材料科学与工程学科是河南省一级重点学科,拥有材料科学与工程一级学科博士学位授权点,材料科学与工程一级硕士学位授权点和材料工程工程硕士授权领域;拥有河南省“深地材料科学与技术”重点实验室、河南省“高性能轻金属材料及其数值模拟”国际联合实验室、河南省“结构功能性金属基复合材料”工程技术研究中心等5个省部级科研平台,“凝固技术与亚稳材料”河南省院士优秀工作站;与学科相关平台有“深井瓦斯抽采与围岩控制技术”国家地方联合工程实验室;拥有“工程训练中心”国家级实验教学示范中心,“材料科学与工程”河南省实验教学示范中心;“矿业材料” “非平衡凝固与亚稳材料” “二维碳化物材料” “新能源材料与器件”等6个省级科技创新团队。本学科现有专职教师52人,其中,教授25人,副教授26人,具有博士学位的52人,博士生导师23人,享受政府特殊津贴专家1人,教育部新世纪人才2人,洪堡学者1人,省学术技术带头人4人,省科技创新人才7人。
学科长期致力于矿山和地方经济发展需求的材料科学研究,已经形成了“矿业工程材料与资源循环利用、高性能金属材料、先进功能材料、金属成形理论与技术”等4个相对稳定、特色鲜明的学科研究方向。
在矿业工程材料与资源循环利用方向,研究了矿山工程环境中材料的组成、结构与性能,揭示了水泥基材料在煤矿环境中服役行为,提出低浓度瓦斯提纯与储存材料、防灭火水凝胶的设计和制备方法;形成煤矸石、粉煤灰、赤泥等固废制备矿用材料的理论与技术,开发了高性能矿用水泥基材料、废弃瓦斯提纯与储存的MXene二维材料、防灭火杂化双网络凝胶、矿山充填材料等系列矿用材料。获得10多项河南省科技进步奖和中国煤炭工业技术奖二等奖;承担完成了国家“十五”“十一五”“十二五”科技支撑计划、973计划课题和国家自然科学基金30多项;“十三五”期间承担了国家重点研发计划课题“千米深井巷道围岩改性关键材料与技术”,拥有“矿业材料” “煤制气和煤系气绿色高效利用材料”省级科技创新团队。
在金属材料研究方向,围绕非平衡与极端不平衡凝固条件下高性能轻金属细晶结构材料、复合材料和功能非晶合金的计算、研制与表征,开展强化相自身结构修饰与强韧化和材料的强韧化机理的研究。并通过界面结合方式的计算、评价,预测材料的强韧化趋势。在材料制备基础上,进一步对非平衡条件下得到的材料进行严酷变形,研究严酷变形条件下高性能金属材料的组织演化和材料的强韧化机理。目前的主要研究工作集中在铝镁轻金属间化合物强化相球化与韧化机理、非平衡条件下制备大尺寸镍基高温合金材料、超高压制备金属基复合材料、Ti/Zr准晶复合镍氢电池负极材料等;拥有“非平衡凝固与亚稳材料”河南省创新型科技团队。
在先进功能材料研究方向,在气敏、储能和光伏等领域,研究了多级多孔微纳米材料的设计与精准制备,掺杂、复合与改性,表面与界面调控,注重研究功能材料组成、结构与性能关系,研制出煤矿复杂环境下使用的气敏材料与元件;开发出高容量,长寿命镍氢电池负极材料和储氢系统;获得了新型纳米薄膜太阳能电池优化方案和制造技术;发明了机械合金化/水热合成结合高压烧结技术,制备出环境友好型硫族化合物热电材料;主持国家自然科学基金20多项,拥有“新能源材料与器件” “二维碳化物材料” “微尺度理论模拟与设计”省级科技创新团队,“煤矿瓦斯检测用新型氧化物半导体气敏材料构筑及性能调控”获得2017年国家自然科学基金重点项目资助。
在金属材料成形原理与技术方向,针对煤矿使用环境,研究严酷工况环境下的摩擦和磨损规律及防护机理,开发出薄壁轻金属、高强高韧铸钢与球墨铸铁等特种成形技术、煤矿用耐摩和抗磨铸钢材料及全套热加工工装及工艺;揭示了抗磨材料的合金化、强韧化和磨耗机理,开发了矿用抗磨耐磨金属材料及其成形技术与装备;提出了瞬时液相扩散双温连接理论;成果在晋煤、新乡威达等20多家企业得到应用;研究成果“泥浆泵工程陶瓷缸套中试与产业化” “纳米复相陶瓷大型超精密平板研制及关键技术攻关”和“系列超声加工中心研制及关键技术”先后获得河南省科技进步一、二等奖;“高性能齿轮的抗疲劳制造基础理论与关键技术研究”获得2016年国家自然科学基金重点项目资助,拥有“凝固技术与亚稳材料”河南省优秀院士工作站。
本学科拥有先进的实验设备,目前可供博士后研究人员使用的实验设备达到1.2亿元,如场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、各种谱分析仪等,完全可以为国内外材料科学与工程学科博士后继续深造提供良好的科研环境和条件。学科现承担有国家重点研发计划课题、国家自然科学基金重点项目、面上项目和大型企事业委托重点项目,近3年承担的科研经费平均2800万元/年,其中纵向科研经费平均1432万元/年,经费充足,完全有能力支持优秀博士生进行博士后的科学研究。