材料化學工程發展趨勢及相關應用芻議

吳朝乾

摘要：隨著社會經濟的不斷發展，材料化學工程逐漸成為社會發展的重要支柱之一，新型材料的出現，使開發新能源的途徑更加廣闊，因此，應用材料化學工程成為各國發展新能源的重點目標。以此為背景，本文通過對材料化學工程的發展趨勢進行分析，論述了材料化學工程中納米材料、先進陶瓷材料、新型薄膜材料的具體應用。

關鍵詞：材料化學工程；發展趨勢；材料應用

前言：

作為一名高中生，雖然學業任務非常繁重，但在學習之余，筆者對我國社會發展進程中存在的環境問題一直保持關注。當今我國對于未來的發展規劃，主要在于實現節能減排，應用一些新型材料有效促進工業發展。目前，在化學工程領域中，正在大力普及應用材料化學工程，最大限度的降低污染能源的排放量，這對于我國生態環境的改善有很大幫助。

一、材料化學工程的發展趨勢

1.1材料化學工程基本情況

材料化學工程主要是將材料學科和傳統的化學工程進行融合，然后將化學工程作為基礎手段，應用和制備各種無機化學材料、高分子化學材料以及生物化學材料。同時，從本人接觸的高中化學知識方面來看，材料化學作為材料科學中的重要組成部分，對材料化學工程的未來發展趨勢進行分析可以明確工業發展的走向。未來材料化學工程的發展對化學工程來說具有重要的戰略意義，特別是基于原子和分子層面的材料研究。

1.2材料化學工程發展趨勢

材料化學工程主要應用于能源節約及軍工工程方面，在科學技術發展迅猛的當代，材料化學工程的發展對于我國增強自身的綜合實力有著不可磨滅的作用。因此，深入分析探究材料化學工程的發展趨勢十分重要。具體而言可分為三方面內容：

首先，在未來發展過程中，材料化學工程應該以新能源研究、生態環境保護、水資源利用等方面為主要方向，這樣有利于我國打破現有的經濟發展瓶頸。其次，毋庸置疑，大力普及先進性技術的應用可以為工業發展帶來非常大的經濟效益，因此，運用先進技術對化學材料進行生產如流化床技術，利用此類技術大大降低化學材料的生產成本應當作為該工程的重點發展趨勢。最后，無毒無害、利用率較高以及易于回收的材料也是材料化學工程的發展趨勢，這些材料的應用可以有效的保護環境，最大限度的降低了廢水和廢氣的危害。

二、材料化學工程的應用

2.1納米材料的應用

現階段，納米材料出現的時間不算長，但是其他普通的材料遠遠比不上納米材料的效用。在普通材料制作過程中，如果將尺寸縮小，那么材料的整體結構也會發生相應的變化。納米材料的應用則不會出現這一類問題。

納米材料的應用主要體現在以下兩點：1）作為高效發熱和光電轉換的主要材料。納米材料的結構是團塊狀或者粉狀，且為晶體材料，這對于高效發熱有很大的幫助。對于光電轉換來說，納米材料應用能夠使光電子和微電子緊密結合在一起，如應用于對光電信息的存儲、傳輸等過程進行精密的運算，可以大大提高光電器件的各種性能。2）納米材料可以作為光催化劑的材料。納米材料的粒徑比較小，比表面積大，使得光催化效率特別高。同時納米材料生成的空穴和電子在到達材料表面之前，很大一部分并不會進行重新結合，因此在材料表面的電子數量非常多，大大提高了化學反應的活性。

2.2先進陶瓷材料的應用

現階段，先進的陶瓷材料按照其功能進行區分，可分為功能陶瓷材料、結構陶瓷材料和敏感陶瓷材料三類。

功能陶瓷材料主要應用于計算機技術和信息技術以及軍工工業中。該種陶瓷材料的性能非常強大，在晶體上不存在對稱中心，在材料的每個表面上都施加部分壓力，會出現極化現象，并且壓力的方向都是特定的。同時還會出現電位差，當在材料的某個特定的方向施加電場，會使材料的形狀發生一定程度的改變或者會使材料的位置發生改變。

結構陶瓷材料的特點表現在化學效能強、機械效能強、熱效能強，并且抗腐蝕能力比較強，同時耐高溫。所以將其應用于機械、航天、軍事等領域最為合適。如將氧化鋁和氧化鎂進行混合，混合之后便能形成新型的防彈玻璃，這種防彈玻璃在1800℃下也能夠具備較好的效用。由于結構陶瓷材料具有高強度和高耐磨性等特點，可以作為軸承和燃燒室的材料。

敏感陶瓷材料主要應用于對人體骨骼的修復。敏感陶瓷材料的導電性能非常好，材料所構成的是離子鍵氧化物多晶體。在植入人體骨骼之后，對人體骨骼的變化十分敏感，在非常短的時間內即可以與骨骼中的骨組織進行持久性的、直接的骨性接觸，且接觸處一般不會介入纖維組織，進而完成骨組織融合。

2.3新型薄膜材料的應用

新型薄膜材料的類型主要有三種，其一是納米負荷材料；其二是金剛石薄膜材料；其三是磁性薄膜材料。這三種材料在電、熱、磁、光等方面都有一定的優勢，在施加一定作用力之后，能夠發揮出特殊的功能。

新型薄膜材料的應用主要體現在以下幾點：1）作為自動化控制產業材料應用，如交通、能源、通訊、電子等產業。如將硅材料作為太陽電池的主導材料，可以生產出薄膜太陽電池，而薄膜太陽電池的基板可以使用價格比較低廉的石墨、塑料、玻璃等，且制作出的薄膜厚度僅僅幾μm，轉換率卻高達13%。因此利用新型薄膜材料不僅保護環境，同時也減低了材料的生產成本。2）制作高科技器件中的應用。新型薄膜材料的不斷發展，使得組成材料的成分不再局限于砷化鎵或者是鎵化鋁等物質。目前我國研制出了很多新型的硅材料，如銦砷、銦鋁砷、銻鐵、銦鎵砷等，這些物質作為高科技器件的制作材料，可以器件更為耐用，如電探測器、遷移晶體管、高效激光器等器件在制作過程中都是使用了上述新型材料。除此之外，在雷達、電子對抗中也能看到其應用的身影。

結論：

綜上所述，材料化學工程的發展前景廣闊，可以幫助人們節約資源、開發新能源、制作新型高科技器件等。經過上文分析可得，納米材料的應用，可以大大提高光電器件的各種性能；先進陶瓷材料的應用，對保護生態環境有很大的幫助；新型薄膜材料的應用，不僅保護環境，同時也減低了材料的生產成本。因此，深入研究材料化學工程的應用非常重要。

參考文獻：

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