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表面化學論文范文1
為滿足學術型和應用型研究生以及交叉學科研究生培養的需要，對我校研究生全校公選課“表面物理化學”進行了教學改革和實踐。建立了滿足研究生分類培養的課程內容體系，基于不同類型研究生的學習需求和本科基礎來組織實施教學和考核，教學中注重教學與科研相結合、理論與實踐相統一，使課程適應兩類研究生和交叉學科研究生人才培養的需要。
關鍵詞：
全校公選課；碩士研究生；表面物理化學；分類教學
2007年，哈爾濱工業大學(哈工大)開始在一級學科進行碩士研究生分類培養的改革試點工作[1,2]。2009年，哈工大化工學科開始實施碩士研究生培養模式改革，確定了學術型和應用型研究生培養方案，其中“表面物理化學”既是學術型研究生的學位課程，也是應用型研究生的學位課程。同時由于表面、界面科學在化學、化工學科和其他交叉學科研究中作為共性的基礎理論支撐作用，“表面物理化學”在研究生院統一協調下確定為全校公選課，除化學、化工學科外，還服務于其他交叉學科研究生的培養。那么，“表面物理化學”成為全校公選課后，針對各種類型學生的學習需求和研究生分類培養的需要，如何確定課程內容體系？如何組織和實施教學？以及如何在教學過程中實現教學與科研、理論與實踐的有機結合？這些問題則成為“表面物理化學”課程建設和改革的關鍵。針對以上問題，我們基于“表面物理化學”課程特點，從學術型和應用型人才培養以及交叉學科研究生培養的具體要求出發，進行了全校公選課“表面物理化學”分類教學改革和實踐。
1“表面物理化學”分類教學內容體系的確立
表面科學因其學科交叉特色突出，越來越受到人們的重視。國內外各理工科類高校一般都為研究生(材料、化學、化工學科居多)開設了表面科學類課程。從課程內容看，主要是講授表面科學基本原理及應用和表面科學分析方法，并有針對性地對表面科學不同應用領域(如催化、納米材料等)進行深入介紹。各個學校講授的內容側重各不相同，課程名稱也不一致。我?；W科從20世紀80年代起就為化學、化工學科研究生開設了“表面物理化學”課程，在長期的課程建設和發展過程中形成了適于(學術型)研究生培養的課程體系。
1.1分類教學的必要性
研究生分類培養是教育發展過程的必然選擇[3,4]，它涉及研究生培養的各個方面和環節，其中也包括課程內容體系的確定及教學的組織和實施。雖然2009年制定的培養方案中“表面物理化學”作為全校公選課，供化學、化工學科以及其他交叉學科的研究生選修。但是，在開始的教學實施過程中仍然為各類學生集中上課。在教學過程中，注重表面物理化學原理的講授以強化基礎，還注重將基本原理與能源、材料、生物、環境等國際熱門領域和學術前沿相結合，啟發學生的科研思路和創新意識。在教學過程中，采用了多種教學方法(設立討論課、自學報告和課程作業等)，針對不同類型的研究生提出不同的學習要求：如學術型研究生在討論課中要求講述表面物理化學在當今學術前沿領域的研究成果和進展，應用型研究生要求講述表面物理化學基本原理在工程實際中的具體運用，而交叉學科的研究生則要求講述表面物理化學基本原理與本學科的交叉實例。在自學報告和課程作業方面也根據學生類型的不同而提出了不同的要求。這樣，一定程度上滿足了學生分類培養的要求。然而，從前期的教學實踐效果看，該課程教學中存在如下問題：(1)這種統一集中上課的教學模式，存在著教學追求全面性與不同類型研究生學習需求不同的矛盾，使得分類培養的針對性不強。(2)從學生反饋來看，學術型研究生認為表面物理化學基本原理的學習過于簡單，而交叉學科的研究生由于化學基礎薄弱而認為理論介紹難度過大，內容偏多。這一問題還導致學生成績分布不合理，交叉學科學生選課的積極性不高。因此，“表面物理化學”課程切實的分類教學改革勢在必行。
1.2適應分類教學的“表面物理化學”課程內容體系的確立
“表面物理化學”分類教學要依據研究生培養目標所需要的知識結構，統籌考慮本科已有的基礎和不同授課對象的需求。在研究生分類培養的新形勢下，“表面物理化學”課程作為全校公選課，在教學內容上既要滿足化學、化工學科學術型和應用型這兩類人才培養模式的需要，又要滿足非化工學科研究生選修本課程的新需求。在教學過程中，既要滿足學術型研究生對表面/界面科學知識的深度和系統性的需求，又要滿足應用型研究生將表/界面科學知識有效運用于工程實際的需求，還要使得其他交叉學科研究生能夠建立界面觀點、掌握表/界面基本原理并能運用于自身的科研工作中。此外，本課程還要為不同研究方向的研究生奠定理論基礎?；W科目前有9大具體研究方向(表面與界面化學，高分子復合與改性，化學電源，金屬電沉積與化學沉積，功能材料制備與性能，催化劑與催化反應工程，生物合成與分離工程，生物分子工程，新能源化工)，涉及到能源、材料、生物、環境四大國際熱門領域和學術前沿。這些領域都需要從分子水平上研究材料、能源、生命中的相界面物理化學變化規律，這里涉及界面的共性知識和理論是本課程重要的內容體系。因此，本課程以表面/界面的物理化學原理和規律為基礎，以界面科學及應用新進展為前沿，以拓展科研思路與方法、培養創新精神和能力為目標，把各具體學科研究方向要求的知識結構細化為知識點，用知識點間的邏輯關系，協調界面物理化學原理、規律、應用及前沿進展的內容，進行分類教學內容體系的構建。本課程從化工學科9大研究方向中，凝練出3個共性的表面科學知識和理論方向，即表面熱力學基礎、固體表面與界面以及表面活性劑。在此基礎上，針對化學、化工學科的學術型研究生的需要，重點介紹固/液界面的電化學熱力學與電結晶過程中成核與長大的影響因素及潤濕規律等；針對化學、化工學科的應用型研究生及食品、航天、材料等交叉學科的研究生，重點講授固體表面態和鍵合、表面層結構性質及表面改性技術，以及潤濕現象的應用等內容?；谏鲜鏊悸?，修改了化工學院的研究生培養方案，取消了原來的“固體表面與鍵合”課程，將其有關內容納入“表面物理化學II”，作為應用型研究生的學位課程及非化學、化工學科研究生的全校公選課；原“表面物理化學”改為“表面物理化學I”，作為學術型研究生的學位課。
2“表面物理化學”課程分類教學的組織和實施
