【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 還是與人體內(nèi)的其他物質(zhì)發(fā)生了什么有害的反應(yīng)？你可知三聚氰胺其實(shí)是工業(yè)上一種相當(dāng)重要的原料？還有，獲得08年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的研究課題“熒光蛋白”可以與三鹿事件聯(lián)系起來(lái)，用于制作便于隨時(shí)隨地檢測(cè)牛奶中各種有毒物質(zhì)的試紙，這些你又可曾了解？別急，有機(jī)化學(xué)會(huì)幫助你由淺入深的了解這一切。物理化學(xué)作為專業(yè)基礎(chǔ)課，也是將來(lái)的考研課，重要性不言而喻。這門課開(kāi)設(shè)在大二上學(xué)期，無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)3門課程之后。物理化學(xué)研究的范疇主要分以下三個(gè)：化學(xué)熱力學(xué)——研究化學(xué)平衡規(guī)律；化學(xué)動(dòng)力學(xué)(以及傳輸過(guò)程)——研究化學(xué)反應(yīng)速率規(guī)律；物質(zhì)結(jié)構(gòu)——研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)的關(guān)系。與從前的學(xué)習(xí)對(duì)比較為顯著的一點(diǎn)是對(duì)很多問(wèn)題的探討都上升到了定量的角度。材料專業(yè)的課程設(shè)置環(huán)環(huán)相扣，到這時(shí)我們已經(jīng)對(duì)自己在學(xué)什么、將來(lái)要做什么有了一定的了解，知識(shí)也更加系統(tǒng)化了。物理化學(xué)用到的概念、符號(hào)、公式很多，公式使用條件也嚴(yán)格，而且邏輯性強(qiáng)。比如從特殊的現(xiàn)象中總結(jié)出一般的規(guī)律，研究理想的模型、平衡態(tài)推廣到真實(shí)的情況，由宏觀世界深入到微觀世界的研究等等。學(xué)的多了，才會(huì)發(fā)現(xiàn)，原來(lái)我們的人類世界、社會(huì)發(fā)展竟然也符合其中的許多規(guī)律?！办亍笔敲枋龌瘜W(xué)體系不穩(wěn)定性的概念，可以叫做“混亂度”。每當(dāng)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生要產(chǎn)生新的物質(zhì)時(shí)，體系的熵值增大，即所謂的“熵增原理”。這種變化人類歷史規(guī)律十分相似。新的朝代總是誕生于上一個(gè)朝代末期的亂世紛紜，好比時(shí)代這個(gè)大體系的熵值猛然增加，于是舊時(shí)代消失，新時(shí)代開(kāi)始。又如“勒沙特列原理”——如果改變影響平衡的條件之一(如溫度，壓強(qiáng)，以及參加反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)的濃度)，平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。這個(gè)趨勢(shì)是不是比較眼熟？對(duì)了，這不正是革命者們所說(shuō)的“哪里有壓迫，哪里就有反抗”么？先人稱理科知識(shí)為“格致”——格物致知：“格，至也。物，猶事也。致，推極也，知，猶識(shí)也?！毖芯恳婚T學(xué)科而能即物窮理，凡事都能弄明白，探究竟，這就是物理化學(xué)的魅力所在。材料物理性能這門課，結(jié)合了一定固體物理的知識(shí)，對(duì)表征材料的各個(gè)物理性能及其依賴環(huán)境的變化情況進(jìn)行了探討。記得上第一節(jié)課時(shí)，雖然我們以前在無(wú)機(jī)化學(xué)、大學(xué)物理等課程上對(duì)量子力學(xué)有一點(diǎn)的了解，但還是覺(jué)得接受起來(lái)比較困難。然而，固體物理這一部分的內(nèi)容是所有后面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，十分重要。