材料科学与工程学科简介

  "材料科学与工程"学科以湖南工业大学包装与材料工程学院、冶金工程学院、先进包装材料与技术湖南省高校重点实验室、中国包装总公司包装新材料与技术重点实验室为依托。 2011年被列为湖南省"十二五"重点学科。本学科紧紧围绕我校的包装特色,着重研究高性能包装材料开发中的基础理论和应用技术,主要承担国家包装产业发展所急需新材料的重大攻关任务和所急需***包装人才的培养任务。

  三年来,重点学科的各项建设取得了实实在在的成绩,具体表现在:

  ( 1 )队伍建设方面:

  形成了高分子材料加工工程、功能包装材料与技术、绿色化工与资源化技术、金属与陶瓷复合材料等四个稳定的研究方向和人才梯队;成功打造了一个省级科技创新团队,即刘跃军教授负责的"高分子包装材料与技术湖南省高校科技创新团队";队伍中现有享受***专家1人、教育部新世纪优秀人才1人、湖南省121人才工程2人、湖南省高校学科带头人1人、湖南省***基金2人、湖南省优秀教师2人;共有教授21人、副教授21人,其中具有博士学位35人、硕士学位29人,博士生导师3人、硕士生导师46人;团队成员分别毕业于中科院化学所、浙江大学、中山大学、东南大学、华南理工大学、东北大学、国防科技大学、中南大学、湖南大学等国内知名高校和研究院所。

  ( 2 )条件建设方面 :

  重点建设了先进包装材料与技术省高校重点实验室、中国包装总公司包装新材料与技术重点实验室等两个省部级重点实验室;建设了包装工程、印刷工程、高分子材料与工程、应用化学、数字媒体、冶金工程、金属材料等专业基础实验室;与株洲时代新材料科技股份有限公司合作建成了"湖南省普通高校产学研合作示范基地"和"湖南省普通高校研究生培养创新基地";先后成功获批湖南省高校基础化学实验教学示范中心、湖南省高校包装与印刷优秀实习教学基地。重点学科按照研究方向进行仪器和实验场地配备,目前拥有价值达3000多万元的各种仪器设备和5000多平方米的实验室使用面积,拥有一批具有国际先进水平的仪器设备,能够满足科学研究和人才培养的需要。

  ( 3 )科学研究方面:

  近三年来,本学科承担国家自然科学基金项目20项;承担教育部新世纪优秀人才支持计划、湖南省***基金、湖南省科技计划重点项目、湖南省自然科学基金重点项目、湖南省高校创新平台开放基金、湖南省高校产业化培育项目、湖南省科技条件创新专项、湖南省产学研创新平台项目等省部级课题90项;获湖南省科技进步二等奖3项、湖南省技术发明二等奖1项、湖南省科技进步三等奖3项、株洲青年科技奖1项、株洲市科技进步二等奖1项等。在国内外知名学术刊物上发表论文360余篇,被三大检索收录180余篇;主持申请专利90余项,其中授权发明专利18项,授权实用新型33项。

  ( 4 )人才培养方面:

  本学科目前拥有"材料科学与工程"一级学科硕士点和"材料工程"工程硕士点,拥有包装工程、印刷工程、高分子材料与工程、应用化学、冶金工程、金属材料工程、数字媒体等本科专业;近三年来,共招收研究生96名,培养本科生3900名,其中,"印刷工程"获批国家特色专业,《包装容器结构设计与制造》获批国家精品课程,《现代包装人才培养研究与实践》获国家教学成果二等奖,"包装工程"获批省级特色专业,《高分子加工流变学》获批湖南省研究生精品课程。研究生在读期间发表论文179篇,参与申请专利50余项,先后有多名研究生荣获"湖南省优秀研究生"、"湖南省优秀硕士学位论文"、"湖南省研究生创新基金资助"等荣誉。

  本学科同美国密西根州立大学包装学院、德国斯图加特应用科技大学印刷媒体学院、法国兰斯大学包装学院、韩国延世大学文理学院、日本神户大学海事科研学部、香港城市大学、香港理工大学、东南大学、华南理工大学、中南大学、湖南大学等国内外知名大学建立了广泛的科研合作和学术交流,并与东南大学、中南大学联合培养博士研究生10余名。由于我校学科建设起步较晚,我们的"材料学"学科与国内一流水平还有一定差距,但是我们在包装材料研究方面在国内具有较好的基础,具有鲜明的特色和发展前景。

  研究方向一:高分子材料加工工程

  本学科方向紧密围绕高分子材料特别是高分子包装材料的制备、成型与加工中的关键技术和基础理论问题进行研究,经过多年的发展,逐步形成了鲜明的特色和优势,主要体现在以下4个方面:

  (1)高分子材料动态成型技术及机理。主要研究不同加工条件下高分子材料及其复合物的非线性粘弹行为,分析高分子材料结构-性能-加工之间复杂的动态关系,致力于开发高分子材料的新型成型方法和装备,并研究新型成型加工机理。

  (2)高分子发泡材料成型技术及设备。主要研究高分子材料的挤出发泡和注射发泡成型理论与装备,提出了全新的聚合物-气体界面成核理论,研制了新型成核装置,对微孔发泡塑料的工业化生产有重要指导意义。

