材料科学与工程论文
材料科学与工程论文
材料科学与工程的定义是：研究有关金属、无机非金属、有机高分子等材料的组成/结构、测试/表征、制备/合成、性能/应用四要素及其关系的科学技术与应用。
材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物，一般都不算是材料。但是这个定义并不那么严格，如炸药、固体火箭推进剂，一般称之为“含能材料”，因为它属于火炮或火箭的组成部分。 材料是人类赖以生存和发展的物质基础。
20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。这主要是因为材料与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关。 材料除了具有重要性和普遍性以外，还具有多样性。由于多种多样，分类方法也就没有一个统一标准。从物理化学属性来分，可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料所组成的复合材料。从用途来分，又分为电子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。更常见的两种分类方法则是结构材料与功能材料；传统材料与新型材料。结构材料是以力学性能为基础，以制造受力构件所用材料，当然，结构材料对物理或化学性能也有一定要求，如光泽、热导率、抗辐照、抗腐蚀、抗氧化等。功能材料则主要是利用物质的独特物理、化学性质或生物功能等而形成的一类材料。
一种材料往往既是结构材料又是功能材料，如铁、铜、铝等。传统材料是指那些已经成熟且在工业中已批量生产并大量应用的材料，如钢铁、水泥、塑料等。这类材料由于其量大、产值高、涉及面广泛，又是很多支柱产业的基础，所以又称为基础材料。新型材料(先进材料)是指那些正在发展，且具有优异性能和应用前景的一类材料。新型材料与传统材料之间并没有明显的界限，传统材料通过采用新技术，提高技术含量，提高性能，大幅度增加附加值而成为新型材料；新材料在经过长期生产与应用之后也就成为传统材料。传统材料是发展新材料和高技术的基础，而新型材料又往往能推动传统材料的进一步发展。
材料是人类生存、社会发展、科技进步的物质基础，是现代科技革命的先导，是当代文明的三大支柱之一。世界各先进工业国家都把材料作为优先发展的领域。我国政府对新材料的研究开发一直给予高度重视，在“863”、“973”等重大科技计划中，新材料都是重点支持的领域。
任何重要的新材料得到广泛应用，进而给人类生活、国家安全乃至整个经济和社会的发展带来重大影响，都是建立在人们对其全面了解和正确认知基础之上的。因此，新材料和新材料技术要切实充分发挥推动社会和科技进步的作用，就不仅仅是材料科技工作者所能完成的；它同样要求所有工程的各个领域及其设计部门能够对已有材料合理选择和正确使用；而且，材料是高新技术发展和社会现代化的先导，准确判断和资助优先发展方向是政府部门官员的职责，这要求他们也要对材料的全貌有着正确了解和总体认识，能够把握高技术先进材料的发展趋势。
材料学即是研究材料的学科，其研究内容包括材料的性能，材料的组成结构，材料的形成变化过程，材料的研究、制造方法及设备，以及它们之间的相互关系。其核心是材料的性能，其他均是为了材料性能的有效控制。
在人类社会的发展过程中，材料的发展水平始终是时代进步和社会文明的标志.人类文明的发展史，就是一部如何更好地利用材料和创造材料的历史。同时，材料的不断创新和发展，也极大地推动了社会经济的发展。在当代，材料和能源、信息、生命科学是构成社会文明和国民经济的四大支柱，新材料、信息技术、生物技术、新能源并列为新技术革命的重要标志，其中新材料更是科学技术发展的物质基础和技术先导。
本学科的专门人才需要系统地认识主干学科基本要素之间的相互关系与制约规律，利用其相互关系及制约规律实现对材料结构和性质的调控，最大限度和最大效能地发挥材料的使用性能，最终实现按照预定性能设计材料、制备与使用材料，实现材料与环境、材料与人类社会的协调发展。
