一、材料見證了人類「從猿到人」 材料之所以稱為「材料」，源於人類的使用。因此，在研究材料史之前，我們首先要弄清楚3個問題：什麼是材料？材料與人類的關係是什麼？在人類從猿到人的過程中，材料起到了哪些作用？1.什麼是材料？ 每天清晨，當我們醒來，屋子裡的所有物體便會映入到我們的視角之中。木質的傢具、玻璃茶几、紡織衣物、電視和電腦顯示屏、陶瓷的杯子、書籍等等，幾乎能看到的物體，都是用不同的材料製成。這裡面包含了金屬材料、有機高分子材料、無機高分子材料、陶瓷材料、纖維複合材料和建築材料等等，無不與材料息息相關。當我們為周圍的生活環境被神奇的材料所包圍而感慨時，我們不禁要問：材料是什麼？ 簡言之，材料應該是用來製造有用物體的物質。材料屬於物質，但不是所有物質都可以被稱為材料。在遠古時代，人類的祖先利用具有一定硬度的尖銳石頭狩獵和切割生肉；之後是在生產和生活過程中根據需要，對石頭進行打磨，使之成為具有不同功能的工具，這就形成了人類歷史中最原始的材料——石器（如石斧、石鐮、等），同期還產生了骨針和麻繩等原始工具。因此，被用來加工成工具的石頭、骨骼和植物纖維等也就成了最早期的材料，如果不是被我們的祖先發現了其使用的功能，那麼石頭、骨骼諸物並不能被稱之為材料。2.材料與人類的關係是什麼？ 材料與人類發展有著千絲萬縷的聯繫，人類的各種生產活動都離不開材料，材料的發展推動了人類的進步，而人類文明的進步又反作用於材料的發展。所以說，材料的發展與人類的進步相伴相生，相互促進。 材料是科學技術發展的必要物質基礎，任何一項科學技術的突破，都要有相應材料的發展作為前提。從材料的發展歷程來看，最初的石質材料僅是對自然界天然石頭作簡單的打磨加工，但陶瓷才是人類通過一定的工藝進行加工製造材料的起點。自陶瓷至青銅、鐵器，還只是加工、冶煉技術和工藝的改進，當發展到現代的鋼鐵材料、高分子材料、特種陶瓷和複合材料等，人類開始從加工改造天然材料走向以人工化合物為原料的合成材料的階段。 進入20世紀，材料的應用改變了人類的生產方式和生活習慣。現在，材料在豐富人類物質世界的同時，也開拓了人類的精神世界，新的藝術手段和形式為人類滿足精神追求提供了更多的途徑，使人類不斷拓展精神文明世界。例如把光、電、影集於一體的LED舞蹈服，在向觀眾展示極具視覺衝擊的奇幻舞蹈的同時，也將LED可穿戴設備的應用發揮到極致；蘋果i-Watch在陪伴人們運動的同時，不僅可以提供人體在運動狀態下的各項體征指數，還能同時提供語音、視頻、文字顯示等數十項功能。上述功能的實現，無一不是電子材料發展的結果和結晶。3.材料在人類「從猿到人」過程中發揮著什麼作用？ 恩格斯在《勞動在從猿到人轉變過程中的作用》中指出：在某種意義上不得不說，勞動創造了人本身。製造和使用工具是人類誕生的標誌。自然界為勞動提供材料，勞動把材料變為財富。勞動是整個人類生活的第一個基本條件。勞動使猿變成了人。 從人類的進化過程看，最早讓猿（人類祖先）由四肢行走到直立行走的標誌居然是石頭（確切地說是「石器」）的使用，由此開啟了人類的第一個時代——石器時代。石器時代的開啟，也標誌著人類從動物群體中徹底脫離出來。石頭也因此成為人類最早利用的材料。可以說，是材料見證和推動了人類「從猿到人」的整個過程。石器時代的鮮明特徵是以新石器為特徵的生產力和人與自然相結合的生產關係，構成了奴隸社會物質生產方式、交換方式和生活方式。
