劉倩倩

（長(zhǎng)治學(xué)院，山西長(zhǎng)治 046011）

現(xiàn)階段，材料化工主要用于輕工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)。隨著技術(shù)不斷地提高，其具備的地位和作用也日益顯著起來(lái)。但就目前來(lái)看，其應(yīng)用領(lǐng)域的飽和度依舊不夠，還需要通過(guò)大數(shù)據(jù)的研發(fā)和應(yīng)用系統(tǒng)確立。除此之外，需要有效結(jié)合材料科學(xué)和化工產(chǎn)業(yè)的實(shí)施優(yōu)勢(shì)性，通過(guò)適宜的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行定向的工藝制備，開(kāi)拓其市場(chǎng)應(yīng)用占比。

1 材料化工在材料科學(xué)與工業(yè)中的地位和作用

作為材料、化學(xué)和工程三者交互而來(lái)的學(xué)科，材料化工學(xué)科旨在實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室成果向工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)過(guò)渡，為企業(yè)發(fā)展保駕護(hù)航，提供技術(shù)支撐。同時(shí)，材料化工學(xué)科還可解決新材料研究開(kāi)發(fā)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)新材料工業(yè)化目標(biāo)。在化學(xué)工程的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，材料化工的占比雖然只是一小分支，但卻起到了極高的銜接作用。如圖1學(xué)科學(xué)習(xí)關(guān)系示意圖所示，材料化工以材料作為統(tǒng)向標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合材料化學(xué)和材料工程領(lǐng)域做出協(xié)同劃分[1]。針對(duì)于此，此產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)能夠結(jié)合多個(gè)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行開(kāi)發(fā)制造，使得整個(gè)產(chǎn)業(yè)具備靈動(dòng)性和動(dòng)力導(dǎo)向。其中彰顯的地位和作用，主要分布在以下幾點(diǎn)。

圖1 學(xué)科關(guān)系示意圖

1.1 計(jì)算機(jī)材料輔助設(shè)計(jì)

2018年英國(guó)研究學(xué)家Doraiswamy L 提出了有關(guān)材料化工在輕工業(yè)方面上的具體應(yīng)用。他認(rèn)為材料化工所擁有的功能基礎(chǔ)十分多元，且發(fā)展空間巨大[2]。以多個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家為例，它們依據(jù)材料化工具備的性能多元性將其應(yīng)用在數(shù)據(jù)鏈上，形成計(jì)算機(jī)材料輔助設(shè)計(jì)，從而達(dá)成多個(gè)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。材料化工地位的突變是因?yàn)楹笃诖鎮(zhèn)涞囊?guī)律性，使得在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中極大地縮減了不必要的人力和物力消耗。并且值得一提的是，由于其規(guī)律性能夠被發(fā)掘探尋為完整的模型鏈條，這就導(dǎo)致在一項(xiàng)任務(wù)度發(fā)展完全時(shí)就會(huì)開(kāi)拓出新的分支進(jìn)行突破提升。

1.2 產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)結(jié)合

材料化工從產(chǎn)業(yè)性能上來(lái)看，具備一定的緊密結(jié)合度?，F(xiàn)今，在工業(yè)材料以及設(shè)備的制造操作中對(duì)于所生產(chǎn)產(chǎn)品的考量因素并不唯一，而是期盼能夠通過(guò)各環(huán)節(jié)的定向確立達(dá)成整個(gè)組合過(guò)程的優(yōu)化控制[4]。當(dāng)然，如此實(shí)施的優(yōu)勢(shì)性作用度還是十分明確的，不僅能夠?yàn)橹圃煸O(shè)備產(chǎn)能提供生產(chǎn)嚴(yán)密度，并且對(duì)于總產(chǎn)量生產(chǎn)率的提升也起到了保障作用?，F(xiàn)階段，輕工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)的小批次產(chǎn)品和元件的開(kāi)發(fā)都依托于此項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用，能夠針對(duì)產(chǎn)品的純度提煉和原料粒度監(jiān)測(cè)進(jìn)行明晰的測(cè)量，進(jìn)而保證產(chǎn)品的質(zhì)量，推動(dòng)輕工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

1.3 輕工業(yè)新材料的制備

隨著材料化工概念的出現(xiàn)，逐步打破了傳統(tǒng)概念具備的局限性，能夠全面性地對(duì)輕工業(yè)材料類(lèi)學(xué)科具備的概念進(jìn)行深度詮釋和了解。在傳統(tǒng)概念的界定上，過(guò)多的偏向側(cè)重于材料合成部分以及材料加工部分是獨(dú)立的領(lǐng)域。但科學(xué)技術(shù)和先進(jìn)理念的推進(jìn)打破了這一設(shè)想，要求找到二者的共通處和銜接點(diǎn)，確立新概念的提出。明確實(shí)踐作用的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)操作手段一體化，促進(jìn)生產(chǎn)領(lǐng)域效能。