在課堂教學組織與實施中，首要考慮的是學術型和應用型這兩類研究生培養目標的不同及交叉學科研究生的學習需求。“表面物理化學I”是針對化學、化工學科的學術型研究生開設，重點在于基本理論的深度理解和掌握。在教學過程中偏重于演繹法，從解釋表面現象開始，深入到基本原理的推導過程和基本規律的理論分析，注重知識體系的系統性和完整性；將表面科學的學術前沿與表面科學基本理論結合起來，提高學生對學術前沿中表面科學問題的認識深度；同時，在教學過程中注重培養學生的科研意識、科研興趣和科學思維習慣。“表面物理化學II”是針對化學、化工學科的應用型研究生和交叉學科的研究生開設的。其教學過程中偏重于采用歸納法，從各類表面現象及工程實際應用入手，在物理化學知識的基礎上介紹表面科學的基本知識和理論，注重基本理論與工程應用實踐的結合，加強培養學生在工程應用過程中發現表面科學問題和運用表面科學原理的能力，突出表面科學原理在工程實際中的應用創新和實踐創新。其次，在教學過程中還要考慮研究生原本科階段的表面化學以及物理化學課程的知識基礎。我校化工學科為本科生開設了表面化學類課程“應用表面化學與技術”，化學學科開設了“表面化學”，還有服務于全校本科生的創新研修課“應用表面化學基礎”。但是化學、化工學科每年招收的碩士研究生有相當一定比例的學生在本科階段沒有學過表面化學類課程，而交叉學科的研究生學習過此類課程的人數更少。為解決這一類研究生表面化學基礎薄弱的問題，我們建議有條件的學生選修相關的表面化學類本科生課程。另外，由于本課程對本科生的物理化學知識要求較高，因此針對沒有物理化學基礎的學生(主要是來自交叉學科的研究生)，要求課外自學由授課教師指定的相關內容，或利用緒論課適當補講相關內容。再次，通過累加式考核的導向作用，細化各項考核的要求，加強不同類型研究生的分類培養。“表面物理化學I”針對學術型研究生對系統的基礎理論和學術前沿知識要求高的特點，確定考核內容如下：閉卷考試，占60分，考核基本理論和原理等；討論課每名學生以PPT方式講述與本人課程相關的表面科學前沿問題，占20分；以理論推導和討論為主的開卷考試，占10分；以教材為藍本自學其中的第二章固體表面的自學報告，占10分。“表面物理化學II”針對應用型研究生和交叉學科研究生注重理論與工程實際相結合的特點，采用如下考核方式：閉卷考試，占50分，考核基本理論和原理等；討論課每名學生以PPT方式講述表面科學問題或表面分析方法在工程實際的應用，占20分；作業占20分，包括運用表面基本原理對某一表面現象和問題進行解釋和綜述某一固體材料表面或界面的幾何結構和電子結構兩個方面；隨堂開卷測驗2次，共10分。
3通過教學與科研相結合、理論與實踐相統一，服務于兩類研究生人才培養
研究生的課程教學不僅是傳授基礎理論和專業知識，也是拓展科研思路與方法、培養創新精神和能力的有效途徑。表面物理化學內容的學科交叉特色突出，使得該課程具有教學與科研、理論與實踐相結合的優勢。本課程在滿足教學基本要求的前提下，利用界面化學涉及面廣的特點，引導學術型研究生從界面的物理化學原理和規律走向學術前沿、應用型研究生將表面化學基本理論應用到工程實際，使“表面物理化學”課程教學有效地服務于研究生的分類培養。
3.1教學過程中注重教學與科研相結合
本課程在長期的建設和發展過程中形成了課程組，建立了適合于研究生培養，特別是學術型研究生培養的課程體系，在教學與科研相結合方面也進行了大量卓有成效的工作。本課程組的授課教師利用自身的科研優勢，將自己與表面科學相關的研究成果運用于教學之中，啟發學生的科研思路、培養科研興趣；課程組成員的部分研究成果直接轉化為與課程內容對應的實驗項目，納入學院的研究生實驗平臺[5]之中，建立學院層面的“表面物理化學”課程實踐環節；此外，課程組教師在研究生培養環節上，服務于科研方向與表面科學密切相關的研究生導師，對研究生學位論文中與表面科學相關的內容進行把關和理論指導，反饋于科研工作。
3.2加強理論與實踐相統一，強化應用型研究生工程實踐能力培養
針對我國研究生人才培養和實際需求脫節的問題，2009年起教育部即宣布研究生培養將從過去的學術型為主轉變為應用型為主，現在應用型研究生招生比例逐年增加[6]。為提高我?；瘜W、化工學科應用型研究生的工程實踐能力，化工學科在研究生院的支持下建立了校內外實踐基地[7]，并與“表面物理化學II”有機結合起來，工程實踐活動成為課程的生動實例。如在課程組成員參與建立的“化工學科應用型研究生校內實踐基地”，研究生可以在生產線上進行鋰離子電池制造各個環節的實踐活動，包括材料合成、電極制備、電池組裝及電池性能檢測，全面系統地掌握鋰離子電池的制造技術，培養化工學科研究生的工程實踐能力，提高其對產品設計、產品制造的系統觀、全局觀，特別是使學生體會到了本課程的基本原理和規律在電池制備中的理論指導作用，真正做到了理論與實踐的統一。再如在化工學科的“上海山富數碼噴繪復合材料有限公司校外實踐基地”，研究生可以進行從膠水、涂料、涂布、貼合、分切，到產品包裝的一條龍生產實踐，使應用型研究生能真實了解企業生產和研發的基本過程，又深刻體會到界面問題的重要性。
4“表面物理化學”課程分類教學實踐效果
全校公選課“表面物理化學”課程的分類教學在我校研究生院支持下正式實施以來，本課程的學生成績分布更趨合理，學生選課情況和學習興趣都呈現了良性的發展態勢。從學習效果看，此前本課程閉卷考核中成績優秀的學生都集中在化學、化工學科，并以學術型研究生居多；現在由于分類教學中基于不同類型學生的學習需求，調整了教學內容和考核要求，使得學術型和應用型研究生各出現一定比例的優秀生，特別是來自交叉學科的研究生成績也出現了優秀。其二，分類教學實施后，選“表面物理化學II”課的交叉學科研究生從航天、食品、材料學院又增加了機械、電子和能源等學院，表明分類教學法的實施符合交叉學科研究生對表面化學類課程的學習需求。因此，可以預期“表面物理化學”全校公選課會吸引更多的交叉學科研究生選課，選課波及面也會進一步加大。其三，由于課程學習內容與各類研究生的培養目標更為一致，從而使得研究生的學習興趣提高，學生主動學習的意識明顯增強。特別是課間學生找老師討論問題的現象明顯增多，既有對課堂上課程學習內容的討論，也有把自己課題方向中與表面科學相關的問題與授課教師交流。學生反饋結果表明，選修此課的研究生對“表面物理化學”分類教學普遍認可。另外，我院應用型研究生在培養上增加了校內外實踐基地的實踐與考核環節，從學生對校內外實踐基地實踐活動的總結報告中可以發現，有相當一部分學生將表面科學問題與具體的工程實踐結合起來，將在“表面物理化學”課程中學習的知識原理直接運用到具體實踐之中。在教學過程中設置的討論課上，有一定比例的研究生將自己將要進行的碩士研究課題中的表面物理化學問題在課堂上與老師和同學直接交流，這樣授課教師可以直接進行理論指導，使教學更好地服務于研究生的學位論文工作。
5結束語
我國高校研究生階段人才培養的全校公選課一般為英語、數學或思想政治理論課等。而理論性較強的“表面物理化學”課程如何發揮其全校公選課的作用、有效地服務于研究生的分類培養，是“表面物理化學”課程建設的首要問題。哈工大化工學院“表面物理化學”課程組在我校研究生院和化工學院的支持下，對“表面物理化學”分類教學改革進行了有益的探索。但是要真正實現從原來單一地服務于學術型研究生培養到服務于學術型和應用型兩類研究生的分類培養，還需要進一步的理論研究和實踐。
作者：姚忠平 姜兆華 黃玉東 岳會敏 安茂忠 韓曉軍 尹鴿平 單位：哈爾濱工業大學化工學院
參考文獻
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表面化學論文范文2
關鍵詞：鋁合金；滲透探傷；無損檢測；影響
中圖分類號：TG115 文獻標識碼：A
滲透探傷是五種無損檢測方法中對非磁性材料表面進行探傷的方法。目前已經在生產和檢驗中廣泛應用，該技術已經發展的較為成熟。滲透探傷可以將滲透劑最大限度深入到鋁合金工件表面開口的缺陷中，讓檢測人員清晰的識別出工件缺陷。
1 滲透探傷發展概況
滲透探傷可以有效的對鋁合金工件進行表面缺損檢測，雖然檢測結果具有可靠性和全面性，但是避免不了受到一些因素的影響如操作方式不當或滲透探傷劑性能不好等。因此鋁合金工件的滲透探傷的研究包括滲透探傷劑的研究以及相關操作工藝的改進等。
