一、材料見證了人類“從猿到人”

材料之所以稱為“材料”，源于人類的使用。因此，在研究材料史之前，我們首先要弄清楚3個問題：什么是材料？材料與人類的關(guān)系是什么？在人類從猿到人的過程中，材料起到了哪些作用？

1.什么是材料？

每天清晨，當(dāng)我們醒來，屋子里的所有物體便會映入到我們的視角之中。木質(zhì)的家具、玻璃茶幾、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，都是用不同的材料制成。這里面包含了金屬材料、有機高分子材料、無機高分子材料、陶瓷材料、纖維復(fù)合材料和建筑材料等等，無不與材料息息相關(guān)。當(dāng)我們?yōu)橹車纳瞽h(huán)境被神奇的材料所包圍而感慨時，我們不禁要問：材料是什么？

簡言之，材料應(yīng)該是用來制造有用物體的物質(zhì)。材料屬于物質(zhì)，但不是所有物質(zhì)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；之后是在生產(chǎn)和生活過程中根據(jù)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(chǎn)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(fā)現(xiàn)了其使用的功能，那么石頭、骨骼諸物并不能被稱之為材料。

2.材料與人類的關(guān)系是什么？

材料與人類發(fā)展有著千絲萬縷的聯(lián)系，人類的各種生產(chǎn)活動都離不開材料，材料的發(fā)展推動了人類的進步，而人類文明的進步又反作用于材料的發(fā)展。所以說，材料的發(fā)展與人類的進步相伴相生，相互促進。

材料是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必要物質(zhì)基礎(chǔ)，任何一項科學(xué)技術(shù)的突破，都要有相應(yīng)材料的發(fā)展作為前提。從材料的發(fā)展歷程來看，最初的石質(zhì)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制造材料的起點。自陶瓷至青銅、鐵器，還只是加工、冶煉技術(shù)和工藝的改進，當(dāng)發(fā)展到現(xiàn)代的鋼鐵材料、高分子材料、特種陶瓷和復(fù)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(jì)，材料的應(yīng)用改變了人類的生產(chǎn)方式和生活習(xí)慣?，F(xiàn)在，材料在豐富人類物質(zhì)世界的同時，也開拓了人類的精神世界，新的藝術(shù)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、影集于一體的LED舞蹈服，在向觀眾展示極具視覺沖擊的奇幻舞蹈的同時，也將LED可穿戴設(shè)備的應(yīng)用發(fā)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(tài)下的各項體征指數(shù)，還能同時提供語音、視頻、文字顯示等數(shù)十項功能。上述功能的實現(xiàn)，無一不是電子材料發(fā)展的結(jié)果和結(jié)晶。

3.材料在人類“從猿到人”過程中發(fā)揮著什么作用？

恩格斯在《勞動在從猿到人轉(zhuǎn)變過程中的作用》中指出：在某種意義上不得不說，勞動創(chuàng)造了人本身。制造和使用工具是人類誕生的標(biāo)志。自然界為勞動提供材料，勞動把材料變?yōu)樨敻?。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(biāo)志居然是石頭（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(biāo)志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?？梢哉f，是材料見證和推動了人類“從猿到人”的整個過程。石器時代的鮮明特征是以新石器為特征的生產(chǎn)力和人與自然相結(jié)合的生產(chǎn)關(guān)系，構(gòu)成了奴隸社會物質(zhì)生產(chǎn)方式、交換方式和生活方式。

目前，世界上現(xiàn)存最完整、最早的石器時代遺址是非洲東部坦桑尼亞的奧杜韋文化 （距今175萬年） 和肯尼亞的阿舍利文化 （距今176萬年）；我國最早的石器文化遺存見于云南元謀人遺址 （距今170萬年），其次是陜西的藍田人遺址 （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。

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，人類并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(xiàn)砍砸、刮削等功能（ 舊石器時代），之后才有了磨制石器的產(chǎn)生（新石器時代）。在舊石器時代，火的使用已經(jīng)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(shù)，學(xué)會了制作陶器，如在土耳其托羅斯山出土的約6 500年前的西亞陶罐已經(jīng)制作的非常精美。我國的黃流、長江流域也是世界上最早發(fā)明陶器的地區(qū)之一，在陜西西安的半坡村已經(jīng)發(fā)現(xiàn)6 000多年以前的陶窯遺址群，顯示當(dāng)時的制陶規(guī)模巨大；其次還有距今5 500多年的仰韶文化遺址等多地，均發(fā)掘出制作精美的陶器。陶器也成為人類第一次按照自己的意志創(chuàng)造出的器物。

