1、材料化學與高技術新材料摘要：材料化學的研究對象是物質的組成、制備、結構與性能的變化規律及其應用。它強調現代精細材料合成與光電技術相互結合，深入系統地研究各種材料制備工藝及其與材料性能的關系，發展新型功能材料的人工設計技術，采用先進的實驗技術和方法，研究和發展具有特定微結構和性能的新型功能材料。高技術新材料和信息材料的發展離不開材料化學，反過來，材料化學的發展進一步推動高技術新材料和信息材料的發展和進步。關鍵詞：材料化學；高技術新材料；信息材料。中圖分類號：G644 文獻標識碼：A 文章編號：1008-583（1 2003）06-0200-021 . College of Chemistry a

2、nd Chemial Engineering，Chongging Uniuersity，Chongging 400044，China；2 . College of Urban Construction and Enuironmental Engineening，Chongging Uniuersity，Chongging 400044，China）Abstract:The research object of materiaI chemistry is the transformation ruIes and appIications of the constitution, processi

3、ng, structure, andperformance of the substance. MateriaI chemistry emphasizes the combination between the synthesis of modern deIicate materiaI and the photoeIectricity technoIogy. At the same time, it goes deepIy and systemicaIIy into the reIation between the preparation technigues and the performa

4、nce for materiaIs. Furthermore, it manufactures new functionaI materiaIs hoIding given microstructure and performance by deveIoping new artificiaI design techniguesand appIying advanced experimentaI technigues and method. MateriaI chemistry is inseparabIe from the deveIopment of Advanced MateriaIs f

5、or HighTechnoIogy (AMHT) and information materiaI, in reverse, the deveIopment of materiaI chemistry subseguentIy promotes the advance and deveIopment of the AMHT and information materiaI.Key words:materiaI chemistryg AMHTg information materiaI一、材料化學專業簡介材料化學專業的研究對象是物質的組成、制備、結構與性能的變化規律及其應用。材料化學專業屬于材料

6、科學領域兩大專業之一，是構成材料科學學科的最重要的組成部分。主要范圍包括無機非金屬材料、有機高分子材料、先進復合材料等。本專業強調現代精細材料合成與光電技術相互結合，深入系統地研究各種材料制備工藝及其與材料性能的關系，發展新型功能材料的人工設計技術，采用先進的實驗技術和方法，研究和發展具有特定微結構和性能的新型功能材料。本專業重視理、化基礎，強調材料科學的基礎理論，注重實驗技能和訓練，以使學生通過本專業的學習，獲得材料的物質組成，材料的制備和加工結構與性能的變化規律及其應用的知識，培養學生在材料科學領域，特別是在功能材料領域運用化學基礎理論和實驗技能，進行材料設計制備和技術開發等方面研究和應用

7、工作的能力，以適應先進材料合成、制造、研究和應用的需要。本專業的基本培養目標為系統地培養掌握材料化學的基本理論與技術，具備材料化學相關的基本知識和技能，有較強的計算機應用能力；能在材料科學與工程及其相關領域從事研究、教學、產品開發、質量檢測及相關管理工作的材料化學高級專門人才。培養的基本規格及要求為：（1）掌握數學、物理、化學等方面的基本理論和基本知識。（2）掌握材料制備、材料加工、材料結構與性能測定等方面的基本知識、基本原理和基本實驗技能。（3）能使用計算機解決設計、管理、研究和開發問題。（4）了解相近專業的一般原理和知識。（5）熟悉國家關于材料科學與工程研究、科技開發及相關產業的政策、國內

8、外知識產權等方面法律法規。（6）了解材料化學的理論前沿、應用前景和最新發展動態，以及材料科學與工程產業的發展狀況。（7）掌握中外文字資料查詢，文獻檢索以及運用現代信息技術和過去相關性分析的基本方法；具有一定的實驗設計，創造實驗條件，歸納、整理分析條件結果，撰寫論文，參與學術交流的能力。200重慶大學學報（社會科學版） 2003年第 9卷第6期JOURNAL OF CHONGOING UNIVERSITY（SociaI Sciences Edition）""""""""""""