人類在「從猿到人」的過程中，材料發揮著重要的作用 目前，世界上現存最完整、最早的石器時代遺址是非洲東部坦尚尼亞的奧杜韋文化（距今175萬年）和肯亞的阿舍利文化（距今176萬年）；我國最早的石器文化遺存見於雲南元謀人遺址（距今170萬年），其次是陝西的藍田人遺址（距今80萬～70萬年）和北京人遺址（距今50萬年）。在這些文化遺址中，均出土了多件舊石器時代不同階段、具備不同用途和功能的石器。
奧杜韋文化（距今175萬年）時期古人類製造的石器
阿舍利文化（距今176萬年）中古人類製造的石斧 從石器時代開始，人類開始擺脫動物性，成為真正意義上的人，具有思考問題和改造自然的能力。最初，人類並沒有對石料進行精細加工，只是打制一些簡單的石器用來實現砍砸、刮削等功能（舊石器時代），之後才有了磨製石器的產生（新石器時代）。在舊石器時代，火的使用已經較為普遍，火可以幫助人類獵取和烹飪大型的動物，還可以用以取暖。在新石器時代，人類掌握了粘土燒窯技術，學會了製作陶器，如在土耳其托羅斯山出土的約6 500年前的西亞陶罐已經製作的非常精美。我國的黃流、長江流域也是世界上最早發明陶器的地區之一，在陝西西安的半坡村已經發現6000多年以前的陶窯遺址群，顯示當時的制陶規模巨大；其次還有距今5500多年的仰韶文化遺址等多地，均發掘出製作精美的陶器。陶器也成為人類第一次按照自己的意志創造出的器物。
半坡魚紋彩陶盆 人類利用原始材料製造了原始的工具，而工具的使用又促進了人類手的形成，由此打開了人類的進化之門。筆者從材料學的角度對人類社會劃分的幾個階段並不代表那個時代只出現一種材料，而是因為這種材料在這一時期的人類和生產力的發展起到了決定性的作用。
二、材料促進了人類文明的產生 在新石器時代，人類發明了鑽木取火，經過精細加工的石器開始大規模應用，催生了農業和畜牧業的出現，推動了人類史上第一次的產業革命——農業革命。部落的出現導致了原始社會的分化，人類開始有了社會分工，材料得到進一步發展。此時，人類已經初步掌握了陶器和紡織產品的製作技術，燒制陶器的技術為以後銅冶煉技術的發明提供了技術鋪墊。石料的使用是人類歷史上使用時間最長的材料，長達200多萬年，人類在不斷改進石器和探索新材料的過程中，發現了天然金屬——銅。人類漫長的石器時代結束了，取而代之的是更加先進的青銅時代。1.青銅時代 在這一時期，人類產生了自己的文字，城市的雛形開始形成，以氏族或聯盟結成的群落演變為最初的國家形態，誕生了人類文明。這一時期主要的生產力代表就是冶銅技術的出現。 在發明青銅冶煉技術之前，人類經歷了天然銅、礦冶銅和銅（礦冶）石並用的時代（青銅的冶煉與銅石並用的時間基本重合）。在大約距今9000年前的伊朗西北部阿歷克斯發現了最早的天然銅製品。最早的礦物冶銅製品同樣於7000～6000年前發現於伊朗。而世界範圍內，銅石並用最有說服力的證據莫過於「冰人奧茨」的發現，距今約5300多年，屬於新石器時代晚期。奧茨是一具木乃伊，因發現於義大利境內阿爾卑斯山谷內的一個名為「奧茨」的村莊而得名。因為在發現奧茨的同時，還在其身邊發現了與他年代相同的斧頭、匕首、和箭鏃，其中斧頭為天然純銅所制，匕首和箭鏃為燧石所制。銅石並用時代也成為人類歷史上第一次材料的交替時期。
