新型材料與材料科學(xué)是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的支柱

胡意 吳天宇

摘 要：目前，我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的轉(zhuǎn)型期，經(jīng)濟(jì)發(fā)展由高速轉(zhuǎn)為高質(zhì)。許多行業(yè)都面臨著根本性的變革，而材料科學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科之一，在各行各業(yè)的發(fā)展和轉(zhuǎn)型中都起著基礎(chǔ)性作用。本文主要通過(guò)對(duì)新型材料和材料學(xué)科的探討，分析其對(duì)社會(huì)中經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動(dòng)和人們生活兩方面的影響，表現(xiàn)新型材料在社會(huì)發(fā)展中的支柱性作用。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué);新型材料;創(chuàng)新;經(jīng)濟(jì)發(fā)展

隨著信息時(shí)代的到來(lái)，計(jì)算機(jī)成為當(dāng)今經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的聚焦點(diǎn)，但當(dāng)我們的目光聚焦于新潮的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時(shí)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的另外兩大支柱其實(shí)常常被我們所忽略，那就是能源與材料，尤其是材料科學(xué)，在我們的生產(chǎn)生活中起著尤為基礎(chǔ)的作用。如果將社會(huì)發(fā)展比作燃燒的篝火，計(jì)算機(jī)技術(shù)是在篝火燃燒的基礎(chǔ)上澆了一把油，而材料科學(xué)便是篝火燃燒的基礎(chǔ)——薪材，缺少了材料，我們的經(jīng)濟(jì)發(fā)展將會(huì)陷入一片虛無(wú)之中。

一、材料科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀

在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的浪潮中，受到人文知識(shí)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、發(fā)展理念等因素的影響，材料科學(xué)的發(fā)展也呈現(xiàn)出其發(fā)展的新趨勢(shì)。一是材料研究的復(fù)合化。得益于材料學(xué)科的交叉，材料之間的復(fù)合化成為新型材料的重要來(lái)源。材料研究者們根據(jù)不同材料的特性，通過(guò)非線性化的復(fù)合效應(yīng)創(chuàng)造出例如自愈合材料這樣的新型材料，并有機(jī)會(huì)將其廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中。二是計(jì)算機(jī)技術(shù)在材料研究領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。計(jì)算機(jī)算法的不斷進(jìn)步為材料學(xué)科的發(fā)展提供了契機(jī)，以往需要大量人力分析的數(shù)據(jù)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。具體過(guò)程可以分解為：理論——計(jì)算機(jī)模擬——實(shí)踐，在此過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)材料性能的分析，結(jié)構(gòu)的建模和反應(yīng)過(guò)程的模擬，能夠大大提高材料研究的效率。三是材料學(xué)科與工程正形成一門(mén)統(tǒng)一的學(xué)科。自20世紀(jì)70年代，材料科學(xué)與工程的興起，不同于傳統(tǒng)的材料學(xué)科的劃分，它打破了有機(jī)物無(wú)機(jī)物、金屬與非金屬等傳統(tǒng)的劃分觀念，將材料學(xué)科統(tǒng)一于性能研究的目的之下。四是對(duì)材料的微觀研究的興起。由于研究技術(shù)的限制，傳統(tǒng)的材料研究集中于微米以上的結(jié)構(gòu)研究，進(jìn)入21世紀(jì)后，材料研究中的微觀結(jié)構(gòu)材料比重加大，例如功能梯度材料、半導(dǎo)體元件、多孔硅材料等。由以上材料可以看出，材料科學(xué)的發(fā)展受到各方面的影響，而同時(shí)，材料科學(xué)的發(fā)展對(duì)生產(chǎn)領(lǐng)域的推動(dòng)作用更是不可忽視。

