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功能材料論文范文1
關鍵詞：納米涂層；場發射；電子強關聯；軟凝聚態物質
2003年在國際和中國都發生了具有突發性的災難事件，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，其中第二產業貢獻4萬多億元。中國現今的第二產業主要領域是冶金、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勢是中國的勞動力廉價，這個優勢我們能保持多久?我們還注意到與化工有關的產品中，我們的生產效率是國際發達國家的5％，能耗是3倍，環境的破壞是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，制造業絕對是一個極其重要的領域，是個急速發展變化的領域。2003年3月國際真空學會執委會在北京舉行，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年代曾經說成是塑料年代，此后塑料科技和工業迅速崛起，極大地改變了人類社會。繼而是信息時代，通信網、計算機網、萬維網、智能網，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展的時代，技術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展趨勢，推動科技發展進入納米時代[1]，不僅電子學將進入納電子學領域，物理學進入介觀物理領域，各類科技，包括生物醫學等都在探索納米結構與特性。涂層和表面改性越來越多地增加了納米科技的內容，這是一種低維材料的制造和加工科技，將是制造技術的主流，將迅速地改變傳統制造技術的方法、理論和觀念，作為現今國際上的制造大國，世界加工廠，我們更應該注意研究制造技術的發展和未來。
1突破傳統制造技術的觀念
納米科技研究的內容主要是在原子、分子尺度上構造材料和器件，測量表征其結構和特性，探索、發現新現象、新規律和應用領域。與我們熟悉傳統的相比，納米材料和器件具有顯著的維數效應和尺寸效應。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，以及材料結構和特性測量、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]，出現了一些成功有效的制造方法，發現了一些驚人的結構和特性。在此基礎上，發展了納米復合材料的研究，展現了非常有希望的應用前景[15～17]。近來人們在納米科技初期成果的基礎上挑戰某些產品的傳統加工技術，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，鋁與氮反應形成氮化鋁骨架，在滲透過程中得到剛體結構。與傳統制造工藝相比，這個過程是簡單的快速的，可以制造任何復雜組件，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，中心有結構細節的是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，這個結構基本保持不變。(b)是氮化物骨架，圍繞Al粒子的一些環狀結構的光學顯微鏡像，再滲入Al時將形成密實結構。(c)是燒結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鑄造技術的水平。他們還制作了公斤重量多種結構的樣品。這是一種冶金技術的探索，開辟了一種新的冶金和制造技術途徑。
2納米材料的完美定律
描述材料結構的常用術語是原子結構和電子結構。原子結構的主要參量是晶格常數、鍵長、鍵角；電子結構的主要參量是能帶、量子態、分布函數。對于我們熟悉的宏觀體系，這些參量多是確定的常數，但對于納米體系，多數參量隨著原子數量的改變而變化。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規則，即含有13、55、147…等數量原子的原子團是穩定的，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等結構體系根本不存在。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現碳60和碳70，從而獲得了諾貝爾獎。對于一維納米結構，包括納米管和納米線，存在類似的規則?？梢阅Ｐ蜕险J為是由殼層構成的，每個殼層中更精細的結構稱為股，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結構，再外殼層為11股的，表示為11-7-1結構，等等，構成最穩定的結構，這是一維納米結構的魔數規則。對二維納米膜存在類似的缺陷熔化規則，即不容許存在很多缺陷，一旦超過臨界值，缺陷自發產生，完全破壞二維晶態結構。上述這些低維結構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、產額高、成本低是最有競爭力的?？梢韵胂?，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，首先考慮的應是滿足完美定律的技術，如用甲烷電弧法制備納米金剛石粉技術[1]，電化學沉積法制備金屬納米線陣列技術[19]，以及電爐燒結法制造氧化物納米帶技術[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域具有代表的材料，或是低維納米材料的有序堆積結構，或者是低維納米材料填充的復合結構。兩者都比傳統材料有驚人的結構和特性。如新型高效光電池[21]、各向異性結構材料[19]、新型面光源材料[22]等，這里舉例介紹基于熱電效應的新型納米熱電變換材料。
