浅谈能源材料发展史

廖智勇

摘要：在人类社会中，为了提高性能，不仅仅只寻找更好的材料，而且还改进了材料形状，使之更方便。通过总结人类社会发展的不同阶段中材料的发展过程，得出材料学的发展对人类生活的巨大影响。石器时代开始使用兽骨等做为工具的材料;青铜和铁器时代出现了纸张，玻璃等材料，极大的方便了人们的生活。电器时代出现了储能电池，石墨烯，聚醚酮等材料，推动了科学的进步。

关键词：材料;人类生活;石墨烯;电池;新材料

1 引言

本文总结了材料发展与人类社会生活的历程，指出材料和能源材料一直处在不断发展变化的过程中。从广义上来讲，对于能源材料而言，只要能够应用于能源工业以及能源技术的材料都被称为能源材料[1]。所谓新材料，是相对旧材料而言。曾经的材料也是当时的新材料，现在所有的新材料也都将成为旧材料。人类社会的发展可以分为石器时代，青铜和铁器时代，电气时代，AI时代（未来的新时代）。人们对材料的认识，也是经历了“发现”，“改进”，“发明”等几个阶段。在漫长的历史推进中，人类逐渐学会了发明新材料，使之最大限度地发挥人类想要的性能。

2 石器时代

在大约距今三百万年前，人类社会进入了石器时代。此前，人类并不理解使用工具，更不理解使用材料改变材料发明材料。之后，人类开始逐渐地从徒手学会了使用材料，甚至改变制造材料。起先，他们使用周围的石头，将其磨制成锋利状，用以捕杀食物。这是最简单的材料，也是材料的发源。虽然只是简单地使用自然材料，但是意义却十分重大——这是人类开始使用材料作为工具的开始。为了让生活资源更优越，他们又利用现有材料，不断发现更有用、更便捷的材料。例如，为了达到所需的硬度，他们用野兽骨头代替木质箭，大大提高了猎杀的成功率，不断地改变着自己的生活环境。这是人类灵活使用材料的例证。为了性能，他们不仅仅只是寻找更好的材料，还能改进材料形状，使之更方便。

3 青铜和铁器时代

随着时间推移，人类步入了青铜时代和铁器时代。人类对金属冶炼技术的掌握，极速推进了社会发展。这一时期也出现了对人类生活更便利的新材料。

纸的出现，大大推进了文化的传播和发展。汉代蔡伦改进了造纸术，使得文字得以简便的书写和保存。纸张的原料纤维素来源于树木。当把木材压成碎片再渗入多种化学物质后，高温高压烹煮，就可以释放出纤维素，晾干后就成了粗糙的纸张。

在透明的玻璃问世前，镜子都是由表面高度抛光的金属制成的。古罗马人发现，在金属上加一层透明玻璃，不仅仅能保护金属表面不受刮损和腐蚀，还能减少金属的用量到只需要一毫米即可。这使得镜子的造价大幅降低，并且增加了使用寿命。控制镜面玻璃的歪弯曲程度，可以让光变成可实验的对象。牛顿通过三棱镜发现了光是由七种单色光混合而成的。这不仅展现了科学思考的威力，也凸显了玻璃对科学实验及破解宇宙奥妙的贡献。并且，有了玻璃这种材质，尤其是耐热玻璃的出现，使得化学进阶为一门系统的科学。

新材料的出现，大大有利于人类的生活。人类通过使用新材料，不断改进旧器械，在改变生活质量的基础上，不断发明性能更优越，效率更高的新型材料，推动了时代的进步，也激发了人类的智力潜能。新材料的发现与发明，不仅仅改善了客观的生活，也加快了人类文明的发展。

4 电气时代

1660年，被誉为现代电力之父的奥拓·冯·格里克制造了第一台静电发电机，从此走进了电气时代。但直到西门子发明了第一台工业用发电机，电才开始广泛应用起来。为了解决用电的方便，人们发明了用于储存电能的装置——电池，例如石墨烯电池等，最早的电池叫“莱顿瓶”。起初发明者马森布洛克只是为了将好不容易收集的电储存起来，却在不经意间发现储电方法，就由此发明了“莱顿瓶”。之后意大利物理学家伏特利用锌板和锡板浸在盐水里，发现有电流通过，由此制成了世界上第一个电池——“伏特电堆”。这时的电池都存在着电压随着使用时间的增长逐渐下降的问题，也就是说当时的电池，只是一次性的。后来，人们发明了可以充电的电池——蓄电池。渐渐地有了干电池，锂电池，再到如今的石墨烯电池。电池的发展标志从过去到现在的材料历程，并指明了未来的发展方向。电的使用大大降低了煤炭的使用比例，不仅提高了能源利用率，也对人类环境做出来巨大贡献。“伏特电堆”这一“新”材料的發明，在生活中，改变了能源结构，在科学中，加速了电磁理论的构建，“电磁感应定律”“楞次定律”……在工业中，人们发明了各式各样用于各种方面的电动机，代替了原来使用煤的机器，提高了生产效率，进一步的加速了时代的发展。储存电能的材料的发现发明，大大推动了社会发展。