二、材料科學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)性作用

材料科學(xué)在人們生活中發(fā)揮著基礎(chǔ)性的作用，由于材料應(yīng)用的廣泛性和多變性，我們往往會(huì)忽視材料學(xué)科對(duì)人們生活的影響。但其實(shí)，材料之于人類社會(huì)，如同混凝土之于高樓大廈，我們從外觀上很難注意到混凝土的存在，但缺少了混凝土，大廈將不復(fù)存在。從宏觀上看，材料科學(xué)在生產(chǎn)活動(dòng)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。由于能源問(wèn)題與環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，國(guó)家的高新技術(shù)研發(fā)對(duì)新材料的需求大大增加。目前地球現(xiàn)存的許多不可再生資源都面臨著百年內(nèi)枯竭的問(wèn)題，新能源的開(kāi)發(fā)需要研發(fā)更新更強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)和儲(chǔ)存技術(shù)，這都需要材料科學(xué)為其提供技術(shù)支持。環(huán)境問(wèn)題的處理同樣也需要材料科學(xué)的參與，面對(duì)環(huán)境問(wèn)題，我們不能通過(guò)強(qiáng)壓政策降低人們的生活質(zhì)量或降低生產(chǎn)者的利潤(rùn)空間來(lái)改變環(huán)境問(wèn)題，因?yàn)檫@并不是長(zhǎng)久之計(jì)。例如塑料袋的污染問(wèn)題，一味地通過(guò)政策加壓限制塑料袋的使用或許能在一定程度上降低白色污染問(wèn)題，但無(wú)法從根本上解決其存在所帶來(lái)的問(wèn)題。我們需要通過(guò)科研為生產(chǎn)者提供更環(huán)保便捷低價(jià)可循環(huán)利用的材料，從根本上解決環(huán)境污染的動(dòng)因。

從微觀上看，材料的作用體現(xiàn)于人們生活的方方面面。最為直觀的是與人們健康息息相關(guān)的醫(yī)療方面的各種器械的制作材料，如果沒(méi)有材料科學(xué)的支撐，人們完全無(wú)法想象現(xiàn)在的納米微創(chuàng)手術(shù)、電子內(nèi)窺鏡、半導(dǎo)體激光燈技術(shù)。除此之外還有各種人體植入材料，包括各種金屬材料、高分子材料制作的人體美容用的假體、口腔正畸器材、內(nèi)置心臟支架等。除此之外，我們?nèi)粘５囊率匙⌒袥](méi)有一樣是能夠?qū)⒉牧峡茖W(xué)排除在外的。

三、以創(chuàng)新推動(dòng)材料科學(xué)的發(fā)展

如上文所述，材料科學(xué)存在于生產(chǎn)生活的方方面面，承載在人類社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，因此，材料科學(xué)更需要以創(chuàng)新為利器，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。從新材料的研發(fā)過(guò)程來(lái)看，根據(jù)以往發(fā)經(jīng)驗(yàn)，新材料的生產(chǎn)需要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段;開(kāi)發(fā)研究、生產(chǎn)材料、大規(guī)模商品化應(yīng)用，這三個(gè)階段銜接越緊密，則效益越高，反之，材料的研發(fā)生產(chǎn)與推廣之間倘若產(chǎn)生脫節(jié)問(wèn)題，材料的研發(fā)就不得不陷入困境。得益于國(guó)家對(duì)新材料技術(shù)的重視，我國(guó)材料的研發(fā)規(guī)模并不小，但材料的推廣應(yīng)用力度較弱，新材料與舊材料、基礎(chǔ)材料與高新材料、軍用與民用材料之間的關(guān)系沒(méi)有得到良好處理。因此，在新材料的研發(fā)上，需要建立一定規(guī)模的新材料研究開(kāi)發(fā)生產(chǎn)推廣一體化的系統(tǒng)，將實(shí)驗(yàn)室與市場(chǎng)相對(duì)接，從而提高新材料生產(chǎn)的實(shí)用性與效率化。從新材料的學(xué)術(shù)工作角度來(lái)看，需要改變以往的研究方式。其一應(yīng)當(dāng)及時(shí)關(guān)注市場(chǎng)所需，適當(dāng)擴(kuò)大選題范圍，從需求的角度而不是供應(yīng)角度出發(fā)研究新材料。通俗地說(shuō)，研發(fā)新材料之前需要先觀察市場(chǎng)上缺什么，而不是我們有能力研制什么。其二應(yīng)當(dāng)注意處理好新舊材料之間的關(guān)系，舊材料的舊是相對(duì)于新材料而言，舊并不等于沒(méi)用，注意不要割裂新舊材料之間的關(guān)系，應(yīng)當(dāng)以辯證角度看待材料的進(jìn)化發(fā)展。

結(jié)束語(yǔ)：

材料科學(xué)作為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的三大支柱之一，存在于生產(chǎn)生活的方方面面。我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到材料科學(xué)存在的重要性，并以學(xué)科發(fā)展為己任，以創(chuàng)新為利器，通過(guò)材料科學(xué)的發(fā)展推動(dòng)人類社會(huì)的整體進(jìn)步。

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作者簡(jiǎn)介：

胡 ?意（1999-），2017級(jí)物理學(xué)。

吳天宇（2000-），2017級(jí)物理學(xué)。