盧相艷

身份證號(hào)：150430198904220786

淺析材料化學(xué)工程的應(yīng)用及發(fā)展

盧相艷

身份證號(hào)：150430198904220786

由于現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域?qū)Σ牧系男枨罅吭絹?lái)越大，對(duì)其性能的要求也越來(lái)越高，材料化學(xué)工程的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，材料的研究前沿和發(fā)展成為眾多從業(yè)者研究的對(duì)象，本文將對(duì)材料化學(xué)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)單探討。

材料化學(xué)；發(fā)展；應(yīng)用；趨勢(shì)

1.材料化學(xué)工程的應(yīng)用

材料是人類(lèi)發(fā)展的鋪路石，從古至今材料伴隨著人類(lèi)的發(fā)展而發(fā)展，工業(yè)、軍事、航空航天、生物、能源等都與材料密不可分，不光在我們的生活中，在當(dāng)今世界的許多高科技領(lǐng)域，材料的品質(zhì)和發(fā)展得到了極大的重視和進(jìn)步，其中處于當(dāng)前研究前沿并收到科學(xué)界、工業(yè)界廣泛關(guān)注的，材料化學(xué)工程應(yīng)用主要有納米材料、先進(jìn)陶瓷材料、功能薄膜材料等等。

1.1 先進(jìn)陶瓷材料的應(yīng)用

先進(jìn)陶瓷材料又叫精細(xì)陶瓷或高性能陶瓷，是具有電、聲、光、磁、熱和力學(xué)等多種功能的新型材料，它由許多不同化學(xué)構(gòu)成的是有那個(gè)功能的陶瓷組成，較為常見(jiàn)的有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷等等。但是我們常常會(huì)將先進(jìn)陶瓷按其使用性能分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩大類(lèi)。

1.1.1 結(jié)構(gòu)陶瓷。結(jié)構(gòu)陶瓷是一類(lèi)非常先進(jìn)的陶瓷，它具有強(qiáng)勁的機(jī)械、熱、化學(xué)等效能，甚至?xí)仍S多合金與聚合物還要優(yōu)異，結(jié)構(gòu)陶瓷可以將高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫高壓、耐磨損、抗腐蝕等眾多優(yōu)異性能集于一身，這是合金與聚合物做不到的。結(jié)構(gòu)陶瓷主要在軍事、航天、機(jī)械領(lǐng)域有著重要的作用。當(dāng)然，處于不同的領(lǐng)域，陶瓷材料的性質(zhì)品類(lèi)也會(huì)有所不同，有高強(qiáng)度、耐磨損，可以制作軸承、燃燒室的氮化硅陶瓷材料；有高強(qiáng)度、高韌性，可以制作代替金屬制作模具的氧化鋯材料，且加韌的氧化鋯材料可以制成不會(huì)生銹，也不會(huì)導(dǎo)電的新型剪刀，可以放心剪帶點(diǎn)的電線。

1.1.2 生物陶瓷。生物陶瓷和納米生物材料有著相似的作用，生物陶瓷目前主要用于人體硬組織的修復(fù)，它在人體中具有極佳的親和性，因?yàn)樯锾沾珊凸墙M織的化學(xué)組成比較接近，將其成功植入后隨著陶瓷的降解，新骨長(zhǎng)成，所以這是今后醫(yī)學(xué)上硬組織修復(fù)上的上乘之選。

1.2 納米材料的應(yīng)用

納米是一個(gè)極小的度量單位，一納米等于十的負(fù)九次方米，所以納米級(jí)的材料由于它是由極小的微粒組成，因而具有許多其他材料所不具備的性質(zhì)，因此在大量科學(xué)領(lǐng)域中納米材料的開(kāi)發(fā)和使用成為其領(lǐng)域發(fā)展和進(jìn)步的重中之重。

而納米材料則由于其優(yōu)良的特性成為科學(xué)界青睞的對(duì)象，其特性主要表現(xiàn)在表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)。鑒于其作為納米顆粒的優(yōu)越性，可以取適當(dāng)?shù)牟牧献鳛楦咝实墓鉄?、光電轉(zhuǎn)換材料，可應(yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等。且其特殊力學(xué)效應(yīng)在于良好的韌性和延展性，它這新奇的力學(xué)性質(zhì)使之應(yīng)用前景十分寬廣。

