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现代新型材料与纳米材料NewMaterialsandNanometer-Materials（1）刘颖教授/博士导师/硕士导师2刘颖教授/博士生导师1965年生,99年博士生毕业并获博士学位材料学院副院长/纳米材料技术研究中心副主任主要研究领域：金属功能材料和纳米材料主持国家863计划和国家攻关计划等课题二十余项主要荣誉和奖励：享受国务院政府特殊津贴专家/四川省学术带头人/教育部新世纪优秀人才四川杰出青年科技基金获得者/四川省青年科技奖四川省有突出贡献博士学位获得者。国家科技进步二等奖（2006年）四川省科技进步奖一等奖（2004年）和二等奖（2000年）四川省教学成果奖二等奖和三等奖（2004年度）3唐正华1979-1983成都科技大学本科学习1983-1985重庆仪表材料所工作1985-1988成都科技大学硕士学习1988-2002四川大学讲师,副教授2002-2006南非universityofpretoria博士科研经历：一直从事钢的质量与加工方面的研究，曾经担任两届中国金属学会夹杂物委员会理事兼秘书4第一讲材料发展历史5什么是材料？其重要意义是什么？•世界是由物质构成的，材料就是人们用来制成各种机器、器件、结构等具有某种特性的物质实体。•材料是人类社会生活的物质基础，材料的发展引起时代的变迁，推动人类文明和社会进步。•在知识经济新时代，材料与能源和信息并列为现代科学技术的三大支柱，其作用和意义尤为重要。6材料与人类社会的关系如何？•在人类社会的发展和进步过程中，材料是一个带有时代和文明标志的基础。•人类和材料的关系非常广泛、非常密切。也非常重要，在这点上很少能有其他领域与之相比。•人类文明的发展史．就是一部利用材料、制造材料和创造材料的历史。7•材料是人类一切生产和生活活动的物质基础，历来是生产力的标志，人类社会进步的里程碑。•对材料认识和利用的能力，决定社会形态和人类生活质量，所以人类从没中断过追求更好的材料，让材料具有更优异的性质或新的功能来满足人类社会发展中层出不穷的新需要和追求。8•一种新材料的出现，常常引起生产力大发展推动社会进步。正是如此，才有了今天人类丰富多彩、璀璨夺目的世界与文化。•没有半导体单晶硅材料，便不可能有今天的微电子工业；•有低损耗的光导纤维，当今世界蓬勃发展的光纤通讯才得以实现。单晶硅棒单晶硅片单晶芯片电子元件9•天然材料陶瓷青铜铁钢有色金属高分子材料新型材料材料发展的历史演进10•一部人类文明史，从某种意义上说，也可以称之为世界材料发展史。•每一种新材料的发现，每一项新材料技术的应用，都会给社会生产和人类生活带来巨大改变，推动人类社会前进。11•在人类发展的历史长河中，材料起着举足轻重的作用。•古代的石器、青铜器、铁器等的兴起和广泛应用，极大改变了人们的生活和生产方式，对社会进步起到关键性推动作用，•这些材料被历史学家作为划分某一个时代的重要标志：如石器时代、青铜器时代、铁器时代等。12（1）天然材料•包括竹、木、骨、牙、皮、毛、石等材料。•自然界当中大量存在，人类可以直接从自然中获取。•经过简单的加工就可以为人类所利用。竹筷骨针石制品皮毛制品13典型的天然材料—石器•大约25000年前，人类就学会使用材料。•人类只能利用岩石、树木、兽皮、骨骼等天然材料并进行粗糙加工，除此之外别无他物。•从挖掘的人类当年所使用的各种用途的锋利石片，可想象人类远祖的艰苦和聪明。石刀石斧石针14•他们能区别、选用各种石头创造出刀、斧、针各种器具，用于生产、生活和战争。•石器时代的生产工具极其落后，人类社会的生产力也极端低下，社会发展极其缓慢，人类文化也是相当简单和粗俗的。石器工具15•据考古学家分析，距今约一万年前就有陶器出现，•人们用粘土或以粘土、长石、石英为主的混合物，经成型、干燥、烧制（烧制温度低于1200℃），得到坚硬的陶器。