超分子化學(xué)范文10篇

摘要:超分子化學(xué)是化學(xué)的一個嶄新的分支學(xué)科.綜述了超分子化學(xué)的發(fā)展歷程、超分子的化學(xué)分類、超分子化合物的合成以及應(yīng)用等問題.

關(guān)鍵詞:超分子化合物;主體客體;識別作用;配位

“超分子”一詞早在20世紀(jì)30年代已經(jīng)出現(xiàn),但在科學(xué)界受到重視卻是50年之后了.畢業(yè)論文超分子化學(xué)可定義為“超出分子的化學(xué)”,是關(guān)于若干化學(xué)物種通過分子間相互作用結(jié)合在一起所構(gòu)成的,具有較高復(fù)雜性和一定組織性的整體的化學(xué).在這個整體中各組分還保持某些固有的物理和化學(xué)性質(zhì),同時又因彼此間的相互影響或擾動而表現(xiàn)出某些整體功能[1].超分子體系的微觀單元是由若干乃至許許多多個不同化合物的分子或離子或其他可單獨存在的具有一定化學(xué)性質(zhì)的微粒聚集而成.聚集數(shù)可以確定或不確定,這與一分子中原子個數(shù)嚴(yán)格確定具有本質(zhì)區(qū)別,把多個組分的基本微觀單元聚集成“超分子”的凝聚力是一些(相對于共價鍵)較弱的作用力.如范氏力(含氫鍵)、親水或憎水作用等[2].

1超分子化合物的分類

1.1雜多酸類超分子化合物

雜多酸是一類金屬一氧簇合物,一般呈籠型結(jié)構(gòu),是一類優(yōu)良的受體分子,它可以與無機分子、離子等底物結(jié)合形成超分子化合物.作為一類新型電、磁、非線性光學(xué)材料極具開發(fā)價值[3],有關(guān)新型Keg-gin和Dawson型結(jié)構(gòu)的多酸超分子化合物的合成及功能開發(fā)日益受到研究者的關(guān)注.杜丹等[4,5]合成了Dawson型磷鉬雜多酸對苯二酚超分子膜及吡啶Dawson型磷鉬多酸超分子膜修飾電極,發(fā)現(xiàn)該膜電極對抗壞血酸的催化峰電流與其濃度在0.35～0.50mol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系.靳素榮等[6]合成了9鎢磷酸/結(jié)晶紫超分子化合物,并對其光致變色性質(zhì)進行了探究,即合成化合物具有光敏性,漫反射日光即可使其變藍.王升富等[7]合成了磷鉬雜多酸-L-半胱氨酸自組裝超分子膜電極,發(fā)現(xiàn)該膜電極對酸性溶液中的NO2-有明顯的電催化還原作用.畢麗華等[8]合成了多酸超分子化合物,首次發(fā)現(xiàn)了雜多酸超分子化合物溶于適當(dāng)有機溶劑中可表現(xiàn)出近晶相液晶行為.劉術(shù)俠等[9]以Dawson型砷鉬酸、金剛烷胺為原料合成了超分子化合物(C10H18N)6As2Mo18O62·6CH3CN·8H2O,該化合物具有可逆的光致變色特性,并提出了一個可能變色機理.

摘要:超分子化學(xué)是化學(xué)的一個嶄新的分支學(xué)科.綜述了超分子化學(xué)的發(fā)展歷程、超分子的化學(xué)分類、超分子化合物的合成以及應(yīng)用等問題.

關(guān)鍵詞:超分子化合物;主體客體;識別作用;配位

“超分子”一詞早在20世紀(jì)30年代已經(jīng)出現(xiàn),但在科學(xué)界受到重視卻是50年之后了.畢業(yè)論文超分子化學(xué)可定義為“超出分子的化學(xué)”,是關(guān)于若干化學(xué)物種通過分子間相互作用結(jié)合在一起所構(gòu)成的,具有較高復(fù)雜性和一定組織性的整體的化學(xué).在這個整體中各組分還保持某些固有的物理和化學(xué)性質(zhì),同時又因彼此間的相互影響或擾動而表現(xiàn)出某些整體功能[1].超分子體系的微觀單元是由若干乃至許許多多個不同化合物的分子或離子或其他可單獨存在的具有一定化學(xué)性質(zhì)的微粒聚集而成.聚集數(shù)可以確定或不確定,這與一分子中原子個數(shù)嚴(yán)格確定具有本質(zhì)區(qū)別,把多個組分的基本微觀單元聚集成“超分子”的凝聚力是一些(相對于共價鍵)較弱的作用力.如范氏力(含氫鍵)、親水或憎水作用等[2].