許多領(lǐng)域都在應(yīng)用不同功能的納米材料，但是現(xiàn)在用得最多的有納米磁性材料、納米催化材料、納米生物材料和納米光學(xué)材料等。其中納米催化材料和納米生物材料又是與人類(lèi)日常生活聯(lián)系得最為緊密的：汽車(chē)前進(jìn)過(guò)程中因?yàn)槠偷牟煌耆紵?，排氣管排出的尾氣中含有大量的一氧化碳、二氧化氮等有毒有害氣體，危害人類(lèi)健康，破壞我們賴(lài)以生存的環(huán)境。這個(gè)時(shí)候，納米催化材料應(yīng)運(yùn)而生，而且通常情況下用于除去尾氣廢氣的催化劑都是光催化材料，所以就能夠達(dá)到耗能少，無(wú)污染的目的。常見(jiàn)的納米催化材料有納米鐵，鎳與r四氧化三鐵混合燒結(jié)體，納米氧化鈦等。納米生物材料主要運(yùn)用于器官移植，擁有巨大的商業(yè)前景，同時(shí)也為人類(lèi)謀求了巨大的福利，例如作為“人造骨”的羥基磷灰石納米顆粒等。

1.3 新型薄膜材料的應(yīng)用

薄膜材料在當(dāng)今社會(huì)中扮演了一個(gè)非常重要的角色，因?yàn)樵摬牧险加每臻g少，表面積大，質(zhì)量輕，性能優(yōu)異，在我們?nèi)粘Ｉ钪械玫搅藦V泛的應(yīng)用。

現(xiàn)在在生活中我們常會(huì)用到光盤(pán)，還有多年以前家用VCD使用的影碟，都使用到了薄膜材料——磁性薄膜，而在刻錄機(jī)上的磁頭上面也會(huì)覆蓋上磁性薄膜。磁性薄膜是指厚度等于或小于微米級(jí)的磁性材料，它主要運(yùn)用與電子設(shè)備中，作為其中的重要組成部分。

由金屬氧化物等燒結(jié)的薄膜多層介質(zhì)組成的光學(xué)薄膜材料即為光學(xué)薄膜材料，而它又可以分為光學(xué)反射膜、光學(xué)增迭膜、光學(xué)分光膜、光學(xué)濾光膜等。現(xiàn)在的眼鏡市場(chǎng)上有許多可以防紫外線的鏡片，如果沒(méi)有欺騙消費(fèi)者的成分在里面的話，那就很可能在鏡片上覆蓋了一層或多層光學(xué)濾光膜，但這樣會(huì)導(dǎo)致成本加大，所以市場(chǎng)上的鏡片大都不是真品。

金剛石薄膜可以明確地說(shuō)，是一種異常堅(jiān)硬的薄膜。手術(shù)刀上若是由金剛石薄膜制成的話，它會(huì)比普通手術(shù)刀更加鋒利，在厚度上更加薄，卻是更加堅(jiān)韌。同時(shí)金剛石薄膜具有的高熱率和高電阻率，使其在電學(xué)和信息技術(shù)中也有很大的作用。甚至，它還具有超優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì)，所以不得不說(shuō)金剛石薄膜是一種全能型薄膜。

2.材料化學(xué)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

材料是一個(gè)國(guó)家發(fā)展的重要載體之一，目前世界各國(guó)都在加緊研究各種領(lǐng)域功能的材料，因?yàn)楝F(xiàn)代工業(yè)，特別是宇航、軍工以及金屬冶煉方面對(duì)材料的要求越來(lái)越苛刻，在超高溫、搞真空條件下依然能夠正常使用的材料成為研究的重點(diǎn)，還有能在超低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)等條件下性質(zhì)不變的材料也是未來(lái)大力研究的方向。雖然現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了不少耐高溫、抗高壓的新型材料，例如氧化鋯陶瓷材料，但是現(xiàn)在這類(lèi)材料已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的要求。人類(lèi)的追求是永無(wú)止境的，我們重點(diǎn)關(guān)注納米材料和先進(jìn)陶瓷材料，因?yàn)檫@類(lèi)材料在軍工和航天事業(yè)上的應(yīng)用非常廣泛。

還有一種材料在未來(lái)將起到非常重要的作用——復(fù)合材料。樹(shù)脂基高強(qiáng)度、高模量纖維材料，金屬基復(fù)合材料，陶瓷基復(fù)合材料，碳碳基復(fù)合材料，這類(lèi)復(fù)合材料的性能大都強(qiáng)于單體材料，它們將來(lái)將會(huì)參與到各類(lèi)科學(xué)研究中去。

結(jié)束語(yǔ)：

回顧材料化學(xué)工程這幾十年的飛速發(fā)展，給人類(lèi)帶來(lái)了許多福音，相信在未來(lái)材料化學(xué)工程定會(huì)帶給我們更多的驚喜和福祉。

[1]朱裕貞，顧達(dá)，黑恩成.現(xiàn)代基礎(chǔ)化學(xué).北京，化學(xué)工業(yè)出版社.2004云南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2002.S1期

[2]全宏聲.防彈沖擊的透明裝甲陶瓷.材料工程.2001，(07) 楊亦權(quán);

[3]楊華明，宋曉嵐，金勝明.新型無(wú)機(jī)材料.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004