材料科學(xué)與工程的新時(shí)代

劉亦晴

摘 要：新常態(tài)的背景下，材料是人類文明和社會進(jìn)步、科學(xué)技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，與此同時(shí)，也是對應(yīng)的技術(shù)性先導(dǎo)。材料、能源和環(huán)境之間存在著密切的關(guān)系，可以將材料結(jié)構(gòu)與組成、性質(zhì)、使用性能之間本質(zhì)呈現(xiàn)到大家的視野當(dāng)中。另外，材料科學(xué)與工程四個(gè)要素之間密切關(guān)聯(lián)，展現(xiàn)了材料科學(xué)與工程核心要素的所在。在性能與使用性能的基礎(chǔ)上，衍生出材料的選擇與材料的優(yōu)化。最終，將材料的衍生問題，加入到資源與環(huán)境當(dāng)中進(jìn)行思考。在體現(xiàn)材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性的同時(shí)，也賦予了材料科學(xué)與工程更為多樣化的有效內(nèi)涵。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué);工程;新時(shí)代

一、材料科學(xué)與工程的“四要素”

從材料科學(xué)與工程的內(nèi)涵上看，（1）成分與結(jié)構(gòu)。此要素對材料性質(zhì)和使用性能構(gòu)建了新型的原子類型與排列方式。換句話說，就是材料的化學(xué)組成還有其所占據(jù)的比例大小。材料的原則或者是例子在不同的尺度上，進(jìn)行有序的排列。例如：宏觀或者是微觀的組織結(jié)構(gòu)。（2）制備（合成）與加工。此要素主要是獲取原子特定的排列方式或者是排列過程。使用一定的手法，對其的原子、分子等內(nèi)容進(jìn)行重新排列。制備（合成）是把原子和分子組合到一起之后，制造出來的新型材料，此種方法可以是物理性質(zhì)的也可以是化學(xué)性質(zhì)的。加工是把成型的材料，進(jìn)行大尺度的改變與優(yōu)化。需要先合成制備，形成有用的產(chǎn)品，或者是轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫男阅躘1]。（3）性質(zhì)（性能），是屬于材料固有的性能，主要是原子或者是排列結(jié)構(gòu)共同組成的，展現(xiàn)了本身的價(jià)值性與應(yīng)用性。例如，金屬材料具有剛性、強(qiáng)度和硬度等。（4）使用性能，需要在經(jīng)濟(jì)、社會成本和收益的多種角度上進(jìn)行思考，把材料特定性能與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程各行應(yīng)用能力、人們的需求等有機(jī)的結(jié)合起來，具有一定的區(qū)別性，同時(shí)也展現(xiàn)了一定的緊密性。

二、材料科學(xué)與工程的“兩個(gè)全過程”

材料科學(xué)與工程的“全過程”的經(jīng)歷是從認(rèn)識開始——實(shí)踐——再認(rèn)識——再實(shí)踐，這樣反復(fù)的驗(yàn)證當(dāng)中，進(jìn)行獲取有效的真理。材料科學(xué)與工程是認(rèn)識世界的一個(gè)過程，也是技術(shù)性循環(huán)往復(fù)的一個(gè)過程。材料科學(xué)與工程的“兩個(gè)全過程”可以分為兩個(gè)部分，一個(gè)部分是材料研制的全過程。另外一個(gè)部分是材料應(yīng)用研究的全過程。材料科學(xué)與工程的“兩個(gè)全過程”從內(nèi)涵上看，直接導(dǎo)向技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)理論，展現(xiàn)了不同材料的應(yīng)用基礎(chǔ)理論。例如：超高強(qiáng)度的鋼應(yīng)用基礎(chǔ)理論可以變?yōu)榈葟?qiáng)韌化機(jī)理。凡是導(dǎo)向材料，固有性能的提升理論，屬于材料研制全過程。可以導(dǎo)向服役性能的提升，就屬于材料應(yīng)用研究將的全過程。

從材料科學(xué)與工程的“兩個(gè)全過程”的關(guān)系上看，屬于密不可分的孿生體。例如：一架飛機(jī)起落架使用的是超高強(qiáng)度的鐵進(jìn)行制造的。在沒有進(jìn)行應(yīng)用研究的前提下，疲勞強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力腐蝕應(yīng)力出現(xiàn)了集中敏感的狀況。接著，25年 期間進(jìn)行多次試驗(yàn)，都沒有達(dá)到3000FH的設(shè)計(jì)壽命要求。并且，服役壽命也在飛行的范圍內(nèi)。后來，經(jīng)過應(yīng)用研究300M的鋼制造，疲勞壽命一躍達(dá)到了5000FH，此種情況下，也沒有出現(xiàn)失效的狀況。增載30%之后，在進(jìn)行試驗(yàn)，這樣可以達(dá)到6000FH的疲勞壽命還沒有出現(xiàn)失效的狀況。

