序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇功能材料論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

1.1具有光電活性的纖維素復(fù)合材料通過相關(guān)學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，如果將氫氧化鈉/尿素水溶液作為溶劑制備纖維素或染料復(fù)合膜，那么，這種材料會顯示出較強的發(fā)光性能或熒光性能。其中，復(fù)合膜還有較強的透明性，透光率能夠達到90%.試驗發(fā)現(xiàn)，復(fù)合膜的力學(xué)性能很高，拉伸強度能夠達到138MPa。如果將天然纖維素浸泡在發(fā)光溶劑中進行離心干燥，經(jīng)過一段時間后，能夠得到光致發(fā)光紙。這種材料不僅展現(xiàn)了發(fā)光劑的吸附能力，還提供了復(fù)合紙的發(fā)光性能。因此，這些纖維素發(fā)光材料可以用于發(fā)光二極管和包裝等領(lǐng)域。

1.2纖維素/碳納米管復(fù)合材料從纖維素先進功能材料的研究、分析中發(fā)現(xiàn)，碳納米管具有非常優(yōu)秀的力學(xué)性能和電性能，受到人們的高度重視，并被廣泛應(yīng)用于電子器件中。隨著科技的不斷發(fā)展，這種材料在生物傳感和復(fù)合材料中占有重要位置。

2化學(xué)法制備纖維素功能材料

因為天然纖維素很難溶解，所以，不適用于工業(yè)生產(chǎn)中。它作為一種天然高分子，在性能上也有一定的不足，例如，這種纖維素耐化學(xué)腐蝕性很差、強度較低、穩(wěn)定性不高。所以，相關(guān)人員可以通過化學(xué)方法改善天然纖維素的缺陷，強化其溶解性和強度，并賦予它新的性能，不斷拓展纖維素的應(yīng)用領(lǐng)域。因為纖維素分子鏈上有很多羥基，所以，可以利用這種方法制備出各種各樣的纖維素衍生物。近幾年，纖維素衍生物材料被廣泛應(yīng)用于日用化工、涂料和食品等領(lǐng)域。其中，纖維素的制備方法主要有均相法和非均相法。因為纖維素很難溶解，所以，在工業(yè)生產(chǎn)中，都是利用非均相法制備纖維素衍生物。但是，在這個過程中，纖維素衍生物存在結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一和不可控的缺點，同時，還會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，所以，纖維素衍生物的種類較少。相關(guān)人員嘗試利用纖維素在不同溶液中的反應(yīng)生產(chǎn)纖維素衍生物。

2.1纖維素酯纖維素酯是纖維素與強酸或羧酸衍生物，通過酯化反應(yīng)得到的一種纖維素衍生物。這種衍生物的種類較多，并有較高的附加值，能夠在生物、材料、食品中廣泛應(yīng)用。利用這種方式，相關(guān)人員可以合成一些具有新功能性的纖維素酯。相關(guān)人員通過酯化反應(yīng)將卟啉分子連接在纖維素上，得到了光電轉(zhuǎn)換材料，卟啉分子還給予了纖維素材料全新的抗菌性能。所以，通過酯化反應(yīng)，能夠在乙基纖維素上連接三苯基胺，然后得到溶致變色的纖維素衍生物，并顯現(xiàn)出藍-綠熒光。這種衍生物在溶液中的量子效率為65%，所以，它還被應(yīng)用在光電器件領(lǐng)域。

2.2纖維素醚從傳統(tǒng)意義上講，纖維素醚類的種類很多，并有很多性能。這種物質(zhì)被廣泛應(yīng)用于石油開采中，還有食品、紡織和日用化學(xué)品等方面，所以，相關(guān)人員可以引進新的基因功能，以得到新型的功能性纖維素醚。一些學(xué)者合成了纖維素咔唑醚，它能夠用于存儲信息，并在OLED的空穴中傳輸材料；還有一些學(xué)者利用醚化反應(yīng)，在纖維素上連接聯(lián)苯液晶分子，從而得到對紫外光吸收能力較強的纖維素材料。近年來，相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)了一些新型、高效的纖維素溶劑，為纖維素的再生產(chǎn)提供了新介質(zhì)。在纖維素溶液中進行衍生化反應(yīng)，能夠得到結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、可調(diào)控的功能性纖維素衍生物，例如纖維素酯、纖維素醚等。這些分子或衍生物的反應(yīng)快速、高效、容易分離，為相關(guān)行業(yè)的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。

篇（2）

2003年在國際和中國都發(fā)生了具有突發(fā)性的災(zāi)難事件，但中國的GDP仍以9.1％的高速度在增長，達到了人民幣11.6萬億元，其中第二產(chǎn)業(yè)貢獻4萬多億元。中國現(xiàn)今的第二產(chǎn)業(yè)主要領(lǐng)域是冶金、制造和信息，在世界的地位是大加工廠，也是大市場。在國際競爭中所以有優(yōu)勢是中國的勞動力廉價，這個優(yōu)勢我們能保持多久?我們還注意到與化工有關(guān)的產(chǎn)品中，我們的生產(chǎn)效率是國際發(fā)達國家的5％，能耗是3倍，環(huán)境的破壞是9倍。這就是我們所付出的代價。不論形勢如何嚴峻，21世紀是中華民族振興的機遇期，制造業(yè)絕對是一個極其重要的領(lǐng)域，是個急速發(fā)展變化的領(lǐng)域。2003年3月國際真空學(xué)會執(zhí)委會在北京舉行，會議上討論了將原來的冶金專委會改名為“表面工程專委會”，當時也考慮了另一個名字“涂層專委會”，我想用涂層材料更合適，含有繼承性和變革性。20世紀70年代曾經(jīng)說成是塑料年代，此后塑料科技和工業(yè)迅速崛起，極大地改變了人類社會。繼而是信息時代，通信網(wǎng)、計算機網(wǎng)、萬維網(wǎng)、智能網(wǎng)，信息流，日新月異地改變著人類的生活和觀念。我們這個時代是高速發(fā)展的時代，技術(shù)和觀念都在與時俱進地改變著。

本世紀初興起了納米科技，促進其到來的是由于微電子小型化的發(fā)展趨勢，推動科技發(fā)展進入納米時代[1]，不僅電子學(xué)將進入納電子學(xué)領(lǐng)域，物理學(xué)進入介觀物理領(lǐng)域，各類科技，包括生物醫(yī)學(xué)等都在探索納米結(jié)構(gòu)與特性。涂層和表面改性越來越多地增加了納米科技的內(nèi)容，這是一種低維材料的制造和加工科技，將是制造技術(shù)的主流，將迅速地改變傳統(tǒng)制造技術(shù)的方法、理論和觀念，作為現(xiàn)今國際上的制造大國，世界加工廠，我們更應(yīng)該注意研究制造技術(shù)的發(fā)展和未來。

1突破傳統(tǒng)制造技術(shù)的觀念

納米科技研究的內(nèi)容主要是在原子、分子尺度上構(gòu)造材料和器件，測量表征其結(jié)構(gòu)和特性，探索、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、新規(guī)律和應(yīng)用領(lǐng)域。與我們熟悉傳統(tǒng)的相比，納米材料和器件具有顯著的維數(shù)效應(yīng)和尺寸效應(yīng)。近幾年來，在納米材料制造方面做了大量的研究工作，在納米粒子粉材的制造，以及材料結(jié)構(gòu)和特性測量、表征上取得了顯著成果[2～7]。接下來深入到納米線、納米管和納米帶的研究[8～14]，出現(xiàn)了一些成功有效的制造方法，發(fā)現(xiàn)了一些驚人的結(jié)構(gòu)和特性。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展了納米復(fù)合材料的研究，展現(xiàn)了非常有希望的應(yīng)用前景[15～17]。近來人們在納米科技初期成果的基礎(chǔ)上挑戰(zhàn)某些產(chǎn)品的傳統(tǒng)加工技術(shù)，比如Al組件的快速加工。

T.B.Sercombe等人報道了快速加工鋁(Al)組件的新方法[18]，這個方法的主要特征是用快速成型技術(shù)先形成樹脂鍵合件，然后在氮氣氛中分解其鍵和第二次滲入鋁合金。在熱處理過程中，鋁與氮反應(yīng)形成氮化鋁骨架，在滲透過程中得到剛體結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)制造工藝相比，這個過程是簡單的快速的，可以制造任何復(fù)雜組件，包括聚合物、陶瓷、金屬。圖1是過程示意和原型樣品，(a)是尼龍巾鑲嵌鋁粒子的SEM像，中心有結(jié)構(gòu)細節(jié)的是Mg粒子，白色是Al粒子，加入少量的Mg是為還原氧化鋁，它將不是鑄件中的成分。在尼龍被燒去時，這個結(jié)構(gòu)基本保持不變。(b)是氮化物骨架，圍繞Al粒子的一些環(huán)狀結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡像，再滲入Al時將形成密實結(jié)構(gòu)。(c)是燒結(jié)的氮化鋁和滲鋁組件，小柱的厚為0.5mm其密度和強度都達到了傳統(tǒng)鑄造技術(shù)的水平。他們還制作了公斤重量多種結(jié)構(gòu)的樣品。這是一種冶金技術(shù)的探索，開辟了一種新的冶金和制造技術(shù)途徑。

2納米材料的完美定律

描述材料結(jié)構(gòu)的常用術(shù)語是原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)。原子結(jié)構(gòu)的主要參量是晶格常數(shù)、鍵長、鍵角；電子結(jié)構(gòu)的主要參量是能帶、量子態(tài)、分布函數(shù)。對于我們熟悉的宏觀體系，這些參量多是確定的常數(shù)，但對于納米體系，多數(shù)參量隨著原子數(shù)量的改變而變化。這是納米材料和器件的典型特征，它決定了納米材料的多樣性。其中有個重要規(guī)律，我們稱之為納米材料的完美定律，用簡單語言表述：“存在是完美的，完美的才能存在”。它包括了納米晶粒的魔數(shù)規(guī)則，即含有13、55、147…等數(shù)量原子的原子團是穩(wěn)定的，對于富勒烯碳60和碳70存在的幾率最大，而對于碳59或碳71等結(jié)構(gòu)體系根本不存在。這就是為什么斯莫利(Smmolley)他們當初能在大量的富勒烯中首先發(fā)現(xiàn)碳60和碳70，從而獲得了諾貝爾獎。對于一維納米結(jié)構(gòu)，包括納米管和納米線，存在類似的規(guī)則?？梢阅Ｐ蜕险J為是由殼層構(gòu)成的，每個殼層中更精細的結(jié)構(gòu)稱為股，每一股是一條原子鏈，中心為1股包裹殼層為7股的表示為7-1結(jié)構(gòu)，再外殼層為11股的，表示為11-7-1結(jié)構(gòu)，等等，構(gòu)成最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這是一維納米結(jié)構(gòu)的魔數(shù)規(guī)則。對二維納米膜存在類似的缺陷熔化規(guī)則，即不容許存在很多缺陷，一旦超過臨界值，缺陷自發(fā)產(chǎn)生，完全破壞二維晶態(tài)結(jié)構(gòu)。上述這些低維結(jié)構(gòu)特征是完美定律的具體表述，進步普遍表述理論是正在研究中的課題。

完美定律是我們討論涂層材料的出發(fā)點，因為納米材料有更多的人造品格，是大自然很少存在或者不存在的，需要人工大量制造。在制造過程中，方法簡單、產(chǎn)額高、成本低是最有競爭力的。可以想象，制造成本很高的材料和器件能有市場，一定是不計成本的特殊需要，有政治背景或短期的社會需求。因此在我們探索納米材料制造時，首先考慮的應(yīng)是滿足完美定律的技術(shù)，如用甲烷電弧法制備納米金剛石粉技術(shù)[1]，電化學(xué)沉積法制備金屬納米線陣列技術(shù)[19]，以及電爐燒結(jié)法制造氧化物納米帶技術(shù)[20]等等。

3涂層納米材料將給我們帶來什么?

