材料化學在哪些方面有涉及

1. 材料化學的應用領域有哪些

說起高分子材料,普通人也許會覺得莫測高深,其實我們身邊到處都是它們的身影.
無論是作為食物的蛋白質還是作為織物的棉、毛和蠶絲都是天然高分子材料,就連人體本身,基本上也是由各種生物高分子構成的.我國在開發天然高分子材料方面曾走在世界領先水平.利用竹、棉、麻等纖維等高分子材料造紙是我國古代的四大發明之一.另外,利用桐油與大漆等高分子材料作為油漆、塗料製作漆製品也是我國古代的傳統技術.
高分子是由碳、氫、氧、硅、硫等元素組成的分子量足夠高的有機化合物.之所以稱為高分子,就是因為它的分子量高.常用高分子材料的分子量在幾百到幾百萬之間,高分子量對化合物性質的影響就是使它具有了一定的強度,從而可以作為材料使用.這也是高分子化合物不同於一般化合物之處.又因為高分子化合物一般具有長鏈結構,每個分子都好像一條長長的線,許多分子糾集在一起,就成了一個扯不開的線團,這就是高分子化合物具有較高強度,可以作為結構材料使用的根本原因.另一方面,人們還可以通過各種手段,用物理的或化學的方法,或者使高分子與其他物質相互作用後產生物理或化學變化,從而使高分子化合物成為能完成特殊功能的功能高分子材料.
功能高分子材料主要包括物理功能高分子材料及化學功能高分子材料.前者如導電高分子、高分子半導體、光導電高分子、壓電及熱電高分子、磁性高分子、光功能高分子、液晶高分子和信息高分子材料等；後者如反應性高分子、離子交換樹脂、高分子分離膜、高分子催化劑、高分子試劑及人工臟器等,此外還有生物功能和醫用高分子材料,如生物高分子、模擬器、高分子葯物及人工骨材料等.
大致地說,高分子可以分為天然高分子與合成（人工）分子.
人工高分子的歲數並不大
直到19世紀中葉,人類才開始對天然高分子的化學改性與應用,而後又發展到高分子的人工合成,這中間主要包括橡膠、纖維與塑料等.
（一）、天然橡膠的利用、開發與改性.在中美洲與南美洲,15世紀左右當地人用天然橡膠做游戲與生活用品如容器與雨具等.18世紀法國人發現南美洲亞馬孫河有野生橡膠樹,橡膠一詞當地印地語即「木頭流淚」的意思,割開橡膠樹皮即流出乳液,後來叫天然橡膠,19世紀中葉,英國人取橡膠樹的種子在錫蘭（斯里蘭卡）種植成功,並逐漸擴大到馬來西亞與印尼等地,但是製造天然橡膠製品中,生膠如何溶解與加工是一大問題.直到19世紀40年代美國人發現用松節油、硫黃與碳酸鉛共熱後得到不粘而有彈性製品,即所謂硫化技術,因此,到1920年左右,亞洲地區天然橡膠出口量達70多萬噸,與當時巴西的野生橡膠出口量相同.
（二）、天然纖維素的改性.19世紀,德國人開始用硝酸溶解棉纖維,結果可以紡絲或成膜,但其易燃燒,最後用它製成了無煙炸葯.如果在其中加入樟腦,可以加工成名為「賽璐珞」的塑料,它能製作照相底片或電影膠片,但也易燃,此外,這種工藝也用在汽車車身噴漆中.稍後,英國人用氫氧化鈉處理棉纖維得到絲光纖維,再用二硫化碳溶後紡絲,製成粘膠纖維,還可以用木漿做簾子線、玻璃紙及人造絲等.但80年代後期由於二硫化碳的污染問題,使廠家不得不另找它法,工廠多半停產.此外,德國人用醋酐進行纖維素酯化,獲得醋酸纖維,由於不易燃燒故多用於照相底片與電影膠片,也可用於飛機機身塗料或者重新紡絲製成人造絲織物.
（三）、最早的塑料.在20世紀初,美國人用苯酚與甲醛反應得到可用作電絕緣器材的酚醛樹酯,這是最早的合成高分子,與此同時,俄國人用酒精製成丁二烯,再用鈉使之聚合成橡膠,二次大戰後德國人與美國人又發展成一類十分重要的合成橡膠即丁二烯與苯乙烯共聚而得的丁苯橡膠.盡管有以上幾方面的重要成果並建立了工業,但當時對天然高分子與合成高分子的結構並不清楚,因此,對聚合反應歷程也還不了解.