人类社会的发展历程，是以材料为主要标志的。100万年以前，原始人以石头作为工具，称旧石器时代。1万年以前，人类对石器进行加工，使之成为器皿和精致的工具，从而进入新石器时代。新石器时代后期，出现了利用粘土烧制的陶器。人类在寻找石器过程中认识了矿石，并在烧陶生产中发展了冶铜术，开创了冶金技术。公元前5000年，人类进入青铜器时代。公元前1200年，人类开始使用铸铁，从而进入了铁器时代。随着技术的进步，又发展了钢的制造技术。18世纪，钢铁工业的发展，成为产业革命的重要内容和物质基础。19世纪中叶，现代平炉和转炉炼钢技术的出现，使人类真正进入了钢铁时代。与此同时，铜、铅、锌也大量得到应用，铝、镁、钛等金属相继问世并得到应用。直到20世纪中叶，金属材料在材料工业中一直占有主导地位。
20世纪中叶以后，科学技术迅猛发展，作为发明之母和产业粮食的新材料又出现了划时代的变化。首先是人工合成高分子材料问世，并得到广泛应用。先后出现尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等塑料，以及维尼纶、合成橡胶、新型工程塑料、高分子合金和功能高分子材料等。仅半个世纪时间，高分子材料已与有上千年历史的金属材料并驾齐驱，并在年产量的体积上已超过了钢，成为国民经济、国防尖端科学和高科技领域不可缺少的材料。其次是陶瓷材料的发展。陶瓷是人类最早利用自然界所提供的原料制造而成的材料。50年代，合成化工原料和特殊制备工艺的发展，使陶瓷材料产生了一个飞跃，出现了从传统陶瓷向先进陶瓷的转变，许多新型功能陶瓷形成了产业，满足了电力、电子技术和航天技术的发展和需要。
结构材料的发展，推动了功能材料的进步。20世纪初，开始对半导体材料进行研究。50年代，制备出锗单晶，后又制备出硅单晶和化合物半导体等，使电子技术领域由电子管发展到晶体管、集成电路、大规模和超大规模集成电路。半导体材料的应用和发展，使人类社会进入了信息时代。
现代材料科学技术的发展，促进了金属、非金属无机材料和高分子材料之间的密切联系，从而出现了一个新的材料领域——复合材料。复合材料以一种材料为基体，另一种或几种材料为增强体，可获得比单一材料更优越的性能。复合材料作为高性能的结构材料和功能材料，不仅用于航空航天领域，而且在现代民用工业、能源技术和信息技术方面不断扩大应用。
一般在选择中应考虑以下内容：所要选择的材料在使用环境中最高和最低的温度变化范围内可否承受住，在这个温度范围内材料能否变形、易发生龟裂否、耐冲击性能如何等。若不符合用户要求，就要改变现有的塑料品种，另选择一个新的品种，或进行改性处理。
另外，所要设计的材料在使用环境中的其他因素影响也需要考虑。在要求制品尺寸稳定性能好时，还要考虑到树脂的热膨胀系数、要考虑树脂的热膨胀系数、成型初期及成型后期的收缩率变化、吸湿性等因素。
一般情况下，不可能满足所有的条件，只要满足主要条件就可以了。关于质量标准的掌握，一般按下述条件而定。
（1）能否承受使用环境溢度的变化、阳光的影响及使用时负荷的变化。
（2）制品是否合乎卫生标准及安全性。
（3）弯曲强度、拉伸强度、冲击强度、电绝缘性、弧性、耐火性、耐水性、耐油性能、电学性能是否符合国家标准、、耐溶剂性等机械力学性能、企业标准。
（4）尺寸稳定性能、光学性能、抗毒抗湿抗菌性能如何。
（5）外观上及经济成本、特殊要求是否能达到要求。
1999年8月20日《美国商业周刊》在展望21世纪可能有突破性进展的领域时，对生命科学和生物技术、纳米科学和纳米技术及从外星球上索取能源进行了预测和评价，并指出这是人类跨入21世纪面临的新的挑战和机遇。诺贝尔奖获得者罗雷尔也曾说过：70年代重视微米的国家如今都成为发达国家，现在重视纳米技术的国家很可能成为下一世纪先进的国家。挑战严峻，机遇难得，我们必须加倍重视纳米科技的研究，注意纳米技术与其它领域的交叉，加速知识创新和技术创新，为21世纪中国经济的腾飞奠定雄厚的基础。
编者按：激动人心的纳米时代已经到来，人们的生活即刻将发生巨大的变化，然而，我们也要清醒地看到，市场上真正成熟的纳米材料并不是很多。中科院院士白春礼院士认为，“真正意义的纳米时代还没有到来，我们正在充满信心地迎接纳米时代的到来。”
白春礼说，“人类进入纳米科技时代的重要标志是纳米器件的研制水平和应用程度。”纳米科技发展到今天，距离纳米时代的到来还有多远呢，白春礼说，“纳米研究目前还有许多基础研究在进行中，在纳米尺度上还有大量原理性问题尚待研究，纳米科技现在的发展水平大概相当于计算机技术在20世纪50年代的发展水平，人类最终进入纳米时代还需要30到50年的时间，50年后纳米科技有可能像今天计算机技术一样普及。”
对于纳米科技，科学的态度是积极参与，脚踏实地地推动这一前沿科技的健康发展，既不需要商业炒作，也不需要科学炒作。
