（一）铁元素与人体健康

铁是血液中交换和输送氧所必需的一种元素，生物体内许多氧化还原体系都离不开它。体内大部分铁分布在血红蛋白内。没有铁生物就无法生存。

正常成人含铁4～6g，有60%在血循环中，其余贮存在肝和骨髓中。每天有20～25mL红细胞因老化而损坏，由此释放20～25mg的铁，其中有19～24mg的铁循环使用（再次合成血红蛋白），约有1mg排出体外。每天吸收1mg铁是容易的。但对于儿童和青少年，成长发育较快，应注意补铁；由于内、外伤失血较多，应注意补铁。补铁应以食物为主，海洋食品、黑色食品含铁较多。

缺铁引起的疾病：（1）贫血：体内铁丢失总是超过铁摄入，引起体内铁贮存明显降低，可利用的铁不够正常合成血红蛋白，使血液中血红蛋白量减少，因此全身组织器官缺氧。（2）脑神经系统变化：对外刺激的应答减弱，易疲倦，工作耐力、学习能力、注意力、记忆力降低。（3）机体防御、抗感染能力降低。

含铁丰富的食物有：动物肝脏（每百克含铁 25mg ）、动物全血（每百克含铁 15mg ），其它为肉类、淡菜、虾米、蛋黄、黑木耳（干）、海带（干）、芝麻、芝麻酱、大豆、南瓜子、西瓜子、芹菜、苋菜、菠菜、韭菜、小米以及红枣、紫葡萄、红果、樱桃等，含铁都很丰富或较为丰富。

（二）钙元素与人体健康

很多人都知道，钙元素有强骨、固齿的作用。其实，这种矿物元素的生理功效远不止于此，它对身体的健康乃至寿命都有着很大的影响，比如补钙减肥，补钙降压，补钙预防心脏病，补钙预防近视，补钙防腹痛，补钙促高等等。

钙是构成骨骼与牙齿的基本组成部分，我国膳食中钙的含量比较少，仅能满足身体需要的一半。大多数豆制类食物中都有丰富的钙元素存在，因此，多吃豆制类食物可以补充人体中的钙元素。豆腐煮鱼可预防骨质疏松、小儿佝偻病等缺钙引起的疾病。因为，若只吃豆腐，机体对钙的吸收率会很低，但与富含维生素Ｄ的鱼肉一起吃，就可大大增加机体对钙的吸收与利用。

钙元素还是长命百岁的良药。据亚洲医学新闻报道，世界上一些最长寿的人生活在南势群岛，日本南部冲绳岛便是其中之一。德山大学的一位教授检验过南势岛的饮用水，发现其中含钙量比一般水高6倍，具有相同硬度饮用水的地区还生活着76名百岁老人。南势岛水中含有大量的钙，农作物含钙量也高，这是那里的居民长寿的原因。

据分析，补充钙剂可使增殖的早期癌细胞变为正常。美国研究人员对１０名有结肠直肠癌家族史实施活体组织检查表明，结肠细胞的分裂比正常者迅速，但在补充钙剂后２－３个月重复活组织检查，发现细胞正朝着健康的方向发展。目前的研究表明，每天补充1.25克钙剂，可以逆转细胞异常增殖状态。上述剂量没有任何副作用，而且还可以减轻高血压和骨质疏松症。

（三）钠、钾、镁元素与人体健康

钠、钾、镁对生物的生长和正常发育是需要的。Na⁺、K⁺、Mg²⁺、三种离子占人体中金属离子总量的99%左右。对高级动物来说，钠、钾比值在细胞内液中和细胞外液中有较大不同。在人体血浆中，c(Na⁺)≈0.15 mol/L，c(K⁺)≈0.005 mol/L；在细胞内液中，c(Na⁺)≈0.005 mol/L，c(K⁺)≈0.16 mol/L。这种浓度差别决定了高级动物的各种电物理功能──神经脉冲的传送、隔膜端电压和隔膜之间离子的迁移、渗透压的调节等。由于钠在高级动物细胞外液中的浓度高于钾的浓度，因此，对动物来说钠是较重要的碱金属元素，而对植物来说钾是较重要的碱金属元素。

