材料化工在材料科學與產業化中的地位和作用

劉倩倩

（長治學院，山西長治 046011）

現階段，材料化工主要用于輕工業生產技術開發。隨著技術不斷地提高，其具備的地位和作用也日益顯著起來。但就目前來看，其應用領域的飽和度依舊不夠，還需要通過大數據的研發和應用系統確立。除此之外，需要有效結合材料科學和化工產業的實施優勢性，通過適宜的生產設備進行定向的工藝制備，開拓其市場應用占比。

1 材料化工在材料科學與工業中的地位和作用

作為材料、化學和工程三者交互而來的學科，材料化工學科旨在實現實驗室成果向工業化生產的技術過渡，為企業發展保駕護航，提供技術支撐。同時，材料化工學科還可解決新材料研究開發問題，實現新材料工業化目標。在化學工程的開發過程中，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學科學習關系示意圖所示，材料化工以材料作為統向標準，結合材料化學和材料工程領域做出協同劃分[1]。針對于此，此產業的產品工藝設計能夠結合多個領域的優勢進行開發制造，使得整個產業具備靈動性和動力導向。其中彰顯的地位和作用，主要分布在以下幾點。

圖1 學科關系示意圖

1.1 計算機材料輔助設計

2018年英國研究學家Doraiswamy L 提出了有關材料化工在輕工業方面上的具體應用。他認為材料化工所擁有的功能基礎十分多元，且發展空間巨大[2]。以多個發達國家為例，它們依據材料化工具備的性能多元性將其應用在數據鏈上，形成計算機材料輔助設計，從而達成多個產業的蓬勃發展。材料化工地位的突變是因為后期存備的規律性，使得在實際產品設計和開發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，由于其規律性能夠被發掘探尋為完整的模型鏈條，這就導致在一項任務度發展完全時就會開拓出新的分支進行突破提升。

1.2 產品工藝設計結合

材料化工從產業性能上來看，具備一定的緊密結合度。現今，在工業材料以及設備的制造操作中對于所生產產品的考量因素并不唯一，而是期盼能夠通過各環節的定向確立達成整個組合過程的優化控制[4]。當然，如此實施的優勢性作用度還是十分明確的，不僅能夠為制造設備產能提供生產嚴密度，并且對于總產量生產率的提升也起到了保障作用。現階段，輕工業企業設計的小批次產品和元件的開發都依托于此項技術的運用，能夠針對產品的純度提煉和原料粒度監測進行明晰的測量，進而保證產品的質量，推動輕工業的發展和進步。

1.3 輕工業新材料的制備

隨著材料化工概念的出現，逐步打破了傳統概念具備的局限性，能夠全面性地對輕工業材料類學科具備的概念進行深度詮釋和了解。在傳統概念的界定上，過多的偏向側重于材料合成部分以及材料加工部分是獨立的領域。但科學技術和先進理念的推進打破了這一設想，要求找到二者的共通處和銜接點，確立新概念的提出。明確實踐作用的基礎上，實現操作手段一體化，促進生產領域效能。

此外，材料化工的地位確立還體現在關于新材料的制備上。針對所實施領域來看，需要綜合性的權衡多項客觀條件指數的平衡。滿足客觀條件架設的基礎上，對生產制備進一步的推進。但是在此過程中，無論使用哪種方法，都要保證工業材料自身具備的穩定性和統一性。特別是檢測樣品規格達到完全后，投入產業化的批量實施手段更要確立完全[3]。目前，輕工業新材料的制備前景雖然十分可觀，但由于工藝設計的人才稀缺或是實施手段不達標等方面，都加重了其存備的阻礙性。當然，此點的實施不僅依托于時間的遞進，對于相關部門的資金鏈投放和政策支持也同樣密不可分。

1.4 推動微觀層面向宏觀層面過渡

從化學工程學科的本質來看，主要研究分子和原子交換領域，從化學工程師角度看，是立足于對分子世界的了解和自身嫻熟的技能，圓滿地完成產品設計、過程設計、控制和優化，從材料科學家的角度來看，則是研究材料的微觀結構、材料性能和表面等。化學工程師在摸索原子和分子具備相關關系的基礎上，即可研究相關的化學和物理變化，并利用有效的理論和方法，預測化學動力學后，即可構建綜合模型，完成過程的設計、控制、評價工作。例如：粉體材料在發展階段，表面的改性工作，實質上就是微觀層面向宏觀層面過渡、材料科學成果向產品實例轉變的表現。