1.1滲透探傷劑
工業中最早使用的滲透劑是未添加染料的干粉顯象著色法。到了三十年代初期使用熒光滲透探傷法，同樣是不添加熒光染料的干粉顯象法。但是這兩種滲透劑的靈敏度比較低，已經無法滿足當今工業生產的需求。
1.2滲透探傷操作工藝及標準
滲透探傷操作工藝對試驗結果的依賴性較強，而在理論支撐上比較匱乏。所以滲透探傷的發展過程實際上就是在不斷改進和完善探傷工藝。最近二十年，國內國外發表的有關滲透探傷工藝方法方面的論文占滲透探傷論文綜述的70%以上。
1.3滲透探傷理論概述
滲透探傷理論建立在多個學科基礎上，如化學、表面化學、物理和表面物理等學科。滲透探傷技術的發展，基本是直接使用與其相關學科的成果，但是這些學科已有的成果及理論，基本是定性說明，而滲透探傷不是單純的理論或學科，而是一門檢測技術，更加需要理論上的定量結果予以支持。因此滲透探傷理論的探究重點是顯象機理和滲透機理。
2 鋁合金工件滲透探傷的影響因素及解決措施
2.1溫度因素
2.1.1溫度對鋁合金工件滲透探傷的影響
鋁合金工件表面隨著溫度的升高會有一定程度的膨脹，依據是物體熱膨脹原理，因此溫度升高會使缺陷處膨脹，從而增大裂紋寬度、使開口變大，滲透劑的滲透能力也會隨之提高，特別是微細裂紋的反映會更加明顯。但是裂紋開口如果太寬，就會失去毛細作用對探傷效果有負面影響。而且工件溫度升高會使其表面的滲透劑溫度提高，從而下降滲透劑黏度、增加流動性，流動性增加后自然滲透能力隨之提高。另外，由于氣體平均動能只受溫度影響，因此工件溫度升高，會加劇裂紋中氣體分子的運動強度，內壓升高會使部分氣體排出。相反，如果溫度較低的滲透劑將裂紋開口封住，則內部氣壓下降，負壓現象就會形成，也能提高滲透劑滲透能力。所以說溫度對滲透探傷的效果影響較大，根據大量實驗數據證明溫度過低時缺陷難以清晰的顯示。滲透探傷規定的標準溫度范圍在15攝氏度到50攝氏度之間，但實際的溫度往往低于標準范圍，對滲透探傷效果有很大影響。
2.1.2解決方法
如果工件溫度低于15攝氏度（即標準范圍最低值），此時探傷不僅要執行探傷標準，還需要在清洗后進行烘干，然后再進行滲透操作，這樣可以使工件溫度高于15攝氏度，以降低溫度對滲透探傷的負面影響。可以將工件溫度降低到溫度標準值最低值以下，對浸入工件表面缺陷內的清洗液進行清除，根據反復試驗證明，使用這種方法其裂紋顯示最清晰的情況下，溫度為-6攝氏度。
2.2油脂影響
2.2.1油脂對鋁合金工件滲透探傷的影響
毛細現象為鋁合金工件滲透探傷提供物理基礎，但是如果工件經常處在油脂中，那么缺陷位置就很可能浸入一些油脂，從而形成堵塞。常用的清理方法無法將缺陷中的油脂清除干凈，這就會阻礙滲透劑的浸入，從而影響工件滲透探傷結果。在清洗中如果方法不當，也會在工件表面留下清洗液，由于清洗時間都較長，清洗液也會一定程度浸入到工件表面缺陷中，從而對滲透劑浸入造成影響，導致最終滲透探傷結果不夠精準。
2.2.2解決方法
如果要進行滲透探傷的鋁合金工件長期處于油脂環境中，可以利用溶劑型清洗法或蒸汽法進行清理，而且要在鋁合金工件表面形成加溫區域，溫度在110攝氏度左右，這樣可使缺陷干燥，對克服缺陷的堵塞有力，提升滲透探傷的精準度。將長期浸油的工件試樣經過上述方法的處理，探傷后裂紋可以清晰的顯示出來。
3 鋁合金工件滲透探傷過程的安全問題
滲透探傷劑基本是由多種化學物品制成，這些化學物品會具有一定程度的揮發性、刺激性、毒性和易燃性，有可能會引發爆炸。因此為了確保工作人員的身體安全，進行滲透探傷的場地要求有齊全的防火、防毒和通風設備。在進行滲透探傷時不僅要確保保持良好通風，加強防火防爆措施，操作人員也盡可能佩戴防毒面具，避免有毒害氣體或滲透劑被吸入。另外，滲透探傷過程中使用的清洗劑的潤濕作用和油脂溶解作用能力都很強，如果長時間接觸會使皮膚變紅、粗糙、裂開，甚至被灼傷或患上皮膚病，因此對清洗劑要進行嚴格的檢驗，堅決杜絕使用劣質產品，同時對操作人員的操作規程嚴格規范，盡量杜絕一切不正當操作。
結語
在實際鋁合金工件的滲透探傷過程中會遇到更多問題，需要有關部門結合鋁合金工件特點進行詳細分析，并采取一定措施避免或降低影響。滲透探傷劑是探傷過程中的重要決定因素，因此日后對鋁合金滲透探傷的探究要更加重視滲透探傷劑的研制。另外，隨著計算機技術的發展，要實現計算機自動化滲透探傷的實現，以此降低人為誤差，提高鋁合金滲透探傷的可靠性。
參考文獻
[1]周嘉梁.關于鋁合金零件滲透探傷時應注意的問題，陜西省機械工程學會2008.
表面化學論文范文3
關鍵詞：物理化學課程 教學方法 職業教育
物理化學是冶金、材料各專業的一門基礎課程，物理化學學習的差與好影響到接下來專業理論課程的學習。作為一門必修課，相比其他高職高專中有機化學等化學課程，物理化學具有概念的抽象性、邏輯性強，規律的前后相關性強，學習過程中應用其他學科的知識面廣，計算公式繁多等特點。因此，學習者要想掌握好物理化學這門課程，不僅要具有良好的基礎化學知識，還必須具有一定的高等數學和普通物理學的基礎。物理化學課程作為材料專業與冶金專業學生學習的一門必修課、一門理論課、一門專業基礎課，教師怎樣教好、學生如何學好這門枯燥難學的課程，都存在困難。本文從物理化學課程教學的自身特點和逐步培養學生學習興趣方面入手，對這門主要的基礎課的教學方法進行一些粗淺的探討。
一、適當減少理論深度，加強應用
物理化學這門課理論性、系統性很強，內容較多而抽象，公式又多，每個公式有其特定的使用條件和范圍，所以學生接受起來感到有一定的困難，特別對于高職高專層次的學生，數學、物理和化學基礎比較薄弱，學起物理化學來倍感吃力，聽課很辛苦、作業很難做。這就對老師的課堂教學提出了更高的要求，作為教師應該因材施教，充分考慮到授課對象是基礎比較差的學生，對物理化學理論的獲得不應以大而多為目標，而是以夠用、能懂為標準，并且能滿足各專業學生學習專業課的需要，就可以了。對于大量的物理化學公式，推導過程復雜并且涉及到大量的高等數學的知識，要讓學生都記住和掌握是不可能的，也是沒有必要的。其實數學推導過程只是獲得結果的一種手段，不是目的，所以對于一般公式及其推導過程，要求理解就可以不要求掌握，對于特別重要的公式要掌握其使用條件和物理意義并且要牢記。物理化學理論性很強并且概念規律偏于抽象，授課過程中要適當加以淡化，并且多聯系一些簡單易懂的實例。如在熱力學第一定律和熱力學第二定律的講解中，遇到具體的計算時，重點關注化學反應過程的能量改變、反應的方向與限度以及反應的速率，而淡化對抽象物理的講述，方便學生理解和接受。
二、根據不同專業需要，側重不同教學內容