食盐是人类日常生活中不可缺少的无机盐，如果得不到足量的食盐，就会患缺钠症。其主要症状是恶心、肌肉痉挛、神经紊乱等，严重时会导致死亡。人可以从肉、奶等食物中获取一定量的钠，从果实、谷类、蔬菜等食物中吸取适量的钾。神经细胞、心肌和其他重要器官功能都需要钾，肝脏、脾脏等内脏中钾比较富集。胚胎中的钠、钾比值与海水中十分接近，这一事实被一些科学家引为陆上动物起源于海生有机体的直接证明之一。

植物对钾的需要同高级动物对钠的需要一样，钾是植物生长所必需的一种成分。植物体通过根系从土壤中选择性地吸收钾。钾同植物的光合作用和呼吸作用有关，缺少钾会引起叶片收缩、发黄或出现棕褐色斑点等症状。

镁对动植物的生存也起着重要作用。镁存在于叶绿素中。已经发现谷类光合作用的活性与Mg²⁺、Ca²⁺浓度有关。镁占人体重量的0.05%，人体内的镁以磷酸盐形式存在于骨骼和牙齿中，其余分布在软组织和体液中，Mg²⁺是细胞内液中除K⁺之外的重要离子。镁是体内多种酶的激活剂，对维持心肌正常生理功能有重要作用。若缺镁会导致冠状动脉病变，心肌坏死，出现抑郁、肌肉软弱无力和晕眩等症状。成年人每天镁的需要量为200～300 mg。

（四）合理膳食与人体健康

现代的人都知道，健康时最重要的。俗话说“病从口入”，健康也是从口入的，这就与合理膳食有着密切的关系，如何做到合理膳食，有关专家将合理膳食归纳起来为如下几条：

  “一”是每天1袋牛奶，内含250毫克钙。

  “二”是每顿摄入主食2两（100克），每天6—8两（300—400克）。

  “三”是每日进食高蛋白食物3份，每份可以是瘦肉1两（50克），或大鸡蛋1个，或豆腐、或鸡鸭、或鱼虾2两（100克）。

  “四”是指四句话：有粗有细（粗细粮搭配），不甜不咸（食盐每日6—7克），三四五顿（总量控制，多次进餐），七八分饱。

  “五”是指每日500克蔬菜及水果，另外再加上适量烹调油及调味品。

  “红”是指每日饮红葡萄酒50—100毫升，有助于升高高密度脂蛋白及活血化瘀，预防动脉硬化。

  “黄”指黄色蔬菜，如胡萝卜、红薯、南瓜、西红柿等。这些食品中含丰富的胡萝卜素，可提高免疫力，减少感染和肿瘤等的发病机会。

1.3.2   几种金属盐的焰色反应

焰色反应：许多金属或它们的离子在火焰上灼烧时，使火焰带有特殊的颜色，称为焰色反应。

碱金属及其离子均有焰色反应.如锂焰色为紫红色，钠焰色是黄色，钾焰色呈浅紫色。其它金属及其离子的常见焰色为：铜焰色为绿色，钡焰色为黄绿色，钙为砖红的焰色。而镁、铝等均无焰色反应。钠的焰色常可掩盖其它的金属离子焰色，比如钾、钠离子共同在火焰中灼烧，则只能显黄色。这时可用蓝玻璃（钴玻璃）放于焰前，使其滤去黄光，可清楚地看到钾的浅紫色焰色。在用铂丝蘸取金属盐做焰色反应时，铂丝要事先用酸洗净，更不得用手撸摸铂丝，以防汗液中的Na⁺影响焰色反应实验。

1.3.3   用途广泛的金属材料和复合材料

（一）几种金属材料应用的介绍

广告中常说“补铁补血”，这说明了铁对人体的重要性，缺铁将使血红蛋白合成困难，导致贫血。“百炼成钢”是对人意志品质的描述，同样，高楼大厦、跨海大桥、铁路、火车汽车、坦克、大炮、轮船等等，如缺少钢铁也都将一事无成。钢铁被誉为当今世界的材料王子。那么在生活、、和生产中钢有哪些用途呢：

