常高，有人开玩笑说，这条河的河水直接可以做杀虫剂了。诸如此类严重水资源污染案例层出不穷，在我国的素有“东方明珠”之称的上海，据报道，黄浦江曾有超过70%的江段受到污染。1988年7月16日至22日，市区污水随潮流上溯包围了沿江水域，水质恶化达到令人吃惊的程度，水中氨氮，溶解氧，耗氧量等3项水质指标甚至比杨浦水厂水质还差。黄浦江的黑臭期每年已经超过了150天，苏州河早就成了不折不扣的大阴沟。1988年初上海曾经爆发了震惊全国的“甲肝”事件，当时甲型肝炎在上海流行。并波及到江苏，浙江和山东等省市，感染病毒人数高达40万，其中上海多达31万人。这场至今仍令上海人心有余悸的“甲肝”事件只不过是上海水污染的一个小插曲。

世界上发展中国家的水污染情况基本相同。据统计，全世界每年约有4500亿吨污水排入江河湖泊，全球大约40%的河流遭到污染，占全球淡水总量的14%以上的可用水已经被污染，造成水资源丰富的地区水质严重下降，而缺水地区更加缺水。据世界卫生组织统计，世界人口的20%难以得到清洁的饮用水，50%的人口无法得到卫生用水。发展中国家每五个人中就有三个人缺乏干净的饮用水。据估计，在非洲难以得到饮用水的人口将增加到4.5亿，而12个国家将会常年缺水，而此类的问题在欧洲同样也未能幸免。有关欧盟环境问题的一份报告中显示：农药对地下水的污染比预测高出许多。从现在起，在今后的50年内，将有6万平方千米的含水层受到这种污染。在欧洲经济共同体国家中，河流湖泊的污染也是随处可见。例如，在布鲁塞尔附近的塞纳河中，有人检测出含有大量有毒的化学物品和臭味难处的污物。这项对西欧的8条大河的水质化验结果表明，其中水质污染最为严重之一的罗纳河每公升水中的氨气含量为20.1毫克，超过了规定标准40倍。

绿色是生命世界的象征，生命的世界是靠绿色来维系的。地球表面的绿色植被是造物者赋予我们的“生命之被”。她给了整个生物界郁郁葱葱的生机和无限活力。人类在其诞生的早期，只是以采集野果和狩猎为生，对大自然的影响不大。当人类社会发展到近代，特别是进入工业社会之后，随着人口对土地压力的不断增加，对木材需求量的不断增加，世界上几乎所有的地方都把这种危机和压力转嫁到森林等绿色植被上。由于一系列不合理的开发和利用，致使地球上的植被遭到严重的破坏，植被面积大量减少。

自古以来，人们总是认为树木是可再生资源，我们砍伐完了还可以生长出来。但是，不科学的乱砍滥伐和过分垦殖，已经导致了灾难性的后果。人口急剧增长导致了人类对粮食需求量的大幅增加，许多国家只好通过砍伐森林来扩大自己国家的耕地面积。再者，森林资源被迅速消耗的另外一个主要原因是很多发展中国家的家用木材做取暖做饭的材料，根据联合国农粮调查组织的统计，每年世界砍伐木材高达30亿立方米，其中一半被当作燃料烧掉。目前为止，地球上还有22亿人用木材取暖做饭，在非洲的不发达地区木材在能源总消耗中占到80%。还有，有些人为了商业利益，进行掠夺性的商业开采也是森林惨遭厄运的重要原

因之一。一些国家为了偿还外债或者换取大量外汇向另一些国家输出本国木材，最后导致了地球上森林资源越来越少。由于森林等绿色植物的减少，导致了一系列的环境问题。全球气温升高，全球变暖是最明显的事实。

1987年，南极海冰一座相当于两座罗德岛的巨大冰山崩裂溅入大海；1988年，热浪袭击了亚平宁半岛，意大利南部的科森达出现了44度的高温天气；希腊希腊达到42度；埃及开罗的温度超过了40度；1990年地球平均温度是有气象记录以来最高的一年；1997年全球普遍高温，热浪袭击了整个亚欧大陆。这一系列的事例再向人类昭示着“温室效应”正在向慢慢人类走来，21世纪将是一个大热的一百年。有人曾预言假如由于人类破坏植被，肆意排放温室气体引起的“温室效应”得不到合理的抑制，人类现代文明可能在500年内被毁灭。森林过度砍伐，草地过渡开垦，工业气体的大量排放致使大气中二氧化碳浓度升高是产生“温室效应”的根本原因。科学家预测，到2030年大气中的二氧化碳等温室气体含量的明显增加所产生的“温室效应”，将会使全球平均温度比1945年上升1.5至4.5摄氏度，这是一个惊人的数字，这将会达到或者超过过去一万年人类历史时期气候变化可能达到的最大幅度。

