材料化学工程的应用与发展趋势探析

材料化学工程的应用与发展趋势探析

李平福

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摘要：材料化学工程目前已和多个学科领域相融合，应用范围越来越广，其研究的范围也在不断加深。随着资源短缺、环保严峻的局面到来，全面协调化工材料开发与环境保护已经成为了重要议题，未来的材料化学工程学科发展应当是走可持续发展之路的，只有这样才能让人类的开发得以持久进行下去，保护地球环境。

关键词：材料化学；工程应用；发展趋势探析

1材料化学工程的内容

我国是最大的发展中国家，工业化发展速度非常之快，但是在发展的过程中不可避免地遇到了经济发展与环境保护之间的难题，节能减排迫在眉睫，需要国家合理规划，制定详细的政策来保障能源开发与环境保护之间的平衡。材料化学工程就是这样一门学科，通过研究材料化学工程，能够优化工业发展，引入新能源，为科学发展做出卓越的贡献。

2材料化学工程应用现状

2.1纳米材料

纳米是十分微小的单位，任何其他的化学材料都无法取代纳米材料，因此纳米材料具有十分重要的应用意义。纳米材料的物理特性十分特别，它能够和热学性质、力学性质、磁学性质、化学性质联系在一起，不仅能够充当光电转换材料，还可以有效成为高效率的光热材料。具体而言，纳米材料能够应用在社会生产的各个领域上，特别是隐身技术、外感元件方面。现如今，在全世界范围内，纳米材料制作而成的纳米氧化锌聚丙烯纤维的抗菌性已经成为了科研的重要成果。

2.2先进陶瓷

先进陶瓷可以分为两大类，根据功能的不同，一是结构陶瓷，二是功能陶瓷，这些陶瓷都有着自己不同意义的作用。结构陶瓷具有优良的热、机械、化学效能，它能够耐腐蚀、强度较高，硬度也较高，结构陶瓷和聚合物、合金相比具有非常大的优势，它能够有效地利用到航空航天领域以及军事领域中当中去。在结构陶瓷中还有一种类别称之为生物陶瓷，他和纳米生物材料的功能差不多。亲和性较强，因此在修复治疗中产生了巨大的疗效，特别是人体骨骼的修复，在医疗行业的应用中非常广泛。功能陶瓷主要应用在计算机领域中和信息技术领域中。在军事工业中压电陶瓷的应用率特别高，它的晶体上没有对称中心，因此功能特别强大，能够在特定方向产生极化。原子弹的起爆器都是由压制陶瓷做成的。功能陶瓷中的每个类别都具有相对的特殊性，在很多领域中都会用，特别是在安全防护、节能方面有着巨大的应用作用。

2.3新型薄膜材料

新型薄膜材料可以分为纳米复合、金刚石、磁性薄膜三大类。这些新型薄膜材料主要广泛的应用在空间技术领域、雷达的制造、激光器的生产、电子迁移率晶体管等方面。新型薄膜材料在工艺上总是与硅相结合，增加了它的应用率，在生活生产各个领域广泛应用，如自动控制技术、电子、通讯、能源使用、交通等领域。

3材料化学工程的应用

3.1纳米材料的应用

纳米材料的概念源于80年代初期，这类材料的一般尺寸介于0.1-100nm，因其特殊的微观结构，具有小尺寸效应、表面效应和界面效应等，无法被常规材料取代，具有十分重要的意义。结合热力学、电磁学、化学、光学性质，纳米材料不仅能应用于光电领域，还能作为高效率的光热转换新材料。以纳米技术为基础的电池、塑料、油漆等技术已经取得了较大进展，同时正在逐渐推广。纳米材料应用于健康和生物系统近年来也成为研究的热点。在健康领域，基于纳米尺度的药物载体搭载抗肿瘤药物分子，通过载体的分子识别特定细胞，直接将化疗药物分子应用在特定细胞上（如肿瘤细胞）。在生物系统领域，将纳米材料技术应用于仿生科技也是研究热点之一，通过利用纳米材料制备的人造皮肤可以实现和人体的良好接触，具有透气性和柔软性的特性，成为新一代人体仿生技术的发展方向。在新能源领域，新能源汽车革命正如火如荼地进行着，基于纳米尺度的锂电池正极材料也是研究热点之一，其通过提升正极材料的锂离子交换效率从而极大提升了电池的效率。特斯拉公司计划将纳米材料技术应用在三元锂离子的正极材料上，以其提升正极材料的表面积从而达到提升锂离子交换效率的目的。可以说纳米技术是21世纪科学领域中最重要的技术革命。

