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高分子材料與工程:塑造繽紛寰宇
說起高分子材料,很多人會覺得高深莫測,其實從家用電器到醫療器械,從國防軍工到航空航天,從化學建材到芯片領域的光刻膠,高分子材料已經普遍應用于我們的生活中。我們日常接觸到的,如人造絲織物、人工關節、電梯導軌、輸油管道、飛機機身涂料等,都用到高分子材料。
高分子的微世界
什么是高分子?顧名思義,高分子即分子量較大的分子,又稱為巨分子。高分子是由小分子單元通過共價鍵連接而成的,與一般的小分子相比,其分子量往往達到幾萬甚至幾百萬。自然界的動植物包括人體本身,就是以高分子為主要成分而構成的,如棉、毛、蠶絲等都天然高分子材料。
除天然高分子材料外,還有合成高分子材料、功能高分子材料等。一般來說,石油經過催化裂解、分離提純,可制備得到各種有機小分子化合物,再經過進一步聚合反應,獲得合成高分子,傳統材料如塑料、合成橡膠、合成纖維。功能性高分子具有特殊功能,如導電、磁性、光學、生物相容性等。
高分子材料與工程專業主要研究高分子材料的組成、機構與性能方面的知識、研究高聚化合物的化學和物理機能原理,以及以高分子化合物為原料的合成材料的成型加工技術。
比如說同樣都是聚丙烯材料,為什么既可以做成塑料杯、又可以做成薄膜,他們在成型過程中經歷了哪些變化?是否可以通過分子設計改變結構,制造可降解醫用縫合線和人造器官?如何優化光刻膠的性能,提高光刻技術在半導體制造中的精度和效率等等。
高分子材料與工程學什么
高分子材料與工程專業需要深入學習的知識包括物理化學、高分子化學、高分子物理。物理化學是以物理原理和實驗技術為基礎,研究化學體系的性質和行為。高分子化學是高分子材料與工程學科的基礎,學生需要學習各類聚合反應的原理和特點。高分子物理是研究聚合物結構性能的一門學科,需要學生了解聚合物的多層次結構、分子運動及主要物理、力學性能。
高分子材料與工程基礎和專業課程主要包括:無機化學、分析化學、物理化學、有機化學、生物化學、儀器分析、化工工程、高分子化學、高分子物理、聚合物的形成和加工、聚合反應等。各招生院校的具體課程設置,考生可登陸高校官方網站查看。
聽學長說說怎么學
“物理化學、高分子化學、高分子物理可以說是高分子專業的基礎,我覺得學好這幾門課,對專業的學習非常重要?!备叻肿硬牧吓c工程專業畢業生悠悠同學介紹說。
高分子是從有機化學中派生出來,同物理化學緊密相連,但又不等同于物理或化學。比如在經典化學中,化合物有明確的分子式,但到了高分子化學,很多時候不夠明確,日常學習過程中需要記的知識比較多,如常見的聚合物的反應式、條件、物理性能等。
高分子物理學起來比較抽象,有些基礎理論要用到很多的數學理論,比如初等幾何、微積分、數理統計、向量知識等。學生還要學會分析和處理實驗數據,因為除了高分子化學,高分子物理和高分子材料都有相對應的實驗課。
新材料產業作為“中國制造2025”重點發展的十大領域之一,到2025年人才需求缺口約為400萬人。在國家政策和市場的雙重驅動下,我國新材料產業保持了快速增長的態勢。據工信部預計,到2025年產業總產值將達到10萬億元,年均復合增長率達13.5\%。高分子材料作為新興產業重要組成部分納入到“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃,涉及建材、汽車、包裝、電子電器、航空航天、軍工、輕紡及生物醫藥等各領域。
就業選擇面寬,適應性強
高分子材料與工程專業選擇面比較寬,適應性也很強,就業單位遍及政府機關、國有企事業單位、外資企業及高新技術企業等多種類型。畢業生可以到航空航天、汽車制造、電子信息、能源、計算機制造、通信材料、生物醫用設備、建材等行業,從事高分子材料研發、高分子材料制品設計和成行加工、成形裝備與模具設計及制造,以及生產管理、產品開發等工作。也可以到高等學校、科研單位從事科學研究與教學工作;還可以到政府部門從事行政管理、質檢監督等工作。
據部分高校畢業生就業質量報告顯示,高分子專業本科畢業后,選擇繼續學習深造的同學占多數,大部分同學選擇在本?;蛲庑@^續攻讀本專業或其他專業的研究生或博士生。
為什么選擇高分子專業
“很多人說,生化環材是四大天坑,我覺得太夸張了?!庇朴平榻B說:“我選擇高分子主要有三個原因。第一是我喜歡化學,也喜歡做實驗,把課程和實驗相結合,會發現很多有趣的內容。微觀世界,自有一方天地,你甚至可以當一把造物主,創造出新材料。第二,從比例上來看,高分子材料在材料里是用量比較多的,有市場潛力。且未來功能性高分子產業發展會更繁榮。第三,這個專業深造率比較高,讀研出國的機會多,不少高校保研率在50\%以上。將來也可以選擇做科研,比較適合我這樣的女生。”