涂層納米材料是納米科技領(lǐng)域具有代表的材料，或是低維納米材料的有序堆積結(jié)構(gòu)，或者是低維納米材料填充的復(fù)合結(jié)構(gòu)。兩者都比傳統(tǒng)材料有驚人的結(jié)構(gòu)和特性。如新型高效光電池[21]、各向異性結(jié)構(gòu)材料[19]、新型面光源材料[22]等，這里舉例介紹基于熱電效應(yīng)的新型納米熱電變換材料。

熱電效應(yīng)器件的代表是熱電偶，即利用不同導(dǎo)體接觸的溫差電現(xiàn)象進行溫度測量的器件。基于熱電效應(yīng)可以制成兩類器件：熱產(chǎn)生電和電產(chǎn)生溫差。前者可以用于制造焦電器件，即用熱直接發(fā)電，如將焦電材料涂于內(nèi)燃機缸表面，利用缸體溫度高于環(huán)境幾百度的溫差發(fā)電，將余熱變作電能回收。后者可以做成電致冷器件。這類的直接熱電變換器件具有無污染，沒有活動部件，長壽命，高可靠性等優(yōu)點，但塊體材料制成器件的效率低，限制了它的應(yīng)用。納米科技興起以后，人們探索利用納米晶或納米線結(jié)構(gòu)能否解決熱電效應(yīng)的效率問題。認為用量子點超晶格材料有希望顯著提高熱電器件的效率，這是由于納米材料顯著的能級分裂，有利于載流子的共振輸運和降低晶格熱傳導(dǎo)，從而提高了器件的效率。T.C.Harman等人[23]報告了量子點超晶格結(jié)構(gòu)的熱-電效應(yīng)器件，他們制備了PbSeTe／PbTe量子點超晶格(QDSL)結(jié)構(gòu)，用其制造了熱電器件(Thermo-electrics，TE)，圖2(a)是納米超晶格TE致冷器件的結(jié)構(gòu)和電路圖，(b)電流-溫度曲線。將TE超晶格材料，其寬11mm，長5mm，厚0.104mm，n-型的TE片，一端置于熱槽，另一端置于冷槽，為了減小冷槽熱傳導(dǎo)而形成這同結(jié)接觸，用一根細金屬線與熱槽連接。當如圖2(a)所示加電流源時，將致冷降溫。對于這種納米線超晶格結(jié)構(gòu)，由于量子限制效應(yīng)，發(fā)生間隔很大的能級分裂，從而得到很高的熱電轉(zhuǎn)換效率。圖2(b)是TE器件的電流-溫度曲線，實驗點標明為熱與冷端溫差(T)與電流(I)關(guān)系，電流坐標表示相應(yīng)通過器件的電流?！鰹闊岫藴囟萒h與電流I的關(guān)系，其溫度對于流過器件的電流不敏感。為冷端溫度Tc與電流I的關(guān)系，其溫度對于電流是敏感的。圖中A是測得的最大溫差，43.7K，B是塊體(Bi，Sb)2(Se，Te)3固溶合金TE材料最大溫差，30.8K。從圖中可以看出，在較大電流時，冷端溫度趨于飽和。采用這種致冷器件由室溫降至一般冰箱的冷凍溫度是可能的。

電熱效應(yīng)的逆過程的應(yīng)用就是焦電器件，即利用熱源與環(huán)境的溫差發(fā)電。對于內(nèi)燃機、鍋爐、致冷器高溫熱端等設(shè)備的熱壁，涂上超晶格納米結(jié)構(gòu)涂層，利用剩余熱能發(fā)電，將是人們利用納米材料和組裝技術(shù)研究的重要課題。

類似面致冷、取暖，面光源，面環(huán)境監(jiān)測等涂層功能材料，將給家電產(chǎn)業(yè)帶來革命性的影響，將會極大地改變?nèi)祟惖纳罘绞胶陀^念。

4含鐵碳納米管薄膜場發(fā)射

碳納米管陣列或含碳納米管涂層場發(fā)射被廣泛研究，以其為場發(fā)射陰極做成了平板顯示器。研究結(jié)果表明碳管的前端有較強的場發(fā)射能力，因此碳管涂層膜中多數(shù)碳管是平放在基底上的，場電子發(fā)射能力很差。我們制備了含有鐵(Fe)納米粒子的碳納米管，它的側(cè)向有更大的場發(fā)射能力，有利于用涂層法制造平板場發(fā)射陰極。圖3(a)是含鐵粒子碳納米的TEM像，碳管外形發(fā)生顯著改變。(b)是碳管場發(fā)射I-V特性曲線，I是CVD生長的豎直排列碳納米管的場發(fā)射曲線，II是含鐵粒子碳納米管豎直陣列的場發(fā)射曲線，III是含粒子碳納米管躺在基底上的場發(fā)射曲線，有最強的場發(fā)射能力。根據(jù)此結(jié)果，將含鐵的碳納米管用作涂層場發(fā)射陰極，有利于研制平板顯示器。

5電子強關(guān)聯(lián)體系和軟凝聚態(tài)物質(zhì)

上面所講到的涂層納米功能材料和器件是當今國際上研究的熱門課題，會很快取得重要成果，甚至有新產(chǎn)品進入市場。當我們在討論這個納米科技中的重要方向時，不能不考慮更深層的理論問題和更長遠的發(fā)展前景。這就涉及到物理學(xué)的重要理論問題，即電子強關(guān)聯(lián)體系(electronstrongcorrelationsystem)與軟凝聚態(tài)物質(zhì)(softcondensationmatter)。

在量子力學(xué)出現(xiàn)之前，金屬材料電導(dǎo)的來源是個謎，20世紀初量子力學(xué)誕生后，解決了金屬導(dǎo)電問題?；贐loch假設(shè)：晶體中原子的外層電子，適應(yīng)晶格周期調(diào)整它們的波長，在整個晶體中傳播；電子-電子間沒有相互作用。這是量子力學(xué)的簡化模型，沒有考慮電子間的相互作用，特別是在局域態(tài)電子的強相互作用。2003年又有人提出了金屬導(dǎo)電問題，Phillips和他的同事以“難以琢磨的Bose金屬”為題重新討論了金屬導(dǎo)電問題[24]。當計入電子間的相互作用時，可能產(chǎn)生的多體態(tài)，超導(dǎo)和巨磁阻就是這種狀態(tài)。晶體中的缺陷破壞了完善導(dǎo)體，導(dǎo)致電子局域化。電子與核作用的等效結(jié)果表現(xiàn)為電子間的吸引作用，導(dǎo)致電荷載流子為Cooper對。但這個對的形成，不是超導(dǎo)的充分條件。當所有Cooper對都成為單量子態(tài)時，才能觀察到超導(dǎo)性。這樣，對于費米子由于包利(Paulii)不相容原則，不可能產(chǎn)生宏觀上的單量子態(tài)。Cooper對的旋轉(zhuǎn)半徑小于通常兩個電子相互作用的空間，成為Bose子。宏觀上呈現(xiàn)單量子態(tài)，Bose子的相干防止了局域量子化。在局域化電子范圍內(nèi)，超導(dǎo)性可能認為是玻色-愛因斯坦凝聚，這個觀點現(xiàn)今被很多人接受。從20世紀初至今，對于基本粒子的量子統(tǒng)計有兩種，一是Fermi統(tǒng)計，遵從Paulii不相容原理，即每個能量量子態(tài)上只能容納自旋不同的2個電子，而Bose子則不受這個限制。在凝聚態(tài)物質(zhì)中有兩個基態(tài)：即共有化Bose子呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，局域化Bose子呈現(xiàn)絕緣態(tài)。然而，在幾個薄合金膜的實驗中，觀察到金屬相，破壞了超導(dǎo)體和絕緣體之間直接轉(zhuǎn)換。經(jīng)分析認為這是玻色金屬態(tài)，參與導(dǎo)電的是Bose子。推斷這個金屬相可能是渦流玻璃態(tài)，這個現(xiàn)象在銅氧化物超導(dǎo)體中得到了驗證。

軟凝聚態(tài)物質(zhì)研究的對象是原子、分子間不僅存在短程作用力，而且存在長程作用力，表觀上呈現(xiàn)的粘稠物質(zhì)形態(tài)，稱為軟凝聚態(tài)。至今，人類對于晶體和原子存在強相互作用的固體已經(jīng)知道得相當透徹了，但對軟凝聚態(tài)的很多科學(xué)問題還沒有深入研究，21世紀以來，引起了科學(xué)家的極大興趣。軟凝聚態(tài)物質(zhì)包括流體、離子液體、復(fù)合流體、液晶、固體電解、離子導(dǎo)體、有機粘稠體、有機柔性材料、有機復(fù)合體，以及生物活體功能材料等。這其中的液晶由于在顯示器件上的很大市場需求，是被研究得相當清楚的一種。其他軟凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和特性的科學(xué)問題和應(yīng)用前景是目前被關(guān)注的研究課題。這其中主要有：微流體閥和泵、納米模板、納米陣列透鏡、有機半導(dǎo)體、有機陶瓷、流體類導(dǎo)體、表面敏感材料、親水疏水表面、有機晶體、生物材料(人造骨和牙齒)、柔性集成器件，以及他們的復(fù)合，統(tǒng)稱為分子調(diào)控材料(materialsofmolecularmanipulation)。其主要特征是原子結(jié)構(gòu)的多變性和柔性，研究材料的設(shè)計、制造、結(jié)構(gòu)和特性的測量、表征，追求特殊功能；理論上探討原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定體系，光、電、熱、機械特性，以及載流子及其輸運。關(guān)于軟凝聚態(tài)物質(zhì)，有些早已為人類所用，電解液、液晶等，但對其理論研究處于初期階段?？茖W(xué)的發(fā)展和應(yīng)用的需求促進深入的理論研究，判斷體系穩(wěn)定存在的依據(jù)是自由能最小，體系自由能可表示為F=E-TS，其中S是熵。對于軟凝聚態(tài)物質(zhì)體系，S是重要參量。其中更多的缺陷，原子、分子運動的復(fù)雜行為，更多的電子強關(guān)聯(lián)，不再是單粒子統(tǒng)計所能描述，需要研究粒子間存在相互作用的統(tǒng)計理論。多樣性是這個體系的突出特征，因此其理論涉及廣泛、復(fù)雜問題。

物理學(xué)是探索物態(tài)結(jié)構(gòu)與特性的基礎(chǔ)學(xué)科，是認識自然和發(fā)展科技的基礎(chǔ)，其中以原子間有較強作用的稠密物質(zhì)體系為主要研究對象的凝聚態(tài)物理近些年有了迅速進展，研究范圍不斷擴大，從固體結(jié)構(gòu)、相變、光電磁特性擴展到液晶、復(fù)雜流體、聚合物和生物體結(jié)構(gòu)等。幾乎每一二十年就有新物質(zhì)狀態(tài)被發(fā)現(xiàn)，促進了人類對自然的認識和對其規(guī)律把握能力，推動了科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展。21世紀仍有一些老的科學(xué)問題需要深入研究，一些新科學(xué)問題已提到人們的面前。特別是低維量子限域體系和極端條件下的基本物理問題。20世紀80年代出現(xiàn)的介觀物理，后來發(fā)展成為納米科技所涉及的學(xué)科領(lǐng)域。與宏觀體系和原子體系相比，低維量子限域體系，還有很多物理問題有待解決，人們熟悉的宏觀體系得到的規(guī)則和結(jié)論有些不再有效，適用于低維量子限域體系的處理方法和理論需要探索，特別是將涉及到多層次多系統(tǒng)問題的描述和表征，將會有更多的新現(xiàn)象、新效應(yīng)、新規(guī)律被發(fā)現(xiàn)。在納米尺度，研究原子、分子組裝、測量、表征，涉及有機材料、無機／有機復(fù)合材料和生物材料，這將大大的擴展了物理學(xué)研究的范圍和深度。涉及的重大科學(xué)前沿問題和重點發(fā)展方向有①強關(guān)聯(lián)和軟凝聚態(tài)物質(zhì)，及其他新奇特性凝聚態(tài)物質(zhì)；②低維量子限域體系的結(jié)構(gòu)和量子特性，包括納米尺度功能材料和器件結(jié)構(gòu)和特性；③粒子物理，描述物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和基本相互作用的粒子物理標準模型和有關(guān)問題，以及復(fù)雜系統(tǒng)物理；④極端條件下的物理問題，探索高能過程、核結(jié)構(gòu)、等離子體、新物理現(xiàn)象和核物質(zhì)新形態(tài)等；⑤生命活動中的物理問題，物理學(xué)的基本規(guī)律、概念、技術(shù)引入生命科學(xué)中，研究生物大分子體系特征、DNA、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能等，其研究關(guān)鍵將在于定量化和系統(tǒng)性，必然是多學(xué)科的交叉發(fā)展，成為未來科學(xué)的重要領(lǐng)域。

6結(jié)論

本文討論了納米線涂層的結(jié)構(gòu)和特性，重點是納米線的復(fù)合涂層和其電學(xué)特性、光電特性。其中包括制造技術(shù)新觀念，納米材料的完美定律，納米涂層的熱-電效應(yīng)，碳納米管的側(cè)向場發(fā)射，以及電子強關(guān)聯(lián)體系和軟凝聚態(tài)物質(zhì)，展示了涂層科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展前景。

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篇（3）

TheAdvanceofFunctionallyGradientMaterials

JinliangCui

(Qinghaiuniversity,XiningQinghai810016,china)

Abstract:Thispaperintroducestheconcept，types，capability，preparationmethodsoffunctionallygradedmaterials.Baseduponanalysisofthepresentapplicationsituationsandprospectofthiskindofmaterialssomeproblemsexistedarepresented.ThecurrentstatusoftheresearchofFGMarediscussedandananticipationofitsfuturedevelopmentisalsopresent.

Keywords:FGM；composite；theAdvance

0引言

信息、能源、材料是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和社會發(fā)展的三大支柱?，F(xiàn)代高科技的競爭在很大程度上依賴于材料科學(xué)的發(fā)展。對材料,特別是對高性能材料的認識水平、掌握和應(yīng)用能力,直接體現(xiàn)國家的科學(xué)技術(shù)水平和經(jīng)濟實力,也是一個國家綜合國力和社會文明進步速度的標志。因此,新材料的開發(fā)與研究是材料科學(xué)發(fā)展的先導(dǎo),是21世紀高科技領(lǐng)域的基石。

近年來,材料科學(xué)獲得了突飛猛進的發(fā)展[1]。究其原因,一方面是各個學(xué)科的交叉滲透引入了新理論、新方法及新的實驗技術(shù);另一方面是實際應(yīng)用的迫切需要對材料提出了新的要求。而FGM即是為解決實際生產(chǎn)應(yīng)用問題而產(chǎn)生的一種新型復(fù)合材料，這種材料對新一代航天飛行器突破“小型化”，“輕質(zhì)化”，“高性能化”和“多功能化”具有舉足輕重的作用[2]，并且它也可廣泛用于其它領(lǐng)域，所以它是近年來在材料科學(xué)中涌現(xiàn)出的研究熱點之一。

1FGM概念的提出

當代航天飛機等高新技術(shù)的發(fā)展，對材料性能的要求越來越苛刻。例如：當航天飛機往返大氣層，飛行速度超過25個馬赫數(shù)，其表面溫度高達2000℃。而其燃燒室內(nèi)燃燒氣體溫度可超過2000℃，燃燒室的熱流量大于5MW/m2,其空氣入口的前端熱通量達5MW/m2.對于如此大的熱量必須采取冷卻措施，一般將用作燃料的液氫作為強制冷卻的冷卻劑，此時燃燒室內(nèi)外要承受高達1000K以上的溫差,傳統(tǒng)的單相均勻材料已無能為力[1]。若采用多相復(fù)合材料,如金屬基陶瓷涂層材料,由于各相的熱脹系數(shù)和熱應(yīng)力的差別較大,很容易在相界處出現(xiàn)涂層剝落[3]或龜裂[1]現(xiàn)象，其關(guān)鍵在于基底和涂層間存在有一個物理性能突變的界面。為解決此類極端條件下常規(guī)耐熱材料的不足，日本學(xué)者新野正之、平井敏雄和渡邊龍三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念[1]，即以連續(xù)變化的組分梯度來代替突變界面,消除物理性能的突變,使熱應(yīng)力降至最小[3],如圖1所示。

