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材料结构与性能材料结构与性能第1页，此课件共64页哦学习这门课的要求和建议学习这门课的要求和建议1.1.这门课涉及的方面很广，对知识多方面的了解非常必要，这门课涉及的方面很广，对知识多方面的了解非常必要，所以在学习过程中要广泛的阅读各方面的参考书所以在学习过程中要广泛的阅读各方面的参考书2.2.因为课程内容较深，需要大家集中精力来领会讲课的实质，勤记笔因为课程内容较深，需要大家集中精力来领会讲课的实质，勤记笔记，多思考，真正掌握课程的内容记，多思考，真正掌握课程的内容3.3.为了使大家能够深入了解课程的内容，课堂上提问多，大家随为了使大家能够深入了解课程的内容，课堂上提问多，大家随时准备回答问题，回答的对错不影响学习成绩，大胆的发表自时准备回答问题，回答的对错不影响学习成绩，大胆的发表自己的看法己的看法4.4.期末考试是闭卷考试，但是考前提供复习提纲以便大家更深期末考试是闭卷考试，但是考前提供复习提纲以便大家更深入的学透课程的主要内容入的学透课程的主要内容5.5.每次课后留思考题，一个题目需做成每次课后留思考题，一个题目需做成每次课后留思考题，一个题目需做成每次课后留思考题，一个题目需做成1010分钟左右的分钟左右的分钟左右的分钟左右的PPTPPT，下次课老师会随机叫同学上来演讲。下次课老师会随机叫同学上来演讲。下次课老师会随机叫同学上来演讲。下次课老师会随机叫同学上来演讲。6.6.最后按笔记和考试情况打分最后按笔记和考试情况打分第2页，此课件共64页哦课程大体目录课程大体目录n n序言n n第一章 物质世界的普遍规律及其层次结构n n第二章 元素周期律和元素的基本特征n n第三章 凝聚态材料的形成（包括四大材料）第3页，此课件共64页哦序言序言材料科学与工程和当代材料科学与工程和当代科技发展的关系科技发展的关系第4页，此课件共64页哦第一节、概括了解材料第一节、概括了解材料1.材料的定义：可以用来制备有用物件的物质为了某种利用的目的而具备必要性质的物质2.材料的意义：是人类从事生产和生活的物质基础 是人类文明的重要支柱 其进步取决于社会生产力和科技进步 其发展将推动社会经济和科技的发展第5页，此课件共64页哦 3.材料发展的历史 材料应用的发展是人类发展的里程碑。人材料应用的发展是人类发展的里程碑。人类所有的文明进程都是一他们使用的材料来分类类所有的文明进程都是一他们使用的材料来分类的的。1800200019002YEAR10486STRENGTH/DENSITY(IN.X106)BroneWoodStoneCastIronCompositesSteelAramidFibersCarbonFibers第6页，此课件共64页哦4.五次产业革命五次产业革命(1)石器时代：燧石，一种容易制成工具的石头 300,000 BC 3,500 BC新石器时代陶绘新石器时代陶绘钻木取火钻木取火第7页，此课件共64页哦(2)青铜器时代青铜器时代蟠龙方壶蟠龙方壶3,000 BC 十六世纪素身铜爵素身铜爵越王勾践宝剑越王勾践宝剑青铜：铜和锡的合金青铜：铜和锡的合金第8页，此课件共64页哦(3)蒸汽机时代蒸汽机时代n n以英国为中心，瓦特发明了蒸汽机n n铸铁，铁金属1600AD-20世纪世纪 图为矗立在伯明翰市中心、纪念詹姆斯瓦特（右）等发明蒸汽机的铜雕像蒸汽机伦敦塔桥第9页，此课件共64页哦(4)化学工业兴起时代化学工业兴起时代n n以德国为中心以德国为中心n n煤焦化得到煤焦油等有机物，从而进行各种反应煤焦化得到煤焦油等有机物，从而进行各种反应 20世纪世纪德国化学家拜耳柏林柏林第10页，此课件共64页哦(5)电气和微电子产业时代电气和微电子产业时代n n以美国为中心n n计算机，半导体等n n电与机械统一的控制论 20世纪下世纪下芯片高温超导体 冯诺伊曼 第11页，此课件共64页哦(6)新时代来临的预兆新时代来临的预兆n n生命科学和生物技术的发展n