1超分子化合物的分類

1.1雜多酸類超分子化合物

雜多酸是一類金屬一氧簇合物,一般呈籠型結(jié)構(gòu),是一類優(yōu)良的受體分子,它可以與無機分子、離子等底物結(jié)合形成超分子化合物.作為一類新型電、磁、非線性光學(xué)材料極具開發(fā)價值[3],有關(guān)新型Keg-gin和Dawson型結(jié)構(gòu)的多酸超分子化合物的合成及功能開發(fā)日益受到研究者的關(guān)注.杜丹等[4,5]合成了Dawson型磷鉬雜多酸對苯二酚超分子膜及吡啶Dawson型磷鉬多酸超分子膜修飾電極,發(fā)現(xiàn)該膜電極對抗壞血酸的催化峰電流與其濃度在0.35～0.50mol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系.靳素榮等[6]合成了9鎢磷酸/結(jié)晶紫超分子化合物,并對其光致變色性質(zhì)進行了探究,即合成化合物具有光敏性,漫反射日光即可使其變藍.王升富等[7]合成了磷鉬雜多酸-L-半胱氨酸自組裝超分子膜電極,發(fā)現(xiàn)該膜電極對酸性溶液中的NO2-有明顯的電催化還原作用.畢麗華等[8]合成了多酸超分子化合物,首次發(fā)現(xiàn)了雜多酸超分子化合物溶于適當(dāng)有機溶劑中可表現(xiàn)出近晶相液晶行為.劉術(shù)俠等[9]以Dawson型砷鉬酸、金剛烷胺為原料合成了超分子化合物(C10H18N)6As2Mo18O62·6CH3CN·8H2O,該化合物具有可逆的光致變色特性,并提出了一個可能變色機理.

1超分子化學(xué)

對于有機化學(xué)來講，大部分有機分子都是基于共價鍵而形成，因此傳統(tǒng)有機化學(xué)都是講授某個分子內(nèi)部共價鍵的形成和斷裂機制[1,2]。而超分子化學(xué)則是研究兩個或多個分子通過非共價鍵相互作用，締合組裝成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的超分子體系的科學(xué)。所謂非共價鍵其實是一種次級鍵，也叫分子間作用力，包括學(xué)生所熟知的氫鍵，以及金屬-配位作用、親疏水作用、靜電作用、范德華力等等。超分子化學(xué)主要發(fā)軔于1967年CJPederson發(fā)現(xiàn)冠醚，繼而DJCram提出主客體化學(xué)，最后由JMLehn系統(tǒng)提出超分子化學(xué)概念。由于他們的卓越貢獻，三人于1987年共享了諾貝爾化學(xué)獎。超分子化學(xué)發(fā)展十分迅猛，科學(xué)家J-P.Sauvage、J.F.Stoddart和B.L.Feringa利用超分子化學(xué)手段在分子機器的設(shè)計與構(gòu)造方面由于做出重大貢獻而分享了2016年的諾貝爾化學(xué)獎[3]。2017年10月，筆者有幸在南京大學(xué)和Sauvage教授進行了深入交流，探討了其獲諾獎的標(biāo)志性超分子——索烴的合成經(jīng)歷。

2有機超分子化學(xué)

如上所述，有機化學(xué)是超分子化學(xué)的重要發(fā)展根源之一。從兩次授予超分子領(lǐng)域諾貝爾化學(xué)獎的情況可以受到啟示。所有獲獎的6位科學(xué)家中所研究的對象均為有機分子。例如，Pederson的冠醚是一種有機大環(huán)分子、Sauvage的索烴是兩個有機大環(huán)分子以環(huán)套環(huán)的形式互鎖、Stoddart的分子梭則是一個環(huán)狀有機分子在一個線性有機分子上的穿梭運動等等。顯然，有機化學(xué)為超分子的發(fā)展奠定了基石，并且逐漸形成了化學(xué)的一個新分支——有機超分子化學(xué)。有機超分子化學(xué)的概念可以概括為：以有機分子為對象，研究它們的自組裝規(guī)律、組裝結(jié)構(gòu)及組裝體性質(zhì)，以期獲得具有特定功能的有序有機分子聚集體。