熱電效應器件的代表是熱電偶，即利用不同導體接觸的溫差電現象進行溫度測量的器件?；跓犭娦梢灾瞥蓛深惼骷簾岙a生電和電產生溫差。前者可以用于制造焦電器件，即用熱直接發電，如將焦電材料涂于內燃機缸表面，利用缸體溫度高于環境幾百度的溫差發電，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，高可靠性等優點，但塊體材料制成器件的效率低，限制了它的應用。納米科技興起以后，人們探索利用納米晶或納米線結構能否解決熱電效應的效率問題。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，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構的熱-電效應器件，他們制備了PbSeTe／PbTe量子點超晶格(QDSL)結構，用其制造了熱電器件(Thermo-electrics，TE)，圖2(a)是納米超晶格TE致冷器件的結構和電路圖，(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而形成這同結接觸，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構，由于量子限制效應，發生間隔很大的能級分裂，從而得到很高的熱電轉換效率。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)關系，電流坐標表示相應通過器件的電流?！鰹闊岫藴囟萒h與電流I的關系，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。
電熱效應的逆過程的應用就是焦電器件，即利用熱源與環境的溫差發電。對于內燃機、鍋爐、致冷器高溫熱端等設備的熱壁，涂上超晶格納米結構涂層，利用剩余熱能發電，將是人們利用納米材料和組裝技術研究的重要課題。
類似面致冷、取暖，面光源，面環境監測等涂層功能材料，將給家電產業帶來革命性的影響，將會極大地改變人類的生活方式和觀念。
4含鐵碳納米管薄膜場發射
碳納米管陣列或含碳納米管涂層場發射被廣泛研究，以其為場發射陰極做成了平板顯示器。研究結果表明碳管的前端有較強的場發射能力，因此碳管涂層膜中多數碳管是平放在基底上的，場電子發射能力很差。我們制備了含有鐵(Fe)納米粒子的碳納米管，它的側向有更大的場發射能力，有利于用涂層法制造平板場發射陰極。圖3(a)是含鐵粒子碳納米的TEM像，碳管外形發生顯著改變。(b)是碳管場發射I-V特性曲線，I是CVD生長的豎直排列碳納米管的場發射曲線，II是含鐵粒子碳納米管豎直陣列的場發射曲線，III是含粒子碳納米管躺在基底上的場發射曲線，有最強的場發射能力。根據此結果，將含鐵的碳納米管用作涂層場發射陰極，有利于研制平板顯示器。
5電子強關聯體系和軟凝聚態物質
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展前景。這就涉及到物理學的重要理論問題，即電子強關聯體系(electronstrongcorrelationsystem)與軟凝聚態物質(softcondensationmatter)。
在量子力學出現之前，金屬材料電導的來源是個謎，20世紀初量子力學誕生后，解決了金屬導電問題?；贐loch假設：晶體中原子的外層電子，適應晶格周期調整它們的波長，在整個晶體中傳播；電子-電子間沒有相互作用。這是量子力學的簡化模型，沒有考慮電子間的相互作用，特別是在局域態電子的強相互作用。2003年又有人提出了金屬導電問題，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電問題[24]。當計入電子間的相互作用時，可能產生的多體態，超導和巨磁阻就是這種狀態。晶體中的缺陷破壞了完善導體，導致電子局域化。電子與核作用的等效結果表現為電子間的吸引作用，導致電荷載流子為Cooper對。但這個對的形成，不是超導的充分條件。當所有Cooper對都成為單量子態時，才能觀察到超導性。這樣，對于費米子由于包利(Paulii)不相容原則，不可能產生宏觀上的單量子態。Cooper對的旋轉半徑小于通常兩個電子相互作用的空間，成為Bose子。宏觀上呈現單量子態，Bose子的相干防止了局域量子化。在局域化電子范圍內，超導性可能認為是玻色-愛因斯坦凝聚，這個觀點現今被很多人接受。從20世紀初至今，對于基本粒子的量子統計有兩種，一是Fermi統計，遵從Paulii不相容原理，即每個能量量子態上只能容納自旋不同的2個電子，而Bose子則不受這個限制。在凝聚態物質中有兩個基態：即共有化Bose子呈現超導態，局域化Bose子呈現絕緣態。然而，在幾個薄合金膜的實驗中，觀察到金屬相，破壞了超導體和絕緣體之間直接轉換。經分析認為這是玻色金屬態，參與導電的是Bose子。推斷這個金屬相可能是渦流玻璃態，這個現象在銅氧化物超導體中得到了驗證。
