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材料的小世界,我们的大未来

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材料的小世界,我们的大未来

潘梦婕

宇宙是一个很大很大的存在,对它来说,人类十分渺小;微观世界是一个很小很小的存在,对它来说,人类又十分的庞大。但你是否能想到,在微观世界中做出的改变,可能会对我们的生活,甚至对宇宙的探秘,产生巨大的影响。研究材料中的微观原子、分子的世界,并将其应用在人类的生活领域,便是我所学的专业——材料科学与工程。

材料科学与工程主要研究材料的性能、成分、制备加工以及组织结构之间的关系,运用先进的电子显微镜、热重分析仪等精密仪器观察各种材料的结构,分析对比各自的优势,对现有的材料进行类似“缝衣服”的修改,或者将几种材料混合,制成新的材料。

起初,我对这个专业的兴趣并不大,毕竟在大部分人看来,微观世界和宇宙一样,是距离自己的生活十分遥远的东西。但随着学习的深入,我发现这个专业所学的内容在我们的日常生活中随处可见,并给我们的生活带来了巨大的变化。你也许只知道一条裂纹会给物体带来破坏,却不了解增加一条裂纹也可以成为增强材料性能的方法;你也许只看到了宏观世界物体的各种形态,却不了解在材料世界中分子的排列方式与宏观世界的物体大同小异;你也许只听过5G新时代的口号,却不了解其中的核心技术。下面就让我带你走进材料的世界,聊一聊我在本科阶段对材料世界进行简单探索的故事。

材料世界秘密的初探索

材料科学与工程本科阶段学习的内容比较广,但也各有侧重。

记得刚上大二的时候,我印象最深刻的科目是《无机材料物理与化学》,这门课程主要向我们揭示了材料发生变化背后的原因。在第一节课上,老师给我们讲了关于“泰坦尼克号”沉船的秘密。在上那节课之前,我也只是感慨于男女主角的爱情悲剧。课后我才明白,如果当时的工程师不过多地追求船体的强度,也许这场悲剧是可以避免的。这节课让我打开了新世界的大门,开始对材料内部的世界产生兴趣。

在大二下半年的学习中,我们不仅要学习材料发生断裂、弯折或者相互融合时的表面现象,还会接触更加微观的世界。在《材料科学与基础》的课堂上,老师给我们展示了由简单的分子模型拼接成足球状的足球烯,讲授了水、水蒸气和冰的三相点。我们对材料学的探索也由刚开始浅层的“知其然”走向更深处的“知其所以然”。

进入大三,我们对材料世界的探索已经不再局限于课本,而是开始走进实验室,在高倍率的显微镜下观察材料发生变化的真实过程。当你看到一个材料内部断裂的全过程时,你会惊叹于哪怕是小小的木材,在断裂之前其内部也做了如此“强烈的抗争”;你会惊叹于看似坚硬无比的钢材,在面对拉扯的时候,内部的裂纹竟像迷宫一样复杂却又有规律;你会发现原来裂纹也有“好坏”之分,有些裂纹竟然是为了增强材料的防断裂能力而人为刻画的。

在这些课程的学习之中,你会更深入地接触一个崭新的世界。同时,你也要对自己未来的方向以及自己是否适合这个行业而有所把握。

工厂实习的初体验

大三下学期,我们开始进行校内的金工实习。在实习过程中,从车床到铣床,每一种机器我们都要会用。听完老师的理论讲解以及看完工厂老师傅的实际操作展示后,我们便开始自己上手操作。看着锋利的刀具在自己的掌控下把一个个精细的样件打磨出来的时候,我心里充满了成就感。让我印象最深的就是打磨这一环节了,虽然现在的技术发达,不需要人力去磨钢材,但是出于锻炼的考虑,我们每个人都用锉刀体验了一把磨钢、钻孔的“快乐”。记得刚开始听到老师傅说“磨下两厘米就行”的时候,我们都还不以为意。然而到了下午,每个人都用红彤彤的手掌拿着“战利品”走出来,大伙纷纷感慨“我居然把钢铁磨下了两厘米”。在后来的学习中我逐渐发现,耐心和细心,以及在忍耐中保持精细,时刻警惕,是一个“材料人”必须具备的能力。比如,把钢铁磨下两厘米看似简单,但是若想仅仅凭借人力而磨得分毫不差,需要对力度和方向有十分精准的把控。

进入大四之后,每个“材料人”都要经历实习的初次体验。在老师的带领下,我们迈出了从课本理论的学习到生产实践的第一步。我们去了传统的钢铁工厂,见识了老师傅的手艺,以及先进的现代机器设备;听到了锻造钢铁的乒乓声、材料入水冷却时发出的“滋滋”声,以及机械手来回摆动的声音。即使是传统的工艺,也不像过去那样需要消耗大量的人力物力,而是通过简单的机器操作就可以完成。我们去了现代的锂电池工厂,目睹了规模宏大的厂房车间,以及从日韩各国进口的流水線设备。在那里,工人们工作时不再需要来回走动,只需要坐在洁净的厂房中按键操作即可。通过实习,也让我们切身感受到了将来走向社会后自己所面临的工作环境。

未来的道路,关于你的选择

材料科学与工程是一个复杂又简单的学科。它的复杂在于,你要沉下心去研究分析不同的材料在不同情况下的特殊应用,在整个学习的过程中,你需要面对很多生僻的名词和复杂的公式。它的简单在于,材料源于生活,也应用于生活。你在生活中的一个很寻常的发现也许就会促成一种新材料的诞生,甚至会改变一个时代的发展规律——仅仅是单纯地用胶带粘贴分离的石墨薄片,就发现了石墨烯这种目前已知强度最高的材科;仅仅是实验时把某个材料放在了阳光之下,就开启了无数科学家关于光解水秘密的探寻之路。

由于本专业偏向学术型研究,因此本专业的学生大多会选择考研继续深造。毕业之后,你可以根据不同的研究方向去选择不同的工作岗位或者成为技术工作者,比如汽车研发、锂电池产品创新以及传统的钢铁工业,或者是高分子材料及生物医学材料的研究,等等。

在这个科技飞速发展的新时代,科技永远是第一生产力。欢迎感兴趣的同学选择材料科学与工程专业!

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