材料化學與材料物理

2021-03-04 09:35:21 字數 5220 閱讀 3596

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材料化學是從化學的角度研究材料的設計、製備、組成、結構、表徵、性質和應用的一門科學。它既是材料科學的乙個重要分支,又是化學學科的乙個組成部分,具有明顯的交叉學科、邊緣學科的性質。通過應用研究可以發現材料中規律性的東西,從而指導材料的改進和發展。

在新材料的發現和合成,奈米材料製備和修飾工藝的發展以及表徵方法的革新等領域所作出了的獨到貢獻。材料化學在原子和分子水準上設計新材料的戰略意義有著廣闊應用前景。隨著國民經濟的迅速發展以及材料科學和化學科學領域的不斷進展,作為新興學科的材料化學發展日新月異。

是乙個跨學科領域涉及的問題性質及其應用領域的各種科學和工程 。這一科學領域**了在原子或分子尺度材料的結構之間的關係及其巨集觀效能。隨著**的關注明顯集中在奈米科學和奈米技術,在近年來材料科學逐步走在很多大學的前列。

對乙個給定的材料往往是時代的選擇,它的界定點。材料的化學分析方法可分為經典化學分析和儀器分析兩類。前者基本上採用化學方法來達到分析的目的,後者主要採用化學和物理方法(特別是最後的測定階段常應用物理方法)來獲取結果,這類分析方法中有的要應用較為複雜的特定儀器。

現代分析儀器發展迅速,且各種分析工作絕大部分是應用儀器分析法來完成的,但是經典的化學分析方法仍有其重要意義。應用化學方法或物理方法來查明材料的化學組分和結構的一種材料試驗方法。鑑定物質由哪些元素(或離子)所組成,稱為定性分析;測定各組分間量的關係(通常以百分比表示),稱為定量分析。

有些大型精密儀器測得的結果是相對值,而儀器的校正和校對所需要的標準參考物質一般是用準確的經典化學分析方法測定的。因此,儀器分析法與化學分析法是相輔相成的,很難以一種方法來完全取代另一種。

經典化學分析根據各種元素及其化合物的獨特化學性質,利用與之有關的化學反應,對物質進行定性或定量分析。定量化學分析按最後的測定方法可分為重量分析法、滴定分析法和氣體容量法。

①重量分析法:使被測組分轉化為化學組成一定的化合物或單質與試樣中的其他組分分離,然後用稱重方法測定該組分的含量。

②滴定分析法:將已知準確濃度的試劑溶液(標準溶液)滴加到被測物質的溶液中,直到所加的試劑與被測物質按化學計量定量反應完為止,根據所用試劑溶液的體積和濃度計算被測物質的含量。

③氣體容量法:通過測量待測氣體(或者將待測物質轉化成氣體形式)被吸收(或發生)的容積來計算待測物質的量。這種方法應用天平滴定管和量氣管等作為最終的測量手段。

儀器分析根據被測物質成分中的分子、原子、離子或其化合物的某些物理性質和物理化學性質之間的相互關係,應用儀器對物質進行定性或定量分析。有些方法仍不可避免地需要通過一定的化學前處理和必要的化學反應來完成。儀器分析法分為光學、電化學、色譜和質譜等分析法。

光學分析法:根據物質與電磁波(包括從γ射線至無線電波的整個波譜範圍)的相互作用,或者利用物質的光學性質來進行分析的方法。最常用的有吸光光度法(紅外、可見和紫外吸收光譜)、原子吸收光譜法、原子螢光光譜法、發射光譜法、螢光分析法、濁度法、火焰光度法、x射線衍射法、x射線螢光分析法、放射化分析法等。

材料物理是使用物理描述材料在許多不同的方式,如力,熱,光,力學。這是乙個綜合的物理科學 ,如化學 , 固體力學和固體物理材料物理的特色方向在半導體物理,電子材料,微電子器件等領域,例如cpu。對專業人員的數學,物理基礎要求較高。

材料物理主要研究方向有:固體微結構分析於資訊功能材料,位移式相變與形狀記憶和超彈性材料,復合功能材料與智慧型結構,生物醫學材料及應用以及介面化學與功能陶瓷等。例如我們常用的光碟,小體積卻具有那麼大的儲存容量,就需要固體微結構分析來保證,同時其也是資訊功能材料。