隨著研究的不斷深入，梯度功能材料的概念也得到了發(fā)展。目前梯度功能材料(FGM)是指以計算機輔助材料設(shè)計為基礎(chǔ)，采用先進復(fù)合技術(shù)，使構(gòu)成材料的要素（組成、結(jié)構(gòu)）沿厚度方向有一側(cè)向另一側(cè)成連續(xù)變化，從而使材料的性質(zhì)和功能呈梯度變化的新型材料[4]。

2FGM的特性和分類

2.1FGM的特殊性能

由于FGM的材料組分是在一定的空間方向上連續(xù)變化的特點如圖2,因此它能有效地克服傳統(tǒng)復(fù)合材料的不足[5]。正如Erdogan在其論文[6]中指出的與傳統(tǒng)復(fù)合材料相比FGM有如下優(yōu)勢:

1)將FGM用作界面層來連接不相容的兩種材料,可以大大地提高粘結(jié)強度;

2)將FGM用作涂層和界面層可以減小殘余應(yīng)力和熱應(yīng)力;

3)將FGM用作涂層和界面層可以消除連接材料中界面交叉點以及應(yīng)力自由端點的應(yīng)力奇異性;

4)用FGM代替?zhèn)鹘y(tǒng)的均勻材料涂層,既可以增強連接強度也可以減小裂紋驅(qū)動力。

圖2

2.2FGM的分類

根據(jù)不同的分類標準FGM有多種分類方式。根據(jù)材料的組合方式，F(xiàn)GM分為金屬/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多種組合方式的材料[1]；根據(jù)其組成變化FGM分為梯度功能整體型（組成從一側(cè)到另一側(cè)呈梯度漸變的結(jié)構(gòu)材料），梯度功能涂敷型（在基體材料上形成組成漸變的涂層），梯度功能連接型（連接兩個基體間的界面層呈梯度變化）[1]；根據(jù)不同的梯度性質(zhì)變化分為密度FGM，成分FGM，光學(xué)FGM，精細FGM等[4]；根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域有可分為耐熱FGM，生物、化學(xué)工程FGM，電子工程FGM等[7]。

3FGM的應(yīng)用

FGM最初是從航天領(lǐng)域發(fā)展起來的。隨著FGM研究的不斷深入,人們發(fā)現(xiàn)利用組分、結(jié)構(gòu)、性能梯度的變化,可制備出具有聲、光、電、磁等特性的FGM,并可望應(yīng)用于許多領(lǐng)域。FGM的應(yīng)用[8]見圖3。

圖3FGM的應(yīng)用

功能

應(yīng)用領(lǐng)域材料組合

緩和熱應(yīng)

力功能及

結(jié)合功能

航天飛機的超耐熱材料

陶瓷引擎

耐磨耗損性機械部件

耐熱性機械部件

耐蝕性機械部件

加工工具

運動用具:建材陶瓷金屬

陶瓷金屬

塑料金屬

異種金屬

異種陶瓷

金剛石金屬

碳纖維金屬塑料

核功能

原子爐構(gòu)造材料

核融合爐內(nèi)壁材料

放射性遮避材料輕元素高強度材料

耐熱材料遮避材料

耐熱材料遮避材料

生物相溶性

及醫(yī)學(xué)功能

人工牙齒牙根

人工骨

人工關(guān)節(jié)

人工內(nèi)臟器官:人工血管

補助感覺器官

生命科學(xué)磷灰石氧化鋁

磷灰石金屬

磷灰石塑料

異種塑料

硅芯片塑料

電磁功能

電磁功能陶瓷過濾器

超聲波振動子

IC

磁盤

磁頭

電磁鐵

長壽命加熱器

超導(dǎo)材料

電磁屏避材料

高密度封裝基板壓電陶瓷塑料

壓電陶瓷塑料

硅化合物半導(dǎo)體

多層磁性薄膜

金屬鐵磁體

金屬鐵磁體

金屬陶瓷

金屬超導(dǎo)陶瓷

塑料導(dǎo)電性材料

陶瓷陶瓷

光學(xué)功能防反射膜

光纖;透鏡;波選擇器

多色發(fā)光元件

玻璃激光透明材料玻璃

折射率不同的材料

不同的化合物半導(dǎo)體

稀土類元素玻璃

能源轉(zhuǎn)化功能

MHD發(fā)電

電極;池內(nèi)壁

熱電變換發(fā)電

燃料電池

地熱發(fā)電

太陽電池陶瓷高熔點金屬

金屬陶瓷

金屬硅化物

陶瓷固體電解質(zhì)

金屬陶瓷

電池硅、鍺及其化合物

4FGM的研究

FGM研究內(nèi)容包括材料設(shè)計、材料制備和材料性能評價。FGM的研究開發(fā)體系如圖4所示[8]。

設(shè)計設(shè)計

圖4FGM研究開發(fā)體系

4.1FGM設(shè)計

FGM設(shè)計是一個逆向設(shè)計過程[7]。

首先確定材料的最終結(jié)構(gòu)和應(yīng)用條件,然后從FGM設(shè)計數(shù)據(jù)庫中選擇滿足使用條件的材料組合、過渡組份的性能及微觀結(jié)構(gòu),以及制備和評價方法,最后基于上述結(jié)構(gòu)和材料組合選擇,根據(jù)假定的組成成份分布函數(shù),計算出體系的溫度分布和熱應(yīng)力分布。如果調(diào)整假定的組成成份分布函數(shù),就有可能計算出FGM體系中最佳的溫度分布和熱應(yīng)力分布,此時的組成分布函數(shù)即最佳設(shè)計參數(shù)。

FGM設(shè)計主要構(gòu)成要素有三:

1)確定結(jié)構(gòu)形狀,熱—力學(xué)邊界條件和成分分布函數(shù);

2)確定各種物性數(shù)據(jù)和復(fù)合材料熱物性參數(shù)模型;

3)采用適當?shù)臄?shù)學(xué)—力學(xué)計算方法,包括有限元方法計算FGM的應(yīng)力分布,采用通用的和自行開發(fā)的軟件進行計算機輔助設(shè)計。

FGM設(shè)計的特點是與材料的制備工藝緊密結(jié)合,借助于計算機輔助設(shè)計系統(tǒng),得出最優(yōu)的設(shè)計方案。

4.2FGM的制備

FGM制備研究的主要目標是通過合適的手段,實現(xiàn)FGM組成成份、微觀結(jié)構(gòu)能夠按設(shè)計分布,從而實現(xiàn)FGM的設(shè)計性能?？煞譃榉勰┲旅芊?如粉末冶金法(PM),自蔓延高溫合成法(SHS);涂層法:如等離子噴涂法,激光熔覆法,電沉積法,氣相沉積包含物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)相沉積(CVD);形變與馬氏體相變[10、14]。

4.2.1粉末冶金法(PM)

PM法是先將原料粉末按設(shè)計的梯度成分成形,然后燒結(jié)。通過控制和調(diào)節(jié)原料粉末的粒度分布和燒結(jié)收縮的均勻性,可獲得熱應(yīng)力緩和的FGM。粉末冶金法可靠性高,適用于制造形狀比較簡單的FGM部件,但工藝比較復(fù)雜,制備的FGM有一定的孔隙率,尺寸受模具限制[7]。常用的燒結(jié)法有常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)及反應(yīng)燒結(jié)等。這種工藝比較適合制備大體積的材料。PM法具有設(shè)備簡單、易于操作和成本低等優(yōu)點,但要對保溫溫度、保溫時間和冷卻速度進行嚴格控制。國內(nèi)外利用粉末冶金方法已制備出的FGM有:MgC/Ni、ZrO2/W、Al2O3/ZrO2[8]、Al2O3-W-Ni-Cr、WC-Co、WC-Ni等[7]。

4.2.2自蔓延燃燒高溫合成法(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis簡稱SHS或CombustionSynthesis)

SHS法是前蘇聯(lián)科學(xué)家Merzhanov等在1967年研究Ti和B的燃燒反應(yīng)時,發(fā)現(xiàn)的一種合成材料的新技術(shù)。其原理是利用外部能量加熱局部粉體引燃化學(xué)反應(yīng),此后化學(xué)反應(yīng)在自身放熱的支持下,自動持續(xù)地蔓延下去,利用反應(yīng)熱將粉末燒結(jié)成材，最后合成新的化合物。其反應(yīng)示意圖如圖6所示[16]：

圖6SHS反應(yīng)過程示意圖

SHS法具有產(chǎn)物純度高、效率高、成本低、工藝相對簡單的特點。并且適合制造大尺寸和形狀復(fù)雜的FGM。但SHS法僅適合存在高放熱反應(yīng)的材料體系,金屬與陶瓷的發(fā)熱量差異大,燒結(jié)程度不同,較難控制,因而影響材料的致密度,孔隙率較大,機械強度較低。目前利用SHS法己制備出Al/TiB2,Cu/TiB2、Ni/TiC[8]、Nb-N、Ti-Al等系功能梯度材料[7、11]。

4.2.3噴涂法

噴涂法主要是指等離子體噴涂工藝,適用于形狀復(fù)雜的材料和部件的制備。通常,將金屬和陶瓷的原料粉末分別通過不同的管道輸送到等離子噴槍內(nèi),并在熔化的狀態(tài)下將它噴鍍在基體的表面上形成梯度功能材料涂層?？梢酝ㄟ^計算機程序控制粉料的輸送速度和流量來得到設(shè)計所要求的梯度分布函數(shù)。這種工藝已經(jīng)被廣泛地用來制備耐熱合金發(fā)動機葉片的熱障涂層上,其成分是部分穩(wěn)定氧化鋯(PSZ)陶瓷和NiCrAlY合金[9]。

4.2.3.1等離子噴涂法(PS)

PS法的原理是等離子氣體被電子加熱離解成電子和離子的平衡混合物,形成等離子體,其溫度高達1500K,同時處于高度壓縮狀態(tài),所具有的能量極大。等離子體通過噴嘴時急劇膨脹形成亞音速或超音速的等離子流,速度可高達1.5km/s。原料粉末送至等離子射流中,粉末顆粒被加熱熔化,有時還會與等離子體發(fā)生復(fù)雜的冶金化學(xué)反應(yīng),隨后被霧化成細小的熔滴,噴射在基底上,快速冷卻固結(jié),形成沉積層。噴涂過程中改變陶瓷與金屬的送粉比例,調(diào)節(jié)等離子射流的溫度及流速,即可調(diào)整成分與組織,獲得梯度涂層[8、11]。該法的優(yōu)點是可以方便的控制粉末成分的組成,沉積效率高,無需燒結(jié),不受基體面積大小的限制,比較容易得到大面積的塊材[10],但梯度涂層與基體間的結(jié)合強度不高,并存在涂層組織不均勻,空洞疏松,表面粗糙等缺陷。采用此法己制備出TiB2-Ni、TiC-Ni、TiB2-Cu、Ti-Al[7]、NiCrAl/MgO-ZrO2、NiCrAl/Al2O3/ZrO2、NiCrAlY/ZrO2[10]系功能梯度材料

圖7PS方法制備FGM涂層示意圖[17]（a）單槍噴涂（b）雙槍噴涂

4.2.3.2激光熔覆法

激光熔覆法是將預(yù)先設(shè)計好組分配比的混合粉末A放置在基底B上,然后以高功率的激光入射至A并使之熔化,便會產(chǎn)生用B合金化的A薄涂層,并焊接到B基底表面上,形成第一包覆層。改變注入粉末的組成配比,在上述覆層熔覆的同時注入,在垂直覆層方向上形成組分的變化。重復(fù)以上過程,就可以獲得任意多層的FGM。用Ti-A1合金熔覆Ti用顆粒陶瓷增強劑熔覆金屬獲得了梯度多層結(jié)構(gòu)。梯度的變化可以通過控制初始涂層A的數(shù)量和厚度,以及熔區(qū)的深度來獲得,熔區(qū)的深度本身由激光的功率和移動速度來控制。該工藝可以顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱及電氣特性和生物活性等性能,但由于激光溫度過高,涂層表面有時會出現(xiàn)裂紋或孔洞,并且陶瓷顆粒與金屬往往發(fā)生化學(xué)反應(yīng)[10]。采用此法可制備Ti-Al、WC-Ni、Al-SiC系梯度功能材料[7]。

圖8同步注粉式激光表面熔覆處理示意圖[18]

4.2.3.3熱噴射沉積[10]

與等離子噴涂有些相關(guān)的一種工藝是熱噴涂。用這種工藝把先前熔化的金屬射流霧化,并噴涂到基底上凝固,因此,建立起一層快速凝固的材料。通過將增強粒子注射到金屬流束中,這種工藝已被推廣到制造復(fù)合材料中。陶瓷增強顆粒,典型的如SiC或Al2O3,一般保持固態(tài),混入金屬液滴而被涂覆在基底,形成近致密的復(fù)合材料。在噴涂沉積過程中,通過連續(xù)地改變增強顆粒的饋送速率,熱噴涂沉積已被推廣產(chǎn)生梯度6061鋁合金/SiC復(fù)合材料?？梢允褂脽岬褥o壓工序以消除梯度復(fù)合材料中的孔隙。