锰钢：钢轨、轴承、挖掘机、坦克装甲等；

不锈钢：医疗设备、茶具、餐具、水龙头等；

钨钢：刀具、锯条等；

铬钢：手表壳、医用剪刀、手术刀、注射针头等；

钒钢：弹簧等。

大家都有这样的经历，就是生活的铁很容易生锈，我们该怎样防止铁生锈呢？生活中常用的方法就是给铁穿上“衣服”。

生活中我们还听过这样的一句广告词，就是“黄金搭档”，不含磷铜，因为中国人摄入的食物中并不缺少铜元素，这也从另一个侧面说明了铜在人体中的重要地位。如人体缺铜，就会引起造血功能受损，神经发育迟缓，头长白发等；但铜过量也会祸害无穷，铜离子遇蛋白质结合后生成沉淀，引起铜中毒，可能导致呕吐、腹泻、溶血、甚至死亡。那铜在工农业上又有怎样的用途呢：

1、红铜：它是指纯铜，人类使用红铜是进入铜器时代的开始，制作矛头、刀、斧等；

2、青铜：锡铜合金，从古代人类使用青铜做镜开始，象征人类从红铜器时代进入青铜器时代，商末司母戊鼎，宝剑；

3、黄铜：铜锌合金，其受撞击发出悦耳的声音，制作锣、铃、钟等；又因其耐腐蚀，可制造船舶、弹壳、装饰品、锁头、雕像、假牙等；

4、白铜：来源于中国，阿拉伯语中把白铜称为“中国石”，它是铜镍合金，银光闪闪，不易生铜绿，可用于制做精密仪器、装饰品、医疗器材。

铝是地球上含量极丰富的金属元素，其蕴藏量在金属中居第1位。至19世纪末，铝才崭露头角，成为在工程应用中具有竞争力的金属，且风行一时。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。现在，铝已发展成具有各种各样用途的材料，其范围之广足以使现代生活的各个侧面直接地受到铝的应用的影响。

1、现在我先来介绍铝在生活中的使用，厨房用具是铝最早的用途，如铝锅、电饭煲、铝碗等，在今日仍为一个极为广大的市场。

2、另外铝是质地柔软的轻金属，延展性好，可以加工成很薄的箔片，用于糖果、香烟、药品等的包装。

3、要说铝最大的用途，那是在运输和建筑业上。铝与铜、镁、锰等组成的合金坚硬且不易被锈蚀，可用于制造汽车、火车、轮船、飞机（被称为“有翼的金属”）、火箭、卫星等运输制造工业及桥梁、房屋等建筑工业。

4、又它质轻价廉，导电性好，还广泛电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业。如电视机、收音机、电线、移动电话等。

5、铝具有吸音性能，音响效果也较好，所以广播室、现代化大型建筑室内的天花板等也采用铝。

6、人体中过多的铝会导致衰老症，但用于治病的Al(OH)₃却另当别论。

铝的供应来源除了新铝外，回收铝也占有很高的比例，回收铝又分为旧料回收（主要来源是饮料罐和汽车废件）、新料回收（加工过程中的铝屑）两种。由于环保意识升高，回收铝量年年创新高。

金、银、铜、铁、铝是大家熟悉的“五金”，它们各怀绝技，但也各有缺陷。而1910年才出世的金属钛能兼顾“五金”的优点，能胜任“天上雄鹰，海底蛟龙”的重任，被誉为“未来金属”“空间金属”的美称。

1、大家对钛并不了解，由于钛及钛合金特点太多，主要运用于航天工程及国防科技。

2、在我们的身边，我们最常看到就是将钛使用在运动器材方面，另外钛合金的高尔夫球杆头也是利用钛的特性所制作完成的。

3、钛合金的应用范围还包括制作与人类身体相关的产品，我们平常最常接触的就是钛合金镜框，另外还有像人造牙齿、人造骨骼等等都可以利用钛合金来制作。

4、钛合金可以运用在航海业、化工业、电子业、电镀业、食品业、医疗设备、发电厂、海水淡化系统、钟表、电脑、厨具、艺术品........都可看到钛金属之产品，甚至移动电话外设亦有用到。

