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学科方向

2018年10月30日

“材料科学与工程” 十三五南京市重点学科方向介绍


本学科不断凝炼学科方向,在保持原有优势学科方向的基础上,重点打造学科建设的特色和亮点,十三五建设期主要的发展方向为“材料设计及性能评估”、“功能材料”、“材料的制备与加工技术”。

(一)学科方向

材料设计及性能评估

材料设计是材料研制过程中间必须首先解决的问题,它关系到材料研制的成败和性能的好坏。材料的分子设计是按照预定的性能要求设计新型分子,运用量子力学方法处理分子结构与性能的关系,应用数学方法和计算技术,按科学理论计算,确定新型分子的合成路线。分子设计突破了传统的纯经验性的合成方法,智能化设计系统在材料设计中的运用必将推动新材料的的发展。另外,材料在制备、加工、成型、使用过程中不可避免的存在微观缺陷,材料的损伤机理和损伤演化过程也非常复杂,给材料的性能研究带来困难。材料性能模拟可以采用三维的有限元计算程序计算应力分布、判断损伤区域、建立失效模型、分析损伤积累、确定失效强度、研究材料性能退化等。应用现代计算机技术相联系的计算应力分析方法,已逐渐成为材料性能评估研究的一个重要实验手段。

功能材料

功能材料是新材料领域的核心,涉及信息技术、生物工程技术、纳米技术、计算机技术等现代高新技术及其产业,不仅对高新技术的发展起到推动和支撑作用,还对传统产业的改造和升级,实现跨越式发展起着重要的促进作用。本学科主要侧重于生物智能材料、信息功能材料的研究。例如通过仿生方法改变纳米级羟基磷灰石在胶原或者硫酸软骨素,尤其是胶原中的排列方向或结构,而形成真正的生物骨结构;通过将磁靶向、荧光示踪、药物缓释、磁热效应等技术有机结合,形成一类具有多功能协同效应的智能载药体系,提高治疗效果;采用壳聚糖和透明质酸对水凝胶进行表面改性,制备具有抗蛋白质吸附性和生物相容性的新型水凝胶角膜接触镜,引入环糊精实现对眼药的装载与控制释放;通过选择合适的材料合成制备方法、优化制备工艺,实现提高上转换发光材料的转光效率、调节上转换发光材料的形貌和尺寸的目的,从而合成高品质的上转换发光功能材料;以海藻酸钠为粘结剂,将具有良好吸附性能的凹凸棒土粘附于纤维素球表面,合成复合高分子吸附材料,有望应用于染料废水或饮用水的处理中。

材料的制备与加工技术

以材料制备与加工技术和材料微观设计与成型虚拟仿真为研究方向,重点开展高分子复合材料、功能陶瓷、宝石材料的加工制备研究,同时开展材料加工过程的虚拟仿真研究。例如以特种塑料(EVA)为基础,以填料和纳米填料经过特殊的工艺活化处理、经过系列加工工艺制成高韧性、耐高温、长寿命复合材料,填补国内外同类产品的空白;以复相玻璃系、流延剂及流延浆料为新配方体系,制备127微米厚度均匀、适合印制金属浆料的生料带,可应用于国内尖端微波通讯器件中,实现产品自主性;未来将3D打印技术应用于宝石材料的加工中,从而满足珠宝个性化的加工需求。另外,为降低材料的成本,必须实现材料成本、成型加工成本和装配加工成本等所有构成因素的低成本化,其中关键是成型加工时的低成本化。材料在加工过程中面临一系列的问题和许多重大挑战,除了大量的小样件和部段试验件的试验测试,仿真优化技术是解决各种技术难题,缩短研发周期的重要手段,可以采用数字化仿真技术对材料成型、工艺进行虚拟设计和制造。

(二)特色和优势

在“材料设计及评估”方面,现在已建成复合材料设计与工艺仿真实践中心,着力推进材料学与信息学科,材料专业与软件专业交叉融合,注重材料与信息技术结合,真正做到以材料科学进步推动信息技术的发展。

功能材料方面,主要侧重于生物医用材料、信息材料的研究。研究重点包括合成具有多功能协同效应的智能抗肿瘤载药体系、具有抗蛋白质吸附性和生物相容性的新型水凝胶角膜接触镜;高品质的上转换发光功能材料。

在“材料制备工艺”方面,开展以特种塑料(EVA)为基础,填料经过特殊工艺活化、经过系列加工工艺制成高韧性、耐高温、长寿命复合材料;以复相玻璃系、流延剂及流延浆料为新配方体系,可用于国内尖端微波通讯器件中;将3D打印技术应用于宝石材料加工中,探索个性化珠宝加工工艺。



 

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