廖智勇

摘要：在人類社會(huì)中，為了提高性能，不僅僅只尋找更好的材料，而且還改進(jìn)了材料形狀，使之更方便。通過(guò)總結(jié)人類社會(huì)發(fā)展的不同階段中材料的發(fā)展過(guò)程，得出材料學(xué)的發(fā)展對(duì)人類生活的巨大影響。石器時(shí)代開始使用獸骨等做為工具的材料;青銅和鐵器時(shí)代出現(xiàn)了紙張，玻璃等材料，極大的方便了人們的生活。電器時(shí)代出現(xiàn)了儲(chǔ)能電池，石墨烯，聚醚酮等材料，推動(dòng)了科學(xué)的進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：材料;人類生活;石墨烯;電池;新材料

1 引言

本文總結(jié)了材料發(fā)展與人類社會(huì)生活的歷程，指出材料和能源材料一直處在不斷發(fā)展變化的過(guò)程中。從廣義上來(lái)講，對(duì)于能源材料而言，只要能夠應(yīng)用于能源工業(yè)以及能源技術(shù)的材料都被稱為能源材料[1]。所謂新材料，是相對(duì)舊材料而言。曾經(jīng)的材料也是當(dāng)時(shí)的新材料，現(xiàn)在所有的新材料也都將成為舊材料。人類社會(huì)的發(fā)展可以分為石器時(shí)代，青銅和鐵器時(shí)代，電氣時(shí)代，AI時(shí)代（未來(lái)的新時(shí)代）。人們對(duì)材料的認(rèn)識(shí)，也是經(jīng)歷了“發(fā)現(xiàn)”，“改進(jìn)”，“發(fā)明”等幾個(gè)階段。在漫長(zhǎng)的歷史推進(jìn)中，人類逐漸學(xué)會(huì)了發(fā)明新材料，使之最大限度地發(fā)揮人類想要的性能。

2 石器時(shí)代

在大約距今三百萬(wàn)年前，人類社會(huì)進(jìn)入了石器時(shí)代。此前，人類并不理解使用工具，更不理解使用材料改變材料發(fā)明材料。之后，人類開始逐漸地從徒手學(xué)會(huì)了使用材料，甚至改變制造材料。起先，他們使用周圍的石頭，將其磨制成鋒利狀，用以捕殺食物。這是最簡(jiǎn)單的材料，也是材料的發(fā)源。雖然只是簡(jiǎn)單地使用自然材料，但是意義卻十分重大——這是人類開始使用材料作為工具的開始。為了讓生活資源更優(yōu)越，他們又利用現(xiàn)有材料，不斷發(fā)現(xiàn)更有用、更便捷的材料。例如，為了達(dá)到所需的硬度，他們用野獸骨頭代替木質(zhì)箭，大大提高了獵殺的成功率，不斷地改變著自己的生活環(huán)境。這是人類靈活使用材料的例證。為了性能，他們不僅僅只是尋找更好的材料，還能改進(jìn)材料形狀，使之更方便。

3 青銅和鐵器時(shí)代

隨著時(shí)間推移，人類步入了青銅時(shí)代和鐵器時(shí)代。人類對(duì)金屬冶煉技術(shù)的掌握，極速推進(jìn)了社會(huì)發(fā)展。這一時(shí)期也出現(xiàn)了對(duì)人類生活更便利的新材料。

紙的出現(xiàn)，大大推進(jìn)了文化的傳播和發(fā)展。漢代蔡倫改進(jìn)了造紙術(shù)，使得文字得以簡(jiǎn)便的書寫和保存。紙張的原料纖維素來(lái)源于樹木。當(dāng)把木材壓成碎片再滲入多種化學(xué)物質(zhì)后，高溫高壓烹煮，就可以釋放出纖維素，晾干后就成了粗糙的紙張。

