謝曜陽

材料科學(xué)的內(nèi)涵及研究方法

謝曜陽

對于社會(huì)經(jīng)濟(jì)來說材料的發(fā)展是證明時(shí)代進(jìn)步的重要標(biāo)志，材料和人類發(fā)展之間有著密切的關(guān)系，人類的進(jìn)步帶動(dòng)了材料的發(fā)展，材料科學(xué)技術(shù)水平的提高也推動(dòng)了人類社會(huì)的進(jìn)步。隨著近幾年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展增速，材料的作用在工業(yè)生產(chǎn)以及科技研發(fā)中也變得更加重要，對此有必要進(jìn)行更深一步的研究，充分發(fā)揮其行業(yè)價(jià)值。本文對于材料科學(xué)進(jìn)行了一系列深入研究，闡述了材料科學(xué)的基本研究方法，并對其根本內(nèi)涵做了重點(diǎn)分析。希望可以為相關(guān)工作者提供一些有利的參考意見。

材料驗(yàn)證了整個(gè)人類社會(huì)的發(fā)展歷程，任何一種材料的發(fā)現(xiàn)和使用對于人類來說都是一項(xiàng)巨大的工業(yè)改革?？梢哉f，材料科學(xué)的進(jìn)步在很大程度上影響著社會(huì)的發(fā)展和人來的進(jìn)步。在材料科學(xué)中自然科學(xué)的各種研究方法起到了關(guān)鍵作用，人類要想獲得更好的發(fā)展和進(jìn)步，掌握材料科學(xué)的研究方法和內(nèi)涵具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以此為切入點(diǎn)做了深入分析，目的是希望可以促進(jìn)材料科學(xué)實(shí)現(xiàn)更好的進(jìn)步，從而創(chuàng)造出更重要的價(jià)值。

材料科學(xué)的基本研究方法

對對于材料科學(xué)研究方面涉及到的方法有很多，主要內(nèi)容如下

歸納法。歸納法指的是搜集大量的相關(guān)數(shù)據(jù)并將其綜合到一起進(jìn)行分析核研究，然后概括出原理。如門捷列夫在對63中元素的性質(zhì)利原子員之間的關(guān)系的研究時(shí)就運(yùn)用了歸納法，進(jìn)而機(jī)括了化學(xué)元素周期律。這種方法通常多用于科學(xué)發(fā)現(xiàn)中，研究結(jié)果真實(shí)可靠，但是推理過程具有一定的局限性。

演繹法。演繹法指的是通過一般原理來推論結(jié)果。通常多用于科學(xué)預(yù)見中，一般是提出科學(xué)假說的時(shí)候需要用到。最著名的演繹假說法就是孟德爾的雜交實(shí)驗(yàn)。除此之外，基因與染色體的關(guān)系的探究歷程,此方法也得到了有效的運(yùn)用。

分析法與綜合法。分析法和綜合法二者一般都是綜合到一起應(yīng)用，將其結(jié)合到一起可以在很大程度上實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新，極具應(yīng)用價(jià)值。

類比法和移植法。類比法和移植法較為相似，指的是將某兩種領(lǐng)域的技術(shù)和方法相互對調(diào)使用。最典型的例子就是在飛機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用螺旋槳技術(shù)，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用拉鏈技術(shù)等。

數(shù)學(xué)方法。數(shù)學(xué)方法的主要作用就是探討研究對象變化規(guī)律的同時(shí)表述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域行為，在科技研發(fā)中經(jīng)常用到，在材料科學(xué)研究中發(fā)揮著重要作用。例如意大利科學(xué)家就是利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行研究計(jì)算發(fā)現(xiàn)了新行星——谷神星。

原型啟發(fā)法與仿生法。原型啟發(fā)法和仿生法比較相似，指的是通過觀察動(dòng)物、植物以及自然現(xiàn)象之后受到某種啟發(fā)并以此來進(jìn)行科學(xué)研究。例如美國佛羅里達(dá)州立大學(xué)工程師Rick：Lind通過觀察海鷗的飛翔特性從而受到啟發(fā)，發(fā)明了一種功能極其強(qiáng)悍的遠(yuǎn)程遙控偵察機(jī)。例如日本相關(guān)科研部門都過觀察貓頭鷹的羽毛和翠鳥的喙受到了啟發(fā)，從而發(fā)明了新干線子彈頭列車，不僅速度快，且噪音極小。

黑箱法、相關(guān)法、環(huán)境法、過程法這四種方法主要作用基本相同，絕大多數(shù)時(shí)候是用來研究材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。具體如下：