9、""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""

10、"VoI.9 No.6 2003! 收稿日期：2003 - 05 - 20基金項目：重慶大學教改項目（00B6）作者簡介：趙會明（1963 -），男，重慶人，重慶大學化學化工學院副教授，博士研究生，主要從事材料化學和環境科學研究。二、材料化學與高技術新材料高技術新材料（Advanced Materiais for High Technoiogy，以下簡稱AMHT），是指最近研制成功或正在研究中的具有優異特性和功能，能滿足高技術要求的新型材料。如新型半導體材料、光導纖維和新的光電器件的出現，使通訊技術從以銅為主的金屬電纜傳輸跨入了計算機控制的現代光纖通信的新時代，隨之而來的是光纖通訊產

11、業和計算機產業的誕生和發展，并推動著相關的傳感和控制技術的飛速發展。AMHT的生產具有3個特點（1）綜合利用現代的尖端科學技術多學科交叉滲透、知識密集、投資量大。（2）往往在一些特定的條件下才能實現，如高溫、高壓、低溫、超凈等，故沒有新技術新工藝，沒有精確控制和測試技術，就不能生產高質量 AMHT。（3）AMHT 的生產規模，一般比較小，品種比較多，更新換代快，附加價值高，技術保密性強。因此，AMHT產業是屬于難度較大的產業。進入90年代后，世界各發達國家對 AMHT的研究和開發給予了高度重視。美國早在 1989 年成立了全美新材料開發的國會核心小組（Caucus）。日本政府把 AMHT 作為

12、未來的關鍵技術，并提出為期 10年，投資4億美元的研究與開發計劃。歐共體尤里卡計劃等也對 AMHT的發展作了重要的部署。可以說，每一重要 AMHT 的出現和應用，都把人類支配自然的能力提高到一個新的水平，給社會生產和生活方式和面貌帶來巨大改觀。所以，AMHT 的研制和開發同一個國家的工農業活力、軍事力量等綜合國力的增長有著十分緊密的關系，已成為國際高技術激烈競爭中奪取制高點的戰略目標之一。早在 1987 年，小平同志高瞻遠矚，以高度的歷史責任感推動了我國“高技術研究發展計劃（即 863計劃）綱要”的制定和實施。這個包括 7 個領域 15 項主題的重點發展計劃中，明確規定“新材料”是重點發展的七

13、個領域之一。同時，以高新技術成果商品化、產業化和國際化為宗旨的“火炬計劃”中，也把“新型材料”列入重點發展技術領域。上面所指的高技術新材料按其基本組成，可歸納為新金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和先進復合材料四大類。根據材料的使用性能分類，有結構材料和功能材料。結構材料的使用性能主要是材料的力學性能，功能材料的使用性能主要是材料的光、電、磁、熱和聲等性能。從材料應用的領域分類，可分為能源材料、信息材料、生物醫用材料和航空航天材料等。材料科學和材料化學是多學科交叉的新興學科，研究材料的組成結構與性能的關系，從而發展新材料，并合理有效地使用材料。但材料要商品化，則需要一定的經濟合理的制備（選）

14、工藝流程，這就要求和材料工程相結合。因此，材料化學研究材料中的基本規律，目的在于為發展 AMHT提供新的途徑和技術、新方法和工藝流程。材料化學是一門應用性很強的學科，作為材料科學的研究工作者，不僅要具有堅實而廣闊的基礎知識，還要具備應用基礎學科已有知識指導材料成分、結構與性能的研究，并指導新工藝的開發，研制和生產出有用的 AMHT。同時根據這些 AMHT在使用過程中所揭露的問題，再反饋到成分、結構與性能研究中，進而改進工藝，開發出更符合要求的新材料，如此反復，使材料不斷創新，最后做到“按指定性能“”定做”最好的 AMHT，按生產要求“設計”最佳制備和加工方法。這就需要材料化學家、材料物理學家和