又比如我們常用的飲水機陶瓷過濾器就是乙個有很多微小通孔的功能陶瓷器件,能讓水流過而阻塞其中的雜質。

材料物理(material physics)專業,一般屬於材料科學與工程系學院下轄的專業之一。所涉及到的方面主要是材料的巨集觀及微觀結構,尤其是微觀結構,材料的物理效能基本引數以及這些引數的物理本質。

材料物理專業是材料科學與工程裡面不可或缺的重要組成部分。猶如支撐萬丈高樓的基石,材料支撐著人類文明。很多人覺得新世紀是「資訊科技」的世界,不過任何技術賴以實現的物質基礎還是材料,這一重要地位在人類社會發展到任何階段都無法改變,而且必將越來越重要。

隨著科學技術的發展,材料正朝著微型化、功能化、智慧型化的方向發展。現在頗為流行的奈米材料、環境材料、電子材料、資訊材料,大部分都是材料的物理效能在各特殊領域的應用。比如奈米材料,可以說就是奈米尺度下的材料物理學。

材料物理專業所研究的磁學及光學性質在資訊材料領域有著巨大的應用空間,是現代半導體、微電子、光電子產業發展的理論及應用基礎。因此,隨著材料產業以及資訊產業在新世紀的飛速發展,材料物理專業也必將迎來自己的輝煌。 本專業由名稱就可以清楚地看出內容以材料學、物理學兩方面為重點。

物理學中的力、熱、光、聲均在此專業有廣泛應用,當然側重點還與將來個人的研究方向有關。比如說:對於研究資訊材料磁儲存技術的,鐵磁學是中心課程,但是力學、電學、熱學多少也要有所涉及。

原子物理、固體物理、晶體學、x光技術、電子顯微分析等課程也是比較重要的課程。所以這門專業主要偏重高中課程對應的物理,比較適合那些對微觀結構和理論物理感興趣的同學。在測量微觀結構的時候,x光技術、電子顯微技術(高倍電子顯微鏡)可能會涉及到一些輻射問題,當然,並不是很普遍而且劑量非常低。

隨著技術的進步,輻射問題應該降低直至完全消除。

材料化學與材料物理相互交叉、相互補充而成為現代材料科學技術的基礎,而兩者之間又有所區別和分工。

他們的不同點有:

材料化學是從化學的角度研究材料的設計、製備、組成、結構、表徵、性質和應用的一門科學。料化學是一門研究材料的製備、組成、結合、性質及其應用的科學。它既是材料科學的乙個重要分支,也是材料科學的核心內容,同時又是化學學科的乙個組成部分。

因此,材料化學具有明顯的交叉學科、邊緣學科的性質。材料化學的主要內容包括材料的化學組成及結構方面的基礎知識、材料相變的化學熱力學理論,以及金屬材料、非金屬材料、高分子材料、複合材料的製備過程、結構特性與使用效能之間的關係。材料化學對於從事材料研究與製備的學生和工程技術人員來說是一門重要的課程,對於培養該類人員從化學角度提出問題、分析問題、解決問題的能力具有重要的意義。

材料化學(material chemistrty)專業一般是作為材料科學與工程系/學院中的乙個專業方向。主要的研究範疇並不是材料的化學性質(儘管從字面上可以這麼理解),而是材料在製備、使用過程中涉及到的化學過程、材料性質的測量。比如陶瓷材料在燒結過程中的變化(也就是怎麼才能燒出想要的陶瓷)、金屬材料在使用過程中的腐蝕現象(怎樣防止生鏽)、冶金過程中條件的控制對產品的影響(怎麼才能煉出優質鋼材)等等。

材料性質的測量也不同於材料物理專業的方法。材料化學專業所研究的大多跟傳統產業有關,屬於解決實際問題的理論學科,因此材料化學專業研究的課題沒有那麼新潮和熱門,但是在現實生產中,對優秀的材料化學方面人才的需求是巨大的,例如說冶金行業,在鋼鐵、有色金屬冶煉過程中效率低、產品質量差、生產過程中浪費嚴重等問題,都需要用材料化學的知識來解決。中國雖然一直以陶瓷聞名世界,但實際世界上精密陶瓷(用於電子材料中,價錢非常昂貴)絕大部分是由日本製造的,就是因為我們在配料、控制燒結條件等環節技術力量太差,而材料化學正是解決這些問題的。

所以材料化學專業不僅實用價值高,而且發展空間大。

材料物理強調各類材料的共同規律性,而材料化學則注意材料隨組成變化的特性;材料物理研究材料中性質的連續變化,材料化學則關心由化學反應所產生的突變;材料物理研究實在物質的結構與物性,而材料化學將研究這些實在物質的製備、組成結構及由此引起的效能變化。

