材料化工在材料科學(xué)與產(chǎn)業(yè)化中的地位和作用

劉倩倩

（長治學(xué)院，山西長治 046011）

現(xiàn)階段，材料化工主要用于輕工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)。隨著技術(shù)不斷地提高，其具備的地位和作用也日益顯著起來。但就目前來看，其應(yīng)用領(lǐng)域的飽和度依舊不夠，還需要通過大數(shù)據(jù)的研發(fā)和應(yīng)用系統(tǒng)確立。除此之外，需要有效結(jié)合材料科學(xué)和化工產(chǎn)業(yè)的實施優(yōu)勢性，通過適宜的生產(chǎn)設(shè)備進行定向的工藝制備，開拓其市場應(yīng)用占比。

1 材料化工在材料科學(xué)與工業(yè)中的地位和作用

作為材料、化學(xué)和工程三者交互而來的學(xué)科，材料化工學(xué)科旨在實現(xiàn)實驗室成果向工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)過渡，為企業(yè)發(fā)展保駕護航，提供技術(shù)支撐。同時，材料化工學(xué)科還可解決新材料研究開發(fā)問題，實現(xiàn)新材料工業(yè)化目標。在化學(xué)工程的開發(fā)過程中，材料化工的占比雖然只是一小分支，但卻起到了極高的銜接作用。如圖1學(xué)科學(xué)習關(guān)系示意圖所示，材料化工以材料作為統(tǒng)向標準，結(jié)合材料化學(xué)和材料工程領(lǐng)域做出協(xié)同劃分[1]。針對于此，此產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品工藝設(shè)計能夠結(jié)合多個領(lǐng)域的優(yōu)勢進行開發(fā)制造，使得整個產(chǎn)業(yè)具備靈動性和動力導(dǎo)向。其中彰顯的地位和作用，主要分布在以下幾點。

圖1 學(xué)科關(guān)系示意圖

1.1 計算機材料輔助設(shè)計

2018年英國研究學(xué)家Doraiswamy L 提出了有關(guān)材料化工在輕工業(yè)方面上的具體應(yīng)用。他認為材料化工所擁有的功能基礎(chǔ)十分多元，且發(fā)展空間巨大[2]。以多個發(fā)達國家為例，它們依據(jù)材料化工具備的性能多元性將其應(yīng)用在數(shù)據(jù)鏈上，形成計算機材料輔助設(shè)計，從而達成多個產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。材料化工地位的突變是因為后期存?zhèn)涞囊?guī)律性，使得在實際產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)中極大地縮減了不必要的人力和物力消耗。并且值得一提的是，由于其規(guī)律性能夠被發(fā)掘探尋為完整的模型鏈條，這就導(dǎo)致在一項任務(wù)度發(fā)展完全時就會開拓出新的分支進行突破提升。

1.2 產(chǎn)品工藝設(shè)計結(jié)合

材料化工從產(chǎn)業(yè)性能上來看，具備一定的緊密結(jié)合度?，F(xiàn)今，在工業(yè)材料以及設(shè)備的制造操作中對于所生產(chǎn)產(chǎn)品的考量因素并不唯一，而是期盼能夠通過各環(huán)節(jié)的定向確立達成整個組合過程的優(yōu)化控制[4]。當然，如此實施的優(yōu)勢性作用度還是十分明確的，不僅能夠為制造設(shè)備產(chǎn)能提供生產(chǎn)嚴密度，并且對于總產(chǎn)量生產(chǎn)率的提升也起到了保障作用?，F(xiàn)階段，輕工業(yè)企業(yè)設(shè)計的小批次產(chǎn)品和元件的開發(fā)都依托于此項技術(shù)的運用，能夠針對產(chǎn)品的純度提煉和原料粒度監(jiān)測進行明晰的測量，進而保證產(chǎn)品的質(zhì)量，推動輕工業(yè)的發(fā)展和進步。

