材料科學的內涵及研究方法

謝曜陽

材料科學的內涵及研究方法

謝曜陽

對于社會經濟來說材料的發展是證明時代進步的重要標志，材料和人類發展之間有著密切的關系，人類的進步帶動了材料的發展，材料科學技術水平的提高也推動了人類社會的進步。隨著近幾年來經濟發展增速，材料的作用在工業生產以及科技研發中也變得更加重要，對此有必要進行更深一步的研究，充分發揮其行業價值。本文對于材料科學進行了一系列深入研究，闡述了材料科學的基本研究方法，并對其根本內涵做了重點分析。希望可以為相關工作者提供一些有利的參考意見。

材料驗證了整個人類社會的發展歷程，任何一種材料的發現和使用對于人類來說都是一項巨大的工業改革。可以說，材料科學的進步在很大程度上影響著社會的發展和人來的進步。在材料科學中自然科學的各種研究方法起到了關鍵作用，人類要想獲得更好的發展和進步，掌握材料科學的研究方法和內涵具有重要的現實意義。本文以此為切入點做了深入分析，目的是希望可以促進材料科學實現更好的進步，從而創造出更重要的價值。

材料科學的基本研究方法

對對于材料科學研究方面涉及到的方法有很多，主要內容如下

歸納法。歸納法指的是搜集大量的相關數據并將其綜合到一起進行分析核研究，然后概括出原理。如門捷列夫在對63中元素的性質利原子員之間的關系的研究時就運用了歸納法，進而機括了化學元素周期律。這種方法通常多用于科學發現中，研究結果真實可靠，但是推理過程具有一定的局限性。

演繹法。演繹法指的是通過一般原理來推論結果。通常多用于科學預見中，一般是提出科學假說的時候需要用到。最著名的演繹假說法就是孟德爾的雜交實驗。除此之外，基因與染色體的關系的探究歷程,此方法也得到了有效的運用。

分析法與綜合法。分析法和綜合法二者一般都是綜合到一起應用，將其結合到一起可以在很大程度上實現科學技術的創新，極具應用價值。

類比法和移植法。類比法和移植法較為相似，指的是將某兩種領域的技術和方法相互對調使用。最典型的例子就是在飛機領域應用螺旋槳技術，在醫學領域應用拉鏈技術等。

數學方法。數學方法的主要作用就是探討研究對象變化規律的同時表述系統結構領域行為，在科技研發中經常用到，在材料科學研究中發揮著重要作用。例如意大利科學家就是利用數學方法進行研究計算發現了新行星——谷神星。

原型啟發法與仿生法。原型啟發法和仿生法比較相似，指的是通過觀察動物、植物以及自然現象之后受到某種啟發并以此來進行科學研究。例如美國佛羅里達州立大學工程師Rick：Lind通過觀察海鷗的飛翔特性從而受到啟發，發明了一種功能極其強悍的遠程遙控偵察機。例如日本相關科研部門都過觀察貓頭鷹的羽毛和翠鳥的喙受到了啟發，從而發明了新干線子彈頭列車，不僅速度快，且噪音極小。

黑箱法、相關法、環境法、過程法這四種方法主要作用基本相同，絕大多數時候是用來研究材料結構與性能之間的關系。具體如下：

（1）黑箱法：黑箱法比較特別，通常是在無法知道研究對象本質機理的時候對材料的結構和性能進行分析的情況下使用，屬于一種物理研究法。在化纖生產中，各個生產環節是非常緊密的，每個細節上的錯誤都會影響產品，所以運用黑箱法進行問題的分析上是十分有效的。

（2）過程法和相關法：過程法和相關法也可以叫做分析法，主要的作用是對材料的本質進行研究，二者之間相輔相成，相互促進，缺一不可。

（3）環境法：通過對周圍環境因素的研究來分析材料的結構和相關性能變化。在航空智能數據庫系統中環境子庫的研究—有機玻璃與鋁合金材料的環境疲勞試驗及環境子庫的開發的實驗研究中，就運用環境法，了解環境因數對飛機材料和其結構性能的影響。

材料科學研究內涵

材料科學有著豐富的內涵，這其中不僅有傳統材料，還包括了一些性能特殊的高科技材料，這種內涵在很大程度上影響著人類社會的發展。具體表現在以下幾個方面：

材料科學的發展影響著社會進步。上世紀六十年代，我國材料工程技術開始迅速發展，材料種類在不斷豐富的同時在結構性能方面也得到了很大的進步。這些新材料的出現無疑推動了社會經濟發展，為工業生產提供了良好的物質基礎，很多高新技術產品都是建立在新材料技術之上的。直到目前為止，材料工程技術水平已經逐漸成為了衡量一個國家科技能力的重要指標，甚至已經在影響著整個社會的經濟發展，對此有必要繼續加大研究力度。新型材料的出現使人們的各種需求得到不同程度的滿足，運用各種的技術，方法來完成人們的不同欲求。新材料出現在人們生活的各種細節之中，重要性也在逐步提高，廣泛的運用在航天航空，醫學，環境保護，工程，機械等等。比如以結構輕巧出奇于世的里爾芳2100號，一架八座的商用飛機就是全部采用碳纖維復合材料制成的。

材料科學發展和其他學科之間有著密切關系。材料科學具有一定的專業性和實用性，通常情況下材料研究都是有著明確目的和適當基礎的，由于價值不同因此在實際生產中體現的作用也就存在一定差異，但是無論哪一種材料的誕生都勢必會對社會發展產生一定的輻射作用。隨著材料的應用范圍逐漸拓寬，各個行業都有了滲透，這也在一定程度上促進了材料科學和其他學科之間的密切聯，并為這些行業的發展奠定了良好的基礎，提供了有利的支持，同時也在另一種角度上實現了學科之間的交叉發展。例如，近代科學技術發展出現的復合材料就很好地體現了這一觀點。英國新研制的“喬巴姆”新型坦克的裝甲是由兩層十分特殊的鋼板組成的，中間安裝的玻璃纖維，超硬陶瓷和樹脂材料，極大地提高了戰斗能力。

綜上所述，隨著社會經濟的快速發展，材料所發揮的重要也將越加重要，對此相關部門還是要加大研究力度，總結實踐經驗，選擇合適的研究方法滿足社會發展實際所需，最大限度的發揮其社會價值。總之，材料科學的發展不是一朝一夕就能實現的，這是一個漫長的過程，相信隨著在未來的日子里材料科學的發展還會為人類進步做出更大的貢獻。

廣益實驗中學）