谈谈材料应用的广泛性和两种思维方式

谈谈材料应用的广泛性和两种思维方式

有一次和同学讨论物质和材料的关系，他提出的一个看法“材料是有被人利用潜力或已经被人利用的物质”（也许要排除能量），我很赞同（后来我在wikipedia上也看到了类似的表述）。例如，生长在草坪上的树没有在实际中被人利用，虽然它起着气体交换、能量转化等作用，也就没称它为材料。但如果树被人们砍到，加工成木材，那么便可以称现在木材为一种材料。又一个例子，碳纳米管在被Iijima发现时，人们首先想到的是称它为一种物质，而当看到它的潜在应用，比如作为储氢用途时，便可以将它划入储氢材料。这样做有些咬文嚼字，但这也提供了理解材料在各个领域内的广泛性的前期思考。
有一种很广泛的观点认为信息、能源、环境是现代人类发展的三大支柱，而材料则是这三个支柱的物质基础，它提供了人们在应用实现某种目的（比如信息的产生、处理、交换，能量的接收、转化）的物质基础，因此材料的广泛应用就不难理解了。但这样的解释是并不能一部分人满意。具体来说，从材料的角度来看，它们具有在外界条件下（比如力、电磁、声、热等）承受和以相同或不同方式反馈的特点，例如，对力学性能，#45可以以自身组织结构的变化抵抗外力，而压电材料则可以把力场转化为电场，也就是说，材料有一定的力学、力电转化的性能；从应用/产品的角度，人们需要实际应用中的物质（也就是材料）能够反映（如光敏材料、分子识别材料）或转化（如硅作为太阳能转换为电能的材料，电致发光材料以发光将所处的电场反映出来）外界环境。这样就具体地解释了材料应用范围的广泛性。

值得注意的是，以材料角度（以工程应用为目的的研究就是突出的例子）和应用角度（以技术领先为核心竞争力的企业的产品研发也是突出的例子）在大多数情况下提供给人们的是两种不同的思考方式。从材料的角度，人们关注某个或某类材料具有什么性能，以及这些性质性能在环境发生变化时的行为，例如，一个搞医用合金在作为人造骨关节应用的人，很可能研究并尝试不同的合金在满足生物相容性、力学、稳定性等方面的条件，或许他可以得到某个合金具有比其他合金有更好的特定性能的条件，而将自己的视野限制在某系合金（如Ni-Ti系）而忽视了其他系的合金乃至高性能高分子。（出现这种情况的原因很大程度上科学研究的探索性质决定的，也有个人知识有限和客观环境的因素。我没有批评这种方式，它的存在是合理而必要的）。而从应用的角度，则是从材料满足应用的需要的需要出发，至于材料是合金、非金属还是高分子，却是没有什么偏好的。例如，一个以人造骨关研发为核心竞争力的企业不会只考虑合金，更不会只考虑某一系合金，它是从所有可能满足性能的材料构成的集合出发，从中选择有应用价值的材料，这一点和从材料出发将研究重心放在某种材料有很大差别。从材料角度和应用角度的不同，很大程度上目的和视野的不同，从材料的角度，目的更多的整体上探索的，探讨某种材料性能的特点，是以材料为导向的；从应用的角度，人们关注能满足性能的材料，寻找各种材料中满足应用要求的材料，是以应用为导向的。这两个角度的关系比较复杂，有时候材料角度为应用角度提供材料选择的方向（比如材料角度的对合金和高性能高分子的各种探索为寻找质轻、性能好、价格低等要求的应用角度的选择方向提供了很多可供参考的资料），又有些时候，应用角度为材料角度提供新的机遇（比如对对超导高分子的研究导电高分子的发现为材料角度带来很大的影响）。同时，随着以经济为导向和材料设计理论的确立和发展买材料角度也开始和应用角度结合，这样材料角度变得目的性更强和应用角度的开发也有了更直接的参考资料，当然这种结合利于生产率的提高，也可以从对产学研的重视方面得到印证。这并不等于说单纯材料角度的投入是不必要的，而是如果条件充足的话，有比较大的应用倾向的材料角度突入应该向使用角度靠拢。
我决定认识到材料角度和应用角度的关系和他们以后的发展趋势对某些一直没有完全进入材料角度或进入了材料角度而不从事以应用角度为重点的职业（也就是从事产品研发的人所在的公司以此为核心竞争力）的人而言，并没有太大的影响，但对于那些在学校接受材料角度教育理念和训练的人，然后从事以应用角度为重点的职业或继续以材料角度为主时能否以材料角度转变到应用角度或者若您是到材料角度因为经济导向和材料设计理论的确立和发展而应该与应用角度结合就变得对个人和团体的发展至关重要。

总结起来，这篇文章主要从推断和具体的方面来理解材料应用的广泛性的原因，然后论述了以材料角度和应用角度为主体时两种思维方式在材料研究和利用的过程是有很大差别的，有指出了它们的关系和它们以后的趋势，最后有说到了认识到这种关系和趋势对某些人有很大的作用。