浅谈材料科学的发展趋势及进展

宋泽华

【摘 要】材料是人们生活必不可少的，也同样在人类历史发展进程中扮演必不可少的角色。不管是石器时代亦或是铜器、铁器时代，还是到之后的水泥、半导体时代，再到如今的新材料时代，人们从懂得利用材料推动社会发展，任何一种材料的发现与运用，都能让人们对大自然更加深入了解，也使人们支配和利用材料的能力得到了提升。材料运用也成为了衡量科学技术、经济水平及综合国力的标志之一，现在我根据现在的材料发展现状和趋势来讲述。

【关键词】材料；科学的发展；趋势及进展

一、材料的分类

工程材料按照它的性能可以分为两种：结构材料和功能材料。大部分的材料工作者主要接触的是结构材料，而结构材料又能细分为三种：金属材料、高分子材料、无机非金属材料。目前生活中使用范围最广的是金属材料，它具有相当多的优良性能，不管是从机械、物理或化学性能，或者是铸造、锻造、焊接性、机械加工性能等，都是优等的。我们还可以利用不同比例混合金属，改变金属内部结构，从而优化性能并产生新的材料类型。而非金属材料也有相比金属材料更独特的特点：耐腐蚀、绝缘、消除声音、质量较轻，而且易加工，产率高并且成本低。所以高分子材料逐渐在工业方面取代金属材料。而功能材料是一种新型材料，具有特殊的电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能，在高科技领域和国防建设方面具有重大作用。功能材料按性能分可分为电子信息材料、光学材料、声学材料、生态环境材料、能源材料、超导材料、磁性材料、信息材料、储能材料、生态环境材料、生物医用材料和纳米材料等。电子信息材料支撑着现代高技术产业，生态环境材料主要是使经济可持续发展的环境协调性材料。而且受生物的启发，近年设想的智能材料，是对材料的工作环境可进行判断并产生相应的反应，从而使材料性能与服役要求相适应。相信智能材料将会是未来世界材料运用的趋势。

二、材料学科与其他学科的交叉发展

材料科学与物理学、化学、机械加工、计算机都有相对应的交叉学科，分别称为：材料物理学、材料化学、机械工程材料学、计算机材料学。材料物理学是由金属物理学科和电子材料学科为基础发展的。材料物理学在其领域促进了我国电子、通信、计算机、医疗军工等方面的发展，也同时推动了如纳米材料、能源材料、光学材料、磁性材料等一大批高新技术材料的研究与开发，推动了经济发展和社会进步。材料化学的基础是高分子材料学，涉及材料在制备加工过程中的物理化学表征，材料在使用过程中的化学行为的方面，是现代科学的基础学科之一。生活中处处都得利用材料，而在使用之前，工程师或应用科学家必须完全了解使用材料的性能和行为特征，于是机械工程材料学便是应用科学家和工程师需要了解的学科。不管是什么机器或者物件，都是由零件构成。而一个小小的零件在进行材料选择时，必须考虑强度、密度和质量以及成本和来源等。

由于近年的互联网飞速发展，出现了计算材料学这样的新兴学科。它融合了凝聚态物理，材料物理学、理论化学、材料力学和工程力学以及计算机算法等多个学科。计算材料学的本质其实是利用现在高速计算机，模拟材料的各种物理化学性质，深入理解材料从微观到宏观多个尺度的各类现象与特征，并对材料的结构和物性进行理论预言，从而达到设计新材料的目的。随着现代社会互联网科技的迅猛发展，利用计算机对物质的微观结构和运动进行数值模拟计算得到了同样的发展，并在此基础上用数值运算统计求和的方法——分子动力学方法和蒙特卡羅方法，按照原子的排列和运动的模拟以实现宏观物理量的计算，不但直接模拟物质的宏观凝聚特性，得出与实验结果相符合或可比拟的计算结果，而且可以提供微观结构、粒子运动以及它们和物质宏观性质关系的图像，有利于提取新的理论，被视为“计算机实验”，这便是计算材料学的用处，不但可以节省人力和成本，而且可以快速有效的得到我们想要的结果。

三、材料科学发展的总趋势

科技不断发展，当然，材料科学也是不断发展的。现在的材料科学发展趋势有五种：第一，是由普通的金属材料、高分子材料等的均质材料向把金属材料和高分子材料结合起来的复合材料发展，复合材料更能符合人们的需求；第二，随着高技术发展，以前讲的结构材料向功能材料、多功能材料的方向过渡，因为社会发展需求要求材料技术提供更加更多更好的功能材料；第三，材料结构方面的都朝着尺度小，材料轻薄的方向发展，由厘米到毫米，由毫米到纳米，再由纳米向现在的微米发展；第四，被动性材料向具有主动性智能材料方向发展，新的智能材料可以通过对外界的条件变化，进行主动的判断和反应；第五，通过仿生途径开发展新材料。

四、总结

材料科学看似和我们遥不可及，其实却和我们生活息息相关。材料无处不在，是社会不可缺少的一部分，不仅我们的生活是和材料祸福相依的，而且材料科学更在国家的昌盛和安全有着举足轻重的作用。材料科学是现世纪里重要的支柱产业，我国的材料科学平稳居世界前列，有些领域甚至居于世界领先水平，所以材料科学的发展是值得我们每个人都为之努力、为之付出的。

【参考文献】

[1]浅析材料科学中专家系统的发展现状及趋势[J].中国化工贸易，2013（8）