材料科学与工程-学科建设规划（2014-2018）

“十二五”期间是我国高等教育改革继续深化、高等教育质量持续提高的重要时期，也是我校省重点扶持学科建设的关键时期。为适应高等教育改革深入发展，明确材料科学与工程学科建设的指导思想、目标、思路和建设成效，推动学科建设持续、健康、协调发展，使学科结构更加合理，学科优势与特色更加明显，促进学科整体水平不断提高，培养高素质、应用型人才，根据《吕梁学院“十二五”事业发展规划》、《吕梁学院学科专业建设规划》和山西省普通高校重点扶持学科建设的要求，结合学校实际，特制定本规划。  

一、本学科发展与建设现状  

山西省提出的八大产业中有冶金、材料、装备制造三大产业，吕梁市的铝、铁、镁合金等产业链中，高性能材料发展对新材料技术的需求日益迫切；本学科既与上述山西三大产业和吕梁市及其周边铝铁镁产业、生物制造产业链有较大关切度，且研究方向中的纳米金属及其氧化物材料研究是当今新材料研究领域中最具活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米材料科技中最活跃、最接近应用的组成部分。  

本学科以博士生导师卫英慧教授为主要带头人，凝练了四个特色鲜明的研究方向：金属及其氧化物的尺度效应与计算模拟、纳米生物涂层制备与性能研究、生物功能材料，不锈钢生产过程控制与深加工；四个方向之间紧密相连、优势互补、协同发展，逐步形成了一支结构较为合理的学术团队，并取得了一系列阶段性、标志性成果。材料科学与工程学科团队及支撑条件建设现状如下。  

（一）材料科学与工程学科团队建设情况  

1、团队总体情况  

材料科学与工程学科科研人员以材料科学与工程系、化学化工系、生命科学系、物理系为主体，形成了一支学历结构、学缘结构、年龄结构和职称结构较为合理的学术团队。团队共有28人，其中博士生导师1人，硕士生导师2人，教授5人，副教授6人，具有博士学位8人，具有硕士学位18人。  

2、学科带头人情况  

卫英慧，男，教授，1966年生，工学博士，博士生导师，教育部新世纪优秀人才支持计划入选者（2004），省高等学校青年学术带头人，山西省优秀科技工作者。现任中国体视学会金相与显微分析分会常务理事，山西省机械工程学会常务理事，山西省腐蚀与防护学会副理事长。主要从事金属材料的微结构与性能、材料的腐蚀与防护、纳米晶块体材料的组织结构与性能等研究工作。于2004年9月到2005年8月日本北海道大学做访问学者，2006年入选山西省“333”人才工程计划。曾获省科技进步二等奖，山西省自然科学二等奖，省部级二等奖以上奖励3项，发表论文200篇以上，编写著作（教材）6部。近五年发表论文36篇，其中16篇被SCI收录、有15篇论文被他引99次。已培养硕士研究生79名，博士研究生10名，在读博士生6名、硕士生16名。  

学科研究方向带头人情况  

（1）金属及其氧化物的尺度效应与计算模拟  

卫英慧（同上）。  

（2）纳米生物涂层制备与性能研究  

翟言强，男，教授，1963年生，工学博士，省教学名师，吕梁市劳动模范。主要从事复合材料改性后的表面活性涂层的制备及形成机理的研究，先后在Analytica Chimica Acta、Materials Chemistry and Physics、高等学校化学学报、稀有金属材料和工程、无机材料学报、功能材料、材料工程、材料研究学报、复合材料学报等学术期刊发表论文30余篇，其中10多篇被SCI或EI收录，参与国家自然科学基金研究项目，现主持省级科研项目1项。  

（3）生物功能材料  

乔元彪，男，副教授，1970年生，工学博士。曾三次参与国家（863子项目和国家自然科学基金）研究课题，现主持2项省级科技项目。发表SCI收录研究论文11篇，出版省级专著1部，申报发明专利3件。现从事“计算机辅助功能生物界面的分子设计”，“活性蛋白脂质体复合构建及其性能评价”和“药物-受体作用位点的理论运算和模型构建”的研究。  

（4）不锈钢生产过程控制与深加工  

王一德，男，中国工程院院士，1938年生，1968年于北京钢铁学院研究生毕业。曾任太原钢铁（集团）有限公司总工程师。现任太钢董事会规划委员会副主任，中国金属学会不锈钢与耐热钢学术委员会主任委员、电工钢学术委员会副主任委员。先后获评选为国家有突出贡献的中青年专家、国务院政府特殊津贴专家和山西省优秀专家；2005年当选为中国工程院院士。是中国大型钢铁企业中第三个获此殊荣的人，也是山西省本土培养的第三位院士。王一德同志长期工作在工程技术第一线，为中国不锈钢、电工钢事业和轧钢技术的发展做出了重大贡献，是该领域的优秀工程技术专家。  