現代人復原的「冰人奧茨」形象 銅冶金技術源於6000年前的西亞，當時伊朗已經可以煉成砷青銅。之後，冶銅技術經兩河流域、土耳其等地擴散到南歐和北非等地，其用途不斷擴大，加速了世界各地文明的進步。我國發現最早的青銅製品是位於甘肅省臨洮縣馬家窯文化遺址的青銅刀，距今約5300年；而真正證據較完全、最具有說服力青銅冶煉記錄是距今4000多年的位於現在的甘肅省臨夏回族自治州廣河縣排字坪鄉園子坪齊家坪社的齊家文化遺址。我國的青銅冶煉技術確實晚於西亞，但究竟源於西亞還是獨立起源，史學界和材料界觀點尚未統一。2.鐵器時代 煉鐵技術的發明建立在冶銅技術發展的基礎上，人類最初利用的鐵並不是通過冶煉製得，而是隕鐵。鐵的硬度遠高於銅和青銅，在冶銅技術的基礎上，人類發明了冶鐵技術，鐵質工具的使用是人類社會的生產力邁向了更高的階段，誰最先掌握鐵器，誰就將稱霸一方。這一時期是以鐵器為特徵的生產力和人與小農經濟、小手工業相結合的生產關係，構成了社會的物質生產方式、交換方式和生活方式。 考古發現，世界上最早使用隕鐵的記錄是公元前3500年-前2000年在西亞格爾策、烏爾和德爾巴哈里等地出土的隕鐵匕首；在埃及法老圖坦卡蒙陵墓出土的約公元前1340年的金柄鐵身的匕首，也是隕鐵製成；我國最早利用隕鐵的記錄之一是河北藁城出土的商代中期的鐵刃青銅鉞，經證實刃部為隕鐵。雖然在青銅器時代已經有關於隕鐵的使用記錄，但因隕鐵的發現極少，只是偶然被使用，當時人類主要的金屬器物仍以銅和青銅為主。
河北藁城出土的商代中期的鐵刃青銅鉞，現存於河北博物
這是於1977年在北京市平谷縣出土的商代鐵刃銅鉞，長8.7cm。經化驗，該件鐵刃銅鉞刃部的鐵不是人工冶鑄的鐵，而是用隕鐵鍛造成薄刃後，澆鑄青銅柄部而成 冶鐵技術的發明和傳播要得益於一個已經完全消失的文明——赫梯文明。赫梯文明興起於現在的土耳其安納托利亞半島（小亞細亞），制陶業和冶銅業很發達，公元前1800年左右，赫梯人在冶銅技術的基礎上發明了塊煉鐵技術，但該技術極為保密，因為掌握了更為先進的冶鐵技術，赫梯人曾一舉滅亡了四大文明古國之一的古巴比倫王朝，主要原因就是赫梯人鐵質武器的殺傷力遠高於古巴比倫人的青銅武器。直到公元前12世紀赫梯文明滅亡，掌握了塊煉鐵技術的工匠才在逃亡過程中將煉鐵技術向外傳播。我國冶鐵技術最晚出現在西周末年（公元前8世紀），當時已經出現了鐵製品，鐵器大量出現是在春秋晚期。
公元前1800年左右，赫梯人在冶銅技術的基礎上發明了塊煉鐵技術 公元前6世紀以前，我國就發明了生鐵冶煉技術，這一技術使得我國的鋼鐵生產體系（我國制鋼技術的發明也遠領先於世界）遠遠領先世界其他地區，更是比當時的歐洲提前2000多年。另外，我國在冶鐵技術的發展過程中，工匠們還發明了高爐煉鐵技術，我國使用高爐的歷史遠早於歐洲。在春秋後期，我國已經掌握了鑄鐵（生鐵冶煉）技術，到戰國初期已經大量使用鑄鐵的農具，我國的材料技術也因此躍居世界之首。3.