气候一旦发生变化，自然环境中一系列连锁反应也将跟着发生相应变化。到2030年，北半球中高纬度地区将更加趋于干旱，全球仅剩的森林面积有可能减少约11%，沙漠面积则增加约3%，草原面积大约减少11%，成片的草原将不复存在。全球变暖导致的直接影响是海平面的上升。据国际有关组织的调查统计，近百年来海平面平均上升速度为每年1至2毫米。随着“温室效应”的不断增强，海水由于升温膨胀，南北极冰盖的消融，海平面逐年升高。这些直接影响着沿海地区以及低洼地带人们的生活和生产。此外，气候变暖还会使局部地区发生严重的干旱和沙漠化，同时容易产生飓风，而对于那些多降水地区则会造成雨涝等自然灾害，给农业生产造成了严重影响，由此将导致一系列的恶性循环，会进一步加剧“温室效应”的破坏性。全球性气候变暖也会影响人体健康。流行病学家观察发现，环境温度能影响疾病媒介生物的活动，这样将会使得原本对人类危害极大的疟疾更加肆无忌惮的蚕食我们的生命。人们认为近几年来印度的疟疾回升和南美洲的疟疾爆发与其向上的“厄尔尼诺现象”有关，而气温变暖则可能是“厄尔尼诺现象”产生的原因之一。

森林是一个多功能、多效益的系统，他不仅能给人类提供木材，还能调节气候，储存雨水，为很多野生动物提供栖息地。只可惜，人类为了眼前的利益而破坏长远的利益，只将它看作是大自然赠与我们的木材生产基地，一种经济上的财源。很多人没有想到其他方面的功效，只是无限制的开采，掠夺性开发。其实，从某种意义上说，这是人类所做出的最愚蠢的选择，为了提高经济效益，只是以牺牲长远的利益来换取人类暂时的繁荣，对我们的子孙后代没有一点长远的计划，这样还能促进人类的长远发展吗？难以想象的是，如果在今后的某天，我们的森林资源消耗殆尽，水质严重污染到难以附加的程度，我们又该如何面对我们的子孙后代呢？

所以树立科学的自然观与社会发展观古代文明消失的教训值得人类对长期以来沿袭的人与自然的关系模式进行深刻反思。工业文明造成的生态危机更向人类敲响警钟。人类若想实现自身的可持续发展以及文明的源远流长，必须彻底摒弃以破坏环境。

过度消耗资源为代价的传统经济模式，树立可持续发展的理念，把对自然的合理开发和利

用统一起来，把促进当前经济、社会发展和保证未来持续发展统一起来，只有建立一种新的人与自然和谐发展的生态经济模式，构建一种新的生态文明社会，才能真正实现人类的可持续发展，才能保证人类文明延续不断。构建人与自然和谐相处的生态文明面对生态环境遭受的巨大破坏，人们应重新思考人与自然的关系问题，人们应认识到人始终是自然环境的产物，人的生存、繁衍、发展都要从自然界中获取物质与能量，人与自然之间应保持共存共

荣关系。因此，人类在发展经济过程中要尊重自然，按照自然规律办事，倡导绿色消费，走可持续发展之路、可持续消费之路。形成善待自然、爱护自然、保护自然的社会风尚，培养人们正确的环境意识、资源观和可持续发展观，建立起一种人与自然相互协调共同发展的文明~~~生态文明。注重人类平和心态的培养在构建生态文明的同时，人类应该审视自身对自然环境的态度。人类不能一味地向大自然索取、掠夺，用以满足自己不断增长的物质需求。人类不是大自然的主人或者统治者，而是大自然家庭中的一员。

