材料是人类用来制作有物件的物质，通常被视为人类社会进化的里程碑，因为对于材料的认识和利用能力，往往决定着社会的形态与人类生活的质量。将人类文明史称为世界材料史毫不为过。
当历史进入20世纪下半叶开始的新技术革命时代后，新材料已成为各个高技术领域发展的突破口，没有新材料的开发应用，便谈不上新的技术产品和产业进步；没有半导体材料的工业化生产，就不可能有目前的计算机技术；没有高温高强度的结构材料，就不可能有今天的宇航工业；没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤维通信……纵观历史，从石器时代、铜器时代、铁器时代到集成电子学时代、今天某些人称之作的“纳米时代”，横看生活——人人离不开的“衣、食、住、行”以后，我们不能不说，材料对于人类文明发展、对于人们生活质量的意义，真可谓无与伦比。
科学家已经开始在分子、甚至原子水平上重新组合新物质，这意味着材料科学正举步跨向一个全新的时代。近年来显露头角的几种新材料，像初春河岸刚刚抽芽的柳枝，远看已连成一片似有似无的鹅黄嫩绿，而不久后将随风摇荡的密叶浓枝，正是我们可以遥想的、未来那绚丽多彩的新材料世界。
现代陶瓷：采用超细粉末烧结、纤维补强、晶须增韧等技术制成，克服了传统陶瓷的脆性，不但强度、硬度、韧性都高，又耐磨损、耐腐蚀、耐高温，能制作多种要求极高、以前很难制造的机器零部件；还有各种“功能陶瓷”，如电子陶瓷、磁性陶瓷、化学功能陶瓷、生物功能陶瓷等等，其中生物功能陶瓷用来制作人工骨骼、关节、牙齿，具有一系列理想的性能。
超导材料：超导材料具有零电阻、抗磁性和高灵敏度的特点，在能源、交通、电子及其他学科领域带来技术革命。
新型合金：由钛和铝或镍和铝合成的金属化合物，重量非常轻，在760℃的高温下仍保持极优良的机械性能，再加入陶瓷纤维合成的复合材料，其硬度为现有飞机发动机所用材料硬度的3倍。
此外还有新型的“智敏材料”，能感受外部环境的变化，从而做出预先设计好的反映。在自然界中，生物能利用最简单的原材料，经过有机合成，得到各种优越而特殊性能的物质，科学家正努力破解其中的奥秘，进而进行模仿，这就是前途无量的“仿生材料”。
古老的陶瓷变成未来的材料之王。经过高科技处理，它不再像现在这样脆弱，而是坚硬如宝石，足以做防弹衣、锤子和削钢如泥、不锈不裂的刀具；透明如玻璃，用以制作高压钠灯的灯管和飞机、坦克的观察窗；柔软如纸张，可以印刷各种图案，折叠成各具特色的工艺品。21世纪，我们可能改用陶瓷作底片拍照，陶瓷照片日晒雨淋火烧水浸都不褪色；我们也可能把半导体陶瓷刷在墙上，通上安全电压后保持恒定室温，从而取代空调；我们还可能用生物陶瓷修复损坏的关节，陶瓷关节又耐磨又与人体相融，阴雨天就不再感到关节酸痛……
21世纪，人类提高车速靠超导，利用超导材料作“车轮”的磁悬浮列车，其能耗比民航客机减少一半，速度却一样快；医疗检查靠超导，把核磁共振谱仪上的超导磁体口径扩大一米，人躺入其中，就可获得人体任意断面的清晰图像，用肉眼看清病变组织；工作效率靠超导，超导电子计算机可将工作速度提到目前的1000倍；打赢战争靠超导，利用超导材料贮能的电磁激光炮，可以让敌人的飞机、坦克顷刻间化为乌有……