鋼鐵時代（後鐵器時代） 在我國明、清時期以前，雖然冶鐵業一直佔據著世界的領先地位，但因為當時的執政者封閉保守和社會思潮排外等因素，導致剛剛結束中世紀黑暗時期的歐洲後來居上，直至現在依然領先。也是從這一時期開始，我國失去了材料強國的地位。 從17世紀開始，歐洲的思想啟蒙結束了中世紀以來1000多年的黑暗時期，接踵而來的是自然科學、哲學、倫理學、政治學、經濟學、歷史學、文學、教育學等學科呈現爆炸式發展的大繁榮時期。在此背景下，近代材料科學在歐洲蓬勃興起。 人類對於鐵的使用經歷了3個裡程碑式的發展：第一是赫梯人發明的塊煉鐵技術；第二個是中國發明的生鐵冶煉技術；第三個則屬於貝塞麥發明的轉爐鍊鋼技術。在轉爐鍊鋼技術發明之前，世界上絕大多數的鋼都是通過平爐鍊鋼製成，這一技術是由德國人西門子和法國人馬丁共同完成，因此平爐也稱為「西門子-馬丁平爐」。轉爐煉鐵技術的發明大大降低了鍊鋼的成本，並且大為降低了鋼材的雜質和能耗、提高了質量，成為20中期世界鍊鋼的主流技術。之後，圍繞鋼鐵產生的新技術和新材料層出不窮，為戰後部分國家躋身世界工業強國做出了不朽的貢獻（如德國、日本）。
19世紀中葉，英國人貝塞麥發明了轉爐鍊鋼技術
1856年,西門子使用蓄熱室為平爐的構造奠定了基礎。1864年,馬丁利用有蓄熱室的火焰爐,用廢鋼、生鐵成功地煉出了鋼液,從此發展了平爐鍊鋼法,被稱為「西門子-馬丁爐」 然而我國第一個現代化鋼鐵企業是1893年在湖北建成的漢陽鐵廠，是由洋務派大臣張之洞主持興建，雖然對那一時期的鋼鐵工業發揮了一些作用，但舉步艱難。進入21世紀，我國的鋼鐵產量出現了爆髮式的增長，但低端產能嚴重過剩，由此產生了巨大的能源和環境代價。同時，高端鋼鐵材料研發乏力，關鍵材料仍靠進口的尷尬局面始終沒有打破，我國想要重回材料強國的地位仍需一段漫長的路要走。
我國第一個現代化鋼鐵企業是1893年在湖北建成的漢陽鐵廠4.新材料時代 人類社會發展至現階段，科技的進步和材料的發展都將圍繞實用、高效和智能實現，當代全球生產力具有科技化、人性化、生態化、加速化和革命性等特點，材料的基礎性地位更加凸顯，單純靠一種材料的發展已經不能夠影響人類科技和文明的進步。 這個時期，材料基本被劃分為結構材料和功能材料。結構材料包括鋼鐵材料、工程塑料、高溫和低溫合金、納米材料、環境意識材料、複合纖維材料、結構陶瓷材料和晶體材料等等；功能材料如電子材料、形狀記憶合金、金屬玻璃、液晶材料、功能高分子材料、磁性材料、超導材料、功能陶瓷材料、生物醫學材料等。
現代新材料的發展為人類文明的進步提供了無限遐想，圖為一種由碳納米管（由石墨原子構成的管狀物，重量輕，六邊形結構連接完美）構成的低密度、超強韌的氣凝膠（一種固體物質形態，是世上密度最小的固體），能夠在清潔石油泄漏領域起到關鍵作用 新材料的高技術特徵，正在以更高的力學性能、更高的輕量化和耐極端溫度以及環境適應性滿足新時代的需要。時至今日，人類社會的發展不可能像前幾個時期那樣單獨依靠一種材料或技術就能完全支撐和代表一個時期生產力的發展。但在現代工業製造中，仍然很大程度上踐行者「一代材料，一代器件」的「材料定律」，作為工業基礎，今天的新材料更多地發揮幕後英雄的角色，它將與信息技術、生物技術日趨融合，將工業製造推向新的智能化時代。 目前，人類社會在幾十年取得的科技成就已經超過了之前幾千年的科技發展總和，材料的數量和發展速度已經呈現幾何數字增長，材料在各個領域的突破都會對社會生產力起到至關重要的推動的作用。新材料為人類的生活提供了最基本的服務，新材料在種類上的擴展和功能上的發掘，為工業經濟的持續發展提供了必不可少的支持，從而極大地推動了人類社會的發展和進步。
