学科建设

材料科学与工程

一、学科简介

(一)本学科点的历史沿革与现状概述

1.本学科发展历史

石河子大学材料科学与工程本科专业于2005年成立化学化工学院之初,针对新疆地区对材料人才的需求,作为应用化学的方向之一进行招生,其研究生也作为应用化学硕士点方向之一进行招生,在师资、教学条件、仪器设备和科研水平等方面都得到了快速的发展。2009年石河子大学将材料科学与工程学科的研究领域化工绿色工艺及新型材料技术作为大学“211工程三期重点学科建设项目,有力地促进材料学科的发展。2009年,材料化工实验室作为石河子大学重点实验室进行建设,仪器设备建设快速发展。2012材料科学与工程专业招收第一批志愿本科生。同年,获批材料化工0817Z1)硕士学位授权点,农用新材料方向作为农业化学工程博士点领域之一进行招生。2014年,材料学作为石河子大学重点培育学科并列入大学国家一省一校工程重点建设项目。2012年,兵团材料化工工程技术研究中心新疆维吾尔自治区材料化工重点实验室获批。

2.在区内外的地位、特色和优势

材料学紧密结合新疆和兵团新型工业化对材料人才和技术的需求开展教学和科研工作,力争成为区域内材料类人才的培养基地和技术发源地。目前,本专业教师围绕新疆地区资源优势和材料工业布局,特别是具有高寒高旱环境对材料的需求,已形成了2个较稳定的研究方向和研究团队,分别为:功能高分子材料技术方向及团队和无机非金属材料技术方向及团队。功能高分子材料技术方向主要结合新疆丰富的煤炭、石油、原盐资源,围绕快速发展的电石法聚氯乙烯(PVC)产业及其它高分子材料聚合的发展,系统研究实现通用高分子材料的高性能化的基础理论。围绕新疆现代农业技术发展中对高分子设施农业及农用化学品的需求,从分子设计出发,引入环境气候因子,对农用高分子材料用作滴灌带、地膜时的生产、使用、回收、再加工等过程进行机制探讨和构效关系研究,为实现通用高分子农用材料的高性能化奠定理论基础。同时,开展农用高分子材料服役行为的研究。无机非金属材料技术方向围绕新疆的资源和能源优势,以及在产业发展中对环境的治理,开展超级活性炭和碳素材料、多晶硅、碳化硅等光伏材料生产技术和电解铝、铝加工及铝合金材料生产技术的研发及环境的治理修复工作;围绕新疆工业化、城镇化对绿色建材的需求,大力开展特色矿产资源尾矿与大宗工业废弃物在建材领域的循环利用技术研究,利用大宗工业废弃物生产绿色建材的研究、绿色节能保温建材的生产研究、高性能绿色涂料的研究及适合本区域特征的功能性建筑材料及助剂的研发。

5年来,兵团、石河子大学和新疆天业集团投入2000多万元进行建设,目前拥有大型仪器设备和装置200多台套,科研用房4000m2,为材料学高层次人才的培养和科技创新奠定了坚实的基础。

(二)本学科点的优势与特色研究方向介绍

1.功能高分子材料方向

结合新疆丰富的煤炭、石油、原盐资源,围绕快速发展的电石法聚氯乙烯产业及其它高分子材料改性的发展,为了改善PVC的加工性能,克服热稳定性和冲击性能差的缺点,通过研发绿色增塑剂,对PVC进行原位及后加工增塑,替代目前有毒的增塑剂。通过制备结构可控的纳米填料-增塑聚合物纳米材料对PVC进行改性,实现同步增强增韧PVC。通过该方向对PVC助剂的绿色化纳米复合材料的研发,为PVC行业发展提供科技支撑。同时新疆是我国现代农业技术应用最多的地区,设施农业及农用化学品带动了相关材料产业的发展,设施农业所用高分子产品,如节水滴灌材料、过滤器、地膜、棚膜、果蔬套袋、吸水保水剂、缓释肥料等,受到地区独特的地理环境气候条件的影响,上述材料在使用过程中无法实现材料的最大使用效能和回收加工利用价值,并且给环境保护带来巨大的压力;而农用化学品,如化肥和农药,由于存在使用效率过高,导致过度使用而造成巨大的资源浪费和环境污染,解决这个问题的最有效途径是通过高分子材料的设计和包膜,实现这些农用化学品的缓慢释放及控制释放。本方向在以下内容形成了研究特色:

1)新型高分子表面活性剂的设计、合成及应用。研究两性梳形高分子组装对多相流体流变性的调控机理就,开发新型油气输送降凝减阻剂、水煤浆流动改性剂等。

2)纳米球形聚电解质刷的制备及应用。用作纳米反应器制得多种纳米金属催化剂。

3)环糊精聚合物水凝胶合成及应用。快速、选择性、高通量处理含苯类和酚类废水。

4)缓控释农肥、农药的研究。从分子结构设计出发,研究环境友好型智能高分子缓控释材料对化肥及农药进行包膜,研究该种缓控释农用化学品随外界条件进行刺激响应性机理,探讨其在不同土壤介质中的控释机制,研发适合新疆不同环境条件下的智能缓控释包膜农肥及农药。

5)完全生物降解农用材料的研究。为彻底消除农用残膜等带来的环境污染,采用环境友好单体聚乳酸、乙二醇等设计合成完全生物降解农用材料,用于地膜、棚膜、果蔬套袋等农用产品的开发;

6)农用材料服役行为研究。主要针对农用高分子材料,如滴灌带、地膜等的生产、使用、回收、再加工等过程进行机制探讨和研究,提出材料制品科学合理的生产、施用方法及指标。

新疆作为我国重要的资源基地、农业现代化生产基地,石油开采、煤炭深加工、精准农业、设施农业普及率高,许多功能高分子新材料得以广泛应用。如节水灌溉器材、地膜、棚膜、果蔬套袋、保水材料、过滤装置等,上述材料应用范围广、用量大,已形成一个重要的农用材料产业。但是农用材料在使用过程中,受区域环境气候影响很大,无法发挥材料的最佳使用效能。同时,大宗农用化学品农肥及农药的利用效率非常低下,而过度使用造成了极大的资源浪费及环境污染,解决这个问题关系到新疆农业的可持续健康发展。本研究方向针对新疆高寒、干旱的气候特点,研制适合区域生态环境的农用化学品及材料,并研究其服役行为,为材料的生产、回收加工提供理论依据,同时,实验室与全国最大的节水器材生产企业——新疆天业(集团)合作,建立的产、学、研结合体,对农用材料的研发、推广具有重要意义。

2.无机非金属材料方向

新疆具有丰富的农业资源和矿产资源。在西部大开发和中央支持新疆跨越式发展政策的支持下,今后新疆的优势农业和以冶炼、石油化工、煤化工为主的工业将得到蓬勃发展,许多高载能的产业近期急速向新疆区域内进行转移。如太阳能级多晶硅、电解铝、碳化硅晶体等的生产及后加工。实现这些高载能企业的节能、高技术化、产品链多样化、生产的清洁化等,需要高新技术的支持。同时也会产生大量的废弃物。在提倡循环经济和低碳生活的今天,如何提高工农业资源综合利用、减少废弃物排放和实现废弃物资源化是目前工农业生产急需解决的问题。利用高效节能、清洁生产等先进的工艺进行废弃资源的再利用,是实现资源的循环使用和可持续发展的根本途径,有利于实现经济效益和环境效益的双赢。本研究方向立足于工农业资源的高效利用、废弃物的资源化利用及清洁生产,无疑是适应了时代的发展潮流,必将具有强大的生命活力。本研究方向形成以下研究特色:

1)超级活性炭和碳素材料的开发。开发适用于超级电容器的超级活性炭,具有环境友好、工作温度宽、能量密度和功率密度高的新型超级电容器用的纳米碳电极材料。开发与电解铝配套的大颗粒化铝用碳素生产工艺,提高产品品质,实现生产的连续化自动化和环保。

2)多晶硅、碳化硅等光伏材料生产技术的开发。在目前改良西门子法生产多晶硅的基础上,开发节能、环保的多晶硅生产技术,着力开发流化床技术,特别是流化床反应器技术与其它技术的耦合,副产物四氯化硅的循环利用技术。开发大尺寸、高纯度碳化硅晶体材料技术;以及利用碳热还原法及烧结工艺制备高纯、小晶粒尺寸、致密的碳化硅纳米复合材料。

3)利用大宗工业废弃物生产绿色建材的研究。如开展了电石渣、金属镁渣、粉煤灰、硅灰、电石炉灰、煤矸石生产高性能绿色水泥及环保砖的开发及研究。

4)绿色节能保温建材的生产研究。如泡沫混凝土在住宅节能保温方面的应用,全无机硅酸盐水泥发泡保温材料的研制与生产,泡沫陶瓷的生产与在保温方面的应用等。

5)高性能绿色涂料的研究。如开发耐老化、耐寒性能优异的水性内外墙涂料,利用盐湖废弃物氯化镁生产阻燃剂活性氢氧化镁及其他产品的研究,利用蛭石与新疆盐湖氯化镁生产的氢氧化镁作为防火涂料的研究与生产。

6)其他建材的研究与开发,如适合于北方冬季采暖用碳基导电混凝土的电热性能研究,天然沥青的开发及利用工程研究,利用甜菜糖废弃物生产水泥助磨剂的开发,发泡混凝土用发泡剂的研究与开发,利用煤焦油生产高效混凝土减水剂等。

新疆具有资源和能源优势,许多无机材料产业近期急速向新疆区域内进行转移。如太阳能级多晶硅、电解铝、碳化硅晶体等的生产及后加工。实现这些高载能企业的节能、高技术化、产品链多样化、生产的清洁化等,需要高新技术的支持。同时,发展引起的环境问题,需要高度的关注。通过本方向的研究,为高速发展的新材料领域提供技术支持的同时,解决环境污染的问题,实现功能新材料领域的健康可持续发展。

二、学科队伍

(一)本学科点主要学术带头人简介

郭旭虹教授

刘志勇教授

贾鑫教授

但建明教授

(二)本学科点学术团队建设情况

材料科学与工程学科拥有一支人员结构年轻、学历层次高、学缘结构好、实践经验丰富的科研队伍,目前有教师23人,人员平均年龄为38岁,其中正高级职称4人,占17%;副高级职称11人,占48%;拥有博士学位者14人,占61%;在读博士4人。人员中1人为长江学者,2人为博士生导师,15人为硕士生导师。

四、本学科科学研究情况

Ⅳ-1本学科点目前承担的主要科研项目(课题)情况

序号

项目(课题)名称(编号)

项目来源

起讫时间

经费/万元

主持人

1

绿色化学过程中的重要基础问题研究2012CB722600,课题3“低碳炔烃二聚绿色催化体系的构建2012CB722603”

国家重点基础研究发展计划(973计划)