3有機化學(xué)課程中超分子相關(guān)內(nèi)容

以張文勤等編著的《有機化學(xué)》為例[4]，在書中第十章第六節(jié)第1小節(jié)介紹了冠醚。本小節(jié)里面簡單介紹了冠醚的結(jié)構(gòu)和命名，簡要回顧了Pederson發(fā)現(xiàn)冠醚并與Cram、Lehn等一起獲得諾貝化學(xué)獎。并且描述了不同大小的冠醚對不同金屬離子的選擇性絡(luò)合。最后舉例冠醚可以用作相轉(zhuǎn)移催化劑。在書中第二十章第三節(jié)第3小節(jié)介紹了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)的一個顯著特征就是其肽鏈會進行螺旋和折疊，形成三維特定的功能體。其中，該小結(jié)重點敘述了氫鍵在形成α螺旋和β折疊中的重要作用。而氫鍵的形成主要是由于酰胺基中的氧原子和另一酰胺基中的胺基氫原子相互作用。第二十章第四節(jié)第2小節(jié)，課本介紹了核酸的結(jié)構(gòu)。核酸結(jié)構(gòu)中的堿基對正是通過二重氫鍵和三重氫鍵進行連接配對，最終形成DNA的雙螺旋穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

【摘要】顯色反應(yīng)在藥物分析中常用于藥物的鑒別、檢查和含量測定，文章著重討論藥物定量分析中的顯色反應(yīng)類型，特別是用于含量測定的顯色反應(yīng)類型——配位顯色反應(yīng)、氧化還原顯色反應(yīng)、離子締合顯色反應(yīng)、重氮化-偶合顯色反應(yīng)、亞硝化顯色反應(yīng)、縮合顯色反應(yīng)、堿處理顯色反應(yīng)、脫水顯色反應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移顯色反應(yīng)和超分子顯色反應(yīng)等。

【關(guān)鍵詞】藥物分析顯色反應(yīng)

前言

所謂顯色反應(yīng)是指在被測藥物體系中加入某種試劑而呈現(xiàn)顏色的反應(yīng)，也叫呈色反應(yīng)。顯色反應(yīng)在藥物分析中常用于藥物的鑒別、檢查和含量測定。目前在藥物分析中的顯色反應(yīng)有配位顯色反應(yīng)、氧化還原顯色反應(yīng)、離子締合顯色反應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移顯色反應(yīng)、重氮化-偶合顯色反應(yīng)、亞硝化顯色反應(yīng)、縮合顯色反應(yīng)和超分子顯色反應(yīng)等，但是至今未有人加以總結(jié)討論，本文就這些顯色反應(yīng)類型分別加以討論，以供同行們參考。

一、配位顯色反應(yīng)

配位顯色反應(yīng)是最為常見的一種顯色反應(yīng)。利用有機藥物分子中含有的配位基團與金屬離子或藥物中含有的金屬離子與含配位基團的化學(xué)試劑形成有色配合物的顯色反應(yīng)叫配位顯色反應(yīng)（后者是普遍現(xiàn)象，這里不再舉例）。例如江虹等在pH為7.0～8.0的弱堿性溶液中，利用Th（Ⅳ）與四環(huán)素（TC）、強力霉素（DOTC）、土霉素（OTC）和金霉素（CTC）結(jié)合形成1∶2的淺黃色配合物，建立了用于市售四環(huán)素和土霉素藥物含量測定的新方法。李勝等［2］在0.8～1.4mol/L鹽酸介質(zhì)中，利用氟羅沙星與Fe(Ⅲ)在室溫下形成組成比為2∶1的在402nm處有最大吸收的穩(wěn)定配合物，線性范圍為2～48μg/ml，建立了片劑和膠囊中氟羅沙星的測定方法，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2.8％。吩噻嗪類藥物在pH2時可與鈀離子形成紅色配合物，這就是測定吩噻嗪類藥物的鈀離子比色法。

摘要：當(dāng)今時期，由于生物型化學(xué)工藝在鉛檢測過程中獲取了廣泛的應(yīng)用，而且此項工藝的技術(shù)水平亦在持續(xù)提升，而其中化學(xué)組分鉛的毒害作用非常大。以往沿用的檢測工藝逐步失去了利用的效能，而當(dāng)今生物型化學(xué)檢測工藝的問世亦逐步獲取了生化工程界的認(rèn)同。文章將此作為論述切入點，系統(tǒng)闡釋一下鉛成分檢定中生化工藝的運用。目的在給更為廣泛的研究過程賦以基本的參照，一起為鉛檢定工藝及生化工程技術(shù)的進步貢獻出應(yīng)有的力量。