1.5 達成過程控制目標

在過程控制方面，第一，可利用材料化工中計算方法的優勢，將更多的、可供選擇的方案納入考慮范圍內，并從現行技術實際出發，選擇最佳的、最為契合的方案。第二，可應用模擬優化在線控制方式，更安全、更高效、更可靠地進行操作。第三，應用傳感器，可對生產過程實況進行檢測、分析和記錄，嚴格控制過程，契合材料制備要求。

1.6 材料、器件生產活動得以系統優化

嚴格來說，材料和器件的生產活動，實質上是化學和非化學反應的組合。因此，為達成相關主體要求，材料和器件的生產單位應著重考慮如何將化學和非化學反應優化組合，一般來說，該項工作目標的實現，需要依賴化學工程師來完成。化學工程師通過發明新單元，優化組合，同時，還會利用化工系統工程，立足于產品、質量、能耗和成本等角度，構建評估活動，使材料和器件更具競爭力。在未來階段，隨著開發能力的提升，產品開發進程會顯著加快，對稀缺資源的應用能力也會大為提升，生產活動將會更加安全、環保。

2 材料化工在材料科學與工業中的應用研究

2.1 建立高效的轉化系統

現今所設計的化工材料種類十分繁雜。由于其具備功能的多元性，投放在市場領域的應用比重也較大。因此，此產業在同類市場的競爭洪流十分激烈。要想在此過程中穩定所處地位，就要時刻汲取先進的思想理念和科學技術。突破傳統模式應用帶來的阻礙，能夠大規模實施并應用，做到真正意義的突破實驗階層，步入生產運營階層。我國針對于此，確立多個材料工程研發中心，逐步加大對于材料工程和化工產業的雙向實施，形成系統性可操控可發展的工程研究機制[5]。

2.2 加強工程化的基礎研究

就圖2材料工程中的分子模擬流程度來看，其走向趨勢是十分具備邏輯性的。以粒子運作位置為先決條件開始，進而通過多環節的轉化實現所需物理量的累積。此過程中所涉及的微分應用和控制手段對于整體化工工程的開展都具備積極意義，特別是界面化工和材料工程的分類研究。如果能夠將其特征區分，做出產業規劃，實施范圍便不再設有局限性，而是能達成產業與產業之間的互通。具象的來說，選定材料后通過科學取值做出試點衡量，如若數值完全便可利用界面化工的優勢進行區域類定點投放。同時，帶動上述所涉及產業的人力多向發展。綜合來看，要想在日后材料科學與工業的具體研究加強材料化工的作用，就要將其優勢進行數據比對，從而實現系統性的計算機優化控制。

圖2 分子模擬的主要流程圖

2.3 建立材料化工示范工廠

縱觀材料化工應用形勢來看，雖然仍舊處于新興未飽和的階段，但發展前景還是十分可觀。要想將愿景布設成為現實，就需要在實施手段中落實基礎建設要點，將其充沛飽和。具體實施著力點可以偏向于重產業體系的大規模確立或是輕工業新材料的制備。通過對于實檢樣品的確立，從而對涉及材料進行大批次的訂購[5]。在此過程中需要明確的是僅僅依托樣品質檢完全是不夠的，還需要同期引入專業人才，對其操作流程進行嚴密的控制。以優質人員分布為準，建立具有行業導向力和引導力的材料化工示范工廠。一方面為材料科學產業化的應用做基礎，一方面開拓關于此新興產業的系統制備化體制。確保客觀條件均可滿足的情況下，投以大批次應用。

3 結語

社會的不斷發展為各行各業帶來了眾多可發展的契機。尤其是材料化工一類，作為初期發展階段就能夠在材料科學與產業中具備這樣的地位和作用，那么未來的發展前景想必也十分可觀。辯證客觀地來看，目前針對材料化工技術仍舊停留在實驗室小規模的實踐中，對于技術的開拓和提升具備狹隘性。但相信隨著相關技術的更進以及優質試點工廠的確立，未來不論此項產業如何推進轉型，都會爆發出巨大的社會經濟效益。