n包括纳米材料在内的新型材料的发展 21世纪世纪 据专家估计本世纪据专家估计本世纪20年代人年代人类将迎接下一个经济时代，即类将迎接下一个经济时代，即生物生物技术经济产业时代技术经济产业时代的到来的到来第12页，此课件共64页哦第二节、当今世界科技发展的现状和趋势第二节、当今世界科技发展的现状和趋势uu生命科学与生物技术生命科学与生物技术生命科学与生物技术生命科学与生物技术uu信息科学与工程信息科学与工程信息科学与工程信息科学与工程uu材料科学与工程材料科学与工程材料科学与工程材料科学与工程uu新型能源科学新型能源科学新型能源科学新型能源科学uu环境科学环境科学环境科学环境科学uu海洋科学海洋科学海洋科学海洋科学uu宇航科学宇航科学宇航科学宇航科学uu安全科学安全科学安全科学安全科学21世纪人类面临的八大领域：世纪人类面临的八大领域：此八大领域均与材料的重要性有关第13页，此课件共64页哦1.生命科学和生物技术生命科学和生物技术2121世纪的生命科学将向最基本的、最复杂的微观和宏观两世纪的生命科学将向最基本的、最复杂的微观和宏观两极发展：极发展：n一方面分子生物学和量子生物学将广泛地向其分支一方面分子生物学和量子生物学将广泛地向其分支 学科领域渗透学科领域渗透n一方面生态学又向研究具有复杂功能的生态系统乃一方面生态学又向研究具有复杂功能的生态系统乃 至生物圈方向发展。至生物圈方向发展。最后，必将把微观与宏观整体地联系起来，即把分子、细胞、最后，必将把微观与宏观整体地联系起来，即把分子、细胞、个体、群体、群落等生命不同结构层次作为一个有机系统进行个体、群体、群落等生命不同结构层次作为一个有机系统进行深入研究。因此，分子生物学、细胞生物学、脑科学和生态学深入研究。因此，分子生物学、细胞生物学、脑科学和生态学仍然是人们关注的焦点。仍然是人们关注的焦点。第14页，此课件共64页哦1.1 1.1 生命科学将成为生命科学将成为 自然科学的带头学科自然科学的带头学科 DNA分子是双螺旋结构，其螺旋的骨架是由核苷酸的糖（脱氧核糖）和磷酸相结合而成的，从彼此反向的两根螺旋分别伸长开来的碱基相互结合而形成双螺旋 第15页，此课件共64页哦1.1.11.1.1分子生物学将在生命科学中保持主流地位分子生物学将在生命科学中保持主流地位2020世纪末，人类基因组全部测试工作基本完成预示着新世纪生命世纪末，人类基因组全部测试工作基本完成预示着新世纪生命科学必将酝酿着一系列新的宏大突破。科学必将酝酿着一系列新的宏大突破。基因组学基因组学这个计划与曼哈顿原子弹计划、阿波罗登月计划并称这个计划与曼哈顿原子弹计划、阿波罗登月计划并称20世纪人类三大科学计划。世纪人类三大科学计划。第16页，此课件共64页哦蛋白质组学蛋白质组学:以基因组全序列为基础，从整个基因组及其全套蛋白质产物的结构以基因组全序列为基础，从整个基因组及其全套蛋白质产物的结构-功能出发功能出发去了解生命活动的全貌。去了解生命活动的全貌。20012001年以来，国际人类蛋年以来，国际人类蛋白质组组织白质组组织(HUPO)(HUPO)正式成正式成立立 人类基因组计划的成功实施，为了真正破译、读懂遗传信息，各国科学家随即将人类基因组计划的成功实施，为了真正破译、读懂遗传信息，各国科学家随即将生命科学的战略重点转到以阐明人类基因组整体功能为目标的功能基因组学上。生命科学的战略重点转到以阐明人类基因组整体功能为目标的功能基因组学上。这样蛋白质自然成为新的研究焦点。以研究一种细胞、组织或完整生物体所拥有这样蛋白质自然成为新的研究焦点。以研究一种细胞、组织或完整生物体所拥有的全套蛋白质为特征的蛋白质组学自然就成为功能基因组学中的的全套蛋白质为特征的蛋白质组学自然就成为功能基因组学中的“中流砥柱中流砥柱”，构成了功能基因组学研究的战略制高点。构成了功能基因组学研究的战略制高点。第17页，此课件共64页哦1.1.2细胞生物学还作为生命科学的基础科学继续发展细胞生物学还作为生命科学的基础科学继续发展动物细胞结构植物细胞结构细胞是生命的基本单位，细胞的特殊性决定了个体的特殊性，因此，对细胞的深入研细胞是生命的基本单位，细胞的特殊性决定了个体的特殊性，因此，对细胞的深入研究是揭开生命奥秘、改造生命和征服疾病的关键。