關(guān)鍵詞：鉛成分檢定;生化工藝;檢測程序;技術(shù)策略

在全部的環(huán)境毒害品類一族中，鉛成分是一類極為普遍的毒性元素，它不可給人體造成相當(dāng)程度的毒害后果，而且還可在很大程度上損害到各類自然生物的身體健康和生態(tài)條件之間的平衡效果。過去的檢定手段則更是五花八門，其中涵蓋光譜測定、電泳分析法、液態(tài)色譜測試法及二硫腙比照法等多種方法，雖然以往的檢定手段是依托于精密型的測試裝置，此類精密設(shè)備促使其檢定數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性很高，然而其運作程序和檢定費用均不可能達到多維度的鉛成分檢定目標(biāo)。所以業(yè)內(nèi)行家們持續(xù)追逐于探求更為節(jié)約、便捷、實用的檢定工藝，此種形勢下生化工程檢定工藝隨之出現(xiàn)，而且其憑借于自身豐富的特點，讓它在目前受到了極為有效的運用。在這一形勢下對于鉛成分檢定中的生化分析工藝運用展開深入的探究，有助于給推進本工藝研修工作的深入開展提供相關(guān)的借鑒。

1核酸定量檢測工藝

核酸定量檢測工藝，其總稱為分子型信標(biāo)核酸定量檢定工藝，英文縮寫FRET。此項工藝原理是依托熒光動態(tài)能量的共振遷移來實施的化學(xué)組分檢定工藝，依托此手段來求取寡型核苷酸類探針，讓其和對應(yīng)的核酸成分呈現(xiàn)互為彌補功能，在靶型分子混交的生物反應(yīng)效力作用下，產(chǎn)生出熒光效應(yīng)，依照熒光效應(yīng)的高低水平來給檢測過程的實施構(gòu)建出對應(yīng)的條件。在鉛離子濃度檢定過程當(dāng)中，分子型信標(biāo)核酸撿定工藝的運用也是依托此項工藝原理來實施的，在通常溫度條件下，可以完成鉛離子的快捷測試，有助于減低溫度變化對探針式反應(yīng)產(chǎn)生的相關(guān)效力，而且其約束指標(biāo)的功能亦被減低[1]。大量研究表明，混合物中鉛離子的濃度高低完全決定了鉛檢定反應(yīng)的熒光能力大小，利用此方法可以檢定出的鉛離子的濃度最低值是1.69×10mol/L。再有業(yè)內(nèi)學(xué)者特別把此項工藝的探討構(gòu)建于脫氧型核酶的催化性水解專屬條件之上，且以此作為根據(jù)對其檢測工藝實施了深入化的探究，把它利用到了鉛離子的檢定過程之中，獲取了相當(dāng)驚人的效果[2]。

2免疫型檢測工藝

[摘要]通識課堂“課程思政”是當(dāng)前高校深入推進課程思政建設(shè)的重要組成部分。“分子故事”通識課程以講述化學(xué)分子背后的故事為形式，突出化學(xué)分子的科學(xué)內(nèi)涵，開拓學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、理性思維和科學(xué)能力。同時，思政元素有機融入課程，教師思政和學(xué)生思政同頻共振，達成育人和育才的統(tǒng)一。

[關(guān)鍵詞]課程思政；通識課程；分子故事；教學(xué)實踐；化學(xué)教育

教育興則國家興，教育強則國家強。走進新時代，其他各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)[1]。此后，全國高校與時俱進，更新教學(xué)理念，整合教學(xué)內(nèi)容，改進教學(xué)方法，掀起了“課程思政”的教育改革新熱潮[2-3]。“課程思政”是上海在2014年率先提出的教育概念，本質(zhì)是寓德于課、立德樹人，將知識傳授、能力培養(yǎng)與價值引領(lǐng)落實于課堂，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的學(xué)生，為黨育人，為國育才。通識教育的理念源遠流長，中國古代儒家經(jīng)典《中庸》就有“博學(xué)之，審問之，慎思之，明辨之，篤行之”的學(xué)問之道，而在古代西方，亞里士多德主張的“自由人教育”亦有通識教育的雛形。現(xiàn)代大學(xué)通識教育理念重點在于“通”和“育”。“通”是指非專業(yè)性、非功利性及交叉學(xué)科的知識、思維和能力。“育”是指培養(yǎng)具有獨立人格、科學(xué)精神和人文情懷的“真正意義上完善的人”。因此，通識教育課程在現(xiàn)代大學(xué)培養(yǎng)體系中不可或缺，也是培養(yǎng)具有健全人格、創(chuàng)新精神和社會責(zé)任感的有用之才的重要平臺。通識教育選修課程授課對象為面向全校文理工醫(yī)等不同專業(yè)背景的學(xué)生，因此，通識課堂“課程思政”是落實“全員育人、全過程育人、全方位育人”三全育人的有效手段[4-5]。思政元素和通識課程的有機結(jié)合，能夠創(chuàng)設(shè)潤物細無聲的環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生塑造正確的世界觀、人生觀和價值觀，貫徹“通”與“育”教學(xué)理念的融合，是立德樹人的重要舉措，為中華民族偉大復(fù)興提供人才支撐。有別于數(shù)學(xué)啟迪邏輯，物理啟迪想象，化學(xué)作為中心學(xué)科，啟迪創(chuàng)新。化學(xué)類通識教育課程一般以化學(xué)物質(zhì)與人類環(huán)境、社會生活以及生物醫(yī)藥等聯(lián)系作為基本框架，結(jié)合社會熱點疑點設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神、創(chuàng)新能力、人文情懷、社會責(zé)任感和塑造學(xué)生正確三觀等方面起著重要作用[6-9]。有鑒于此，筆者自在中山大學(xué)面向全校本科生開設(shè)“分子故事”通識課程起，就在探索通識課堂上從教師思政到學(xué)生思政的教學(xué)模式。考慮到選課學(xué)生專業(yè)背景的多樣性以及通識教育的初衷，“分子故事”分別以小分子故事、大分子故事和超分子故事為主干，從分子層面闡述化學(xué)原理，授人以漁。課程以講述化學(xué)分子背后的故事為形式，以分子探索世界和改造世界為載體，突出化學(xué)分子的科學(xué)內(nèi)涵，拓展學(xué)生視野和培養(yǎng)批判精神，增強學(xué)生對自然科學(xué)的興趣，激發(fā)自主學(xué)習(xí)的興趣[10]。同時，“分子故事”融合“課程思政”，教師思政是手段，學(xué)生思政是目的，教師思政和學(xué)生思政同頻共振，課程鑄魂育人；聚焦學(xué)生全面發(fā)展，立德樹人，構(gòu)建“大思政”三全育人，最終實現(xiàn)培養(yǎng)德才兼?zhèn)鋬?yōu)秀人才的目的。

