现代科技概论重点

考试范围：三至十章

1. 材料的发展（p52）：100万年前旧石器时代—1万年前人们对石器进行加工进入新石器时代，新石器时代后期出现了用粘土烧制的陶器—公元前5000人类进入青铜时代—公元前1200年，人类进入铁器时代—18世纪钢铁工业的发展，成为产业革命的重要内容和物质基础—19世纪，现代平炉和转炉炼钢技术的出现使人类真正进入钢铁时代，与此同时铜铅锌得到大量应用，铝镁钛相继问世，—直至20时世纪，金属材料在工业中一直占据主导地位—20世纪中叶以后，新材料（发明之母、产业粮食）出现了跨时代的变化，首先是人工合成高分子材料的问世及应用（尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等塑料；维尼纶、合成橡胶、新型工程塑料、高分子合金、功能高分子材料）其次是陶瓷，20世纪50年代合成化工原料和特殊制备工艺的发展使陶瓷由传统陶瓷向先进陶瓷转变。

（1） 第一代天然材料

（2）第二代烧炼材料（烧炼材料是烧结材料和冶炼材料的总称，其中制瓷技术的发展为原始的冶金技术打下基础，而冶炼技术始于原始社会后期人们发明的从铜矿石中冶炼出金属铜的技术）

（3）第三代合成材料（包括化工合成、超铀元素和特种合金，其中化工合成出现在20世纪初，塑料、合成橡胶、合成纤维已广泛应用；超铀元素指原子序数大于92的元素的统称，是人工方法制

造出的一些放射性元素；特种合金是钢铁中加入一些特殊元素如镍等使之有一些特异性能）

（4）第四代可设计材料（复合材料属于这一类）

（5）第五代智能材料

注意：上述五代材料并非淘汰制而是并存制。（p53）

2. （一） 根据材料来源：天然材料（直接存在于自然界的各种物质，

包括矿物、植物和动物）和人工材料（以天然材料为原料，通过人为加工制造出的材料，如陶瓷、玻璃、合金）

（二） 根据材料的用途和性能：结构材料（利用其强度、韧性、

弹性等力学性质以承受一定负荷的材料，是机械制造、工程建筑、交通运输、能源利用等的物质基础）和功能材料（利用物质的各种物理和化学特性发展起来的材料，如导电材料、绝缘材料、半导体材料、固体激光器中的红宝石棒）

（三） 根据材料的成熟程度：传统材料（指发现或发明比较早，

开采和制造的技术比较成熟，已大批量生产，目前广泛使用的材料）和新兴材料（已研制成功，但由于技术等方面的原因，尚未大批量生产，未能广泛普及应用的材料）

（四） 根据材料的化学性质：金属材料、无机非金属材料、有机

高分子材料、复合材料

（五） 根据材料的领域：建筑材料、电力工业材料、信息材料、

航空航天材料、能源材料

（六） 根据晶态：多晶材料、单晶材料、非晶材料

3. 材料科学技术的概念（p54）：材料科学是以力学、固体物理学、热力学、化学、晶体学等为基础，结合冶金、化工等科学技术，从总体上研究材料的种类、功能、基本结构和性能之间的关系以及新材料的研制和应用的科学。

4. 材料科学的重要性：（简答题）

（1） 材料是人类社会存在的物资基础。

（2） 材料是现代科学技术进步的前提。

（3） 新材料促进了工业产品升级换代。

（4） 新材料是克服能源短缺的重要途径之一。

5. 钢铁（一种黑色金属）是铁和碳这两种元素所形成的系列合金的总称。含碳量低于0.04%的通常所说的熟铁，它有较好的韧性和塑性；含碳量大于2%的称为生铁，亦称铸铁，它硬而脆，几乎没有塑性，但有较高的硬度；含碳量在0.04%~2%之间的是钢，钢兼具有熟铁和生铁的优点，它强度高，韧性和塑性也都比较好，机械的主要零部件以及工程结构大多采用钢材制成。