1.3 輕工業(yè)新材料的制備

隨著材料化工概念的出現(xiàn)，逐步打破了傳統(tǒng)概念具備的局限性，能夠全面性地對輕工業(yè)材料類學(xué)科具備的概念進行深度詮釋和了解。在傳統(tǒng)概念的界定上，過多的偏向側(cè)重于材料合成部分以及材料加工部分是獨立的領(lǐng)域。但科學(xué)技術(shù)和先進理念的推進打破了這一設(shè)想，要求找到二者的共通處和銜接點，確立新概念的提出。明確實踐作用的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)操作手段一體化，促進生產(chǎn)領(lǐng)域效能。

此外，材料化工的地位確立還體現(xiàn)在關(guān)于新材料的制備上。針對所實施領(lǐng)域來看，需要綜合性的權(quán)衡多項客觀條件指數(shù)的平衡。滿足客觀條件架設(shè)的基礎(chǔ)上，對生產(chǎn)制備進一步的推進。但是在此過程中，無論使用哪種方法，都要保證工業(yè)材料自身具備的穩(wěn)定性和統(tǒng)一性。特別是檢測樣品規(guī)格達到完全后，投入產(chǎn)業(yè)化的批量實施手段更要確立完全[3]。目前，輕工業(yè)新材料的制備前景雖然十分可觀，但由于工藝設(shè)計的人才稀缺或是實施手段不達標等方面，都加重了其存?zhèn)涞淖璧K性。當然，此點的實施不僅依托于時間的遞進，對于相關(guān)部門的資金鏈投放和政策支持也同樣密不可分。

1.4 推動微觀層面向宏觀層面過渡

從化學(xué)工程學(xué)科的本質(zhì)來看，主要研究分子和原子交換領(lǐng)域，從化學(xué)工程師角度看，是立足于對分子世界的了解和自身嫻熟的技能，圓滿地完成產(chǎn)品設(shè)計、過程設(shè)計、控制和優(yōu)化，從材料科學(xué)家的角度來看，則是研究材料的微觀結(jié)構(gòu)、材料性能和表面等?；瘜W(xué)工程師在摸索原子和分子具備相關(guān)關(guān)系的基礎(chǔ)上，即可研究相關(guān)的化學(xué)和物理變化，并利用有效的理論和方法，預(yù)測化學(xué)動力學(xué)后，即可構(gòu)建綜合模型，完成過程的設(shè)計、控制、評價工作。例如：粉體材料在發(fā)展階段，表面的改性工作，實質(zhì)上就是微觀層面向宏觀層面過渡、材料科學(xué)成果向產(chǎn)品實例轉(zhuǎn)變的表現(xiàn)。

1.5 達成過程控制目標

在過程控制方面，第一，可利用材料化工中計算方法的優(yōu)勢，將更多的、可供選擇的方案納入考慮范圍內(nèi)，并從現(xiàn)行技術(shù)實際出發(fā)，選擇最佳的、最為契合的方案。第二，可應(yīng)用模擬優(yōu)化在線控制方式，更安全、更高效、更可靠地進行操作。第三，應(yīng)用傳感器，可對生產(chǎn)過程實況進行檢測、分析和記錄，嚴格控制過程，契合材料制備要求。

1.6 材料、器件生產(chǎn)活動得以系統(tǒng)優(yōu)化

嚴格來說，材料和器件的生產(chǎn)活動，實質(zhì)上是化學(xué)和非化學(xué)反應(yīng)的組合。因此，為達成相關(guān)主體要求，材料和器件的生產(chǎn)單位應(yīng)著重考慮如何將化學(xué)和非化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化組合，一般來說，該項工作目標的實現(xiàn)，需要依賴化學(xué)工程師來完成?；瘜W(xué)工程師通過發(fā)明新單元，優(yōu)化組合，同時，還會利用化工系統(tǒng)工程，立足于產(chǎn)品、質(zhì)量、能耗和成本等角度，構(gòu)建評估活動，使材料和器件更具競爭力。在未來階段，隨著開發(fā)能力的提升，產(chǎn)品開發(fā)進程會顯著加快，對稀缺資源的應(yīng)用能力也會大為提升，生產(chǎn)活動將會更加安全、環(huán)保。