蜘蛛腹部后方有一个纺绩器，内通纺绩腺。该腺体分泌的蛋白质粘液能够在空气中凝结成极牢固的蛛丝。据报道，在对由蛛丝编结成的、具有一定厚度的材料进行实验时发现，这种材料硬度比同样厚度的钢材高九倍，弹性比最具弹力的其他合成材料高两倍。对上述蛛丝材料进一步加工后，可用其制造轻型防弹背心、武器装备防护材料、车轮外胎、整形手术用具和高强度鱼网等产品。
美国密执安州大学的穆凯席·甘迪教授研究一种能感受外界环境变化、自动加固的智能材料：当直升机叶片在飞速旋转中遇到疾风作用猛烈振动而可能断裂时，分布在叶片中的微小液滴就会变成固体而防止叶片受到破坏。
人们还从人手在劳动过程中产生老茧从而使手更耐磨的实例中到启迪，研制出一种能在工作中变得更结实的高锰钢智能材料。由于高锰钢在受到冲击强力摩擦中会变得很硬，从而使它成为绝好的，在行驶中横冲直接撞的，坦克铁脚板履带和越敲打越结实的保险柜材料。
美国弗尼吉亚理工学院智能材料研究中心研制成一种能减弱振动的飞机座舱壁材料，能使飞机平稳飞行。它是利用装在墙壁内的压电材料，使墙壁振动方向正好和原来的振动方向相反，这样就等于消除了座舱壁和窗框产生疲劳的根源。
更令人感兴趣的是，新潮的智能餐具——用毫微塑料（一种新型智能材料）制成的智能碗、盆、碟，不仅能自动感知碗、盆、碟内食物存在与否，还能随之作出相应的外形变化，使之能适合各种不同的需求。不仅如此，它们一旦用来盛装食物后，还能使食物的温度始终保持不变，并能使食物保持新鲜。利用毫微塑料制成的椅子，不仅能帮助立者坐下或坐者站起，还能按主人的需要随心所欲地变换坐椅的形状，使它适合不同年龄的男女老少使用。此外，这种智能坐椅还能根据各人的需求自动升温或冷却，以提供靠坐的舒适性，甚至还能记忆家庭中每一个成员对坐椅的特殊偏爱。
现代社会使用的材料种类繁多，无法简单地用某一种甚至某一类材料来象征社会的发展水平、技术水平，但材料是一切东西的物质基础仍然没有改变，而且今后也永远不会改变。正是因为有千姿百态数不清的材料，世界才会如此丰富多彩。从高速火车到航天器、从有灵性的人造假肢到精密电子元件，新材料正使所有这些事物的面貌，发生着日新月异的变化，与此同时，也为人类创造着更加美好的未来。
人类社会之所以能够从原始、社会的结绳记事、封建社会的鱼雁传书到现在的瞬息千里，都是科技进步的结果。
20世纪40年代一台需要用一座二层楼房安放的电子计算机，现在只要用一个火柴盒即可装下——科技就像阿拉伯神话中的那盏阿拉丁神灯，改变了并且还将继续改变我们的生活。现代高科技武装下的材料技术，被看作是高新技术的“先行官”、是新技术革命的“引爆剂”。如果有人说电脑显示器将来可以像报纸一样卷起来、墙上的壁纸能在夜里发出五彩斑斓的光芒、一个打印出来的电路能够真正地工作，还能在通电后发光——不要以为这是遥远的未来世界，黑格等人的发现——塑料也可以具有导电性并将很快使这个童话世界变成现实。
飞机的发展史
20世纪初，美国莱特兄弟经过上千次的实验，终于在1903年制成了人类历史上的第一架飞机。而这架飞机当时所用的材料是木材和帆布，飞行速度也只有每小时16公里。直到1911年，铝合金研制成功，并很快取代了木材和帆布，到第一次世界大战期间，全金属的飞机已经很普遍了。从木布结构过渡到金属结构，飞机的性能和速度获得了一次飞跃。1939年螺旋桨飞机创造的最高时速已达755公里，仅36年的时间，飞行速度提高了47倍。