4.2.3.4電沉積法

電沉積法是一種低溫下制備FGM的化學(xué)方法。該法利用電鍍的原理,將所選材料的懸浮液置于兩電極間的外場中,通過注入另一相的懸浮液使之混合,并通過控制鍍液流速、電流密度或粒子濃度,在電場作用下電荷的懸浮顆粒在電極上沉積下來,最后得到FGM膜或材料[8]。所用的基體材料可以是金屬、塑料、陶瓷或玻璃,涂層的主要材料為TiO2-Ni,Cu-Ni,SiC-Cu,Cu-Al2O3等。此法可以在固體基體材料的表面獲得金屬、合金或陶瓷的沉積層,以改變固體材料的表面特性,提高材料表面的耐磨損性、耐腐蝕性或使材料表面具有特殊的電磁功能、光學(xué)功能、熱物理性能,該工藝由于對鍍層材料的物理力學(xué)性能破壞小、設(shè)備簡單、操作方便、成型壓力和溫度低,精度易控制,生產(chǎn)成本低廉等顯著優(yōu)點而備受材料研究者的關(guān)注。但該法只適合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]

4.2.3.5氣相沉積法

氣相沉積是利用具有活性的氣態(tài)物質(zhì)在基體表面成膜的技術(shù)。通過控制彌散相濃度,在厚度方向上實現(xiàn)組分的梯度化,適合于制備薄膜型及平板型FGM[8]。該法可以制備大尺寸的功能梯度材料,但合成速度低,一般不能制備出大厚度的梯度膜,與基體結(jié)合強度低、設(shè)備比較復(fù)雜。采用此法己制備出Si-C、Ti-C、Cr-CrN、Si-C-TiC、Ti-TiN、Ti-TiC、Cr-CrN系功能梯度材料。氣相沉積按機理的不同分為物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)兩類。

化學(xué)氣相沉積法(CVD)是將兩相氣相均質(zhì)源輸送到反應(yīng)器中進行均勻混合,在熱基板上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并使反映產(chǎn)物沉積在基板上。通過控制反應(yīng)氣體的壓力、組成及反應(yīng)溫度,精確地控制材料的組成、結(jié)構(gòu)和形態(tài),并能使其組成、結(jié)構(gòu)和形態(tài)從一種組分到另一種組分連續(xù)變化,可得到按設(shè)計要求的FGM。另外,該法無須燒結(jié)即可制備出致密而性能優(yōu)異的FGM,因而受到人們的重視。主要使用的材料是C-C、C-SiC、Ti-C等系[8、10]。CVD的制備過程包括：氣相反應(yīng)物的形成；氣相反應(yīng)物傳輸?shù)匠练e區(qū)域；固體產(chǎn)物從氣相中沉積與襯底[12]。

物理氣相沉積法(PVD)是通過加熱固相源物質(zhì),使其蒸發(fā)為氣相,然后沉積于基材上,形成約100μm厚度的致密薄膜。加熱金屬的方法有電阻加熱、電子束轟擊、離子濺射等。PVD法的特點是沉積溫度低,對基體熱影響小,但沉積速度慢。日本科技廳金屬材料研究所用該法制備出Ti/TiN、Ti/TiC、Cr/CrN系的FGM[7~8、10~11]

4.2.4形變與馬氏體相變[8]

通過伴隨的應(yīng)變變化,馬氏體相變能在所選擇的材料中提供一個附加的被稱作“相變塑性”的變形機制。借助這種機制在恒溫下形成的馬氏體量隨材料中的應(yīng)力和變形量的增加而增加。因此,在合適的溫度范圍內(nèi),可以通過施加應(yīng)變(或等價應(yīng)力)梯度,在這種材料中產(chǎn)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體體積分數(shù)梯度。這一方法在順磁奧氏體18-8不銹鋼(Fe-18%,Cr-8%Ni)試樣內(nèi)部獲得了鐵磁馬氏體α體積分數(shù)的連續(xù)變化。這種工藝雖然明顯局限于一定的材料范圍,但能提供一個簡單的方法,可以一步生產(chǎn)含有飽和磁化強度連續(xù)變化的材料,這種材料對于位置測量裝置的制造有潛在的應(yīng)用前景。

4.3FGM的特性評價

功能梯度材料的特征評價是為了進一步優(yōu)化成分設(shè)計,為成分設(shè)計數(shù)據(jù)庫提供實驗數(shù)據(jù),目前已開發(fā)出局部熱應(yīng)力試驗評價、熱屏蔽性能評價和熱性能測定、機械強度測定等四個方面。這些評價技術(shù)還停留在功能梯度材料物性值試驗測定等基礎(chǔ)性的工作上[7]。目前,對熱壓力緩和型的FGM主要就其隔熱性能、熱疲勞功能、耐熱沖擊特性、熱壓力緩和性能以及機械性能進行評價[8]。目前,日本、美國正致力于建立統(tǒng)一的標準特征評價體系[7~8]。

5FGM的研究發(fā)展方向

5.1存在的問題

作為一種新型功能材料,梯度功能材料范圍廣泛,性能特殊,用途各異。尚存在一些問題需要進一步的研究和解決,主要表現(xiàn)在以下一些方面[5、13]:

1）梯度材料設(shè)計的數(shù)據(jù)庫（包括材料體系、物性參數(shù)、材料制備和性能評價等）還需要補充、收集、歸納、整理和完善；

2）尚需要進一步研究和探索統(tǒng)一的、準確的材料物理性質(zhì)模型，揭示出梯度材料物理性能與成分分布，微觀結(jié)構(gòu)以及制備條件的定量關(guān)系，為準確、可靠地預(yù)測梯度材料物理性能奠定基礎(chǔ)；

3）隨著梯度材料除熱應(yīng)力緩和以外用途的日益增加，必須研究更多的物性模型和設(shè)計體系，為梯度材料在多方面研究和應(yīng)用開辟道路；

4）尚需完善連續(xù)介質(zhì)理論、量子（離散）理論、滲流理論及微觀結(jié)構(gòu)模型，并借助計算機模擬對材料性能進行理論預(yù)測，尤其需要研究材料的晶面（或界面）。

5)已制備的梯度功能材料樣品的體積小、結(jié)構(gòu)簡單,還不具有較多的實用價值;

6)成本高。

5.2FGM制備技術(shù)總的研究趨勢[13、15、19-20]

1）開發(fā)的低成本、自動化程度高、操作簡便的制備技術(shù)；

2）開發(fā)大尺寸和復(fù)雜形狀的FGM制備技術(shù)；

3）開發(fā)更精確控制梯度組成的制備技術(shù)（高性能材料復(fù)合技術(shù)）；

4）深入研究各種先進的制備工藝機理，特別是其中的光、電、磁特性。

5.3對FGM的性能評價進行研究[2、13]

有必要從以下5個方面進行研究：

1）熱穩(wěn)定性，即在溫度梯度下成分分布隨時間變化關(guān)系問題；

2）熱絕緣性能；

3）熱疲勞、熱沖擊和抗震性；

4）抗極端環(huán)境變化能力；

5）其他性能評價，如熱電性能、壓電性能、光學(xué)性能和磁學(xué)性能等

6結(jié)束語

FGM的出現(xiàn)標志著現(xiàn)代材料的設(shè)計思想進入了高性能新型材料的開發(fā)階段[8]。FGM的研究和開發(fā)應(yīng)用已成為當前材料科學(xué)的前沿課題。目前正在向多學(xué)科交叉,多產(chǎn)業(yè)結(jié)合,國際化合作的方向發(fā)展。

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篇（4）

1.培養(yǎng)模式不利于專業(yè)碩士科技論文寫作

專業(yè)碩士要求畢業(yè)后能夠承擔生產(chǎn)、研發(fā)、技術(shù)服務(wù)等的一線工作，與傳統(tǒng)的純學(xué)術(shù)上的研究生教育相比，高校在全日制專業(yè)碩士的培養(yǎng)上更著重于聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)研發(fā)的實踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)。因此，在專業(yè)碩士的培養(yǎng)上就要求增多實踐實習類教學(xué)。以材料工程專業(yè)碩士為例，他們有一部分時間是在工廠或企業(yè)中度過，這種實踐教學(xué)模式必然會減少專業(yè)碩士的科技論文寫作時間和能力。

2.高校對專業(yè)碩士科技論文寫作課程重視不夠

目前高校雖開設(shè)了科技論文寫作課程，但課程主要講解科技論文的寫作要求及內(nèi)容，學(xué)生只能學(xué)到科技論文的寫作格式，缺乏基礎(chǔ)載體，對于給定的研究對象，用什么方法加以研究，還是無從知曉。而且，高校在專業(yè)碩士實踐教學(xué)和科技論文寫作教學(xué)方面結(jié)合得還不夠，學(xué)生不能很好地將實踐成果如實驗數(shù)據(jù)等歸納整理到科技論文中去。

3.學(xué)生寫作能力差，主動性不強

目前研究生尤其是理工科學(xué)生寫作水平較低，面對科技論文感到壓力很大，往往帶著強烈的排斥情緒去完成寫作，更提不上主動地開展科學(xué)問題研究。不少研究生對科技論文、研究報告甚至畢業(yè)設(shè)計都采取應(yīng)付的態(tài)度，缺乏創(chuàng)新思維和能力。學(xué)生還存在實踐過程中不知如何把理論知識應(yīng)用于實踐，不能很好地閱讀和理解英文文獻等問題。

4.缺乏提高學(xué)生科技論文寫作能力的實踐活動

進行科技論文的創(chuàng)作，需要大量的寫作經(jīng)驗和素材?？萍颊撐膶懽骰顒拥拈_展，如開放高水平科研平臺資源，開展交叉學(xué)科學(xué)術(shù)交流，定期開展課題組科研報告，邀請有經(jīng)驗的老師和同學(xué)做學(xué)術(shù)交流等活動，能夠培養(yǎng)學(xué)生的寫作積極性，能夠鍛煉學(xué)生快速有效地獲取并分析科研資源和綜合運用科研知識撰寫科技論文的能力。但目前高校在這方面的培養(yǎng)主要停留在理論課程方面，缺乏提高學(xué)生科技論文寫作能力的實踐活動。

二、專業(yè)碩士科技論文寫作能力培養(yǎng)的探索與實踐

專業(yè)碩士的培養(yǎng)目標要求其知識構(gòu)成既要專業(yè)又要全面。加強專業(yè)碩士的科技論文寫作能力的培養(yǎng)有助于充實學(xué)生的專業(yè)知識，也有助于學(xué)生科技創(chuàng)新能力、邏輯思維、語言組織和總結(jié)歸納能力的提高。筆者從專業(yè)碩士的特點入手，針對這個新生的研究生群體探索和歸納了如下幾點提高專業(yè)碩士科技論文寫作能力的舉措：

1.提高高校對專業(yè)碩士科技論文寫作的重視

首先，我國現(xiàn)有的針對專業(yè)碩士的科技論文寫作教學(xué)體系還不夠完善，高校各級領(lǐng)導(dǎo)和老師應(yīng)從制度上重視專業(yè)碩士的科技論文寫作能力培養(yǎng)，采取靈活實用的教學(xué)方法，制定切實有效的措施，強化管理和監(jiān)督機制來保證論文寫作質(zhì)量。其次，我國目前研究生教育實行導(dǎo)師制，導(dǎo)師在提高研究生論文寫作水平中充當著重要的角色。為此，各高校需要加大師資力量的投入，打造優(yōu)秀的研究生導(dǎo)師隊伍，增強導(dǎo)師的工作積極性和使命感，聘請具有豐富寫作經(jīng)驗的老師授課。最后，高校應(yīng)重視專業(yè)碩士科技論文寫作教學(xué)，編寫具有針對性的教材，建設(shè)國際化的課程體系，設(shè)置合理的課程結(jié)構(gòu)，注重寫作課程的專業(yè)性和實用性。

2.優(yōu)化科技論文寫作課程教學(xué)

傳統(tǒng)的科技論文寫作教學(xué)主要在理論層面，對于專業(yè)碩士而言，可以通過結(jié)合寫作理論課和寫作實踐課來達到優(yōu)化寫作教學(xué)的目的。在專業(yè)碩士的科技論文寫作課程教學(xué)中，除了向?qū)W生講解科技論文的寫作格式、內(nèi)容、要求和創(chuàng)作思路外，還應(yīng)做到：（1）向?qū)W生介紹和演示常用的論文檢索方法。例如對材料工程碩士而言，要使學(xué)生學(xué)會利用知網(wǎng)、維普網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫、ISIWebofScience、EIVillage、Springer、Elsevier和Google學(xué)術(shù)搜索等檢索資源查詢文獻。（2）向?qū)W生介紹不同研究方向的中英文專業(yè)詞匯和關(guān)鍵詞，以利于學(xué)生檢索和閱讀文獻。（3）教會學(xué)生使用Excel、Origin等數(shù)據(jù)處理軟件，現(xiàn)場演示，增加學(xué)生學(xué)習的好奇感和積極性，讓學(xué)生學(xué)會軟件的實際操作。（4）舉例說明寫作過程，在學(xué)生心中確立參照，激發(fā)其寫作的動力。（5）實時以作業(yè)強化學(xué)生對課程的理解，進行論文寫作能力的實踐，以撰寫綜述類論文的方式對學(xué)生的課程掌握程度進行考查。

3.建設(shè)科研平臺、舉辦科研活動

科研平臺和科研活動是提高研究生科技論文寫作能力的有力手段。為此，各高校應(yīng)注重科研平臺的建設(shè)，如開設(shè)研究生科技創(chuàng)新項目，成立專項創(chuàng)新基金用于學(xué)生科技立項及科學(xué)研究，讓學(xué)生提前進入實驗室參與科學(xué)實驗，以及通過校企結(jié)合和科研孵化搭建研究生科技創(chuàng)新平臺等為學(xué)生提供良好的科技論文寫作條件。學(xué)生在各種科研平臺的有力推動下可以將其科研成果進行歸納和總結(jié)，并結(jié)合項目內(nèi)容撰寫科技論文。同時，高校應(yīng)注重創(chuàng)造有利于學(xué)生科技發(fā)展的學(xué)術(shù)研討氛圍，利用科研活動對學(xué)生進行適當?shù)囊龑?dǎo)，如開展豐富多彩的課外科技實踐活動，強化研究生課外訓(xùn)練，定期邀請國內(nèi)外專家進行學(xué)術(shù)專題講座，鼓勵學(xué)生參與各種各樣的科研競賽等，使學(xué)生掌握自己研究領(lǐng)域的最新科研動態(tài)，充實專業(yè)知識。此外，高校應(yīng)完善研究生創(chuàng)新激勵機制，可設(shè)立科研基金對研究生科技論文等科研成果給予獎勵，轉(zhuǎn)化研究生科技創(chuàng)新成果，提高學(xué)生對科技創(chuàng)新的重視。

