材料化學(xué)工程的實(shí)踐及未來(lái)發(fā)展分析

李陽(yáng) 吳軍 張順順

青島譜尼測(cè)試有限公司 山東青島 266000

當(dāng)前化學(xué)工程在發(fā)展中與其他學(xué)科發(fā)生融合，與材料學(xué)科的交叉誕生了材料化學(xué)工程。化學(xué)材料技術(shù)采用化學(xué)方法研究新的合成材料，以材料化學(xué)工學(xué)為基礎(chǔ)的新材料具有潛在優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于先進(jìn)領(lǐng)域，重要的是表示值[1]。為了更好地實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，國(guó)家科技研究部門(mén)積極開(kāi)發(fā)新材料，希望能夠建立起完整的材料設(shè)計(jì)和過(guò)程優(yōu)化的理論與方法，將主要的研究?jī)?nèi)容設(shè)定為新材料的膜過(guò)程、吸附過(guò)程等。在將新型的化學(xué)材料與化學(xué)工程進(jìn)行融合中，可以通過(guò)改變產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)減少對(duì)生態(tài)的破壞，降低污染材料的使用。

1 材料化學(xué)工程的概述

作為近幾年出現(xiàn)的跨學(xué)科，材料化學(xué)是材料科學(xué)和化學(xué)的一個(gè)重要領(lǐng)域，以及現(xiàn)代高科技發(fā)展的主要方向?；瘜W(xué)合成化學(xué)材料生產(chǎn)新材料，研究化學(xué)反應(yīng)后物質(zhì)性質(zhì)的變化，確定材料性能與化學(xué)反應(yīng)之間的關(guān)系。物質(zhì)的變化，形成化學(xué)生產(chǎn)理論和工程技術(shù)的基礎(chǔ)上的新材料?；瘜W(xué)工程可以解決材料合成中的關(guān)鍵問(wèn)題，改善材料的結(jié)構(gòu)性能，通過(guò)控制工藝條件，達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以定量生產(chǎn)為基礎(chǔ)，為工業(yè)生產(chǎn)材料奠定基礎(chǔ)。

2 當(dāng)前材料化學(xué)工程的實(shí)踐領(lǐng)域

2.1 納米材料

納米材料具有特殊的熱性、電磁波和光學(xué)性，不僅可以用于光電領(lǐng)域，還可以用作有效的光熱轉(zhuǎn)換材料，目前電池、塑料、納米技術(shù)涂料的生產(chǎn)已經(jīng)取得了多方面的突破，這是采用具有重要意義，納米材料可用于醫(yī)療和生物領(lǐng)域，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域納米技術(shù)制成的藥可搭載腫瘤藥物分子，這些分子可以識(shí)別腫瘤等特殊細(xì)胞，作為載體的分子直接對(duì)目標(biāo)細(xì)胞進(jìn)行識(shí)別。生物領(lǐng)域的納米材料促進(jìn)了生物科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，如納米技術(shù)生產(chǎn)的人造皮革，直接關(guān)系到人體，體現(xiàn)空氣溫和、滲透的特點(diǎn)，體現(xiàn)當(dāng)今人類(lèi)發(fā)展的動(dòng)態(tài)特征在新能源研究領(lǐng)域，新能源汽車(chē)快速發(fā)展，以納米材料生產(chǎn)鋰電池是目前新能源研究的熱點(diǎn)，納米技術(shù)生產(chǎn)的兩極材料，可以提高鋰離子交換的效率，提高電池使用效率。

2.2 陶瓷材料

結(jié)構(gòu)陶瓷具有獨(dú)特的化學(xué)和機(jī)械性能，熱力學(xué)性能，如高硬度、耐高溫性等；低蠕變、耐腐蝕性和其他優(yōu)勢(shì)，可用于生產(chǎn)關(guān)鍵構(gòu)件。這些產(chǎn)品可以在嚴(yán)格的條件下工作，是許多新領(lǐng)域的關(guān)鍵材料。例如，在應(yīng)用空間技術(shù)時(shí)，宇宙飛船和宇宙飛船的材料應(yīng)能保證高溫、強(qiáng)度和密度。結(jié)構(gòu)陶瓷可滿(mǎn)足這些嚴(yán)格的要求?？臻g技術(shù)的未來(lái)發(fā)展將在很大程度上取決于新納米技術(shù)的陶瓷。當(dāng)前陶瓷基復(fù)合材料已成功應(yīng)用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管與天線(xiàn)罩的制作。在通信領(lǐng)域，原有的氧化鋁基板變?yōu)榫哂懈邿釋?dǎo)性的陶瓷基板[2]。