•陶是人类创造的第一种“人造材料”，由于高温烧制产生物理化学变化，得到和粘土不一样的新物质。新石器时代晚期(公元前3000一前2800年)黑陶豆陶体的黑色是因为渗入了碳（2）陶器（无机非金属材料）16我国陶器大约出现在8000年前，具有悠久的历史。半坡村出土的碗、钵、釜、罐、瓶等，甚至还有吹气能发声的陶埙。半坡变体鸟纹盆半坡小口尖底瓶半坡陶盆陶埙17从著名的仰韶和龙山文化遗址出土的陶器中，人们发现当时祖先已经掌握了烧制黑色陶器和白色陶器的配方和技术。仰韶白陶瓶龙山黑陶瓶18•闻名于世的秦始皇兵马俑是典型的陶制品；•著名的唐三彩创始于唐高宗时期，用白粘土作胎，以Cu、Fe、Co等矿物作釉的着色剂，两次烧制后成为绚丽多彩的陶器精品；•江苏宜兴紫砂壶(紫砂泥由粘土、云母、赤铁矿等组成，其中Fe2O3含量约7％-10％，TiO2＞1％)制造技术精湛，色泽淳朴，造型独特，别具一格。兵马俑唐三彩马方韵紫砂壶19商陶酒尊唐三彩俑陶的出现，人类可吃煮熟的谷物，喝煮开的水，可长时间储存食物，促进人类进化。陶器也是最初的耐火材料，为以后的铜、铁冶炼提供物质条件。猪纹陶盆20•陶器是人类创造的第一种无机非金属材料。•人类第一次有意识地创造发明自然界没有的，并且具有全新性能的“新”材料，从此人类能离开上天的赐予而进入自力创造材料的时代。•恩格斯论述：人类从低级阶段向文明阶段的发展是从学会制陶开始的。•陶器的出现成为新石器时代开始的标志之一。21•陶器的不足是不致密、易渗漏、强度也不高。•3000多年前的殷、周时期发明了釉瓷。•炉窑温度达到1200℃，能将金属氧化物烧制成釉瓷，用途更为广泛，质地比陶更为细腻、外观美观。陶向瓷的过渡商朝釉瓷22什么是瓷器？•瓷土与陶土相比，Fe2O3、CaO、MgO等助熔剂物质明显减少，SiO2含量也降至70％以下，Al2O3含量显著增加。•瓷器制造工艺水平有很大改进，烧结温度提高到1200℃以上，反映人类改造自然能力的增强。•釉是用矿物(长石、方解石、石英等)和颜料按一定比例配制，高温下釉料被熔融并均匀地覆盖在瓷器表面，冷却后质地坚硬、光滑、不粘污，并可调配成各种颜色。23瓷器中的材料知识宋五大名窑（官、哥、汝、定、柴窑）之一：哥窑瓷器开片即是瓷器釉面出现裂纹的现象。开片主要是两种因素造成的，一是成形时坯泥沿一定方向延伸，影响分子的排列；二是胎、釉材料的膨胀系数不同，在冷却过程中收缩率也有差异，形成开片。因而，开片是瓷器烧成过程中的一种缺陷，只是到了宋代才开始将开片作为装饰。青花瓷青花瓷器以钴的化合物为发色剂，绘制在烧制过的胎体上，挂釉后再经过一次烧制而最终完成。24•江西景德镇的薄胎瓷器被赞为洁如玉、明如镜、薄如纸、声如磐。•瓷器作为中华文明象征，大量流传。9世纪传至阿拉伯国家，13世纪传到日本，15世纪传到欧洲，以其福美绝伦征服西方。辉煌的瓷器之国景德镇四大名瓷青花、玲珑、颜色釉、粉彩252627（3）青铜•我国青铜的冶炼在公元前2140--1711年开始，目前考察已可追溯到公元前3600年。•晚于埃及和西亚民族（伊朗、伊拉克）。•发展快、水平高。•到殷、西周时期已经发展到较高水平。青铜即铜锡合金，其冶炼温度较低，制作器具的成型性好，是人类最早大规模利用的金属材料。苏美尔文明中的青铜塑像，出现年代-公元前4000年28•铜爵—高30.5厘米、口径17-18厘米，距今3600年河南堰师二里头文化•青铜锛—《越绝书》载：禹穴之时，以铜为兵，以凿伊阙，通龙门，东注入海•牛首兽面纹鼎—西周，器形端庄，文饰在商代基础上进一步发展，是今已知我国最大青铜器之一，29青铜钱币—刀币、布币、环钱、铜贝等30四羊纹铜尊商青铜器的最大历史贡献在于社会秩序的建立。西周中晚期有严格的列鼎制度，用形状花纹相同而大小依次递减的奇数组鼎来代表贵族身份。《春秋公羊传》记载：天子用9鼎，诸侯用7鼎，卿大夫用5鼎，士用3鼎或1鼎。人类文明第一次将人与工具二者的意义联系起来。青铜礼器鼎周青铜武器越王勾践剑青铜戈青铜头盔青铜的一个重要用途就是铸造武器，如钺、戈、矛、戟、刀、剑、弩、镞、盔等。