4.聯(lián)合實踐教學(xué)與科技論文寫作教學(xué)

科研實驗和實習實訓(xùn)等實踐教學(xué)的開展能夠?qū)W(xué)生在課堂中學(xué)到的理論知識運用到實際中去，而科技論文寫作教學(xué)旨在指導(dǎo)學(xué)生有目的地進行實踐活動，把課內(nèi)教學(xué)、課外科學(xué)研究與實踐緊密地結(jié)合起來。專業(yè)碩士的培養(yǎng)目標要求學(xué)生較快地承擔起企業(yè)生產(chǎn)研發(fā)和技術(shù)服務(wù)等的實際一線工作，這就要求其培養(yǎng)模式中實踐教學(xué)的比例要高于傳統(tǒng)的研究生教學(xué)。針對專業(yè)碩士的這一特點，應(yīng)強化學(xué)生實驗實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)地構(gòu)建聯(lián)合專業(yè)碩士實踐教學(xué)和科技論文寫作教學(xué)來提高專業(yè)碩士科技創(chuàng)新能力的內(nèi)容和實現(xiàn)方法。首先，需要學(xué)校重充分利用現(xiàn)有實踐教學(xué)資源，結(jié)合國內(nèi)外研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的成功經(jīng)驗，及時解決實踐教學(xué)中暴露的問題，利用產(chǎn)學(xué)研的有機結(jié)合來推動研究生實踐教學(xué)的順利開展。其次，需要強化學(xué)生對實踐教學(xué)的理解，增強研究生的科技創(chuàng)新意識和參與科研活動的積極性，使學(xué)生能用科技論文的創(chuàng)作思維去進行科研實踐活動，也能將實踐中的收獲運用到科技論文的創(chuàng)作中去，從而提高學(xué)生的寫作能力。我校目前和重慶理工大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)有十六名材料工程碩士，學(xué)校在專業(yè)碩士的培養(yǎng)上給予了高度重視，在培養(yǎng)模式上實行校內(nèi)和企業(yè)雙導(dǎo)師制，已與華益機械鑄造有限責任公司、招商局鋁業(yè)（重慶）有限公司、中船重工重慶紅江機械有限責任公司、永紅機械公司、成量集團有限公司、都江堰光明玻璃有限公司等大型企業(yè)簽訂了聯(lián)合培養(yǎng)研究生的合作協(xié)議。課程體系上，學(xué)校為突出專業(yè)碩士特色，形成科學(xué)合理的課程群，開設(shè)有材料成型、粉末冶金、微納米材料與器件和薄膜材料四個研究方向。學(xué)校還實施專項基金，設(shè)立“材料工程研究生創(chuàng)新基金”鼓勵教師和學(xué)生參與科研。既利用現(xiàn)有實驗室條件，組織學(xué)生開展科學(xué)實驗，提高學(xué)生的實踐能力，同時也提高了儀器設(shè)備的使用率?；谝陨蟽?yōu)勢并通過研究生的寫作課程教學(xué)和工程實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)，我校專業(yè)碩士近兩年在國內(nèi)外知名期刊上發(fā)表了科技論文十余篇，學(xué)生的科技論文寫作水平得到了顯著提高。

篇（5）

一、前言

在建筑施工過程中隨著新工藝和新技術(shù)的不斷發(fā)展，保溫材料在建筑中的應(yīng)用也越加的廣泛，在建筑施工過程中相變保溫材料作為一種新的保溫材料正在被廣泛的使用。

二、保溫材料特點

1、真空隔熱板。在以往建筑工程項目的建設(shè)過程中，所用的保溫材料，其厚度相對比較大，易減少層和層之間的距離，出現(xiàn)窗洞不斷加深等各種問題，為有效地解決這些問題，出現(xiàn)了一種新的保溫材料，即真空隔熱板，該材料自身較薄，同時所排放的CO量也較小，在其外表面裹有相應(yīng)的紙質(zhì)與金屬外殼，在殼間形成真空，且填充了纖維、壓縮硅酸鹽與泡沫塑料等，其中所填充的這種纖維為多孔。真空隔熱板作為一種高效且新型的材料，其應(yīng)用前景非常廣泛。

2、復(fù)合型硅酸巖保溫材料。該材料含有硅酸鹽、鋁以及鎂等物質(zhì)，是一種非金屬的礦物基料，通過添加相應(yīng)的輔助原料與化學(xué)添加劑，借助于新技術(shù)以及新工藝的應(yīng)用制造而成。縱觀我國當前建筑材料市場，這種材料是當前最為理想的一種保溫材料，其導(dǎo)熱系數(shù)相對較低、用料厚度也比較少且熱損也比較小，具有無毒特性，不會對設(shè)備造成腐蝕，也不會對環(huán)境造成污染，屬于一種高效保溫且輕質(zhì)性的材料。除此之外，相對于其他類型的保溫材料而言，該材料還具有無粉塵與無刺激等特點，能夠?qū)ζ溥M行任意地裁剪，便于施工等。

三、外墻保溫特點

不同的建筑在節(jié)能上的要求不同，根據(jù)節(jié)能標準在施工時將保溫材料同墻體固定復(fù)合，通過該種方式降低建筑墻體的導(dǎo)熱系數(shù)，達到隔熱的目的，使得建筑具有更好的保溫能力。保溫材料大多為導(dǎo)熱系數(shù)較低的塊材或者松散材料，可以通過直接粘附于墻上的辦法進行安裝，也可以將材料同外裝飾一齊掛在墻面上。外墻保溫分為三種：外保溫、夾心保溫以及內(nèi)保溫，就保溫效果而言，外保溫效果最佳。以下就外保溫特點展開敘述：

1、外保溫能夠消除熱橋效應(yīng)。

2、建筑采用外保溫的形式后，能夠使得室內(nèi)貯存更多熱量，這是由于保溫材料內(nèi)部實體墻熱容較大，因而可以達到保溫的目的。

3、對外保溫加強后，以室內(nèi)熱環(huán)境保持為前提對室溫做適當?shù)慕档?，不但能夠保證室內(nèi)環(huán)境溫度的適宜，同時還能夠降低能耗，以此節(jié)約能源減少采暖負荷。

4、由于墻體外添加了外保溫材料，因此建筑內(nèi)部的主體墻溫度會相對較高，從而濕度相對較低。由于保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)較小因此主體墻熱應(yīng)力減小，因而裂縫、變形以及破損等主體墻的病害出現(xiàn)幾率就會相對降低。

5、外墻保溫優(yōu)點概述：

（1）外墻保溫從技術(shù)結(jié)構(gòu)上分析能夠減少外界環(huán)境（降水、紫外線、溫度等）對主體結(jié)構(gòu)造成的不良影響。

（2）擴大使用空間。由于外墻保溫材料設(shè)置在外部，因此會節(jié)約內(nèi)部空間。

（3）在舊房改造中能夠發(fā)巨大的優(yōu)勢，且不會干擾人們的正常生活。

四、相變保溫材料在建筑工程節(jié)能技術(shù)中的應(yīng)用

1、相變保溫材料在建筑工程中的應(yīng)用特點

在建筑工程的施工建設(shè)中，采用相變保溫材料能夠大大提升工程的施工效率、促進工作進度和增加工程效益，這也給我國的可持續(xù)發(fā)展和建設(shè)和諧社會提供了新的途徑，同時這也是可持續(xù)發(fā)展觀念和建設(shè)和諧社會主義目標的主要途徑。變形保溫材料在建筑工程中的主要特點有如下幾點。

（1）新型保溫材料

一些性能良好的節(jié)能保溫材料對于建筑的保溫起到了很好的作用，這也讓現(xiàn)代建筑實現(xiàn)了大規(guī)模的節(jié)能目標。且在國外，一些發(fā)達國家已經(jīng)在建筑節(jié)能保溫材料方面取得了突破性的成果。

（2）紅外熱反射技術(shù)

紅外熱反射技術(shù)是最近新興保溫技術(shù)，它的工作原理是通過在建筑物的內(nèi)部或者外表以及護結(jié)構(gòu)的空氣間層中通過采用高純度的鋁箔或者其他的一些高效熱反射材料，將絕大部分的紅外線反射回去，從而達到隔絕建筑物內(nèi)部熱量的散失、提高居住環(huán)境的舒適程度的目的。

2、配制漿料

保溫漿料需要專業(yè)人員來配制，這樣才不會出現(xiàn)攪拌不勻而出現(xiàn)保溫效果失常的情況。

3、抹底層相變節(jié)能材料

保溫層應(yīng)當分成三次涂抹，且每一次的厚度應(yīng)當控制在10～12mm左右。每次涂抹的間隔時間也不能太短，這樣才能夠保證涂抹層的穩(wěn)定性。

五、相變材料與隔熱材料的具體應(yīng)用

節(jié)能環(huán)保意識的逐漸增強，促使人們對房屋建筑質(zhì)量在節(jié)能環(huán)保方面的要求有所提高，建筑市場對保溫隔熱型環(huán)保材料的應(yīng)用也變得更加重視。隨著深入探索與實踐，隔熱保溫材料在墻體中的應(yīng)用理論和技術(shù)日益完善和成熟。外墻保溫材料的應(yīng)用主要分為三類：內(nèi)保溫、外保溫以及空夾心復(fù)合型墻體保溫。外墻保溫材料的應(yīng)用使得建筑節(jié)能環(huán)保效果有了大幅度的提高。由于保溫隔熱材料自身導(dǎo)熱系數(shù)低、構(gòu)成材質(zhì)強，熱穩(wěn)定性極佳，同時耐火、耐氣候性強等特點，因此較之一般材料，具有非常顯著的優(yōu)越性。特別是保溫隔熱材料具備良好的抗壓性、耐火性，極其適合現(xiàn)代建筑的實際需求。目前市場中還有一些玻璃材料，具有非常良好的保溫效果，而且種類日益繁多，比如吸熱玻璃、調(diào)光玻璃、熱反射玻璃、低輻射玻璃等，在實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能、降低污染的同時，還能充分滿足人們的個性化需求，因此在現(xiàn)代建筑中可以廣泛利用。

基于標準房間熱過程模擬的非穩(wěn)態(tài)傳熱模型，并采用專用氣象數(shù)據(jù)對相變材料的兩種不同應(yīng)以北京的建筑為例，就外墻的保溫節(jié)能工程進行闡述。

對于被動式建筑，可充分利用白天太陽能和夜間冷風自然資源，將相變材料應(yīng)用于被動式建筑中，在夏天材料可吸收室內(nèi)多余熱溫，進而降低室內(nèi)溫度波動幅度，可蓄存夜間冷風量，使室內(nèi)始終保持較好的舒適度。通過對北京地區(qū)建筑有外保溫和無外保溫、內(nèi)墻為相變墻體和普通墻體的夏季室內(nèi)溫度變化情況進行分析發(fā)現(xiàn)，當內(nèi)墻采用相變墻體且墻體熔點合適時，被動式建筑房間的溫度在整個夏季都會滿足舒適度要求，而應(yīng)用隔熱材料則不利于夜間散熱，其降低室溫的效果不明顯，在某種情況下甚至會出現(xiàn)室外溫度較低但室內(nèi)溫度卻較高的情況。通過對冬季有外保溫和無外保溫、內(nèi)墻為相變墻體和普通墻體的室內(nèi)溫度逐時變化情況進行分析發(fā)現(xiàn)，當被動式建筑采用的內(nèi)墻為相變墻體時對室內(nèi)溫度的影響較小，只有在室溫接近墻體熔點時才會發(fā)生相變，相變材料作用無法得到有效發(fā)揮，而隔熱材料卻具有良好的保溫效果。綜合考慮冬季、夏季外保溫和相變墻體對被動式建筑室內(nèi)溫度的影響時，無法選擇較為合適熔點的相變墻體同時滿足北京地區(qū)建筑對冬夏兩季舒適度的要求，雖然外保溫在夏季無法發(fā)揮作用，但是在冬季具有良好的保溫效果，所以采用隔熱材料來提高被動式建筑舒適度更為合理。

對于相變材料與隔熱材料在主動式建筑中的應(yīng)用則可通過空調(diào)、采暖運行過程中的耗電量來對兩者應(yīng)用效果進行比較分析。主動式建筑在冬季采暖期間，采用相變蓄能式電加熱地板采暖系統(tǒng)，白天耗電量較低，只是普通房間的20%左右，這有利于緩解白天供電緊張的情況，同時也可大大節(jié)約采暖費，而采用隔熱材料時不僅耗電量低，采暖費的節(jié)約率也更高。在夏季，主動式建筑北墻采用相變墻體時，其單位面積空調(diào)冷耗量最小，相較于普通房間要低約16%，而在墻體內(nèi)設(shè)置保溫層或是添加相變材料空調(diào)降耗效果并不明顯。雖然夏季使用相變墻體能夠降低冷耗量，但是針對北京地區(qū)氣象條件，其冬季采暖比重更高，由此可以推斷，若綜合考慮全年空調(diào)采暖耗量，選擇外保溫比較合適。

六、結(jié)束語

在建筑設(shè)計施工過程中我們要不斷的提高節(jié)能意識，在建筑施工中應(yīng)用新工藝和新技術(shù)來提高節(jié)能效果。

篇（6）

中圖分類號：TU761文獻標識碼： A 文章編號：

引言：

節(jié)約能源是我國刻不容緩的突出問題，其中建筑節(jié)能是重中之重，這是因為建筑能耗量約占全國總用能量的 1/4，居耗能首位。中國的經(jīng)濟和能源面對這種巨大壓力時，政府已陸續(xù)出臺相關(guān)法律文件，實行具體政策，推動建筑節(jié)能是符合中國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。隨著社會和經(jīng)濟不斷發(fā)展，建筑領(lǐng)域內(nèi)開展節(jié)能方面的學(xué)術(shù)研究有利于生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，因此建筑節(jié)能保溫材料的研發(fā)是非常有必要的。我們需要對建筑材料的保溫隔熱性能、實用價值、材料的穩(wěn)定性等方面的優(yōu)、缺點進行深入剖析，以滿足不同條件下的使用需求。