6. 新兴金属材料：

（1） 彩色不锈钢：a.它是在不锈钢表面形成不同厚度的、透明的

钝化膜，它具有反射、折射与吸收光的特性 b.优点：保持

了金属的光泽，色调艳丽，不会因长时间的紫外线照射而褪

去，耐蚀性强，耐热性好，较好的耐磨性。C.用途：高层建

筑、桥梁结构、室内外装潢、商品广告、橱窗陈列、体育用

品、工艺美术品、机械零部件、机器造型设计和包装。

（2） 金属玻璃：又称非晶态合金；主要制备方法：液体急冷法；

特点和优势：硬度是常规钢材的两倍；抗腐蚀性能强，不变

质，重量轻；在一定温度下有很高柔性，冷却后非常坚硬；不足：韧性不理想；用途：军事上，制作枪炮子弹、导弹及

装甲车等；体育上，体育用品如高尔夫球杆；电脑和手机的

外壳上。

7. 合成橡胶、合成纤维和塑料被称为三大有机合成材料，简称三大合成材料。

8. 橡胶：（1）分类：天然橡胶、合成橡胶（根据性能分为通用合成橡胶和特种合成橡胶）（2）橡胶的发展过程：天然橡胶—橡胶改性—合成橡胶—特种橡胶和热塑性弹性体（例k树脂）

思考题：特种合成橡胶在民用中的使用（无标准答案，自己查找相关内容，尽量多写，多找角度）

9. 有机玻璃是一种单成分的聚甲基丙稀酸甲酯的塑料制成的；

金属玻璃是金属；光导纤维是玻璃；钢化玻璃是玻璃；玻璃钢是复合材料(上课强调了十余遍的几个概念)

10. 复合材料的概念：复合材料是以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料。（学会判断某种材料是否属于复合材料）

11. 复合材料的性能：“三高一低”，耐高温、抗腐蚀、强度高、刚性差，易变形。

12. 纳米材料的定义：纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米

尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。（以“纳米”命名材料是在20世纪80年代，纳米作为一种材料的定义是把纳米颗粒限制到1~100纳米范围内。）

纳米材料的基本单元：零维、一维、二维。

13. 纳米材料的性质：（1）奇特的物性：纳米微粒具有大的比表面积，在热、磁、光等方面不同于正常粒子；纳米微粒的熔点、开始烧结的温度均比常规粉体低的多；纳米微粒还出现了常规粉体不会出现的新的发光现象（2）扩散及烧结性能：当材料处于纳米晶状态时，材料的固溶扩散能力往往提高。扩散能力的提高可使一些通常较高温度才能形成的稳定相在较低温度下就可以存在。扩散能力增强的另一结果是可以使纳米材料的烧结温度大大降低（3）力学性能：与传统材料相比，纳米结构的力学性能有显著变化，一些材料的强度和硬度成倍的提高（4）超塑性：超塑性是指在断裂前产生很大的伸长量，纳米材料具有很好的超塑性。

14. 智能材料：（1）内涵：a.具有感知功能，能检测并可识别外界（或内部）的刺激强度，如应力、应变、热、光、电、磁、化学或核辐射等；b.具有驱动特性及响应环境变化功能；c.能以特定的方式选择和控制响应；d.反应灵敏、恰当；e.外部刺激条件消失后，能迅速回复到原始状态（2）基本要素：感知、处理、驱动（3）举例：a.形状记忆合金（是一种能够记住自己原来形状的特殊金属材料，目前已研制出的记忆合金有：镊钛合金、铜锌铝合金、铜镍铝合金、铁铂合金等。记忆形状合金可用于制造宇航事业中的月

面天线；医疗器械中的人工骨骼拉杆、人造心脏瓣膜、人造关节、人工肾微型泵、补牙；能源开发利用中的固体热能发动机。）b.感温磁钢(是一种磁性随温度的高低而变化的磁性材料，主要应用于“热自动控制”)

