材料发展历程、前景及认知

材料发展历程、前景及认知

关键字：新材料历程前景新生课

上个世纪70年代以来，人们把信息、材料和能源作为社会文明的支柱。80年代又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。进入21世纪，以纳米材料、超导材料、光电子材料、生物医用材料及新能源材料等为代表的新材料技术创新显得更为异常活跃，新材料诸多领域正面临着一系列新的技术突破和重大的产业发展机遇。相应的，材料科学与工程专业也蓬勃发展起来，而我们粉体材料科学与工程专业则以先进的粉末冶金技术、粉末注射成形技术成为了其中较为领先和特殊的一个分支。

三个月紧张而又充实的大学学习，以及其中每周的新生课，让我对粉体材料科学与工程专业由一窍不通到有了上述较为准确的认识，并且了解了材料科学的历史发展及其领域里各个专业性的研究方向。材料与我们日常生活密不可分，一个通俗的解释：可以用来制造有用的构件、器件或物品等的物质。从小的方面来说，买衣服的时候我们要仔细看看衣服的质料；身上戴的饰品的材质也是身份的象征。从大的方面来说，火箭升空，潜艇入水，各种军事武器等等，都离不开材料的加工制备。在20世纪人们就把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱，而信息和能源是看不见摸不着的，只有材料是确确实实就在我们眼前的东西，所以说材料是人类社会赖以发展的物质基础。

通过课程的学习，我发现我们所学的材料科学是以材料、化学、物理学为基础，系统学习粉体材料科学与工程专业的基础理论和实验技能，并将其应用于粉体材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面的学科。是培养具备包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料等材料领域的科学与工程方面较宽的基础知识，能在各种材料的制备、加工成型、材料结构与性能等领域从事科学研究与教学、技术开发、工艺和设备设计、技术改造及经营管理等方面工作，适应社会主义市场经济发展的高层次、高素质全面发展的科学研究与工程技术人才。

老师除了讲解了本专业的粉末冶金材料与技术、粉末注射成形技术，也扩展了生物材料和仿生材料、功能材料、复合材料等知识。其中我感兴趣的是功能材料和复合材料领域。

功能材料是一类具有特殊电、磁、光、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。而且，功能材料种类繁多，用途广泛，是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用。在全国新材料研究领域中，功能材料约占85%，所以世界各国也都十分重视功能材料技术的研究。功能材料主要包括金属功能材料、无机非金属材料、有机功能材料、复合功能材料等。功能材料已不再是原来的单纯利用原材料，或者凭经验和技术改进和制造材料，或者设计材料的成分和性能，而是已经向设计新材料的阶段迈进。它是信息技术、生物技术、能源技术、纳米技术等现代高新技术及产业的先导、基石和支撑，有着十分广阔和诱人的市场前景。

复合材料是一种多相材料，可由金属材料、无机非金属材料和高分子材料复

合而成。采用物理或化学的方法，使两种或两种以上材料在相态与性能相互独立的形成下共存于一体中，以达到提高材料的某些性能或互补其缺点和获得新的性能为目的的特种材料。

一般可把复合材料的发展分为三个阶段。第一阶段，即发现了玻璃钢复合材料，1942年研制成功，20世纪60年代工业化生产。第二阶段，第二代复合材料——碳纤维增强塑料复合材料，此阶段10年一个台阶，即20世纪60年代开始研制，70年代进入提高阶段，80年代进入推广应用阶段。第三阶段，出现纤维增强金属基复合材料阶段，即进入先进复合材料发展阶段。制造出比原先的复合材料具有更高的优异性能的复合材料，包括各种高性能的增强剂(纤维等)与耐高温性好的热固性、热塑性树脂基体所构成的高性能树脂复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、玻璃基复合材料、碳基复合材料。这些先进的复合材料已在结构件、能源技术、信息技术和高技术生物工程诸多方面获得了广泛的应用。

其中由中南大学粉末冶金研究院研制并大量投入生产的碳/碳复合材料飞机刹车片就是一个很好的例子。碳/碳复合材料（c-c composite or carbon-carbon composite material）是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料。具有低密度(<2.0g/cm3)、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，是如今在1650℃以上应用的少数备选材料，最高理论温度更高达2600℃，因此被认为是最有发展前途的高温材料之一。由于其独特的性能，已广泛应用于航空航天、汽车工业、医学等领域，如火箭发动机喷管及其喉衬、航天飞机的端头帽和机翼前缘的热防护系统、飞机刹车盘等。

当前材料科学发展的总趋势：①材料与器件趋向于一体化，达到小型化和多功能化。②制造材料的新工艺、新流程及结构与性能的新测试方法，往往成为新材料和研究材料的突破点。③材料的复合是得到所需性能的最经济而重要的途径。④分子和原子尺度的研究工作日趋重要，以形成零维、一维、二维材料。⑤材料与生物的交叉日趋发展，从而得到与生物相近的高效率、高功能的新材料。

但是材料科学的发展仍然受到一些因素的影响而陷入瓶颈期。要想发展材料科学，那其中要求的数学、化学、物理等基础科学必须有明显的进展。材料科学的重点，除了应对新材料给予足够的重视外，必须加强对我国基础材料科学问题的研究，首先促进面广量大的国民经济基础产业的科技进步，用高技术改造传统产业，从而为新材料和高技术乃至国民经济的快速发展打下良好基础。

随着《国家中长期科学和技术发展规划纲要》的落实，和军工产品、高科技产品对新材料的旺盛需求，新材料的应用领域将进一步拓宽，产业波及效应逐步提高，将为新材料产业带来非常广阔的发展前景。机械制造业、电子信息制造业、汽车工业、建筑业、航空航天工业等支柱产业将是未来材料科学发展的主要舞台。

入学已近一个学期，新生这个称谓也不再恰当，新生课也已经结束。我认为新生课应该是在一定程度上让大一的学生了解自己的专业到底学些什么，做些什么；清楚地认识到该专业的各个专业具体方向应研究些什么，这一点对我们来说是非常重要的。多个专业方向的老师都来给我们上课，讲了很多关于自己研究方向的具体问题，从而让我们建立起自己的喜好以及兴趣，更进一步了解自己将来要研究些什么，从而明确自己的目标。这个目的对于工科专业学生来说应尽量早的在入学后实现。这也许也是未来自己新的人生的开始。