人類利用原始材料制造了原始的工具，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(xué)的角度對人類社會劃分的幾個階段并不代表那個時代只出現(xiàn)一種材料，而是因為這種材料在這一時期的人類和生產(chǎn)力的發(fā)展起到了決定性的作用。

二、材料促進了人類文明的產(chǎn)生

在新石器時代，人類發(fā)明了鉆木取火，經(jīng)過精細加工的石器開始大規(guī)模應(yīng)用，催生了農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的出現(xiàn)，推動了人類史上第一次的產(chǎn)業(yè)革命——農(nóng)業(yè)革命。部落的出現(xiàn)導(dǎo)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(fā)展。此時，人類已經(jīng)初步掌握了陶器和紡織產(chǎn)品的制作技術(shù)，燒制陶器的技術(shù)為以后銅冶煉技術(shù)的發(fā)明提供了技術(shù)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(fā)現(xiàn)了天然金屬——銅。人類漫長的石器時代結(jié)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(chǎn)生了自己的文字，城市的雛形開始形成，以氏族或聯(lián)盟結(jié)成的群落演變?yōu)樽畛醯膰倚螒B(tài)，誕生了人類文明。這一時期主要的生產(chǎn)力代表就是冶銅技術(shù)的出現(xiàn)。

在發(fā)明青銅冶煉技術(shù)之前，人類經(jīng)歷了天然銅、礦冶銅和銅（礦冶）石并用的時代（青銅的冶煉與銅石并用的時間基本重合）。在大約距今9 000年前的伊朗西北部阿歷克斯發(fā)現(xiàn)了最早的天然銅制品。最早的礦物冶銅制品同樣于7 000～6 000年前發(fā)現(xiàn)于伊朗。而世界范圍內(nèi)，銅石并用最有說服力的證據(jù)莫過于“冰人奧茨”的發(fā)現(xiàn)，距今約5300多年，屬于新石器時代晚期。奧茨是一具木乃伊，因發(fā)現(xiàn)于意大利境內(nèi)阿爾卑斯山谷內(nèi)的一個名為“奧茨”的村莊而得名。因為在發(fā)現(xiàn)奧茨的同時，還在其身邊發(fā)現(xiàn)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。銅石并用時代也成為人類歷史上第一次材料的交替時期。

銅冶金技術(shù)源于6 000年前的西亞，當(dāng)時伊朗已經(jīng)可以煉成砷青銅。之后，冶銅技術(shù)經(jīng)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(fā)現(xiàn)最早的青銅制品是位于甘肅省臨洮縣馬家窯文化遺址的青銅刀，距今約5 300年；而真正證據(jù)較完全、最具有說服力青銅冶煉記錄是距今4 000多年的位于現(xiàn)在的甘肅省臨夏回族自治州廣河縣排字坪鄉(xiāng)園子坪齊家坪社的齊家文化遺址。我國的青銅冶煉技術(shù)確實晚于西亞，但究竟源于西亞還是獨立起源，史學(xué)界和材料界觀點尚未統(tǒng)一。

2.鐵器時代

煉鐵技術(shù)的發(fā)明建立在冶銅技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，人類最初利用的鐵并不是通過冶煉制得，而是隕鐵。鐵的硬度遠高于銅和青銅，在冶銅技術(shù)的基礎(chǔ)上，人類發(fā)明了冶鐵技術(shù)，鐵質(zhì)工具的使用是人類社會的生產(chǎn)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征的生產(chǎn)力和人與小農(nóng)經(jīng)濟、小手工業(yè)相結(jié)合的生產(chǎn)關(guān)系，構(gòu)成了社會的物質(zhì)生產(chǎn)方式、交換方式和生活方式。

