材料物理化學(xué)的前景及在民航中的應(yīng)用

【摘要】：本文分析了材料物理化學(xué)的前景，并且對(duì)它在民用航空領(lǐng)域中的應(yīng)用關(guān)系進(jìn)行了相關(guān)探討，簡(jiǎn)單介紹了材料物理化學(xué)的人才需求，在當(dāng)今高科技領(lǐng)域中材料物理化學(xué)起到了十分重要的作用，是發(fā)展先導(dǎo)和基礎(chǔ)鋪墊，它影響著一個(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)水平，是重要因素，同時(shí)它也是航空安全檢測(cè)方面不可或缺的重要材料，有著檢測(cè)、研究、修復(fù)和制備等多方面的用途。

【關(guān)鍵詞】：材料物理化學(xué)；民航；前景及應(yīng)用

一、材料物理化學(xué)前景介紹

人們?cè)?0世紀(jì)后期時(shí)，就已經(jīng)把能源、信息及材料當(dāng)作人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的三大支柱，尤其是上世紀(jì)八十年代以后，新材料、能源、信息、空間、海洋及生物在全球范圍內(nèi)都崛起了巨大陣勢(shì)，甚至人們已然把新材料技術(shù)與生物信息技術(shù)三者標(biāo)注為20-21世紀(jì)的主要技術(shù)革命。德國(guó)學(xué)者曾對(duì)世界各國(guó)發(fā)展計(jì)劃進(jìn)行了分析，他總結(jié)出21世紀(jì)發(fā)展的九大重點(diǎn)領(lǐng)域內(nèi)容，分別為微電子學(xué)、系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)軟件、納米技術(shù)、光子學(xué)、細(xì)胞生物、分子電子及信息和管理及生產(chǎn)工程。這九大領(lǐng)域先后涉及到80個(gè)課題中的24項(xiàng)先進(jìn)材料，不少其他領(lǐng)域中的相關(guān)課題中也包含不少這些材料，從世界其他工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的歷史中我們可以看到，材料的發(fā)展和研究也是一種國(guó)家戰(zhàn)略高度的提升，因此材料屬于優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。比如，20世紀(jì)50年代的美國(guó)就已經(jīng)制定了國(guó)家材料規(guī)劃，美國(guó)的國(guó)力大幅度增加和它息息相關(guān)，1994年美國(guó)總統(tǒng)克林頓也提出過(guò)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的技術(shù)決策，把材料列為國(guó)家重要發(fā)展的內(nèi)容之一，這樣做的目的也是為了能讓美國(guó)在科學(xué)技術(shù)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)方面領(lǐng)先于世界，日本政府也制定過(guò)相關(guān)政策，我黨和政府也開(kāi)始重視起材料研究和開(kāi)發(fā)工作，但是改革開(kāi)放之前，我國(guó)的材料重點(diǎn)主要是為軍工生產(chǎn)服務(wù)，民用上的研究還十分薄弱，自開(kāi)放以后，材料學(xué)在我國(guó)快速的發(fā)展，尤其是民用方面的技術(shù)服務(wù)普遍被重視起來(lái)，國(guó)家九五-2010的規(guī)劃遠(yuǎn)景中，更是將新材料列為重要項(xiàng)目。

材料物理化學(xué)是應(yīng)用物理與化學(xué)的一部分，它的特點(diǎn)是明顯交叉，學(xué)科屬于邊緣性質(zhì)。目前材料材料改性及制備都特別的依賴材料物理化學(xué)，能源環(huán)保也都是利用了材料化學(xué)的方法工藝及理論，材料化學(xué)在我國(guó)占有重要地位，與此同時(shí)，行業(yè)發(fā)展及專業(yè)上的契機(jī)，也必定給材料物理化學(xué)人才帶來(lái)大量機(jī)遇，也是我國(guó)材料物理化學(xué)人才培養(yǎng)的新方向。