在當(dāng)今材料科學(xué)的發(fā)展中，具有功能性的材料逐漸成為研究的熱點(diǎn)。所謂功能性，一方面是指材料起能量傳輸?shù)淖饔脮r(shí)表現(xiàn)出來(lái)的“一次功能”，如吸隔音性、傳熱性、導(dǎo)電性、介電性等等；另外一種，是材料輸入和輸出的能量為不同的形式時(shí)，材料對(duì)能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換的“二次性能”，如熱電效應(yīng)、光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)等等。在這門課上，我們弄明白了金屬和非金屬分別是怎樣導(dǎo)熱和導(dǎo)電的；半導(dǎo)體微觀的工作原理；在平行板電容器中增加電容電介質(zhì)材料極化的機(jī)制；晴朗的天空為什么是湛藍(lán)色的；材料為什么是透明的和它是怎樣染色的；紅外技術(shù)是怎么回事；磁盤、磁帶等信息存儲(chǔ)材料是如何工作的。有很多現(xiàn)象，其實(shí)從我們小的時(shí)候就已經(jīng)注意到了，然而隨著成長(zhǎng)，我們是否越來(lái)越對(duì)此習(xí)以為常，而不去注意它們的神奇和美麗了？到課程結(jié)束的時(shí)候，回過(guò)頭來(lái)想一想，就會(huì)發(fā)現(xiàn)我們所學(xué)的知識(shí)是那么緊密地與生活結(jié)合在一起。材料工程基礎(chǔ)隨著當(dāng)代新材料的發(fā)展和對(duì)傳統(tǒng)材料的要求的提高，材料制備工程的成材技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)高性能材料應(yīng)用的基礎(chǔ)。本課程是針對(duì)材料科學(xué)與工程專業(yè)三年級(jí)上學(xué)期一級(jí)學(xué)科需要而開(kāi)設(shè)的，它首次將三大材料的制備科學(xué)與技術(shù)融為一門課程。全書圍繞金屬、陶瓷、高分子復(fù)合材料等三大材料成材過(guò)程的技術(shù)原理、工藝和方法，論述了材料制取合成、材料加工成形、材料改性與表面加工以及材料復(fù)合，使我們?cè)讷@得較廣泛的材料工程基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，掌握材料制備過(guò)程中的基本科學(xué)原理和技能，從而能根據(jù)材料的性能、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用要求，提出材料制備加工的方案與方法。金屬材料的處理技術(shù)首先要從金屬的冶煉開(kāi)始，根據(jù)不同的金屬元素以及對(duì)于同種金屬的不同性質(zhì)要求，需要不同的冶煉方法，包括火法冶金、濕法冶金和電冶金等等；其后，就是對(duì)冶煉出的金屬材料以改變物理形態(tài)為主的加工處理，諸如鍛造、鑄造、軋制等等。陶瓷材料主要從陶瓷粉體制得，常用方法為物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積；然后是陶瓷材料的成型處理，包括模壓成形、靜壓成形、注漿法成形熱壓鑄成形、塑性成形等等。關(guān)于高分子復(fù)合材料，首先是用于符合的高分子原材料各自的制備，包括加入各種添加劑、通過(guò)升降溫度的熱處理進(jìn)行改型等；然后便是不同材料之間的不同形式的復(fù)合方法，比如彌散復(fù)合、顆粒復(fù)合、纖維增強(qiáng)復(fù)合等。根據(jù)材料的成分和組織結(jié)構(gòu)，該領(lǐng)域范圍涉及到金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料；根據(jù)從事材料工程技術(shù)人員研究和工作性質(zhì)，該領(lǐng)域范圍又可概括為：從事新材料的研究和開(kāi)發(fā)、材料的生產(chǎn)工藝和設(shè)備的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)、材料的特性分析和試驗(yàn)、材料成品的檢測(cè)與質(zhì)量控制、材料制品的加工及改性、材料制造業(yè)的管理和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等。