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再一次改变世界

2018-12-24

求学·理科版 2018年12期
关键词:高分子复合材料化学

一提到材料这个词,大家或许会想到跨海大桥上那坚固的钢筋,或是航天飞船上那昂贵的特种陶瓷。材料科学领域的新发现,好像对我们的日常生活并没有多大影响,但是你可能并不知道,能够改变世界的新材料,其实就在我们身边。

从远古时代的石头陶土,到现代的合金、塑料和半导体,材料科学的每一次革命都象征着人类文明发展的巨大进步。想象一下,在触手可及的未来,我们会遇到什么样的神奇新材料呢?今天,小编就带你去了解一些材料类专业,说不定会让你对材料科学产生新的看法。

复合材料与工程:生活处处皆“复材”

Lewisuan

复合材料,顾名思义,就是复合在一起的材料,是多种性质、性能完全不同的材料通过特殊的方法结合在一起的产物。这种复合产物一般具有比原始材料更为强大的性能,最终达到“1+1>2”的神奇效果。

复合材料天天见

复合材料在生活中应用十分广泛,小到家里的桌椅板凳,大到飞机火箭,大部分的高强度现代化材料都属于复合材料。举一个例子,生活中最常见的复合材料是轮胎,它的基体是橡胶,在固化交联后形成热固性的基体;炭黑作为一种添加剂,可以有效地增强轮胎的摩擦性能、热传导性能以及抗老化性能;添加的尼龙层、带束层、钢丝层等则可增强轮胎在各个方向的力学性能,起到降低轮胎漏气、裂胎、爆胎概率的作用。

听起来“高大上”的复合材料早已应用到日常生活之中,其实我们每天都能够见到,而各种新型的复合材料也不断地在实验室里诞生。

学习知识,自由探索

复合材料性能的计算、结构的设计是相当重要的内容,涉及大量的矩阵计算和偏微分计算,因此我们开玩笑将专业课称为“高数课”。在复合材料与工程专业的学习中,自由的实验室是最好的学习环境,如果想获得最前沿的知识,那么就一定得跟随老师做实验项目。

实验中的计算方法日新月异,如今人们将大量的计算任务交给计算机,所以能灵活应用软件进行计算也算是掌握了一项很重要的技能。我依稀记得,当初有位学长在实验中组装了一台搭载64核处理器的“超级工作站”,足足计算了1个月才得出计算结果!

实验科研,学科趣味多

在实验课中,最能激起我们兴趣的莫过于新鲜出炉的还热乎乎的复合材料测试板。我们就像十月怀胎的母亲一样忐忑不安,生怕我们用于实验的板子会不小心掉到地上。但实际上复合材料测试板非常结实,很难被摔碎。在实验测试中,在复合材料测试板被破坏的瞬间,会发出巨大的声响,总是会把楼上楼下的老师们都吓一大跳。

大学时常会有国内外知名科学家来做讲座,带来前沿、深奥的学科知识。听讲座的学生一般都很紧张、很害羞,没有人会举手提问,我们当然也不例外。记得有一次,复合材料领域的一位知名专家来给我们讲课,见没有人提问,于是说:“大家好像不是很活跃嘛,要不要我来点颜色(光波)激发大家跃迁(电子跃迁)一下呀?你们搞复合材料的,跟复合材料一样,需要激发一下才会发光哈。”这番话一下子把在场的老师同学们都逗乐了,大家争先恐后地举手提问,甚是热闹!

处于时代浪尖,发展前景广

在复合材料与工程专业的学习中,对基本知识(数学、物理、化学甚至生物)的灵活应用极为重要,扩大知识面的广度也对科研有很大的帮助。因此,建议同学们多涉猎一些“没用”的知识,当你做好了充足的准备之后,课程学习和科研会倍添乐趣,同时也能提升你今后在工作或科研中的竞争力。

院校推荐:北京化工大学、四川大学、北京航空航天大学、华南理工大学、哈尔滨工业大学等

材料物理:穷物之理,构以良材

吉林大学 孙磊磊

在21世纪,新材料被认为是发展前景最好的领域之一。我所学习的材料物理专业是材料学领域少有的可授予工学或理学学士两种学位的专业,是为欲从事材料科研工作的同学“量身定做”的专业。

回顾发展历史,奋力开创未来

材料物理专业在众多专业中算是比较年轻的了,前后算下来这个专业也才七十岁左右,因而学科发展相比物理学、化学等专业有所不及。但是年轻就意味着有发展空间,材料物理的学科建设以及科研发展有着巨大的潜力。

材料物理专业是在功能材料的合成与结构表征、新型材料的设计与开发、材料的计算机模拟等诸多领域进行研究的专业。几个月前,中兴公司因为芯片问题而亏损巨资这件事大家可能都知道,而芯片的研发和功能型材料的研发有关,在材料方面,我们国家的水平和世界顶尖水平还有不小的差距。所以,材料学领域需要人才来激发活力,开创属于中国人的一片新天地。