主持不锈钢攻关、“高质量不锈钢板材技术开发”国家课题和不锈钢改造，使不锈钢工序成本大大降低；形成一整套不锈钢生产工艺技术；自主集成铁水为主原料K-OBM-S三步法冶炼不锈钢新流程；采用强力粗轧机、大功率精轧机和世界最新TDC技术改造热连轧；创新集成多项冷轧新技术；主持建成国内第二个冷轧硅钢厂，自主开发一整套冷轧无取向硅钢生产工艺技术，与美国、日本同属国际领先水平；多次主持纯铁新材料研制，解决多项技术难题，性能达到国际先进水平，满足了国防军工和北京正负电子对撞机等重点工程需要。撰写论文约40篇，译著三部约200万字。获部省级以上重大科技成果奖15项，其中国家科技进步特等奖1项，国家科技进步二等奖1项，中国科学大会奖1项，国防科工委和冶金部联合奖1项，部省级一等奖5项、二等奖6项。  

表1 吕梁学院材料科学与工程学科人才队伍状况一览表  

表1中列出了材料科学与工程学科的研究人员。所列人员结构如下：  

职称结构：教授4人，副教授6人，讲师6人，助教11人，实验员1人；  

学历结构：博士8人，硕士18人，学士2人；  

年龄结构：50岁以上2人，45岁以上4人，35~45岁4人；25~35岁17人，25岁以下1人。  

（二）材料科学与工程学科建设情况  

1、主要研究方向的特色和发展前景  

本学科经过多年累积，目前已经形成四个较为稳定的研究方向：金属及其氧化物的尺寸效应与计算模拟、纳米生物涂层制备与性能研究、生物功能材料、不锈钢生产过程控制与深加工。  

研究方向一：金属及其氧化物的尺度效应与计算模拟  

（1）研究内容与特色：本研究方向强调基础研究与应用研究相结合，使基础研究成果服务于应用研究，同时通过应用研究为基础研究提出更新和更深入的研究目标。主要研究内容有：  

纳米金属材料制备及结构表征。在金属材料的制备中利用纳米技术，将材料成分和组织尺度控制的精密和细小，从而很大地提高了金属材料的力学性能和功能特性；  

金属氧化物陶瓷功能材料的制备与表征。通过合金化和制备工艺改善，制备具有低尺度、低密度、高硬度、高耐磨性的系列金属和陶瓷材料，争取达到工程化应用的程度；  

纳米团簇的模拟仿真与计算。基于第一原理的密度泛函理论，对金属氧化物尤其是其低维纳米结构的压电性能、弹性性能、结构特性、能量特性等基态性能进行了系统地计算分析。并通过基于密度泛函理论的Berry相极化计算方法，对纳米薄膜的压电性能的尺寸效应进行计算和分析。  

（2）可能取得的突破：  

通过合金化和制备工艺改善，制备具有低尺度、低密度、高硬度、高耐磨性的系列金属和合金，争取能达到可工程应用的程度；  

‚通过计算与模拟的结果和实际应用进行比较，指引实际生产，提高经济效益。  

研究方向二：纳米生物涂层制备与性能研究  

碳/碳复合材料不仅具有良好的生物相容性，而且具有优异的力学性能，特别是它的弹性模量与人骨相当，是一种具有潜力的骨修复和替代生物材料。  

（1）研究内容与研究特色：  

本方向从提高钛合金、碳/碳复合材料等生物活性和界面结合强度出发，采用超声阴极电沉积、水热电泳沉积法、仿生技术等，在钛合金、碳/碳复合材料改性后的表面制备结合力较强的生物活性涂层（HA+壳聚糖、HA＋胶原、HA+骨发生态蛋白BMP），研究涂层形成的作用机制以及生物涂层的生长机理以及涂层的生物学特性。  

将生物分子胶原、壳聚糖、BMP与生物活性羟基磷灰石涂层相结合的复合涂层或混合涂层构筑在钛合金、碳/碳复合材料等表面，旨在减少颗粒的释放、提高骨组织再生和骨性结合的能力。钛合金、碳/碳复合材料等表面的阳极氧化等预处理，旨在改善其表面疏水性，使生物分子与基体表面形成化学键合，提高基体与涂层的结合力。  