此外，材料化工的地位確立還體現(xiàn)在關(guān)于新材料的制備上。針對(duì)所實(shí)施領(lǐng)域來(lái)看，需要綜合性的權(quán)衡多項(xiàng)客觀條件指數(shù)的平衡。滿(mǎn)足客觀條件架設(shè)的基礎(chǔ)上，對(duì)生產(chǎn)制備進(jìn)一步的推進(jìn)。但是在此過(guò)程中，無(wú)論使用哪種方法，都要保證工業(yè)材料自身具備的穩(wěn)定性和統(tǒng)一性。特別是檢測(cè)樣品規(guī)格達(dá)到完全后，投入產(chǎn)業(yè)化的批量實(shí)施手段更要確立完全[3]。目前，輕工業(yè)新材料的制備前景雖然十分可觀，但由于工藝設(shè)計(jì)的人才稀缺或是實(shí)施手段不達(dá)標(biāo)等方面，都加重了其存?zhèn)涞淖璧K性。當(dāng)然，此點(diǎn)的實(shí)施不僅依托于時(shí)間的遞進(jìn)，對(duì)于相關(guān)部門(mén)的資金鏈投放和政策支持也同樣密不可分。

1.4 推動(dòng)微觀層面向宏觀層面過(guò)渡

從化學(xué)工程學(xué)科的本質(zhì)來(lái)看，主要研究分子和原子交換領(lǐng)域，從化學(xué)工程師角度看，是立足于對(duì)分子世界的了解和自身嫻熟的技能，圓滿(mǎn)地完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)、過(guò)程設(shè)計(jì)、控制和優(yōu)化，從材料科學(xué)家的角度來(lái)看，則是研究材料的微觀結(jié)構(gòu)、材料性能和表面等?；瘜W(xué)工程師在摸索原子和分子具備相關(guān)關(guān)系的基礎(chǔ)上，即可研究相關(guān)的化學(xué)和物理變化，并利用有效的理論和方法，預(yù)測(cè)化學(xué)動(dòng)力學(xué)后，即可構(gòu)建綜合模型，完成過(guò)程的設(shè)計(jì)、控制、評(píng)價(jià)工作。例如：粉體材料在發(fā)展階段，表面的改性工作，實(shí)質(zhì)上就是微觀層面向宏觀層面過(guò)渡、材料科學(xué)成果向產(chǎn)品實(shí)例轉(zhuǎn)變的表現(xiàn)。

1.5 達(dá)成過(guò)程控制目標(biāo)

在過(guò)程控制方面，第一，可利用材料化工中計(jì)算方法的優(yōu)勢(shì)，將更多的、可供選擇的方案納入考慮范圍內(nèi)，并從現(xiàn)行技術(shù)實(shí)際出發(fā)，選擇最佳的、最為契合的方案。第二，可應(yīng)用模擬優(yōu)化在線(xiàn)控制方式，更安全、更高效、更可靠地進(jìn)行操作。第三，應(yīng)用傳感器，可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)況進(jìn)行檢測(cè)、分析和記錄，嚴(yán)格控制過(guò)程，契合材料制備要求。

1.6 材料、器件生產(chǎn)活動(dòng)得以系統(tǒng)優(yōu)化

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，材料和器件的生產(chǎn)活動(dòng)，實(shí)質(zhì)上是化學(xué)和非化學(xué)反應(yīng)的組合。因此，為達(dá)成相關(guān)主體要求，材料和器件的生產(chǎn)單位應(yīng)著重考慮如何將化學(xué)和非化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化組合，一般來(lái)說(shuō)，該項(xiàng)工作目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需要依賴(lài)化學(xué)工程師來(lái)完成?；瘜W(xué)工程師通過(guò)發(fā)明新單元，優(yōu)化組合，同時(shí)，還會(huì)利用化工系統(tǒng)工程，立足于產(chǎn)品、質(zhì)量、能耗和成本等角度，構(gòu)建評(píng)估活動(dòng)，使材料和器件更具競(jìng)爭(zhēng)力。在未來(lái)階段，隨著開(kāi)發(fā)能力的提升，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)程會(huì)顯著加快，對(duì)稀缺資源的應(yīng)用能力也會(huì)大為提升，生產(chǎn)活動(dòng)將會(huì)更加安全、環(huán)保。