2015 年全国各地出现石墨烯发展热潮，纷纷建立了产业技术联盟和产业基地[2]。

在航天领域，聚醚酮作为新兴的材料，在抗辐射方面具有不可比拟的优越性能，可用来制作电线外的绝缘材料。并且聚醚酮能够耐高温，可以用来作为飞机等航天器中易产生摩擦地方的材料[3]。

5 AI时代

在21新世纪，人类步入人工智能时代，这是一个充满改变的时代，每分每秒都有可能创造出新材料。但渐渐地人们意识到创造材料仅要满足生产生活的需要还要与环境的自然和谐相处。纳米技术是高新技术的必然结果。尤其在建材中通过融入纳米催化剂便能将对人体有害的毒素分解开来，从而保护人类健康[4]。过去大量的煤炭、电的使用，对环境造成了巨大的伤害，人类意识到如此发展下去，人类只会自食其果。于是，在结合新材料的情况下，人类不断开发了新能源“天然气”，同时也发明更好的处理核废料的方法。“核能”、“潮汐能”……天然气是一种清洁能源，燃烧时排放的温室气体低于石油和煤炭，同时价格便宜，产生的能量更多。核能，利用核反应堆的核裂变所释放出来的热量来发电，大大提高了能量使用，核能的发展间接引起了关于核控制方面的材料研究。新时代的科技发展不仅需要人脑这一“软件”，还需要配得上的材料“硬件”，唯有二者相融合，才能让世界发展更迅速，更有效，更美好。

6 结语

由以上材料的发展历程中可以发现：传统的材料在制造和开发中，一方面造成了人力的巨大浪费，一方面也是资源的巨大浪费。并且在使用这些材料的过程中，很容易只考虑到材料本身的性能，而忽视新材料对环境的影响，甚至对人的影响。不符合科学发展观，也不符合人与自然和谐相处。当代的新材料，之所以称之为“新”，是因为人们不仅发现了材料，不仅改进了材料，甚至发明了材料。新材料以其“定制”的特有属性为人们服务，颇似植物界的“转基因”技术——创造新的材料。其不但能满足人们生活物质的需求，也符合社会发展的需要。新时代的核心虽然是经济建设，但是环境问题越来越被提高到前所未有的高度来重视。现在科研院所研制的新材料，注重性能的同时，更加注重使用过程中对人类健康的影响，对环境的影响，甚至对人类舒服度的影响。无论原材料的制备，还是加工方法，还是材料的功能属性，都体现出“绿色”的理念。有利于资源节约，甚至回收再利用。

新材料产业的发展水平已成为衡量一个国家和地区经济社会发展、科技进步和国防实力的重要标志[5]。能源材料的发展和材料的发展，都将大大促进一个国家科技水平的提升。尤其是能源材料，如果能够寻找到合适的能源材料，那么多全人类的意义都是非常巨大的。

摩尔定律虽然说的是电子领域，但是也可以用来形容材料领域的发展趋势。未来的新材料必将一定会不断产生想象不到的属性功能，给人类社会带来巨大的影响和改变。这些年，精确到纳米尺度的新技术就是材料发展的结果。纵观新材料的发展历史，“新材料”不断变成“旧材料”，被更新的“新材料”所代替。随着科学理论进步，科技在工业上发展，新技术应用在越来越多的生活和工业场景，这不断驱使着材料学领域更深的发展。新材料为时代所新，新材料为技术所发展。材料在未来必然会不断的升级换代更新，进而产生属性更强，对人类更友好，更节约能源的材料体和其生产方式。随着不断的新材料被技术人员发明并应用于工业和生活，其必将在可预见的未来带来更多的更美好的变化。

参考文献：

[1]金松.论材料科学发展趋势及特征[J].南方农机，2018，49（03）：191+193.

[2]王君.新材料产业发展分析及我国发展路径选择[J].中国经贸导刊，2016（13）：56-58.

[3]渠书承.浅谈新材料的应用和发展前景[J].科技风，2019（01）：234.

[4]董璐瑤.浅析新材料在生活中的应用[J].世界有色金属，2018（14）：245+247.

[5]肖劲松.新材料产业存在问题及对策[J].经济，2019（2）.