需要我們?cè)趯W(xué)習(xí)前對(duì)金屬學(xué)、加工基本方法有基本的培養(yǎng)和重點(diǎn)的掌握。工程材料力學(xué)性能這門課與材料物理性能在同一學(xué)期開(kāi)設(shè)，學(xué)的知識(shí)相差可就非常遠(yuǎn)了。這門課主要關(guān)注的對(duì)象是工程結(jié)構(gòu)材料最關(guān)鍵的問(wèn)題——力學(xué)性能，如我們平時(shí)常常聽(tīng)到的強(qiáng)度、硬度、剛度、塑性、韌性、斷裂、疲勞、蠕變等。這門課的學(xué)習(xí)分為兩個(gè)方面，一是金屬的力學(xué)性能，二是復(fù)合材料的力學(xué)性能。材料的力學(xué)性能測(cè)試在以后我們材料科學(xué)與工程大專業(yè)下面的任何一個(gè)方向的學(xué)習(xí)中，都是不可能跳過(guò)的一步。這門課程建立在材料力學(xué)的基礎(chǔ)之上，區(qū)別在于“性能”兩字。力學(xué)性能在工程結(jié)構(gòu)，如飛機(jī)、橋梁，以及一些部件如齒輪、軸承等的設(shè)計(jì)中往往是最重要的指標(biāo)。而新材料制得以后，往往需要通過(guò)力學(xué)性能的測(cè)試，來(lái)確定它是否能從研制階段，走到實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中去，以滿足實(shí)際的需要。此外，一旦工程結(jié)構(gòu)材料發(fā)生斷裂失效，一般來(lái)說(shuō)究其原因都在于其力學(xué)性能不能滿足要求。航空航天技術(shù)對(duì)材料的綜合性能有非常高的要求，如高強(qiáng)度，高剛度，高韌性，低密度等等。我們重點(diǎn)需要掌握的是這些力學(xué)性能指標(biāo)的意義、測(cè)試方法和失效分析的一些工具方法等等。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，某地發(fā)生了飛機(jī)墜毀事件，我們學(xué)院的鐘院士就會(huì)第一時(shí)間奔赴失事現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)斷口觀察等一系列的測(cè)試結(jié)果，得出事故發(fā)生的原因。還有十余年前京畿著名的東方紅化工廠爆炸事件，亦出動(dòng)了大批材料力學(xué)及失效分析方面的專家進(jìn)行事故原因及責(zé)任評(píng)估。而且，材料力學(xué)的意義不僅在于總結(jié)事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，更重要的是在于將這些經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用于防患未然。目前我國(guó)正大力推行的大飛機(jī)計(jì)劃中，用于我國(guó)自制的大飛機(jī)的蒙皮骨架復(fù)合材料的受力分析就是極為重要的課題，千萬(wàn)出錯(cuò)不得。材料力學(xué)之重要，窺此一斑可見(jiàn)全貌。物理冶金原理也是我們材料學(xué)院幾大專業(yè)平臺(tái)課之一。我們目前用的教材是謝希文、路若英編著的《金屬學(xué)原理》。這門課對(duì)于日后對(duì)金屬材料方向感興趣的同學(xué)來(lái)說(shuō)，可謂是看家的本領(lǐng)了。為我們授課的是德國(guó)“洪堡基金”獲得者、“長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授”、“國(guó)家杰出青年基金”及“全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)隆鲍@得者王華明老師。我們所了解的王教授，是一位非常專注的學(xué)者，也是一位非常敬業(yè)的老師。