化学材料让生活更美好

材料让生活更美好

美好的生活是人类孜孜不倦的追求。随着时代的进步，物质的更新换代。原有的原始材料早已不能满足现今社会的需求，小到一个塑料袋，大到宇宙飞船的部件，其材料的要求早已不是原始材料所能达到的了。于是，在这样的需求中，诞生了化学材料科学这样一门科学。

所谓材料，是指经过某种加工，具有一定结构、组分和性能，并可应用于一定用途的物质。在实践中，人们按用途把材料分成结构材料和功能材料。结构材料主要是利用其强度、韧性、力学及热力学等性质。功能材料则主要利用其声、光、电、磁、热等性能。按化学成分分类，则可把材料分为金属材料、有机高分子材料、无机非金属材料及复合材料等。

一．当前新材料的发展方向

1．高性能化、高功能化、高智能化

随着人类对材料的性能与微观结构的研究与认识，决定材料性能的本质已被或正在被人们揭示和掌握，并通过新工艺、新技术、新设备，在日益成熟的现代材料设计理论的指导下，创造出各种性能更好的新型材料。结构材料在向强度、刚度、韧性、耐高温、耐腐蚀、高弹、高阻尼大幅度提高的方向发展。高性能结构材料不断出现和广泛应用，促进新产品向体积小、重量轻、资源省、能耗低、成本低、利润高的方向发展。功能材料也在由单一功能向多种功能开发方向发展，并把功能材料与元器件结合起来，实现一体化，即材料本身就具有元器件的功能，这样就促进了元器件的小型化和多功能化。智能材料是近年来与信息科学紧密结合而产生的，它同时具有感知和激励双重功能。如形状记忆合金，压电陶瓷，光导纤维，磁致伸缩材料等。

2.复合化

由于单一材料，如金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料都有各自的优缺点，难以满足当代高技术中综合性能的要求，因此现代材料科学正朝着复合材料方向发展。把不同种类和不同性能的材料通过一定的途径和技术复合为一体，扬长避短，取长补短，可获得比单一材料性能更好或具有某种特殊性能的复合体材料。例如，由碳纤维增强的陶瓷基复合材料，其抗冲击强度比普通陶瓷高40倍，能经受数千度高温，已成为航空工业的重要结构材料。材料的复合化是改进和提高材料性能的一条很好途径，是当前新材料研究的重要发展方向。

3.极限化

极限化的含义是指在尺寸、压力、温度、纯度各种量纲范围内追求极限，而使材料的性能产生根本性的飞跃。例如，在超高温、超高压条件下用石墨可合成金刚石，在超高真空中、制备新型的半导体器件和高度集成的芯片。利用宇宙空间实验室内的微重力、高真空、超低温、无菌等特殊环境制备在地面无法制备的具有特殊性能的新材料，如合成新医药制品、冶炼高纯金属等。

4.仿生化

通过研究自然界中生物体的物质结构及其特有的功能，获得一种制备新材料的思路和途径，并在某些材料的设计和制造中加以模仿。例如，人们对蜘蛛丝的研究发现，蛛丝比钢丝更硬更富有弹性，具有很强缓冲外力冲击能力，而且低温性能良好，是制造防弹服装和降落伞的理想材料，于是人们得到启示，通过把水溶性的蛋白质分子纺织成既坚韧又不溶解的人造蛛丝，用来制作军用品。生物医用材料也是一种仿生材料，与人体组织有很好的相容性能，对人体组织和器官进行矫形、修补，再造，以维持原有性能，保障人体健康。

5.环境友好化

在资源不断枯竭、环境不断恶化的情况下,为确保人类社会文明可保持发展，材料科学家提出了绿色材料或环境友好材料的概念。它是一种资源和能源消耗少、再生循环利用率高，或可降解使用的具有优异适用性能的新型材料。与传统材料相比，环境友好材料充分注意到人类发展的长远利益，以满足人类社会可持续发展的目标。例如，废弃的普通塑料越来越多，并因其耐久性而长久存留自然界已经成为公害。目前研制出的可降解塑料，如生物降解塑料、化学降解塑料、光降解塑料，就是利用微生物、化学或光照的作用把塑料降解掉，变成无害物质回归自然。