但飞机的速度一直未能超过声速，音障的问题日益突出。人们经过研究发现：空气具有压缩性，而螺旋桨飞机在高速飞行时，由于压缩空气的影响，机翼或其他部位的表面会出现“激波”，造成动力下降、阻力增加，阻碍了飞行速度的提高。喷气式飞机则弥补了这一缺陷。但初期的喷气式飞机并没有超过音速。因为喷气发动机的进口温度很高，需要耐高温的合金材料，而英国研制出的镍基合金只能承受700℃，使发动机推力和飞行速度受到影响。到了50年代，高温合金有了进一步发展，已经能够制造耐800℃以上的高温合金，再加上采用了后掠角更大的机翼和其他减少阻力的措施，终于研制出一种飞行速度超过音速的喷气式飞机，突破了以前不可逾越的“音障”。
然而，这场飞机的革命并没有就此停止。在提高飞行速度的征途上，又出现了新的问题。当飞机以超音速飞行时，由于机身与空气的强烈摩擦，飞机表面温度急剧升高。飞行速度越快，摩擦发热越多，表面温度也愈高。以飞机在同温层边界飞行（那里的温度是-56℃）为例，当飞行速度等于音速时，飞机的表面温度为-18℃；2倍音速时，温度为98℃；当达到3倍音速时，飞机表面温度会升至300℃。从铝合金的耐热性来讲，当飞机速度达到2倍音速时，铝的强度会显著降低；3倍音速时，就会发生空中解体。因此，必须有一种又轻、又韧、又耐高温的材料来代替铝合金，而钛合金正好符合这种要求。钛合金的最高工作温度可达550℃。
飞机的出现，至今不过100年的历史，因此还有很多要求完善的空间。安全、迅速、舒适和经济一直以来都是飞机制造追求的目标。与20世纪60年代的波音727相比，80年代制造成功的新一代中短程飞机波音757和波音767，在燃油消耗上已经降低了35％。但随着石油价格的持续上涨，各航空公司也都积极地寻找新材料，来为飞机减重，以降低耗油。
波音757是一种窄机身短程旅客机，载客190人；波音767是一种半宽机身中程旅客机，载客250人。新飞机的机身和机翼上，大量使用了改进的铝合金和复合材料。水平尾翼和垂直尾翼由于采用聚芳酚胺（凯芙拉）纤维和碳纤维复合材料，使重量比用铝减少了20%～40％。波音767飞机上有24个零部件共使用了3吨碳纤维与凯芙拉—49混纤复合材料，比早期采用的玻璃纤维—环氧复合材料还要轻。波音767还是第一种使用铝合金主起落架梁的民用飞机，而波音757飞机由于空间的限制，选用了钛合金主起落架。此外，两种飞机都增加了超高强度钢的品种和用量。
这样一来，一架波音767飞机由于采用复合材料减重450公斤，采用超高强度钢减重900公斤，采用改进铝合金减重363公斤，三项总计共17吨。据统计，飞机结构如减轻1公斤，每年可节省燃料2900公斤，可见其经济效益有多大。波音公司已在20世纪90年代的波音旅客机上，进一步扩大使用了复合材料。据称，除发动机和起落架外，大部分结构材料都能采用碳纤维和聚芳酚胺纤维，那么这架乘坐250人的飞机可减轻重量6吨！
航空发动机的改进是从两个方面进行的，一是更多地使用比重小的钛合金和复合材料，以减轻自重；二是更多地使用工作温度高的新型高温合金，以加大推力和提高热效率。1982年波音767飞机的发动机上开始使用单晶涡轮叶片。单晶合金的强度、疲劳寿命、耐腐蚀性和抗氧化性都比普通合金高，使整个热效应提高30％。