我們上課的時(shí)間為早晨8點(diǎn)，但王老師從來(lái)沒(méi)有因?yàn)樗麕缀蹩偸且影嗟胶芡矶t到。上課的時(shí)候，他還常常講到盡興之處“手舞足蹈”或者突然爽朗地笑起來(lái)，就像一個(gè)在科學(xué)世界里充滿好奇和欣喜的孩子一樣。在本科學(xué)習(xí)的階段能有如此教授教導(dǎo)，絕對(duì)是我的幾大收獲之一。回到課程上來(lái)，這門課程講授的是金屬學(xué)方面一些基本的概念和原理，如金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)、相圖、金屬的凝固、塑性變形、金屬的缺陷、擴(kuò)散、相變等。或許這些概念在學(xué)起來(lái)的時(shí)候會(huì)讓人覺(jué)得繁瑣而枯燥，但正是這些作為金屬學(xué)基礎(chǔ)之基礎(chǔ)的理論知識(shí)決定了金屬學(xué)這門課程在實(shí)踐中的應(yīng)用價(jià)值。金屬的相圖向來(lái)被認(rèn)為是金屬學(xué)中最復(fù)雜的知識(shí)段之一，但是只要學(xué)得深入一點(diǎn)你就會(huì)明白相圖理論的價(jià)值有多么重要。同樣是鋁合金材料，小到你家陽(yáng)臺(tái)的鋁合金框架，大到神七載人航天飛船的超輕質(zhì)鋁合金，其性能區(qū)別在各自所用鋁合金材料的相圖中即可一覽無(wú)余。再舉一個(gè)例子，愛(ài)看武俠小說(shuō)的男生們經(jīng)常會(huì)對(duì)書中的種種神兵利器艷羨不已，屠龍刀倚天劍，不一而足。那么為什么同樣一塊好料，在能工巧匠手里就能被打造成為絕世神兵，到了我們手里就百分之二百煉成廢銅爛鐵？你會(huì)說(shuō)“技術(shù)”，看書看得深一點(diǎn)的會(huì)說(shuō)“淬火是關(guān)鍵”，沒(méi)錯(cuò)，這“淬火”的學(xué)問(wèn)就是我們金屬學(xué)中“金屬的凝固”所關(guān)注的知識(shí)。現(xiàn)代材料研究方法主要采用儀器分析的手段，它們按信息形式可分為圖象分析法和非圖象分析法。圖像研究法是材料結(jié)構(gòu)分析的重要研究手段，主要分為形態(tài)學(xué)和體視學(xué)研究。形態(tài)學(xué)是研究材料中組成相的幾何形狀及其變化，進(jìn)一步探究它們與生產(chǎn)工藝及材料性能間關(guān)系的科學(xué)。體視學(xué)是研究材料中組成相的二維形貌特征，通過(guò)結(jié)構(gòu)參數(shù)的測(cè)量，確定各物相三維空間顆粒形態(tài)和大小以及各相百分含量。非圖像分析法分為衍射法和成分譜分析，前者主要用來(lái)研究材料的結(jié)晶相及其晶格常數(shù)，后者主要測(cè)定材料的化學(xué)成分。衍射法包括X 射線衍射、電子衍射和中子衍射等三種分析方法。它的成分譜用于材料的化學(xué)成分分析。成分譜種類很多，有光譜，包括紫外光譜、紅外光譜、熒光光譜、激光拉曼光譜等；色譜，包括氣相色譜、液相色譜、凝膠色譜等；熱譜，包括差熱分析儀、熱重分析儀、示差掃描量熱計(jì)等；此外，還有原子吸收光譜、質(zhì)譜等。研究材料必須以正確的研究方法為前提。研究方法，從廣義來(lái)講，包括技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析等。具體來(lái)說(shuō)，就是在充分了解所研究對(duì)象所處的現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體目標(biāo)，詳細(xì)制定研究?jī)?nèi)容、工作步驟及所采用的實(shí)驗(yàn)手段，并將實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析和處理，最后得出規(guī)律或建立數(shù)學(xué)模型。其中，技術(shù)路線的制定是至關(guān)重要的，實(shí)驗(yàn)方法的選擇也是非常關(guān)鍵的。