材料化学工程的应用及发展趋势
摘要：材料是人类发展的铺路石，从古至今材料伴随着人类的发展而发展，工业、军事、航空航天、生物、能源等都与材料密不可分。材料的研究前沿和发展成为众多从业者研究的对象。
关键词：材料化学；发展；应用；趋势
由于现代科技的不断进步，各个科学领域对材料的需求量越来越大，对其性能的要求也越来越高，材料化学工程的应用也越来越广泛。本文将对材料化学的应用和发展趋势进行简单探讨。
一、材料化学工程应用
不光在我们的生活中，在当今世界的许多高科技领域，材料的品质和发展得到了极大的重视和进步，其中处于当前研究前沿并收到科学界、工业界广泛关注的，材料化学工程应用主要有纳米材料、先进陶瓷材料、功能薄膜材料等等。
1.纳米材料之概论
纳米是一个极小的度量单位，一纳米等于十的负九次方米，所以纳米级的材料由于它是由极小的微粒组成，因而具有许多其他材料所不具备的性质，因此在大量科学领域中纳米材料的开发和使用成为其领域发展和进步的重中之重。
而纳米材料则由于其优良的特性成为科学界青睐的对象，其特性主要表现在表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应。鉴于其作为纳米颗粒的优越性，可以取适当的材料作为高效率的光热、光电转换材料，可应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。且其特殊力学效应在于良好的韧性和延展性，它这新奇的力学性质使之应用前景十分宽广。
许多领域都在应用不同功能的纳米材料，但是现在用得最多的有纳米磁性材料、纳米催化材料、纳米生物材料和纳米光学材料等。其中纳米催化材料和纳米生物材料又是与人类日常生活联系得最为紧密的：汽车前进过程中因为汽油的不完全燃烧，排气管排出的尾气中含有大量的一氧化碳、二氧化氮等有毒有害气体，危害人类健康，破坏我们赖以生存的环境。这个时候，纳米催化材料应运而生，而且通常情况下用于除去尾气废气的催化剂都是光催化材料，所以就能够达到耗能少，无污染的目的。常见的纳米催化材料有纳米铁，镍与r四氧化三铁混合烧结体，纳米氧化钛等。纳米生物材料主要运用于器官移植，拥有巨大的商业前景，同时也为人类谋求了巨大的福利，例如作为“人造骨”的羟基磷灰石纳米颗粒等。
2.先进陶瓷材料之概论
先进陶瓷材料又叫精细陶瓷或高性能陶瓷，是具有电、声、光、磁、热和力学等多种功能的新型材料，它由许多不同化学构成的是有那个功能的陶瓷组成，较为常见的有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷等等。但是我们常常会将先进陶瓷按其使用性能分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。
2.1结构陶瓷
结构陶瓷是一类非常先进的陶瓷，它具有强劲的机械、热、化学等效能，甚至会比许多合金与聚合物还要优异，结构陶瓷可以将高强度、高硬度、耐高温高压、耐磨损、抗腐蚀等众多优异性能集于一身，这是合金与聚合物做不到的。结构陶瓷主要在军事、航天、机械领域有着重要的作用。当然，处于不同的领域，陶瓷材料的性质品类也会有所不同，有高强度、耐磨损，可以制作轴承、燃烧室的氮化硅陶瓷材料；有高强度、高韧性，可以制作代替金属制作模具的氧化锆材料，且加韧的氧化锆材料可以制成不会生锈，也不会导电的新型剪刀，可以放心剪带点的电线。
2.2生物陶瓷
生物陶瓷和纳米生物材料有着相似的作用，生物陶瓷目前主要用于人体硬组织的修复，它在人体中具有极佳的亲和性，因为生物陶瓷和骨组织的化学组成比较接近，将其成功植入后随着陶瓷的降解，新骨长成，所以这是今后医学上硬组织修复上的上乘之选。
3.新型薄膜材料之概论
薄膜材料在当今社会中扮演了一个非常重要的角色，因为该材料占用空间少，表面积大，质量轻，性能优异，在我们日常生活中得到了广泛的应用。
现在在生活中我们常会用到光盘，还有多年以前家用VCD使用的影碟，都使用到了薄膜材料——磁性薄膜，而在刻录机上的磁头上面也会覆盖上磁性薄膜。磁性薄膜是指厚度等于或小于微米级的磁性材料，它主要运用与电子设备中，作为其中的重要组成部分。
由金属氧化物等烧结的薄膜多层介质组成的光学薄膜材料即为光学薄膜材料，而它又可以分为光学反射膜、光学增迭膜、光学分光膜、光学滤光膜等。现在的眼镜市场上有许多可以防紫外线的镜片，如果没有欺骗消费者的成分在里面的话，那就很可能在镜片上覆盖了一层或多层光学滤光膜，但这样会导致成本加大，所以市场上的镜片大都不是真品。
金刚石薄膜可以明确地说，是一种异常坚硬的薄膜。手术刀上若是由金刚石薄膜制成的话，它会比普通手术刀更加锋利，在厚度上更加薄，却是更加坚韧。同时金刚石薄膜具有的高热率和高电阻率，使其在电学和信息技术中也有很大的作用。甚至，它还具有超优良的光学性质，所以不得不说金刚石薄膜是一种全能型薄膜。
二、材料化学发展展望
材料是一个国家发展的重要载体之一，目前世界各国都在加紧研究各种领域功能的材料，因为现代工业，特别是宇航、军工以及金属冶炼方面对材料的要求越来越苛刻，在超高温、搞真空条件下依然能够正常使用的材料成为研究的重点，还有能在超低温、强磁场等条件下性质不变的材料也是未来大力研究的方向。虽然现在已经出现了不少耐高温、抗高压的新型材料，例如氧化锆陶瓷材料，但是现在这类材料已经远远不能满足工业生产的要求。人类的追求是永无止境的，我们重点关注纳米材料和先进陶瓷材料，因为这类材料在军工和航天事业上的应用非常广泛。
还有一种材料在未来将起到非常重要的作用——复合材料。树脂基高强度、高模量纤维材料，金属基复合材料，陶瓷基复合材料，碳碳基复合材料，这类复合材料的性能大都强于单体材料，它们将来将会参与到各类科学研究中去。
回顾材料化学工程这几十年的飞速发展，给人类带来了许多福音，相信在未来材料化学工程定会带给我们更多的惊喜和福祉。
参考文献：
[1]朱裕贞，顾达，黑恩成.现代基础化学.北京，化学工业出版社.2004 云南大学学报（自然科学版）.2002（S1）.
[2]全宏声.防弹冲击的透明装甲陶瓷.材料工程.2001（07）.
[3]杨华明，宋晓岚，金胜明.新型无机材料.北京：化学工业出版社，2004.
上一篇：浅析材料化学工程的应用及发展