一、對保溫材料分析

1、無機保溫材料

巖棉、玻璃棉和膨脹珍珠巖都屬于無機保溫材料，其中巖棉和玻璃棉有時統(tǒng)稱礦物棉， 它們是一種優(yōu)質(zhì)的保溫材料，應(yīng)用也最廣泛。

1.1無機保溫材料在建筑施工運用中的優(yōu)點：耐酸堿，耐腐蝕，不開裂，不脫落，穩(wěn)定性高，不會存在老化問題。具有不燃、不霉、不蛀、保溫、隔熱、隔音等性能，能夠做到與結(jié)構(gòu)壽命同步，價格較低施工簡便，適用范圍廣，對各種材質(zhì)各種形狀的墻體均合適。而且沒有冷熱橋產(chǎn)生，全封閉無接縫無空腔。不僅可以做外墻外保溫還可以做外墻內(nèi)保溫，或者外墻內(nèi)外在同時保溫和屋面的保溫和地熱的隔熱層。防火等級高阻燃性能好，適用廣泛，大多用于密集的住宅、防火等級要求嚴格的公共場所。另外，還可作為防火隔離帶的施工材料，可達到高級別防火標準。

1.2無機保溫材料存在以下主要缺點：不環(huán)保、保溫性能差、受壓強度低下；吸濕性高、在施工中會對人產(chǎn)生有害氣體，如玻璃棉潮濕后會釋放有毒氣體，一些發(fā)達國家已經(jīng)禁止此類材料的使用。

2、有機發(fā)泡類保溫材料

聚苯乙烯泡沫保溫材料是一種熱塑性材料（又叫EPS板和XPS板），優(yōu)越于無機保溫材料性能。目前膨脹聚苯板EPS、擠塑聚苯板XPS、噴涂聚氨酯SPU和聚苯顆粒等都屬于我國有機發(fā)泡類建筑節(jié)能保溫材料，輔助材料有聚合物粘結(jié)砂漿、界面劑和界面砂漿、專用膨脹螺絲、耐堿玻纖網(wǎng)格布和鍍鋅鋼絲網(wǎng)格布等。

2.1有機保溫材料有以下優(yōu)點：它具有密度小、重量輕、可加工性能好、導(dǎo)熱系數(shù)小、低吸水率、保溫隔熱隔音性能好、結(jié)構(gòu)均勻而且尺寸精度高等優(yōu)點，主要應(yīng)用有聚苯板、鋼絲網(wǎng)架夾芯復(fù)合內(nèi)外墻板、金屬復(fù)合夾芯板等

2.2他在施工運用中的缺點：由于EPS/XPS保溫材料有空腔結(jié)構(gòu)，所以外界空氣容易通過縫隙影響保溫效果；抗風性差：EPS抗拉強度在干燥狀況下僅為0.1M pa，浸水后更低，所以EPS保溫材料一般不用于高層建筑；由于實際中很難做到EPS/XPS保溫材料必須存放40天后才能用于施工，所以應(yīng)用EPS保溫材料的工程易出現(xiàn)裂縫、墻體透濕和返水現(xiàn)象；EPS/XPS保溫材料大都采用氟利昂發(fā)泡，很容易造成大氣污染，遇火高溫下產(chǎn)生的熔滴易發(fā)生二次燃燒，具有極快的火焰?zhèn)鞑ニ俣?。因此公共場所和高層建筑必須謹慎使用；在發(fā)達的美國有多個州禁止使用；在英國18米以上建筑不允許使用EPS板作外墻保溫材料；歐洲許多板材廠不再生產(chǎn)EPS板；許多保險公司已禁止給EPS板作保溫建筑保險。

3、聚氨酯硬泡節(jié)能保溫材料

3.1聚氨酯PU硬泡節(jié)能保溫材料的優(yōu)點：它較無機保溫材料和有機保溫材料的熱導(dǎo)率最低。它使用最小的絕緣材料厚度來達到同樣的隔熱效果。硬泡閉孔率高達95% 以上的閉孔結(jié)構(gòu)，具有很好的防水、隔汽性能，能阻隔水、水蒸氣滲透，使墻體保持穩(wěn)定的絕熱狀態(tài)，這是其他材料不能媲美的優(yōu)點。聚氨酯PU 硬泡節(jié)能保溫材料的韌性很好，不易產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，耐沖擊具有較強的抵抗外力的能力。

3.2聚氨酯PU硬泡節(jié)能保溫材料的缺點：國產(chǎn)的環(huán)保、阻燃和消煙性能不過關(guān)，在燃燒時易產(chǎn)生大量濃煙，引起人員傷亡，某些地方規(guī)定不許在高層及公共場所建筑使用該材料。

4、復(fù)合型材料

利用處理過的農(nóng)作物秸桿和經(jīng)過無害處理的保溫材質(zhì)的垃圾通過發(fā)泡等技術(shù)手段生產(chǎn)的空心材料等是復(fù)合型材料。

4.1復(fù)合材料的優(yōu)點：保溫隔熱性能好，它兼具無機材料的很多優(yōu)點（如防火能力，變形系數(shù)小，抗老化，性能穩(wěn)定，絕緣層，高強度，良好的環(huán)保，壽命長，施工難度小，成本低），以及其原材料來源廣泛，節(jié)約資源，提高資源的循環(huán)再利用。

4.2復(fù)合材料缺點：復(fù)合材料在市場上局限正處在研發(fā)發(fā)展中。有一定的保溫隔熱效果，應(yīng)用上也取得了一定進展，但其性能和應(yīng)用上存在局限性：成本較高，涂層老化快。

5、發(fā)泡水泥

發(fā)泡水泥是通過發(fā)泡機的發(fā)泡系統(tǒng)利用機械方式充分泡沫，使泡沫和水泥漿料均勻地混合，然后經(jīng)過發(fā)泡機的泵送系統(tǒng)進行現(xiàn)澆施工或模具成型，經(jīng)自然養(yǎng)護形成的一種含有大量封閉氣孔的新型輕質(zhì)保溫材料。

5.1發(fā)泡水泥的優(yōu)點：強度高，發(fā)泡水泥絕熱層的強度明顯高于聚苯板絕熱層的強度。經(jīng)適當養(yǎng)護，正常施工的發(fā)泡水泥絕熱層在容重為400kg/cm3時，其立方抗壓強度可達2MPa以上，足夠承載各種施工荷載；保溫性能好經(jīng)計算得知：發(fā)泡水泥保溫效果要明顯優(yōu)于聚苯板保溫效果；穩(wěn)定性發(fā)泡水泥與一般混凝土一樣，都屬于無機材料，有著極其穩(wěn)定的化學(xué)性能，在正常情況下，歷經(jīng)百年也不會老化變質(zhì)，且不燃燒、環(huán)保；施工因素發(fā)泡水泥適合采用機械化大面積施工，勞動強度低，工程進度快，且與上、下各構(gòu)造層容易結(jié)合為一體；經(jīng)濟性由于發(fā)泡水泥的主要材料是水泥，且基本無廢料，又可省略找平層等多道工序，綜合造價相對要低一些。

5.2發(fā)泡水泥的缺點：強度低，吸水率高，無法與泡沫玻璃、泡沫陶瓷、酚醛泡沫板、聚苯顆粒、聚苯板、擠塑板等墻體保溫材料相比。

6、聚苯顆粒保溫漿料

聚苯顆粒保溫料漿是由聚苯顆粒和保溫膠粉料組成。使用時按配比加水在攪拌機中攪拌完成后再加入聚苯顆粒，充分攪拌后形成塑性良好的膏狀體，將其抹于墻體干燥后便形成保溫性能優(yōu)良的隔熱層。

6.1聚苯顆粒保溫漿料優(yōu)點：該材料具有導(dǎo)熱系數(shù)低，保溫隔熱性能好，抗壓強度高，粘接力強，附著力強，耐凍融等優(yōu)點，而且施工方便施工速度快，施工速度快。對平整度要求不高的基層施工適應(yīng)好，可以減少大量的剔鑿工序，施工質(zhì)量好。每平米造價低，經(jīng)濟效益好。但聚苯顆粒保溫材料的吸水率高于其他材料，使用時必須加做抗裂防水層。由抗裂水泥砂漿復(fù)合玻纖網(wǎng)組成抗裂保護層材料，有效控制裂縫的產(chǎn)生。聚苯顆粒保溫料漿容易成型、可以適應(yīng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑保溫，彌補聚苯乙烯泡沫塑料板的不足，因此它在建筑保溫隔熱材料的應(yīng)用上占有重要地位。

6.2聚苯顆粒保溫漿料在施工運用中的缺點：墻體界面的界面砂漿不夠，可能降低附著力。

二、為我國建筑節(jié)能保溫材料的健康發(fā)展提以下建議

1、增加投入研發(fā)力度，增加產(chǎn)品穩(wěn)定性。

在我國建筑行業(yè)的應(yīng)用研發(fā)進展緩慢，需要加大投入研發(fā)力度，增加產(chǎn)品質(zhì)量和各項性能。

2、完善相關(guān)法規(guī)，強制性節(jié)能環(huán)保。

必須加大建筑節(jié)能的工作研究，制定和頒布相應(yīng)的建筑節(jié)能法規(guī)，加大建筑保溫行業(yè)的執(zhí)法力度，強制建筑企業(yè)使用新型保溫材料。

結(jié)語：

從現(xiàn)在節(jié)能保溫材料的使用，已經(jīng)看到了我們未來的發(fā)展方向是美好的。是智能化、綠色化、生態(tài)化方向發(fā)展。選擇好的保溫材料，才能有力的發(fā)揮外墻保溫系統(tǒng)的保溫性能。既有利于緩解能源緊張，又能減少溫室氣體。國家建設(shè)部節(jié)能總體目標是：到2020年北方和沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)新建筑實現(xiàn)節(jié)能65%，所以今后的努力的方向是不斷改善節(jié)能保溫材料的各種不足，不斷提高優(yōu)良性能。未來建筑將是由專業(yè)建筑師，結(jié)構(gòu)工程師，設(shè)備工程師，建筑物理學(xué)家，能源專家，共同發(fā)展建設(shè)。高效節(jié)能設(shè)施將成為未來建筑的核心，只有這樣才能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的建筑節(jié)能，保護生態(tài)。

參考文獻:

篇（7）

經(jīng)濟全球化和文化全球化的快速發(fā)展，促進了人才的國際流通性。符合新時代要求的人才，需要具有國際視野和國際競爭力。為了提高工程科學(xué)技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量，使工程教育專業(yè)質(zhì)量標準與國際接軌，我國于2016年成為《華盛頓協(xié)議》的締約成員，工程教育專業(yè)認證不僅可以推動和發(fā)展我國的工程教育專業(yè)質(zhì)量，國外先進的教學(xué)理念還可以彌補我國工程科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的教學(xué)不足，優(yōu)化我國的工程科學(xué)技術(shù)人才隊伍[1]。功能材料專業(yè)英語是功能材料專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，側(cè)重于功能材料專業(yè)英語知識、重點詞匯、科技論文寫作和專業(yè)閱讀材料中英互譯的教學(xué)。學(xué)生通過該課程的學(xué)習，可以掌握部分專業(yè)英語詞匯，可以獨立閱讀功能材料專業(yè)相關(guān)的英文文獻，撰寫簡單的英文專業(yè)論文摘要，為將來的學(xué)習和工作打下專業(yè)英語基礎(chǔ)。但是，一般情況下，該門課程為32學(xué)時，在較短的時間內(nèi)提高學(xué)生的專業(yè)英語水平難度較大。并且傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式?jīng)]有辦法充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習積極性，英語基礎(chǔ)本就薄弱的學(xué)生在接觸難度較大的專業(yè)英語時，容易產(chǎn)生畏難情緒。結(jié)合工程教育專業(yè)認證的要求，以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，就這需要對傳統(tǒng)的教學(xué)模式進行改革。包括對教學(xué)內(nèi)容的改革，課堂角色的變換以及課程考核方式的改革[2-3]。

1教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

以往的功能材料專業(yè)英語課程主要向?qū)W生介紹功能材料專業(yè)英語的重點詞匯，科技論文的結(jié)構(gòu)和寫作方法。主要培養(yǎng)學(xué)生在閱讀、理解、翻譯和寫作等方面的能力，使學(xué)生能夠閱讀專業(yè)相關(guān)的英文文獻和資料，為后期的深造和工作打下英語基礎(chǔ)。而在工程教育專業(yè)認證的背景下，功能材料專業(yè)的培養(yǎng)目標是將學(xué)生培養(yǎng)成能適應(yīng)社會發(fā)展需要，具有社會責任感、有團隊精神、有良好的交流能力和國際視野，能夠使用工程基礎(chǔ)與專業(yè)知識解決科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)管理中出現(xiàn)的復(fù)雜工程問題的高級工程技術(shù)型人才[4-5]。對照工程教育專業(yè)認證的要求，在課程的實施過程中僅僅培養(yǎng)學(xué)生的讀寫能力顯然是不夠的。要具有國際視野和良好的交流能力，聽和說的能力也十分重要。所以在制定教學(xué)大綱時，統(tǒng)籌考慮學(xué)生聽、說、讀、寫能力的培養(yǎng)，合理分配聽、說、讀、寫四個方面的教學(xué)內(nèi)容。在講授專業(yè)知識的過程中，使用雙語教學(xué)提高學(xué)生的聽力水平，并鼓勵學(xué)生大膽說英文。功能材料專業(yè)的學(xué)生在進入本科階段后，只有第一學(xué)年有英語課程，學(xué)生說英語的機會很少，并且大多數(shù)學(xué)生基于各種原因不敢說英語、害怕說英語。在教學(xué)的過程中，要培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)英語知識的學(xué)習興趣，引導(dǎo)其利用網(wǎng)絡(luò)資源和校內(nèi)圖書館資源獲取最新的音視頻材料，提高學(xué)生的聽說能力，使其能夠使用英語進行簡單的專業(yè)知識交流和技術(shù)溝通，為后續(xù)的工作學(xué)習奠定基礎(chǔ)。