作为大学生，我们更应该肩负起保护环境及创造美好家园的责任。只要我们从节约资源和减少污染着手，适当调整一下自己的生活方式，我们就能为保护地球做出一份贡献。

环境污染物按性质可：

1.化学污染有：

（1）、燃料的污染；

（2）、烹调油烟的污染 ；

（3）、吸烟烟雾的污染 ；

（4）、建筑材料的污染（放射性污染、石棉的污染、涂料、填充料及溶剂所含挥发性有机化合物的污染）；

（5）、装饰材料的污染 ；

（6）、家用化学品的污染；

（7）、室外污染对室内空气质量的影响；

（8）、臭氧的污染。

2物理污染有：

（1）、噪声的污染 ；

（2）、电磁波的污染；

（3）、噪光的污染。

3、生物污染有：

（1）、尘螨的污染；

（2）、病菌的污染。

我们要以自己的实际行动保护环境，最简单易行的从以下身边的小事做起：

1.拒绝使用一次性筷子

我国森林覆盖率不足日本的0.25，每年为生产一次性筷子减少森林蓄积200万立方米。因此，我们提倡外出就餐拒绝使用一次性筷子，平时学习和工作中拒绝使用木杆铅笔。

2.使用节能型灯具

使用节能灯还可通过减少耗电量减轻由能源使用导致的环境副作用。如气候变化、酸雨和煤炭燃烧时产生铅、砷等有毒金属。同时，使用电能涉及发电、送电、用电以及大型设施的建设和维护，所有步骤都会产生废物。3.少用洗涤剂肥皂是由天然原料——脂肪再加上碱制成的。肥皂使用后排放出去时,很快就可由微生物分解。所以相对来说,肥皂在生产和使用上,对环境的影响是轻微的。与肥皂相比,洗涤剂对环境的影响较大。合成洗涤剂的制造过程中产生大量的废水和废气,它的使用,特别是含磷洗涤剂的使用,又增添了一系列的环境污染。含磷洗衣粉中的磷酸盐能刺激水藻的过分增长,水藻在死亡时会因其自身有机物质分解使水生态系统负荷过重,造成水体富营养化等问题。被磷污染的水域含有供水藻生长的丰富肥料,水藻的过分生长又造成氧耗竭,以致水域里的鱼虾因为无力与水藻争氧而死亡。被磷污染的江河湖海中,都会形成“死亡带”。因此,为了尽量减轻对环境的破坏,我们大家都应 该多用肥皂,少用洗涤剂。

4.加强环境保护宣传，加大宣传力度

环保就像公益在于人心，但是宣传力度的多少关乎我们地球人能做多少，更多从身边小事做起

5.节省纸张，回收废纸

在报纸电视中，我们常常可以看到一些造纸厂污染环境的报道。大量的污水把水体变得又黑又臭，鱼虾绝迹，两岸农田减产或绝收。生产纸张大部分以木材为原料，而木材的来源——森林是我们赖以生存的根本，是“地球之肺”，同时造纸还要污染环境，所以节约纸张就等于保护了我们生存的空间。在我们每天繁忙的学习和工作中，留心一下准备扔掉的废纸，也许反面还能用。即使是没有空白的废纸也不要随便扔进垃圾桶。回收一吨废纸可以少砍17棵大树，生产800公斤好纸，减少35%的水污染，节省—半以上的造纸能源。我国的废纸回收率很低，每年都要进口废纸，仅1996年就进口了137万吨。我们可以把学校和家中的旧报纸、旧课本、废纸片等集中起来，送往废品收购站。在购买纸张时选择再生纸，用实际行动支持废纸的循环利用。还可以把废纸回收的好处告诉同学和父母，大家都来回收废纸。

6.少吃口香糖,口香糖吐在地上后形成的残迹难以清除、难以降解,给环卫工作添了很多麻烦。在神圣的北京天安门广场,口香糖残迹就像一摊摊鸡屎,搞不好还会粘在游人的鞋上。为了防止让口香糖残迹败坏形象,国外—些城市近年来开始制定法规,禁止人们在公共场合吃口香糖。比如在新加,胆敢在公共场合吃口香糖的人将被处以高额罚款。虽然现在中国还没有对口香糖消费采取什么限制措施,但任何一个关心环保的人都应该对口香糖说“不”,至少在吃口香糖时不要出口成“脏”。

7.回收废电池

日常不可缺少的电池含有镉、铅、锌、汞。虽然每节电池中含量很少，但十几亿中国人，如果其中1亿人每人每年用10节电池就是10亿节。电池腐烂后，有毒金属渗入土壤、水体积累，通过食物链进入植物、动物，最后进入人体，导致严重的疾病。随手扔掉的废电池中含有的金属可能有一天就被自己吃下。为了防止电池对环境的污，请找一个盒子放在家中或学校，专门收集废电池。到了一定数量再送到指定的回收地点，统一处理，减少对环境的危害。

8.做环保志愿者

也许你认为关心环保、投入环保只是政府或环保团体的事，与你无关，那你就错了。洁净的空气、幽雅的环境是我们共享的，每个人都应对环境保护尽—份义务。你也许会说，自己不是环保专业，不懂环保知识，职业也和环保无关。这些都不是问题，只要你愿意，来做环保志愿者吧!你可以做的事情很多，比如参加环保宣传、义务帮助环保组织工作，参加公益活动如筹款、植树等等，你可以有很多选择。做环保志愿者在许多国家和地区已经成为一种时尚。北京林业大学学生志愿守护大雁，“自然之友”组织北京会员到沙漠义务植树等。国外很多大公司在录用人才时，特别注意应征者是否参加环保公益活动，以此判断其责任感和敬业精神。爱护环境，改善环境是我们每个人的事情，大家都来做环保志愿者。