二、材料物理化學(xué)的人才需求現(xiàn)狀

材料物理化學(xué)在現(xiàn)代材料科學(xué)中是一項(xiàng)重要分支，它起到了對(duì)現(xiàn)代高科技領(lǐng)域發(fā)展的先導(dǎo)及基礎(chǔ)作用，影響了一個(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)水平與經(jīng)濟(jì)，作為發(fā)展重要因素之一的材料物理化學(xué)，人才需求十分廣泛，畢業(yè)后可以到民用航空公司就業(yè)，也可以去家用電器、汽車(chē)及化工、建筑材料等領(lǐng)域從事材料設(shè)計(jì)，也可以進(jìn)行研究、開(kāi)發(fā)及技術(shù)管理、營(yíng)銷(xiāo)等一系列工作，甚至可以到政府有關(guān)機(jī)構(gòu)工作，因?yàn)椴牧匣瘜W(xué)是建立在傳統(tǒng)材料學(xué)基礎(chǔ)上的兩個(gè)分支，所以材料化學(xué)和材料物理都屬于二級(jí)學(xué)科，實(shí)際上對(duì)一個(gè)新專業(yè)評(píng)價(jià)它的好壞，主要是看它的前景如何，以及未來(lái)社會(huì)對(duì)其是否需求，當(dāng)下個(gè)別案例表現(xiàn)不能算內(nèi)，新專業(yè)往往都會(huì)在建設(shè)初期遭到人們的質(zhì)疑，人們因?qū)ζ洳涣私舛a(chǎn)生擔(dān)憂，往往時(shí)機(jī)已經(jīng)在猶豫中而被耽誤，所以科技迅速發(fā)展的今天，競(jìng)爭(zhēng)如此激烈的高等教育中，走在學(xué)科前列十分重要，抓住新的機(jī)遇開(kāi)辦新興專業(yè)，是一件受益匪淺的事情。

三、民用航空中的材料物理化學(xué)應(yīng)用

3.1、材料物理化學(xué)與航空材料

整個(gè)現(xiàn)代材料科學(xué)的發(fā)展中，航空材料都騎著基礎(chǔ)與先導(dǎo)作用，機(jī)體與發(fā)動(dòng)機(jī)材料是航空材料中最重要的結(jié)構(gòu)，它與材料物理化學(xué)有分不開(kāi)的關(guān)聯(lián)，考慮到飛機(jī)安全性，航空的結(jié)構(gòu)材料必須具有高可靠性，一定要高強(qiáng)且輕質(zhì)。飛行器作為整體，對(duì)一些非結(jié)構(gòu)性材料也少量用到，比如密封材料、降震減噪等，鈦合金及鋁合金是機(jī)體的主要材料，其和樹(shù)脂等復(fù)合材料一起，構(gòu)成飛行器，具有成本低和高性能的優(yōu)點(diǎn)。為了可以讓新型復(fù)合材料的性能變得更高，歐洲空中客車(chē)公司提出觀點(diǎn)，用更多的材料化學(xué)方法對(duì)復(fù)合材料及應(yīng)用碳纖維進(jìn)行制備和減重，最多可減輕30%的重量，飛行成本的40%被降低。但是缺點(diǎn)是炭纖維復(fù)合材料在技術(shù)減重的時(shí)候會(huì)提高一些構(gòu)成成本，運(yùn)用已儲(chǔ)備的技術(shù)，可以達(dá)到15%的減重效果，降低成本目標(biāo)，由此可見(jiàn)，發(fā)展低成本中，高性能復(fù)合材料是擁有很大潛力的。美國(guó)在2000年微了達(dá)到航空技術(shù)的領(lǐng)先，將十項(xiàng)涉及材料列入關(guān)鍵性計(jì)劃，分別有：陶瓷基復(fù)合材料、先進(jìn)單晶葉片材料、渦輪葉片、磁性軸承、脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)、低溫燃料存儲(chǔ)材料及新能力燃料等。