青铜武器相对于石制和纯铜武器来说，其威力如同枪炮对刀戟，当军队和战争成为一个国家的暴力机器和手段的时候，青铜以它4.7倍于纯铜的硬度频频向统治贵族领取赫赫战功。32青铜工具青铜斧青铜犁春秋初期，出现大量青铜工具（斧、锯、凿、锥等）和青铜农具（锄、铲等）。青铜工具极大促进农业技术的提高，相关的冶铸技术获得飞速发展。时代石器铜器铁器新石器时代晚期33夏商西周2752春秋153战国440青铜时代农具统计（372件）33铜三足鸟西周铜奔马(马踏飞燕)汉秦始皇陵铜车马秦爵商其它青铜制品34西汉长信宫灯的特点•将铸造、表面处理、结构学、环境保护巧妙地结合在一起；•创“技术精华”于一身，集“优美实用”于一体；青铜表面处理工艺-鎏金,即以热水银溶解金箔，然后涂附在铜器表面并蒸干水银，使一层薄金紧密地附着在器物表面，是一种防止铜器发生氧化的表面处理工艺。35长信宫灯的功能：•灯座铸成跪姿的宫女状，跪坐的姿态端庄典雅；•宫女的左臂紧身，左手紧握托座，右臂高抬过顶，稳扶灯罩，出宫女尽职尽责的逼真形象；•油灯设计别致，托座上装有灯碗，灯碗上铸有油池、灯芯座、转动手柄及半圈弧形壁。36•油灯的周边有槽，可使转门转动。•拨动平板，可使灯碗以托座为轴，绕右袖圆口作近360度转动，使光照方向转动，•拉动转门还能改变遮光角度37•有巧妙的消烟灭尘装置。•宫灯是空心的，壁厚均匀，而且较薄；•宫女的右袖是连通空心的，形成一条烟道。油烟及未完全燃烧的残碳由袖部进入头腔内,碰到腔壁冷却后附着在腔体内侧；•宫女的头部是可拆卸的，可定期清除积垢。38下面再举几个有影响的青铜文物：•河南省安阳晚商遗址出土司母戊大方鼎，商王文丁祭母所用•外形尺寸：高133cm，宽78cm，长110cm；•重量：857kg，是迄今为止世界上最古老的大型青铜器。•分别铸成鼎身、鼎耳、鼎足等部，然后合铸成一个整体。A.司母戊鼎39B.湖北隋县出土的战国青铜编钟•共有65个，总重量2500kg；•最大编钟重203kg；•最小编钟重仅有2.4kg；•编钟全部用青铜铸造；•编钟铸造水平相当高；•音侓准确、音色优美；曾侯乙编钟40C.四川广汉三星堆遗址介绍–遗址位于广汉市南兴镇北–南距成都40公里–遗址面积达12平方公里–是四川境内目前所知一处范围最广、延续时间最长、文化内涵最为丰富的古蜀文化遗址三星堆博物馆41•1929年春天，当地农民燕道诚掏水沟时发现一坑精美的玉石器•1933年，前华西大学美籍教授葛维汉，林名均教授组成考古发掘队首次对三星堆进行发掘，由此拉开了对三星堆半个世纪的发掘研究历程•1988年大规模发掘，主要由四川大学师生参与。42使三星堆遗址名扬四海的是•1986年7-9月发现两个商代大型祭祀坑，遗址两坑上千件国宝重器轰然显世，震惊世界；•被定性为“古文化、古国遗址”。三星堆祭祀坑43三星堆遗址•被誉为世界第9大奇迹；•发掘出大量文物，填补了中国考古学、青铜文化、青铜艺术史上的诸多空白，具有很高的历史价值和艺术价值；•向人们展示了早在三四千年古蜀丰富的物质文化遗存，揭示了“开国何茫然”的古代蜀国的文化面貌，把巴蜀早期历史向前推1000多年；•揭示了中华民族起源的多元性；44验证了传说中的古蜀王鱼凫氏和杜宇氏的历史是真实可信的；雄辩的证明商周时期的古蜀国已有高度发达的青铜文化；古蜀王杜宇杜鹃暮春至，哀哀叫其间。我见常再拜，重是古帝魂。杜甫《杜鹃》45三星堆•否定了古蜀国文化比中原文化发展缓慢•蜀王蚕丛之后有伯灌、凫氏、杜宇、开明等诸侯系的统治王朝。开明传位12世，被秦国所灭，至此古蜀国灭亡，蜀文化逐渐溶入汉文化中，为秦建立统一国家作出了卓越贡献。46三星堆青铜文物文物品种多，铸造水平高；有的文物只有4mm厚，在当时需要有相当高的冶铸技术；文物出土轰动整个世界青铜冶铸技术和文化艺术相当发达47四川广汉三星堆青铜文物商代晚期铸造金面平顶人头像人头像•头上冠形物似遥感天线，是否用来接收宇宙的神秘信号？青铜兽面48青铜龙夔柱形器，•