夯实基础知识,玩转物化理论

我们系基于“基础厚、适应广”的育人理念,在本科设置了各种基础课程,旨在夯实学生的科研基础。材料物理有两大主干学科,即材料科学与工程、材料物理与化学。除此之外,學好数学和计算机也对我们很有帮助,因为材料物理中涉及大量的理论计算,需要我们设计算法、编写程序。

我就读此专业的期间,为怎样画图而苦恼过,也因记不住理论而困惑过,被全英文长篇文献的“恐怖”操纵过……但科研之路就像一句名言所说的那样:“板凳要坐十年冷,文章不写一句空。”既然选择远方,又何惧风雨?由于本科学习压力并不大,我利用空余时间跟随一位研究生学长的脚步,在大一就接触到了科研。

我至今仍然记得我拿到的第一篇文献——中科院某位博士生的论文,我满怀好奇地去阅读它,想象着自己的科研路。首先映入眼帘的是三四页长的目录,翻下来看,这篇论文的总页数居然有三百多页——这些数字瞬间打破了我的“妄想”。我读第一章第一节就用了两个小时,里面有许多我没见过的专有名词,看得我脑袋发胀。想要投入科研,还是不能操之过急,我在心里默念着“不能急躁,要有耐心,坚持下去”,一个个名词的含义,一条条定理的解释,充实了我一个下午的时光……就这样一步步向前走着,远方梦想的轮廓,好像变得清晰了一些。

科研企业都不怕,就业方向多样化

关于就业,由于学习的理论知识范围很广,所以材料物理专业的毕业生既能从事宏观材料领域的工作,也能投身于更精细的材料领域。除了芯片,太阳能电池的改良、新型内存条和固态硬盘的研发等,都属于我们所研究的内容。

同学们毕业后将会有两个大方向。一是从事科研工作,进入科学研究所研制和开发新材料。如果同学们决定未来从事科研工作的话,毋庸置疑的是要继续读研甚至读博。二是进入企业,在企业内进行产品的改进和创新。想进企业的话最好也先读研,如果读研后不想继续从事科研工作,也能转型成为高校讲师。学习和工作其实都一样,都需要我们不断努力拼搏,让我们从现在开始一起努力吧!

院校推荐:吉林大学、哈尔滨工业大学、东北大学、南京大学、西安交通大学等

“煮饭”才是我的真爱——材料化学

曲阜师范大学 杨玉潇

材料化学是一门新兴的交叉学科,也是现代材料科学、化学和化工研究领域的重要分支。材料化学主要研究新材料的制备、加工、应用以及它们之间的关系。通俗地说,思考一斤黄豆是如何变成酱油的,是应用化学;而思考除了黄豆,还能把什么变成酱油的,则为材料化学。材料化学的应用范围较广,同时具有较高的研究价值,想要学好这门专业, 兴趣、基础和勤奋这三者缺一不可。

理论要用于实践

材料化學是一门理论与动手实践相结合的专业,四大化学——无机化学、有机化学、分析化学、物理化学是我们专业的基础,后续进阶学习肯定也少不了它们,所以这四门课是初期学习的重中之重。

当然,学以致用最为关键。实验操作课程都是根据四大化学的内容来编制的,每周必做实验早已成为家常便饭。实验课上先是原理的讲解,此时一定要牢记药品与仪器的搭配、重要的实验步骤等,因为长达两个小时的实验就像煮饭一样,一着不慎,全锅皆糊。做化学实验其实蛮有意思,加好“料子”,放在圆底烧瓶内“煮”,中途还要掐着时间看什么时候加其他材料,“煮”完之后,就可以放心等待反应物冷却了。

有人可能会问,盯着仪器一两个小时,也太无聊了吧?其实不然,因为脑海中有一根怕实验失败的弦时刻紧绷着,“煮”的过程中总是忍不住四处走走,去瞧瞧别人烧瓶里的材料是什么颜色、什么状态,其实也挺有趣的。

做实验要当心爆炸

每个同学的实验结果是不尽相同的,实验失败也是家常便饭。有时自己花了很长时间做实验,辛辛苦苦得到了产物,却看不出到底是个什么玩意,让人不禁怀疑人生。也正是这样的一次次尝试锤炼了我们的心性和意志。

当然,一些小意外是肯定免不了的,比如向容器内加溶液时,手一抖倒多了,这时反应产生的过多气体则会把一些器件顶出,产生小爆炸;在反应时偶尔也会冒个烟,一旦冒烟,基本上这个实验就算是失败了。实验结束后,同学们都会不约而同地默默收拾桌面、洗净仪器、打扫卫生,对于喜欢化学又爱安静的人而言,这种安稳、能让心神专注的实验室环境,简直就是完美。

勤奋成为我们的习惯

在我们学校,“抢座”可是一道靓丽的风景线。因为我们学校教学楼的教室实在是太大了,上课要坐在前面才能听得清楚,所以有时候明明是下午才上课,但早上时教室的位子已大片大片“沦陷”了,下午才来教室的同学只好从隔壁教室搬来桌椅,还有的同学甚至自带了一张小马扎。