目前我國(guó)化學(xué)工業(yè)正在開(kāi)展高起點(diǎn)的航空材料研究工作，化工新材料必將研制到新水平，并打下我國(guó)新型飛機(jī)壓制的高性能基礎(chǔ)，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始用納米復(fù)合粉添加纖維制作軍服，這種材質(zhì)不但可以很好的屏蔽紅外線，還可以強(qiáng)吸收人體紅外線。增加保暖，軍服也能夠減輕重要，比起容易放電具有安全隱患的化纖衣服，這種材質(zhì)優(yōu)勢(shì)很多，可以說(shuō)金屬納米微粒為一切難題的解決提供了新的途徑。至此我們可以看出，材料物理化學(xué)在航空材料中有著不可或缺的重要作用，可以用于研究、檢測(cè)及修復(fù)等多個(gè)方面。

3.2、材料物理化學(xué)與航空安全

3.2.1、飛機(jī)防護(hù)及腐蝕

民航的壯大是的早期引入的波音飛機(jī)進(jìn)入老齡化階段，飛機(jī)使用時(shí)間過(guò)久，結(jié)構(gòu)完整性都受到磨損，原因有三，一是應(yīng)力損傷，二是環(huán)境損傷，三是意外損傷，如鳥(niǎo)擊、地面摩擦和雷擊等，而應(yīng)力、均勻、晶間、及電化學(xué)腐蝕是飛機(jī)結(jié)構(gòu)非常常見(jiàn)的一種腐蝕，有可能一處部位呈現(xiàn)多種腐蝕現(xiàn)象，國(guó)際民航中對(duì)腐蝕的維修、預(yù)防費(fèi)用甚至占到總飛機(jī)維修費(fèi)的一半，所以材料物理化學(xué)對(duì)飛機(jī)腐蝕問(wèn)題的解決具有重要意義，其是一種有效解決途徑，可以用材料化學(xué)方法將飛機(jī)涂抹一層防腐層，飛機(jī)由此可以具有更好的防腐性，防腐劑具有稀薄性及高滲性，一些不容易接近及干縫區(qū)比較適合運(yùn)用。

3.2.2、材料故障分析及安全檢查

飛機(jī)上一些隨身攜帶物品及行李貨物等，鑒別與檢測(cè)的前提條件是先要對(duì)材料的微觀結(jié)構(gòu)、光電磁及物理化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行查明，然后在于此基礎(chǔ)上，找尋能夠?qū)Σ牧咸卣鬟M(jìn)行反映的化學(xué)媒介，然后設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單易行的檢測(cè)儀器或方法，便以用于民航安全服務(wù)中，所以必須要用材料物理化學(xué)作為基礎(chǔ)，提高檢查精度及擴(kuò)展范圍，這樣才能實(shí)現(xiàn)高校實(shí)用的安全檢查，全面設(shè)計(jì)出對(duì)等設(shè)施。

總結(jié)：隨著我國(guó)科技的高速發(fā)展，各行各業(yè)都在激烈競(jìng)爭(zhēng)中發(fā)揮自身潛力，而對(duì)于進(jìn)步材料及材料性能的提高，是他們的有力武器，而這些都離不開(kāi)材料物理化學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步，通過(guò)材料物理化學(xué)的方法、工藝及理論可以充分的對(duì)材料進(jìn)行研究和制備，同時(shí)還可以解決材料檢測(cè)與識(shí)別技術(shù)方面的許多難題，例如吸波材料、燃油催化劑及尾氣處理劑，及飛行材料的安全識(shí)別與修復(fù)、檢測(cè)等技術(shù)，都發(fā)揮了材料物理化學(xué)的巨大潛力，相信未來(lái)更多的科技發(fā)展中都將用到這種材料技術(shù)，它也會(huì)在科技發(fā)展中占據(jù)廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景，地位將十分突出。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇勉曾.材料化學(xué)展望大學(xué)化學(xué)，1995，Voll0，No.6：6-16.

[2]鐘培道.我國(guó)航空材料現(xiàn)狀、問(wèn)題與發(fā)展思路.航空科學(xué)技術(shù)，2015（4）：13-16.

[3]方昌德.談美國(guó)航空推進(jìn)系統(tǒng)德的關(guān)鍵技術(shù)國(guó)際航空，2013，5：25-27.