物理化學這門課程內容的覆蓋程度廣、綜合度高，它包括了熱力學、化學動力學、表面化學、溶液等知識內容。在實際的講授過程中，不同專業對同一課程有不同的要求。對于物理化學這門課程，不同的專業不能用同樣的講課方法講述同樣的內容。根據不同的專業的教學大綱要求，對教學內容進行刪減取舍。作為物理化學核心內容的熱力學第一定律和熱力學第二定律，是每個學習物理化學的學生必須學習的內容，可以不考慮是否與專業理論密切相關。而對于化學動力學應用部分，則可以根據實際教學情況，根據不同專業自身教學大綱和學時安排的要求，有選擇、有側重地講述。如材料成型與控制技術專業在熱力學應用部分要加大學時，重點講授?；瘜W平衡、表面化學應是材料工程技術專業的重點內容，在該專業的濕法冶金中經常用到化學平衡原理、表面活性物質等概念。而化學反應速率應是冶金專業有色方向的重點內容，多項反應、擴散等內容出現在鋁電解的課程中，溶液應是冶金黑色方向專業的重點內容，而膠體化學、電化學和冶金技術專業相關很少，基本不用作為教學內容。應該特別指出的是，物理化學刪減教學內容不是刪減一些該講的內容，要綜合考慮教學大綱和整門課程體系的完整性，抓關鍵抓主要。
三、教學中恰當安排隨堂加強直觀教學
實驗教學在物理化學課程的教學中占有十分重要的地位，它與物理化學課程緊密配合，通過實驗教學，學生不僅可以鞏固和加深對物理化學原理的理解，提高學生對物理化學知識靈活應用的創新能力，還培養了觀察和分析問題的能力，加強學生動手能力，培養嚴肅認真、實事求是的科學態度和作風。例如，在講解多相平衡反應這一章節時，我們讓學生先做碳酸鈣熱分解的測定實驗，這是一個典型的多項平衡反應。在學生有了對多項反應感性認識的基礎上講授這部分內容。像這樣的做法還有很多，如實驗室用蒸餾水洗滌容器為什么要少量多次和分配定律相聯系，分離操作中的陳化原理和開爾文公式相聯系等。
總之，恰當地將教學內容與實驗操作聯系起來，遵循“實驗操作中的問題――引入講授新內容――給出答案”，可以培養學生的科學思維能力與解決問題能力，提高學習物理化學的積極性。
四、列舉實際生活實例，提高學生學習興趣
物理化學知識其實存在于我們生活中的方方面面，只要稍加留意，就會在衣食住行中找到和物理化學有關的現象。因此在組織教學內容時，特別注意恰當地將教學內容和生活中學生遇到的實例結合起來，使學生認識到理論學習可以幫助解決實際問題，以此激發學生對物理化學這門課程濃厚的學習興趣。將復雜的規律、原理、方法通過用熟悉、生動、簡單的生活實例進行講解，使學生容易接受，并且逐步培養興趣。如考古工作中怎樣根據動力學原理估算尸體的埋葬時間？根據一級反應的動力學方程，由于古尸上裹的碎布片中放射性元素碳14的衰變是一級反應，利用衰變半衰期及其活性可以計算出來。其他如陶瓷制品表面的結晶釉會產生富麗堂皇、光彩奪目的效果；打濕了的化纖衣服比全棉衣服易干，等等，這些奇妙的現象激起學生的興趣后，就能促使他們去學習，當學生最終恍然大悟時，會深感學以致用的無限樂趣，從而投入到積極主動的思維之中，激發濃厚的學習興趣，保證課堂教學效果。
五、貫穿人文教育，培養科學文化素養
物理化學中涉及的科學家很多，如蓋斯、范托夫、克勞休斯、能斯特、范德華、阿倫尼烏斯、吉布斯等。他們發現建立的物理化學定理的方法不同，個人成長、成功經歷也不同，在講課過程中根據內容讓學生去查閱科學家的生平、傳記，了解他們成長的經歷，寫出小論文，有助于科學文化素質的養成。同時，在講課過程中還可穿插一些科學家的小故事，把科學家觀念的創新和科學思維的動人情節引入課堂教學，啟發學生的創新激情，充分調動學生學習的積極性。比如發現了溶液中的化學動力學法則的荷蘭科學家范托夫是第一位諾貝爾化學獎獲得者，其他科學家像阿倫尼烏斯等等也曾獲得過諾貝爾獎，通過在課堂中穿插這樣的科學小故事，逐步培養學生的科學素養。同時，還可以講講我國物理化學的發展及作出貢獻的中國物理化學科學家，培養學生們的愛國熱情。
因此，物理化學的教學不應僅僅是向學生傳授綜合了數學化學的理論知識，培養其實驗操作能力，更應是一種課程文化、科學文化的熏陶。
物理化學課程是一門基礎理論性和實踐性都較強的課程，對其他相關學科的專業課基礎理論產生一定作用和影響。它在冶金與材料各專業教學中具有重要的基礎地位。通過對教材選擇、內容取舍、深淺把握、教學應用等方面多做思考研究，以取得更加良好的教學效果。
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表面化學論文范文4
徐仲榆自詡的“第三個春天”從這里起步。
“人家不要了，我撿回來不是蠻好的”
一位體魄健康的長者，一輛破舊的單車，一副永遠在路上思考的模樣。這就是徐仲榆在路上給人的第一印象。
徐仲榆創業的“工棚”――湖南大學新型碳科學研究所也和他一樣質樸，不注重外表。研究所總共約有600平方米，主車間約百十平方米，里邊堆滿了自制的機床。在它的一角，用幾張桌子拼成簡易的多用途車間會議室，接洽談判、給學生授課、師生交流都在這里進行。西墻上一幅國畫《不老松》是一名工友之作，下邊有一塊大黑板，用來記載實驗數據。
徐仲榆的辦公室設在一個復式結構的“閣樓”上，沿主車間東墻南側一架窄窄的鐵梯拾梯而上便到了――中間幾張桌子拼一塊兒，旁邊不知是哪踅摸來的一個小書架，上下兩層都是書，相當簡陋。緊鄰主車間西墻北側，是一間狹長的閱覽室，幾張桌子湊到一塊就是一個大展臺，自北向南依次擺放著各種榮譽證書、優秀論文指導教師獎杯、博士生論文、碩士生論文、本科生論文、歷年科研鑒定、各類碳科學刊物、實驗材料等。再往里是幾間小房子，每間不過十幾平方米，多是實驗室。幾張老式電腦桌，每張中間立塊玻璃就是實驗臺。
實驗室里除去做實驗用的儀器設備外，里邊坐的、用的，都是些老掉牙的電器家具，包括舊空調、舊器具和那些雜七雜八的桌子、椅子、立柜……在徐仲榆眼里都是寶貝，他把它們從學校的各個角落撿來，修繕后再用，其中有百十個被丟棄的干燥器，差不多得值萬把塊錢，也被他搜羅來，都派上了用場。
“人家不要了，我撿回來不是蠻好的？”徐仲榆對研究所的設備頗為滿意。
“恢復搞業務，60歲起是我的第三個春天”
13年前，徐仲榆從湖南大學常務副校長的位子上下來時，已年屆六十。至此，從他做系主任算起，已經連續搞了10年行政。再往前，他教過物質結構及固體物性、量子力學、量子化學、物質結構、表面化學、復合材料等課程；再前，他教過英語、俄語、數學、物理、化學，做過載波、測量，搞過選礦理論與應用研究，并且取得了顯著成果。
“60歲，人家退休，我開始恢復搞業務?！?3年前，他說自己人生的第三個春天該是時候了。
徐仲榆的第一個春天是在剛解放時，那時他是一個非常激進的熱血青年，至今他還清晰地記得當時參加全上海200萬人街頭游行的壯觀場面。
徐仲榆的第二個春天就是粉碎“”以后全中國知識分子的春天。
徐仲榆的第三個春天，是從這“工棚”――湖南大學新型碳科學研究所開始的。
“工棚”的前身是金防（金屬腐蝕防腐）電鍍車間，由于年久失修，早已破爛不堪，徐仲榆卸任副校長之際，決定利用這地方開辦湖南大學新型碳材料研究所，瞄準世界碳材料領域開創自己的又一春，把耽誤的時間補回來。
徐仲榆躊躇滿志地找到“金防”管事的，用自己的經費換來了早已破爛的車間。接著，他又爭取到了創業的合法身份――湖南大學新型碳材料研究所。有了牌子，有了公章，在他來看，這就夠了。剩下的一切都要靠自己。
今天的徐仲榆回憶起往日從工棚起步的艱難，連用了三個排比，“這就是從一個荒草叢生的地方，從一個灰塵堆滿的地方，從一個狼籍到處的地方，變成了今天這樣?！?/p>
沒有開辦費，他從自己課題經費中拿，沒有幫手，他用自己課題經費雇了一個退休職工…… 天下無難事，只怕只有心。在徐仲榆等的努力下，研究所終于像模像樣地辦起來了。