如何保护环境，实现社会的可持续发展，是地球上每个人都必须认真考虑的问题，只要我们都能为保护环境做一些有益的事，相信我们明天的环境会更美好。

第三篇：环境科学与人类文明论文

进步的文明，消逝的环境

FROM:KENTAURUS

中文摘要：环境，是以人类为主体的外部世界，主要是地球表面与人类发生相互作用的自然要素及其总体。它是人类生存发展的基础，也是人类开发利用的对象。而环境科学，是研究人类社会发展活动与环境演化规律之间相互作用关系，寻求人类社会与环境协同演化、持续发展途径与方法的科学。

关键词：进步 文明 消逝 环境科学 人类

近几十年间，每当说到环境，人们都会想到工业文明的污染在地球上肆虐和自然环境不断地被侵蚀，植被面积减少，甚至渐渐地消失。

环境，是以人类为主体的外部世界，主要是地球表面与人类发生相互作用的自然要素及其总体。它是人类生存发展的基础，也是人类开发利用的对象。而环境科学，是研究人类社会发展活动与环境演化规律之间相互作用关系，寻求人类社会与环境协同演化、持续发展途径与方法的科学。

人类文明的起源与发展，不可避免地要与环境打交道。我们生活在地球上，生活在这个生物圈里面，人类与周围的环境息息相关。人类依赖着环境，人类利用着大自然的一切。古代文明都起源于大河流域，并不断繁衍生息。世界四大古文明：西亚文明，埃及文明，印度恒河文明，中国文明。无一不是依赖着他们附近优越的环境条件才可以不断地发展，壮大，繁衍生息。

但是，随着古代文明的不断发展，一些弊端就慢慢地浮现。文明发展必然伴随着科学的缓慢前进，于是人类的寿命就会慢慢地延长，人口就会增多。当然，人多了，要吃的粮食必然增加。慢慢地，农业就出现了。农业的出现又会使人口增长的速度大大加快，提高了人类改造自然的能力，使生物圈的结构发生重大变化，还容易导致水土流失和荒漠化。而在服饰的需求上面，农业上扩大棉，麻的种植面积，扩大金银等的矿产开发，饰品需求的多样化使生物物种惨遭涂炭。人口增加，居住地也要相应增加，人类就将许多生物圈之内最有活力的部分变为坚硬的不毛之地等等。于是，有一些古文明就因为这些的原因而渐渐地被淹没在历史的长河之中。例如，灿烂的玛雅文明，西亚文明等等。在感叹文明消逝的可惜之余，又有没有人想过，人类和环境之间的关系到底要怎么处理才对？

“玛雅人被后来的考古学家公认是天分很高的民族。他们的许多文明传统，至今仍然超出我们智商的范畴，令历史学家困惑。但是到了公元900年前后，这个繁盛的文明体系却开始面临着衰落的厄运。据今天的人们推测，这种衰落的原因在于一系列的对资源的破坏以及内部的纷争和连绵的战争。这个衰落过程很慢，但却是致命的。最终，当毒液流遍了全身，整个文明的肢体开始变得异常脆弱。”（选自《失落的文明》）

发展，是人类历史永恒的主题。而环境问题使人类文明不能永恒发展，而是在孕育这些文明的故乡走向衰落和覆灭。

从远古时代开始，人类社会经历了农业经济时代，工业经济时代，到现在的信息经济时代。在科学技术的迅猛发展之下，人类也渐渐意识到了环境与发展的关系，懂得了可持续发展的重要性。但是，人类在过去的发展过程中对大自然的伤害是不可磨灭的，有多少的土地，有多少的树木，有多少淡水，有多少的耕地被白白地浪费了！

如今，全球化的环境问题依旧是相当的严峻。大气污染、水体污染、土壤污染、生物污染。酸雨、全球变暖、臭氧层破坏。水土流失、森林砍伐、土地荒漠化、生物多样性减少。森林、草原、矿产等资源的减少和破坏。这一系列的环境问题仍然严峻。人类种下的种种恶因，现在也将要承受恶果，承受自然的报复。