二、新材料在高技术中的作用

新材料既是当代高新技术的重要组成部分，又是发展高新技术的重要支柱和突破口。正是因为有了高强度的合金，新的能源材料及各种非金属材料，才会有航空和汽车工业；正是因为有了光纤，才会有今天的光纤通讯；正是因为有了半导体工业化生产，才有今天高速发展计算机技术和信息技术。当今世界各国在高技术领域的竞争，在很大程度上是新材料水平的较量。

50年代末，美国政府就制定了全国材料发展规划，70～80年代又进行了多次的补充和修正，把重点放在超硬化合物、半导体激光材料、磁性材料和精密陶瓷上。日本在1980年开展了为期10年、耗资4亿美元的新材料发展规划，重点领域为精密陶瓷、功能高分子、复合材料、生物材料等。某些具有特殊性能的新材料的出现，引起了今天的高技术突飞猛进的发展。

新材料与现代科学技术特别是高技术是互相依存、互相促进的，高技术的飞速发展对新材料提出了更高的要求。精密测试技术，电子显微技术，高速大容量计算技术等的发展，为材料科学工作者提供了更有力的研究工具。

三、材料科学与经济发展

由于材料科学的发展水平与高新技术的发展是相互依存的，因此新材料发展与应用水平直接决定着经济发展的水平。

在从工业社会向知识经济社会的过渡过程中，工业产品结构中传统的金属材料比重降低了，无机非金属材料、有机合成材料的比重越来越大，产业结构也从劳动密集型、资金密集型向技术密集型和知识密集型方向发展。1980年，美国的电子工业产值已经超过了钢铁和纺织工业，仅次于化工和汽车工业。新材料新技术的发展使美国经济繁荣不衰，已连续9年保持高增长。日本通过冶炼等技术的改进来大幅度提高传统金属材料性能，如超级钢计划就是要在本世纪末将钢的性能提高一倍，实质上就是节约了一倍的资源，使得产品更具竞争力，保持日本经济的持续发展。

总之，以新材料为基础的一批新兴产业正在迅速兴起，并成为许多国家新的经济增长点。我国研制出一大批新材料，并在国民经济建设中得到了广泛的应用，取得了明显的经济效益和社会效益。

四．材料与美好生活

化工新材料作为材料领域的一朵奇葩，广泛应用于中国现代化建设中，彰显出节能、环保、低碳经济等元素，展示出化工新材料的发展水平及其在未来的应用领域。同时，化工新材料的发展也承担着改善人类生活的神圣使命。比如在2010年上海世界博览会，其中就不乏各种化工新材料。

1．高性能氟碳涂料

氟碳涂料是指以含氟共聚树脂或氟烯烃与其他单体的共聚物为主要成膜物质，经加工、改性、研磨制得的涂料，广泛应用于建筑、桥梁、工业防腐及铝型材、铝板和彩钢板的涂装等众多领域。

由于氟碳涂料树脂分子内含有机物键能最高的C-F键，使其不仅具有优良的物理机械性能，且成膜物质高度稳定，耐酸、碱、盐等化学物质和多种化学溶剂，为基材提供保护屏障；可附着在多种基材，在铜、不锈钢等金属、聚酯、聚氨酯、聚氯乙烯等塑料、水泥、复合材料等表面都具有优良的附着力。使用寿命可长达20年，不粉化、不褪色，氟碳涂料表面能极低，表面灰尘可通过雨水自洁，不易粘尘结垢。高性能氟碳涂料的使用可以减少重涂的频率，降低气候对基材的结构侵蚀，而且无毒无害，被誉为“涂料之王”。