2課堂角色的轉(zhuǎn)變

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)過程中，教學(xué)活動以教師為中心。工程教育專業(yè)認證要求以產(chǎn)出為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心。要求教師在教學(xué)過程中提高學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習熱情。功能材料專業(yè)英語是一門集專業(yè)知識和英語于一體的課程，不僅要求學(xué)生掌握扎實的專業(yè)知識，還要求學(xué)生具有一定的英語聽說讀寫能力。這就要求學(xué)生課前要對專業(yè)知識進行預(yù)習和復(fù)習，課后要進行廣泛的英語聽力練習和英文科技論文的閱讀和翻譯。課堂是教學(xué)育人的主渠道，教師要結(jié)合講授法、互動教學(xué)法和任務(wù)驅(qū)動法提高學(xué)生的學(xué)習積極性和課堂參與度。在課堂教學(xué)過程中，要善于利用雨課堂和MOOC學(xué)習平臺提高學(xué)生學(xué)習的積極性和主動性，采用啟發(fā)式教學(xué)引入知識點，引導(dǎo)學(xué)生進行思考和討論，突出教學(xué)重點和難點。建立課程學(xué)習QQ群，及時和學(xué)生進行問題交流，鼓勵學(xué)生使用萬方數(shù)據(jù)庫、知網(wǎng)和webofscience進行專業(yè)資料檢索。組織學(xué)生成立學(xué)習小組，模擬國際會議，開展課堂專題報告和學(xué)術(shù)交流。通過互換教學(xué)身份提高學(xué)生的學(xué)習積極性和課堂氛圍，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神，增強學(xué)生的交流溝通能力，鍛煉學(xué)生收集材料、篩選材料、總結(jié)材料的能力。同時提高學(xué)生的英語口語表達能力，提高學(xué)生的專業(yè)自信。使得學(xué)生通過該門課程的學(xué)習，不僅可以掌握功能材料專業(yè)英語的重點詞匯，掌握專業(yè)英語的基本翻譯技巧和寫作技巧，還可以獲取檢索專業(yè)資料的能力，利用所學(xué)專業(yè)英語知識進行學(xué)術(shù)溝通和交流的能力。

3考核方式的調(diào)整

傳統(tǒng)的課程考核總成績包括期末考試卷面成績和平時成績兩部分，其中平時成績占30%，期末考試成績占70%。平時成績主要包括考勤、平時作業(yè)和課堂表現(xiàn)，期末考試主要考察學(xué)生的讀寫能力，這樣的考核方式?jīng)]有辦法考察學(xué)生的聽說能力，也不能全面而真實地反映學(xué)生的學(xué)習效果和學(xué)習質(zhì)量。并且以期末考試為主的考核方式，容易讓學(xué)生忽略平常的學(xué)習，導(dǎo)致考前突擊、臨時抱佛腳的考前現(xiàn)象。降低期末考試的比重，將課堂英語互動、英語專題演講和學(xué)生收集、整理、分析資料的能力納入考察范圍，可以有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣和課堂參與度，從而提高教學(xué)質(zhì)量。幫助學(xué)生克服畏難情緒，成為學(xué)習的主角，主動參與教學(xué)過程。給學(xué)生營造良好的學(xué)習氛圍，教學(xué)相長，讓教學(xué)過程成為雙方主動介入的過程。

4結(jié)語

工程教育專業(yè)認證是我國高等教育的必然趨勢，推動著工程教育改革的步伐。工程教育專業(yè)認證體系以學(xué)生為中心的理念，打破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，需要教師優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改進教學(xué)方法，調(diào)整考核方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習熱情，提高學(xué)生的主觀能動性，增強學(xué)生的溝通能力和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生求是的科學(xué)態(tài)度和求實的科學(xué)精神。

參考文獻

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[3]朱敏，朱鈺方．《功能材料學(xué)》課程全英語教學(xué)改革初探[J]．教育教學(xué)論壇，2015，3：61-62．

篇（8）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2011）35－0090－02

一、引言

我國傳統(tǒng)的通識教育過于強調(diào)基礎(chǔ)科學(xué)理論，弱化專業(yè)內(nèi)容和工程實踐，企業(yè)普遍反映畢業(yè)生缺乏創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。而西方國家針對這一問題開展了大量的研究實踐，成果豐富，其中尤以工程教育模式更為突出。它是以工程項目為載體，以從科研到運行為生命周期，讓學(xué)生主動參與實踐，以課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習工程?！白鲋袑W(xué)”是工程教育改革的戰(zhàn)略之一，中國教育部于2008年開始組織課題組進行試點。

《功能材料》是一門既有一定的理論基礎(chǔ)知識，又與實際應(yīng)用密切相關(guān)的多學(xué)科交叉的課程。以教師講解為主的傳統(tǒng)教學(xué)方式無法充分調(diào)動學(xué)生的參與積極性，解決實際問題的能力得不到體現(xiàn)。本文就是根據(jù)這一實際需要，適應(yīng)北京石油化工學(xué)院（以下簡稱“我院”）素質(zhì)教育，滿足培養(yǎng)綜合性、創(chuàng)新性、應(yīng)用型人才的要求，就工程教育模式下《功能材料》課程在教學(xué)方法、教學(xué)手段等方面的教學(xué)實踐進行探究。

二、工程教育模式應(yīng)用到《功能材料》課程的依據(jù)

將工程教育模式應(yīng)用到《功能材料》課程，符合高等院校工程教育培養(yǎng)的目標要求。工程教育模式突破了傳統(tǒng)教學(xué)模式，通過選取項目創(chuàng)設(shè)情景，協(xié)作學(xué)生學(xué)習開展教學(xué)，通過完成項目達到意義建構(gòu)，通過解決問題實現(xiàn)學(xué)生對知識的掌握，充分體現(xiàn)我院以研究型和應(yīng)用型人培養(yǎng)為目標的教育特點。

功能材料作為能源、計算機、通訊、電子等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究的基礎(chǔ)，近年來已成為材料科學(xué)領(lǐng)域中的研究熱點之一。種類繁多、功能各異的新型功能材料正在眾多不同領(lǐng)域?qū)萍嫉倪M步、社會的發(fā)展產(chǎn)生了越來越大的影響。目前根據(jù)我院2009版新大綱要求，《功能材料》課程涉及面廣、頭緒多、內(nèi)容繁雜、系統(tǒng)性不強，而且課程的理論教學(xué)時數(shù)相對較少。如果還像以前一樣照本宣科，在課堂上根本不能吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，教學(xué)效果不理想。而且，事實也證明，按照傳統(tǒng)方式培養(yǎng)出來的畢業(yè)生在今后的工作中的應(yīng)用能力也比較差，不能達到用人單位對人才的要求標準。

三、工程教育模式應(yīng)用于《功能材料》教學(xué)的實踐

以真實項目為載體開展項目式教學(xué)，能使學(xué)生親身經(jīng)歷產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作的項目開發(fā)生命周期，在與課程緊密聯(lián)系的項目實踐中積極主動地學(xué)習專業(yè)知識，提高學(xué)生對理論知識的應(yīng)用能力和實踐動手能力，增強學(xué)生的成就感，充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能。

1.構(gòu)思

根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容選取研究項目。課程研究項目是《功能材料》課程學(xué)習的一個重要組成部分。通過實施課程研究項目，學(xué)生可以深入掌握課程的理論知識體系，提高綜合應(yīng)用已有知識解決問題的能力，更好地培養(yǎng)材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)技術(shù)能力和綜合素質(zhì)。

2.課程研究項目設(shè)計

為了實現(xiàn)項目教學(xué)目標，我院設(shè)計了《功能材料》課程研究項目指導(dǎo)書，主要內(nèi)容包括：①項目的題目；②項目組成員；③項目的研究背景及意義；④項目擬開展的主要研究內(nèi)容；⑤擬采用的主要研究方法或研究工具等；⑥項目主要的日程安排或時間節(jié)點；⑦主要參考文獻。讓學(xué)生在完成研究項目指導(dǎo)計劃書的過程中掌握項目所包含的理論知識，真正實現(xiàn)“做中學(xué)”。

3.任務(wù)實現(xiàn)

教師經(jīng)過簡單的理論介紹和導(dǎo)入之后，帶領(lǐng)學(xué)生實施項目，鼓勵學(xué)生自己選取感興趣的項目。把學(xué)生分成小組（每組最多3個學(xué)生），每一小組選出一個組長，全面負責該組的任務(wù)。所有環(huán)節(jié)任務(wù)的實現(xiàn)都靠小組成員的共同努力。

研究項目選取的難易程度，研究內(nèi)容的多少，都會影響到每組的最終成績。每個小組要在項目報告中標明每個人在總體工作中的貢獻和工作比例，或者每個人負責的內(nèi)容。

4.成果展示

所有的項目都要按照規(guī)定的時間對教師和全體學(xué)生進行演示匯報。演示匯報的主要目的是讓教師和其他學(xué)生了解各組的工作和研究成果。小組的學(xué)生都要在臺前匯報，匯報前由教師指定主匯報人。每個項目演示匯報時間不超過10分鐘，另外有5分鐘的提問時間。每個組必須嚴格控制演示時間，超過時間1分鐘以上要扣分。

不同項目的設(shè)定有利于滿足不同層次學(xué)習者的學(xué)習需求，便于開展個性化、差異化教學(xué)。通過個體和合作的形式進行項目學(xué)習和實訓(xùn)，學(xué)生不僅能培養(yǎng)自主學(xué)習的能力，而且能培養(yǎng)合作、溝通和組織能力。項目完成后的及時反饋，又有利于學(xué)生間經(jīng)驗的分享。該模式構(gòu)建出一個開放性、研究性的學(xué)習環(huán)境，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為中心、以學(xué)生的全面發(fā)展為中心的教育思想。

四、在工程教育模式下教師的角色

將工程教育模式應(yīng)用到“功能材料”課程，有利于教師教學(xué)科研水平的提高。要將工程教育模式應(yīng)用到課程教學(xué)，教師必須結(jié)合院校教學(xué)實際，以及本校學(xué)生的知識層次、結(jié)構(gòu)能力，合理制定教學(xué)大綱，優(yōu)選教學(xué)內(nèi)容，加強教材建設(shè)，不斷改進教學(xué)方法、教學(xué)手段，理論結(jié)合實踐，設(shè)計工程項目，體現(xiàn)以能力培養(yǎng)為主的原則。這個過程本身就是一個學(xué)習知識、提高理論層次和教學(xué)水平的過程，也是工程教育的具體體現(xiàn)。這個過程有利于進行多種資源的有效整合，不僅要求教師具有良好的專業(yè)設(shè)計經(jīng)驗和教學(xué)組織能力，而且利于發(fā)揮學(xué)生的主體地位和教師的主導(dǎo)地位，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，能極大地提高教師的業(yè)務(wù)能力和教學(xué)科研水平。

五、結(jié)語

《功能材料》課程結(jié)合工程教育理念的教學(xué)模式，加強學(xué)生對課程內(nèi)容本質(zhì)性理解，促使學(xué)生結(jié)合課程主動考慮并構(gòu)思滿足要求的設(shè)計，設(shè)計的任務(wù)緊扣《功能材料》課程的核心內(nèi)容，并具有豐富的題材和多樣的結(jié)果。注重培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、團隊協(xié)作能力以及系統(tǒng)調(diào)控能力。使學(xué)生養(yǎng)成主動查找書籍資料的良好習慣，讓學(xué)生學(xué)會關(guān)注科技發(fā)展，極大地提高學(xué)生的系統(tǒng)調(diào)控能力。

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篇（9）

中圖分類號：G642.0；G642.3；TB34 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）05-0072-02 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標是立足廣東，面向珠江三角洲，培養(yǎng)掌握現(xiàn)代化學(xué)與材料學(xué)基礎(chǔ)的基本理論和研究方法，具備新材料研究和技術(shù)開發(fā)能力，能在化學(xué)、材料科學(xué)與工程及其相關(guān)領(lǐng)域，從事新材料的設(shè)計、檢測、研究、開發(fā)和管理等工作的高素質(zhì)復(fù)合型人才。無機功能材料是具有特殊電、磁、光、聲、熱、化學(xué)以及生物功能的新型材料，既是信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域和國防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，又在農(nóng)業(yè)、化工和建材等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造方面起著重要作用。無機功能材料是華南農(nóng)業(yè)大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程。本文結(jié)合教學(xué)實際，從教學(xué)內(nèi)容的更新、教學(xué)方法的探索和考核方式的改革等方面進行了有益的探索和實踐，取得了較好的效果。

一、加強教學(xué)內(nèi)容改革與優(yōu)化，建立教學(xué)新體系

無機功能材料課程內(nèi)容包括無機材料概論、晶態(tài)與非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)材料、壓電材料、介電材料、半導(dǎo)體材料、紅外材料、光導(dǎo)材料、變色材料、磁性材料、特種玻璃、生物功能材料、多孔材料等內(nèi)容。在十多年教學(xué)中，通過精選教學(xué)內(nèi)容，加強教學(xué)內(nèi)容改革與優(yōu)化，以“制備—結(jié)構(gòu)—特性—應(yīng)用”為主線，注重教學(xué)內(nèi)容與學(xué)科發(fā)展前沿、現(xiàn)代生活和生產(chǎn)實際相結(jié)合，體現(xiàn)了授課內(nèi)容的先進性、趣味性和實用性，提高了學(xué)生學(xué)習興趣。