1課程設(shè)計

1.1課程內(nèi)容

面向中山大學(xué)全校各個專業(yè)的本科生，基于“化學(xué)分子”這個核心概念，“分子故事”通識課程設(shè)計三大模塊：

*方案》，特制定化學(xué)學(xué)院學(xué)習(xí)調(diào)研階段活動計劃，具體安排如下：

一、學(xué)習(xí)實踐活動的思想動員

通過召開動員大會，使學(xué)院廣大黨員特別是黨員領(lǐng)導(dǎo)干部深刻認(rèn)識開展學(xué)習(xí)實踐活動的重大意義，深入領(lǐng)會中央精神，了解校黨委的部署和要求以及學(xué)院開展活動的目標(biāo)任務(wù)和具體安排，調(diào)動廣大黨員干部參加學(xué)習(xí)實踐活動的積極性和主動性。

1、學(xué)院黨委召開擴大會議。3月23日（星期一）下午，在南區(qū)理化樓A509會議室，學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)班子成員、黨委委員、各、所實驗室中心主任、黨支部書記參加會議。會議討論并通過化學(xué)學(xué)院深入學(xué)習(xí)實踐科學(xué)發(fā)展觀領(lǐng)導(dǎo)小組名單和辦公室人員組成名單，同時明確學(xué)院黨委處級領(lǐng)導(dǎo)干部聯(lián)系各黨支部的分工情況，并確定學(xué)院學(xué)習(xí)實踐活動的實踐載體，研討學(xué)院學(xué)習(xí)實踐活動的具體實施方案，并形成了具體實施方案報批稿。

2、學(xué)院召開學(xué)習(xí)實踐活動動員大會。3月24日（星期二）下午，學(xué)院在南區(qū)超分子樓二樓報告廳召開全院學(xué)習(xí)實踐活動動員大會。學(xué)院副處級以上黨員干部、全院教職工黨員、學(xué)生黨支部書記參加動員大會。由院黨委書記作動員報告。傳達學(xué)校動員大會精神，部署學(xué)院深入學(xué)習(xí)實踐科學(xué)發(fā)展觀活動的準(zhǔn)備工作。

3、學(xué)院本科生動員大會。3月25日（星期三）下午，學(xué)院在南區(qū)超分子樓二樓報告廳召開全院本科生動員大會。學(xué)院黨委副書記李勇、全體輔導(dǎo)員、學(xué)院本科生黨員參加動員大會。由院黨委副書記李勇作動員報告。

我自己是學(xué)化學(xué)的，從事學(xué)化學(xué)、教化學(xué)、研究化學(xué)也幾十年了，但現(xiàn)在似乎有點兒不太認(rèn)得了。我覺得世紀(jì)之交，大家要重新有一個認(rèn)識，認(rèn)識學(xué)科本位的問題。

