科学技术发展史之材料文明

人类的文明就是材料文明，材料文明的发展见证了科技发展的脚印。一起来看看思维导图吧！

文明时代的划分与材料

• 文明时代的划分
  • 石器时代 距今二三百万年 石锤，石砧
  • 青铜时代 公元前4000年—公元初2000年左右 商周铜立人
  • 铁器时代 公园前2世纪—19世纪 战国铁烛台
  • 硅碳时代 21世纪至今纳米硅
• 文明时代就是材料时代
  • 建筑基石—混凝土
    • 意义：改善居住环境，推动城市化
    • 最早的混凝土
      • 出现：2000年屹立不倒的古罗马万神殿穹顶
      • 没有推广：混凝土容易裂开
        • 解决方法：法国花匠 钢筋和混凝土的珠联璧合
    • 制备水泥：钙（石灰石）硅（石英石）铁（钢渣，尾矿）铝（粉煤灰）合成生料，然后经过烧制变为熟料，再加入石膏混磨而成
      • 水泥永远不会干：因为其硬化锁水结构
    • 新的类别
      • 自愈混凝土：有可生产石灰石的细菌自行修复，能提高混凝土使用寿命
      • 自洁净混凝土：表面涂二氧化钛
    • 缺点：易脆，强度低，硬度低，无韧性
  • 不屈不挠的钢
    • 钢的特性的决定因素：碳
      • 高碳钢：硬度高，易碎
      • 低碳钢：硬度低，韧性好
    • 钢的发展历程
      • 铁
        • 距今5500年 古埃及
          • 没有金属铜就没有金字塔
        • 距今2600年 中国
          • 铜的精炼带动铁的冶炼
          • 青铜熔炼中的氧化铁直接为铁矿石还原积累经验
          • 青铜冶炼所需的高温和还原气氛，为一氧化碳与铁矿石接触还原金属铁创造极为有利的条件
      • 钢
        • 距今1800年
          • 我国的炼钢法
            • 追溯到春秋战国时期 渗碳钢
            • 两汉炼钢技术大发展
      • 现代钢
        • 1856年
          • 英国人贝赛麦发明酸性底吹转炉炼钢法，奠定近代炼钢工艺方法的基础
      • 高速钢
        • 1910年
          • 工具钢硬度大，推动了机械工业的发展
      • 不锈钢
        • 1916年
          • 亨利·布雷尔利 发明不锈钢 不锈钢是含有铬的钢
  • 推动科学进步的玻璃
    • 发展历程
      • 古埃及圣甲虫首饰
      • 古罗马发现泡碱能降低玻璃温度
      • 古罗马人把透明玻璃焊接到窗户上，开启人类把玻璃运用到建筑上的纪元
    • 为什么透明：不吸收可见光，电子和原子之间距离太大
    • 种类
      • 耐热玻璃：用于器皿，工业锅炉视镜等
      • 强化玻璃：鲁伯特之泪
      • 防弹玻璃：强化玻璃的升级版
    • 相关发明
      • 汉斯·李波尔：发明了世界第一台望远镜
      • 安东尼·列文虎克：发明了世界上第一台显微镜
    • 缺点：易碎，沉重
  • 充满创造力的塑料
    • 发展史
      • 天然高分子加工阶段 1869年 制得赛璐珞
        • 路易斯·利奥波德·布瓦伊：桌球
        • 印刷工海厄特 J·W用纤维素硝碳酯，樟脑以及乙醇作成赛璐珞
      • 开创塑料工业 1872年
      • 合成树脂阶段 1909年 制得酚醛树脂
        • 塑料之父：列奥·亨德里克·贝克兰
        • 完全人工合成的塑料，主要运用于电器，仪表，机械和汽车工业
      • 制得聚乙烯 1933年
        • 德国人：卡尔·齐格勒
        • 意大利人：居里奥·纳塔
      • 大发展阶段 1958年 制得多种高性能工程塑料
        • 莱卡和聚氯乙烯攻占时装业
        • 黑胶改变了录制和聆听音乐的方式
        • 硅胶广泛用于整形外科
    • 缺点：难降解，易衰老
  • 精致的陶瓷
    • 真正的永续环保材料
      • 人类创造的第一种无机非金属材料
    • 历史更为久远
      • 距今约一万年前
      • 新石器时代开始的标志之一
        • 恩格斯：人类从低级阶段向文明阶段的发展是从学会制陶开始的
      • 著名陶器：唐三彩
      • 陶器到瓷器：东汉时期 发现高领土
    • 特点：易碎，可文化传播
  • 值得信赖的纸
    • 悠久历史，应用广泛
    • 报纸收到光照后迅速发黄
      • 造纸设备低劣:木质素未完全清除，遇到光线就会和氧气发生化学反应，形成有颜色的物质
      • 人工添加剂：硫酸铝
    • 人民币纸张主要成分：短棉绒
  • 改变世界的硅材料
    • 太阳能电池发电原理：载流子
    • 能带结构
    • 未来科技材料
      • 太阳能级硅
        • 主要应用于光伏产业
      • 电子级硅
        • 用于制造CPU
      • 有机硅
        • 无机材料和有机材料的性能
  • 坚不可摧的碳材料
    • 金刚石
      • 经过数十亿年高温高压，之后火山喷发带到地面
    • 纯碳
      • 钻石
      • 石墨
        • 可转化为石墨烯，石墨烯是世界上最浅薄，最强韧和最坚硬的物质
        • 应用：石墨烯太阳能电池
    • 用途广泛
  • 长生不老的植入物
    • 举例：人造关节
    • 植入材料能否克服老化
      • 衰老是因为在细胞复制过程中出现了错误和瑕疵，是下一代细胞无法完整复制上一代细胞。而植入材料没有代替整个系统，只能解决人类器官过早衰竭的问题
• 总结
  • 万物都是由原子构成
  • 结构尺度影响大
    • 宏观尺度
    • 介观尺度
    • 微观尺度
    • 纳米尺度
    • 原子尺度
  • 生命与无生命的分野