20世紀初,人們已經確認了澱粉的分子式,並知道其水解後得到葡萄糖.但並不知道分子之間如何連接,所以認為澱粉是葡萄糖或它的環狀二聚體的締合體.同樣,科學家了解天然橡膠裂解可得異戊二烯,但是不知它們之間如何連接以及它的末端結構,因為也認為是二聚環狀結構的締合體.科學技術的發展使科學家們有可能用物理化學和膠體化學的方法去研究天然和實驗室合成的高分子物質的結構.德國物理化學家斯陶丁格經過近10年的研究認為,高分子物質是由具有相同化學結構的單體經過化學反應（聚合）將化學鍵連接在一起的大分子化合物,高分子或聚合物一詞即源於此.1928年當斯陶丁格在德國物理和膠體化學年會上宣布這一觀點時,卻遭到多數同行反對而未被承認.但真理是在斯陶丁格這一邊,經過兩年的實驗驗證,1930年斯陶丁格再次在德國物理和膠體化學年會上闡明他的高分子概念觀點時,他成功了.至此,歷經10餘載的爭論,科學的高分子概念才得以確立.他進一步闡明了高分子的稀溶液粘度與分子量的定量關系,並在1932年出版了一部關於高分子有機物的論著,這後來被公認為是高分子化學作為一門新興學科建立的標志.為了表揚斯陶丁格的功績,瑞典皇家科學院授予他1953年諾貝爾化學獎.
對大分子概念的一個有力證實就是1935年美國杜邦公司發表已二胺與已二酸縮聚而成高分子聚醯胺,即尼龍6－6,並於1938年工業化,這就是大家熟知的尼龍襪材料.另外,鮮為人知的是,二次大戰後期美軍使用的降落傘就是這種尼龍6－6材料製作的. 40年代乙烯類單體的自由基引發聚合發展很快,實現工業化的包括氯乙烯、聚苯乙烯和有機玻璃等,這是合成高分子蓬勃發展的時期.進入50年代,從石油裂解而得的a－烯烴主要包括乙烯與丙烯,德國人齊格勒與義大利人納塔分別發明用金屬絡合催化劑聚合而成聚乙烯即低壓聚乙烯與聚丙烯,前者1952年工業化,後者1957年工業化,這是高分子化學的歷史性發展,因為可以由石油為原料又能建立年產10萬噸的大廠,他們二人後來都獲得了諾貝爾獎金.
60年代,由於要飛往月球而出現高溫高分子的研究熱.耐高溫的定義是材料能夠在氮氣中、500攝氏度環境中能使用一個月；在空氣中,300攝氏度環境下能使用一個月.其結果主要分為兩大類,一類是芳香聚醯胺例如苯二胺與間苯二醯縮聚得到的高分子Nomex,這在當時曾被作為太空服的原料.還有對苯二胺與對苯二醯氯縮聚得到的高分子Kevlar,它屬於耐高溫的高分子液晶,現在用於超音速飛機的復合材料中.另一類是雜環高分子,例如聚芳亞醯胺和作為高溫粘合劑的聚苯並咪唑為現在的宇航飛行所需的材料打下了基礎.
由於高分子材料具有許多優良性能,適合現代化生產,經濟效益顯著,且不受地域、氣候的限制,因而高分子材料工業取得了突飛猛進的發展,目前世界上合成高分子材料的年產量已經超過1.4億噸.如今高分子材料已經不再是金屬、木、棉、麻、天然橡膠等傳統材料的代用品,而是國民經濟和國防建設中的基礎材料之一.與此同時,高分子科學的三大組成部分――高分子化學、高分子物理和高分子工程也已經日趨成熟.
高分子材料包括塑料、橡膠、纖維、薄膜、膠粘劑和塗料等.其中被稱為現代高分子三大合成材料的塑料、合成纖維和合成橡膠已經成為國家建設和人民日常生活中必不可少的重要材料.由於石油資源的逐漸減少,人們正在積極考慮其它能源,例如太陽能、氫能與原子能的開發,但也必需看到石油的主要用途是作為燃料,用於化學工業的僅佔7％,其中作為高分子原料的只有5％,因此一般認為即使在下個世紀,高分子的主要原料仍可來自石油.另一方面,特種油田高分子用於二次或三次採油頗有成效,很有助於石油能源開發.材料高分子在材料領域中有它特殊的地位,特別是交通工具,可以替代比重較大的金屬與陶瓷,以及木材及其它天然材料.例如汽車車身與車殼結構材料中已經有50％用高分子材料,下世紀將增至70％至100％.再如宇航與航空機身與機翼,減輕重量可以大大省油,因此都用高分子復合材料,從80年代的30－40％總重量,至90年代的50－60％,估計21世紀可達70－80％.