究是揭开生命奥秘、改造生命和征服疾病的关键。现代细胞生物学从显微现代细胞生物学从显微水平，超微水平和分子水平，超微水平和分子水平等不同层次研究细水平等不同层次研究细胞的结构、功能及生命胞的结构、功能及生命活动。在我国基础学科活动。在我国基础学科发展规划中，细胞生物发展规划中，细胞生物学与分子生物学，神经学与分子生物学，神经生物学和生态学并列为生物学和生态学并列为生命科学的四大基础学生命科学的四大基础学科。科。第18页，此课件共64页哦1.1.3脑科学将代表生命科学发展的一个高峰脑科学将代表生命科学发展的一个高峰关于大脑功能的研究，已经成为现代科学最深奥的课题，也是最难攻克的关于大脑功能的研究，已经成为现代科学最深奥的课题，也是最难攻克的科学堡垒。为了探索人脑奥秘，攻克各种疾病，开发人工智能技术，欧美科学堡垒。为了探索人脑奥秘，攻克各种疾病，开发人工智能技术，欧美等国家纷纷制定了脑科学研究的长远计划，并宣布等国家纷纷制定了脑科学研究的长远计划，并宣布2121世纪是世纪是“脑科学时脑科学时代代”。第19页，此课件共64页哦1.21.2生物技术生物技术2121世纪科学技术的核心是生命科学。以世纪科学技术的核心是生命科学。以基因克隆和重组技术基因克隆和重组技术日趋成熟日趋成熟,在农业、在农业、工业、医药和疾病防治景，对人类的生活工业、医药和疾病防治景，对人类的生活将产生重大影响将产生重大影响 基因技术对人类的贡献程度取决于对基因组的研究进展。基因技术对人类的贡献程度取决于对基因组的研究进展。耗资数十亿美元的人类基因组计划在耗资数十亿美元的人类基因组计划在20032003年已经提前年已经提前完成，为揭示人类的生长、衰老、疾病、死亡完成，为揭示人类的生长、衰老、疾病、死亡的秘密打下坚实的基础。的秘密打下坚实的基础。用用 转转 变变 基基 因因 技技 术术 繁繁 殖殖 的的 一一 头头 牛牛 第20页，此课件共64页哦人工合成牛胰岛素人工合成牛胰岛素杂交水稻杂交水稻转基因鲤鱼转基因鲤鱼 第21页，此课件共64页哦生物芯片生物芯片技术是通过缩微技术，根据分子间特异性地相互作用的原生物芯片技术是通过缩微技术，根据分子间特异性地相互作用的原理，将生命科学领域中不连续的分析过程集成于硅芯片或玻璃芯片理，将生命科学领域中不连续的分析过程集成于硅芯片或玻璃芯片表面的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、基因及其表面的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、基因及其它生物组分的准确、快速、大信息量的检测。它生物组分的准确、快速、大信息量的检测。生物芯片技术生物芯片技术广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保护、司法鉴广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保护、司法鉴定等领域。成为与晶体管芯片一样重要的产业。定等领域。成为与晶体管芯片一样重要的产业。第22页，此课件共64页哦n史前人类史前人类金字塔的特殊结构秘密及金字塔的特殊结构秘密及UFO UFO n地球上的生命起源的奥秘地球上的生命起源的奥秘原始地球上积聚的前生物有机分子（类蛋原始地球上积聚的前生物有机分子（类蛋白质、类核酸、类脂、糖类等有机物质）是如何进化成生命的呢？白质、类核酸、类脂、糖类等有机物质）是如何进化成生命的呢？