材料化学展望--苏勉曾.doc

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1、材料化学展望--苏勉曾★★imrking(金币+2):谢谢提供，能源、信息和材料是国民经济的三大支柱产业，而材料又是能源和信息工业技术的物质基础。天然化石能源的有效利用，新能源的开发，信息工程中的信息采集、处理和执行等都是需要各种功能材料。因此新材料的发明、应用和开发往往是人类社会文明发展进程的里程碑。例如焦炭和钢铁的生产开始了资本主义的工业革命，石油的催化裂解促进了塑胶工业，而一些智能材料的发明和应用开辟了信息时代。从现代科技发展史来看，一种新的固态化合物的合成，它的功能特性的发现和实际应用，往往可以导致一个新的科技领域的产生和一种新产业的兴

2、起，可以创造数十亿以至上百亿元的产值，以至可以改善社会物质文化生活的状况（表1）。例如1910年InP的合成，开始了Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体的应用，其作用一直延续到现在的信息的产生、传递和显示各方面，30年代末稳定化的ZrO2（YSZ）以及Na-β-Al2O3的合成，兴起了固态电解质的研究以及燃料电池新化学能源的开发和应用。50年代初期，Ca5（PO4）3X∶Sb，Mn发光材料的合成，开始了高光效和节能的荧光照明时代。60年代末红色荧光体Y2O3∶Eu的发现和应用，推动了彩色电视的发展，极大地丰富了人们的现代文化生活。目前正在积极研究的对红外光透明

3、度比硅玻璃大数百倍的多元金属氟化物玻璃纤维，如果获得成功和应用，将可以把光纤通讯的距离扩展到5000km以上，其传递信息的效果可以和空间卫星通讯相比美。1986年陶瓷态的复合金属氧化物LaBaCuO的合成及其高温超导性的发现，是一个奇观，将导致固体理论的重大突破。如果能再把它形成材料，那么对今后的众多科技领域发展的影响将不可估量。从现代科技发展史来看，材料也是制约发展的关键，某种材料未能很好地解决，就会使生产滞后很长一段时间。一　材料科学与固体物理和固体化学的交叉渗透材料科学是一门应用性较强的学科，带有一定的工艺性和工程性质。固体物理和固体化学

4、则属于基础理论性的学科。在科学发展的过程中，各门学科都有自己的研究对象（即物质世界的不同层次），也各有自己的理论体系和研究方法。但是在科学技术及现代工业发展的过程中，又在互相靠近、互相交叉和互相渗透，在认识和改造物质世界的任务中，又必需互相借鉴、互相综合和合作。固体物理的任务是研究固态物质中原子及电子的运动、相互作用以及物质结构和物性的关系，提出能阐明物质性质的理论和模型。固体物理强调物质的共同规律性，注意物性的连续变化，探索物性与结构之间的定量关系；固体化学则着重研究实在物质的制备、反应、结构和物性的关系。固体化学特别注重物性随组成的变化的特

5、殊性，由于组成改变而导致物性的突变（不连续性），探索物性与组成和结构之间的定性关系。材料科学是运用固体物理和固体化学的研究成果，将具有功能性的物质制备成可以应用的材料和器件，并具有指定的形态（如多晶、单晶、纤维、薄膜、陶瓷体、玻璃态、复合体、集成块等），具有规定的光、电、声、磁、热、力、化学等功能或具有能感应外界条件的变化而产生相应的执行行为的机敏性和智能性。过去由于学科发展框架的限制，人们在学校里所受专业教育的局限，而导致各学科之间的一些隔膜，互不了解。过去曾有过一种还原论（reduction），把比较复杂的高级的客观物质运动还原为简单的物质

6、运动形式，把生物现象看作是分子的重组的化学，把丰富多样的化学反应又仅看作是原子电子的运动，而最后又把粒子的运动归结为一些数学方程。今天和明天的科学技术的本身，以及它所面临的要解决的国民经济任务，要求的是各学科的联合（unification）、综合和相互理解（comprehension）。学科的发展，也需要改革和开放，而不能墨守传统的框架，不能自我孤立和封闭。学科之间的交叉，既包括各学科中概念、理论的融会贯通，也包括实际工作任务中的相互支持和合作，以至人员的交流和新一代一专多能跨学科人才的培养。今天许多物理学家不仅重理，也在重视物，已不满足于从方

7、程到方程；化学则更多地借鉴物理的理论和物理的实验方法。根据我们对固体物理、固体化学和材料化学的理解，固体物理是一门奠基较早（20年代）和发展比较完善的学科；固体化学是在60年代才重新迅速发展起来的学科，它借助于固体物理的理论，依据化学本身对物质结构和成键复杂性的深刻理解，以及所掌握的精湛的化学反应技术，在寻找和开发新的功能性材料方面，可以大有作为。例如可以进行分子设计和剪裁，可以运用新的反应步骤，在非常规的极端条件下（超高温、超高压、电离辐射、微波辐射等）或者在非常和缓的条件下（如溶液-溶胶-凝胶过程等），合成出新的化合物，并发展成为新材料和新

8、器件。因此，化学，特别是固体化学，又是材料科学的基础。固体物理、固体化学和材料化学，还有地球化学，互相渗透交叉、互相溶合配合，共同形成现代固体科学，共