活性聚合是促使高分子化學走向新時代的基礎.要進行活性聚合,引發速度要快,沒有鏈轉移與鏈終止,實驗室測定活性聚合從三個方面下手,一是轉化率與單體濃度成正比與催化劑濃度成反正；二是高分子分子量與轉化率或時間成正比；三是分子量分布要窄,約為1.2左右.目前,正離子活性聚合與負離子活性聚合都已展開,絡合催合聚烯烴的活性聚合所用烯土催化劑已有端倪,只有自由活性聚合還未達到應用程度.
有人說高分子化學是一門排隊化學,排頭要很快站出來,隊員迅速排上隊,面向都一樣,所有隊員都必需排上隊,結果是每排長短都一樣,也就是分子量分布為1,轉化率100％.這意味著在高分子材料新時代中,有下列三個重要方面：首先是高分子的分子量概念將徹底改變,因為原來的高分子分子量都是各式各樣的平均值,主要原因是因為長短不齊；其次是高分子的概念也將徹底改變.高分子決不是不易控制的長短不齊的分子組成,而是均勻高分子所組成；最後是高分子性能以及加工應用,都將因為是精密高分子而出現全新的數據、全新的性能與加工方法與用途.
所謂高分子材料主要包括塑料、橡膠與纖維三大合成材料,其中塑料占總量的80％.在塑料中佔80％的是通用高分子,包括高壓聚乙烯、低壓聚乙烯、聚丙烯以及聚氯乙烯與聚苯乙烯.
在科學家的手中,工程塑料家族誕生了,它的成員包括能耐高溫100－160攝氏度的尼龍、聚碳酸酯、聚酯及聚苯醚.到了90年代又發展更高耐熱200－240攝氏度的聚醚碸、聚苯硫醚、聚醚醚酮及聚醯亞胺的所謂高溫工程塑料.與此同時還有復合材料的建立與發展,例如開始用玻璃纖維的復合材料發展到用碳纖維的耐高溫復合材料.
非結構高分子材料與功能高分子也獲得了大發展.80年代以來高分子粘合劑與油漆塗料也都向耐高溫方向發展,也就是高分子從結構向非結構材料方面發展.還有更重要的是功能高分子的多方面發展,例如利用吸附性能作為海水淡化及其它如離子交換樹脂與分離膜的屬於化學功能高分子；應用於光導纖維與光刻膠的屬於光功能高分子；具有導電性能的電功能高分子及作為人工臟器與葯物控釋的醫學功能高分子.因為功能高分子的興起是80年代以來的十分重要的發展.
硅系高分子材料取代碳高分子材料,成為新一代功能材料.日本電信電話公司開發的由氧、碳、氘和硅四種元素構成的新型材料,在500攝氏度下不熔化,用它製作光器件,不會因屈折率變化而降低功能.
一些國家和地區的領導人對材料科學的基礎地位認識日益深化,意識到許多行業技術上的可行性和進步基本上取決於相應材料的開發,而材料的選擇關繫到提高生產效率,降低成本和提高質量的問題.基於這種認識,他們加大對新材料研究的投入力度.
美國競爭力委員會把材料技術列為應予重點扶植的六十類關鍵技術的第一位；英國一項包括高分子材料在內的新型材料的大規模研製計劃,正在實施.法國確定的IDMAT新材料研究開發計劃,是11項國家計劃的重點.俄羅斯最近通過的《俄羅斯聯邦1996－2000年民用科技優先研究開發的專項規劃》把新材料研究開發劃入優先領域中；日本正在積極實施為期10年（從1991年度起）的高分子新材料研究計劃.連台灣也把開發高級材料作為69項重點技術的「重點中的重點」.90年代,日本在新材料開發研究領域每年投入的費用比美國高50％,人力投入也比美國多近一倍.從1991年起,日本總共投資大約2500億日元用於以開發革新材料為目標的10年研究計劃.歐洲聯盟對材料科學的投資占其第四個科研框架計劃投資總額的16％,僅次於信息技術和能源技術投資,達17.07億歐洲貨幣單位.
