所謂材料，是指人類利用化合物的某些功能來制作物件時所用到的化學物質。材料對人類社會的發(fā)展貢獻巨大，它是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質基礎。沒有半導體材料，就不可能有目前的計算機技術；沒有耐高溫、高強度的特殊結構材料，就不可能有今天的宇航技術；沒有光導纖維，就不會出現(xiàn)光信息的長距離傳輸，也就不可能有現(xiàn)代的光通訊；沒有有機高分子材料，人類的生活就不可能像今天這樣豐富多彩。因此，從一定意義上講，沒有新材料的發(fā)展，就不可能使新的科學技術轉化為現(xiàn)實研制力。
    材料的發(fā)明和開發(fā)使用，極大地促進了人類社會的進步，是人類社會文明的重要標志之一。人類社會的發(fā)展歷史，也可以說是一部材料科學和技術的發(fā)展史，材料代表著研制力的發(fā)展水平，歷史上的石器時代、瓷器時代、青銅器時代、鐵器時代等，就是以材料作為標志來命名的。
當今國際社會普遍認為，能源、信息和材料是國民經(jīng)濟發(fā)展的三大支柱產(chǎn)業(yè)�？梢韵嘈�，材料科學和材料技術的發(fā)展和突破，必將為人類社會發(fā)展作出更大的貢獻，把人類文明推向更高的層次。
【基本素材】
1．石器

圖（1）鑄石耐磨材料
    在幾百萬年以前，人類過著極其簡單的原始生活。生存是當時人們的主要任務。要生存，就必須獲得食物，野果和野獸是當時的主要食物。要想獲得這些食物，尤其是殺死野獸獲得野獸肉，需要一些狩獵工具。天然的石、木、竹、骨等材料，都是當時的狩獵工具，而天然的石頭是其中的主要工具。天然的石頭或對這些石頭經(jīng)過簡單處理(如碎石或打磨)而得到的石器，是人類早開發(fā)和使用的材料。正是這些石器為原始人的狩獵和生存提供了基本工具。圖8—1展示了元謀人使用的炭屑石器。
2．陶器和瓷器
    公元前6000年，人類發(fā)明了火，掌握了鉆木取火的技術。在長期使用火的過程中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)火堆四周的泥土特別堅硬，泡在水里也不松散。于是，人們開始嘗試往用藤條、竹枝編的容器上涂上粘土，并用火灼燒，從而制得了貯放和燜煮食物的容器。這就是原始的粗陶器。