譬如說(shuō)，雖然制定出完整的技術(shù)路線，但若沒(méi)有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法或先進(jìn)的測(cè)試手段與之對(duì)應(yīng)，則難以達(dá)到預(yù)期的目的；反過(guò)來(lái)，若僅有先進(jìn)的測(cè)試手段，而沒(méi)有正確的技術(shù)路線，也同樣難以達(dá)到預(yù)期目的；兩者相輔相成，缺一不可。我院開(kāi)設(shè)的高分子化學(xué)課程，包括緒論、自由基聚合、自由基共聚合、離子聚合和配位聚合、逐步聚合反應(yīng)、聚合方法和聚合物化學(xué)反應(yīng)，涵蓋了高分子化學(xué)課程的各個(gè)部分?？傮w來(lái)說(shuō)，高分子化學(xué)課程的重點(diǎn)在于解決聚合反應(yīng)的問(wèn)題，自由基聚合、自由基共聚和逐步聚合是課程的重中之重，猶以解決聚合速率、平均聚合度、聚合度微觀結(jié)構(gòu)、共聚物組成等的影響因素和控制方法問(wèn)題為總體目標(biāo)。除單體外，對(duì)引發(fā)劑、催化劑、鏈轉(zhuǎn)移劑、阻聚劑、乳化劑、分散劑等及其作用也應(yīng)給予相當(dāng)重視。特別是對(duì)于有志于高分子材料這一專業(yè)的同學(xué)，將來(lái)多數(shù)會(huì)工作于工業(yè)研究所或者工廠、公司的研究部門，因此需要尤為注意在高化課程中打好理論知識(shí)的基礎(chǔ)，將來(lái)在崗位上才可能切合實(shí)際地應(yīng)用所學(xué)理論開(kāi)展工作。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，想在高分子化學(xué)這門課程上獲得好分?jǐn)?shù)是很難的(對(duì)平時(shí)不認(rèn)真學(xué)習(xí)的同學(xué)，期末考試時(shí)想通過(guò)“突擊”考及格簡(jiǎn)直是天方夜譚)。當(dāng)然，學(xué)習(xí)這門課程并不僅僅是為了考試及格或者得到一個(gè)漂亮的分?jǐn)?shù)，而是為了把這門課本身學(xué)好——這就更加難上加難了……高分子物理是研究高分子的結(jié)構(gòu)、性能及其相互關(guān)系的學(xué)科，它與高分子材料的合成、加工、改性、應(yīng)用等都有非常密切的內(nèi)在聯(lián)系。因?yàn)橹挥姓莆樟烁叻肿咏Y(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系及其規(guī)律，才能有的放矢地指導(dǎo)高分子的設(shè)計(jì)與合成，合理地選擇和改性高分子材料，并正確地加工成型各種高分子制品。高分子物理課程建立在物理化學(xué)、高分子化學(xué)、固體物理、材料力學(xué)等課程的基礎(chǔ)之上，同時(shí)又是高分子材料、高分子成型加工等課程的基礎(chǔ)，是材料學(xué)院高分子材料與工程、復(fù)合材料、材料物理三個(gè)專業(yè)本科生必修的最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，是從事高分子材料研究和開(kāi)發(fā)前必備的理論知識(shí)。任何從事與塑料、橡膠、人造纖維、涂料和粘合劑等領(lǐng)域相關(guān) 的工作或研究的人員，都必須具備高分子物理的基本知識(shí)。由于高分子材料的制備、性能表征和測(cè)試、材料的加工和應(yīng)用等，在各行各業(yè)都會(huì)有不同程度地涉及，因此高分子物理也可作為化學(xué)化工類非高分子專業(yè)本科生的選修課程，以拓寬專業(yè)面，了解最基本的高分子科學(xué)知識(shí)。高分子化學(xué)、高分子物理、高分子工程是高分子科學(xué)的三大支柱。這門課要到大三以后才會(huì)開(kāi)設(shè)，也是北京市精品課程。這門課和高分子化學(xué)都是同學(xué)們普遍比較頭疼的，更有人因此放棄了大三下學(xué)期分方向時(shí)選擇高分子方向的打算。然而我認(rèn)為，這門課的學(xué)習(xí)還是比較系統(tǒng)和有條理的。這門課主要分三大部分的內(nèi)容：高聚物的結(jié)構(gòu)，分子運(yùn)動(dòng)及力學(xué)狀態(tài)和高聚物的性能。學(xué)習(xí)的時(shí)候，