英國瑞侃公司研究所的郭衛清在旅英中國學人第3屆材料科學年會提出,作為材料科學的一個重要分支,高分子材料和技術的發展尤其迅猛.高分子材料在眾多工業的廣泛應用已使該材料成為經濟發展不可缺少的一部分.
中國高分子材料熠熠生輝
國內高分子材料的進展不斷見諸報端.新華社曾報道：國家「八五」重點科技攻關項目「聚醚碸、聚醚醚酮、雙馬型聚醯亞胺等類樹脂專用材料及其加工技術」,在成都通過由國家有關部門組成的驗收委員會的驗收.
聚醚碸、聚醚醚酮、雙馬型聚醯亞胺等特種工程塑料,是60年代發展起來的新型高分子材料.由於這類材料具有優良的綜合性能,現已成為各種空間飛行器和新型運輸工具實現高速、輕量、增加航程的可靠保證,也是電子電氣產品實現大容量、高集成和小型化不可缺少的新材料.由四川聯合大學、北京市化工研究院、東方絕緣材料廠等10個單位共同承擔的這項重點課題,經過120多名科技人員五年合作攻關,不但全面完成了任務,取得27項鑒定成果.其中吉林大學吳忠文教授等研製的「聚醚醚酮樹脂」,性能達到目前國際先進水平,成本大大低於國外同類產品；大連理工大學蹇（湯去氵加釒旁）高教授等研製完成的「雜環取代聯苯聚醚碸的合成」,主要經濟技術指標達到國際先進水平；四川聯合大學、成都飛機工業公司、東方絕緣材料廠江璐霞教授等研製的「雙馬型聚醯亞胺航空工裝模具材料」,在國內處領先地位,達到80年代末國際水平.目前有多種產品形成了規模生產能力,提供特種工程塑料新產品15種、新材料19種、新工藝3項.
另外,新華社還曾以「我國高分子化學研究取得重大突破」為題報道一種用於家電產品的新型紫外光固化塗料――JD－1紫外光固化樹脂,在湖南長沙市研製開發成功,並通過鑒定.專家們認為,它填補了國內一項空白,達到國外同類產品的先進水平.
位於長沙市東岸的湖南亞大高分子化工廠有限公司,多年來始終追蹤高科技發展潮流,不斷研製開發高起點、高水平、高效益的新技術,並使這些技術成果迅速轉化為生產力.這個公司的科技人員在資金少、條件差的情況下,經過數千次試驗,終於研製開發出JD－1紫外光固化樹脂.只需在各種家電外部塗上一層紫外光固化樹脂,經過一番處理,家電猶如穿上一件硬如玻璃鋼、光潔似鏡面的「外衣」.專家介紹,家電外表的裝飾是衡量其檔次的一個重要指標,這是國內外化工界多年研究的一大課題.新型紫外光固化樹脂的研製成功,將使我國家電裝飾跨上一個新台階；同時結束長期進口的歷史,可節約大量外匯.專家鑒定認為,這是一種污染少、節能效益好的高科技產品,具有耐沖擊、耐老化、固化速度快等優點,可廣泛應用於電冰箱、洗衣機、電氣儀表、電訊設備和汽車、摩托車等.
一項處於國際領先水平的聚合物技術－－超高分子量聚丙烯醯胺合成技術在大慶油田化工總廠研製成功.專家稱,這項技術推廣應用後,可使聚合物用量在減少百分之二十的情況下,大幅度提高原油採收率,每年可為油田化工企業增效5000多萬元.
1995年,隨著三次採油技術在大慶油田的推廣應用,油田化工總廠引進法國技術生產聚丙烯醯胺,分子量達1000－1500萬,使我國生產聚合物技術跨入世界先進行列.但根據聚合物驅油試驗研究,分子量大於1700萬的超高分子量聚合物的驅油效果更好.為了加快超高分子量聚丙烯醯胺產品的工業開發步伐,大慶油田化工總廠通過多渠道橫向聯合的辦法,開展科技攻關.僅用三個月時間,攻關小組的14名科技人員就在工業化試驗中,成功地合成了分子量達到1700萬的聚丙烯醯胺,並在試生產中取得了滿意效果.目前,這個廠已開始投入批量生產超高分子量聚丙烯醯胺產品.
另外,「PTC智能恆溫電纜」、「多功能超強吸水保水劑」、「粉煤灰高效活化劑」等等,都是我國在高分子材料領域取得的不俗成果.還有就是我國的高分子單鏈單晶的研究取得國際領先的成績：成功地制備出順丁橡膠的單鏈單晶,獨創性地開展了單分子鏈玻璃體的研究,首次觀察到高分子液晶態的新的紋影結構.這都引起世界科技界的轟動.