2.3 薄膜材料

目前，薄膜技術(shù)正在迅速發(fā)展，材料正在朝著薄膜方向發(fā)展。薄膜材料包括若干可在許多領(lǐng)域應(yīng)用的物種。目前，成熟的產(chǎn)品包括超導(dǎo)薄膜、導(dǎo)體薄膜、導(dǎo)電膜等。薄膜材料在熱、光、電和磁方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，反映出特殊的特性。薄膜材料可用于自動(dòng)化控制、新電池、集成電路等領(lǐng)域。例如，光電薄膜可用于太陽(yáng)能電池和觸摸屏的生產(chǎn)。類(lèi)半導(dǎo)體材料透明導(dǎo)電材料實(shí)現(xiàn)光學(xué)與電性質(zhì)的相互作用，電阻率低；在可見(jiàn)光波范圍內(nèi)，可以是透明的，反射出紅外光。薄膜材料是穩(wěn)定的，反映良好的摩擦強(qiáng)度，可保持高粘附性，因此，氧化物薄膜的透明導(dǎo)電膜被廣泛使用[3]。

3 材料化學(xué)工程的未來(lái)發(fā)展分析

在材料的化學(xué)性質(zhì)下提高效率是在材料的化學(xué)范圍內(nèi)要完成的主要任務(wù)。技術(shù)突破從生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到材料化學(xué)的價(jià)值，近幾年我國(guó)許多研究機(jī)構(gòu)在材料化學(xué)領(lǐng)域獲得了重大突破，未來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)條件和技術(shù)參數(shù)，以化學(xué)工學(xué)理論控制材料的合成這是材料化學(xué)發(fā)展的方向。在這方面中國(guó)已經(jīng)取得突破，如北京化工大學(xué)，運(yùn)用了超重力技術(shù)，對(duì)合成材料進(jìn)行物理干預(yù)，以確保實(shí)驗(yàn)室規(guī)模經(jīng)濟(jì)的工業(yè)生產(chǎn)。超重力場(chǎng)能保證材料傳輸效率，材料強(qiáng)度可改變，產(chǎn)品尺寸可同步。

材料化學(xué)工程是材料科學(xué)、化學(xué)技術(shù)、化學(xué)合成等跨學(xué)科的相互作用，可為材料創(chuàng)新提供理論和技術(shù)支持，材料在工業(yè)生產(chǎn)中的化學(xué)作用日益明顯。目前，該國(guó)的許多大學(xué)正在加強(qiáng)物質(zhì)技術(shù)和化學(xué)專(zhuān)業(yè)，重點(diǎn)是與其他學(xué)科的整合。在發(fā)展科學(xué)、開(kāi)發(fā)新材料和進(jìn)一步優(yōu)化化學(xué)過(guò)程中，研究方向是，主要問(wèn)題是要解決，材料的特性適用于實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)，通過(guò)技術(shù)突破解決微觀結(jié)構(gòu)和材料的性質(zhì)?；瘜W(xué)工程材料目前在軍事、節(jié)能、環(huán)保、技術(shù)開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域最重要的應(yīng)用，為了提高國(guó)家的總體競(jìng)爭(zhēng)力。未來(lái)的發(fā)展必須把水資源的使用、環(huán)境保護(hù)、能源效率和工業(yè)發(fā)展的瓶頸結(jié)合起來(lái)。在材料的化學(xué)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如果利用超重力場(chǎng)技術(shù)合成納米材料，納米材料的生產(chǎn)率就會(huì)提高，他們的身體控制會(huì)更有效。在工業(yè)化之后，以這種技術(shù)為基礎(chǔ)的納米材料生產(chǎn)將有助于促進(jìn)工業(yè)發(fā)展[4]。盡管近年來(lái)在化學(xué)材料發(fā)展方面取得了重大進(jìn)展，但仍存在許多技術(shù)問(wèn)題，此外，必須進(jìn)一步優(yōu)化材料的精煉和加工過(guò)程，為了控制生產(chǎn)過(guò)程中的污染，并消除因生產(chǎn)原料而造成的環(huán)境損害。因此，實(shí)現(xiàn)有效的能量轉(zhuǎn)換，以確保能量積累的效果，為了確保新材料的生產(chǎn)不受污染和再循環(huán)，這是材料化學(xué)未來(lái)發(fā)展的主要方向。

4 結(jié)語(yǔ)

材料化學(xué)工程由于技術(shù)的發(fā)展和滲透，與許多行業(yè)發(fā)展和其他學(xué)科一體化，目前重要的是許多與化學(xué)材料相關(guān)的行業(yè)，今后材料化學(xué)更加注重環(huán)保材料的開(kāi)發(fā)，更注重公共安全，更注重材料化學(xué)研究有新的方向。