工程材料有哪些？材料工程是什么？工程新材料有哪些？

工程材料有哪些？

工程材料，按化学成分分为金属材料、非金属材料、高分子材料和复合材料四大类。

材料工程是什么？

材料工程

Material Engineering

材料工程是研究、开发、生产和应用金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料的工程领域。其工程硕士学位授权单位培养从事新型材料的研究和开发、材料的制备、材料特性分析和改性、材料的有效利用等方面的高级工程技术人才。研修的主要课程有：政治理论课、外语课、工程数学、材料物理化学工程、材料工程理论基础、材料结构与性能、材料结构和性能检测技术、材料合成与制备技术过程控制原理、计算机技术应用、近代材料的研究方法、材料科学与工程的新进展以及现代管理学基础等。

一、概述

材料是用于制造有用物件的物质。根据材料的组成结构，可分成金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料；根据材料的性能特征，可分成结构材料和功能材料。历史证明材料是社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑，例如“石器时代”、“铜器时代”、“铁器时代”等；在近代，钢铁材料的发展对于工业革命进程起了决定性的作用；半导体材料的发展把人类带入了信息时代。当今，人们把材料、信息、能源作为现代文明的三大支柱。新材料技术更成为三大高新技术之一。

随着社会和科技进步，人们不仅要求性能更为优异的各类高强、高韧、耐热、耐磨、耐腐蚀新材料，而且需要各种具有光、电、磁、声、热等特殊性能及其偶(或复)合效应的新材料，同时对材料与环境材料的协调性等方面的要求也日益提高。生物材料、信息材料、能源材料、智能材料及生态环境材料等将成为材料研究的重要领域。研究和解决传统材料的质量和工程问题，不断挖掘传统材料的潜力，将成为材料生产技术改造的重点。

本领域涉及材料的获得、质量的改进、使材料成为人们可用的器件或构件的生产工艺、制造技术、工程规划、工程设计、技术经济管理等工程知识。并与冶金工程、机械工程、控制工程、电气工程、电子与信息工程、计算机技术、工业设计工程、化学工程、生物医学工程等学科密切相关。
二、领域范围

根据材料的成份和组织结构，该领域范围涉及到金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料；根据从事材料工程技术人员研究和工作性质，该领域范围又可概括为：从事新材料的研究和开发、材料的生产工艺和设备的开发和设计、材料的特性分析和试验、材料成品的检测与质量控制、材料制品的加工及改性、材料制造业的管理和技术经济分析

工程新材料有哪些？

半透明材料

斯德哥尔摩KTH皇家技术学院的研究人员开发出一种适合大规模生产的新型透明木质材料，它是通过去除木质贴面中的木质素制成的。去除木质素后，木材会变成美丽的白色，但是由于木材不是自然透明的，他们通过纳米级处理来达到半透明的效果。

KTH的木材科学中心教授Lars Berglund提到：“透明木材是太阳能电池的好材料，因为它是一种低成本、易于获得和可再生的资源。”透明木材还可以用于建筑物的窗户和外墙，其可以让光线进入的同时保持屋内的隐私。Berglund表示，下一步要做的工作是提高材料的透明度和扩大生产。该项目由Knut和Alice Wallenberg基金会资助。

浮桥

在意大利伊塞奥湖的水面上，有建筑业的一项重大创新艺术家克里斯托和克劳德的浮桥。浮桥是一个三公里长的人行道，由220,000个高密度聚乙烯立方体组成，周围包裹着100,000平方米的黄色织物，这些元素随着海浪在伊塞奥湖中自然波动。浮桥的安装由位于保加利亚的公司完成。他们在三个月的时间里，在深达92米的湖底安装了约220个六吨重的锚，然后将聚乙烯立方体固定在这些锚上，并覆盖上尼龙织物，超过600名工人参与了浮桥的安装。

生物家具

到目前为止，通过这种材料制成了两件家具 – 躺椅和供儿童使用的小椅子。这种创新材料称为Mycoform，是将木片、石膏、燕麦麸与灵芝混合在一起制成的，加入灵芝是因为它具有分解废物的能力并生成结实的结构材料，这种耐用的生物塑料复合材料，不仅适用于家具，在建筑上也有应用潜能。

Terreform ONE称，一旦生物材料达到使用寿命，它就可以在任何生物环境例如花园中进行分解处理。此外他们还称，这项技术可以轻松地转让给发展中国家，这些材料制得的产品将成为传统建筑业的有趣替代品。

自修复混凝土

混凝土是使用最广泛的建筑材料，但它有一个严重的缺陷：受力时容易开裂。如果这些裂纹变得太大，将导致钢筋被腐蚀，不仅会导致建筑物不美观，而且还会损害建筑的结构和质量。自修复混凝土由荷兰代尔夫特大学的土木工程师Schlangen博士发明，其自修复过程需要加热。为了将这种材料用于道路建设，Schlagen博士团队设计了一种特殊的车辆，车辆在道路上通过感应线圈来提供热量。

