材料化學(xué)專業(yè)簡介

供稿|楊洲

本文從什么是材料化學(xué)、材料化學(xué)專業(yè)學(xué)什么和將來做什么三個方面為你解讀材料化學(xué)專業(yè)特色、培養(yǎng)目標(biāo)和就業(yè)前景，展示北京科技大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)的風(fēng)采，熱切希望從中學(xué)時就喜歡化學(xué)并有志于在新材料的研究開發(fā)、生產(chǎn)制造和經(jīng)營管理等方面大展身手的同學(xué)們加入我們的行列。

什么是材料化學(xué)專業(yè)？

材料化學(xué)專業(yè)簡介

要說明白這個問題，首先要知道什么是材料？

材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是科技進步的核心，是一個國家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)水平的重要標(biāo)志。因此，20世紀(jì)70年代人們把材料、信息和能源譽為當(dāng)代文明的三大支柱，其后又把新材料、信息技術(shù)和生物技術(shù)并列為以高技術(shù)群為代表的新技術(shù)革命的重要標(biāo)志[1]。大千世界中的材料無所不包、無處不在。我們所生活的時代，通俗的講，從魚鉤魚線，到飛機導(dǎo)彈；專業(yè)的講，從未來車輛的輕質(zhì)復(fù)合材料，清潔能源中的固體氧化物燃料，用于衛(wèi)星天線的形狀記憶合金，應(yīng)用于輸電儲能，解決高速計算機發(fā)熱問題的超導(dǎo)材料，應(yīng)用于核磁共振儀的永磁材料，臨床心外科手術(shù)用到的聚左旋乳酸材料(可溶解支架)，從交通，能源，娛樂到醫(yī)療，都離不開材料科學(xué)的研究成果。

人類文明的進步總是離不開各種工具的發(fā)明和使用，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)器械，軍事武器鑄造，交通車船建造，文明的進步程度基本就取決于這些工具的先進程度，而工具制造所需的材料和工藝最終要仰仗材料科學(xué)的發(fā)展。根據(jù)不同時期鑄造工具使用的不同材料，人類文明也被劃分為石器時代，青銅時代，鐵器時代，到現(xiàn)在的新材料時代。

1957年，前蘇聯(lián)首先將人造衛(wèi)星發(fā)射到太空以后，美國朝野深受震動，經(jīng)過總結(jié)后認(rèn)為當(dāng)時落后于蘇聯(lián)的原因主要在于先進材料的開發(fā)方面。1958年，美國就在全國建立了12所材料科學(xué)研究中心，這被公認(rèn)為是當(dāng)代材料科學(xué)學(xué)科的起源。一般來講，材料科學(xué)應(yīng)包括材料化學(xué)、材料物理和材料工程幾個方面(圖1)。材料化學(xué)(Material Chemistry)既是材料科學(xué)的一個重要分支，又是化學(xué)學(xué)科的重要組成部分，具有明顯的交叉學(xué)科和前沿學(xué)科的性質(zhì)[2]。

圖1 材料科學(xué)與各分支學(xué)科的關(guān)系

通俗地說，材料化學(xué)研究與材料問題相關(guān)的化學(xué)，即以材料為研究對象和研究目的的化學(xué)科學(xué)。材料化學(xué)的研究集中在以化學(xué)的手段在化學(xué)的研究水平和層次上研究優(yōu)化現(xiàn)有材料，并主要聚焦于新材料的設(shè)計、制備和表征[3]。舉個例子，中國雖然一直以陶瓷聞名世界，但世界上用于電子材料中的精密陶瓷絕大部分卻來自日本，就是因為我們在配料、燒結(jié)條件等環(huán)節(jié)技術(shù)力量差，沒有掌握精確的參數(shù)所致，而材料化學(xué)正是解決這些問題的關(guān)鍵所在[4]。在有機高分子領(lǐng)域也是這樣，大家都知道我們穿的衣服很大一部分都是由合成纖維紡織而成的。那你知道第一種合成纖維是什么嗎？它就是尼龍-66。用這種纖維織成的尼龍絲襪既透明又比絲襪耐穿，剛推上市場就引起轟動，被視為珍奇之物爭相搶購。人們曾用“像蛛絲一樣細(xì)，像鋼絲一樣強，像絹絲一樣美”的詞句來贊譽這種纖維。而分析其結(jié)構(gòu)后，人們意識到只需用水、空氣和木炭就可以制得尼龍-66。可是水和空氣早就存在，而木炭人類也早已使用了數(shù)千年，但為什么以前的人們就不能用這些原料合成尼龍-66呢？說穿了還是需要材料化學(xué)方面的知識積累到一定程度后才能實現(xiàn)。