1.教學(xué)內(nèi)容與學(xué)科發(fā)展前沿結(jié)合，體現(xiàn)先進性。緊跟學(xué)科發(fā)展前沿、瞄準研究熱點是更新課堂教學(xué)內(nèi)容的有效途徑。在授課過程中，注重從國際和國內(nèi)學(xué)術(shù)期刊中獲得無機功能材料研究的相關(guān)信息，把研究熱點與最具代表性的研究成果制成課件，展示給學(xué)生，使學(xué)生及時了解到最新的前沿知識，接觸學(xué)術(shù)前沿領(lǐng)域，激發(fā)學(xué)生的求知欲望[1，2]。例如，在講授壓電陶瓷材料時，首先講授傳統(tǒng)的壓電陶瓷，以PZT為基的二元系、三元系鉛基壓電陶瓷的制備、性能以及在國民經(jīng)濟和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)等方面應(yīng)用；其次向?qū)W生介紹這類壓電陶瓷中大量的鉛在制備、使用和廢棄處理過程中都會污染環(huán)境；最后介紹當前無鉛壓電陶瓷研究進展，包括BaTiO3基、BNT基和鈮酸鹽系等無鉛壓電陶瓷。講授無機超導(dǎo)材料時，先介紹物質(zhì)磁性的分類、磁性材料種類、特性和應(yīng)用，再介紹當前磁性材料科學(xué)的研究熱點——磁性半導(dǎo)體、分子基磁體以及同時具有鐵電和鐵磁雙重性質(zhì)的磁電復(fù)合材料。在講授無機多孔材料時，介紹2012年發(fā)表在《Nature Materials》上的吸附二氧化碳的新材料NOTT-202a的結(jié)構(gòu)、特性和應(yīng)用前景[3]。通過學(xué)科研究前沿知識的講授，體現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的先進性。

2.教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代生活實際結(jié)合，體現(xiàn)實用性。無機功能材料在日常生活中應(yīng)用廣泛。在課堂教學(xué)中，將教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代生活實際相結(jié)合，提高了學(xué)生的興趣。例如熱致變色材料是一種能對外界環(huán)境變化產(chǎn)生響應(yīng)的新型智能材料，其中的無機低溫熱變色材料具有隨溫度變化顏色改變的特性，可將在商標、封簽和票據(jù)上作特殊的標記進行化學(xué)防偽，用于冷凍食品、蔬菜和水果等各類食品適宜保存溫度的指示，制作熱變色家具、茶具和玩具，用于繪畫、美術(shù)作品和廣告中產(chǎn)生一些奇特的效果等[4]。變溫磁性材料與家用電飯鍋，壓電材料與煤氣灶和倒車報警器，變色玻璃與太陽鏡，氣敏陶瓷與煤氣報警器，熒光材料與彩色電視機，紅外材料與節(jié)水龍頭，形狀記憶合金與兒童矯牙，多孔材料與飲水機，無機納米抗菌材料與保健鞋墊，超導(dǎo)材料與磁懸浮列車，吸波材料與隱身飛機，泡沫玻璃與新型節(jié)能建筑材料等知識的介紹，使學(xué)生感受到無機功能材料在生活中無處不在。這種理論聯(lián)系生活實際的教學(xué)，增強理論課的實用性和趣味性。

二、加強教學(xué)方法和手段的更新，增強課堂教學(xué)效果

1.講授與討論相結(jié)合。在教師講授的同時，開展課堂討論式教學(xué)，既可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習的主動性和分析問題的能力，又可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，從而有效地提高課堂教學(xué)質(zhì)量[5，6]。本課程在教學(xué)過程中根據(jù)選課學(xué)生人數(shù)安排討論課次數(shù)，采用方式為：首先教師提出若干個課題，如金剛砂的制備、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，無機超導(dǎo)體的種類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，寶石中的化學(xué)以及氣敏陶瓷的種類、特性和應(yīng)用等；其次學(xué)生自由組合成2～3人小組，查閱文獻和制作PPT；最后每個小組推薦一名成員上臺講授。從實施效果來看，這種課堂討論教學(xué)改變了傳統(tǒng)的以教師講授為主和學(xué)生被動接受的教學(xué)模式，增強了學(xué)生學(xué)習的主動性，提高了學(xué)生查閱文獻、PPT制作、語言表達和綜合分析問題的能力，促進了教與學(xué)之間的互動，活躍了課堂教學(xué)氣氛。

2.傳統(tǒng)授課方式與現(xiàn)代教育手段相結(jié)合。將多媒體引入傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，是對傳統(tǒng)的教學(xué)方式的繼承、揚棄和補充，將抽象的知識直觀化和形象化，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習興趣，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習的積極性[5]。例如在講授超導(dǎo)材料時，先讓學(xué)生觀看磁懸浮現(xiàn)象的視頻，通過提出問題“為什么磁性圓片在低溫下會在金屬圓片的上方懸浮起來？”引入講授內(nèi)容——超導(dǎo)材料，然后從超導(dǎo)現(xiàn)象，超導(dǎo)特性，超導(dǎo)材料的種類、結(jié)構(gòu)及其在輸電、電機、交通運輸、微電子、電子計算機、生物工程、醫(yī)療和軍事等領(lǐng)域應(yīng)用進行講授。在講授發(fā)光材料時，先利用中山大學(xué)國家級精品課程《綜合化學(xué)實驗》網(wǎng)絡(luò)資源，讓學(xué)生觀看“化學(xué)發(fā)光材料制備”視頻，了解化學(xué)發(fā)光材料制備過程、結(jié)構(gòu)表征的方法和手段，觀察發(fā)光現(xiàn)象。在講授激光材料和壓電陶瓷前，播放一段激光雕刻機制作葫蘆工藝品和壓電陶瓷的有關(guān)應(yīng)用的視頻。在講授激光產(chǎn)生的機理時，采用動畫展現(xiàn)“三能級系統(tǒng)”、“四能級系統(tǒng)”、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和激光形成的過程。這種講授與動畫和視頻的有機結(jié)合，收到良好的教學(xué)效果。

3.理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合。近幾年來，通過以下四個方面的實現(xiàn)理論教學(xué)與實踐教學(xué)的有機結(jié)合：（1）設(shè)置無機功能材料課程的實驗。實驗教學(xué)是學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要手段與途徑[7]，利用華南農(nóng)業(yè)大學(xué)省級化學(xué)實驗教學(xué)示范中心的有利條件，開設(shè)了溶膠—凝膠法制備納米BaTiO3陶瓷粉體，微波輻射法合成磷酸鋅，稀土發(fā)光材料的制備與發(fā)光性能等實驗項目，提高了學(xué)生的實驗技能。（2）組織學(xué)生參觀相關(guān)企業(yè)。與深圳寶嘉能源有限公司，中山東晨磁性電子制品有限公司，佛山安億納米材料有限公司、東莞長發(fā)光電科技有限公司和廣州臺實防水補強有限公司等10余家企業(yè)建立了長期的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，通過組織學(xué)生參觀，了解鎳鋅軟磁鐵氧體材料及器件、鋰離子電池等無機功能材料的生產(chǎn)工藝和過程，增加了感性認識，加深了對理論知識的理解。（3）鼓勵學(xué)生參與教師研究課題。近幾年來，學(xué)生參與教師主持的含氮共軛聚合物與無機半導(dǎo)體雜化光催化劑的設(shè)計、制備與催化機理研究，雙功能光轉(zhuǎn)換劑的制備及其在棚膜中的應(yīng)用研究，一維二氧化鈦納米管裝載恩諾沙星納米囊研制及緩釋特性研究，季鏻鹽類復(fù)合抗菌材料的制備和性能等多項省、部級及以上科研項目。學(xué)生通過參與教師的科研，了解無機功能材料研究的發(fā)展動態(tài)，開闊知識視野，增強學(xué)習和研究的興趣。（4）指導(dǎo)學(xué)生申報大學(xué)生科技創(chuàng)新項目。課外創(chuàng)新活動是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑[8]，近幾年來，材料化學(xué)專業(yè)的學(xué)生獲得了碳納米管/聚N-異丙基丙烯酰胺智能復(fù)合材料的制備與性能研究，橄欖石納米LiFePO4正極材料的模板法制備及性能研究，稀性二氧化鈦納米管的制備及其對農(nóng)藥降解的研究，水熱法制備鈥摻雜二氧化鈦納米管及其光催化性能研究，GeS簇/MOFs復(fù)合多孔納米材料可見光催化還原CO2和H2O合成甲醇的研究，金屬氧化物改性多孔碳球的制備、表征及其用于直接甲醇燃料電池的研究和竹炭為模板制備納米鈦酸鋰負極材料及其性能研究等科技創(chuàng)新項目，增強了學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高了分析問題和解決問題的能力。

三、加強考核方式的改革，體現(xiàn)考核客觀性和公正性

為了體現(xiàn)客觀性和和公平性，無機功能材料課程考核采取平時考核和期末考試結(jié)合辦法。平時成績占總評成績的40%，主要考查平時作業(yè)、課堂教學(xué)參與、小論文撰寫、PPT制作和課堂討論講授效果等。期末考試成績總評成60%，題型包括單項選擇、不定項選擇題、填空題、專業(yè)名詞英漢互譯和簡答題。其中前三項主要考核學(xué)生對無機功能材料基本知識的掌握情況，后二者考核學(xué)生運用知識的能力。

綜上所述，通過10多年的探索和實踐，無機功能材料的課堂教學(xué)取得了良好的效果。從學(xué)生評教結(jié)果看，2008～2012年得分均92分以上，位居學(xué)院專業(yè)課前列。學(xué)生主持與課程相關(guān)的大學(xué)生科技創(chuàng)新項目24項，公開發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文50余篇，其中SCI和EI收錄32篇。在今后的工作中，將不斷深化課堂教學(xué)改革，加強實踐環(huán)節(jié)教學(xué)，使無機功能材料課程的教學(xué)在培養(yǎng)適應(yīng)珠江三角洲經(jīng)濟發(fā)展的材料化學(xué)方面高素質(zhì)復(fù)合型人才發(fā)揮更大作用。

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項目背景

自20世紀90年代以來，納米材料與納米技術(shù)的發(fā)展形成了基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究并行發(fā)展的格局。納米材料的研發(fā)涉及到有機、無機、高分子等各個方面，納米材料結(jié)構(gòu)功能的復(fù)合化已成為其應(yīng)用研究極具生命力的方向之一；同時，與人們生活息息相關(guān)的化學(xué)纖維，從原料、技術(shù)、產(chǎn)品到應(yīng)用都在迅速發(fā)展，傳統(tǒng)功能材料已難以滿足細旦化功能性化學(xué)纖維開發(fā)的技術(shù)要求，聚丙烯纖維的可染化、功能化、細旦化技術(shù)成為聚丙烯纖維新產(chǎn)品開發(fā)的主導(dǎo)方向。

然而，功能材料的納米化，又為其在高粘度、復(fù)雜流場(溫度場、剪切力場和速度場)作用下的高聚物熔體中的應(yīng)用帶來了新的難題，納米功能材料在熱塑性高聚物基體中的納米尺度分散成為功能細旦化學(xué)纖維開發(fā)的核心問題。其具體難點表現(xiàn)在：(1)無機納米粉體制備使用過程中的易團聚與難分散：(2)纖維成形過程中納米結(jié)構(gòu)有機分散相的形成機理與結(jié)構(gòu)控制；(3)納米復(fù)合材料功能纖維工業(yè)化推廣的技術(shù)可行性與成本控制。針對目前可染聚丙烯及功能聚丙烯纖維材料研究開發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用過程中存在的問題，該項目將前沿納米技術(shù)與新型雜化技術(shù)、功能組裝技術(shù)以及纖維加工技術(shù)有機結(jié)合，深入系統(tǒng)研究有機分散相原位納米尺度生成、有機一無機雜化材料制備及成纖用納米功能材料制備、修飾及纖維生產(chǎn)加工等一系列關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)出了新型可染細旦聚丙烯和納米復(fù)合功能聚丙烯纖維及制品。

主要創(chuàng)新點

1、通過調(diào)控改性聚烯烴(MPO)與基體(PP)兩組分配比和特性(粘度比、相容性等)配伍，控制纖維成形過程中的動力學(xué)參數(shù)(時間、壓力等)和熱力學(xué)參數(shù)(溫度)，自主開發(fā)了聚丙烯成纖過程中有機納米分散相原位生成技術(shù)，首次研制出具有納米級染座的常壓可染細旦(纖維直徑小于10 μm)聚丙烯纖維。

2、采用有機一無機及有機一有機雜化技術(shù)在聚丙烯基體中引入有機和無機納米相，通過對聚丙烯基雜化材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計，首次研制出鮮艷度明顯提高的可染細旦聚丙烯纖維。

3、首次建立了聚丙烯基納米復(fù)合材料紡絲動力學(xué)模型，揭示了無機納米功能材料與聚丙烯基體在外場作用下的相互作用機理，開發(fā)了高壓和高剪切紡絲成形工藝，解決了功能纖維細旦化難、可加工性差和納米材料的“二次團聚”等系列關(guān)鍵問題，為生產(chǎn)推廣中成纖過程工藝參數(shù)的制定提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。

4、研制出色牢度4～5級的可染至中偏深色的細旦聚丙烯纖維以及負氧離子發(fā)生率＞5000個/cm3的系列負離子細旦聚丙烯纖維和遠紅外發(fā)射率＞87％的系列遠紅外細旦聚丙烯纖維和抑菌率＞99％的系列抗菌細旦聚丙烯纖維。

推廣應(yīng)用

該成果首次實現(xiàn)了通用纖維功能性、舒適性與可加工性的有效統(tǒng)一。產(chǎn)業(yè)化效果顯著，聚丙烯纖維在可染基礎(chǔ)上鮮艷度明顯提高，功能組分加入量減少50％以上，可紡性好，生產(chǎn)過程無任何氣固液廢物排放，不會增加能源消耗，產(chǎn)品的加工成本低。