面对着自然的“报复”。人类又将要如何处理发展与环境的关系呢？

发展要继续，怎样在不损耗或者说对环境的损耗较低的情况下发展经济。这是人类现今迫切需要面对以及解决的一个问题。为解决这个问题，近几十年间，全球各国都进行了相关研究和颁布了相关的法律条文，也签订了一系列各国之间的协议（如《京都协议书》）。1972年在斯德哥尔摩举行的联合国人类环境研讨会上正式提出了可持续发展的战略。而我国也在1997年的中共十五大上把可持续发展战略确定为我国“现代化建设中必须实施的战略”。另外，我国中共中央总书记胡锦涛也在2003年提出了科学发展观的一个战略方针。

除了条文上的协议和规定之外，假若没有行动，那也仍然是一纸空文。虽然世界上仍然有某些国家还并不十分地配合挽救地球，仍然一意孤行地一而再再而三地发展，并且肆意地污染着我们的地球。但是，我们不能放弃保护我们的环境。因为我相信，假如我们再不去想办法挽救我们的地球，那么，很有可能在不久的将来，我们的命运也将会好像那些没落的古文明那样，被淹没在历史的长河之中。

参考文献：

失落的文明编委会编，《失落的文明》（图说天下，国家地理系列），ISBN 7-80720-629-2 刘维屏，刘广深，《环境科学与人类文明》，ISBN7-308-02934-4

第四篇：材料与人类文明范文

材料与人类文明

土木51班 2150700035 付嘉诚

摘要：土木工程是建造各类工程设施的科学技术总称。它最主要的是建筑，在随科学的进步而发展。随着力学的发现，材料的更新，不断有更多的科学技术引入建筑中。以前只求一间有瓦盖顶的房屋，现在追求舒适，不同的科学，逐渐创新发展的材料推动了土木工程的发展，使其更加完美。

关键词：土木工程 材料

正文：随着人类文明及科学技术的发展，材料的不断进步与改善。现代土木工程中，传统的土、石等材料的主导地位已逐渐被新型材料所取代。目前，水泥混凝土、钢材、钢筋混凝土已是不可替代的结构材料；新型合金、陶瓷、玻璃、有机材料及其他人工合成材料各种复合材料等在土木工程中占有愈来愈重要的位置。与以往相比，当代土木工程材料的物理力学性能也已获得明显改善。例如水泥和混凝土的强度、耐久性及其他功能均有所改善。尽管目前土木工程材料在品种与性能上已有很大的进步，但与人们对于其性能要求的期望值还有较大差距。

土木工程材料的用量巨大，尤其在应用方面，经过长期使用的不断累积，单一品种或数个品种的原材料来源已不能满足其持续不断的发展的需求。尤其是历史发展到今天，以往大量采用的粘土砖瓦和木材等已经给社会的可持续发展带来了沉重的负担。从另一方面来看，由于人们对于各种建筑物性能的要求不断提高，传统建筑材料的性能也越来越不能满足社会发展的需求。为此，以天然材料为主要材料的时代即将结束，取而代之的将是各种人工新材料，这些人工材料将会向着再生化、利废化、节能化和绿色化等方向发展。

以近几年的新材料为例：1.高性能混凝土（HPC），要求具有高耐久性和高强度、优良的工作性，首先体现在较高的早期强度、高验收强度、高弹性模量；其次是高耐久性。可保护钢筋不被锈蚀，在其他恶劣条件下使用，同样可保持混凝土坚固耐久；最后是高的和易性、可泵性、易修整性。可配制大坍落度的流态混凝土，而不发生离析；可降低泵送压力，修整容易。

2.低强混凝土，这种材料可用于基础、桩基的填、垫、隔离及作路基或填充孔洞之用，也可用于地下构造。在一些特定情况下，可用低强混凝土调整混凝土的相对密度、工作度、抗压强度、弹性模量等性能指标，而且不易产生收缩裂缝。

3.轻质混凝土，利用天然轻骨料(如浮石、凝灰岩等)、工业废料轻骨料(如炉渣、粉煤灰陶粒、自燃煤矸石等)、人造轻骨料(页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀珍珠岩等)制成的轻质混凝土具有密度较小、相对强度高以及保温、抗冻性能好等优点。利用工业废渣，如废弃锅炉煤渣、煤矿的煤矸石、火力发电站的粉煤灰等制备轻质混凝土，可降低混凝土的生产成本，并变废为宝，减少城市或厂区的污染，减少堆积废料占用的土地，对环境保护也是有利的。