一門科學(xué)的內(nèi)涵和定義至少有四個屬性：

整體和局部性科學(xué)是一個復(fù)雜的知識體系，好比一塊蛋糕。為了便于研究，要把它切成大、中、小塊。首先切成自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和社會科學(xué)三大塊。在自然科學(xué)中，又有許多切法。一種傳統(tǒng)的切法是分為物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)、地理學(xué)等一級學(xué)科。近年來又有切成物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)、生態(tài)環(huán)境科學(xué)、納米科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)等的分類方法。化學(xué)是從科學(xué)整體中分割開來的一個局部，它和整體必然有千絲萬縷的聯(lián)系。這是它的第一個屬性。

學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)和交叉如果把科學(xué)整體看成一條大河，那么按照各門科學(xué)研究的對象由簡單到復(fù)雜，可以分為上游、中游和下游。數(shù)學(xué)、物理學(xué)是上游科學(xué)，化學(xué)是中游科學(xué)，生命科學(xué)、社會科學(xué)等是下游科學(xué)。上游科學(xué)研究的對象比較簡單，但研究的深度很大。下游科學(xué)的研究對象比較復(fù)雜，除了用本門科學(xué)的方法以外，如果借用上游科學(xué)的理論和方法，往往可以收到事半功倍之效。所以“移上游科學(xué)之花，可以接下游科學(xué)之木”。具有上游科學(xué)的深厚基礎(chǔ)的科學(xué)家，如果把上游科學(xué)的花，移植到下游科學(xué)，往往能取得突破性的成就。例如1994年諾貝爾經(jīng)濟獎授予納什，他在1950年得數(shù)學(xué)博士學(xué)位，1951－1958年任美國麻省理工學(xué)院數(shù)學(xué)講師、副教授，后轉(zhuǎn)而研究經(jīng)濟學(xué)，把數(shù)學(xué)中概率論之花，移到經(jīng)濟學(xué)中來，提出預(yù)測經(jīng)濟發(fā)展趨勢的博弈論，因而獲得諾貝爾經(jīng)濟獎。

發(fā)展性化學(xué)的內(nèi)涵隨時代前進而改變。在19世紀(jì)，恩格斯認(rèn)為化學(xué)是原子的科學(xué)（參見《自然辯證法》），因為化學(xué)是研究化學(xué)變化，即改變原子的組合和排布，而原子本身不變的科學(xué)。到了20世紀(jì)，人們認(rèn)為化學(xué)是研究分子的科學(xué)，因為在這100年中，在《美國化學(xué)文摘》上登錄的天然和人工合成的分子和化合物的數(shù)目已從1900年的55萬種，增加到1999年12月31日的2340萬種。沒有別的科學(xué)能像化學(xué)那樣制造出如此眾多的新分子、新物質(zhì)。現(xiàn)在世紀(jì)之交，我們大家深深感受到化學(xué)的研究對象和研究內(nèi)容大大擴充了，研究方法大大深化和延伸了，所以21世紀(jì)的化學(xué)是研究泛分子的科學(xué)。

定義的多維性一門科學(xué)的定義，按照從簡單到詳細的程度可以分為：（1）一維定義或X－定義，X是指研究對象。（2）二維定義或XY－定義。Y是指研究的內(nèi)容。（3）三維定義或XYZ－定義。Z是指研究方法。（4）四維定義或WXYZ定義，W是指研究的目的。（5）多維定義或全息定義。一門科學(xué)的全息定義還要說明它的發(fā)展趨勢、與其他科學(xué)的交叉、世紀(jì)難題和突破口等等。這樣才能對這門科學(xué)有全面的了解。下面以化學(xué)為例加以說明。

一門科學(xué)的內(nèi)涵和定義至少有四個屬性：

整體和局部性科學(xué)是一個復(fù)雜的知識體系，好比一塊蛋糕。為了便于研究，要把它切成大、中、小塊。首先切成自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和社會科學(xué)三大塊。在自然科學(xué)中，又有許多切法。一種傳統(tǒng)的切法是分為物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)、地理學(xué)等一級學(xué)科。近年來又有切成物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)、生態(tài)環(huán)境科學(xué)、納米科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)等的分類方法。化學(xué)是從科學(xué)整體中分割開來的一個局部，它和整體必然有千絲萬縷的聯(lián)系。這是它的第一個屬性。

