數(shù)學(xué)在材料科學(xué)中的應(yīng)用分析

彭楨楠

摘 要：數(shù)學(xué)作為一門必要學(xué)科，在我們的日常生活中發(fā)揮了重要的作用，不管是一些精密的計(jì)算還是生活中的一些細(xì)小的計(jì)算，都要運(yùn)用到相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)。而材料科學(xué)作為21世紀(jì)你們新興學(xué)科，對(duì)于人類社會(huì)的發(fā)展。不可重復(fù)的作用，材料科學(xué)的得到廣泛應(yīng)用必須借助于數(shù)學(xué)這個(gè)應(yīng)用工具，數(shù)學(xué)我現(xiàn)在材料科學(xué)的發(fā)展提供了發(fā)展的思路 ，還指出了發(fā)展的具體路徑，對(duì)于材料科學(xué)的發(fā)展具有重要的作用。因此我們應(yīng)該努力學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)，為材料科學(xué)的發(fā)展提供源源不竭的動(dòng)力。本文通過分析材料科學(xué)的具體含義以及相關(guān)特點(diǎn)，指出相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)在材料科學(xué)中的應(yīng)用分析，希望給相關(guān)的材料科學(xué)的研究工作人員一些借鑒性的參考意見。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)；數(shù)學(xué)；應(yīng)用分析

一、材料科學(xué)的內(nèi)容以及特點(diǎn)

材料科學(xué)主要是研究一些新型材料的一門科學(xué)，包括很多特殊的材料，比如玻璃、陶瓷、水泥、鋼筋、混凝土等等一些可降解的或者不可降解的材料，這些材料不僅直接影響到人們的日常生活，而且對(duì)于我們國家的國民經(jīng)濟(jì)增長具有至關(guān)重要的作用。在我們的日常生活中有很多地方都應(yīng)用到材料科學(xué)的相關(guān)知識(shí)，我們要根據(jù)材料科學(xué)發(fā)展的實(shí)際情況來和相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，這樣就可以幫助材料科學(xué)獲得進(jìn)一步的發(fā)展。材料科學(xué)的基本特點(diǎn)是：

（1）具有實(shí)用性。

現(xiàn)實(shí)生活中的很多地方都會(huì)用到材料科學(xué)，建筑物的施工過程需要建筑材料，探索太空的宇宙飛船需要特殊的太空材料，還有就是農(nóng)業(yè)建設(shè)過程中的農(nóng)林材料。這些都與我們的日常生活息息相關(guān)。因此材料科學(xué)這門課具有很強(qiáng)的實(shí)用性，與我們的實(shí)際生活有著密切的聯(lián)系。這門學(xué)科的相關(guān)知識(shí)可以很靈活運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活。

（2）具有交叉性。

因?yàn)椴牧峡茖W(xué)設(shè)計(jì)的內(nèi)容很多，既包括一些理科新的知識(shí)，還包括一些理論概括知識(shí)，需要很強(qiáng)的邏輯思維能力以及相應(yīng)的知識(shí)應(yīng)用能力。材料科學(xué)不僅涉及了化學(xué)和物理的相關(guān)知識(shí)，還包括了一些生物知識(shí)。因此在材料科學(xué)的研究過程中出現(xiàn)交叉性的特征，這些學(xué)科之間的相互交融促進(jìn)了材料科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。

（3）具有豐富性。

材料科學(xué)的發(fā)展具有悠久的歷史，由于我們?nèi)祟悓?duì)大自然的開采以及綜合利用過程非常艱辛，因此在現(xiàn)代社會(huì)我們所生活中以及生產(chǎn)中運(yùn)用的材料，都是有人工合成的有機(jī)材料，這些材料的原材料都是取決于大自然中的豐富資源，運(yùn)用相關(guān)的物理和化學(xué)技術(shù)來進(jìn)行提取有用的要素進(jìn)行新的材料的研發(fā)。因此材料科學(xué)是依靠多種學(xué)科的知識(shí)而發(fā)展的。

二、數(shù)學(xué)的含義及作用

數(shù)學(xué)主要是研究數(shù)量、結(jié)構(gòu)、變化、空間以及信息等概念的一門學(xué)科，數(shù)學(xué)在新的學(xué)科的學(xué)習(xí)中發(fā)揮著不可替代的作用，同時(shí)也是學(xué)習(xí)和研究現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)必不可少的基本工具。數(shù)學(xué)是每個(gè)人都必須學(xué)的一門學(xué)科，在現(xiàn)有的教育體制中數(shù)學(xué)占有了很大的比例，學(xué)生都需要掌握一定的數(shù)學(xué)知識(shí)，這對(duì)于以后的理科性學(xué)科的學(xué)習(xí)具有重要的作用。因此數(shù)學(xué)在對(duì)個(gè)人，企業(yè)以及社會(huì)都有著關(guān)鍵的推動(dòng)作用，都可以促進(jìn)個(gè)人企業(yè)以及社會(huì)的長遠(yuǎn)發(fā)展。因此對(duì)于材料科學(xué)的推動(dòng)作用更是不可估量的。

