材料科学与人类文明论文

材料科学与人类文明论文摘要：材料科学对于很多领域的发展都有着极其重要的影响与推动作用，本文主要探讨材料科学对于能源与动力工程专业的发展起到的重要影响。同时，本文对于材料的发展史进行探讨，并对于纳米材料的最新进展进行归纳总结综述其设计思路、特异性能和影响因素，并对其未来的发展进行展望。关键词：材料科学，能源与动力工程，影响，材料发展史，纳米材料一．材料科学对能源与动力工程专业的影响与重要作用作为能源与动力工程专业的学生，我认为材料科学对于能源与动力领域发展的影响是极为重要的。首先从我们专业的课程设置以及我们通过学习需要掌握的知识来看。在我们专业的学习中，主要课程有这些：工程力学、机械设计基础、机械制图、电工与电子技术、工程热力学、流体力学、传热学、控制理论、测试技术、燃烧学等，而在这些课程的学习过程中，我们需要掌握工程制图、工程数学、理论力学、材料力学、机械设计基础、金属工艺学、电工学、电子技术基础、工程流体力学、工程热力学、传热学、计算机原理与应用、自动控制原理等方面的知识。在这些课程与知识中，工程力学、机械设计基础、机械制图、流体力学、传热学、工程制图、材料力学、金属工艺学、工程流体力学等均与材料科学有着密不可分的联系。特别是材料力学与金属工艺学与材料的关系最为紧密，而在工程制图、机械制图、机械设计基础中，如何设计锅炉与零件，以什么材料制造锅炉，在什么部位需要何种材料，都需要材料科学方面的知识。之后再从材料科学对于能源与动力工程的影响方面谈起。在锅炉的制造上，对于材料的选择十分重要。钢中成份，如碳、硫、磷、硅、锰、铬等对钢材性能有着重要的影响，电站锅炉所耗用的金属材料数量大、品种规格多，除少量有色金属和铸铁外，绝大多数为钢材。其中有钢管、钢板、棒材、工字钢、槽钢、角钢以及铸锻件等。一部分钢材为普通钢，用来制作锅炉的普通结构件，性能要求并不高。另一部分则用来制作高温、高压条件下或处于腐蚀性介质中长期工作的元件。这些锅炉钢是综合性能要求很高的材料。由此可见，材料科学对于能源与动力工程的发展有着重要的影响与推进作用。二．材料的发展与酚醛树脂的发明材料的发展经历了几个阶段，从使用树木、兽皮等纯天然材料的旧石器时代到新石器时代，再到铜器时代和铁器时代，再到现代合成材料的阶段，材料的复合化与智能化阶段。在高分子材料的发展阶段，有一个非常重要的事件就是贝克兰德发明酚醛树脂的事件。20世纪初，由于电器工业的发展而需要大量的绝缘材料。当时的绝缘材料是虫胶，但是其产量远远不能满足，仅美国年需虫胶量就需要159亿只紫胶虫。因此在当时寻找虫胶的替代物成为科学家的研究热点。德国科学家贝克兰德为了寻找虫胶的替代物，在查阅科技文献时注意到，苯酚和甲醛反应容易生成一种粘稠的液体，可以固化，牢牢粘于瓶底。其原意是提醒人们如何避免这种现象的出现，以免造成反应瓶报废，但是贝克兰德反其道而行之，开始设计实验来进行苯酚和甲醛的反应，最终发明了酚醛树脂，并通过木粉等增强后，既可以完全代替虫胶作绝缘材料，也可以做成各种各样的电木等材料，至今仍在广泛使用。这是真正的第一个人工合成高分子材料。该事件是高分子材料的发展史上的一个具有里程碑意义的事件，标志着第一个人工合成高分子材料的问世，这是材料发展中的重大突破，从此以金属材料、陶瓷材料和合成高分子材料为主体，建立了完整的材料体系，形成了材料科学。三．纳米材料及其发展前景纳米材料的定义是，由纳米量级（1纳米～100纳米之间）的超微粒所构成的固体物质，具有高强度和高韧性，可制备高性能陶瓷和特种合金、催化材料、传感器材料以及红外线吸收材料的材料。纳米材料的应用十分广泛，如天然纳米材料、纳米磁性材料、纳米陶瓷材料、纳米传感器、纳米倾斜功能材料、纳米半导体材料、纳米催化材料、纳米计算机、纳米碳管等。当前，纳米材料的研究有三个特点：研究内涵不断扩大；纳米材料的概念不断拓宽；纳米材料的应用成为研究热点。纳米技术新材料开发的研究得到了快速的发展，并且在传统材料、医疗器材、电子设备、涂料等行业得到了广泛的应用。纳米材料的研究进展应用主要有以下几个方面：1.在半导体中的应用：在光纤通讯和光探测器方面应用广泛；2.在磁性材料中的应用：纳米磁粉材料、纳米磁膜材料和纳米磁性液体；3.在催化剂领域应用：广泛用于高分子聚合物氧化、还原及合成反应的催化剂；4.在医药卫生行业的应用：在纳米的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品；5.在军事上的应用：雷达波吸收材料；6.在电子工业中的应用：以纳米技术为核心的计算机；7.在化学工业中的应用：可制成抗掉色的口红、防灼的高级化妆品。在产业化发展方面，今后几年，随着各国对纳米技术应用研究投入的加大，纳米新材料产业化进程将大大加快，纳米粉体材料中的纳米碳酸钙、纳米氧化锌、纳米氧化硅等几个产品已形成一定的市场规模；纳米粉体应用广泛的纳米陶瓷材料、纳米纺织材料、纳米改性涂料等材料也已开发成功，并初步实现了产业化生产，纳米粉体颗粒在医疗诊断制剂、微电子领域的应用正加紧由实验研究成果向产品产业化生产方向转移。目前，很多科学家正参与很多方向的研究，以下是纳米材料的几个研究热点：1.纳米管：重量轻，六边形结构连接完美，强度极高,弹性模量也极高。强度和弹性良好，并且具有抗疲劳性及各向同性。2.纳米薄膜：纳米薄膜是具有纳米结构的薄膜材料。纳米金属膜(氧化物,碳化物)表现出高硬度、良好的耐磨性和耐腐蚀性。3.纳米复合材料：是将制备好的纳米颗粒以分散在基体材料中的状态存在的。从上述研究的内涵和特点来看，人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注，已成为纳米材料研究的新的热点。但是纳米技术的发展毕竟尚未成熟，为了进一步推动纳米材料的应用和开发，我们尚须在以下几个方面展开进一步的研究：纳米材料的人工制备与合成技术；对于纳米材料的宏观性质的研究；对于纳米材料的微观结构的研究以及对于纳米材料的微观结构和宏观性质之间关系的研究。纳米技术以其带给我们的全新的对物质领域的认识，无疑正在掀起一场技术革命。纳米技术在新材料、新能源、计算机技术、生物医学以及航天等领域中已经有了相当广泛的应用。接下来我们需要做的，是在多学科的交叉中对纳米技术进行更深一步的发展，这样才能更好地有助于我们认识与掌握纳米技术。