2012-2016

154

刘志勇

2

果胶/钛柱撑膨润土吸附汞(II)的作用机制研究(21367022

国家自然科学基金地区项目

2014-2017

50

刘志勇

3

整体床孔内奶源生物活性蛋白质的吸附及乳酪微胶束与乳脂微粒的沉积机理(21206094

国家自然科学基金青年项目

2013-2015

25

4

仿生粘附性阿维菌素聚多巴胺控释微胶囊的制备及性能研究(21364010

国家自然科学基金地区项目

2014-2017

53

5

基于神经网络的新疆棉花秸秆高效酶解糖化研究(21464011

国家自然科学基金地区项目

2014-2017

50

6

HgCl2/改性蛭石催化剂的制备及催化乙炔氢氯化反应的性能和机理研究(21163015

国家自然科学基金地区项目

2012-2015

49

但建明

7

渗透结晶反应修复混凝土孔隙和裂缝的过程与机理研究(51368053

国家自然科学基金地区项目

2014-2017

50

但建明

8

新疆天山北坡经济带土壤汞污染及生态风险评价(21267020

国家自然科学基金地区项目

2013-2016

50

9

炭胶囊化中空过渡金属氧化物/石墨烯纳米复合材料的制备及其电化学储能性能研究(21263021

国家自然科学基金地区项目

2013-2016

54

10

基于溴自由基诱导法自新疆煤沥青制备高品质中间相沥青的基础研究(U1303291

国家自然科学基金-新疆联合基金

2014-2017

214

11

采暖用碳基电热砂浆的制备、性能及应用研究(2011BB010

兵团博士资金

2011-2014

15

李洪玲

12

水泥生产低温余热发电与烟气脱硝关键技术集成与示范(2014AA003-2

兵团重大科技攻关

2014-2016

280

刘志勇

13

多晶硅副产物SiCl4-水沉淀法制备超细高分散白炭黑的研究(2013BB009

兵团博士资金

2013-2015

25

洪成林

14

新型生物降解农膜的研制与应用(2012AB007

兵团科技援疆专项

2012-2014

120

刘志勇

15

盐湖芒硝制高纯硫酸钾的工艺及应用研究(2014BA025

兵团工业科技攻关

2014-2015

20

  

Ⅳ-2本学科点2011-2014年公开发表的最具有代表性的学术论文

序号

论文名称

第一作者

刊物名称

发表时间

收录情况

1

PolydopamineFilmCoatedControlled-ReleaseMultielementCompoundFertilizerBasedonMussel-InspiredChemistry

贾鑫

JournalofAgriculturalandFoodChemistry

IF:2.906

2013

SCI

区)

2

Mussel-InspiredThermosensitivePolydopamine-graft-Poly(Nisopropylacrylamide)CoatingforControlled-ReleaseFertilizer

贾鑫

JournalofAgriculturalandFoodChemistry

IF:2.906

2013

SCI

区)

3

pH-ResponsiveControlled-ReleaseFertilizerwithWaterRetentionviaAtomTransferRadicalPolymerizationofAcrylicAcidonMussel-InspiredInitiator

贾鑫

JournalofAgriculturalandFoodChemistry

IF:2.906

2013

SCI

区)

4

Co2SnO4-multiwalledcarbonnanotubescompositeasahighlyreversibleanodematerialforLithium-ionbatteries

王刚

ElectrochimicaActa

2011

SCI

区)

5

NovelhighlyporousSn-Ccompositeashighperformanceanodematerialforlithium-ionbatteries.

王刚

ElectrochimicaActa

2012

SCI

区)

6

PreparationandelectrochemicalcapacitancebehaviorofTiO2-Bnanotubesforhybridsupercapacitor.

王刚

MaterialsLetters

2012

SCI

区)

7

Dual-ResponsiveCapsuleswithTunableLowCriticalSolutionTemperaturesandTheirLoadingandReleaseBehavior

贾鑫

Langmuir

IF:4.187

2013

SCI

区)

8

TuningtheLowCriticalSolutionTemperatureofPolymerBrushesGraftedonSingle-WalledCarbonNanotubesandTemperatureDependentLoadingandReleaseProperties

贾鑫

JournalofpolymersciencepartAPolymerchemistry

IF:3.245

2014

SCI

区)

9

EfficientremovalandhighlyselectiveadsorptionofHg2+bypolydopaminenanosphereswithtotalrecyclecapacity

  

贾鑫

AppliedSurfaceScience

IF:2.538

2014

SCI

区)