在透明的玻璃問(wèn)世前，鏡子都是由表面高度拋光的金屬制成的。古羅馬人發(fā)現(xiàn)，在金屬上加一層透明玻璃，不僅僅能保護(hù)金屬表面不受刮損和腐蝕，還能減少金屬的用量到只需要一毫米即可。這使得鏡子的造價(jià)大幅降低，并且增加了使用壽命?？刂歧R面玻璃的歪彎曲程度，可以讓光變成可實(shí)驗(yàn)的對(duì)象。牛頓通過(guò)三棱鏡發(fā)現(xiàn)了光是由七種單色光混合而成的。這不僅展現(xiàn)了科學(xué)思考的威力，也凸顯了玻璃對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)及破解宇宙奧妙的貢獻(xiàn)。并且，有了玻璃這種材質(zhì)，尤其是耐熱玻璃的出現(xiàn)，使得化學(xué)進(jìn)階為一門系統(tǒng)的科學(xué)。

新材料的出現(xiàn)，大大有利于人類的生活。人類通過(guò)使用新材料，不斷改進(jìn)舊器械，在改變生活質(zhì)量的基礎(chǔ)上，不斷發(fā)明性能更優(yōu)越，效率更高的新型材料，推動(dòng)了時(shí)代的進(jìn)步，也激發(fā)了人類的智力潛能。新材料的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明，不僅僅改善了客觀的生活，也加快了人類文明的發(fā)展。

4 電氣時(shí)代

1660年，被譽(yù)為現(xiàn)代電力之父的奧拓·馮·格里克制造了第一臺(tái)靜電發(fā)電機(jī)，從此走進(jìn)了電氣時(shí)代。但直到西門子發(fā)明了第一臺(tái)工業(yè)用發(fā)電機(jī)，電才開始廣泛應(yīng)用起來(lái)。為了解決用電的方便，人們發(fā)明了用于儲(chǔ)存電能的裝置——電池，例如石墨烯電池等，最早的電池叫“萊頓瓶”。起初發(fā)明者馬森布洛克只是為了將好不容易收集的電儲(chǔ)存起來(lái)，卻在不經(jīng)意間發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)電方法，就由此發(fā)明了“萊頓瓶”。之后意大利物理學(xué)家伏特利用鋅板和錫板浸在鹽水里，發(fā)現(xiàn)有電流通過(guò)，由此制成了世界上第一個(gè)電池——“伏特電堆”。這時(shí)的電池都存在著電壓隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸下降的問(wèn)題，也就是說(shuō)當(dāng)時(shí)的電池，只是一次性的。后來(lái)，人們發(fā)明了可以充電的電池——蓄電池。漸漸地有了干電池，鋰電池，再到如今的石墨烯電池。電池的發(fā)展標(biāo)志從過(guò)去到現(xiàn)在的材料歷程，并指明了未來(lái)的發(fā)展方向。電的使用大大降低了煤炭的使用比例，不僅提高了能源利用率，也對(duì)人類環(huán)境做出來(lái)巨大貢獻(xiàn)?！胺仉姸选边@一“新”材料的發(fā)明，在生活中，改變了能源結(jié)構(gòu)，在科學(xué)中，加速了電磁理論的構(gòu)建，“電磁感應(yīng)定律”“楞次定律”……在工業(yè)中，人們發(fā)明了各式各樣用于各種方面的電動(dòng)機(jī)，代替了原來(lái)使用煤的機(jī)器，提高了生產(chǎn)效率，進(jìn)一步的加速了時(shí)代的發(fā)展。儲(chǔ)存電能的材料的發(fā)現(xiàn)發(fā)明，大大推動(dòng)了社會(huì)發(fā)展。

2015 年全國(guó)各地出現(xiàn)石墨烯發(fā)展熱潮，紛紛建立了產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟和產(chǎn)業(yè)基地[2]。

在航天領(lǐng)域，聚醚酮作為新興的材料，在抗輻射方面具有不可比擬的優(yōu)越性能，可用來(lái)制作電線外的絕緣材料。并且聚醚酮能夠耐高溫，可以用來(lái)作為飛機(jī)等航天器中易產(chǎn)生摩擦地方的材料[3]。