（2）可能取得的突破：  

所采用的制备技术，不仅工艺条件温和，而且能够将生物分子覆盖在基体表面孔隙内表面，保持了组织长入需要的孔隙结构。通过分析和测定活性涂层和基体之间的界面特征，拟在结合强度和生物活性方面有所突破。通过对钛合金、碳/碳复合材料进行表面改性，可在其表面构筑生物活性涂层，不仅能促使植入体与骨组织间形成直接的化学键结合，有利于植入体早期稳定，缩短手术后的愈合期，而且抵抗钛合金的腐蚀，减少碳/碳复合材料碳颗粒的释放，避免对人体造成危害。  

研究方向三：生物功能材料  

（1）研究内容与特色：  

通过设计单核苷酸锆介质提高蛋白质稳定性和与纳米介质吸附的能力，增加蛋白的电化学及催化性能。与氧化锆、磷酸锆和磷酯锆的非生物基配体相比，项目采用生物基配体的介质对蛋白结合具有更高的相容性。采用自组装膜技术，可显著降低还原的过电位、提高催化活性。膜材料的组成、结构稳定、修饰技术简单，生物传感器具有很好的再现性，适合于在商业上广泛推广。本方向的主要研究内容有：  

利用单核苷酸、寡核苷适配体和卵磷脂的磷酸基团与锆离子反应制备层状胶束纳米介质；  

‚表面氢键供/受体特性、不饱和性、等电性和立体选择性，介质层间距、粒径、比表面积和孔径的可控技术条件；  

ƒ蛋白膜的电化学与催化性能，脂肪酶的构象调节、选择性和重复特性，包裹药物的靶向传递、活性和免疫性能，蛋白质构型回折、可逆性和热稳定性，用来构建新型生物传感器、手性转化催化剂和抗病毒药物以及用来分离和纯化蛋白；  

④介质在全血清中的体外降解、细胞毒性和免疫响应，用于药物包裹的载体。  

（2）可能取得的突破：  

①制成多种单核苷酸锆、寡核苷适配体锆、卵磷脂锆层状胶束纳米介质；  

②设计出新型的蛋白固载化设计方案（蛋白在膜中呈自由构型）。  

研究方向四：不锈钢生产过程控制与深加工  

（1）研究内容与特色  

不锈钢的应用领域正在日益扩展，其深加工性能和在多因素耦合极端条件下的服役性能目前了解不深入，开展冶金过程控制、组织性能优化、深加工特性及后续服役性能研究具有重要的理论和实际意义。  

研究内容：  

①不锈钢纯净化、细晶化、均匀化的冶金过程控制；  

②不锈钢深加工性能的影响因素及其控制；  

③不锈钢在极端环境条件下的服役失效过程；  

④不锈钢的点蚀机制及其控制。  

（2）可能取得的突破：  

①明确不锈钢细丝加工性能的冶金质量因素；  

②提出控制冶金过程改善冶金质量的途径和方法。  

   二、本学科优势和不足  

  （一）优势：  

1、学科团队优势：本学科现有博士生导师1人，硕士生导师2人，教授4人，副教授6人，具有博士学位的占28.5%，具有硕士学位的占64.3%，且科研能力较强。  

2、科研与学科建设优势：近年来，本学科在研究基地建设、实验室建设、科研课题立项等方面都做了大量工作，取得了一定成绩，近年发表科研论文35篇，被SCI收录的有27篇；已经完成的科研项目23项，正在承担的科研项目15项；获得中国冶金科学技术奖一等奖1项；建成山西省实验教学示范中心1个。  

3、区位与师资优势：我校地处发展新区吕梁市，近年来快速发展交通便利，校园周边新兴的铝、铁、镁等大小企业有60余家，诸如中钢、太钢、晋能集团、山西高科磁电、有的正在成为我校实习基地；本学科团队中的教师定期到企事业进行学习考察、项目合作与科技攻关具有便利条件；所有教师全部为双师型教师，不但具有深厚的理论基础，而且实践较为经验丰富。  

（二）不足：  

1、梯队建设有待加强。梯队中硕士生导师、博士生导师数量明显偏少，具有博士学位的人员比例较小，具有副教授和中级职称的教师数量偏低，造成学科梯队参差不齐，甚至中间出现断档趋势。  

2、学校科研底子薄、差距大。与国内、省内兄弟院校相比，第一，吕梁学院在原吕梁高等专科学校的基础上2010年升格为一所地方应用型本科院校，科研基础薄弱、科研设备短缺、科研成果较少、学校教师基本属于教学型，科研型教师数量较少；第二，升本以后，学校办学规模逐年扩大，教师的教学任务逐渐加重。为保证教学质量的稳步提高，教师的主要精力倾向于教学，教师的课时数较多，用于科研的时间不足。  