15. 两种功能材料：（掌握分类）

一． 能源材料：A.换能材料：（1）光电材料（2）热电材料（3）压

电材料（广泛应用于能量转换、传感、驱动、频率控制）（4）其他：电声材料、声光材料、光敏材料、热敏材料、光化学材料等 B.贮能材料（贮电材料、贮氢材料等，如吸氢合金）C.输能材料（超导材料：电阻接近于零，完全的抗磁性）

二． 信息材料：A.半导体材料（概念：就是电性能介于导体和绝缘

体之间的一种特殊物质；特性：a.当管线照射在半导体上时，会马上有很强的导电性，当没有光照时，又呈现绝缘状态 b.当外界温度改变时，半导体的导电性也随之明显变化；常见的半导体材料：硅、砷化镓、锗等；用途：制造晶体管、集成电路等电子器件，为计算机技术、通信技术、航空航天技术等做出了巨大贡献）B.信息传递材料：a.传递电信号的信息传递材料：各类金属导体、同轨电缆、波导管 b.传递光信号的信息传递材料：光导纤维（利用光的全反射原理，由纤芯和包覆纤芯的低折射率的包层构成）c.传递温度变化的信息材料：湿敏材料 d.传递温度变化的信息材料：温敏材料 e.传递光强度变化的信息材料：光敏材料

C.信心记录和贮存材料

16.能源的概念：能源是能够提供某种形式能量的资源。它包括提供某种形式能量的物质资源和提供某种形式能量的运动形式。

17.能源的分类：（必考）

（1）按生成方式：一次能源（煤炭、石油、风能、水能、地热能等）和二次能源（也叫人工能源，包括电能、氢能、汽油、柴油、煤气等）

（2）按能源的形成和再生性：可再生能源（太阳能、风能、潮汐能）与非可再生能源（煤、石油、核燃料）

（3）按能源来源：来自地球外部天体的能源（太阳辐射能等）、来自地球内部的能源（地热能、核能等）、来自地球和其他天体相互作用而产生的能量（潮汐能等）

（4）按能源的储存状况：含能体能源（植物染料、化石燃料等）、过程性能源（风能、水能、潮汐能、太阳能等）

（5）按能源利用状况：常规能源（煤炭、石油、天然气等）、新能源(太阳能、海洋能、地热能、风能、生物质能等)

18.能源与环境：思考题：试论述能源与环境的关系（无统一答案，自己查找资料完成，一分为二，多角度，多写）

世界目前能源利用现状、化石燃料燃烧的危害、如何协调能源与环境的关系（p81~82）

19.太阳能的概念：广义上，地球上除了地热能、核能以外的其他能源都来源于太阳能。太阳能具有普遍、无害、长久、巨大、不稳定、不集中、不易保存的特点。

20.太阳能的三种转换方式：

一、太阳能的光热转换：实现器件：集热器（太阳灶、太阳能热水器、太阳房等）

二、太阳能的光电转换（光生伏打效应）：太阳电池（应用：航天领域、航标灯、铁路公路信号灯和路灯、太阳能游艇和车辆、通信电源、电视差转、空间发电站）

三、太阳能的光化学转换：植物的光合作用、分解水制氢

21.重核裂变：

概念：重核裂变就是一个重原子核分裂成两个或两个以上较轻原子核的反应。(了解自持式链式反应和临界质量的含义)

产生条件：快速中子轰击核燃料达到临界质量。

应用：（1）原子弹：原子弹是不可控的链式反应，它是由两块或数块体积小于临界体积的核燃料组成，平时使这些核燃料相隔一定距离，使用时可利用引爆装置使它们突然合为一体，超过临界体积而发生巨大威力的核爆炸。

（2）核电站：a.可控的链式反应 b.主要组成部件：堆芯，放置裂变材料和中子减速剂的地方；中子反射层，用石墨和氧化铍等反射中子效率高的物质制成；冷却系统，用普通水或重水等冷却；控制系统，用镉或硼制成调节棒，它可以吸收中子，控制链式反应的速率；保护层，包括金属外套、水箱、刚筋混凝土墙等。c.优点：核电站对环境的污染和破坏小于燃煤电站；价格普遍低于火力点站的15%~40%；核电站占地面积小，燃料运输方便。