5 AI時(shí)代

在21新世紀(jì)，人類步入人工智能時(shí)代，這是一個(gè)充滿改變的時(shí)代，每分每秒都有可能創(chuàng)造出新材料。但漸漸地人們意識(shí)到創(chuàng)造材料僅要滿足生產(chǎn)生活的需要還要與環(huán)境的自然和諧相處。納米技術(shù)是高新技術(shù)的必然結(jié)果。尤其在建材中通過(guò)融入納米催化劑便能將對(duì)人體有害的毒素分解開來(lái)，從而保護(hù)人類健康[4]。過(guò)去大量的煤炭、電的使用，對(duì)環(huán)境造成了巨大的傷害，人類意識(shí)到如此發(fā)展下去，人類只會(huì)自食其果。于是，在結(jié)合新材料的情況下，人類不斷開發(fā)了新能源“天然氣”，同時(shí)也發(fā)明更好的處理核廢料的方法。“核能”、“潮汐能”……天然氣是一種清潔能源，燃燒時(shí)排放的溫室氣體低于石油和煤炭，同時(shí)價(jià)格便宜，產(chǎn)生的能量更多。核能，利用核反應(yīng)堆的核裂變所釋放出來(lái)的熱量來(lái)發(fā)電，大大提高了能量使用，核能的發(fā)展間接引起了關(guān)于核控制方面的材料研究。新時(shí)代的科技發(fā)展不僅需要人腦這一“軟件”，還需要配得上的材料“硬件”，唯有二者相融合，才能讓世界發(fā)展更迅速，更有效，更美好。

6 結(jié)語(yǔ)

由以上材料的發(fā)展歷程中可以發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)的材料在制造和開發(fā)中，一方面造成了人力的巨大浪費(fèi)，一方面也是資源的巨大浪費(fèi)。并且在使用這些材料的過(guò)程中，很容易只考慮到材料本身的性能，而忽視新材料對(duì)環(huán)境的影響，甚至對(duì)人的影響。不符合科學(xué)發(fā)展觀，也不符合人與自然和諧相處。當(dāng)代的新材料，之所以稱之為“新”，是因?yàn)槿藗儾粌H發(fā)現(xiàn)了材料，不僅改進(jìn)了材料，甚至發(fā)明了材料。新材料以其“定制”的特有屬性為人們服務(wù)，頗似植物界的“轉(zhuǎn)基因”技術(shù)——?jiǎng)?chuàng)造新的材料。其不但能滿足人們生活物質(zhì)的需求，也符合社會(huì)發(fā)展的需要。新時(shí)代的核心雖然是經(jīng)濟(jì)建設(shè)，但是環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越被提高到前所未有的高度來(lái)重視?，F(xiàn)在科研院所研制的新材料，注重性能的同時(shí)，更加注重使用過(guò)程中對(duì)人類健康的影響，對(duì)環(huán)境的影響，甚至對(duì)人類舒服度的影響。無(wú)論原材料的制備，還是加工方法，還是材料的功能屬性，都體現(xiàn)出“綠色”的理念。有利于資源節(jié)約，甚至回收再利用。

新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、科技進(jìn)步和國(guó)防實(shí)力的重要標(biāo)志[5]。能源材料的發(fā)展和材料的發(fā)展，都將大大促進(jìn)一個(gè)國(guó)家科技水平的提升。尤其是能源材料，如果能夠?qū)ふ业胶线m的能源材料，那么多全人類的意義都是非常巨大的。

摩爾定律雖然說(shuō)的是電子領(lǐng)域，但是也可以用來(lái)形容材料領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。未來(lái)的新材料必將一定會(huì)不斷產(chǎn)生想象不到的屬性功能，給人類社會(huì)帶來(lái)巨大的影響和改變。這些年，精確到納米尺度的新技術(shù)就是材料發(fā)展的結(jié)果?？v觀新材料的發(fā)展歷史，“新材料”不斷變成“舊材料”，被更新的“新材料”所代替。隨著科學(xué)理論進(jìn)步，科技在工業(yè)上發(fā)展，新技術(shù)應(yīng)用在越來(lái)越多的生活和工業(yè)場(chǎng)景，這不斷驅(qū)使著材料學(xué)領(lǐng)域更深的發(fā)展。新材料為時(shí)代所新，新材料為技術(shù)所發(fā)展。材料在未來(lái)必然會(huì)不斷的升級(jí)換代更新，進(jìn)而產(chǎn)生屬性更強(qiáng)，對(duì)人類更友好，更節(jié)約能源的材料體和其生產(chǎn)方式。隨著不斷的新材料被技術(shù)人員發(fā)明并應(yīng)用于工業(yè)和生活，其必將在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)帶來(lái)更多的更美好的變化。

參考文獻(xiàn)：

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