材料科学与工程的新时代

刘亦晴

摘 要：新常态的背景下，材料是人类文明和社会进步、科学技术发展的物质基础，与此同时，也是对应的技术性先导。材料、能源和环境之间存在着密切的关系，可以将材料结构与组成、性质、使用性能之间本质呈现到大家的视野当中。另外，材料科学与工程四个要素之间密切关联，展现了材料科学与工程核心要素的所在。在性能与使用性能的基础上，衍生出材料的选择与材料的优化。最终，将材料的衍生问题，加入到资源与环境当中进行思考。在体现材料的环境协调性的同时，也赋予了材料科学与工程更为多样化的有效内涵。

关键词：材料科学;工程;新时代

一、材料科学与工程的“四要素”

从材料科学与工程的内涵上看，（1）成分与结构。此要素对材料性质和使用性能构建了新型的原子类型与排列方式。换句话说，就是材料的化学组成还有其所占据的比例大小。材料的原则或者是例子在不同的尺度上，进行有序的排列。例如：宏观或者是微观的组织结构。（2）制备（合成）与加工。此要素主要是获取原子特定的排列方式或者是排列过程。使用一定的手法，对其的原子、分子等内容进行重新排列。制备（合成）是把原子和分子组合到一起之后，制造出来的新型材料，此种方法可以是物理性质的也可以是化学性质的。加工是把成型的材料，进行大尺度的改变与优化。需要先合成制备，形成有用的产品，或者是转变为有用的性能[1]。（3）性质（性能），是属于材料固有的性能，主要是原子或者是排列结构共同组成的，展现了本身的价值性与应用性。例如，金属材料具有刚性、强度和硬度等。（4）使用性能，需要在经济、社会成本和收益的多种角度上进行思考，把材料特定性能与产品设计、工程各行应用能力、人们的需求等有机的结合起来，具有一定的区别性，同时也展现了一定的紧密性。

二、材料科学与工程的“两个全过程”

材料科学与工程的“全过程”的经历是从认识开始——实践——再认识——再实践，这样反复的验证当中，进行获取有效的真理。材料科学与工程是认识世界的一个过程，也是技术性循环往复的一个过程。材料科学与工程的“两个全过程”可以分为两个部分，一个部分是材料研制的全过程。另外一个部分是材料应用研究的全过程。材料科学与工程的“两个全过程”从内涵上看，直接导向技术创新的基础理论，展现了不同材料的应用基础理论。例如：超高强度的钢应用基础理论可以变为等强韧化机理。凡是导向材料，固有性能的提升理论，属于材料研制全过程。可以导向服役性能的提升，就属于材料应用研究将的全过程。

从材料科学与工程的“两个全过程”的关系上看，属于密不可分的孪生体。例如：一架飞机起落架使用的是超高强度的铁进行制造的。在没有进行应用研究的前提下，疲劳强度预应力腐蚀应力出现了集中敏感的状况。接着，25年 期间进行多次试验，都没有达到3000FH的设计寿命要求。并且，服役寿命也在飞行的范围内。后来，经过应用研究300M的钢制造，疲劳寿命一跃达到了5000FH，此种情况下，也没有出现失效的状况。增载30%之后，在进行试验，这样可以达到6000FH的疲劳寿命还没有出现失效的状况。

三、材料科学与工程的新时代

（一）材料科学与工程新时代的转变

材料科学与工程四个要素进入了一个全新的创新發展时代。将材料科学与工程融为一体，以此来获取精确的材料。其中，还包含了服役行为的主要内容。基因设计的典型代表中，新型超高轻度不锈钢S53依然还初一一个疲劳强度应力集中敏感的状态[2]。因此，材料科学与工程的“两个全过程”正在引领材料进入一个全新的创新时代，同时预示着可以在极限固有性能与极限服役性能的可靠性上，奠定研究材料的目的，在应用的基础上，转变为新的理念与准则、里程碑。

（二）材料强国的主要标志和升级面临的挑战

第一，材料科学与工程的“两个全过程”研究与极限固有性能，极限服役性材料。第二，保证关键构件与元器件的需求材料体系。第三，需要在领先材料规模的产业化的基础上，实施品牌市场战略。第四，需要在关键构件或者是元器件的基础上，进行有效的应用。第五，在先进理论的基础上，构建自主创新品牌。但是在发展的过程中，缺少科学的管理理念，基础相对比较落后，产业相对落后，缺少创新性的核心技术。材料纯净化是材料强国的核心，需要不断的聚焦或者是提高纯净化度，然后发展先进的熔炼技术，构建国际化的材料发展。

（三）创新中国特色新材料产业

创新中国特色材料产业与业态的时候，创新需要在产业技术链的基础上，传递有效的实施机制。不仅包含了技术理论，同时也包含了对一个的方法与技术创新体系。需要在专业化的基础上，创新产业，形成科学的发展规律，形成技术性的创新网络，完成技术性的流程传递。产业技术链与传递机制，需要在高校的应用当中，完成对一个的验证，提高企业的技术性，完成生产与服役性的反馈。以长寿命，高可靠性为基础，成就中国特色材料产业[3]。

总结

在上万年的历史发展过程中，材料的发展与进步，为人类文明的延伸，做出了巨大的贡献，并一跃成为了重要的见证者与推动力。材料科学与工程展现了应用科学的属性，在中华民族的伟大复兴当中，引领着我国走向材料强国。其中，材料科学与工程包括四个要素包含了以下四个部分，成分与结构、制备与加工、性能以及使用性能。这四个要素之间，同等重要，没有高低之分。需要在材料科学与工程的“两个全过程”当中，构建材料体系与中国产业，获取极限固有性能与极限服役性可靠材料，成就材料强国。

参考文献

[1]《神奇的材料世界》在线学分认证模式的教改探讨[J].杨江，刘伟，何杰军，朱阮利，龙琼.  广州化工. 2018（17）

[2]形状记忆智能复合材料的发展与应用[J].蒋建军，胡毅，陈星，王林文，任恩毅，高新宇，邓国力.  材料工程. 2018（08）

[3]材料科学与工程学科知识要素导学研究[J].董振伟，张帅阳，梁玮，钞春英，李品将.  山东化工. 2018（09）