22.轻核聚变：

概念：轻核聚变是两个或两个以上的较轻原子核，在超高温等特定条件下聚合成一个较重的原子核，同时释放出比裂变反应更大的能量。目前，它是以氢的同位素氘、氚作核燃料，在超高温等特点条件下，是一氘一氚发生聚变反应。因为这种反应必须在极高的温度下进行，所以叫热核反应。

条件：（1）超高温（2）强大的外力把带电离子压缩到每立方厘米1020个以上的超高密度，并需要一定时间维持这个密度。

应用：氢弹（不可控的核聚变反应）

23.水能：水能是自然界存在的一种能源，其主要利用方式是发电，水力发电就是把河流中蕴藏着的水能转化为电能。最常用的方法是在河流上建筑拦河坝，将分散在河段上的水能集中起来，然后，通过饮水道，引取集中了水能的水流去转动设在厂房中的水轮发电机组，在机组转动过程中，将水能转变为电能。

水能发电的特点：成本低廉；可以和其他水利事业相互结合；不污染环境，公认的清洁能源；是一次能源与二次能源共同完成的一种发电方式，水电站建成后，即可持续提供廉价的电力；修建大型水库时伴有移民问题。

24.风能：

（一）风车：将不规则变化的空气流动所具有的风能变为有规则运动的机械旋转的动能，主要由风轮、控制机构、传动和支承部件等组成，最常见的种类有水平轴和垂直轴两种类型。

（二）风力发电：风电场建设

缺点：能量密度小、风能获取不稳定

25.氢能：宇航器的燃料、作为石油的替代燃料、氢燃料电池发电

26.地热能：地球内部的热能

类型：水热型、地压型、干热岩型、熔岩型

利用：地热发电、地热直接利用（供暖、地热水养殖、利用温泉作洗浴和治疗）

27.新发电方式：磁流体发电（基本原理是用高温导电流体高速通过磁场切割磁力线，根据电磁感应原理，导体中就出现了感应电动势，当在闭合回路中接有负载时，就有电流输出。磁流体发电的特点在于热能直接转换为电能）；燃料电池（燃料电池是将燃料化学能直接转变为电能的装置；了解燃料电池的特点）

28.生物质能：

概念：生物质能是指太阳能通过光合作用以生物的形态储存的能量，包括农、林、牧及水生作物资源等含有的能量。

形式：植物的光合作用、沼气、生物质转化为液体燃料（酒精汽油）、能源植物（速生薪炭林、能榨油或产油的各种植物、各种藻类和其他植物）

29.节能： 定义：节能是指加强用能管理，采用技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效合理的利用能源。

节能的重要性：减轻能源环境压力等（自己完善、展开论述）

30.信息科学:是以信息为主要研究对象，以信息的运动规律和应用方法为主要研究内容，以计算机等技术为主要研究工具，以扩展人类的信息功能为主要目标的一门新兴的综合性学科。信息科学是由信息论、控制论、系统论（了解一下）等学科相互渗透、相互结合而形成的。

31.信息技术：

概念：它是以电子技术，特别是微电子技术为基础，以计算机技术、通信技术和控制技术三者的综合体为核心的技术群。具体来说，现代信息技术包括三个层次，第一个层次是信息基础技术、第二个层次是信息主体技术，第三个层次是信息应用技术（3A技术：工厂自动化、办公自动化、家庭自动化）。这三个层次相互关联，构成一个统一体。

32.通信技术：通信的广义说法是，通过任何媒介将信息从一地传送到另一地的任何方式的统称。现代通信技术包含电通信技术和光通信技术两大类，通信技术是研究如何实现电通信和光通信的技术。 分类：（1）按业务内容：电话、电报、传真、数据通信可视图文等技术；（2）按信号形式：模拟通信技术和数字通信技术；（3）按传播方式：有线通信技术和无线通信技术；（4）按所处波段：超长波通信 长波通信、中波通信、短波通信、超短波通信和光通信等。