3.2先进陶瓷材料的应用

陶瓷材料是金属和非金属元素的复合物，通常是由氧化物、氮化物和碳化物等组成。例如，一些常见的陶瓷材料包括氧化铝、二氧化硅、碳化硅和氮化硅等，另外还有瓷器、水泥和玻璃。而先进陶瓷材料在原料、工艺方面有别于传统陶瓷，采用特殊的结构设计并结合不同性能的高纯度原料，通过新型的工艺技术生产出具有特殊用途和性能的陶瓷材料。先进陶瓷材料按照性能不同分为功能陶瓷和结构陶瓷。功能陶瓷主要是通过对材料内部或基体的改性，从而使得陶瓷材料具有一定的光响应性、电响应性、热响应性或化学响应性。在光伏电池领域，可以通过在陶瓷中掺杂氧化锌、氧化锆等金属氧化物纳米粒子，从而提升陶瓷的导电率与透明性。在光电材料的关键组件方面，介电陶瓷材料是集成电路基板关键的元件材料，即陶瓷电容器。在先进制造领域，压电陶瓷在传感器领域有着重要的应用，是压力传感器的最关键的部件，而压力传感器作为机器人的压力感知、动作校正方面有着重要应用，是机器人的关键部件。结构陶瓷，其具有优异的化学、热学、力学性能，如耐高温、低蠕变速率、高硬度、耐腐蚀等，常用于各种结构的关键部件。它能够在很多苛刻的条件下工作，是实现很多新兴科学技术的关键。在空间技术领域，宇宙飞船与航天飞机需要耐超高温、强度高、质量轻的结构材料，而先进结构陶瓷材料能满足这些苛刻的要求。未来航空航天技术将更依赖于新型结构陶瓷的发展与应用，如陶瓷基复合材料目前已应用于制造液体火箭发动机喷管及导弹天线罩。在光通信产业，传统的氧化铝基板正在被具有高热导性的氮化铝陶瓷基板逐步取代。在这一领域，我国研制的氮化铝陶瓷基板材料的热导率是氧化铝的5-10倍，性能在国际上居于领先地位。

3.3新型薄膜材料的应用

近年来，随着膜技术的飞速发展，各种材料的薄膜化已经成为一种普遍趋势。薄膜材料种类繁多，应用广泛，目前常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜等。这些膜材料都具有光、电、磁、热等方面的特殊性质，并在一定作用下表现出特殊的功能。新型薄膜材料主要应用于自动控制、集成电路、太阳能电池、交通等领域。像透明导电氧化物薄膜被广泛应用于太阳能电池、触摸屏显示器及透明视窗等设备中，是不可或缺的一类薄膜材料。透明导电氧化物薄膜将材料的光学性质和导电性质有效的进行结合，其具有很低的电阻率，在可见光波长内保持透明，对红外光具有较强的反射作用。这种薄膜材料由氧化物组成，化学性质稳定，同时还具有优良的耐摩擦性，采用合理的制备方法能够得到具有较强附着力的薄膜。由于具有这些良好的性能，透明导电氧化物薄膜在光电器件制备中具有广泛、重要的应用前景。

4结语

随着社会经济的不断发展，我国生态环境的建设也被提上了日程，成为了科学发展观的重要方针之一，我国目前的发展规划要求实现节能减排，是促进我国经济发展的同时对环境保护的一项重要举措。在工业化的发展过程中，我国的能源已趋向于枯竭，随着污染排放量不断增加，提高材料化学工程能源利用率能够促进我国的经济社会发展，也能实现环境的有效保护。所以材料化学工程的发展直接肩负着重大的责任。促进材料化学工程的进步，能够成为社会发展的重要力量。

参考文献

[1]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.

[2]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.