學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)和交叉如果把科學(xué)整體看成一條大河，那么按照各門科學(xué)研究的對象由簡單到復(fù)雜，可以分為上游、中游和下游。數(shù)學(xué)、物理學(xué)是上游科學(xué)，化學(xué)是中游科學(xué)，生命科學(xué)、社會科學(xué)等是下游科學(xué)。上游科學(xué)研究的對象比較簡單，但研究的深度很大。下游科學(xué)的研究對象比較復(fù)雜，除了用本門科學(xué)的方法以外，如果借用上游科學(xué)的理論和方法，往往可以收到事半功倍之效。所以“移上游科學(xué)之花，可以接下游科學(xué)之木”。具有上游科學(xué)的深厚基礎(chǔ)的科學(xué)家，如果把上游科學(xué)的花，移植到下游科學(xué)，往往能取得突破性的成就。例如1994年諾貝爾經(jīng)濟獎授予納什，他在1950年得數(shù)學(xué)博士學(xué)位，1951－1958年任美國麻省理工學(xué)院數(shù)學(xué)講師、副教授，后轉(zhuǎn)而研究經(jīng)濟學(xué)，把數(shù)學(xué)中概率論之花，移到經(jīng)濟學(xué)中來，提出預(yù)測經(jīng)濟發(fā)展趨勢的博弈論，因而獲得諾貝爾經(jīng)濟獎。

發(fā)展性化學(xué)的內(nèi)涵隨時代前進而改變。在19世紀(jì)，恩格斯認(rèn)為化學(xué)是原子的科學(xué)（參見《自然辯證法》），因為化學(xué)是研究化學(xué)變化，即改變原子的組合和排布，而原子本身不變的科學(xué)。到了20世紀(jì)，人們認(rèn)為化學(xué)是研究分子的科學(xué)，因為在這100年中，在《美國化學(xué)文摘》上登錄的天然和人工合成的分子和化合物的數(shù)目已從1900年的55萬種，增加到1999年12月31日的2340萬種。沒有別的科學(xué)能像化學(xué)那樣制造出如此眾多的新分子、新物質(zhì)。現(xiàn)在世紀(jì)之交，我們大家深深感受到化學(xué)的研究對象和研究內(nèi)容大大擴充了，研究方法大大深化和延伸了，所以21世紀(jì)的化學(xué)是研究泛分子的科學(xué)。

定義的多維性一門科學(xué)的定義，按照從簡單到詳細的程度可以分為：（1）一維定義或X－定義，X是指研究對象。（2）二維定義或XY－定義。Y是指研究的內(nèi)容。（3）三維定義或XYZ－定義。Z是指研究方法。（4）四維定義或WXYZ定義，W是指研究的目的。（5）多維定義或全息定義。一門科學(xué)的全息定義還要說明它的發(fā)展趨勢、與其他科學(xué)的交叉、世紀(jì)難題和突破口等等。這樣才能對這門科學(xué)有全面的了解。下面以化學(xué)為例加以說明。

化學(xué)的一維定義

1關(guān)于”材料”

能源、信息和材料是現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的三大支柱，而材料更是基礎(chǔ)。沒有先進的材料就沒有先進的工業(yè)、農(nóng)業(yè)和科學(xué)技術(shù)．重大的技術(shù)革新往往起始于材料的革新。如20世紀(jì)50年代鎳基超級合金的出現(xiàn)，將材料使用溫度由原來的700℃提高到900X2從而使得超音速飛機問世。而高溫陶瓷的出現(xiàn)則促進了表面溫度高達1000~2的航天飛機的發(fā)展。近代新技術(shù)(原子能、計算機、集成電路、航天工業(yè)等)的發(fā)展又促進了新材料的研制。當(dāng)前可稱為精密陶瓷時代、復(fù)合材料時代、塑料時代或合成材料時代等等。材料可以從不同角度分類．根據(jù)材料的組成可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料(聚合物)和復(fù)合材料；根據(jù)特性和用途可將它分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類。結(jié)構(gòu)材料主要是利用其力學(xué)性能，制造需承受一定載荷的設(shè)備、零部件、建筑結(jié)構(gòu)等。功能材料主要是利用其特殊物理性能(電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)性能等)，用于制造各種電子器件、光敏元件、絕緣材料等。根據(jù)材料內(nèi)部原子排列情況分為晶態(tài)和非晶態(tài)材料；根據(jù)材料的熱力學(xué)狀態(tài)分為穩(wěn)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)材料；根據(jù)材料尺寸分為一維(纖維及晶須)、二維(薄膜)和三維(大塊)材料等。

2“材料科學(xué)”與“材料科學(xué)與工程”