33.现代通信技术：它以微电子技术、计算机技术、激光技术、光纤通信技术和卫星通信技术为支撑，其中微电子技术是基础，计算机技术是核心。除计算机技术和微电子技术外，在现代通信变革中发挥着举足轻重作用的通信技术有：移动通信技术、程控数字交换技术、卫

星通信技术、光纤通讯技术、数字通信技术、多媒体通信技术、计算机网络通信技术和蓝牙技术等。

34.光纤通讯的特点：一、全反射原理；二、光纤导光的机理；

三、光纤通讯的优点（1）容量大，速度快；（2）抗干扰、耐辐射、保密好；（3）耐温适应性强；（4）衰减率低、损耗小；（5）抗拉抗压力强；（6）多功能传输；（7）体积小、重量轻、成本低；（8）资源丰富（简答题）

35.人工智能的英文缩写：AI

36.信息技术的巨大影响：（重要）

(1)社会信息化的加速器；（2）现代产业结构的变革器；（3）军事改革的推进器；（4）就业转向的催化剂

37.环境的概念：在环境科学中，指的是以人类为主体的外部世界，主要是地球表面与人类发生相互作用的自然要素及其总体。

38.环境问题：分类：由自然力引起的原生环境问题（又称第一环境问题，主要指地震、洪涝、干旱、滑坡、火山活动等）、由于人类活动引起的次生环境问题（也称第二环境问题，它又可分为环境污染和生态环境的破坏两类。）

39.温室气体主要有：二氧化碳、甲烷、臭氧、氟里昂、一氧化二氮等。

40.水环境：一般是指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川、海洋等地表贮水体中的水本身以及水体中的悬浮物、溶解物质、底泥，甚至还包括水生生物等。从自然地理角度看，水环境是指地表水覆盖

地段的自然综合体。

41.水资源的利用：工业用水、农业用水、生活用水。

42.水体污染源：工业废水、生活污水、农村污水。

43.水体污染物及其影响：

主要污染物：无机污染物（又分为无机无毒污染物和无机有毒污染物）、有机污染物（分为耗氧有机物和有毒有机物）

影响：（1）无机污染物：颗粒状污染物降低了光的穿透能力，减少了水的光合作用并妨碍水体的自净作用；酸、碱污染物不仅改变水体的pH值，而且可以大大增加水中一般无机盐和水的硬度，影响鱼类生存，破坏其自然缓冲能力，消灭或抑制细菌及微生物的生长，妨碍水体自净；氮、磷等植物营养物可使水体出现富营养化现象，降低水质，影响了鱼类和其他水生生物的生存；氰化物、砷化物、重金属属于有毒无机污染物，易造成中毒事件（p140）。（2）有机污染物：耗氧有机物易消耗水中的溶解氧，使水质恶化，导致鱼类及其他水生生物的死亡；有毒有机污染物指酚、多环芳烃和各种人工合成的具有

积累性生物毒性的有机化合物，如多氯联苯、农药、石油污染物等。多氯联苯和有机氯农药，难溶于水，易溶于油脂，水生生物对它们有很强的富集能力，人类食用了这些水生生物后，它们会在人体脂肪组织中慢慢蓄积，当达到一定浓度后，会显示出对人体的毒害作用。

44.污水治理：物理方法、化学方法、生物方法；城市污水属于三级处理。

45.大气结构：大气圈分为五层：（1）对流层（大气温度随高度增加

而降低，一般情况下每升高100m大气温度下降0.65摄氏度，对流运动比较强烈，它的强度随纬度的增加而减弱。（2）平流层：大气非常稳定，大气温度随高度的增加而升高。（3）中间层：温度随高度增加而下降，到中间层温度可降至-100摄氏度，该层又出现比较强的垂直对流运动。（4）热层：又称电离层，温度随高度增加而增加，能反射电磁波，对远距离通讯极为重要。（5）逸散层：又称外层大气，该层大气稀薄，气温高，分子运动速度快。

