單元肆:材料科學重要性

一、材料科學的定義

歷史的演進與材料

「材料」是人類可以利用的物質,一般是泛指人造的固體物質。

材料的發展標志著社會的進步,比如:石器的廣泛使用是「石器時代」,相似的還有「青銅時代」和「鐵器時代」等等。材料、信息與能源三者被稱為現代世界文明的三大支柱。

在人類的文明從進步歷史當中,材料的使用是人類文明的象徵,從石器時代開始,人類即不斷找尋新的材料,有了新的材料,人類就有了新的生活形式,也提昇了人類的生活品質。陶器時代的人類開始使用陶器作為容器,並且在製陶的工藝上展現藝術的手法。

而自銅器時代開始;一方面容器發生改變,另一方面也發明了許多器械與工具,並在容器與器械上留下文字紀錄,顯見材料的應用,在當時的歷史背景下的重要性。到了鐵器時代則代表著戰爭時代的來臨,人類開始以鐵器作為刀具、器械,更讓人類的農業生產與政經文明有更進一步的演變,材料科文明的成果甚至影響了工業革命,改變人類的生產方式。

 

二、現今科學與材料的發展

科學家至今仍不斷的找尋新的材料,企圖用新的材料來改善人類的生活。複合材料的誕生就是在材料科學研究中的一大發現。將材料混合使用,發現材料會有新的性質,因而改變對於材料的使用方法。

以半導體材料為例子,半導體本身就是一項複合材料,因半導體的使用,資訊科技產品可以減少體積和質量,由真空管、電晶體時代,升級為半導體時代,讓人類的生活有明顯的提昇和改變。

最近十幾年來,隨著觀察科技的進步帶動材料科學的發展,人類從許多自然界的現象,發現到許多奈米的現象,在許多米尺度下(1奈米=10-9),有一些全新的現象,許多傳統觀點上物質的特性,在奈米的觀點都完全改觀。

例如:蓮花效應、光子晶體、光觸媒效應等,都可以用儀器探測到奈米等級的結構,經由人造的方式模仿,將材料製成奈米等級,並產生相同的現象,運用這一類科技的材料與科技產品,我們稱之為「奈米科技」。如果在尋找新材料遇到瓶頸時,「奈米科技」不失為材料科學的新領域與新發現,必將成為材料科學注入更為新穎實用的內容。

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