材料物理(material physics)專業,一般屬於材料科學與工程系學院下轄的專業之一。所涉及到的方面主要是材料的巨集觀及微觀結構,尤其是微觀結構,材料的物理效能基本引數以及這些引數的物理本質。 材料物理側重研究構成物質的原子、離子及電子的運動和相互作用,提出各種模型和理論,以闡明材料結構和物性。

材料物理專業是材料科學與工程裡面不可或缺的重要組成部分。猶如支撐萬丈高樓的基石,材料支撐著人類文明。很多人覺得新世紀是「資訊科技」的世界,不過任何技術賴以實現的物質基礎還是材料,這一重要地位在人類社會發展到任何階段都無法改變,而且必將越來越重要。

隨著科學技術的發展,材料正朝著微型化、功能化、智慧型化的方向發展。現在頗為流行的奈米材料、環境材料、電子材料、資訊材料,大部分都是材料的物理效能在各特殊領域的應用。比如奈米材料,可以說就是奈米尺度下的材料物理學。

材料物理專業所研究的磁學及光學性質在資訊材料領域有著巨大的應用空間,是現代半導體、微電子、光電子產業發展的理論及應用基礎。因此,隨著材料產業以及資訊產業在新世紀的飛速發展,材料物理專業也必將迎來自己的輝煌。以材料學、物理學兩方面為重點。

物理學中的力、熱、光、聲均在此專業有廣泛應用。

他們的相同點有:因此材料物理與材料化學是都是以物理、化學和數學等自然科學為基礎,從分子、原子、電子等多層次上研究材料的物理、化學規律的科學,致力於研究開發先進材料與相關器件,其包含的知識是非常廣的

要討論材料化學與材料物理在材料科學與工程中的作用首先,我們明確了幾個概念—— 材料科學、材料物理和材料化學。我們不難發現材料化學和材料物理在材料科學中有著舉足輕重的作用,而如何學好這兩門課程則不僅是滿足本專業學科的充分要求,也是今後我們從事材料事業以及相關領域工作的必備條件。

可以預計,新材料物理和新材料化學的發展是21世紀材料科學研究重要的發展方向之一。新材料的發展趨勢是:複合化、功能特殊化、效能極限化和結構微觀化。

如,成分密度和功能不均勻的梯度材料;可隨空間時間條件而變化的智慧型材料;變形速度快的壓電材料以及精細陶瓷材料等都將成為下世紀重要的新材料。材料專家預計,21世紀新材料品種可能突破100萬種。

例如超晶格材料,由不同材料的薄膜交替組成的超晶格材料可望成為新一代的微電子、光電子材料。超晶格材料誕生於20世紀70年代末,在短短不到30年的時間內,已逐步揭示出其微觀機制和物理影象。目前已利用半導體超晶格材料研製成許多新器件,它可以在原子尺度上對半導體的組分摻雜進行人工「設計」,從而可以研究一般半導體中根本不存在的物理現象,並將固態電子器件的應用推向乙個新階段。

但目前對於其他型別的超晶格材料的製備尚需做進一步的努力。一些科學家**,下一代的電子器件可能會被微結構器件替代,從而可能會帶來一場電子工業的革命。微結構物理的研究還有許多新的物理現象有待於揭示。

21世紀可能會碩果累累,它的前景不可低估。

再例如奈米材料,所謂奈米技術就是在10[-9]公尺(即十億分之一公尺)水平上,研究應用原子和分子現象及其結構資訊的技術。奈米技術的發展使人們有可能在原子分子量級上對物質進行加工,製造出各種東西,使人類開始進入乙個可以在奈米尺度範圍,人為設計、加工和製造新材料、新器件的時代。奈米材料具有常規材料所不具備的反常特性,如它的硬度、強度,韌性和導電性等都非常高,被譽為「21世紀最有前途的材料」。

美國一研究機構認為:任何經營材料的企業,如果現在還不採取措施研究奈米材料的開發,今後勢必會處於競爭的劣勢。奈米電子是奈米技術與電子學的交叉形成的一門新技術。

它是以研究奈米級晶元、器件、超高密度資訊儲存為主要內容的一門新技術。例如,目前超高密度資訊儲存的最高儲存密度為10[12]畢特/平方厘公尺,其資訊儲存量為常規光碟的10[6]倍。

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考研專業情況 材料物理與化學

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