從那時開始，湖南大學新型碳材料研究所和徐仲榆研究成果不斷涌現。其中，“高模量炭纖維連續長絲及新型纖維石墨化設備”獲1995年湖南科技進步一等獎；“ZGJ―100―26X真空感應燒結爐”獲1996年司法部科技進步一等獎；鋰離子二次電池用炭負極材料的性能指標已超過國家同類產品的性能。
“搞出了成績，外國人也會找你合作”
2004年4月13日，一位法國人下飛機，出機場，上高速，行色匆匆趕到徐仲榆的“工棚”――湖南大學新型碳科學研究所，他是來履行合約安裝調試設備的。
這是徐仲榆的最新動作。他剛剛搞了一個名叫高溫分析示范實驗室的法中聯合體，從法國引進了一套高溫熱分析儀。據他介紹，這種設備國外只有法國和德國兩個國家有，我們國家只有沈陽金屬研究所和湖南大學新型碳材料研究所各有1臺。
這套設備的到來，表明徐仲榆和湖南大學新型碳材料研究所的研究成果和權威地位進一步得到國際同行的認可。
早在2002年10月，徐仲榆就因其成就被在北京召開的Carbon’02國際碳素會議推選為大會名譽主席，并代表中國作了大會報告。這次會上，他一人帶去了5篇論文，讓與會者驚訝不已。
2003年10月，經過極為嚴格的推選程序，他獲得首屆中國碳素杰出成就獎。徐仲榆的研究成果，不僅受到同行的肯定，也引起了一位搞熱分析研究的法國專家的極大興趣。這位法國專家向法國Setaram公司總部匯報后，受總部指派多次往返于法中之間與徐仲榆洽談合作事宜，最終促成了高溫分析實驗室法中聯合體在湖南大學新型碳材料研究所的誕生。
法國人的這套設備也叫綜合熱分析儀，最高使用溫度只有2400度，比不上徐仲榆自己設計制造的最高使用溫度可達3000度的爐子。雖然如此，它的作用仍不可小視。比如在進行基礎理論研究時，通過一個熱天平，可以稱量出到達某個溫度時，試樣由于熱分解失去的重量。而這一點恰是徐仲榆原有設備的不足。這套設備，為研究所攻克碳纖維加熱中有關速度上的技術難點創造了條件。
徐仲榆是個談判高手。綜合熱分析儀從法方最初要價人民幣300萬，一路猛跌到93萬元，還外搭3個軟件、7種易消耗件，可以派人到法國去培訓，路費、學費全由法方負擔等，中方只需回報一個條件，就是以實驗室名義發表文章，給他們做招牌。
為官之道：領導就比群眾多1
徐仲榆常說：“我本赤條條來，還將赤條條去，留下幾個腳印，當回首往事的時候，腳印沒歪，就足已了?！?/p>
他55歲就任當副校長時，就職演說只一句話：“在位時想想下位的時候。”含義有兩層：第一，我本是老百姓，不要盛氣凌人；第二，上臺不為人，下臺必受窘。他這么說也這么做，在那個位子上為官5年，管科研、工廠、設計院、資產，所有財物進出都有明細帳，一分不貪，一分不欠；所有房子、課題經費都給別人；妻子是有色冶金設計院的高級工程師，有一段時間單位效益不好，他當時分管設計院，不說是校領導，就是單憑教授、博導，把妻子調過來也不能說是過分要求，可是他恪守“五子登科我不沾”這條戒律，堅持沒把妻子調過來。
徐仲榆想：“你要找我調愛人，我自己愛人沒調來；你要找我要房子，我自己沒有房子。這樣腰板才挺得直，說話才有底氣?！彼易》孔顚捑b時不過70來平方米。
“領導就比群眾多1，群眾是零；1減0等于1，但1非常重要，后邊帶的0越多，群眾越多，帶1個0是10，帶兩個0是100，帶3個0是1000……倒過來，你躲到后邊，那就成了0.1，0.01 ，0.001……”他這樣形象生動地總結為官之道。
在徐仲榆看來，為官為學同樣的道理?！肮づ铩崩铮鞗]有暖氣，夏天沒有冷氣，他全然不顧。從官位上下來這么多年，他遠離塵囂，遠離利祿，和學生們、工友們一起，一個猛子扎進“工棚”，寒來暑往，悉心鉆研。
“他們是我的一千只手，一萬只手”
徐仲榆的“工棚”還有個后花園。與“工棚”內不同，后花園是一派地道的田園風光，清新、恬靜，還有幾分幽香。園里有葡萄架和各種樹木，玉蘭樹、黃楊木、羅漢松、雪松、桃樹、枇杷樹、石榴樹、桂樹、柚子樹……樹旁有綠地、花卉、水池、甬道，置身其中，好不愜意。最顯眼的當屬南墻上的一塊碑刻《桃李園》，是他的工友之作。
徐仲榆的科研工作也有后花園――帶學生。帶的學生，既有本科生和碩士研究生，還有博士研究生。他帶他們一起做實驗，給他們講課，指導論文。他的閱覽室、柜子里，有很多學生的畢業論文。學生畢業后，他就是用自己的經費把他們的論文，包括他們的考卷、筆記，一一整理，裝訂成冊，然后編號、排序、歸檔。另外，在他這里還有各項科研成果鑒定材料、參加國際學術會議的材料，以及國內外有關的各種雜志等等。徐仲榆說，學生到了他這里，要讀書有書，要做實驗能做實驗，要查文獻有文獻，他就是要給學生們提供最好的環境。
“人是社會性的，有好影響也有壞影響?！毙熘儆苷J為，傳道授業解惑，首要的在于傳道。作為一個教育工作者，重要的是培養人，“我們不是為搞科研而搞科研，更重要的是通過科研培養一批人，使他們在科研中成長?！彼f他之所以要把學生論文擺在榮譽桌前邊，就是體現這個主導思想，他之所以有力量，就是因為“這批人已經是我的一千只手，一萬只手了”。
“有心人天不負?！爆F在，他培養的博士生在美國的有16個，都是在國家一級的實驗室。還有很多學生在國內教育、科研等部門以及碳素行業擔任要職。眼下他還帶著8名學生。
碩士研究生陳晗說：“徐仲榆導師讓我受益終身，做事認真，要求嚴格，不能有半點馬虎。有一次停電了，我卻忘記關閉電源，結果燒壞了爐子，他很嚴厲地批評了我，話不多，卻刻骨銘心?！?/p>
得意門生劉超說：“能來這里很幸運。徐仲榆導師不僅傳授給我們知識，而且用行動教育我們做人。比如下雨了，他可以把傘讓給學生。像這樣細微的事情很多，常常讓我們感動?！?/p>
表面化學論文范文5
[論文摘要] 本研究是針對產業升級、產品換代和市場需求而開發的家電彩板卷材新型功能涂料。通過納米材料深加工制備納米改性劑的方法對傳統材料進行改性，研制的納米改性彩板卷材涂料的性能得到了顯著提高。通過這一研究，既為納米材料 工業 化應用找到了市場，也為國內家電、汽車行業用彩板產品的升級換代做出了有益的探索。
彩板卷材的制造還是我國近年 發展 起來的新興朝陽產業，深受建筑業和成型加工制造業的青睞。但是，我國目前彩鋼板帶產品還是以通用型為主，質量一般，品種單一，約85%的產量用于建筑業，而用于汽車、家電領域的高端產品，還是依賴進口。為了改變這種現狀，我們在應用納米材料對傳統材料的改性技術方面進行了研究，使通用型卷材涂料的性能得到了全面改善和顯著提高，為探索提高家電板卷材質量進行了有意義的嘗試。
1 實驗部分
1.1 原輔材料
①納米氧化鋁及納米氧化鋯粉體(大連路明納米材料有限公司)；②小分子型納米超分散劑(自制)； ③a370氨基交聯樹脂(首諾)； ④z-390聚酯、s-199封閉型聚氨酯(無錫阿科力化工有限公司)； ⑤adp、kc等涂料助劑(順德賽富龍化工有限公司)；⑥通用著色顏料(市售)；⑦s-150芳烴溶劑、pma、dbe高沸點溶劑等(市售)。
1.2 設備儀器
①phn-06實驗型珠磨機(德國派勒公司)；②lbm-t1變頻高速分散機、lbm-t2實驗室籃式砂磨機(東莞郎力機械有限公司)；③101-1a型數顯電熱干燥箱、xb12~25線棒涂布器、qjl型牛頓沖擊試驗器、mikrotest6g涂層測厚儀、tcb漆膜杯突儀、wxj-ii t彎機、pph-1鉛筆硬度計、dc-p3型全自動測差計、mg268-f2光澤度儀、zhy自動劃痕儀、fqy025a鹽霧腐蝕試驗(化玻儀器商店市售)、tem-ii型掃描隧道透射電鏡(國產)。