n其他物种的遗传基因密码子使用频率其他物种的遗传基因密码子使用频率n遗传基因与微观环境对遗传基因与微观环境对DNADNA基因结构的影响基因结构的影响 n氨基酸和遗传密码子碱基结构之间化学进化的耗散过程氨基酸和遗传密码子碱基结构之间化学进化的耗散过程n四碱基内聚能密度类型对遗传密码子分布的调控机理四碱基内聚能密度类型对遗传密码子分布的调控机理n染色体结构与染色体结构与“怪数怪数”之说之说尚需我们努力的方向：尚需我们努力的方向：第23页，此课件共64页哦有关金字塔的许多参数具有特殊意义有关金字塔的许多参数具有特殊意义:金字塔高金字塔高10亿亿=地球到太阳距离地球到太阳距离=1.5亿公里。亿公里。塔的周长正好塔的周长正好365.24365.24埃及米埃及米=1=1年的天数。年的天数。塔的自重塔的自重10101515=地球重量。地球重量。金字塔锥角正好是自然塌落现象的稳定角金字塔锥角正好是自然塌落现象的稳定角5151 5050 4949，四边边长误差不到，四边边长误差不到2020厘米，它厘米，它的辅角和西北角的高度相差仅的辅角和西北角的高度相差仅1.271.27厘米，东西轴和南北轴线的方位误差不超过厘米，东西轴和南北轴线的方位误差不超过5 5弧秒，是弧秒，是最稳定锥角结构，这样的高精度建筑连现代建筑科学与工程技术也难以达到，不可思议。最稳定锥角结构，这样的高精度建筑连现代建筑科学与工程技术也难以达到，不可思议。一座金字塔大约由一座金字塔大约由260260万块巨石组成，每块巨石平均重约万块巨石组成，每块巨石平均重约5 51212吨，其中最重的达吨，其中最重的达16001600吨，连现代工程技术也难作到。吨，连现代工程技术也难作到。金字塔处于地球北伟金字塔处于地球北伟3030 的陆地重力中心，把的陆地重力中心，把陆地平分为两半，地球两极轴心的位置每一陆地平分为两半，地球两极轴心的位置每一天都有一定的变化，但在经天都有一定的变化，但在经2582725827年周期后，轴心位置又回到原来的位置，而有意思的是年周期后，轴心位置又回到原来的位置，而有意思的是金字塔对角线之和也正符金字塔对角线之和也正符25827.625827.6这个数字。这个数字。塔内有一种力量，可使金属不生锈，一枚锈迹斑斑的金属变得金光灿烂，牛奶保鲜，水果保质，塔内有一种力量，可使金属不生锈，一枚锈迹斑斑的金属变得金光灿烂，牛奶保鲜，水果保质，病人康复，头痛，牙痛者进金字塔内过一小时左右就不痛了。一些菜籽进金字塔就能发芽，且苗长病人康复，头痛，牙痛者进金字塔内过一小时左右就不痛了。一些菜籽进金字塔就能发芽，且苗长4 4倍，叶绿素多倍，叶绿素多4 4倍。看起来金字塔是一个非常好的微波振谐腔体，形成各种生命的能量。倍。看起来金字塔是一个非常好的微波振谐腔体，形成各种生命的能量。现在用类似金字塔结构的建筑，或随便用纸、木板、铁质造的模型也有类似上述现在用类似金字塔结构的建筑，或随便用纸、木板、铁质造的模型也有类似上述“金字塔金字塔效应效应”；作者也发现用纸做的金字塔盖在脸上睡觉，睡得很香，并进入一些怪梦中。；作者也发现用纸做的金字塔盖在脸上睡觉，睡得很香，并进入一些怪梦中。第24页，此课件共64页哦通信卫星通信卫星信息信息人脑的延续人脑的延续2.2.信息技术信息技术 莱布尼茨发明的二进制在计算机以及信莱布尼茨发明的二进制在计算机以及信息理论中的运用，使得信息技术将继续在所息理论中的运用，使得信息技术将继续在所有方面深刻地影响世界有方面深刻地影响世界 第25页，此课件共64页哦n单晶硅为代表的半导体微电子材料n激光晶体为代表的光电子材料；n介质陶瓷和热敏陶瓷为代表的电子陶瓷材料n钕铁硼（NdFeB）永磁材料为代表的磁性材料；n光纤通信材料n磁存储和光盘存储为主的数据存储材料n压电晶体与薄膜材料n贮氢材料和锂离子嵌入材料为代表的绿色电池材料 这些基础材料及其产品支撑着通信、计算机、信这些基础材料及其产品支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等现代信息产业的发展。息家电与网络技术等现代信息产业的发展。电子信息材料 是指在微电子、光电子技术和新型元器件基础产品领域中所用的材料，主要包括：第26页，此课件共64页哦全球定位系统技术全球定位系统技术GPS俄罗斯俄罗斯Glonass(格洛纳斯全球导航系统格洛纳斯全球导航系统)信息技术信息技术全方位的发展正在改变着人们几千年来形成的信息传递方式、全方位的发展正在改变着人们几千年来形成的信息传递方式、人际间的沟通方式和社会管理的组织方式，并深刻地影响着社会生活、人际间的沟通方式和社会管理的组织方式，并深刻地影响着社会生活、企业和政府运作的方式。