至于高超音速的航天飞机，其表面温度可达到1000℃以上，这时任何合金都无能为力了，只有采用特种复合陶瓷材料才行。
1981年4月12日，美国“哥伦比亚”号航天飞机发射成功，引起了世界的瞩目。航天飞机机身长372米，翼展238米，重量为688吨，大大超过了1969年登月的“阿波罗”飞船。它的主发动机使用液氢和液氧作燃料，加上外部燃料箱和两台固体燃料助飞火箭，发射时的全长达56米，实际重量2020吨。
航天飞机的技术相当复杂，涉及了空气动力学、气动加热、设计、制造、试验和计算机控制等方面。与火箭相比较，航天飞机有关键的两个要求：重返大气层的热防护和长寿命火箭发动机。机身防热材料要求重复使用100次，火箭发动机要求连续飞行55次无大修。对于习惯于一次使用观念的火箭设计师，无疑是一次重大的考验。
航天飞机的特殊性能又对材料提出了更苛刻的要求。在航天飞机执行完空间考察任务后，由120公里轨道再入大气层时，表面最高温度可达1500℃。根据不同部位的工作条件，航天飞机使用四种防热材料：头锥和机翼前缘受气动摩擦最大，温度最高，超过1260℃，使用表面涂硅的碳—碳复合材料。这是一种以热分解石墨纤维布作为增强剂、碳化树脂为基体的复合材料，工作温度居复合材料的第一位，是高温结构和热防护的理想材料；机身和机翼下表面需耐热650℃～1260℃，由2.4万多片高温陶瓷瓦组成；机身侧面和机翼上表面耐热370℃～650℃，由7000多片低温陶瓷瓦组成；货舱门、尾段、机身等部分温度不超过398℃，防热较为容易，采用聚芳酰胺纤维制造的毡瓦，是一种柔性重复使用材料。
防热陶瓷瓦的防护面积占全机面积的70％，是航天飞机热防护系统的主要组成；由直径15微米、纯度997％的氧化硅短纤维加入胶状氧化硅热压制成。
陶瓷瓦的特点是重量轻（密度014克/厘米3）、耐热性和隔热性好。缺点是具有一定的脆性，并且根据不同的位置来变化形状和厚度，所以粘贴技术相当复杂，全靠人工来一片片粘贴。美国第一架航天飞机“哥伦比亚号”原订1979年11月上天，可是后来多次延期，都是因为防热陶瓷瓦出的毛病。原来临发射前在地面试车时，贴在航天飞机机体上的陶瓷瓦在538℃～649℃已大片剥落。官员们大吃一惊，紧急召集了一个五人专家小组商讨对策。经过扫描电子显微镜观察后发现，这些剥落的陶瓷瓦中的纤维分布不均匀，导致了传热不良、局部过热。后来在一名美籍华裔科学家的建议下，提高了陶瓷纤维喷硼化硅后的凝固速度，使纤维排列的均匀性不受干扰，才解决了问题。航天飞机第一次飞行结束，经检查机表面各部分的温度未超过计算值，令人担心的陶瓷瓦损坏意外地少，仅剥落700片左右，加上厚度减少需更换者，仅1300余片，占陶瓷瓦总数的45％，基本上满足了设计要求。
1982年7月发射的“挑战者号”航天飞机的部分防热陶瓷瓦改用80％氧化硅纤维和20％含硼纤维混合制成的陶瓷瓦代替，效果更好，今后航天飞机的热防护系统仍是有待改进的项目之一。
关于航天飞机发动机所用材料不多，已知高压氧涡轮泵和高压氢涡轮泵采用的叶片，都是用最新的高铬—钴—钨镍基高温合金MarM246，按定向凝固精密铸造工艺制成，提高了抗热冲击性能。航天飞机主发动机的导向叶片，也采用MarM246合金，由更先进的单晶精密铸造工艺制成，这种导向叶片是空心的，用液态氢进行冷却，更进一步提高了抗热冲击性能，从而保证了发动机低重量、长寿命的要求。