5、钛的轻质、高强度等性能早已为汽车制造商所注目。钛在赛车上的应用已有许多年历史，目前的赛车几乎都使用了钛材。在美国，已生产出用于赛车的钛制进气阀、排气阀、阀护圈和连杆等部件。

目前钛的应用只是个良好的开端，本世纪必将成为“钛金属世纪”。

（二）复合材料

复合材料是由两种或多种性质不同的材料通过物理和化学复合，组成具有两个或两个以上相态结构的材料。该类材料不仅性能优于组成中的任意一个单独的材料，而且还可具有组分单独不具有的独特性能。

复合材料按用途主要可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。结构复合材料主要作为承力结构使用的材料，由能承受载荷的增强体组元（如玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属、天然纤维、织物、晶须、片材和颗粒等）与能联结增强体成为整体材料同时又起传力作用的基体组元（如树脂、金属、陶瓷、玻璃、碳和水泥等）构成。结构材料通常按基体的不同分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳基复合材料和水泥基复合材料等。功能材料是指除力学性能以外还提供其它物理、化学、生物等性能的复合材料。包括压电、导电、雷达隐身、永磁、光致变色、吸声、阻燃、生物自吸收等种类繁多的复合材料，具有广阔的发展前途。未来的功能复合材料比重将超过结构复合材料，成为复合材料发展的主流。

60年代以来由于航空、航天工业的迅猛发展，需要高强度、高模量、耐高温和低密度的复合材料，于是先进的复合材料应运而生。所谓先进复合材料，一般是指具有比强度大于4X106厘米和比模量大于4X108厘米的的结构复合材料。先进复合材料的出现源于航空、航天工业的需要。反之，它又促进了航空、航天等高技术产业的发展，被公认为是当代科学技术中的重大关键技术

（三）其它新型金属功能材料材料

（1）金属纤维

除了由大单晶组成的钨纤维，所有其他的金属纤维均是多晶无机纤维。它们是通过物理形变制得，而很少使用化学制备法。品种有钢丝、铝丝、钨丝、铍丝等。

金属纤维具有许多重要的特性，如导电和导热性，高抗拉强度、高弹性模量及高熔点等。由于金属纤维的密度很高，所以它们只能增强那些对减轻重量无特别要求的材料，特别是混凝土和橡胶。1959年首次将钢纤维用作轮胎帘子线，目前90%以上的汽车轮胎使用钢纤维。将0.5%～6%的不锈钢丝混在织物中可起到消除静电的作用。直径为12μm的钨丝用于制备B或SiC纤维以及白炽灯的灯丝。在纺织行业中，用铝丝制做带金属光泽的装饰线。

（2）超导材料

超导现象最早是由荷兰科学家H .K.Annes于1911年发现的。他在测量水银的低温电阻时发现电阻随温度降低而下降，然后突然降为零，并将这种电阻为零时的温度（4.2 K）称为临界温度，用Tc表示。后来把这种电阻为零的现象称为“超导”。在随后的研究中，人们逐渐认识到除了临界温度Tc外，还有临界磁场强度Hc和临界电流Ic这两个临界参数。

超导的主要应用有：

核磁共振成像   核磁共振成像一般是从氢原子核的核自旋变化信号中获得的。人体中75%是水，因此可以利用这项技术进行人体医学诊断。氢原子核需要的磁声较小，相应的电磁辐射是在兆赫范围内，很容易进入人体。与X射线层析照相比，核磁共振成像所用的电磁辐射和磁声对人体无害。

超导电缆   随着电力需求的不断增长，发电站的容量逐渐增大，大功率、长距离、低损耗的输电技术成为研究热点。由于具有零电阻特性，超导体可以输送极大的电流和功率而没有功率损耗。超导技术的关键是制作超导电缆。

