材料化工在材料科学与产业化中的地位和作用

刘兆雪 1 邹云 2

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摘要：随着我国经济在迅猛发展，社会在不断进步，材料化工是材料、化学与工程的交叉学科，发展材料化工的目的是解决实验室成果转化为工业生产的工程技术、设备、控制等问题。本文通过对国内外材料科学与产业发展现状与趋势的分析，指出了材料化工的特殊地位和作用，如计算机辅助材料设计、产品设计与工艺设计结合、材料合成与材料加工一体化、新材料制备设备放大、材料及原料的商品化、从微观到宏观的过渡、过程控制、材料与器件的系统优化等，并提出材料化工的发展战略应从加强基础研究和建立强大、完整、高效率、高效益的转化系统，建立材料化工工程研究中心，这是科学需要、市场需要、上游需要、产业需要、转化需要。本文就此战略进行了比较详尽的讨论。

关键词：材料化工；材料科学；地位；作用

引言

信息工程、生物技术和新材料是现代文明的三大支柱，新材料的研究与应用水平已成为衡量一个国家科学技术发展水平的主要标准之一高校材料科学与工程专业担负着为国民经济建设培养材料类高级技术人才的历史使命.面对新世纪、知识经济的新挑战，研究材料学科专业的发展战略，确立新的人才培养目标、办学模式和构建新的教学体系，用创新教育来培养创新型人才，是高校一项重要而又紧迫的任务.为了培养符合时代与社会要求的材料科学与工程的高级专门人才，近年来，我国高校纷纷对材料类专业进行了改革与调整材料科学与工程各专业的课程体系也发生了深刻变化.目前，有关材料专业课程体系的教学改革研究，基本上集中在材料专业基础课和专业课程的设置上.由于材料学科与其他学科如物理、化学、化学工程等关联性很强，所以有必要对这些相关学科的课程设置进行研究，以便使这一类课程成为材料科学与工程学科课程体系的有机组成部分，使本专业培养的学生具有更合理的知识、能力与素质结构.材料的合成与加工是材料四要素之一对于材料科学与工程学科毕业生，将来多数要从事材料的合成与加工.材料的合成与加工都需要具备化学工程学的有关知识和能力.目前国内各高校材料学与工程学科专业教学计划中，化工类课程的设置现状差异很大.个别高校没有开设任何化工课程；多数高校仅开设化工原理一门化工课程；有的除开设化工原理之外，还开设化工机械.化工工艺、化工设计等课程；个别高校为高分子材料科学与工程专业开设了化学反应工程的三级学科一聚合反应工程或高温反应工程.为了使材料专业学生具备合理的知识结构和比较全面的“大材料”工程科学技术素质，我们认为材料科学与工程学科除开设化工原理之外，还应开设化学反应工程等化工类课程，也可将化工原理与化学反应工程两门课合并开设.

1材料化工在材料科学与工业中的地位和作用

作为材料、化学和工程三者交互而来的学科，材料化工学科旨在实现实验室成果向工业化生产的技术过渡，为企业发展保驾护航，提供技术支撑。同时，材料化工学科还可解决新材料研究开发问题，实现新材料工业化目标。在化学工程的开发过程中，材料化工的占比虽然只是一小分支，但却起到了极高的衔接作用。如图1学科学习关系示意图所示，材料化工以材料作为统向标准，结合材料化学和材料工程领域做出协同划分。针对于此，此产业的产品工艺设计能够结合多个领域的优势进行开发制造，使得整个产业具备灵动性和动力导向。

2材料化工在材料科学与产业化中的地位和作用

2.1化工原理实验教学方式的改革和思考

每次课授课之前，给学时留20-30min的时间熟悉实验装置的结构、性能、工艺流程，掌握化工单元操作方法，正式讲课时，以分组提问的方式让学生自己讲解工艺流程和操作步骤，以引导的方式把理论课本上讲解的内容和实际操作中遇到的问题相结合，比如传热实验（强化管传热），改变原来只做实验、测数据的单一教学手段，通过强化管理的强化方法，引申到化工中常见的传热设备的改进方法，讨论如何从材料的角度降低成本，从传热的角度提高传热速率等，学生积极参与发言，各抒己见，当实验中出现的现象和理论不符时，引导学生从实验的源头到实验过程中分析误差，充分解决“照单抓药”式的教学模式。

2.2材料、器件生产活动得以系统优化

严格来说，材料和器件的生产活动，实质上是化学和非化学反应的组合。因此，为达成相关主体要求，材料和器件的生产单位应着重考虑如何将化学和非化学反应优化组合，一般来说，该项工作目标的实现，需要依赖化学工程师来完成。化学工程师通过发明新单元，优化组合，同时，还会利用化工系统工程，立足于产品、质量、能耗和成本等角度，构建评估活动，使材料和器件更具竞争力。在未来阶段，随着开发能力的提升，产品开发进程会显著加快，对稀缺资源的应用能力也会大为提升，生产活动将会更加安全、环保。

2.3新材料科研单位的需要

材料与器件的研制单位需要高质量的新材料和新材料研制单位需要新的特殊性能的精原料，而这些材料或原料绝大部分离不开化工单元过程的组合去制备，这些正是材料化工的任务和内容。另一方面当一种新材料被设计和发明后，材料科学家需要化学工程师们协助他们使用化工科学技术与设备，去实现工业生产。而材料化工科学家和工程师要完成工业放大，需要进行特殊需要的工程与技术的研究开发，并通过中间试验，解决工业放大问题，因此建立材料化工工程中心是新材料研制单位的需要。

2.4建立材料化工示范工厂

纵观材料化工应用形势来看，虽然仍旧处于新兴未饱和的阶段，但发展前景还是十分可观。要想将愿景布设成为现实，就需要在实施手段中落实基础建设要点，将其充沛饱和。具体实施着力点可以偏向于重产业体系的大规模确立或是轻工业新材料的制备。通过对于实验样品的确立，从而对涉及材料进行大批次的订购。在此过程中需要明确的是仅仅依托样品质检完全是不够的，还需要同期引入专业人才，对其操作流程进行严密的控制。以优质人员分布为准，建立具有行业导向力和引导力的材料化工示范工厂。一方面为材料科学产业化的应用做基础，一方面开辟关于此新兴产业的系统制备化体制。确保客观条件均可满足的情况下，投以大批次应用。

2.5化工原理实验教学内容的改革与思考

充分联系课本理论知识，让学生感觉化工原理实验非常实用。比如传热实验，告诉学生热电偶温度计的测温原理，温度计冷端温度补偿的含义，用电脑记录数据的方法，通过数据处理，双对数作图、线性回归等方法，了解计算机技术在化工原理实验中的重要性，实验结束后，学生要对实验数据进行处理，还要总结和分析，分析实验数据误差产生的原因等，根据实验报告上的数据处理为依据，数据处理主要以电脑处理为主，可以锻炼学生应用Word、Excel、Origin等办公软件的能力。

结语

社会的不断发展为各行各业带来了众多可发展的契机。尤其是材料化工一类，作为初期发展阶段就能够在材料科学与产业中具备这样的地位和作用，那么未来的发展前景想必也十分可观。辩证客观地来看，目前针对材料化工技术仍旧停留在实验室小规模的实践中，对于技术的开拓和提升具备狭隘性。但相信随着相关技术的更进以及优质试点工厂的确立，未来不论此项产业如何推进转型，都会爆发出巨大的社会经济效益。

参考文献

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