2. 材料化學專業主要學什麼的

專業簡介：材料化學是一門新興的交叉學科，屬於現代材料科學、化學和化工領域的重要分支，是發展眾多高科技領域的基礎和先導。在新材料的發現和合成，納米材料制備和修飾工藝的發展以及表徵方法的革新等領域，材料化學作出了的獨到貢獻。材料化學在原子和分子水準上設計新材料的戰略意義有著廣闊應用前景。
專業課程：有機化學、無機化學、分析化學、物理化學、結構化學、材料化學、材料物理等。

3. 材料化學專業介紹

材料化學是材料學的一個分支，研究新型材料在制備、生產、應用和廢棄過程中的化學性質，研究范圍涵蓋整個材料領域，包括無機和有機的各類應用材料的化學性能，是根據材料的基本理論和方法對工業生產中與化學有關的問題進行應用基礎理論和方法的研究以及實驗開發研究的一門科學。
材料化學(Material Chemistry)專業一般是作為材料科學與工程系/學院中的一個專業方向。
主要的研究范疇並不是材料的化學性質(盡管從字面上可以這么理解)，而是材料在制備、使用過程中涉及到的化學過程、材料性質的測量。比如陶瓷材料在燒結過程中的變化(也就是怎麼才能燒出想要的陶瓷)、金屬材料在使用過程中的腐蝕現象(怎樣防止生銹)、冶金過程中條件的控制對產品的影響(怎麼才能煉出優質鋼材)等等。
材料性質的測量也不同於材料物理專業的方法。材料化學專業所研究的大多跟傳統產業有關，屬於解決實際問題的理論學科，因此材料化學專業研究的課題沒有那麼新潮和熱門，但是在現實生產中，對優秀的材料化學方面人才的需求是巨大的，例如說冶金行業，在鋼鐵、有色金屬冶煉過程中效率低、產品質量差、生產過程中浪費嚴重等問題，都需要用材料化學的知識來解決。中國雖然一直以陶瓷聞名世界，但實際世界上精密陶瓷(用於電子材料中，價錢非常昂貴)絕大部分是由日本製造的，就是因為我們在配料、控制燒結條件等環節技術力量太差，而材料化學正是解決這些問題的。所以材料化學專業不僅實用價值高，而且發展空間大。
材料化學專業的基礎課程主要涉及物理學、熱力學、材料化學、冶金學、電化學等方面知識，特別是無機化學、物理化學。當然，由於專業方向的不同，有些專業也需要很多有機化學、生物化學的知識，像反應中的薄膜技術、膠體技術(在生產中以薄膜和膠體作為反應介質)的應用等等。因此本專業對考生的要求還是比較全面的，希望報考本專業的考生，特別是那些參加"3+X"考試的考生有所准備。本專業屬於理學范疇，但是卻不同於純理學，對動手能力有一定的要求。總體來說，本專業競爭並不是很激烈，比起工程學的熱門專業來說難度要小很多。在國內各高校中，清華大學材料科學與工程系在材料化學方面的實力很強，另外，北京科技大學、上海交通大學、哈爾濱工業大學、中國民航大學等水平也很高。
在材料科學與工程各專業中，材料化學專業的畢業生就業情況還是比較不錯的。考研的選擇也不少，除上面提到的高校外，很多工科比較齊全的學校都開設了相關專業，基本上都是在材料科學與工程系/學院下面。
本專業學生主要學習化學和材料科學方面的基本理論、基本知識和基本技能，接受科學思維與科學實驗方面的基本訓練，並能夠熟練運用，充分了解材料化學理論和應用的最新發展動態，掌握信息收集檢索的方法，具有運用化學和材料學的基礎理論、基本知識和基本技能獨立進行研究、教學、生產和開發的基本能力。

4. 材料化學究竟是學什麼

材料化學是材料學的一個分支，研究在制備、生產、應用和廢棄過程中新型材料的化學性質，研究范圍涵蓋整個材料領域，包括無機和有機 的各類應用材料的化學性能，是根據材料的基本理論和方法對工業生產中與化學有關的問題進行應用基礎理論和方法的研究以及實驗開發研究的一門科學。

材料化學專業主要培養系統掌握材料化學的基本理論與技術，具備材料化學相關的基本知識和基本技能，能運用化學和材料科學的基礎理論、基本知識和實驗技能在材料科學與化學及其相關的領域從事研究、教學、科技開發及相關管理工作的具有開拓型、前瞻性、復合型的高級人才。

(4)材料化學在哪些方面有涉及擴展閱讀

知識技能

1、掌握數學、物理、化學等方面的基本理論和基本知識；

2、掌握材料制備(或合成)、材料加工、材料結構與性能測定等方面的基礎知識、基本原理和基本實驗技能；

3、了解相近專業的一般原理和知識；

4、熟悉國家關於材料科學與工程研究、科技開發及相關產業的政策，國內外知識產權等方面的法律法規；

5、了解材料化學的理論前沿、應用前景和最新發展動態，以及材料科學與工程產業的發展狀況。