三、數(shù)學(xué)在材料科學(xué)中的應(yīng)用分析

數(shù)學(xué)涵蓋的內(nèi)容十分豐富，包括一些數(shù)量變化，結(jié)構(gòu)圖表，空間幾何，以及方程等等一些抽象的內(nèi)容，這些內(nèi)容對(duì)于材料科學(xué)的發(fā)展都可以提供一個(gè)工具性的作用，這些解決問題的思維方式也可以為材料科學(xué)的發(fā)展提供一個(gè)新的發(fā)展路徑。下面從幾個(gè)方面分析數(shù)學(xué)在材料科學(xué)中的具體應(yīng)用

（1）數(shù)量變化知識(shí)的應(yīng)用。

這主要體現(xiàn)在材料的設(shè)計(jì)過程之中，在設(shè)計(jì)過程之中必須要通過精確的計(jì)算，達(dá)到一個(gè)最佳的最理想的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過這些數(shù)量變化的分析，來保證材料設(shè)計(jì)圖紙的精確性和科學(xué)性，這樣就可以使材料科學(xué)在發(fā)展過程中不會(huì)受到太多的阻力，不僅可以促進(jìn)新材料的早日研發(fā)，還可以保證新材料的生產(chǎn)過程的安全以及質(zhì)量的可靠。運(yùn)用相關(guān)的數(shù)學(xué)公式可以通過計(jì)算機(jī)來計(jì)算，節(jié)省了一定程度的人力物力和時(shí)間，在一定程度上也可以節(jié)約了材料在研發(fā)和生產(chǎn)過程中的開發(fā)成本，對(duì)于企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展來說也是相當(dāng)重要的。

（2）空間結(jié)構(gòu)知識(shí)的應(yīng)用。

數(shù)學(xué)里面有很多空間立體幾何結(jié)構(gòu)，這些空間立體幾何，不僅可以訓(xùn)練人們的空間抽象能力，還可以幫助人們更好的認(rèn)識(shí)一些新的更加符合材料發(fā)展的結(jié)構(gòu)。這些空間立體幾何的結(jié)構(gòu)，可以幫助材料相關(guān)的分子在設(shè)計(jì)過程中可以更加明晰，這種明晰的設(shè)計(jì)圖會(huì)幫助相關(guān)的生產(chǎn)人員更加了解設(shè)計(jì)者的意圖，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙生產(chǎn)出符合要求的新型材料。

（3）提供新的開發(fā)思路。

在數(shù)學(xué)的三觀學(xué)習(xí)過程中，我們經(jīng)常會(huì)應(yīng)用到舉一反三的思維，通過一種題目的解答可以了解到另一種相似題目的解答方法，這種思維對(duì)于材料科學(xué)的研發(fā)過程具有很大的影響，如果一種材料分子無法和另一種材料分子相結(jié)合，那么就可以排除與另一種材料分子成分相似的材料，這種相對(duì)來說成功率較高的排除法，對(duì)于材料科學(xué)的迅速發(fā)展會(huì)有巨大的推動(dòng)作用。反而言之，如果一種材料分子可以與另一種材料分子相結(jié)合生產(chǎn)出更加適合社會(huì)發(fā)展的新型材料。那么我們就可以先篩選出與另一種材料分子成分相似的其他材料分子。把這些成分相似的材料分子與第一種材料分子進(jìn)行相結(jié)合，探尋是否可以獲得相同的研究效果，這對(duì)于材料科學(xué)的發(fā)展過程會(huì)提供一個(gè)重要的開發(fā)思路。

四、結(jié)語

數(shù)學(xué)作為一門在現(xiàn)實(shí)生活中具有重要作用的學(xué)科，一些相關(guān)的空間幾何知識(shí)以及結(jié)構(gòu)圖表方法對(duì)于材料科學(xué)的發(fā)展具有重要的作用，通過這些數(shù)據(jù)分析，可以進(jìn)一步確定相應(yīng)的材料的結(jié)構(gòu)以及配料比，可以生產(chǎn)出最適合人類社會(huì)發(fā)展的新型材料，對(duì)于太空以及孩子的探索進(jìn)程都會(huì)起到至關(guān)重要的作用。這些新材料的產(chǎn)生會(huì)幫助人類進(jìn)一步開拓探索范圍，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的長遠(yuǎn)發(fā)展。因此我們應(yīng)該在學(xué)習(xí)過程中努力學(xué)習(xí)以及掌握相應(yīng)的數(shù)學(xué)知識(shí)，不斷提高相應(yīng)的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力，這樣為材料科學(xué)的發(fā)展奠定一個(gè)堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)，促進(jìn)材料科學(xué)可以有一個(gè)比較廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳小飛，馮培忠，趙艷平.近代數(shù)學(xué)方法在材料科學(xué)中的應(yīng)用及進(jìn)展[J].煤礦機(jī)械，2004（04）.

[2]陳強(qiáng)，曹紅紅，黃海波.分子動(dòng)力學(xué)中勢(shì)函數(shù)研究[J].天津理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（02）.

[3]張令通.計(jì)算機(jī)在材料模擬計(jì)算與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].大理學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（04）.

[4]尹夢(mèng)曉，鐘誠，楊鋒.組合數(shù)學(xué)教學(xué)的認(rèn)識(shí)與實(shí)踐[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2007（S1）.

[5]王理，李文娟.計(jì)算機(jī)科學(xué)中的組合數(shù)學(xué)[J].河南水利與南水北調(diào)，2007（10）.