46.大气污染物：

分类：（1）按污染物存在形态：颗粒污染物和气态污染物；（2）一次污染物（又称原发性污染物，是由人为污染源或自然污染源直接排放到环境中，其物理化学性状均未发生变化的污染物，如：二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、颗粒物、碳氢化合物等）和二次污染物（又称续发性污染物，是排入环境中的一次污染物，在物理、化理、化学性状与一次污染物不同的新污染物，这类物质颗粒微小，但毒性大于一次污染物，如：硫酸盐气溶胶、臭氧、过氧乙酰硝酸酯类等）。

47.大气污染类型：（1）根据影响范围：局部性污染、地区性污染、广域性污染、全球性污染（2）根据能源性质和大气污染物的组成和反应：煤炭型、石油型、混合型、特殊型污染（3）根据污染物的化学性质及其存在的大气环境状况：还原型污染、氧化型污染。 48.6月5日为世界环境日

49.世界上第一台激光器是美国科学家梅曼在1960年发明的红宝石激光器。

50.激光产生的原理：受激辐射：处在激发态的原子若受到某一外来光子影响且该外来光子的能量恰好满足两个能级之差（hv=E2-E1），原子就可能从激发态E2跃迁至低能态E1，同时放出一个与外来光子具有完全相同状态的光子。（书上没有，但很重要）

51.激光：

概念：激光产生的物理过程，简单的说，是激光工作物质的粒子（原子或分子）吸收外来能量后，从基态跃迁到较高能级，受外来光子的影响，发生受激辐射，这些同样的光子在媒质中传播又会激发出更多的相同光子。这样就产生了方向性极强、相位一致、颜色纯正的加强光。即激光。

产生激光的困难：吸收大于辐射

产生激光的办法：实现粒子数反转

52.激光器的构成：工作物质、激励能源、谐振腔

谐振腔的作用：（1）放大；（2）方向选择

53.激光的应用：（简答）

工业上，打孔、切割、焊接等；通信方面，光纤通信等；农业上，诱变育种；医学上，激光手术刀、治疗皮肤病等；信息处理方面，全息照相、激光圆盘、激光印刷、激光打印等。

54.生物工程：生物工程通常包括四大分支，即基因工程（遗传工程）、细胞工程、发酵工程（微生物工程）和酶工程。基因工程和细胞工程是生物工程的核心。

55.四大分支工程的应用：

（1）酶工程：食品工业中的淀粉加工、乳品加工、果汁加工、烘烤食品及啤酒发酵；轻工业中，洗涤剂制造、毛皮工业、牙膏和化妆品的生产、造纸、感光材料生产等；医药中，临床体外检测试剂、利用酶清除血液废物；能源开发中：利用植物、农作物、林业产物废物中的纤维素、半纤维素、木质素、淀粉等原料，制造氢、甲烷等气体燃料以及乙醇和甲醇等液体燃料。

（2）发酵工程：食品行业，传统发酵产品，如啤酒、果酒、食醋、食品添加剂；医药方面，抗生素；环保方面，污水处理中微生物的强化；能源领域，微生物发酵。

（3）细胞工程：在农业生产中，作物育种、组织培养技术；医学领域，检测株间差异、制备疫苗；畜牧业生产，干细胞的建立、繁殖优良新个体。

（4）基因工程：基因诊断和基因治疗；医药领域，胰岛素、生长激素、乙型肝炎疫苗；农业领域：培育抗病毒、抗除草剂、抗冲、高蛋白的各种农作物，培育良种；工业领域，培养新的超微生物，用来消除有毒的工业废弃物；环境保护领域，检测污染、吸收转化分解污染物；军事领域，生化武器、基因武器

56.生物技术的热点领域及带来的思考（p184）：安全性、道德、法律、伦理 （自己完善论述）

57.克隆是指生物体通过体细胞进行无性繁殖，以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群。（了解有关多莉的例子）

58.转基因食品，就是指科学家在实验室中，把动植物的基因加以改