企业和政府运作的方式。欧洲的欧洲的Galileo定位系统定位系统中国北斗定位系统中国北斗定位系统第27页，此课件共64页哦光子计算机、生物计算机、量光子计算机、生物计算机、量子计算机都在加速研究子计算机都在加速研究量子计算量子计算以色列已经研制出一种由以色列已经研制出一种由DNADNA分子和酶分子和酶分子构成的微型分子构成的微型“生物计算机生物计算机”，一，一万亿个这样的计算机仅一滴水那样万亿个这样的计算机仅一滴水那样大。大。大规模神经集成电路进行检测大规模神经集成电路进行检测,第六第六代电子计算机的心脏代电子计算机的心脏 经过特殊培养后制成的生物芯片，可作为一经过特殊培养后制成的生物芯片，可作为一种新型高速计算机的集成电路种新型高速计算机的集成电路第28页，此课件共64页哦我国最小遥感卫星我国最小遥感卫星遥感技术遥感技术第29页，此课件共64页哦家电信息技术家电信息技术第30页，此课件共64页哦尚需我们努力的方向：尚需我们努力的方向：目前计算机一切信息信号就是由八种信息密码的排序来实现的。但目前计算机一切信息信号就是由八种信息密码的排序来实现的。但是这种计算机智能与人类脑力仍有很大差距。为了使电子计算机的是这种计算机智能与人类脑力仍有很大差距。为了使电子计算机的功能进一步提高，以色列最近发明的功能进一步提高，以色列最近发明的DNA计算机，正在向实用方计算机，正在向实用方向发展。向发展。n计算机科技还要进一步向深亚米化、超大规模集成、计算机科技还要进一步向深亚米化、超大规模集成、网格化、智能化方向发展网格化、智能化方向发展n生物计算机（生物计算机（8*8种信息密码排序）实用化还有很种信息密码排序）实用化还有很长的路要走长的路要走第31页，此课件共64页哦3.3.新材料继续成为人类文明的基石新材料继续成为人类文明的基石材料应用的发展是人类发展的里程碑。人类所有的文材料应用的发展是人类发展的里程碑。人类所有的文明进程都是一他们使用的材料来分类的。石器时代、明进程都是一他们使用的材料来分类的。石器时代、铜器时代、铁器时代等。铜器时代、铁器时代等。n纳米材料纳米材料n电子信息材料电子信息材料n先进陶瓷材料先进陶瓷材料n复合材料复合材料n生物材料生物材料n高分子材料高分子材料第32页，此课件共64页哦神州神州6号有望用上号有望用上“纳米铁纳米铁纸纸”比纸还薄比纸还薄3.1 纳米材料纳米材料具有特殊的具有特殊的量子效应、界面效应、量子效应、界面效应、表面效应等等，使材料表现出物理和化学上的奇表面效应等等，使材料表现出物理和化学上的奇异现象异现象 ，将会带来很多的工业应用，将会带来很多的工业应用当前的研究热点和技术前沿包括：当前的研究热点和技术前沿包括：以碳纳米管为代表的纳米组装材料；以碳纳米管为代表的纳米组装材料；纳米陶瓷和纳米复合材料等高性能纳米结构材料；纳米涂层材料的设计纳米陶瓷和纳米复合材料等高性能纳米结构材料；纳米涂层材料的设计与合成；单电子晶体管、纳米激光器和纳米开关等纳米电子器件的研制、与合成；单电子晶体管、纳米激光器和纳米开关等纳米电子器件的研制、C60C60超高密度信息存贮材料等。超高密度信息存贮材料等。第33页，此课件共64页哦光子晶体与光子晶体光纤光子晶体与光子晶体光纤有机显示材料有机显示材料光导纤维光导纤维3.2 3.2 电子信息材料电子信息材料的总体发展趋势是向着大尺寸、高均匀性、高完整的总体发展趋势是向着大尺寸、高均匀性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向发展。性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向发展。