磁悬浮列车   因磁悬浮可使列车悬浮起来，脱离地面的接触支撑，因而列车速度可提高到500 km/h，相当于地面飞机。超导线圈可产生磁悬浮列车所需的强大磁场。日本的山梨新实验干线全长42.8 km，于1997年通车，磁悬浮列车的最高速度为550 km/h。所用的超导线圈为Cu-Nb-Ti合金超导线，每个线圈重60 kg，总计使用超导线2 t。

据2001年2月报道，我国高温超导磁悬浮实验车在西南交大研制成功，全车总共344块超导材料，全部是国内研制。中国科学院物理研究所在2002年2月又合成了高质量二硼化镁新超导体，它具有易加工、电导率高、使用方便等特点，有优良的可应用性，如在临界电流可提供强电输运、强磁场以及高品质的微波元件，可制备更好的超导量子干涉器件。

（3）轻质合金

铝锂合金具有高比强度（断裂强度/密度）、高比刚度且相对密度小的特点，如用作现代飞机蒙皮材料，一架大型客机可减轻重量50 kg。以波音747为例，每减轻1 kg，一年可获利2 000美元。钛合金比钢轻、耐腐蚀、无磁性、强度高，是用于航空和舰艇的理想材料。

（4）储氢合金

由于石油和煤炭的储量有限，而且在使用过程中会带来环境污染等问题，尤其是20世纪70年代全球石油危机，使氢能作为新的清洁燃料成为研究热点。在氢能利用过程中，氢的储运是重要环节。1969年荷兰飞利浦公司研制出LaNi₅储氢合金，具有大量的可逆地吸收、释放氢气的性质，其合金氢化物LaNi₅H₆中氢的密度与液态氢相当，约为氢气密度的1 000倍。储氢合金是由两种特定金属构成的合金，其中一种可以大量吸氢，形成稳定的氢化物，而另一种金属虽然与氢的亲和力小，但氢很容易在其中移动。Mg、Ca、Ti、Zr、Y和La等属于第一种金属，Fe、Co、Ni、Cr、Cu和Zn等属于第二种金属。前者控制储氢量，后者控制释放氢的可逆性。通过两者合理配制，调节合金的吸放氢性能，制得在室温下能够可逆吸放氢的较理想的储氢材料。

（5）形状记忆合金

它们具有高弹性、金属橡胶性能、高强度等特点，在较低温度下受力发生塑性变形后，经过加热，又恢复到受热前的形状。如Ni-Ti、Ag-Cd、Cu-Cd、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Zn等合金，可用于调节装置的弹性元件（如离合器、节流阀、控温元素等）、热引擎材料、医疗材料（牙齿矫正材料）等。

形状记忆效应来源于一种热弹性马氏体相变。一般的马氏体相变作为钢的淬火强化的方法，就是把钢加热到某个临界温度以上保温一段时间，然后迅速冷却，例如直接插入冷水中（称为淬火），这时钢转变为一种马氏体的结构，并使钢硬化。后来，在某些合金中发现了不同于上述的另一种所谓热弹性马氏体相变，热弹性马氏体一旦产生便可以随着温度降低继续长大。相反，当温度回升时，长大的马氏体又可以缩小，直至恢复到原来的状态，即马氏体随着温度的变化可以可逆地长大或缩小。热弹性马氏体相变时随之伴有形状的变化，其晶体结构的变化如图3-3所示（图中M_s表示冷却时开始产生热弹性马氏体的转变温度，M_f表示冷却时转变的终止温度，A_s表示升温时逆转的温度，A_f表示逆转完全的温度）。

图：   形状记忆合金晶体结构随温度的变化

新型金属功能材料除上述几类以外，还有能降低噪音的减振合金；具有替代、增强和修复人体器官和组织的生物医学材料；具有在材料或结构中植入传感器、信号处理器、通信与控制器及执行器，使材料或结构具有自诊断、自适应，甚至损伤自愈合等智能功能与生命特征的智能材料等。