三、從史學角度探討材料發展規律 每一種材料的發展都會有其獨特而繽紛的歷史，而放眼整個材料領域，其資料的海量讓筆者難以想像和驚嘆，因此在整理材料歷史的過程中越發感覺材料歷史的波瀾壯闊，對待材料歷史不僅要潛心研究、持之以恆，更要用智慧發現能指引人類更好發展的經驗和規律。1.要敢坐「冷板凳」 中國工程院院士胡兆麒先生在給東北大學郝士明教授的《材料史話》作序時談到2點： 一是了解材料的歷史沿革必須了解人類社會的發展歷史，需要研究人與具備很高的科學素養，對材料科學整體要有全面、深入的把握能力，即使從事材料領域工作多年的資深專家對於材料史的研究也會力不從心，因為材料的歷史已久，且種類繁多，做不到面面俱到。 二是對於材料史的研究一直處於比較尷尬的境地，國內沒有對此項研究進行過專門的立項，沒有經費，在職的人員不願意做這項費時費力又得不到回報的工作；而退休的人員多數不再願意把有限的時間耗在這份做起來很苦又時間遙遙無期的工作上。 因此，直到目前，我國嚴重缺乏對材料史進行梳理的工作，著作更是少之又少。所以研究材料歷史，就要具備敢於「坐十年冷板凳」的吃苦精神和耐得住寂寞的實幹精神。2.史中自有「黃金屋」 近幾年，由美國掀起的「材料基因組」計劃讓世界各國開始跟隨效仿，紛紛將材料設計看作是未來材料發展的重中之重。其實，早在幾千年前，我們的祖先就已經開始對材料進行了設計。或者說，材料設計真正之源在中國。 材料設計古已有之。在我國春秋時期的名著《周禮·考工記》中就曾記載：「金有六齊（ji，四聲），六分其金而錫居其一（金與錫質量比6︰1），謂之鐘鼎之齊（鐘鼎材料）；五分其金而錫居其一（金與錫質量比5︰1），謂之斧斤之齊（斧子類工具）；四分其金而錫居其一（金與錫質量比4︰1），謂之戈戟之齊（矛、戈、戟等長距離武器材料）；三分其金而錫居其一（金與錫質量比3︰1），謂之大刃之齊（巨斧，多為刑具）；五分其金而錫居二（金與錫質量比5︰2），謂之削殺矢之齊（短刀、劍、箭頭）；金錫半（金與錫質量比5︰5），謂之鑒燧之齊（用於取火的凹面鏡）。」這段描述就是根據性能和用途設計器具成分的材料設計最早的記錄。這六齊就是6種不同用途的合金。 古人就已開始了材料設計，雖然描述過於簡單，但依然可以為我們提供更多的借鑒和思考。「書中自有顏如玉，書中自有黃金屋」。 在材料史中，展現給人類的價值遠比黃金、寶玉更禁得住時間的考驗。用慧眼探索，用文字記錄。漫漫材料歷史長河中還有很多故事等待我們挖掘，還有很多未知材料等待我們探秘。歡迎轉載，請註明來源於《新材料產業》，謝謝！長按識別二維碼關注我們 覺得不錯，請點贊↓↓↓
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