3、新技术、新方法引进困难。 材料科学与工程学科属当今前沿学科，是材料科学的基础，也是研究各种材料的物理化学性能的交叉学科。目前，一系列具有特殊光、电、磁性能的功能材料，智能材料，生物医药材料，高性能纳米复合材料等不断涌现，为材料科学与工程研究提出了全新的课题和广阔的空间。而我校地处偏远的吕梁山区，引进国内外先进的新技术、新方法相对困难。  

三、本学科2014~2018年建设的指导思想、工作思路、主要目标、建设任务和预期成效  

(一)指导思想和工作思路  

认真贯彻落实党的十八大精神，贯彻习近平同志系列重要讲话精神，坚持社会主义办学方向，坚持中国特色社会主义道路，全面贯彻党和国家的教育方针。立足吕梁，面向山西及周边省区，不断提高教学、科研、服务社会的整体实力，为建设一所特色鲜明、服务有力、人民满意的应用技术型本科院校而不懈努力。  

在我校“四三二一”发展战略和“十二五”规划整体框架下，以材料化学、应用化学、冶金工程、化学工程与工艺、金属材料工程、应用物理等专业为依托，与相关学科交叉融合，探索材料科学与工程的基本问题，在加大基础研究的同时，积极做好应用研究；主动适应地方经济建设及社会发展需要，围绕山西产业政策导向及产业结构调整需求，抓住山西成为国家“资源型经济转型综合配套改革试验区”的战略机遇，继续加大投入力度，积极利用外部资源，提升学科建设水平。   

（二）建设目标  

经过3~5年的努力，建成一支具有创新意识和团队协作精神、治学严谨、教学科研水平高的学术梯队；进一步争取国家和省部级重点、重大科研项目以及建设国家级重点实验室；形成一批具有前沿水平的原创性研究成果；加大产学研结合力度，建立若干个紧密型合作伙伴；建立科学的、先进的人才培养模式体系；争取用5年时间将本学科从省级重点扶持学科建设为省级重点建设学科，带动学校其它学科的建设和发展。  

（三）建设任务  

1、建立健全规范、合理的科研任务、科研项目管理制度。加强科研设备使用、维护、运行和管理制度；建立详实的学科建设档案，包括学科梯队、科研项目、成果、专著、论文、专利为主要内容的学科发展档案，逐步完善科研管理措施；  

2、争取学校、省部级、国家级重点资助的科研项目。建设国家级和省部级重点实验室，与地方行业企业合作，多渠道、多领域引进国内外先进技术和研究方法，解决资金缺口，创造良好的科研条件；加快本学科向国家、省先进行列前进的步伐；  

3、进一步完善梯队建设。加大学科带头人和学术骨干的培养力度，引进外来人才，争取博士生导师，培养中青年科技骨干成为博士，提升青年教师职称，提高本学科教师的素质，培养部分科研型教师，挑选部分品学兼优的本科生加入到科研项目当中做些具体工作；    

4、鼓励教师参加国内外先进的学术活动和交流。邀请国内外相关领域的专家来学校举办讲座或座谈会，以开阔科研人员的科研视野，加强同行联系，提升学科在国内同行中的地位；      

5、积极组织新技术培训班，将新技术、新方法引进学科建设；  

6、筹备本学科硕士点的申报。2014年我校有2名教师已经被山西师范大学聘为学术型硕士生导师；争取五年内有更多的教师达到指导硕士生的水平和条件，与国内省内高校联合培养硕士研究生，为将来申报本学科的硕士点打下坚实的基础；  

7、为地方行业企业培养生产技术人员，共同进行项目研发、技术合作，为地方经济建设做出应有的贡献。  

（四）预期成效  

在五年内形成一套科学、规范、合理的科研管理体系；逐步解决仪器设备投入不足的问题，建成山西省重点实验室1~2个，引进国际先进技术，增添300~500万元的先进设备，使科研人员的工作环境达到省内内较高水平；建成一支较完整的、以国内高水平学科带头人为中心、以学科骨干和青年教师为依托、分布合理、具有可持续发展的省内外一流学术梯队；争取尽快申报本学科硕士点。在完成本科教育的基础上，争取培养硕士研究生5~10名；在国家级核心刊物发表论文20~30篇，承担省级科研项目4项以上，争取国家级科研项目1个，申请国家发明专利8~10件，出版专著或教材2~3部；为企业培训生产技术人员若干名，与企业合作进行项目研发、技术攻关6~8项，争取获得省级奖励1~2项目；争取教师晋升高级职称10名；争取增加硕士生指导教师3~5名（见表2吕梁学院材料科学与工程重点扶持学科2014~2018年建设规划表）。  

表2吕梁学院材料科学与工程重点扶持学科  

2014~2018年建设规划表