1.3 納米改性劑的制備
在 電子 秤上稱取原始粒徑≤50nm的粉體納米氧化鋁200份于2000ml塑膠杯中， 加入800份n-甲基吡咯烷酮和5份小分子型超分散劑，置于lbm-t1高速分散機分散20~30min，再移至填充有ø0.05~0.1mm鋯珠的phn-06實驗。
1.4 新型家電板卷材涂料的制備
涂料設計配方見表1-1。面漆-ⅰ(空白對照)、面漆-ⅱ及面漆-ⅲ,均按常規涂料生產工藝制備，使用lbm-t2籃式砂磨機研磨分散細度至≤10µm，過濾、制板、檢驗。
表1-1 納米材料改性家電板卷材涂料基礎配方
原 材 料
重量份，wt
面漆-ⅱ
面漆-ⅲ
s-150芳烴溶劑
z-390聚酯
a370氨基交聯樹脂
納米氧化鋁超細粉體
adp助劑
kc助劑
中閃銀顏料
涂料助劑 *
(al 2 o 2 ) n x- nmp 納米改性劑 **
pma/dbe(混合比=4∶1)
8.0~12.0
50.0~55.0
6.0~10.0
1.0~3.0
1.0~1.5
0.2~0.5
5.0~8.0
2.0~3.0
--
5.0~8.0
5.0~10.0
50.0~55.0
6.0~10.0
--
1.0~1.5
0.2~0.5
5.0~8.0
1.0~2.0
5.0~15.0
3.0~5.0
* 涂料助劑包括: 分散劑、防沉劑、消泡劑、流變劑等；** 無需與其它組分混合研磨，后添加分散均勻即可；面漆-ⅰ不添加納米材料。
2 結果與討論
2.1 納米氧化鋁表面改性前后的微觀表征
本研究對納米改氧化鋁改性前后進行了微觀表征，見圖2-1所示。
(a) 改性前的納米氧化鋁粒子的團聚狀態
(b) 改性后的納米氧化鋁的分散狀態
(c) 被小分子型超分散劑包覆的納米氧化鋁粒子
圖2-1 納米氧化鋁改性前后的(tem)電鏡照片
納米粉體粒子大多是疏液的團聚體，因此常需要對其進行表面處理后，才能實際應用。利用表面活性劑使高分子化合物、無機物、有機物等物質覆蓋于微粒子表面，以達到表面改性的目的。從以上電鏡照片可以清晰地看到，納米粒子改性前后的差異性。通過使用小分子型超分散劑對納米粒子表面進行外膜層(膠囊式)修飾，在粒子表面包覆上一層膜物質，使粒子表面特性發生改變。圖2-1(c)與(a)不同的是，包覆的這層膜是均勻的。
納米改性劑一般都是先制備分散漿或懸浮液，再添加到聚合物或涂料體系中進行化學或物理改性。分散漿或懸浮液的制備過程多采用機械力的破壞作用，如采用高剪切、珠磨、球磨、輥壓研磨等方式，消除納米粒子團聚體微粒之間的庫侖力和范德華力，從而使其均勻地分散在介質當中。由于輔助使用了納米粒子表面活性劑(如超分散劑等)，其結構中的錨定基團，通過離子鍵、共價鍵和氫鍵等與納米粒子形成多點吸附，就可以在納米粒子表面形成一層單分子或多分子的保護層，從而降低了粒子的表面張力。當包覆了保護層的粒子做布朗運動相互接近時，保護膜互相壓縮、重疊，導致體系能力升高和自由能增大，在粒子間產生空間位阻勢壘，使其很難再發生團聚。高分子保護膜增大了粒子之間最接近的距離，減小了范德華力的相互作用，同時也增大了空間位阻效應，吸附層越厚，空間位阻就越大，分散就越好，分散體系就越穩定[1]。
當然，以上是從機械力的角度分析了高分子表面活性劑對納米粒子分散原理。但還有另一種解釋，就是采用同電相斥、異電相吸的原理，選擇與納米粒子所帶相反電荷的高分子表面活性劑，通過異電荷吸附原理在納米粒子表面形成均勻排列的保護膜層。由于高分子表面活性劑包裹在粒子外層空間形成了同電排斥的屏障，從而使納米粒子的分散體系處于穩定狀態。若納米粒子在分散介質體系中的固體含量不超過顏基比的限值，該分散體系呈懸浮液狀態；若顏基比超過限值，該分散體系呈漿稠狀態[2]。
本文之所以在此討論納米粒子團聚體與分散態的重要性，是因為通過進一步的深入研究和實驗，得出的數據結論具有普遍意義和代表性。
2.2 納米材料對涂料性能的影響
2.2.1 (al2o2)nx-nmp改性聚合物的光譜表征
圖2-2是表征納米氧化鋁改性劑對卷材涂料用的傳統聚酯改性前后的紅外圖譜。毋庸置疑，二者存在顯著的差異性。
unmodificd為改性前的圖譜；modificd為改性后的圖譜
圖2-2 納米氧化鋁改性聚酯前后的紅外光譜
2.2.2 涂層性能測試
納米氧化鋁不僅對傳統聚合物的改性具有積極的作用，做為傳統涂料用改性添加劑，為研究其對涂層性能帶來的影響，依據hg/t3830-2006卷材涂料國家行業標準，本實驗對面漆-ⅰ、面漆-ⅱ進行了性能對比檢測試驗，結果見表2-1。
表2-1 納米材料改性家電卷材涂料物理機械性能 項 目
指 標
面漆-ⅰ *
面漆-ⅱ
面漆-ⅲ
細度,µm
粘度(涂-4杯),s
涂膜外觀
涂層厚度,µm
漆膜密度,g/cm 3
光澤(60º),%
劃格附著力,級
t彎試驗,t
杯突試驗,mm
耐mek擦拭,次
反向沖擊性,j
鉛筆硬度(擦傷)
人工老化試驗
(uvb-313,1000h)
耐中性鹽霧試驗
5~10
110~115
平整光滑
25~35
1.1~1.2
88
3
6
100
9
3
變色2級
粉化1級
1000h,2級
5~10
115~120
平整光滑
25~35
1.1~1.2
85
3
6
100
9
3
變色2級
粉化1級
1000h,2級
5~10
100~105
平整光滑
25~35
1.4~1.6
92
2
8
300
9
6
變色1級
粉化0級
2000h,1級
注：試驗鋼板厚度0.75mm；漆膜為中閃銀色；底涂為鍶黃或鋅黃
通用環氧或聚酯卷材底漆；*為空白對照。
以上檢測結果執行標準：光澤度(60°): 采用mg268-f2光澤儀，按標準gb/t9754測定；鉛筆硬度:采用pph-1型鉛筆硬度計，按標準gb/t6789測定；耐沖擊性:采用qjl漆膜沖擊器，按標準gb/t1732測定；t彎試驗:采用wxj-ii t彎機，按標準gb/t1731測定；耐鹽霧性試驗:采用日產fqy025a型鹽霧試驗箱，按照jisz2371鹽霧試驗方法測定。
2.2.3 納米材料性狀對涂層性能的影響
納米氧化鋁(al2o3)在對傳統材料改性方面的應用，主要是利用其以下幾方面的特性[3]：
1.特異的光學性能。在紅外波段有很寬的強吸收效應，對波長在80 nm左右的紫外光也有很好的吸收效果。因而是優良的紅外、紫外光屏蔽材料。
2.高表面化學活性。粒子表面有豐富的失配鍵和欠氧鍵，粒子本身富含孔洞(孔洞率高達30~40%)，具有很高的化學活性，在高分子合成方面具有廣泛的應用前景。
3.優異的機械性能：高彈性、高硬度、高強度、耐高溫、耐磨損。
4.優良的化學穩定性。用其制作耐腐蝕涂層材料，在納米涂料應用方面已有成功的先例。
針對納米氧化鋁的這些特性，就不難解釋表2-1的檢測結果所表現出來的某些特異現象。
(1)納米氧化鋁做為改性劑，其添加形態和方式對影響涂層性能的差異性很大。以粉體形態添加到涂料組分中加工涂料與以制品添加劑(分散液)的形式后添加到研磨好的涂料制品中，對涂層性能的影響完全不同。前者對涂層性能的影響似乎不大；后者對涂層性能的影響則發生了質的飛躍。這種差異性說明，納米材料在涂料中的應用，只有真正實現納米化的添加，才能展現納米現象和納米效應，才能對傳統材料實現真正意義上改性。