课前占座预习,课上头脑风暴,课后复习实验,连老师看到了也不免感叹:“为了考试不挂科,你们这帮人也真是蛮拼的。”

生成一颗“沉淀”的心

大三时,我们被安排去化工厂实习,为期两周。在车间师傅的带领下,我们参观了玻璃、水泥等常见的无机非金属材料的生产制造过程,还参观了化工厂的材料样品、生产设备等。

在去化工厂前,我们以为化工厂应该和实验室一样,工作环境干净整洁,然而,我们所看到的老式化工厂却是满地灰尘,空气中弥漫着刺鼻的气味。这是因为老式化工厂的生产工艺太落后,机器设备年久失修,各项生产指标无法达到现代化工厂的水平。由此可见,我国化工行业仍有很大的发展空间,对于我们而言,也是一个不错的机会。这也让即将踏入社会的我们意识到:只有沉下心来钻研新技术,方能为国家做出奉献。

如果你选择了材料化学,那说明你肯定对化学是真爱,不论未来遇到什么样的困难,都要记得牢牢抓住你的真爱,坚定地走下去!

院校推荐:北京大学、天津科技大学、华东理工大学、郑州大学、武汉理工大学等

又找到你了,无处不在的高分子

四川大学 008

我现在都还记得开学典礼上院长的那一句慷慨激昂的话:“人生自古谁无死,要读就读高分子!”如此惊人的发言,被我们专业的同学称为“魔音绕梁,三日而不绝”,给我们留下了深刻的印象。

也就是从那个时候开始,我下定了决心要努力学好高分子科学与工程专业(以下简称为“高分子专业”),开始戴上高分子的“眼镜”,对周围的世界开始全新的探索。

什么是高分子?从下里巴人到阳春白雪

偷偷跟你说吧,从头到脚,你脸上涂抹的化妆品,你戴的眼镜,你穿的衣服、鞋子……到处都有高分子的身影,人类已经被高分子包围了。

如果我们所说的“低端”就是离我们生活很近,随处可见而十分熟悉,“高端”是指离我们生活很遥远,涉及的知识很深奥,摸不到触不及,那么高分子可以说是既“低端”又 “高端”。

为什么说高分子是“低端”的呢?比如自行车的轮胎不会轻易漏气,沙发里的海绵疏松多孔而且很轻,橡皮筋的弹性很好,有些塑料很脆,有些却很坚韧……这些都是生活中司空见惯的现象,我们可能都没有想过其背后的原理,而这些都是高分子专业要去研究的问题。

那高分子的“高端”又体现在哪里呢?从获得过诺贝尔奖的导电高分子到新型太阳能电池,从仿生柔性皮肤的发明到人造器官等,高分子在其中都发挥着至关重要的作用。高分子从诞生以来,无论是实验室的理论研究,还是工厂的实际生产,有关的技术都在以迅猛的速度发展。

我们都学什么?理论学习与实验操作共存

高分子专业最主要的两门课是高分子化学和高分子物理。简单来说,高分子化学告诉你这种材料是怎么合成的,高分子物理则告诉你这种材料为什么会有这样的性能。学好这两门课,那你就可以得到很多问题的答案:为什么有的衣服会缩水、会沾灰?打针的时候会不会有添加剂流进我们的身体?喝酸奶舔杯盖是不健康的习惯吗?等等。

当然,只学习理论难免会有些枯燥,不过如果你比较喜欢动手实践,那实验课肯定会受到你的青睐。想象一下,你身穿白色实验大褂,戴着酷炫的护目镜,左手拿着盛有红色溶液的试管,右手拿着盛有蓝色溶液的烧杯,当你把手中的两种溶液一混合,瞬间就会发出耀眼的光芒,新的物质就这样诞生了!记得当初我看着自己亲手合成出来的产物,心里很是激动,忍不住发了一条朋友圈动态。不过要提醒同学们一句,一定要先弄清楚实验的原理再动手,安全才是最重要的。

毕业后找工作,能不能达到我的小目标?

高分子专业的毕业生若从事本专业对口的工作,大体分成两种情况:

一是去高校、研究所从事科学研究工作。这类工作要求你长期致力于某一个研究方向,通过阅读文献产生新思路,然后设计实验,从实验结果中得到新的发现。

二是进入企业工作。进入企业挣钱较快,但也相对累一些,不过说不定你发明了一种新材料后申请专利,一下子就完成了你成为有钱人的小目标呢?

很多学校都开设有高分子专业,但是有国家重点实验室的学校可不多,我在此推荐四川大学的高分子专业,它可是有国家重点实验室的哦。如果你真心喜欢这个专业,可以多查一些资料,了解一些基础的知识。选择专业很重要,但用心学好专业更重要。

院校推荐:四川大学、大连理工大学、北京化工大学、苏州大学、济南大学等

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