通過以上事例我們可以認(rèn)識到學(xué)習(xí)材料化學(xué)知識和設(shè)置材料化學(xué)專業(yè)的重要性。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全國有80多所大學(xué)設(shè)有材料化學(xué)及與之相關(guān)的專業(yè)點共約120個(每年招生約5000人)，在多數(shù)高校中材料化學(xué)專業(yè)都是作為材料科學(xué)與工程學(xué)院(系)中的一個專業(yè)方向。

北科大材料化學(xué)專業(yè)特色

北京科技大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)所屬的材料物理與化學(xué)學(xué)科是首批國家重點學(xué)科、長江學(xué)者獎勵計劃特聘教授設(shè)崗學(xué)科，是我國第一批碩士和博士學(xué)位授權(quán)學(xué)科點之一，并設(shè)有博士后科研流動站。作為首批國家“211工程”重點建設(shè)學(xué)科，首批國家“985工程優(yōu)勢學(xué)科創(chuàng)新平臺”建設(shè)學(xué)科，“2011協(xié)同創(chuàng)新中心”主要支撐學(xué)科之一的重要組成部分，本專業(yè)師資力量雄厚，目前有教授8人，副教授12人。所有教師均具有博士學(xué)位和海外名校留學(xué)研修經(jīng)歷，包括 “萬人計劃”1名，長江學(xué)者獎勵計劃特聘教授2名，新世紀(jì)人才4名，北京市科技新星2名。

本專業(yè)學(xué)術(shù)科研具有國際先進水平，依托多個國家級、省部級教學(xué)科研平臺，承擔(dān)眾多國家、軍工以及生產(chǎn)企業(yè)急需解決問題的科研項目，近5年，完成國家科技計劃項目、國家自然科學(xué)基金等國家級科研項目30余項，獲國家科技發(fā)明二等獎1項，教育部和北京市自然科學(xué)和技術(shù)發(fā)明一等獎3項。

北京科技大學(xué)的材料化學(xué)專業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了以有機高分子光電功能材料、新型能源材料和生物醫(yī)用材料為主要特色的研究方向。近年來比較活躍的研究領(lǐng)域包括：新型液晶顯示(LCD)材料和有機發(fā)光二極管(OLED)材料的開發(fā)(圖2)；新型催化材料和節(jié)能儲能材料的設(shè)計制備、性能調(diào)控、放大生產(chǎn)與工程應(yīng)用；可用于癌癥診斷和治療的有機光電子材料的開發(fā)；宇航級特種高分子材料的研制開發(fā)及宇航材料失效分析等等(圖3～圖5)。

圖2 液晶顯示(a)和有機發(fā)光二極管(b)顯示器件圖

圖3 北科大材料化學(xué)專業(yè)王冬教授開發(fā)的液晶光能黑板(已產(chǎn)業(yè)化)

圖4 北科大材料化學(xué)科研團隊開發(fā)的癌癥診療一體化微納平臺效果圖

材料化學(xué)專業(yè)學(xué)什么？

培養(yǎng)計劃

圖5 航空航天電子元器件示意圖

北京科技大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)在本科階段開設(shè)有40余門專業(yè)課程，重點培養(yǎng)系統(tǒng)掌握材料化學(xué)的基本理論與技術(shù)，具備材料化學(xué)相關(guān)的基本知識和基本技能，能運用化學(xué)和材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識和實驗技能在材料科學(xué)與化學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域從事研究、教學(xué)、科技開發(fā)及相關(guān)管理工作的具有開拓型、前瞻性、復(fù)合型的高級人才。

本專業(yè)的核心課程包括材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料化學(xué)基礎(chǔ)、無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、高分子化學(xué)、高分子物理、材料分析與表征方法、材料合成與制備化學(xué)、光電功能材料，是國內(nèi)比較少見的同時學(xué)習(xí)了五大化學(xué)課程(無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、高分子化學(xué))和材料科學(xué)基礎(chǔ)這一國家級精品課程的專業(yè)，畢業(yè)生在材料和化學(xué)兩大學(xué)科都打下了深厚的基礎(chǔ)，非常有利于進一步的深造和發(fā)展。本專業(yè)重視實踐教學(xué)，在大二、大三暑假集中開展認(rèn)識實習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)(主要實習(xí)單位包括京東方和八億時空等國際國內(nèi)知名企業(yè))，使學(xué)生通過親身體驗深入了解材料化學(xué)專業(yè)。

