材料科学探究方法教学纲要和开设必要性

《材料科学探究方法教学纲要和开设必要性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、材料科学探究方法教学纲要和开设必要性摘要：材料科学研究方法重点介绍了材料科学与工程学科的内在规律、材料的研发思路和各种研究方法。本门课程的开设拓展了材料学科专业领域的知识面，完善了知识结构，让学生实时了解材料学科研究的最新动态。关键词：共性规律先进材料研究方法人类社会文明发展的历程，是以材料为主要标志的。每一种材料的发现、发明和使用，都会把人类改造自然的能力提高到一个新的水平，把人类文明和社会发展推向一个新的台阶。而自然科学的各种研究方法在材料科学的发展中发挥了很大的作用，掌握材料学科的发展和研究方法对于材

2、料学科研究人员和学生是非常必要的。认识材料科学与工程学科的内在科学规律和发展趋势，对材料的研究开发思路和各种方法有一个科学辩证的概念，能进一步激发学生的学习积极性和创新精神，为今后从事材料的设计和研究工作奠定基础。一、材料的共性规律材料主要分金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料，三大材料都具有晶体结构，但是陶瓷和高分子材料的组织结构要比金属的复杂。由于它们的结合键不同，得金属具有较髙的强度、刚度、导电、导热性能，无机非金属则具有耐高温、耐腐蚀、具有转变物理性能和脆性，有机高分子具有比强度高、耐磨、耐腐蚀

3、、易老化、刚度小的特点。然而,它们在不同环境介质下有着共同的效应，例如界面效应，在界面处都有分割、不连续、吸热特征；还有材料的动态效应、复合效应、环境效应、纳米效应等。三大材料存在着共同规律，陶瓷的实际晶体中存在着各种缺陷，金属与合金存在同素异构转变、马氏体相变、有序一一无序转变，在其他材料中也有这些转变。陶瓷中存在同素异构转变。对于有机固体相变的研究发现，许多由简单分子组成的有机固体也具有复杂的同素异构转变。在外力的作用下都会发生弹、塑性变形和断裂过程，而且它们应用相同力学性能测试技术，具有相似的规律。二

4、、材料科学发展的重点材料科学发展的重点是（一）开发新材料，发展高技术产业；（二）纳米材料和纳米技术的开发。先进材料主要包括新能源材料、信息功能材料、生物材料、智能材料、功能复合材料和生态环境材料。信息功能材料主要用于计算机、通信和控制，其特点是要求高、发展快、种类繁多。例如集成电路所需材料、计算机敏感元件传感器材料、新型半导体材料、存储介质材料和高温超导材料的开发和应用代表了信息功能材料的发展程度。生物材料又称为人造生物类材料，即类生物材料。类生物材料一般包括生物医用材料、仿生材料和生物灵性材料。生物医用材

5、料已经成为人类非常关注的领域，生物仿生陶瓷、生物可降解高分子材料是医用生物材料的重要方向。仿生材料涉及面也很广，以往研究比较多的有珍珠、贝壳、竹子、骨骼、飞鸟等，仿生材料的更长远目标是使生物技术原理用于工业生产，改变高温、高压及耗能高的生产方式。智能材料是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。如形状记忆材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件在航空上的应用已经取得了大量的创新成果。复合材料的内涵比较丰富，从复合的角度来说，未来的研究与发展重点是发展

6、功能、智能复合材料，由于复合材料的设计自由度大，所以更适合发展多功能复合材料。功能复合材料涉及面比较广，包括电功能材料、磁功能材料、光功能材料、声功能材料、热功能材料、进行功能材料和化学功能材料。生态环境材料定义是具有良好的使用性能和与环境协调性的材料。生态环境材料主要分为环境相容材料（包括纯天然材料、仿生物材料、绿色包装材料和生态建筑材料）、环境降解材料和环境工程材料（包括环境修复材料、环境净化材料和环境替代材料）。目前生态环境材料主要的研究方向有：生物可降解材料技术，C02气体的固化技术，SOx、NOx

7、等催化转化技术，废物的再资源化技术，环境污染修复技术、仿生材料、环境保护材料、氟里昂和石棉等有害物质的替代材料和绿色新材料等。纳米材料及制备技术的开发迫在眉睫，当物质到纳米尺度时，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体不具备的小尺寸效应、量子效应、表面效应和界面效应。材料显示出奇特的物理、化学性能，利用这一效应可大幅度提高结构材料的强度，改善其脆性。纳米研究的主要领域包括金属、陶瓷、玻璃和聚合物方面的纳米材料，目前对纳米材料的应用研究热点主要集中在纳米管、纳米带、纳米薄膜、纳米复合材料和纳米金属材

8、料等几个方面。纳米材料在使用中亟待解决的问题是纳米材料的设计和控制、制备技术与工艺。纳米材料在应用中有很多优点，但在使用和生产的过程中有可能使接触人员吸入纳米颗粒，造成对肺部的伤害，所以纳米材料在研究和应用过程中要考虑对健康、安全和环境的影响。三、绿色材料科学技术绿色材料科学技术从广义上来讲，包括的内容较多，例如积极开发新材料、新能源、材料的回收与再利用、改造传统工艺和生产流程等。发展绿色材料科学技术，很重要的措