4.FRP复合材料，土木结构主要受两大问题困扰，过早退化和结构功能不足。近些年来，纤维增强聚合物(FRP)已经成为解决这些结构问题的一种可行途径。工程实践表明，FRP复合材料能适应现代工程结构向大跨、高耸、重载、高强和轻质发展以及承受恶劣条件的需要，符合现代施工技术的工业化要求，因而正被越来越广泛地应用于桥梁、各类民用建筑、海洋和近海、地下工程等结构。应用的方式有两种一是替换钢筋或钢管直接应用于新建结构中；二是用于旧有结构的维修加固，以取得良好的建筑效果。

5.智能材料，大型土木工程结构和基础设施的使用期都长达几十年、甚至上百年。在其使用过程中，由于环境载荷作用、疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的影响，结构将不可避免地产生损伤积累、抗力衰减，甚至导致突发事故．为了有效地避免突发事件故的发生，就必须加强对此类结构和设施的健康监测。一种称为碳纤维机敏混凝土材料的智能材料，在大型土木工程健康监测中已得到应用。新材料的发展不断地使土木工程紧跟时代的需求。

土木工程材料行业对资源的利用和对环境的影响都占据着重要的位置，在产值、能耗、环保等方面都是国民经济中的大户，为了避免新型材料的生产和发展对环境造成危害，因此“绿色建材”应运而生。目前正在开发的和已经开发的绿色建材和准绿色建材主要以下几种：利用废渣类物质为原料生产的建材，这类建材以废渣为原料生产砖、砌块、材板及胶凝材料，其优点是节能利废，但仍需依靠科技进步，继续研究和开发更为成熟的生产技术，使这类产品无论是成本上，还是性能方面真正能达到绿色建材标准。利用废弃的有机物生产的建材产品，以废塑料、废橡胶及废沥青等可生产多种土木工程材料，如防水材料、保温材料、道路工程材料及其他室外工程材料。这些材料消除了有机物对环境的污染，还节约了石油等资源。利用各种代木材料，用其他废料制造的代木材料在生产使用中不会有害人的身体健康，利用高兴技术使其成本和能耗降低，将是未来绿色建材的主要发展方向。

众多现象表明进入21世纪以后，在我国甚至是全世界范围内，土木工程材料的发展应具有以下的一些趋向：研制高性能材料，例如研制轻质、高强、高耐久性、优异装饰性和多功能的材料，以及充分利用和发挥各种材料的特性，采用复合技术，制造出具有特殊功能的复合材料。充分利用地方材料，尽量减少天然资源，大量使用尾矿、废渣、垃圾等废弃物作为生产土木工程材料的资源，以及保护自然资源和维护生态环境的平衡。节约能源，采用低能耗、无环境污染的生产技术，优先开发、生产低能耗的材料以及能降低建筑物使用能耗的节能型材料。材料生产中不得使用有损人体健康的添加剂和颜料，如甲醛、铅、镉、铬及其化合物等，同时要开发对人体有益的材料，如抗菌、灭菌、除臭、除霉、防火、调温、消磁、防辐射、抗静电等。产品可循环在再生和回收利用，无污染废弃物，以防止二次污染。总而言之，土木工程材料往往标志一个时代的特点。土木工程材料的发展的过程是随着社会生产力一起进行的，它和工程技术的进步有着不可分割的联系。工程中选材料时通过对环境的影响对后来人的影响来决定土木工程材料的好坏，在未来，更多先进的新材料将会不断改进土木工程发展的方向。

第五篇：环境科学与人类文明论文

环境科学与人类文明论文

学 号：

学 生：

学 院：

教 师：

论雾霾对人类文明的影响

摘要：

这几年，我国中东部地区逐渐出现轻雾天气，随着时间的推移，轻雾、雾和霾的范围逐渐加大、程度逐渐加剧；特别是北京天津等地雾霾连续数日，严重的影响了市民的生活质量。而霾的组成成分非常复杂，包括数百种大气化学颗粒物质。其中有害健康的主要是直径小于10微米的气溶胶粒子，如矿物颗粒物、海盐、硫酸盐、硝酸盐、燃料和汽车废气等，对人体和生态境都有很严重的影响。

关键词：雾霾 影响及危害 成因 社会 人类文明 前言：

随着人类对环境的不断破坏和日益发展的需求对环境造成巨大负担，而且远远超过地球本身的自我调节能力，便在各各方面体现出来。2013年1月的雾霾情况更是严重，雾霾笼罩我国30个省（区、市），在北京，仅有5天不是雾霾天。有报告显示，中国最大的500个城市中，只有不到1%的城市达到世界卫生组织推荐的空气质量标准，与此同时，世界上污染最严重的10个城市有7个在中国。而雾霾带来的影响绝不像表面那样仅仅影响可见度。