15、計算機科學家共同協作，從理論、計算方法和實驗技術多方面共同努力，才能逐步實現。三、材料化學與信息材料當今社會被稱為信息社會，而信息技術和信息科學的基礎又是信息材料。信息技術、信息科學隨材料技術、材料科學的發展而發展。所以材料化學在當今的信息時代具有重要的實際作用和廣闊的發展前景。（一）集成電路材料追溯電子技術的發展，1906 年，發明電子管，由于這類元件和材料的發明，出現了無線電技術、電視機、電子計算機。但這些裝備都很笨重，故障率高。1948 年半導體晶體管的出現使電子設備小型化、輕量化、省能化。1958 年開始制造集成電路，又發生一個飛躍。以后，集成度每幾年就提高一個數量級。到 90 年代，

16、幾百萬個電路的超大規模集成電路已經問世。集成電路不但提高密度，而且由二維發展到三維。從材料化學角度講，集成電路的主要材料是單晶硅。但隨著集成度的增加，線寬越來越小，對單晶質量要求愈來愈高。由于這些集成電路材料的發展，使計算機等電子設備的功能愈來愈強，體積愈來愈小，而其價格卻在不斷下降。（二）光導纖維材料與光通訊傳統通訊主要使用金屬材料制造的電纜。80 年代出現了使用光導纖維材料的光通訊。光通訊與同軸電纜通訊比較，通訊容量大大增加（增加量達 3 - 4 個數量級），材料損耗大為減少，成本降低，無磁干擾，保密性強，通訊質量大為改善。所以目前各國都列為重點領域大力開發。而光通訊得以發展完全依賴于材料

17、科學和技術的突破。所謂光通訊就是把電信號變為光信號，通過光導纖維進行遠距離傳輸，在終端再將光信號還原為電信號。要使這個過程得以實現，必須使光在光導材料中傳導時衰減很小。從材料化學角度講，最初使用的光導纖維材料為石英玻璃，其光損耗為 2. 8 分貝/公里，無中繼距離為 10 公里，這是第十代光通訊的水平。在 80 年代，通過除雜使石英玻璃光纖材料的光損耗降至 0.2 分貝/公里，無中繼距離提高到 100 - 300 公里。正在研究的多組分玻璃或單晶纖維，近期光耗可望降至 0.01 - 0.001 分貝/公里。一些國家正在探索的氟化玻璃，有可能實現光耗的突破。一旦這樣的新材料批量生產，就可實現跨太

18、平洋無中繼通信。因此，目前世界各國都在大力研制、開發并不斷推出各種高效益、高附加值的新型光導纖維材料。因此，光導纖維材料又被譽為“信息高速公路”的路基。（三）敏感材料與傳感器傳感器是控制系統的耳目，而敏感材料又是傳感器的基礎。敏感材料的靈敏程度、穩定性等決定著控制的精度與質量，所以對敏感材料的研究與開發不容忽視。敏感材料多種多樣，凡是聲、光、電、熱、磁、力和各種氣氛的變化都可能引起材料發生變化而成敏感材料。從材料化學角度講，敏感材料目前很多是陶瓷材料，如熱敏元件，般用金屬氧化物的燒結體。當然，金屬、有機、半導體材料都可能是敏感材料，如形狀記憶合金就是利用溫度的變化發生相變達到控制的目的。目前發展的趨勢是多功能化，即在一個傳感器上具有多種功能。如溫度氣體傳感器及溫度濕度傳感器。總之，材料、能源和信息是構成人工自然的三大要素，也是當代技術的三大基礎。材料科學的深入發展，不僅對整個科學技術的發展有著重要影響，而且對國民經濟、國防建設和人們生活等方面都具有重大意義。從生活、生產必需的金屬、陶瓷、橡膠、塑料、化纖、建材等日用材料，到半導體材料、電子材料、超導材料、核能材料、空間技術材料、人工臟器材料等高技術材料，其性能的提高，品種和產量的增加，應用的開發，無不依賴于材