Schlagen估计，该车辆若每四年在道路上运行一次，其修复道路的能力每年可为国家节省9000万美元。此外，研究人员TU Delft在研究将细菌包埋在混凝土混合物中，以制造出具有自愈能力的混凝土。细菌混凝土是建造用于危险废弃物的地下固定架的理想选择，不需要人力来进行干预修复，这意味着在设计混凝土结构时，可以以一种更经济的方式解决耐久性问题。但是对于住宅建筑而言，传统的裂缝修补仍然是目前更具经济吸引力的解决方案。

火星混凝土

西北大学的研究团队在库萨蒂斯的带领下，开发了可以在火星上应用的混凝土材料。高强度火星混凝土可以快速制成，可以承受陨石的撞击这是为人类提供庇护所的关键要素。为制造火星混凝土，库萨蒂斯将硫在240℃下加热，将其熔化成液体，并使用火星土壤充当骨料，其与硫的比例为1:1，经过冷却就得到了火星混凝土。

库萨蒂斯认为火星混凝土的强度较高归因于火星土壤颗粒的尺寸较小。他的团队还发现，当混凝土破裂并重新熔化浇铸时，它会变得更加坚固，这可能是由于颗粒尺寸的进一步减小所致。库萨蒂斯表示，常规混凝土需要28个小时才能发挥出全部的强度性能，而火星混凝土只需要1-2个小时，因此库萨蒂斯认为它是理想的3D打印材料，可以使用火星本地资源来打印建筑物，这将比从地球发送材料更加有效和可持续。

烟头砖

人类每年约生产600万支卷烟，由此产生120万吨的烟头废物。烟头的生物降解能力很差，且困在过滤器中的重金属。例如砷、铬、镍和镉会渗入土壤和河流，对环境的危害非常大。为了减少烟头对环境的污染，RMIT的研究人员开发了由烟头制成的更轻、更节能的砖头。

由阿巴斯·莫哈耶拉尼博士领导的皇家墨尔本理工大的一个团队已经证明，掺有1％烟头的砖的性能与普通砖非常相似，而且制得的砖更轻，具有更好的隔热性能，制造时所需的能源也更少，可以削减砖的生产成本。在烧制过程中，烟头中的重金属和其他污染物被捕集并固定在砖块中，从而减少了环境污染的问题。

砖冷却系统

通过粘土和水凝胶的结合，加泰罗尼亚高级建筑学院的学生发明了一种对建筑物内部具有冷却作用的新材料，为Hydroceramic。

Hydroceramics具有将室内温度降低多达6℃的能力。它的冷却效果来自于结构中存在的水凝胶，其吸收了高达自身重量500倍的水。通过将水凝胶的蒸发特性与粘土的湿度控制特性相结合，可以产生对热和水有响应的复合材料。这是一种被动蒸散系统，在炎热的天气中，水凝胶吸收的水被释放以降低温度，可以有效地保持人体舒适区域内的温度和湿度平衡。

污染吸附砖

由建筑与环境设计学院的助理教授Carmen Trudell开发的材料Breathe Brick，可以吸入空气中的污染物并释放过滤后的空气。这种材料可以被设计为建筑物通风系统的一部分，也可以配置在带有窗户和冷却系统的墙壁上。它的外部为砖块，内部为标准保温层，中心是一个旋风过滤系统，系统从空气中分离出空气颗粒，并将它们收集在可移动的料斗中。

经过测试，该系统可以过滤30％的细颗粒和100％的粗颗粒污染物。长远来看，由于整个系统相对便宜，污染吸附砖块可能会成为建筑物最常见的材料之一，是降低城市污染水平的有效方法。

发光水泥

来自莫雷利亚的UMSNH的JoséCarlos Rubiovalos博士发明了一种具有吸收和发射光的能力的水泥，我们可以在游泳池、停车场、道路安全标志等场所使用它。此外，我们还可以在石油开采平台，以及任何想要被照亮或标记但却无法通电的空间使用它，因为它不需要配电系统。预计发光水泥的使用寿命可以超过100年，并且材料也易于回收。

在官方报道中，这种发光水泥的本质是通过原料二氧化硅、河砂、工业废料、碱和水的缩聚获得的，该过程在室温下进行，不需要很高的能耗。与其他类型的水泥相比，其制造过程中产生的污染较小。

钢绞线杆

据估计日本工业将因人口老龄化以及新生儿的减少而遭受劳动力短缺的极大困扰，并且由于基础设施的老化，维护和翻新成本也不断增加。为了解决这些问题，日本Komatsu实验室一直在研究和开发具有“轻、强、耐腐蚀”特性的碳纤维复合材料。

该实验室发明了一种名为CABKOMA钢绞线杆的新材料，它是一种热塑性碳纤维复合材料，可作为一种轻质的抗震钢筋，其在美学上也同样令人非常愉悦。由于使用热塑性树脂作为基材，因此即使在硬化之后也可以通过加热来进行材料的重塑。

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