当前的研究热点和技术前沿：当前的研究热点和技术前沿：包括柔性晶体管、光子晶体、包括柔性晶体管、光子晶体、SiCSiC、GaNGaN、ZnSeZnSe等宽禁带半导体材料为代表的第三代半导体材料、有机等宽禁带半导体材料为代表的第三代半导体材料、有机显示材料以及各种纳米电子材料等。显示材料以及各种纳米电子材料等。第34页，此课件共64页哦3.3 先进陶瓷材料先进陶瓷材料高性能低温烧结陶瓷陶瓷电容器高性能低温烧结陶瓷陶瓷电容器压电陶瓷换能晶片压电陶瓷换能晶片当前的研究热点：当前的研究热点：包括陶瓷材料的强韧化技术、纳米陶瓷材料的制包括陶瓷材料的强韧化技术、纳米陶瓷材料的制备合成技术、先进结构陶瓷材料体系的设计以及电子陶瓷材料的备合成技术、先进结构陶瓷材料体系的设计以及电子陶瓷材料的高匀、超细技术。高匀、超细技术。透明陶瓷镜头透明陶瓷镜头 纳米陶瓷纳米陶瓷第35页，此课件共64页哦未来复合材料的研究方向未来复合材料的研究方向:主要集中在纳米复合材料、仿生主要集中在纳米复合材料、仿生复合材料和多功能、智能复合材料等领域。复合材料和多功能、智能复合材料等领域。超塑铝合金制造的汽车超塑铝合金制造的汽车外形外形用无压渗透法制备的用无压渗透法制备的铝基复合材料铝基复合材料3.4 复合材料复合材料全复合材料机体无全复合材料机体无人直升机人直升机第36页，此课件共64页哦3.5 3.5 生物材料：生物材料：材料科学技术中的一个正在发展的新领域，材料科学技术中的一个正在发展的新领域，不仅技术含量和经济价值高不仅技术含量和经济价值高 人工骨人工骨 我国第一项纳米医药产品我国第一项纳米医药产品纳米纳米人工骨颗粒人工骨颗粒人工皮肤人工皮肤 人造心脏人造心脏 第37页，此课件共64页哦3.6 高分子材料高分子材料塑料塑料橡胶橡胶纤维纤维表面材料表面材料（涂料）（涂料）注：此部分将在以后进行详细讲解注：此部分将在以后进行详细讲解第38页，此课件共64页哦3.6.1 功能高分子材料功能高分子材料 近年来一些功能高分子材料的出现，如光敏高分子、导电性高分子、医近年来一些功能高分子材料的出现，如光敏高分子、导电性高分子、医用高分子、高分子膜等，将加速合成材料工业的发展，对国民经济起一定的用高分子、高分子膜等，将加速合成材料工业的发展，对国民经济起一定的推动作用。推动作用。聚合物锂电池聚合物锂电池超级吸水聚合物超级吸水聚合物 聚合物光纤聚合物光纤 脂质水凝胶脂质水凝胶 第39页，此课件共64页哦n超强度超强度(每平方厘米每平方厘米20002000公斤以上公斤以上););n超微比重超微比重(每立方厘米每立方厘米0.0010.001克以下）；克以下）；n多功能；多功能；n无污染（可自毁）；无污染（可自毁）；n可再生可再生。在新的世纪我们对材料提出了在新的世纪我们对材料提出了前所未有的高要求：前所未有的高要求：生物材料功能化生物材料功能化干细胞干细胞应用于组织工程应用于组织工程第40页，此课件共64页哦4.4.能源科学能源科学能源是人类社会存在和发展的基石，使经济发展和文明进步的基本能源是人类社会存在和发展的基石，使经济发展和文明进步的基本约束条件约束条件n化石燃料高效与清洁利用技术广泛应用，节能技术和能化石燃料高效与清洁利用技术广泛应用，节能技术和能源高效利用技术越来越受到广泛重视源高效利用技术越来越受到广泛重视煤直接液化高效催化剂煤直接液化高效催化剂第41页，此课件共64页哦能源生产与节能先进技术无不建立在能源生产与节能先进技术无不建立在新材料不断发展的基础之上新材料不断发展的基础之上n化石能源的高效与清洁生产需要材料的不断改进n核能仍将不断得到发展，材料是关键之一n再生能源（特别是太阳能）的利用虽然诱人，但材料是瓶颈n超导材料、磁性材料、蓄电池及燃料电池发挥越来越重要的作用，需要高效率的正电极和负电极新材料n因此，随着材料科学技术，特别是纳米技术受到高度重视，21世纪能源新材料将会得到迅速发展第42页，此课件共64页哦硅太阳能电磁硅太阳能电磁n加大利用各种可再生能源加大利用各种可再生能源高空发电机高空发电机“捕捉风能捕捉风能”风车发电风车发电生物能生物能第43页，此课件共64页哦n开发新能源技术方面有所突破开发新能源技术方面有所突破通用公司的氢动力车通用公司的氢动力车Hy-wireHy-wire 