考古發(fā)現(xiàn)，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，也是隕鐵制成；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(jīng)證實刃部為隕鐵。雖然在青銅器時代已經(jīng)有關(guān)于隕鐵的使用記錄，但因隕鐵的發(fā)現(xiàn)極少，只是偶然被使用，當(dāng)時人類主要的金屬器物仍以銅和青銅為主。

冶鐵技術(shù)的發(fā)明和傳播要得益于一個已經(jīng)完全消失的文明——赫梯文明。赫梯文明興起于現(xiàn)在的土耳其安納托利亞半島（小亞細亞），制陶業(yè)和冶銅業(yè)很發(fā)達，公元前1800年左右，赫梯人在冶銅技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)明了塊煉鐵技術(shù)，但該技術(shù)極為保密，因為掌握了更為先進的冶鐵技術(shù)，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(zhì)武器的殺傷力遠高于古巴比倫人的青銅武器。直到公元前12世紀(jì)赫梯文明滅亡，掌握了塊煉鐵技術(shù)的工匠才在逃亡過程中將煉鐵技術(shù)向外傳播。我國冶鐵技術(shù)最晚出現(xiàn)在西周末年（公元前8世紀(jì)），當(dāng)時已經(jīng)出現(xiàn)了鐵制品，鐵器大量出現(xiàn)是在春秋晚期。

公元前6世紀(jì)以前，我國就發(fā)明了生鐵冶煉技術(shù)，這一技術(shù)使得我國的鋼鐵生產(chǎn)體系（我國制鋼技術(shù)的發(fā)明也遠領(lǐng)先于世界）遠遠領(lǐng)先世界其他地區(qū)，更是比當(dāng)時的歐洲提前2000多年。另外，我國在冶鐵技術(shù)的發(fā)展過程中，工匠們還發(fā)明了高爐煉鐵技術(shù)，我國使用高爐的歷史遠早于歐洲。在春秋后期，我國已經(jīng)掌握了鑄鐵（生鐵冶煉）技術(shù)，到戰(zhàn)國初期已經(jīng)大量使用鑄鐵的農(nóng)具，我國的材料技術(shù)也因此躍居世界之首。

3.鋼鐵時代（后鐵器時代）

在我國明、清時期以前，雖然冶鐵業(yè)一直占據(jù)著世界的領(lǐng)先地位，但因為當(dāng)時的執(zhí)政者封閉保守和社會思潮排外等因素，導(dǎo)致剛剛結(jié)束中世紀(jì)黑暗時期的歐洲后來居上，直至現(xiàn)在依然領(lǐng)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(jì)開始，歐洲的思想啟蒙結(jié)束了中世紀(jì)以來1 000多年的黑暗時期，接踵而來的是自然科學(xué)、哲學(xué)、倫理學(xué)、政治學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、歷史學(xué)、文學(xué)、教育學(xué)等學(xué)科呈現(xiàn)爆炸式發(fā)展的大繁榮時期。在此背景下，近代材料科學(xué)在歐洲蓬勃興起。

人類對于鐵的使用經(jīng)歷了3個里程碑式的發(fā)展：第一是赫梯人發(fā)明的塊煉鐵技術(shù)；第二個是中國發(fā)明的生鐵冶煉技術(shù)；第三個則屬于貝塞麥發(fā)明的轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)。在轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)發(fā)明之前，世界上絕大多數(shù)的鋼都是通過平爐煉鋼制成，這一技術(shù)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(zhuǎn)爐煉鐵技術(shù)的發(fā)明大大降低了煉鋼的成本，并且大為降低了鋼材的雜質(zhì)和能耗、提高了質(zhì)量，成為20中期世界煉鋼的主流技術(shù)。之后，圍繞鋼鐵產(chǎn)生的新技術(shù)和新材料層出不窮，為戰(zhàn)后部分國家躋身世界工業(yè)強國做出了不朽的貢獻（如德國、日本）。

然而我國第一個現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)是1893年在湖北建成的漢陽鐵廠，是由洋務(wù)派大臣張之洞主持興建，雖然對那一時期的鋼鐵工業(yè)發(fā)揮了一些作用，但舉步艱難。進入21世紀(jì)，我國的鋼鐵產(chǎn)量出現(xiàn)了爆發(fā)式的增長，但低端產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，由此產(chǎn)生了巨大的能源和環(huán)境代價。同時，高端鋼鐵材料研發(fā)乏力，關(guān)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。

