湖南省国内一流培育学科 材料科学与工程 学科简介

  定位与目标

  湖南工业大学"材料科学与工程"学科历经三十多年的建设与发展,已拥有"绿色包装与安全"服务国家特殊需求博士人才培养项目(2013年获批,授"材料科学与工程"工学博士学位)等人才培养平台,拥有"先进包装材料研发技术国家地方联合工程研究中心"等国家级科研平台,重点承担我国包装印刷产业发展、湖南省新型工业化和株洲老工业基地振兴所需新材料的重大攻关任务和***人才的培养任务。

  优势与特色

  本学科已形成了绿色包装材料与安全、生物医用材料、高分子材料加工工程、新型能源材料、功能印刷材料等5个稳定的学科方向,在科学研究、人才培养和服务社会方面具有如下两个特色和优势:(1)面向包装印刷行业,研究包装印刷新材料与新技术,主动服务行业科技进步;(2)立足湖南省新型工业化和株洲老工业基地,研究高分子材料、包装印刷材料、新能源材料、生物医用材料,主动服务地方经济建设。

  人才培养目标

  本学科从1989年开始培养本科生,2004年开始培养硕士生,2014年开始培养博士生,2015年开始培养博士后。结合文化传承、科技创新和社会服务,重点在包装材料、印刷材料、高分子材料、新能源材料、生物医用材料等学科方向培养我国包装印刷产业发展、湖南省新型工业化和株洲老工业基地振兴所需的***创新型人才。

  国内外影响

  本学科2006年获批为湖南省"十一五"重点学科,2011年获批为湖南省"十二五"重点学科,2013年获批为教育部"绿色包装与安全"服务国家特殊需求博士人才培养项目的依托学科。近年来先后承办了第十三届先进成型与材料加工技术国际研讨会(SAMT-2016)、第四届包装技术与科学国际会议(ICPTS-2017)、第二十一届世界包装大会(IAPRI-2018)。2018年7月份,本学科进入全球ESI前1%。

  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。