10

Novelheat-resistanceUVcurablewaterbornepolyurethanecoatingsmodifiedbymelamine

刘志勇

AppliedSurfaceScience

2011

SCI

区)

11

GrapheneOxideStabilizedCu2OforShapeSelectiveNanocatalysis

洪成林

J.Mater.Chem.A

2014

SCI

区)

12

AstrategyforsignalamplificationusinganamperometricenzymeimmunosensorbasedonHRPmodifiedplatinumnanoparticles

洪成林

JournalofElectroanalyticalChemistry

2012

SCI

区)

13

ProteinResistanceandpH-ResponsiveControlledReleasefromtheModificationofSingle-WalledCarbonNanotubeswithaDoublePolymerLayer

贾鑫

MacromolecularBioscience

IF:3.742

2013

SCI

区)

14

Effectofinterfacialinteractionbetweengrapheneoxidederivativesandpoly(vinylchloride)uponthemechanicalpropertiesoftheirnanocomposites

贾鑫

JournalofMaterialsScience

IF:2.305

2014

SCI

区)

15

Mussel-inspiredchemistryforone-stepsynthesisofN-dopedcarbon–goldcompositeswithmorphologytailoringandtheircatalyticproperties

贾鑫

RSCAdvances

IF:3.708

2014

SCI

区)

16

SpecificCu(II)detectionusinganoveltricarbazolyltristriazolotriazinebasedonphotoinducedcharge

王永涛

RSCAdvances

IF:3.708

2014

SCI

区)

17

PreparationofMagnesiumHydroxidefromAmmoniumChloridebyCirculation

但建明

AsianJournalofChemistry

2013

SCI

区)

18

KineticsandThermodynamicsStudiesofGlycyrrhizicacidAdsorptionUsingS-8MacroporousResin

但建明

AsianJournalofChemistry

2013

SCI

区)

19

CombinedInfluenceofExtractionParametersonDegreeofEsterificationofSugarBeetPulpPectin:APreliminaryStudy

刘志勇

JournaloftheChemicalSocietyofPakistan

2013

SCI

区)

20

BiodegradabilityofDegradableMulchingFilminLaboratory-controlledCompostingTest

刘志勇

TURKISHJOURNALOFCHEMISTRY

2013

SCI

区)

  

  

-3本学科点2011-2014年获得授权的最具有代表性的发明专利

发明创造名称

发明人

或设计人

专利证书

颁发日期

专利号

1

一种超疏水聚氯乙烯膜及其制备方法

乔秀文

2014.04.30

ZL200910162091.8

2

高度芳香型葡萄烈酒酿造工艺

王运华

2013.02.06

ZL200910113395.5

3

一种丙烯酸有机膨润土聚醋酸乙烯酯乳胶漆的制备方法

刘志勇

2014.08.27

ZL201110449809.9

Ⅳ-5本学科点2011-2014年获得的最具有代表性的科研成果奖励

成果名称

第一

完成人

获奖时间

获奖类别

名称及等级

证书编号

1

耐热紫外光固化水性聚氨酯涂料的研究

刘志勇

2013

石河子大学科技进步奖二等奖

2012245








  

五、本学科交流与合作情况

Ⅴ-1本学科点2011-2014年举办的重大国际性或全国性学术会议情况

会议名称

举办时间

会议规模

1

中国科协第282次青年科学家论坛

2014.08

160

Ⅴ-2本学科点2011-2014年其教师在国际性或全国性学术会议大会(或分会场)上做特邀学术报告情况

会议名称

学术报告名称

参会时间

报告人

1

中国化学会第29届年会

纳米化学与肥料和农药的高效安全利用

2014.08

郭旭虹

2

2014年中国化学会

仿生粘附性阿维菌素聚多巴胺微胶囊的制备及性能研究

2014.08

贾鑫

3

2012年第16届全国反应高分子会议

抗蛋白吸附及药物控制释放双重功能聚合物修饰

单壁碳纳米管的制备及其性能研究

2012.07

贾鑫