2 材料化工在材料科學(xué)與工業(yè)中的應(yīng)用研究

2.1 建立高效的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)

現(xiàn)今所設(shè)計的化工材料種類十分繁雜。由于其具備功能的多元性，投放在市場領(lǐng)域的應(yīng)用比重也較大。因此，此產(chǎn)業(yè)在同類市場的競爭洪流十分激烈。要想在此過程中穩(wěn)定所處地位，就要時刻汲取先進的思想理念和科學(xué)技術(shù)。突破傳統(tǒng)模式應(yīng)用帶來的阻礙，能夠大規(guī)模實施并應(yīng)用，做到真正意義的突破實驗階層，步入生產(chǎn)運營階層。我國針對于此，確立多個材料工程研發(fā)中心，逐步加大對于材料工程和化工產(chǎn)業(yè)的雙向?qū)嵤?，形成系統(tǒng)性可操控可發(fā)展的工程研究機制[5]。

2.2 加強工程化的基礎(chǔ)研究

就圖2材料工程中的分子模擬流程度來看，其走向趨勢是十分具備邏輯性的。以粒子運作位置為先決條件開始，進而通過多環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)化實現(xiàn)所需物理量的累積。此過程中所涉及的微分應(yīng)用和控制手段對于整體化工工程的開展都具備積極意義，特別是界面化工和材料工程的分類研究。如果能夠?qū)⑵涮卣鲄^(qū)分，做出產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，實施范圍便不再設(shè)有局限性，而是能達成產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)業(yè)之間的互通。具象的來說，選定材料后通過科學(xué)取值做出試點衡量，如若數(shù)值完全便可利用界面化工的優(yōu)勢進行區(qū)域類定點投放。同時，帶動上述所涉及產(chǎn)業(yè)的人力多向發(fā)展。綜合來看，要想在日后材料科學(xué)與工業(yè)的具體研究加強材料化工的作用，就要將其優(yōu)勢進行數(shù)據(jù)比對，從而實現(xiàn)系統(tǒng)性的計算機優(yōu)化控制。

圖2 分子模擬的主要流程圖

2.3 建立材料化工示范工廠

縱觀材料化工應(yīng)用形勢來看，雖然仍舊處于新興未飽和的階段，但發(fā)展前景還是十分可觀。要想將愿景布設(shè)成為現(xiàn)實，就需要在實施手段中落實基礎(chǔ)建設(shè)要點，將其充沛飽和。具體實施著力點可以偏向于重產(chǎn)業(yè)體系的大規(guī)模確立或是輕工業(yè)新材料的制備。通過對于實檢樣品的確立，從而對涉及材料進行大批次的訂購[5]。在此過程中需要明確的是僅僅依托樣品質(zhì)檢完全是不夠的，還需要同期引入專業(yè)人才，對其操作流程進行嚴密的控制。以優(yōu)質(zhì)人員分布為準，建立具有行業(yè)導(dǎo)向力和引導(dǎo)力的材料化工示范工廠。一方面為材料科學(xué)產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用做基礎(chǔ)，一方面開拓關(guān)于此新興產(chǎn)業(yè)的系統(tǒng)制備化體制。確?？陀^條件均可滿足的情況下，投以大批次應(yīng)用。

3 結(jié)語

社會的不斷發(fā)展為各行各業(yè)帶來了眾多可發(fā)展的契機。尤其是材料化工一類，作為初期發(fā)展階段就能夠在材料科學(xué)與產(chǎn)業(yè)中具備這樣的地位和作用，那么未來的發(fā)展前景想必也十分可觀。辯證客觀地來看，目前針對材料化工技術(shù)仍舊停留在實驗室小規(guī)模的實踐中，對于技術(shù)的開拓和提升具備狹隘性。但相信隨著相關(guān)技術(shù)的更進以及優(yōu)質(zhì)試點工廠的確立，未來不論此項產(chǎn)業(yè)如何推進轉(zhuǎn)型，都會爆發(fā)出巨大的社會經(jīng)濟效益。