4.新材料時代

人類社會發(fā)展至現(xiàn)階段，科技的進步和材料的發(fā)展都將圍繞實用、高效和智能實現(xiàn)，當(dāng)代全球生產(chǎn)力具有科技化、人性化、生態(tài)化、加速化和革命性等特點，材料的基礎(chǔ)性地位更加凸顯，單純靠一種材料的發(fā)展已經(jīng)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(jié)構(gòu)材料和功能材料。結(jié)構(gòu)材料包括鋼鐵材料、工程塑料、高溫和低溫合金、納米材料、環(huán)境意識材料、復(fù)合纖維材料、結(jié)構(gòu)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(dǎo)材料、功能陶瓷材料、生物醫(yī)學(xué)材料等。

新材料的高技術(shù)特征，正在以更高的力學(xué)性能、更高的輕量化和耐極端溫度以及環(huán)境適應(yīng)性滿足新時代的需要。時至今日，人類社會的發(fā)展不可能像前幾個時期那樣單獨依靠一種材料或技術(shù)就能完全支撐和代表一個時期生產(chǎn)力的發(fā)展。但在現(xiàn)代工業(yè)制造中，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(yè)基礎(chǔ)，今天的新材料更多地發(fā)揮幕后英雄的角色，它將與信息技術(shù)、生物技術(shù)日趨融合，將工業(yè)制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(jīng)超過了之前幾千年的科技發(fā)展總和，材料的數(shù)量和發(fā)展速度已經(jīng)呈現(xiàn)幾何數(shù)字增長，材料在各個領(lǐng)域的突破都會對社會生產(chǎn)力起到至關(guān)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(wù)，新材料在種類上的擴展和功能上的發(fā)掘，為工業(yè)經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)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(fā)展和進步。

三、從史學(xué)角度探討材料發(fā)展規(guī)律

每一種材料的發(fā)展都會有其獨特而繽紛的歷史，而放眼整個材料領(lǐng)域，其資料的海量讓筆者難以想象和驚嘆，因此在整理材料歷史的過程中越發(fā)感覺材料歷史的波瀾壯闊，對待材料歷史不僅要潛心研究、持之以恒，更要用智慧發(fā)現(xiàn)能指引人類更好發(fā)展的經(jīng)驗和規(guī)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(xué)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(fā)展歷史，需要研究人與具備很高的科學(xué)素養(yǎng)，對材料科學(xué)整體要有全面、深入的把握能力，即使從事材料領(lǐng)域工作多年的資深專家對于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。

二是對于材料史的研究一直處于比較尷尬的境地，國內(nèi)沒有對此項研究進行過專門的立項，沒有經(jīng)費，在職的人員不愿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(shù)不再愿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(yán)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，就要具備敢于“坐十年冷板凳”的吃苦精神和耐得住寂寞的實干精神。

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(shè)計看作是未來材料發(fā)展的重中之重。其實，早在幾千年前，我們的祖先就已經(jīng)開始對材料進行了設(shè)計?；蛘哒f，材料設(shè)計真正之源在中國。

材料設(shè)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量比5︰2），謂之削殺矢之齊（短刀、劍、箭頭）；金錫半（金與錫質(zhì)量比5︰5），謂之鑒燧之齊（用于取火的凹面鏡）。”這段描述就是根據(jù)性能和用途設(shè)計器具成分的材料設(shè)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(shè)計，雖然描述過于簡單，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(xiàn)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。

參考文獻

[1] 毛衛(wèi)民.材料與人類社會：材料科學(xué)與工程入門[M].北京：高等教育出版社，2014.

[2] 趙建華.材料科技與人類文明[M].湖北：華中科技大學(xué)出版社，2011.

[3] 楊平.材料科學(xué)名人典故與經(jīng)典文獻[M].北京：高等教育出版社，2012.

[4] 郝士明.材料圖傳——關(guān)于材料發(fā)展史的對話[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[5] 瓦茨拉夫·斯米爾.材料簡史及材料未來：材料減量化新趨勢[M].潘愛華，李麗，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2015.

[6] 馬克·米奧多尼克.迷人的材料[M].賴盈滿，譯.北京：北京聯(lián)合出版公司，2015.