三、材料科學(xué)與工程的新時(shí)代

（一）材料科學(xué)與工程新時(shí)代的轉(zhuǎn)變

材料科學(xué)與工程四個(gè)要素進(jìn)入了一個(gè)全新的創(chuàng)新發(fā)展時(shí)代。將材料科學(xué)與工程融為一體，以此來獲取精確的材料。其中，還包含了服役行為的主要內(nèi)容?；蛟O(shè)計(jì)的典型代表中，新型超高輕度不銹鋼S53依然還初一一個(gè)疲勞強(qiáng)度應(yīng)力集中敏感的狀態(tài)[2]。因此，材料科學(xué)與工程的“兩個(gè)全過程”正在引領(lǐng)材料進(jìn)入一個(gè)全新的創(chuàng)新時(shí)代，同時(shí)預(yù)示著可以在極限固有性能與極限服役性能的可靠性上，奠定研究材料的目的，在應(yīng)用的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌睦砟钆c準(zhǔn)則、里程碑。

（二）材料強(qiáng)國的主要標(biāo)志和升級面臨的挑戰(zhàn)

第一，材料科學(xué)與工程的“兩個(gè)全過程”研究與極限固有性能，極限服役性材料。第二，保證關(guān)鍵構(gòu)件與元器件的需求材料體系。第三，需要在領(lǐng)先材料規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)上，實(shí)施品牌市場戰(zhàn)略。第四，需要在關(guān)鍵構(gòu)件或者是元器件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行有效的應(yīng)用。第五，在先進(jìn)理論的基礎(chǔ)上，構(gòu)建自主創(chuàng)新品牌。但是在發(fā)展的過程中，缺少科學(xué)的管理理念，基礎(chǔ)相對比較落后，產(chǎn)業(yè)相對落后，缺少創(chuàng)新性的核心技術(shù)。材料純凈化是材料強(qiáng)國的核心，需要不斷的聚焦或者是提高純凈化度，然后發(fā)展先進(jìn)的熔煉技術(shù)，構(gòu)建國際化的材料發(fā)展。

（三）創(chuàng)新中國特色新材料產(chǎn)業(yè)

創(chuàng)新中國特色材料產(chǎn)業(yè)與業(yè)態(tài)的時(shí)候，創(chuàng)新需要在產(chǎn)業(yè)技術(shù)鏈的基礎(chǔ)上，傳遞有效的實(shí)施機(jī)制。不僅包含了技術(shù)理論，同時(shí)也包含了對一個(gè)的方法與技術(shù)創(chuàng)新體系。需要在專業(yè)化的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)，形成科學(xué)的發(fā)展規(guī)律，形成技術(shù)性的創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，完成技術(shù)性的流程傳遞。產(chǎn)業(yè)技術(shù)鏈與傳遞機(jī)制，需要在高校的應(yīng)用當(dāng)中，完成對一個(gè)的驗(yàn)證，提高企業(yè)的技術(shù)性，完成生產(chǎn)與服役性的反饋。以長壽命，高可靠性為基礎(chǔ)，成就中國特色材料產(chǎn)業(yè)[3]。

總結(jié)

在上萬年的歷史發(fā)展過程中，材料的發(fā)展與進(jìn)步，為人類文明的延伸，做出了巨大的貢獻(xiàn)，并一躍成為了重要的見證者與推動(dòng)力。材料科學(xué)與工程展現(xiàn)了應(yīng)用科學(xué)的屬性，在中華民族的偉大復(fù)興當(dāng)中，引領(lǐng)著我國走向材料強(qiáng)國。其中，材料科學(xué)與工程包括四個(gè)要素包含了以下四個(gè)部分，成分與結(jié)構(gòu)、制備與加工、性能以及使用性能。這四個(gè)要素之間，同等重要，沒有高低之分。需要在材料科學(xué)與工程的“兩個(gè)全過程”當(dāng)中，構(gòu)建材料體系與中國產(chǎn)業(yè)，獲取極限固有性能與極限服役性可靠材料，成就材料強(qiáng)國。

參考文獻(xiàn)

[1]《神奇的材料世界》在線學(xué)分認(rèn)證模式的教改探討[J].楊江，劉偉，何杰軍，朱阮利，龍瓊.? 廣州化工. 2018（17）

[2]形狀記憶智能復(fù)合材料的發(fā)展與應(yīng)用[J].蔣建軍，胡毅，陳星，王林文，任恩毅，高新宇，鄧國力.? 材料工程. 2018（08）

[3]材料科學(xué)與工程學(xué)科知識要素導(dǎo)學(xué)研究[J].董振偉，張帥陽，梁瑋，鈔春英，李品將.? 山東化工. 2018（09）