秦山核电站秦山核电站美国开始研制核能飞船美国开始研制核能飞船 地球到火地球到火星不到星不到6060天天中国新型核潜艇中国新型核潜艇第44页，此课件共64页哦我们尚需努力的方向：我们尚需努力的方向：n降低各种新能源的成本，使他们进一步产业化 n研制出高效、安全、洁净的核能系统 n进一步开发新的能源：波能、可燃冰、煤成气、微生物、绿藻n现有煤向油的直接转化n利用化学方法研制出更加高效的燃料电池以及太阳能电池n与能源相关领域如新型材料的开发第45页，此课件共64页哦5.5.环境科学环境科学 随着社会的发展和科技的进步，人类越来越觉得环境的重要，从而诞生一门从生态观点出发，将资源的合理利用和环境保护运用到生产和环境建设领域的综合性学科资源环境科学第46页，此课件共64页哦环境污染使人类的生存遭到威胁环境污染使人类的生存遭到威胁n n水、空气、土地是我们生存的基础，可当水的清澈，空气的水、空气、土地是我们生存的基础，可当水的清澈，空气的水、空气、土地是我们生存的基础，可当水的清澈，空气的水、空气、土地是我们生存的基础，可当水的清澈，空气的自由呼吸，土地的肥沃被满眼的油污，被刺鼻的化学味，被自由呼吸，土地的肥沃被满眼的油污，被刺鼻的化学味，被自由呼吸，土地的肥沃被满眼的油污，被刺鼻的化学味，被自由呼吸，土地的肥沃被满眼的油污，被刺鼻的化学味，被漂浮的粉尘侵蚀后，我们面对的将是无法挽回的伤痛，是癌漂浮的粉尘侵蚀后，我们面对的将是无法挽回的伤痛，是癌漂浮的粉尘侵蚀后，我们面对的将是无法挽回的伤痛，是癌漂浮的粉尘侵蚀后，我们面对的将是无法挽回的伤痛，是癌症、是白血病、是中毒，甚至是死亡的代价！症、是白血病、是中毒，甚至是死亡的代价！症、是白血病、是中毒，甚至是死亡的代价！症、是白血病、是中毒，甚至是死亡的代价！污染的河流污染的河流第47页，此课件共64页哦酸雨酸雨沙漠化沙漠化南极上空的臭氧空洞南极上空的臭氧空洞白色污染白色污染污染的河流污染的河流第48页，此课件共64页哦白色污染白色污染要解决要解决 “白色污染白色污染”问题，应该从以下几个方面着手：问题，应该从以下几个方面着手：1.1.减少使用不必要的塑料制品，如用布袋代替塑料袋等减少使用不必要的塑料制品，如用布袋代替塑料袋等 2.2.重复使用某些塑料制品如塑料袋、塑料盒等；重复使用某些塑料制品如塑料袋、塑料盒等；3.3.分类回收各种废弃塑料分类回收各种废弃塑料4.4.使用一些新型的、可降解的塑料，如微生物降解塑料和光降解塑使用一些新型的、可降解的塑料，如微生物降解塑料和光降解塑料等料等 可降解塑料的降解过程可降解塑料的降解过程第49页，此课件共64页哦n从生态观点出发，将资源的合理利用和环境保护运用到生产和环境建设领域中n先进资源的化学制控和工程技术及各种废弃资源回收与提升n新型环境友好型材料的开发：可降解材料、可回收材料、抑菌材料等n防止沙漠化和沙漠的利用保护环境保护环境第50页，此课件共64页哦6.6.海洋技术海洋技术海海洋洋科科技技事事关关人人类类的的可可持持续续发发展展，事事关关国国家家安安全全、世世界界政政治治和和经经济济格局，因此越来越引起各国的重视。格局，因此越来越引起各国的重视。第51页，此课件共64页哦海洋监测技术海洋监测技术海床基动力要素海床基动力要素综合自动检测系统综合自动检测系统 BY8-水下金属探测仪在军事水下金属探测仪在军事领域被广泛使用，同时也被领域被广泛使用，同时也被应用于沉船打捞、渔业、水应用于沉船打捞、渔业、水下考古等下考古等 海洋资源的开发，深水作业需要其他相关领域科技的支持，海洋资源的开发，深水作业需要其他相关领域科技的支持，材料科学的发展，高强超韧材料的研发可以为我国的海洋开发、材料科学的发展，高强超韧材料的研发可以为我国的海洋开发、海洋利用和海洋保护提供先进的技术和手段。海洋利用和海洋保护提供先进的技术和手段。