（1）黑箱法：黑箱法比較特別，通常是在無法知道研究對象本質(zhì)機(jī)理的時(shí)候?qū)Σ牧系慕Y(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行分析的情況下使用，屬于一種物理研究法。在化纖生產(chǎn)中，各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)是非常緊密的，每個(gè)細(xì)節(jié)上的錯(cuò)誤都會(huì)影響產(chǎn)品，所以運(yùn)用黑箱法進(jìn)行問題的分析上是十分有效的。

（2）過程法和相關(guān)法：過程法和相關(guān)法也可以叫做分析法，主要的作用是對材料的本質(zhì)進(jìn)行研究，二者之間相輔相成，相互促進(jìn)，缺一不可。

（3）環(huán)境法：通過對周圍環(huán)境因素的研究來分析材料的結(jié)構(gòu)和相關(guān)性能變化。在航空智能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中環(huán)境子庫的研究—有機(jī)玻璃與鋁合金材料的環(huán)境疲勞試驗(yàn)及環(huán)境子庫的開發(fā)的實(shí)驗(yàn)研究中，就運(yùn)用環(huán)境法，了解環(huán)境因數(shù)對飛機(jī)材料和其結(jié)構(gòu)性能的影響。

材料科學(xué)研究內(nèi)涵

材料科學(xué)有著豐富的內(nèi)涵，這其中不僅有傳統(tǒng)材料，還包括了一些性能特殊的高科技材料，這種內(nèi)涵在很大程度上影響著人類社會(huì)的發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

材料科學(xué)的發(fā)展影響著社會(huì)進(jìn)步。上世紀(jì)六十年代，我國材料工程技術(shù)開始迅速發(fā)展，材料種類在不斷豐富的同時(shí)在結(jié)構(gòu)性能方面也得到了很大的進(jìn)步。這些新材料的出現(xiàn)無疑推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為工業(yè)生產(chǎn)提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，很多高新技術(shù)產(chǎn)品都是建立在新材料技術(shù)之上的。直到目前為止，材料工程技術(shù)水平已經(jīng)逐漸成為了衡量一個(gè)國家科技能力的重要指標(biāo)，甚至已經(jīng)在影響著整個(gè)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對此有必要繼續(xù)加大研究力度。新型材料的出現(xiàn)使人們的各種需求得到不同程度的滿足，運(yùn)用各種的技術(shù)，方法來完成人們的不同欲求。新材料出現(xiàn)在人們生活的各種細(xì)節(jié)之中，重要性也在逐步提高，廣泛的運(yùn)用在航天航空，醫(yī)學(xué)，環(huán)境保護(hù)，工程，機(jī)械等等。比如以結(jié)構(gòu)輕巧出奇于世的里爾芳2100號，一架八座的商用飛機(jī)就是全部采用碳纖維復(fù)合材料制成的。

材料科學(xué)發(fā)展和其他學(xué)科之間有著密切關(guān)系。材料科學(xué)具有一定的專業(yè)性和實(shí)用性，通常情況下材料研究都是有著明確目的和適當(dāng)基礎(chǔ)的，由于價(jià)值不同因此在實(shí)際生產(chǎn)中體現(xiàn)的作用也就存在一定差異，但是無論哪一種材料的誕生都勢必會(huì)對社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生一定的輻射作用。隨著材料的應(yīng)用范圍逐漸拓寬，各個(gè)行業(yè)都有了滲透，這也在一定程度上促進(jìn)了材料科學(xué)和其他學(xué)科之間的密切聯(lián)，并為這些行業(yè)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，提供了有利的支持，同時(shí)也在另一種角度上實(shí)現(xiàn)了學(xué)科之間的交叉發(fā)展。例如，近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展出現(xiàn)的復(fù)合材料就很好地體現(xiàn)了這一觀點(diǎn)。英國新研制的“喬巴姆”新型坦克的裝甲是由兩層十分特殊的鋼板組成的，中間安裝的玻璃纖維，超硬陶瓷和樹脂材料，極大地提高了戰(zhàn)斗能力。

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，材料所發(fā)揮的重要也將越加重要，對此相關(guān)部門還是要加大研究力度，總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選擇合適的研究方法滿足社會(huì)發(fā)展實(shí)際所需，最大限度的發(fā)揮其社會(huì)價(jià)值?？傊?，材料科學(xué)的發(fā)展不是一朝一夕就能實(shí)現(xiàn)的，這是一個(gè)漫長的過程，相信隨著在未來的日子里材料科學(xué)的發(fā)展還會(huì)為人類進(jìn)步做出更大的貢獻(xiàn)。

廣益實(shí)驗(yàn)中學(xué)）