圖（2）陶瓷耐磨材料
    粘土的主要成分是Si02，還有MgO、CaC03和A1203。它們的熔點都不很高，在大約 900℃時，會發(fā)生化學反應，生成CaC03和 A12(Si03)3，并融合在一起，形成堅硬的陶。
    陶器的發(fā)明對人類有著重大的意義。它使人類可以吃煮熟的食物；可以儲存谷物和水；陶制的紡輪等工具，改善了研制條件；陶制的坩堝成為冶煉金屬的必備設備，從而使銅器時代的到來成為可能。圖8—2展示了西安半坡遺址出土的人面魚紋彩陶盆。
后來，古人又發(fā)明了在陶器上“上釉”，即把長石、石英、石灰石、硼砂等含Si、Ca、Na等元素的原料研磨成粉末，浸透在陶器的土坯上，再在窯里煅燒，就得到了“彩陶”。西安發(fā)掘的秦兵馬俑就是彩陶制品。漢朝的“琉璃瓦”、唐朝的“唐三彩”等都是彩陶制品。
    用含Si02較高的更純凈的粘土——高嶺土為基本原料，我們的祖先又制作了硬度更大、吸水率低、精致光亮的瓷器。今天廣泛使用的餐具、茶具等，很多仍是瓷器，其中不乏精美絕倫的藝術糊隨著瓷器流傳到世界各地，瓷器傾倒了無數(shù)洋人，瓷器(英譯名為China)成了中華民族文化的象征之一，對世界文化產(chǎn)生了深遠影響。瓷作為絕緣材料，被廣泛應用于電氣工業(yè)；作為防腐材料，用于化學工業(yè)等。 
    3．青銅器
人們在大量燒制陶瓷的實踐中，熟練地掌握了高溫加工技捌利用這種技術來燒煉礦石，逐漸冶煉出銅及其合金——青銅。可以說，這是人類社會早出現(xiàn)的金屬材料。青銅的熔點比銅低，冶煉、澆鑄所需的溫度較低，主要的是青銅比純銅的硬度大，可明制造兵器和各種工具，因此，得到了廣泛的應用。自此，人類社會從石器時代進入“青銅器時代”。我國古代的鏡子，就是用青銅制作的，故有“以銅為鑒”的說法。青銅耐磨，現(xiàn)代用它做軸承的材料。
青銅是銅和錫的合金。銅和錫的比值不同，則青銅的性質一有所不同，用途也不盡相同。據(jù)《考工記》記載“金有六齊，六分其金錫居一，謂之鐘鼎之齊；五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊；四分其金而錫居一，謂之戈戟之齊；三分其金而錫居一，謂之大刃之齊；五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊；金錫半，謂之鑒燧之齊�！�(鑒：鏡子；燧：凹反射鏡，把日光集中用來點火的用具。)圖8—3展示了中國古代的一些青銅器器物。
4．鐵器
    人類早使用的鐵，源于天外來客——隕石。鐵隕石的鐵含量可高達90％以上。早的鐵器都是用隕鐵打造的。我國曾在3500年前的商代墓穴中發(fā)現(xiàn)過一種兵器，兵器刃口的鐵就來自隕鐵。隕鐵雖好，但數(shù)量卻極其有限。地球上的鐵多于銅，但為什么鐵器時代落后于銅器時代呢?關鍵的是煉鐵比煉銅更難一些。
    初，人們是用與煉銅差不多的方法來煉鐵，將礦石和木炭一層夾一層地放在爐膛中加熱，也就是利用高溫和木炭不完全燃燒所產(chǎn)生的一氧化碳對鐵礦石進行還原反應。由于爐內溫度不高，煉出來的不是鐵水，而是半熔狀態(tài)的鐵塊，含有較多的Si、S等雜質，含碳量低，因而很軟，這種“塊煉鐵”用途不大。
    后來，人們發(fā)現(xiàn)若將這種“塊煉鐵”反復在炭火中加熱，并用大錘鍛打，就可制得較硬的鐵。這是由于炭火中加熱和鍛打可使含碳量增加，并減少了si、s、P等雜質，這實際上就是鋼。如果再將打成的物件加熱后，突然放進冷水“淬火”，則更能提高它的硬度。這是一種能改變鐵的晶體結構的熱處理方法。
    為了提高鐵的硬度，人們將煉鐵爐修得高大了，并發(fā)明了各種鼓風設備，使爐內溫度大大提高，可煉得鐵水。利用翻砂制模的辦法，可以澆鑄出各種鐵器�？脊殴ぷ髡咴�在河南輝縣發(fā)掘出戰(zhàn)國時代墓穴中的鐵犁、鐵斧等90余件，說明在3000年前，我國已會冶煉鑄鐵了。
鑄鐵制品非常堅硬，很自然地取代了銅，成為研制工具和兵器的主要材料，人類也就從青銅時代邁入了“鐵器時代”。在唐朝，我國鐵年產(chǎn)量達500多萬千克，到明朝高達4 500萬千克以上，居世界第一。
5．合成高分子材料

圖（3）高分子托輥
    隨著科學技術的不斷發(fā)展，人類又邁入了一個嶄新的時代——高分子時代。不論是石器、瓷器、銅器還是鐵器，制造它們所用的材料基本都是天然材料。而今，材料已經(jīng)同能源、信息并列為
當代科學技術的三大基礎。在開發(fā)天然材料的同時，也在大力開發(fā)合成材料。
    合成高分子材料，主要有塑料、合成纖維和合成橡膠，此外還有涂料和膠粘劑等。這類材料有較高的強度、優(yōu)良的塑性、耐腐蝕、不導電等優(yōu)異的性能，發(fā)展速度較快，已部分地取代了金屬材料。在聚合物中，聚對亞苯基對苯二甲酰胺的強度已超過鋼鐵。這種聚合物有價值的地方，在于它的強度／質量比很大，是鋼鐵的6倍多。這種聚合物可用于制造巨型飛機的尾翼部分，也可用于制造防彈背心。
合成高分子材料的問世是材料科學技術發(fā)展中的重大突破，從此以金屬材料、陶瓷材料和合成高分子材料為主體，建立了相對完整的材料體系，形成了材料科學。
【教學價值】
通過本素材的學習，可以使學生認識到材料對于人類社會研制、生活的重要性，感受化學科學的發(fā)展對改善個人生活和促進社會進步的積極作用。從某種意義上說，化學材料的發(fā)展是化學科學發(fā)展的一個縮影，因此，通過對不同時期化學材料發(fā)展過程的了解，還可使學生對化學科學發(fā)展的進程有所認識。
【使用建議】
    “從石器、瓷器、青銅器、鐵器到合成高分子材料”是“化學與社會發(fā)展”主題中的學習情景素材。教師在化學教學中要盡可能通過實物、圖片、錄像等多種手段，向學生展示各種材料；可以就材料發(fā)展的歷史安排一次講座，使學生了解材料的演變過程和發(fā)展方向；此外，還可以通過一些具體的活動來認識和了解一些材料，如收集一些日常生活中常用的高分子材料用品(如尿不濕、不粘鍋的內膜)等等。