一、雾霾天气的形成原因

（一）自然环境的原因

一方面，2012 年入冬以来，影响我国的冷空气活动较常年偏弱，风速小，风力弱，大气层比较稳定，大部地区稳定类天气出现频率明显偏多，尤其是华北地区高达64.5%，出现为近10年最高，频繁出现的稳定天气造成污染物在近地面层积聚，从而导致雾霾天气多发；另一方面，因我国冬季气溶胶背景浓度高，地区近地面空气相对湿度比较大，在冷空气较弱和水汽条件较好的大尺度大气环流形势下，近地面低空为静风或微风，受大范围静稳天气的原因，沙尘的叠加，偏南气流，湿度大，水汽使干细的粒子迅速膨胀，也催生了雾霾形成。

（二）环境污染的原因

PM2.5 是形成雾霾天气的主要原凶，使用柴油的大型车是排放PM2.5 的“重犯”，包括大公交、各单位的班车，以及大型运输卡车等。雾霾形成的另一个原凶，是冬季燃煤产生的二氧化硫及有机物、工业生产排放的废气、大量汽修喷漆、建材生产窑炉燃烧排放的废气、建筑工地和道路交通产生的扬尘，这些悬浮污染物在静稳空气中产生化学反应，转变成大的粒子，也促进了雾霾天气的形成。

（三）地理环境的原因

现在城市里大楼越建越高，阻挡和摩擦作用使风流经城区时明显减弱，促使静风现象增多，导致在垂直方向上出现高空的气温比低空气温更高的逆温现象，逆温层好比一个锅盖覆盖在城市上空，使得大气层低空的空气垂直运动受到限制，空气在水平和垂直方向流动性均非常小，大气扩散条件非常差，受近地面静稳天气控制，扬尘基源和运动差过程中形成空气中的悬浮微粒，难以向高空飘散而被阻滞在低空和近地面，受其控制，城市无论规模大小，其局地交通、生活、生产所需的能源消耗的污染物排放均在低空不断积累，最终集聚在一定空间范围内，与水分子结核集聚成霾。与此同时，由于雾霾天气的湿度较高，水汽较大，雾滴提供了吸附和反应场所加速反应性气态污染物向液态颗粒物成分的转化，同时颗粒物也容易作为凝结核加速雾霾的生成，两者相互作用，迅速形成污染。

（四）追求经济发展的原因

在发展就是硬道理的思想指导下，我国以经济建设为中心，长期把国内生产总值（GDP）作为衡量一切的标准。从而导致盲目的以牺牲环境为代价换来了经济的发展。同时，为扩大内需，没有考虑我国人口众多的国情，道路承载的能力，大力发展汽车产业，鼓励国人购置，忽略这么多汽车尾气对大气污染的后果，据专家介绍汽车尾气排放已占到PM2.5 的20%—25%。国人为图方便，企业为了赚钱，国家为了GDP，污染的后果不仅催生了雾霾的产生，还导致了环境的恶化。

二、雾霾天气的危害

（一）危害人体健康

雾霾的组成成分非常复杂，包括数百种大气颗粒物。其中危害人类健康的主要是直径小于10 微米的气溶胶粒子，它能直接进入并粘附在人体上下呼吸道和肺叶中，引起鼻炎、支气管炎等病症，长期处于这种环境还会诱发肺癌。除了诱发癌症，雾霾天还是心脏杀手。有研究表明，空气中污染物加重时，心血管病人的死亡率会增高。阴霾天中的颗粒污染物不仅会引发心肌梗死，还会造成心肌缺血或损伤。老慢支、肺气肿、哮喘、支气管炎、鼻炎、上下呼吸道感染等常见的呼吸道系统疾病，也可能被雾霾天急性触发。霾在吸入人的呼吸道后对人体有害，长期吸入严重者会导致死亡。

霾对新生儿健康的影响更大，最近一项大型的国际研究证实，接触过某些较高空气污染物的孕妇，更容易产下体重不足的婴儿，而出生时低体重的婴儿很容易增加儿童死亡率和疾病的风险，并且与婴儿未来一生的发育及健康都有很大关系。无庸讳言，大气污染状况正严重地影响人类的身体健康。

（二）影响交通畅通

雾霾天气对交通最为显著的影响是车速的降低，班机延误、火车晚点，为出行人群带来出行时间和行程延误的增加。特别是在交通流量较大的道路，公路设施实际通行能力的下降可能会导致较为严重的交通拥堵，且这种拥堵在部分路网发达、交通出行强度大的地区，会造成区域路网的运行阻塞、甚至瘫痪。根据交通运输部的有关统计，我国每年地方上报的公路阻断事件中，大约有四分之一到三分之一是由大雾天气所致。大雾天气也是道路交通事故的主要诱因之一。高速公路由于技术等级高、设施完善、控制出入等特点，车辆行驶速度高，因此，大雾诱发的高速公路交通事故往往是灾难性的，造成重大人员伤亡。

