石器时代 - 至今 | 贝塞麦·肖克利·卡罗瑟斯·白川英树 | 从石器到纳米材料的文明演进
| 阶段 | 时间 | 特点 | 代表材料 |
|---|---|---|---|
| 石器时代 | 公元前 300 万年 - 前 3000 年 | 天然材料使用 | 石头、木材、骨头 |
| 青铜时代 | 公元前 3000-1200 年 | 合金冶炼技术 | 青铜器 |
| 铁器时代 | 公元前 1200 年 -1800 年 | 铁冶炼技术 | 铁器、钢 |
| 近代材料 | 1800-1950 年 | 科学材料学建立 | 钢铁、水泥、塑料 |
| 现代材料 | 1950 年 - 至今 | 功能材料、纳米材料 | 半导体、复合材料 |
材料科学研究领域
定义：材料科学四面体
意义：研究核心框架
应用：材料设计
定义：原子排列方式
意义：决定材料性能
应用：材料优化
定义：材料状态变化
意义：性能调控
应用：热处理
定义：强度、韧性等
意义：工程应用基础
应用：结构设计
| 理论 | 提出者 | 时间 | 核心内容 |
|---|---|---|---|
| 位错理论 | 泰勒、奥罗万 | 1934 | 解释金属塑性变形机制 |
| 能带理论 | 布洛赫等 | 1928-1930s | 解释固体电学性质 |
| 相图理论 | 吉布斯等 | 1870s- | 描述材料相平衡关系 |
| 高分子理论 | 施陶丁格 | 1920s | 高分子长链结构理论 |
| 纳米科学 | 费曼等 | 1959- | 纳米尺度材料特性 |
人类开始使用石头制作工具，标志材料使用开端
人类发明陶器烧制技术，是最早的人造材料之一
人类掌握铜锡合金冶炼技术，进入青铜时代
人类掌握冶铁技术，进入铁器时代
贝塞麦发明转炉炼钢法，开启现代钢铁工业
古德伊尔发现橡胶硫化技术，使橡胶实用化
诺贝尔发明安全炸药，推动矿业和工程建设
贝克兰发明第一种合成塑料，开启塑料时代
施陶丁格提出高分子长链结构理论
卡罗瑟斯发明尼龙，开创合成纤维时代
肖克利等发明晶体管，开启半导体时代
费曼提出"底部还有很大空间"，预言纳米技术
白川英树等发现导电聚合物，开创导电高分子
宾尼希和罗雷尔发明 STM，实现原子级观测
克罗托等发现 C60 富勒烯，开启碳纳米材料研究
饭岛澄男发现碳纳米管，引发纳米材料热潮
海姆和诺沃肖洛夫分离石墨烯，开启二维材料时代
钙钛矿材料效率快速提升，成为光伏研究热点
内容：材料是工业基础
意义：支撑制造业
应用：航空航天
内容：半导体材料
意义：信息革命
应用：芯片制造
内容：电池、太阳能材料
意义：能源转型
应用：新能源汽车
内容：生物相容材料
意义：医疗健康
应用：人工器官
| 影响领域 | 说明 | 例子 |
|---|---|---|
| 物理学 | 凝聚态物理发展 | 超导、半导体物理 |
| 化学 | 材料化学兴起 | 高分子化学、纳米化学 |
| 工程学 | 材料工程学科 | 冶金工程、材料加工 |
| 生物学 | 生物材料研究 | 组织工程、药物递送 |
| 环境科学 | 绿色材料发展 | 可降解材料、循环利用 |
"底部还有很大空间"（预言纳米技术）
"材料科学是 21 世纪关键技术"
| 方向 | 内容 | 目标 |
|---|---|---|
| 二维材料 | 石墨烯及类似材料 | 电子器件应用 |
| 量子材料 | 拓扑绝缘体等 | 量子计算应用 |
| 能源材料 | 电池、光伏、催化 | 清洁能源转型 |
| 生物材料 | 组织工程、药物递送 | 医疗健康应用 |
| 智能材料 | 响应环境变化材料 | 自适应系统 |