材料科學(xué)(MaterialsScience)~科伴隨著生產(chǎn)力發(fā)展和科技進步產(chǎn)生與發(fā)展。材料的各種性能是其化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)等內(nèi)部因素在一定外界條件下的行為表現(xiàn)。研究材料主要是為了更有效地使用材料，即了解影響材料性能的各種因素，從而掌握提高其性能的途徑。材料科學(xué)是闡明材料的性能和行為與其成分及內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。一般認(rèn)為，學(xué)科間的區(qū)別不是絕對的。材料科學(xué)是由多種學(xué)科分化而產(chǎn)生，而又通過集成走向成熟的。材料科學(xué)產(chǎn)生之初，有學(xué)者認(rèn)為：冶金學(xué)仍然是一門健全的學(xué)科，擁有基本理論、方法和界限，但隨著工程中日益不斷地使用聚合物、陶瓷、玻璃和復(fù)合材料，其研究拓展為材料科學(xué)(Calvert，1997)。20世紀(jì)50年代，材料科學(xué)(MaterialsScience)這一新概念，主要源于冶金學(xué)，1958至于959年間美國大學(xué)教育性質(zhì)的改變和各種新材料科學(xué)研究組織的形成，是材料科學(xué)形成的標(biāo)志。西北大學(xué)(NorthWesternUifiversity)是最早將材料科學(xué)作為系名的大學(xué)(1954年)，并為本科生的研究生開設(shè)了相關(guān)課程，出版了《材料性能原理(PrinciplesofthePropertiesofMaterials))(1954年)一書，材料科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展出多個分支，包括固體物理、冶金學(xué)、高分子化學(xué)、無機化學(xué)、礦物學(xué)、玻璃與陶瓷技術(shù)。一門學(xué)術(shù)型學(xué)科抽涉及的范圍遠遠大于由大學(xué)里院系、學(xué)會和專業(yè)雜志所構(gòu)成的群體，它是一所“看不見的學(xué)院(hwisiblecollege)”，它們的成員共享某一特定的研究傳統(tǒng)，學(xué)者們從中學(xué)到了基本的理論框架、操作規(guī)范和技術(shù)方法。DavidTumbul(1983)~E《對“材料科學(xué)”產(chǎn)生和發(fā)展的評述》一文中，將材料科學(xué)定義為：在超分子水平上表征，認(rèn)識和控制物質(zhì)的結(jié)構(gòu)．并建立這一結(jié)構(gòu)與性能(力學(xué)、磁、電等)間的關(guān)系，即所謂的超分子科學(xué)。

MSE(MaterialsScienee&Engineering)的概念最初產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代，到1960年已經(jīng)基本穩(wěn)固建立。在COsMT(1974)的報告中，將MSE定義為：涉及將材料成分、結(jié)構(gòu)和制備與其性能和使用建立關(guān)系所形成并應(yīng)用的知識。1957年美國政府出臺了資助l2個相關(guān)實驗室計劃，首批三個材料科學(xué)實驗室分別建立在康奈爾大學(xué)、賓西法尼亞大學(xué)和西北大學(xué)。這些實驗室1972年由國家科學(xué)基金會(NSF)正式負責(zé)。此后各個大學(xué)教授的課程，也深受這些材料科學(xué)實驗室所從事工作的影響。1958年，為了更好地已經(jīng)建立的新學(xué)科的特征，又在系保后面加上了。與工程，并開始了。材料科學(xué)與工程的教育，如牛津大學(xué)的材料科學(xué)系也簡單地更名為“材料系(DepartmentofMaterials)”。同期還有一批大學(xué)，如德克薩斯大學(xué)的奧斯分校等沒有設(shè)立材料科學(xué)系，但已經(jīng)開始了系間合作，進行了與材料科學(xué)相關(guān)的研究生教育，通常這種教育也不僅限于在“工程學(xué)院”之內(nèi)。雖然沒有這個系名，但老師的專業(yè)知識和研究生的研究工作集中在材料制備、固體化學(xué)、高分子工程與科學(xué)、X射線晶體學(xué)、生物材料、結(jié)構(gòu)材料、材料理論和凝聚態(tài)材料及器件等相關(guān)領(lǐng)域。1964年麻省理工學(xué)院(MIT)也將系名以為“冶金與材料科學(xué)系”，1974年正式改名為“材料科學(xué)與工程系”。20世紀(jì)60年代，材料科學(xué)被引入歐洲的大學(xué)，如北威爾士大學(xué)、蘇賽克大學(xué)和伯明翰大學(xué)。1956年，中國在西方工作過的科學(xué)工作者們制定一份科學(xué)技術(shù)規(guī)劃時，認(rèn)識當(dāng)時的中國已經(jīng)培養(yǎng)了具有金屬材料方面知識的科技人員，但對合金及其熱處理方面的科技人員數(shù)量不足，到1980年，已經(jīng)有l(wèi)7個院校的金屬物理專業(yè)改為材料科學(xué)專業(yè)。

3“材料科學(xué)”研究的實踐與方向