軟凝聚態物質研究的對象是原子、分子間不僅存在短程作用力，而且存在長程作用力，表觀上呈現的粘稠物質形態，稱為軟凝聚態。至今，人類對于晶體和原子存在強相互作用的固體已經知道得相當透徹了，但對軟凝聚態的很多科學問題還沒有深入研究，21世紀以來，引起了科學家的極大興趣。軟凝聚態物質包括流體、離子液體、復合流體、液晶、固體電解、離子導體、有機粘稠體、有機柔性材料、有機復合體，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。其他軟凝聚態結構和特性的科學問題和應用前景是目前被關注的研究課題。這其中主要有：微流體閥和泵、納米模板、納米陣列透鏡、有機半導體、有機陶瓷、流體類導體、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，以及他們的復合，統稱為分子調控材料(materialsofmolecularmanipulation)。其主要特征是原子結構的多變性和柔性，研究材料的設計、制造、結構和特性的測量、表征，追求特殊功能；理論上探討原子結構的穩定體系，光、電、熱、機械特性，以及載流子及其輸運。關于軟凝聚態物質，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的發展和應用的需求促進深入的理論研究，判斷體系穩定存在的依據是自由能最小，體系自由能可表示為F=E-TS，其中S是熵。對于軟凝聚態物質體系，S是重要參量。其中更多的缺陷，原子、分子運動的復雜行為，更多的電子強關聯，不再是單粒子統計所能描述，需要研究粒子間存在相互作用的統計理論。多樣性是這個體系的突出特征，因此其理論涉及廣泛、復雜問題。
物理學是探索物態結構與特性的基礎學科，是認識自然和發展科技的基礎，其中以原子間有較強作用的稠密物質體系為主要研究對象的凝聚態物理近些年有了迅速進展，研究范圍不斷擴大，從固體結構、相變、光電磁特性擴展到液晶、復雜流體、聚合物和生物體結構等。幾乎每一二十年就有新物質狀態被發現，促進了人類對自然的認識和對其規律把握能力，推動了科學和技術的發展。21世紀仍有一些老的科學問題需要深入研究，一些新科學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年代出現的介觀物理，后來發展成為納米科技所涉及的學科領域。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則和結論有些不再有效，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問題的描述和表征，將會有更多的新現象、新效應、新規律被發現。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／有機復合材料和生物材料，這將大大的擴展了物理學研究的范圍和深度。涉及的重大科學前沿問題和重點發展方向有①強關聯和軟凝聚態物質，及其他新奇特性凝聚態物質；②低維量子限域體系的結構和量子特性，包括納米尺度功能材料和器件結構和特性；③粒子物理，描述物質微觀結構和基本相互作用的粒子物理標準模型和有關問題，以及復雜系統物理；④極端條件下的物理問題，探索高能過程、核結構、等離子體、新物理現象和核物質新形態等；⑤生命活動中的物理問題，物理學的基本規律、概念、技術引入生命科學中，研究生物大分子體系特征、DNA、蛋白質結構和功能等，其研究關鍵將在于定量化和系統性，必然是多學科的交叉發展，成為未來科學的重要領域。
6結論
本文討論了納米線涂層的結構和特性，重點是納米線的復合涂層和其電學特性、光電特性。其中包括制造技術新觀念，納米材料的完美定律，納米涂層的熱-電效應，碳納米管的側向場發射，以及電子強關聯體系和軟凝聚態物質，展示了涂層科學與技術的發展前景。
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功能材料論文范文2
關鍵詞：相變；保溫材料；建筑；節能；工程
一、前言
在建筑施工過程中隨著新工藝和新技術的不斷發展，保溫材料在建筑中的應用也越加的廣泛，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，出現窗洞不斷加深等各種問題，為有效地解決這些問題，出現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的紙質與金屬外殼，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，其應用前景非常廣泛。
2、復合型硅酸巖保溫材料。該材料含有硅酸鹽、鋁以及鎂等物質，是一種非金屬的礦物基料，通過添加相應的輔助原料與化學添加劑，借助于新技術以及新工藝的應用制造而成?？v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，其導熱系數相對較低、用料厚度也比較少且熱損也比較小，具有無毒特性，不會對設備造成腐蝕，也不會對環境造成污染，屬于一種高效保溫且輕質性的材料。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，能夠對其進行任意地裁剪，便于施工等。
