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材料化学工程的应用与发展趋势

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一、引言

我们的生活中到处都是材料,除去传统工艺技术的革新与设备的革新之外,日常生活质量的提升也离不开材料的进步与发展。在当今世界的高新科技领域,材料的研发与更新往往会带来巨大的发展,甚至是革命性的进步,而处于研究前沿的技术与材料合成途径也备受学术界、工业领域的广泛关注。目前,材料化学工程所涉及的新型材料主要包括有纳米材料、先进陶瓷材料以及功能薄膜材料等多个方面。

二、材料化学工程的应用分析

(一)纳米材料

纳米是一个很小的度量单位,所谓纳米材料实际上就是材料的微粒达到了该度量单位的范畴内时,其物理性质与化学性质都会出现显著变化的情况,在大量科学领域当中,纳米材料的开发与利用一直是行业竞争的关键点,也是发展过程中必须控制的部分之一。从性能角度上来看,纳米材料独特优良的性能一直备受科学界的广泛关注,其主要体现在小尺寸效应以及表面效应等方面。在应用当中,许多厂商将其作为红外高效率光热材料或者光电转换材料,一些红外敏感元器件身上也能够看到纳米材料的身影。由于良好的力学特性以及不错的延展性,纳米材料也适合用来作为低成本的产品研发,替代过去高昂的贵金属。从应用的功能角度上来看,目前国内应用最为广泛的包括有催化材料、磁性材料以及光学材料三个主要方面。其中催化与生物材料与人们的生产生活关系十分密切,比如说汽车在使用时难免会出现不完全燃烧的情况,从而出现大量的一氧化碳与二氧化氮气体,污染大气给人们带来安全隐患。在采用纳米催化材料时,可以通过光催化的方式将其污染物转化为其他的物质,确保降低能耗的同时也降低了污染。常见的纳米催化材料包括有氧化钛等。纳米生物材料多被用于器官移植,能够降低排异反应所带来的负担,比如说人造骨就采用了纳米颗粒进行制作。

(二)先进陶瓷材料

所谓先进陶瓷材料,实际上就是高性能陶瓷,这些材料具有光电热等性能方面的独特功能,在不同的化学结构条件下可以表现出不同的功能特征,常见的就是氧化物、氮化物以及碳化物陶瓷类型。根据实际功能进行分类,可以划分为以下两种主要类型:1.结构陶瓷结构陶瓷实际上就是指那些具有较强机械、化学性能的陶瓷,这些陶瓷在一定情况下可能会比合金聚合物的机械性能更为强大。从客观上来看,结构陶瓷可以将多种机械性能集中在一起,比如说高硬度、高耐磨性以及高耐腐蚀性等等,而这些内容显然是一般合金所不具备的条件。另外,结构陶瓷多被用于航空航天等重要领域。根据性质品类的区别,其同样存在高强度、耐磨损以及可以代替金属制作模具氧化锆的特点,能够有效加强氧化锆材料的稳定性,所以也是一种不错的防火材料。2.生物陶瓷从功能上来看,生物陶瓷与纳米生物材料的功能十分类似,都被用于人体硬组织的修复与替代,由于其本身与人体具有不错的亲和属性,所以也可以降低排异的发生几率。值得注意的是,生物陶瓷与骨组织的化学组成十分类似,而植入后可以随着陶瓷来逐渐降解,从而形成新的骨骼,这也是目前医学上应用该材料十分广泛的重要原因之一。

(三)新型薄膜材料

在当前社会发展阶段中,薄膜材料的应用也变得越来越广泛。由于薄膜材料本身具有空间小、表面积大以及性能优越的特点,所以日常生活中应用十分广泛。在生活中我们都见过光盘,其实际上就是一种磁性薄膜材料,该材料在刻录机磁头上也覆盖了类似的材料,其厚度较小,所以与电子设备的结合较为紧密,所以也被应用于一些精密制造行业当中。从结构类型上来看,金属氧化物烧结而成的薄膜多层介质是一种光学薄膜材料,其包括有反射膜、分光膜、滤光膜等多种类型。目前市场上一些眼镜镜片都采用了防紫外线的处理,不过由于成本过高,其实现全面覆盖依然存在一定的难度。

三、材料化学发展展望

材料化学作为目前我国重点发展的学科类型,其不但直接决定了工业现代化的发展水平,同样也在军工、金属冶炼以及宇宙航空等多个特殊行业中具有重要的作用。一些超高温与真空条件下材料的性质也会发生一定程度的变化,这也是目前材料化学工程学科研究的重点之一。尽管近些年来我国材料化学的发展水平取得了突破性的进展,但是由于基础研究相对薄弱,发展时间短等问题,一些高新技术领域依然与西方国家存在一定的差距,所以我们也需要继续寻找更为合适的材料合成方法与研发途径,切实提升材料的综合性能,以此来满足工业现代化多样化的需求。目前有一种材料正处于快速研发阶段,该材料就是复合型材料,其具有高强度、高纤维以及金属复合特征,而陶瓷复合材料以及碳碳基复合材料也是目前行业研发的重点之一。复合型材料的综合性能显著高于单体材料,具有更强的应用效果与应用广泛性,所以也是未来材料化学工程研发的关键点。

总结

综上所述,材料化学属于综合性学科,其同样也是与人们的生产生活紧密结合的学科。随着科学技术的不断发展,当前材料化学工程也不再具有神秘的特征,相反,其研究的领域与技术实践也越来越靠近生活,这也是最让我着迷和感兴趣的原因之一。本文重点结合材料化学工程的应用现状和发展前景进行了介绍,希望可以为普及材料化学工程相关知识提供良好的基础。

参考文献:

[1]李晓娜.材料化学工程的应用及发展趋势研究[J].云南化工,2018,45(03):5-6.

[2]杨润龙.材料化学工程的应用及发展趋势[J].化工管理,2018(01):95-96.[3]张帅.材料化学工程的应用及发展趋势研究[J].山东工业技术,2017(06):28.

作者:宋咏蒲 单位:商丘市第一高级中学

电子元件与材料杂志责任编辑:张雨    阅读:人次