材料化学工程的应用及发展趋势

材料化学工程的应用及发展趋势

贺韬李祥建

贺韬李祥建

山东一达能源集团有限公司山东省日照市276800

摘要：材料化学工程对我国新能源开发和环境改善有着重大责任。随着社会的发展及进步，材料化学工程与其他学科专业的交叉面越来越广，涉及的知识面也愈来愈广阔，材料化学工程的发展将会是社会发展的必要趋势。本文对材料化学的应用现状进行了分析，并探讨了材料化学工程的发展前景，以期推动我国材料化学的进一步发展。

关键词：材料化学工程；应用；发展

前言：近些年，人类对地球的开采程度愈来愈深，而如何发展新能源成为了各国关注的重中之重。随着我国经济的飞速发展，材料化学工程成为了社会发展必不可少的组成部分。材料化学工程的发展，使得能源开发有了更加广阔的选择，不仅如此，它还可以提升能源的使用效率，增强国防力量。因此，应重视与加大材料化学工程的研究与实施。

1材料化学工程发展概述

我国是一个经济大国，其工业发展更是迅猛，那么带来的问题也就突显出来。如何节能减排走可持续发展之路，就需要国家规划出合理的计划。工业所带来的最大问题就是环境污染与能源枯竭严重的问题，那么加紧材料化学工程的实施迫在眉睫。不仅如此材料化学工程还可以开发引入新能源，实现工业优化与持续发展等。1987年我国正式在化学学科中添加了材料化学课程，而早期，浙江大学首先成立了材料科学与工程系。随着社会发展培养这一方面人才的任务迫在眉睫，于是，多个高校响应国家号召陆续开设材料化学工程方面的课程，为我国走科学发展道路做出卓越贡献。

2材料化学工程的应用

现代材料化学工程的应用所带来的成果十分“丰盛”，其中最突出的主要是：新型薄膜材料、纳米材料以及先进陶瓷。

2.1新型薄膜材料的应用

薄膜材料具有空间占用少，表面积大，质量轻等特性，在日常生产、生活中应用广泛。按常见的运用类型进行划分，可分为磁性薄膜、金刚石薄膜、超晶格薄膜等。

磁性薄膜材料，简称磁膜材料。是厚度在1微米以下的强磁性（铁磁性和亚铁磁性）材料。可通过真空蒸发法、电沉积法、溅射法等方法进行制备。在电子照相、太阳能电池，显示材料、磁记录等领域广泛应用。

金刚石是自然界硬度最高的物质，投射性好，具有较强的抗腐蚀性。运用溅射法、离子束沉积、激光电弧法等方法制备的金刚石薄膜，其力学、热学、光学等化学性质已接近天然金刚石。金刚石薄膜，是一种多功能的新型材料，在车辆机械、电子屏幕、航天器、光学仪器及医学上具有较好的应用前景。

超晶格材料是两种不同组元以几个纳米到几十个纳米的薄层交替生长并保持严格周期性的多层膜，事实上就是特定形式的层状精细复合材料。因为半导体超晶格材料的种类在不断扩充，由原先的砷化镓、镓化铝发展到铟砷、铟镓砷、铟铝砷等，因此，超晶格薄膜材料也被誉为新一代的硅材料。与当前先进的硅工艺相结合，在电子晶体管、激光器、空间技术等领域普遍运用。

2.2纳米材料的应用

纳米是一个极小的度量单位，一纳米等于十的负九次方米，纳米材料指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸（0.1~100nm）或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料是由极小的微粒组成，具有许多其他材料所不具备的特性。纳米材料可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。

纳米粉末由超微颗粒组成，超微颗粒处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，会显示出许多奇异的特性，可以充当高效率光热和光电的转换材料，纳米材料可以应用于红外感元件以及隐身技术等。纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料，是微导线、微光纤的主要材料。纳米膜可用做气体催化材料，常用于汽车尾气的处理，降低能耗，减少污染。纳米块体，是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料，在超高强度材料、智能金属材料中应用广泛。

2.3先进陶瓷材料的应用

先进的陶瓷以性能做区分，分成两种类别，其一是功能陶瓷，其二是结构陶瓷。功能陶瓷一般被应用在信息技术的计算机方面，而在军工工业中，更加偏向使用压电陶瓷。压电陶瓷有着更加强大的性能，不存在对称中心于晶体上，如果在每个方西上都实施一定压力，其会出现极化现象，并是在一个特定方向上，与此同时也有电位差的状态表现出来。但是，针对一定方向实施电场，其会在形状上有做出一定改变，就是反正的改变，或者出现位移情况。所以说，军工制作中，使用压电陶瓷来制作原子弹的起爆器。

另外一种就是结构陶瓷，其明显特点表现为强劲的化学效能、强劲的机械效能、强劲的热效能，突出作用表现为诶耐高温、抗腐蚀、高强度、高硬度，其同金属聚合物做比较，有着更加明显的优势。结构陶瓷被广泛应用在了机械领域、航天领域、军事领域。实践应用中，将其与合金金属做比较，其显现出了极大的优点，比如将氧化镁和氧化铝混合形成了一种新型“防弹玻璃”，将其放在1800℃的温度下，也没能将其融化。结构陶瓷因为其较高耐磨性和高强度，也被广泛当成了燃烧室和轴承的材料。一些金属模具的制作材料也被具有着高强度和高韧性的结构性陶瓷所取，比如氧化锆，其也常常被加入到其他材料中，形成的新材料，具有不导电和不容易生锈的优点。

结构陶瓷中有一种生物陶瓷，其表现出来的作用类似于纳米生物材料。这种材料同人体组织有一定亲和性，因此被应用在人体骨骼的修复中。还有一种先进陶瓷，称其为敏感陶瓷，其分为了湿敏陶瓷、气敏陶瓷、热敏陶瓷，其特点在于可以导电，组织构成是离子键简述氧化物的多晶体，其能敏感地感受到周围环境所发生的变化，进而在短时间内做出一系列地反应。这些陶瓷材料各具特色，在不同的领域发挥着不同的作用，但是都具有环保节能的作用。

3材料化学工程的发展前景

材料化学是我国材料科学的一个重要分支，其在社会生活中起到了很重要的推动作用。同时，材料化学工程也有着十分广阔的发展前景，特别是在原子、分子水准方面的新材料中更具有战略性意义。材料化学的发展前景尤为在能源和军事工业行业领域的贡献为突出，科技进步是提升我国国力的重要因素，将能源发展、水资源以及环境保护技术作为优先发展的位置上，解决好限制我国经济发展的重点问题，解决这些瓶颈问题都需要材料化学的介入。

比如说，清华大学在材料化学工程方面就做出很多努力，比较突出的一个就是制备碳纳米粉体材料，这为纳米材料的发展，产生了极大的推动。实践研究中，运用了传统流化床技术，将生产材料的成本，大大减少了材料生产的成本，促使该种技术能够使用在工业生产中，最终带来了极大经济效益。还有就是北京化工大学在这方面的研究，使用了超重力场技术生产纳米材料中，可以将纳米材料放大，进而更好地控制其的形貌，通过这样的技术制作出了一些纳米粉体，同时形成工业化，构成了技术体系，促进我国经济进一步发展。

4结束语

综上所述，材料化学工程在我国社会经济发展中承担着日益重要的作用，其在能源发展以及国防实力构建上发挥着重要的作用，有利于提高能源的利用效率，增强我国的国防实力。因此相关研究人员需要深入关注材料化学工程的应用及发展趋势的研究，以可持续发展作为核心准则，更好地发掘材料化学工程价值，推动社会经济发展。

参考文献：

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