三、外墻保溫特點
不同的建筑在節能上的要求不同，根據節能標準在施工時將保溫材料同墻體固定復合，通過該種方式降低建筑墻體的導熱系數，達到隔熱的目的，使得建筑具有更好的保溫能力。保溫材料大多為導熱系數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。
2、建筑采用外保溫的形式后，能夠使得室內貯存更多熱量，這是由于保溫材料內部實體墻熱容較大，因而可以達到保溫的目的。
3、對外保溫加強后，以室內熱環境保持為前提對室溫做適當的降低，不但能夠保證室內環境溫度的適宜，同時還能夠降低能耗，以此節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。由于保溫材料的導熱系數較小因此主體墻熱應力減小，因而裂縫、變形以及破損等主體墻的病害出現幾率就會相對降低。
5、外墻保溫優點概述：
（1）外墻保溫從技術結構上分析能夠減少外界環境（降水、紫外線、溫度等）對主體結構造成的不良影響。
（2）擴大使用空間。由于外墻保溫材料設置在外部，因此會節約內部空間。
（3）在舊房改造中能夠發巨大的優勢，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能技術中的應用
1、相變保溫材料在建筑工程中的應用特點
在建筑工程的施工建設中，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發展和建設和諧社會提供了新的途徑，同時這也是可持續發展觀念和建設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
一些性能良好的節能保溫材料對于建筑的保溫起到了很好的作用，這也讓現代建筑實現了大規模的節能目標。且在國外，一些發達國家已經在建筑節能保溫材料方面取得了突破性的成果。
（2）紅外熱反射技術
紅外熱反射技術是最近新興保溫技術，它的工作原理是通過在建筑物的內部或者外表以及護結構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部熱量的散失、提高居住環境的舒適程度的目的。
2、配制漿料
保溫漿料需要專業人員來配制，這樣才不會出現攪拌不勻而出現保溫效果失常的情況。
3、抹底層相變節能材料
保溫層應當分成三次涂抹，且每一次的厚度應當控制在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定性。
五、相變材料與隔熱材料的具體應用
節能環保意識的逐漸增強，促使人們對房屋建筑質量在節能環保方面的要求有所提高，建筑市場對保溫隔熱型環保材料的應用也變得更加重視。隨著深入探索與實踐，隔熱保溫材料在墻體中的應用理論和技術日益完善和成熟。外墻保溫材料的應用主要分為三類：內保溫、外保溫以及空夾心復合型墻體保溫。外墻保溫材料的應用使得建筑節能環保效果有了大幅度的提高。由于保溫隔熱材料自身導熱系數低、構成材質強，熱穩定性極佳，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、調光玻璃、熱反射玻璃、低輻射玻璃等，在實現環保節能、降低污染的同時，還能充分滿足人們的個性化需求，因此在現代建筑中可以廣泛利用。
基于標準房間熱過程模擬的非穩態傳熱模型，并采用專用氣象數據對相變材料的兩種不同應以北京的建筑為例，就外墻的保溫節能工程進行闡述。
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，將相變材料應用于被動式建筑中，在夏天材料可吸收室內多余熱溫，進而降低室內溫度波動幅度，可蓄存夜間冷風量，使室內始終保持較好的舒適度。通過對北京地區建筑有外保溫和無外保溫、內墻為相變墻體和普通墻體的夏季室內溫度變化情況進行分析發現，當內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室外溫度較低但室內溫度卻較高的情況。通過對冬季有外保溫和無外保溫、內墻為相變墻體和普通墻體的室內溫度逐時變化情況進行分析發現，當被動式建筑采用的內墻為相變墻體時對室內溫度的影響較小，只有在室溫接近墻體熔點時才會發生相變，相變材料作用無法得到有效發揮，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建筑對冬夏兩季舒適度的要求，雖然外保溫在夏季無法發揮作用，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用則可通過空調、采暖運行過程中的耗電量來對兩者應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，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，同時也可大大節約采暖費，而采用隔熱材料時不僅耗電量低，采暖費的節約率也更高。在夏季，主動式建筑北墻采用相變墻體時，其單位面積空調冷耗量最小，相較于普通房間要低約16%，而在墻體內設置保溫層或是添加相變材料空調降耗效果并不明顯。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采暖耗量，選擇外保溫比較合適。