（三）影响农业和养殖业的发展 雾霾对农业的影响是多方面的，污染颗粒悬浮于空中，吸收、反射了太阳辐射达到地面的热量，使绿色植物失去了所需要的光照，使光合作用减少从而影响其生长发育。持续的阴雾天气，会造成日照不足，容易诱发各种病害。因受天气污染的影响，养殖业也会受到影响，雾霾天气期间，畜禽多出现食欲不振、呼吸道疾病发生率明显提高等现象，究其原因主要是“静稳天气”造成的不利扩散条件加剧舍内环境恶化，静稳天气下不利舍内有害气体扩散和户外新鲜空气交换，造成舍内氨气、恶臭、二氧化碳等迅速聚集，形成了浮尘矿物质和水分组成的混合体，为微生物附着其其提供了良好的生长繁殖创造了条件。

（四）对外资企业的影响

由于中国有许许多多的外资企业和合资企业，其中有很多公司的骨干是来自发达国家的技术人员，这些人之前一直在自己国家，环境比较好，然而到了中国，环境的恶化会导致此类拥有技术的外籍人员对中国产生排斥，从而离开中国，从中国撤资。有报道和研究表明，最近5年，越来越多的外国人慢慢的开始离开中国，这不仅仅和中国的就业环境有关，更和中国的环境状况直接相关，特别是雾霾天气，直接将环境问题暴露无遗。并且有的外资企业由于雾霾天气而大大影响公司的收入并且增加预算，如有的外资企业开始发放雾霾补贴，最终导致一些企业从中国撤资。

（五）致使气温的变化无常

持续的雾霾天气，会造成日照不足，气温下降，短时间内会影响气温的上升，推次气温变暖，使天气更加的变化无常。

三、应对雾霾的措施及方法

（一）健康方面应少出行，多注意饮食。坚持雾霾天气时少开窗，外出戴口罩，外出归来，立即清洗面部及裸露的肌肤。雾天的饮食宜选择清淡易消化且富含维生素的食物，多饮水，多吃新鲜蔬菜和水果，这样不仅可补充各种维生素和无机盐，还能起到润肺除燥、祛痰止咳、健脾补肾的作用，有呼吸道疾病和心血 管疾病的老人，雾天最好不出门，更不宜晨练，以免发生危险。

（二）治理方面应推行环保，清除污染。在全国大力推行节能减排，真正做根治污染排放，减少上路车辆，减少污染排放源，削减大气污染物，巩固和深化脱硫工作、启动和推动电厂脱硝、大力控制扬尘和秸秆焚烧面源污染，坚持以防范颗粒性扬尘污染为环境保护第一要义，最大限度降低市区汽车车轮和路面尘埃的接触频率和面积，隔绝城外车辆和施工车辆带来扬尘，控制机制由对排放源的应急控制转变为以常态长效措施为主。

（三）制度方面应完善机制，长效管理。地方政府和中央政府都应该尽快建立符合中国地理现实的防治颗粒型污染通则和落实细则，督促城市管理部门和建设部门按照标准落实，并尽快将上述细则落实到城市建设、园林绿化招投标过程中，开放相关关联要素市场，推动施工单位、部门按照环保理念施工建设，在治理环保工作中，该奖奖，该罚罚，从而真正带动社会从细微处着手治理雾霾。

总而言之，细颗粒物引起的严重灰霾覆盖了我国几乎所有大中城市，成为我国大气环境面临的严重问题。深入论证我国城市群因细颗粒物产生的严重灰霾和雾霭的形成机制，揭示沙尘和生物质燃烧所产生的气溶胶与人为气溶胶的混合和相互作用及其长途传输对我国城市空气质量的影响，同时也揭示在全球气候变化下中国的空气质量变化，为防治细颗粒物严重超标及其产生的严重灰霾和雾霭问题提供对策，是我国大气环境保护的当务之急。

参考文献：

【1】中国气象局．地面气象观测规范[M]北京：气象出版社，2003． 【2】“史上最脏”让“美丽中国”蒙上雾霾[N].中国青年报,2013-01-15 【3】吴庆梅、张胜军.一次雾霾天气过程的污染影响因子分析[J].气象与环境

科学,2010,33(1):12-16.【4】冬雪.雾霾有哪些危害[J].百科知识，2013，（07）：32 【5】“雾霾天气的形成原因、危害及应对措施”杨晓芳、白金芳、丁亨 临汾市气象局山西临汾041000