  (3)高分子包装材料及其制备加工技术。针对多功能高性能包装材料的要求,主要研究阻燃高分子包装材料、高阻隔塑料包装材料、可降解塑料包装材料、多层共挤塑料包装膜的制备加工理论、技术及装备。

  (4)高分子减振降噪材料及产业化技术。本研究方向与株洲时代新材料科技股份有限公司联合进行科技攻关,致力于轨道交通用减振降噪材料和运输包装用防振缓冲材料的制备和基础理论研究。目前承担国家科技支撑计划、国家863计划等项目,主要科研成果已实现产业化。

  研究方向二:功能包装材料与技术

  本学科方向紧紧围绕我校的包装特色,着重研究多功能高性能包装材料开发中的基础理论和应用技术,主动承担国家包装产业发展所需新材料的重大攻关任务。主要特色和优势有:

  (1)水溶性包装膜。针对目前包装废弃物的环境污染问题,创立了水溶性高分子材料的研究体系,研究开发的水溶性薄膜产品填补了国内空白,并已实现产业化,产品还被列入国家科技部重点新产品计划。

  (2)防伪包装材料。分别将稀土纳米发光材料应用于光固化荧光防伪油墨中,实现对包装产品的防伪; 将磁性铁氧体纳米粉体应用于特种包装产品的防伪,并对磁性材料的制备、结构、性能及其在油墨中的防伪效果进行系列研究; 利用激光全息技术处理包装材料,获得防伪效果。

  (3)超疏水包装材料。根据生物仿生的原理,在普通包装材料(塑料、金属、纸、陶瓷、玻璃等)基底上构筑新型的超疏水表面,大幅度提高包装材料的疏水性、自清洁性和耐腐蚀性,使被包装物获得更长的货架寿命。

  (4)高阻隔包装材料。高阻隔包装材料在食品、药品以及其它产品的储存、运输、保鲜、保质方面起着举足轻重的作用。本方向通过制备高性能纳米无机粒子(如纳米SiO2等),然后将其与聚合物进行共混改性,并引入强外场的作用,得到高阻隔性能的复合材料。

  研究方向三:绿色化工与资源化技术

  本学科方向抓住长株潭建设"两型"社会发展的机遇,充分利用株洲是湖南工业重镇、老工业基地和"化工城"的优势,着重研究化工生产新材料以及对冶化工业区固体废物和水资源的综合利用,取得一批具有实用价值的成果,形成了鲜明的特色和优势:

  (1)化工材料及设备。本方向与株洲化工集团合作,在水合肼清洁生产工艺进行新材料和新设备的研究,使得水合肼清洁生产工艺拥有紧凑、安全、节能、降耗和对环境友好的工艺特征,又发展成为具有共性的化工资源有效利用技术; 重点在新分离设备与技术基础、结构化催化剂及反应器以及动态反应技术基础等几个方面进行研究; 课题组还在食品级白碳黑的工业化生产方面做了一系列的研究工作,利用多晶硅副产四氯化硅生产食品级白炭黑项目现已进入中试阶段。

  (2)资源化技术。本方向与株洲化工集团、湖南智成化工、株冶集团等合作,在株洲清水塘冶化工业区对固体废渣和废水的综合利用等方面进行了深入的研究。特别是在固体废弃物资源和废水综合利用方面取得了可喜的成果,该方向成员研究以电石渣作为烟气脱硫材料和酸性废水处理材料,研究采用电石渣生产轻质碳酸钙和采用精制电石渣为原料生产节能蒸压加气混凝土砌块; 研究PVC生产废水的综合利用,实现了以废治废和废水资源化等方面作了大量的工作,从源头上消除了对PVC生产废水对环境的污染。

  研究方向四:金属与陶瓷复合材料

  本学科方向主要研究金属与陶瓷粉体、金属与陶瓷材料、化学电源与电极材料的制备理论、工艺及其应用,逐步在以下三个方面形成了自己的特色和优势:

  (1)金属与陶瓷粉体的制备与表面改性。本方向将冶金过程的基本原理和方法应用到新型金属与陶瓷粉体的制备上,实现对原料的成分、粒度、形貌等特性进行控制,以此建立理论模型和与之相适应的实验模型,利用数值模拟技术和先进的实验测试手段,以简化工艺流程,为工业生产提供关键技术原型。

  (2)复合金属陶瓷烧结过程控制与材料制备。主要研究Ti(CN)基金属陶瓷烧结过程中的高温气、固和液相反应过程中原子扩散速度和溶解度。建立Ti(CN)基金属陶瓷成分、工艺、组织结构和性能的控制模型,实现Ti(CN)基金属陶瓷材料设计。先后与株洲硬质合金集团合作承担了国家科技部火炬计划和国家科技支撑计划项目。

  (3)化学电源与电极材料的制备和应用。以电化学原理为基础开展新型化学电源的制备工艺、电极材料的开发与利用。研究内容包括球形氢氧化镍的制备与微包覆整合工艺、锂-二硫化铁一次高能锂电池的制造工艺的研究。本研究方向重点开展锂离子电池新型电极材料及其复合材料制备及改性研究。