(2)納米氧化鋁改性劑對涂層性能的提高主要表現在涂層密度的變化，即同等干膜厚度，面漆-ⅲ比面漆-ⅱ的涂層密度平均增加了30%，這顯示出面漆-ⅲ的涂層致密度的提高，導致了漆膜光澤度、附著性、堅韌性、耐磨性、抗劃傷性、耐溶劑性等綜合性能得到全面提升。一般情況下，漆膜硬度與柔性呈反比關系，而本實驗的涂層機械性能卻表現出非常規性，硬而不脆(6h/2t),杯突試驗也達到8mm，耐mek擦拭超過300次而不露底…，這一系列的卓越性能，是納米現象和納米效應的展現。添加納米粉體的涂料涂層，漆膜t彎性、光澤和硬度等性能與空白對照組沒有明顯差異；而添加納米改性劑的涂料涂層，與空白對照組和添加納米粉體組，則有顯著提高。這說明，漆膜柔韌性提高，光澤增強，同時具有較好的硬度，是由于納米改性劑粒徑小、吸油量低等特點，因此能夠增強漆膜的表面光滑性、硬度。
(3)由于納米氧化鋁具有很寬泛的光學效應，對紫外光有很好的吸收效果，因此經其改性后的涂層表現出優異的抗老化性(1000h的uvb輻照，變色1級、粉化0級)，可以防止光照引起的褪色，并提高色彩的穩定性。
(4)本實驗表明，面漆-ⅰ與面漆-ⅱ的耐鹽霧腐蝕沒有明顯差異,這可能與納米團聚粉體的分散程度相關；添加納米改性劑后的涂層(面漆-ⅲ)耐腐蝕性能增強，鹽霧試驗則通過了2000h，耐蝕程度達到1級。一般而言，固化后的有機涂層是由高分子基材和大的顏料顆粒組成的,這樣就不可避免地產生微小的孔,也稱為“結構孔”。而空氣中的h2o和o2分解后產生的h+和oh-通過這些結構孔能不斷地參與涂層的電化學腐蝕反應，導致漆膜被腐蝕。如果在傳統涂料中加入分散狀態的納米材料，這些結構孔(孔徑大于1nm)將會被填充，從而提高漆膜的致密度和耐腐蝕性能，實現腐蝕介質的“零滲透”。同時利用納米材料大的表面積和表面能，可提高被保護金屬和涂層之間的不飽和鍵之間的結合強度，增強涂層與基體(金屬底材)以及涂層與涂層之間的結合力[4]。
3 結語
由于本實驗輔助使用了納米粒子表面活性劑(即小分子型超分散劑等)，其結構中的錨定基團，通過離子鍵、共價鍵和氫鍵等形式與納米粒子形成多點吸附，就可以在納米粒子表面形成一層單分子或多分子的保護層，從而降低了粒子的表面張力。當包覆了保護層的粒子做布朗運動相互接近時，保護膜互相壓縮、重疊，導致體系能力升高和自由能增大，在粒子間產生空間位阻勢壘，使其很難再發生團聚。高分子保護膜增大了粒子之間最接近的距離，減小了范德華力的相互作用，同時也增大了空間位阻效應，吸附層越厚，空間位阻就越大，分散就越好，分散體系就越穩定[5]。
運用納米技術改進傳統卷材涂料的方法很多，本文著重探討了采用化學-機械制程法，添加納米改性劑改性傳統的卷材涂料，并測試涂料及涂膜各項性能，討論納米材料分散狀態對涂層性能的影響。研究實驗表明:
1.現有的通用涂料機械設備，是無法重新實現納米粒子團聚體的納米化過程，因此，也就無法展示納米現象和納米效應；
2.利用專用機械設備(如德國派勒公司的phn納米珠磨機),配合使用小分子型超分散劑, 采用機械-化學制程法,可以實現納米團聚體的二次納米化過程，制備穩定態納米改性劑；
3.只有穩定態的納米材料才能實現對傳統聚合物或涂料的改性，全面提升傳統材料的理化性能，從而在真正意義上體現納米科技效應。
參考 文獻
[1] 張玉龍等. 納米改性劑.國防 工業 出版社.2004版.
[2] 張玉龍等. 有機涂料改性技術.機械工業出版社.2007版.
[3] 童忠良主編. 納米化工產品生產技術.化學工業出版社.2006版.
表面化學論文范文6
關鍵詞：納米零價鐵 水化學 課程學習
中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（c）-0002-05
鐵是地球上除碳、氫、氧以及鈣以外第五大常用元素，其標準氧化還原電勢Eh0為-0.44 V，性質較為活潑強，具有強還原能力。零價鐵（鐵粉或鐵屑）具有豐富的物理化學性質，可以快速還原水體中有機物、重金屬等，是地下水原位修復中常用的材料。在水中發生反應生成二價（Fe2+）、三價鐵離子（Fe3+），并以羥基氧化鐵和（或）四氧化三鐵的形式沉淀出來。而由于水與鐵之間的反應，釋放出氫氣，產生氫氧根，從而對溶液體系的pH產生影響[1]。鐵在水中與溶解氧發生反應，從而影響水溶液的氧化還原電位（ORP），而pH和ORP是水化學反應中最重要的參數。通過研究零價鐵在水體中的反應以及對水體理化性質的影響，對于水化學動力學、配位化學、酸堿化學、氧化還原化學和相間作用等水化學課程學習提供實驗數據和實踐支持。
納米零價鐵不僅具有零價鐵特性，即優越的電化學、配位化學和氧化還原特哀榮2米零價鐵被認為是應用于環境修復領域的第一代納米材料。納米零價鐵的研究可以追溯到1995年，Glavee等采用硼氫化鈉還原三價鐵的方法制備出納米零價鐵膠體[8]。1997年，美國里海大學的張偉賢教授采用液相化學還原法合成納米零價鐵，開創了納米零價鐵在環境治理領域的先河[9]。自此納米零價鐵在環境中應用研究受到國內外許多學者的廣泛關注。研究表明，納米零價鐵是以明顯的核-殼結構的形式存在，即內部為Fe0核，外面包覆氧化鐵化合物，殼層厚度約2～3 nm。在過去的20年中，關于納米零價鐵的合成表征方法[10]、在水體、土壤中重金屬修復研究領域的基礎理論及應用研究層出不窮，形成了比較系統的水化學相關研究的系統表征方法和體系[11-19]。
在水化學課程學習中，選擇環境領域應用廣泛的納米零價鐵為研究對象，通過研究納米零價鐵材料的合成、系統表征納米零價鐵材料及在水體中相關參數研究，使得研究生在學習水化學這一理論課程同時，通過系統的實驗設計、夯實的科研基本功，為研究生素質培養打下基礎。
1 實驗部分
（1）化學試劑
硼氫化鈉（NaBH4）和六水三氧化鐵（FeCl3?6H2O）購自國藥集團上海試劑公司，為分析純等級，實驗用水為二次蒸餾水。
（2）納米零價鐵的合成
采用硼氫化鈉還原六水氯化鐵方法制備納米零價鐵。將0.05 M的FeCl3溶液放在三口燒瓶中，將同體積0.2 M NaBH4溶液以0.625 ml/S的速度用蠕動泵滴加到FeCl3溶液中，在制備過程中保持機械攪拌。待硼氫化鈉溶液滴加結束后，機械攪拌30 min。上述溶液靜置30 min后抽濾，并用去離子水和5%乙醇進行清洗。將制備的納米零價鐵保存于乙醇中。納米零價鐵制備的化學反應方程式如下：
Fe（H2O）63 ++3BH4-+3H2OFe0+ 3B（OH）3+10.5H2
（3）表征方法和技術
①透射電鏡（TEM）
采用日本電子JEOL2010透射電鏡對納米零價鐵顆粒進行形貌和結構表征。將樣品用乙醇分散，滴加到碳膜上，將其放置到電鏡的真空系統進行抽真空后進行測試。
②X-射線衍射（XRD）
采用Bruke公司的X-射線衍射儀進行晶體表征，在操作電壓為40 kV和電流為40 mA的條件下，采用Cu靶激發碳單色器產生的波長為1.54060 ? X-射線，樣品放置在玻璃片上，掃描角度為20 °到60 °。該掃描范圍能夠覆蓋所有的鐵及鐵氧化物。掃描速度為3.0 °/min.