未來高分子材料的發展趨勢
隨著科技進步和社會發展,人們對高分子材料的性能要求也越來越高。綠色環保型高分子材料將成為未來的研究熱點。這類材料具有良好的生物降解性,有助于減少環境污染和資源浪費。另外,高分子材料正朝著高性能化、多功能化的方向發展,如高強度、高韌性、高耐熱性;導電、導熱、磁性、光敏等不同性能,以滿足更多領域的需求。
材料歷來是生產力的標志,對材料的認識和利用的能力,在某種程度上影響著社會發展速度和人們的生活質量。先進高分子材料能更好地服務于國家戰略需求,為推動我國產業升級和科技進步貢獻更大力量。
材料類“大家族”
高分子材料與工程專業屬于工科中的材料類。材料類是個大家族,本科階段共有19個專業,包括8個基本專業和11個特設專業,高分子材料與工程就是8個基本專業之一。目前,全國本科階段開設高分子科學與工程專業的高校有200余所。
2017年教育部啟動新工科建設,材料學是新工學的重點建設領域。在“雙一流”建設名單中,材料科學與工程學科有32所高校入選一流學科,這些學校包括:北京大學、清華大學、北京航空航天大學、北京理工大學、北京科技大學、南開大學、天津大學、吉林大學、東北師范大學、哈爾濱工業大學、復旦大學、上海交通大學、華東理工大學、東華大學、南京大學、蘇州大學、東南大學、浙江大學、安徽大學、中國科學技術大學、南昌大學、鄭州大學、華中科技大學、武漢理工大學、中南大學、中山大學、華南理工大學、四川大學、西安交通大學、西北工業大學、上??萍即髮W、中國科學院大學。
擁有高分子專業國家特色專業院校名單:北京化工大學、浙江大學、哈爾濱理工大學、華東理工大學、青島科技大學、四川大學、長春工業大學、東華大學、華南理工大學、吉林大學、河北工業大學、湖北大學、武漢工程大學、大連理工大學、沈陽化工大學、江蘇工業學院、北京服裝學院、鄭州輕工業學院。
不同院校各具特色
各高校開設的高分子材料與工程可以說是各具特色,專業優勢和培養重點也略有不同??忌诳紤]院校時,可以選擇符合自身情況和興趣愛好的方向。
浙江大學高分子學科歷史悠久,該專業依托單位為高分子科學與工程學系,是我國第一個包含高分子化學、高分子材料和聚合反應工程專業的理工結合型學系,下設高分子科學、高分子復合材料和生物醫用大分子三個研究所,建有“教育部高分子合成與功能構造重點實驗室”等六個科研平臺。
四川大學高分子學科實力雄厚,現有高分子材料工程國家重點實驗室、高分子研究所、高分子材料系、高分子材料加工工程系、醫用高分子材料及人工器官系、高分子材料與工程專業實驗室等教學科研機構。
北京航空航天大學是國內最早開展航空非金屬材料教學、研究及應用的單位之一,主要研究方向包括:高分子設計合成與表征、功能高分子、結構/功能一體化復合材料等。
北京化工大學擁有國家碳纖維領域唯一的“碳纖維國家工程技術研究中心”,建有 “碳纖維及功能高分子材料”教育部重點實驗室、生物醫用材料北京實驗室,天然高分子醫用材料教育部重點實驗室等9個省部級研究基地。
北京服裝學院高分子材料與工程專業的前身是化學纖維專業,其高分子材料與工程是以纖維為載體,實現服裝功能化和智能化的工藝融合。先后獲批國家級特色專業、教育部首批“卓越工程師培養計劃”、“新工科”建設項目和國家級一流本科專業建設點。
關注視力和空間想象力
材料類專業對考生的身體條件有一定的要求,視力情況要符合要求。根據《普通高等學校招生體檢工作指導意見》患有輕度色覺異常(俗稱色弱)不能錄取的專業中就包括高分子材料與工程專業。另外,任何一眼矯正到4.8鏡片,度數大于800度的考生不宜就讀材料類專業,當然這并不是硬性規定,考生在報考時,還是要認真閱讀各高校招生章程中的具體要求。
學習高分子專業有很多基本的概念和理論需要同學們理解和記憶。高分子材料的性能是由其微觀結構和運動決定的,但后者又是不可見的,想象其結構和運動是什么樣子的,需要同學們有一定的空間想象力。之前我們也提到,高分子化學、高分子物理是高分子專業的基石,學好了這幾門課,學起其他知識來就會事半功倍。喜歡物理和化學的同學在今后的學習中會更有優勢。
任何條件都不是絕對的,熱愛是最好的老師,只要同學們不斷深入,持之以恒,在學業的道路上終能收獲不一樣的精彩。歡迎大家投入到高分子創造的繽紛世界中去。
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