2 材料化工在材料科學(xué)與工業(yè)中的應(yīng)用研究

2.1 建立高效的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)

現(xiàn)今所設(shè)計(jì)的化工材料種類(lèi)十分繁雜。由于其具備功能的多元性，投放在市場(chǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用比重也較大。因此，此產(chǎn)業(yè)在同類(lèi)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)洪流十分激烈。要想在此過(guò)程中穩(wěn)定所處地位，就要時(shí)刻汲取先進(jìn)的思想理念和科學(xué)技術(shù)。突破傳統(tǒng)模式應(yīng)用帶來(lái)的阻礙，能夠大規(guī)模實(shí)施并應(yīng)用，做到真正意義的突破實(shí)驗(yàn)階層，步入生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)階層。我國(guó)針對(duì)于此，確立多個(gè)材料工程研發(fā)中心，逐步加大對(duì)于材料工程和化工產(chǎn)業(yè)的雙向?qū)嵤?，形成系統(tǒng)性可操控可發(fā)展的工程研究機(jī)制[5]。

2.2 加強(qiáng)工程化的基礎(chǔ)研究

就圖2材料工程中的分子模擬流程度來(lái)看，其走向趨勢(shì)是十分具備邏輯性的。以粒子運(yùn)作位置為先決條件開(kāi)始，進(jìn)而通過(guò)多環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)所需物理量的累積。此過(guò)程中所涉及的微分應(yīng)用和控制手段對(duì)于整體化工工程的開(kāi)展都具備積極意義，特別是界面化工和材料工程的分類(lèi)研究。如果能夠?qū)⑵涮卣鲄^(qū)分，做出產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，實(shí)施范圍便不再設(shè)有局限性，而是能達(dá)成產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)業(yè)之間的互通。具象的來(lái)說(shuō)，選定材料后通過(guò)科學(xué)取值做出試點(diǎn)衡量，如若數(shù)值完全便可利用界面化工的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行區(qū)域類(lèi)定點(diǎn)投放。同時(shí)，帶動(dòng)上述所涉及產(chǎn)業(yè)的人力多向發(fā)展。綜合來(lái)看，要想在日后材料科學(xué)與工業(yè)的具體研究加強(qiáng)材料化工的作用，就要將其優(yōu)勢(shì)進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性的計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制。

圖2 分子模擬的主要流程圖

2.3 建立材料化工示范工廠

縱觀材料化工應(yīng)用形勢(shì)來(lái)看，雖然仍舊處于新興未飽和的階段，但發(fā)展前景還是十分可觀。要想將愿景布設(shè)成為現(xiàn)實(shí)，就需要在實(shí)施手段中落實(shí)基礎(chǔ)建設(shè)要點(diǎn)，將其充沛飽和。具體實(shí)施著力點(diǎn)可以偏向于重產(chǎn)業(yè)體系的大規(guī)模確立或是輕工業(yè)新材料的制備。通過(guò)對(duì)于實(shí)檢樣品的確立，從而對(duì)涉及材料進(jìn)行大批次的訂購(gòu)[5]。在此過(guò)程中需要明確的是僅僅依托樣品質(zhì)檢完全是不夠的，還需要同期引入專(zhuān)業(yè)人才，對(duì)其操作流程進(jìn)行嚴(yán)密的控制。以?xún)?yōu)質(zhì)人員分布為準(zhǔn)，建立具有行業(yè)導(dǎo)向力和引導(dǎo)力的材料化工示范工廠。一方面為材料科學(xué)產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用做基礎(chǔ)，一方面開(kāi)拓關(guān)于此新興產(chǎn)業(yè)的系統(tǒng)制備化體制。確?？陀^條件均可滿(mǎn)足的情況下，投以大批次應(yīng)用。

3 結(jié)語(yǔ)

社會(huì)的不斷發(fā)展為各行各業(yè)帶來(lái)了眾多可發(fā)展的契機(jī)。尤其是材料化工一類(lèi)，作為初期發(fā)展階段就能夠在材料科學(xué)與產(chǎn)業(yè)中具備這樣的地位和作用，那么未來(lái)的發(fā)展前景想必也十分可觀。辯證客觀地來(lái)看，目前針對(duì)材料化工技術(shù)仍舊停留在實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模的實(shí)踐中，對(duì)于技術(shù)的開(kāi)拓和提升具備狹隘性。但相信隨著相關(guān)技術(shù)的更進(jìn)以及優(yōu)質(zhì)試點(diǎn)工廠的確立，未來(lái)不論此項(xiàng)產(chǎn)業(yè)如何推進(jìn)轉(zhuǎn)型，都會(huì)爆發(fā)出巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。