③X-射線光電子能譜（XPS）
英國Kratos公司AXIS Ultra DLD型多功能能譜儀（XPS）用于鐵納米粒子的表層結構分析。為了避免氧化，零價鐵納米粒子在充滿氮氣的手套箱中干燥、保存，待測試時之際轉移到XPS測試艙中。采用單色話Al靶X射線源對納米零價鐵的固體表面和界面的化學信息進行測試，并對鐵、氧的含量進行半定量分析，同時測定元素的化學價態及化學環境的影響。儀器采用C（1s）的結合能在284.6 eV進行校正。
④pH/標準電位（ORP）測定
將去離子水放置在蒸餾燒瓶中，充氮氣30 min后用橡皮塞塞緊。此時溶解氧的濃度小于0.1 mg/L。在該去離子水中，投加一定量的納米零價鐵，放入pH、氧化還原電位電極，測定水體的pH和氧化還原電位。測定過程中保持攪拌速度為300 rpm。
使用之前對pH計進行校正，采用Ag/AgCl作參比電極測定體系的pH和ORP值。以Ag/AgCl作為參比電極，測試讀數加上+202 mV即為標準電極電位[20]。
2 結果與討論
（1）TEM表征
圖2是新鮮和在水中氧化10天的納米零價鐵顆粒的TEM圖。從圖2a中看出實驗室合成的納米零價鐵顆粒為球狀，大部分顆粒粒徑在60～70nm之間，大多數小于100 nm（圖2b）。圖2c，d是在水中氧化10天的納米零價鐵的TEM圖。圖2b，c，d表明，納米零價鐵是以鏈球狀聚集體形式存在，氧化10天以后，有部分零價鐵被氧化，以片層形式脫落下來，但是被氧化的鐵仍然有磁性，納米顆粒彼此之間是以鏈狀形式存在。這從表面形貌方面證實了納米零價鐵在水中的反應。在無氧水中，納米零價鐵與水之間發生如下反應：
在水中有溶解氧存在，則鐵與水及存在的氧氣發生反應，方程式如下：
另外，根據溶液中溶解氧的濃度及pH等條件，Fe2+反應產生Fe3O4和Fe（OH）2，而Fe（OH）2易被氧化形成Fe3O4[21]：
而當水中存在充足溶解氧時有利于進一步形成FeOOH [22]：
（s）；
上述反應中生產的氫氧化鐵、四氧化三鐵、羥基氧化鐵等化合物，解釋了在水體中反應10 d后，透射電鏡中鱗片狀結構形貌的存在[21]。
（2）晶體結構表征（XRD）
納米零價鐵和在水溶液中反應10 d后的納米零價鐵顆粒XRD如圖3所示。在新鮮納米零價鐵樣品的XRD圖3（a）中，我們觀察到在44～45°處存在一個峰，這對應于單質鐵的α-Fe的峰[23]。同時發現，該峰為寬峰，這表明納米零價鐵的顆粒較小。2θ為35.8 °和65.6 °處微弱的峰代表鐵氧化物峰的存在。在水中反應10 d后，被氧化的納米零價鐵的XRD圖3（b）中顯示較多的峰存在。從圖中可以看到，α-Fe的峰相對強度較小，氧化鐵的峰明顯增加。在2θ為27、35.4、52.5、56.9、63°處所出現的峰代表四氧化三鐵、三氧化二鐵及γ-FeOOH的存在，這是由于鐵在含氧水體中反應而導致的[24]。
（3）新制備和在水中反應10天的納米零價鐵的X-射線光電子能譜表面分析
圖4是新制備的和在水中反應10天的納米零價鐵的XPS譜圖。圖4（a）是樣品XPS全譜分析，從圖中可以看出，無論新制備還是在水中反應10 d的納米零價鐵，都是由鐵、氧及碳等元素組成。從譜圖看出，氧化后的樣品中鐵氧比變小，即鐵的相對含量較小，這說明在水中氧化10 d后，零價鐵發生氧化生成氧化鐵。圖4（b）為Fe2p譜，從譜圖中觀察到在710.6 eV、723.9 eV處有吸收峰，這分別代表Fe（2p3/2）和Fe（2p1/2）特征光電子結合能譜峰。該處存在的特征峰表明納米零價鐵顆粒表面層成分為鐵氧化物[10]。
（4）納米零價鐵的氧化還原特性分析
零價鐵的標準電極電位E0Fe2+/Fe0為-0.44V，容易失去兩個電子形成Fe2+，對應的電化學半反應如下：
這說明鐵具有提供電子的趨勢，而在地下水環境中，主要電子接受體為水和溶解氧，即容易發生如下反應[13]：
根據上述方程式（2）、（3），我們發現，在水體中零價鐵與水及溶解氧發生反應，使得體系的pH值升高。反應中釋放出來Fe2+使得整個體系呈現還原性環境從而Eh下降。此外，根據方程2也表明，納米零價鐵顆粒表面首先吸附水分子，并進一步反應，從而在表面形成羥基基團。鐵在水體系中發生反應，水的濃度遠遠高于其中鐵的濃度，因此在納米材料表面水的還原反應為主要反應。隨著反應時間的增加，水中二價鐵濃度增大，二價鐵在水體中的存在使其成為強還原性環境。
圖5是納米零價鐵在蒸餾水中的pH、Eh隨著時間的變化曲線。從圖5（a）中可以看出，由于水體中投加了納米零價鐵，溶液的pH由6上升到8～9。不管在溶液中投加幾個毫克還是幾百毫克的納米零價鐵，溶液最終的pH值的變化并不大，這表明納米零價鐵的投加量對于其值影響并不大。將納米零價鐵投加量增加到10g/L以上，整個體系平衡pH值仍然小于10（圖未列出）。在緩沖溶液或流動的地下水環境中，納米零價鐵的含量對pH變化的影響更小。圖5（b）是Eh隨時間變化圖。對于該反應體系中未加納米零價鐵時，反應體系的Eh為+400 mV；投加納米零價鐵后，迅速下降到-500 mV，這說明因為納米零價鐵具有大的活性表面和快速反應能力，反應產生的Fe2+使體系成為還原環境。根據圖5（b），3 mg/L左右的納米零價鐵投加到水溶液中，短時間（
納米零價鐵具有能夠迅速降低地下水Eh能力，不但被應用于水體中污染物的化學降解，同時可以形成模擬生物降解有機氯化物的環境。痕量的納米零價鐵投加到水溶液中，迅速降低溶液標準電位，并產生氫氣和Fe2+，該環境適合厭氧微生物生長。
（5）納米零價鐵的去除污染物原理圖
圖6為納米零價鐵去除污染物的模型。研究表明納米零價鐵具有零價鐵的還原性能和氧化鐵的吸附性能[14]。由于其具有還原特性，不但可以用于有機氯化物中氯的脫除，還可以用于還原水體中重金屬。由于鐵氧化物良好的吸附性能，是水體中污染物去除的常用材料。在水中，鐵氧化物不但可以作為配位化合物中心離子，而且作為配體形成配合物[25]。低pH條件下，鐵氧化物表面帶有正電荷吸引負電荷配體；pH值高于等電位點（pH值≈8）時，鐵氧化物表面帶有負電荷，與陽離子形成表面配合物。而足夠量納米零價鐵（>0.1 g/L）投加到溶液中，溶液pH值維持在8-10之間[10]。
3 結語
納米零級鐵為具有豐富的物理化學性質的環境納米材料。在水體中會發生一系列的物理化學性質變化，引起材料本身以及水體的物理化學指標改變。材料本身的物理化學性質變化，通過TEM、XRD、XPS進行表征。TEM結果表明，納米顆粒粒徑集中在1～100 nm之間，平均約60 nm同時在水體中反應過的納米零價鐵表面形貌有明顯的差別，核殼結構的納米零價鐵的殼層變厚，同時有片層結構存在。XRD表征結果表明，新制備和氧化后的納米零價鐵的晶相成分明顯不同，氧化后得樣品含有多種鐵氧化物。HR-XPS表征結果表明，納米零價鐵中單質鐵成分的存在，在水體中發生氧化后，鐵氧比變小，含氧量增加。納米零價鐵顆粒投入到水體中，pH、ORP等水化學指標也隨之發生變化。水溶液中，投加2～3 mg/L的納米零價鐵就可使體系的ORP迅速下降到-500 mV的氧化還原電位。因此，以納米零價鐵為媒介，設計系列實驗，安排到輔助水化學課程的學習中，具有重要的推動作用。納米零價鐵具有核殼結構，核主要是Fe0，殼層成分主要是鐵氧化物，并具備還原性能和吸附性能雙重性質。該材料對于許多污染物的修復具有良好效能，在環境修復領域廣被研究，有系統成熟的科研方法可以借鑒，用于水化學的課程學習研究具有現實意義。
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