海洋资源的开发需要材料学的发展海洋资源的开发需要材料学的发展第52页，此课件共64页哦不久前美国一权威著作预言：不久前美国一权威著作预言：2121世纪国家对航天能力的依赖可与世纪国家对航天能力的依赖可与19192020世纪国家对电力、石油的依赖相比拟。世纪国家对电力、石油的依赖相比拟。7.7.空间技术帮助人类实现远古梦想空间技术帮助人类实现远古梦想第53页，此课件共64页哦 这些航天运载工具的外壳一般为玻璃钢，用碳纤维浸渍于酚醛这些航天运载工具的外壳一般为玻璃钢，用碳纤维浸渍于酚醛树脂或环氧树脂上，然后手工覆上，最后用超声波检验，保证无气树脂或环氧树脂上，然后手工覆上，最后用超声波检验，保证无气泡。航天器的发展必须以高性能材料的发展为基础，有极轻的重量泡。航天器的发展必须以高性能材料的发展为基础，有极轻的重量和极高的强度，从而使它们性能先进、有效载荷大和耐航性长和极高的强度，从而使它们性能先进、有效载荷大和耐航性长“神舟神舟”五号载人飞船成功发射五号载人飞船成功发射 材料在航天领域有着至关重要的作用材料在航天领域有着至关重要的作用第54页，此课件共64页哦“发现号”外挂油箱上绝热泡沫的脱落曾让许多美国人心惊胆战而三年前，正是由于塑料泡沫部件在发射时撞坏了一片防热瓦，导致“哥伦比亚”号在返航时空中解体“发现号发现号”航天飞机航天飞机第55页，此课件共64页哦国际号空间站国际号空间站和平号空间站和平号空间站哈勃空间望远镜哈勃空间望远镜第56页，此课件共64页哦美国全球定位系统美国全球定位系统全球卫星导航全球卫星导航欧洲欧洲Galileo（伽利略卫星导航系统）（伽利略卫星导航系统）俄罗斯俄罗斯Glonass(格洛纳斯全球导航系统格洛纳斯全球导航系统)第57页，此课件共64页哦已经建成的月球资源开发基地已经建成的月球资源开发基地 月球地形图，蓝色区域主要由月海玄武岩所覆盖月球地形图，蓝色区域主要由月海玄武岩所覆盖 第58页，此课件共64页哦我们尚需努力的方向：我们尚需努力的方向：v更全面地认识地球。由于地球面积辽阔，人们仅从地面上更全面地认识地球。由于地球面积辽阔，人们仅从地面上认清地球非常困难，所以必须发展空间技术认清地球非常困难，所以必须发展空间技术v获取新的资源，因为地球资源十分有限，所以人类必须获取新的资源，因为地球资源十分有限，所以人类必须寻找、开发和利用空间资源。寻找、开发和利用空间资源。vv开发新的高性能材料开发新的高性能材料开发新的高性能材料开发新的高性能材料火星探索火星探索“漫游者漫游者”第59页，此课件共64页哦绿色农业园绿色农业园立体种植立体种植8.安全科学安全科学第60页，此课件共64页哦n n如何认识转基因食品n n补品n n食品的包装材料转基因食品转基因食品食品包装袋食品包装袋？食品安全食品安全第61页，此课件共64页哦尚需努力的方向尚需努力的方向n n加强生产过程的安全问题n n发展高效农业，解决人类的温饱问题n n加强食品监管体制，加大打击力度n n加深对转基因食品的认识n n深入对中药的研究n n开发具有优异性能的食品包装材料第62页，此课件共64页哦八大领域的关系八大领域的关系彼此相互联系，渗透交叉整个科技群体构成了协同发展的复杂世界 新技术的产生和发展往往是“连锁反应”，全面爆发，相互激发，形成技术的“群体革命”这八个领域的技术，最终还是为了进一步发展生命科学生命科学，为人类的健康长寿服务生命科学与生物技术生命科学与生物技术生命科学与生物技术生命科学与生物技术信息科学与工程信息科学与工程材料科学与工程材料科学与工程新型能源技术新型能源技术环境科学技术环境科学技术海洋科学技术海洋科学技术宇航科学技术宇航科学技术高效农业和食品安全高效农业和食品安全第63页，此课件共64页哦新型材料新型材料新型材料新型材料八大领域关系信息科学信息科学海洋科学海洋科学宇航科学宇航科学新能源科学新能源科学环境科学环境科学安全科学安全科学生命科学生命科学生物生物脏器脏器组织组织功功能能材材料料生物食品化生物食品化学资源开发学资源开发生态环境生态环境友好材料友好材料第64页，此课件共64页哦