２．高性能纤维材料

高性能纤维材料主要包括碳纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维，是火箭、导弹、战斗机、作战装甲、海军舰船等尖端武器装备的重要基础原材料，在军事工业发挥重要作用。经过２０年的攻关，我国在碳纤维、芳纶和高强高模聚乙烯纤维等高性能纤维领域已取得突破性进展，进入到大规模工业化生产前期。高性能纤维的应用也不再局限于军工领域，逐渐用于改善人类生活。

超高分子量聚乙烯纤维（UHWMPE）是世界上最坚韧的纤维，其“轻薄如纸、坚硬如钢”，强度是钢铁的15倍，比碳纤维还要高2倍。主要用于制造防弹设备和高性能绳索。

上海世博会开幕式的舞台天穹上770只可升降白色小球组成的魔幻方阵，可变换成不同图案，合着音乐节拍轻柔舞动。这恰是UHWMPE纤维制成绳索的使用，才有了“小球矩阵”的精彩表演。这种绳索不仅重量轻、弹力高、柔韧性好，且可以任意改变颜色。因此，在与“小球矩阵”相结合的表演中，观众肉眼几乎看不到牵引小球的绳索，从而更加完美地营造出小球“凌空悬浮”的效果。

３．新能源材料

在节能材料的应用中，LED是本次世博会当之无愧的“主角”。LED半导体照明光源是继白炽灯、荧光灯、节能灯后第四代光源，除具有使用寿命长、发光效率高、体积小、重量轻、环保安全可靠等优点以外，还有一个显著优点就是由于LED启动电压和工作电压一致，所以不需使用镇流器。这样在节省成本和能耗的同时，也大大缩短了通断电的响应时间。随着LED技术的不断发展，LED应用也不断成熟，已从指示灯、信号灯、显示屏、景观照明，拓宽到室内外照明。上海世博会除了开幕式主会场的舞台背景，包括中国馆、国家电网馆六面体“魔盒”以及石油馆外墙上、15公顷的城市最佳实践区、“一轴四馆”的景观照明全部采用LED外，上海世博园区的广场照明、沿江景观带、标识与智能导引系统以及部分室内外灯光也都应用了半导体照明技术。同时，整个园区80％以上的夜景采用LED，世博园区成为全球最大的LED示范区。此外，栽培种苗、光学医疗、汽车照明等也已经成为LED应用的新领域。保护视力的LED台灯、画质优美的LED电视、杀菌消毒的LED厨房灯、LED灭蚊灯……Ｌ助在未来家庭中的应用将十分多样。

４．环保材料

世博会城市最佳实践区项目应用了挤塑聚苯乙烯隔热保温板；瑞士国家馆的智能帷幕由大豆纤维制成，既能发电，又能降解；中国馆周围大片红木色的塑木地板，将塑料和天然纤维采用特殊工艺如挤出、注塑、模压等加工成型，具有节省木材有利于保护生态环境、不需要油漆避免对环境的污染、不怕水、在10年左右的使用周期结束报废后可回收利用不产生二次污染的优点；世博会期间需要的一次性餐具、园区里使用的路牌、胸卡、磁卡将不再使用传统塑料，而是用生物材料“聚乳酸”制成。这种材料可自然降解，对环境无污染，世博会上的废弃杯子或包装盒将一并填埋进行自然降解。

世博会借助创新理念的实践，以及新能源、节能环保、信息技术、新材料的应用，向世人呈现了未来生活的美好景象，快速发展的化工新材料产业也将秉承着世博的理念服务于人类的生活。

材料是人类生存和生活必不可缺少的部分，是人类文明的物质基础和先导，是直接推动社会发展的动力。材料的发展及其应用是人类社会文明和进步的重要里程碑。没有材料科学的发展，就不会有人类社会的进步和经济的繁荣。在21世纪的今天我们深深体会到材料让生活更美好。

经贸学院

国际经济与贸易2班姓名：颜丽娟

学号：20102310224