經(jīng)過上述學(xué)習(xí)和實踐，材料化學(xué)專業(yè)畢業(yè)生能在材料化學(xué)領(lǐng)域以及相關(guān)的能源、信息、環(huán)境、生物、化工等領(lǐng)域從事與材料化學(xué)相關(guān)的研究、開發(fā)、生產(chǎn)、質(zhì)量檢驗、工藝設(shè)計以及經(jīng)營管理等工作，以及在高等院校從事本專業(yè)的教學(xué)工作。

國際交流

北京科技大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)非常重視國際化，與德國亞琛工業(yè)大學(xué)、比利時魯汶大學(xué)、加拿大麥克馬斯特大學(xué)、美國佐治亞理工學(xué)院、日本東北大學(xué)、北海道大學(xué)、香港大學(xué)等多所高校有聯(lián)合培養(yǎng)與合作研究項目。每年都有學(xué)生赴境外高校交流學(xué)習(xí)，本科畢業(yè)生出國深造的比例常年保持在20%左右。

每年邀請大批國際上本領(lǐng)域內(nèi)知名專家學(xué)者來校交流互訪，定期邀請海外高校教授為學(xué)生講授專業(yè)課，為學(xué)生開拓全球化的學(xué)術(shù)視野。

材料化學(xué)專業(yè)將來做什么？

北京科技大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)本科畢業(yè)生深造率常年保持在60%～70%，就業(yè)率達100%。其中，國外深造率約20%，國內(nèi)讀研率40%～50%左右。

國內(nèi)繼續(xù)深造的畢業(yè)生除了可以選擇在本校繼續(xù)攻讀外(包括本科直博等多種選擇，優(yōu)秀學(xué)生無需參加殘酷的考研考博，在大三即可鎖定保研)，去向還包括北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)、北京科技大學(xué)等國內(nèi)一流高校，赴國外深造的畢業(yè)生去向包括美國斯坦福大學(xué)、英國帝國理工學(xué)院、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院、德國亞琛工業(yè)大學(xué)、比利時魯汶大學(xué)、日本東京大學(xué)、加拿大多倫多大學(xué)等國際一流大學(xué)，尤其是德國亞琛工業(yè)大學(xué)和比利時魯汶大學(xué)與北科大材料學(xué)院簽有協(xié)議，每年都有畢業(yè)生經(jīng)過選拔去這兩所高校讀研讀博。

本專業(yè)的具體就業(yè)方向還是比較寬的，畢業(yè)生可以從事科研院所、高等院校的科研和教學(xué)工作；光電信息、石油化工、輕工、工程塑料、特種復(fù)合材料、新能源材料、環(huán)保、市政、建筑、消防等行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的質(zhì)量檢驗、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、技術(shù)管理等工作。在華為、寶潔、三星、京東方、北汽集團、中興通訊等國際知名企事業(yè)單位中都活躍著我們專業(yè)畢業(yè)生的身影。

北京科技大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)有很多優(yōu)秀的畢業(yè)生，例如：

王玲，天津大學(xué)材料學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向為軟物質(zhì)智能材料、仿生智能材料和功能納米材料的設(shè)計與制備及其在軟體機器人、智能隱身、4D打印、能源和安全等領(lǐng)域的應(yīng)用研究，共發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇，入選國家級優(yōu)秀青年人才計劃，天津大學(xué)“北洋青年學(xué)者計劃”。

羅裕子(圖6)，現(xiàn)于美國斯坦福大學(xué)攻讀研究生。本科期間曾獲得北京地區(qū)高等學(xué)校優(yōu)秀畢業(yè)生、“行知世界”學(xué)生海外交流獎學(xué)金、全國大學(xué)生英語競賽國家一等獎及特等獎等多項榮譽獎勵。作為共同作者在國際期刊ACS Applied Materials &Interfaces和Energy Storage Materials發(fā)表兩篇英文論文。

圖6 優(yōu)秀畢業(yè)生羅裕子同學(xué)在斯坦福大學(xué)近照

結(jié)束語

熱忱期待同學(xué)們尤其是熱愛化學(xué)學(xué)科的同學(xué)們考慮加入我們的行列，投身于中國材料科學(xué)以及新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的滾滾洪流之中。相信我，這個選擇你絕對不會后悔！