六、結束語
在建筑設計施工過程中我們要不斷的提高節能意識，在建筑施工中應用新工藝和新技術來提高節能效果。
參考文獻：
功能材料論文范文3
關鍵詞：課程項目；功能材料；工程教育模式
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
我國傳統的通識教育過于強調基礎科學理論，弱化專業內容和工程實踐，企業普遍反映畢業生缺乏創新精神和創新能力。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，讓學生主動參與實踐，以課程之間有機聯系的方式學習工程?！白鲋袑W”是工程教育改革的戰略之一，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知識，又與實際應用密切相關的多學科交叉的課程。以教師講解為主的傳統教學方式無法充分調動學生的參與積極性，解決實際問題的能力得不到體現。本文就是根據這一實際需要，適應北京石油化工學院（以下簡稱“我院”）素質教育，滿足培養綜合性、創新性、應用型人才的要求，就工程教育模式下《功能材料》課程在教學方法、教學手段等方面的教學實踐進行探究。
二、工程教育模式應用到《功能材料》課程的依據
將工程教育模式應用到《功能材料》課程，符合高等院校工程教育培養的目標要求。工程教育模式突破了傳統教學模式，通過選取項目創設情景，協作學生學習開展教學，通過完成項目達到意義建構，通過解決問題實現學生對知識的掌握，充分體現我院以研究型和應用型人培養為目標的教育特點。
功能材料作為能源、計算機、通訊、電子等現代科學技術研究的基礎，近年來已成為材料科學領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域對科技的進步、社會的發展產生了越來越大的影響。目前根據我院2009版新大綱要求，《功能材料》課程涉及面廣、頭緒多、內容繁雜、系統性不強，而且課程的理論教學時數相對較少。如果還像以前一樣照本宣科，在課堂上根本不能吸引學生的注意力，激發學生的學習興趣，教學效果不理想。而且，事實也證明，按照傳統方式培養出來的畢業生在今后的工作中的應用能力也比較差，不能達到用人單位對人才的要求標準。
三、工程教育模式應用于《功能材料》教學的實踐
以真實項目為載體開展項目式教學，能使學生親身經歷產品構思、設計、實現、運作的項目開發生命周期，在與課程緊密聯系的項目實踐中積極主動地學習專業知識，提高學生對理論知識的應用能力和實踐動手能力，增強學生的成就感，充分挖掘學生的創造潛能。
1.構思
根據課程教學內容選取研究項目。課程研究項目是《功能材料》課程學習的一個重要組成部分。通過實施課程研究項目，學生可以深入掌握課程的理論知識體系，提高綜合應用已有知識解決問題的能力，更好地培養材料科學與工程專業學生的專業技術能力和綜合素質。
2.課程研究項目設計
為了實現項目教學目標，我院設計了《功能材料》課程研究項目指導書，主要內容包括：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點；⑦主要參考文獻。讓學生在完成研究項目指導計劃書的過程中掌握項目所包含的理論知識，真正實現“做中學”。
3.任務實現
教師經過簡單的理論介紹和導入之后，帶領學生實施項目，鼓勵學生自己選取感興趣的項目。把學生分成小組（每組最多3個學生），每一小組選出一個組長，全面負責該組的任務。所有環節任務的實現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容。
4.成果展示
所有的項目都要按照規定的時間對教師和全體學生進行演示匯報。演示匯報的主要目的是讓教師和其他學生了解各組的工作和研究成果。小組的學生都要在臺前匯報，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。
不同項目的設定有利于滿足不同層次學習者的學習需求，便于開展個性化、差異化教學。通過個體和合作的形式進行項目學習和實訓，學生不僅能培養自主學習的能力，而且能培養合作、溝通和組織能力。項目完成后的及時反饋，又有利于學生間經驗的分享。該模式構建出一個開放性、研究性的學習環境，充分體現了以學生為中心、以學生的全面發展為中心的教育思想。
四、在工程教育模式下教師的角色
將工程教育模式應用到“功能材料”課程，有利于教師教學科研水平的提高。要將工程教育模式應用到課程教學，教師必須結合院校教學實際，以及本校學生的知識層次、結構能力，合理制定教學大綱，優選教學內容，加強教材建設，不斷改進教學方法、教學手段，理論結合實踐，設計工程項目，體現以能力培養為主的原則。這個過程本身就是一個學習知識、提高理論層次和教學水平的過程，也是工程教育的具體體現。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設計經驗和教學組織能力，而且利于發揮學生的主體地位和教師的主導地位，培養學生的綜合應用能力，能極大地提高教師的業務能力和教學科研水平。
五、結語
《功能材料》課程結合工程教育理念的教學模式，加強學生對課程內容本質性理解，促使學生結合課程主動考慮并構思滿足要求的設計，設計的任務緊扣《功能材料》課程的核心內容，并具有豐富的題材和多樣的結果。注重培養學生的自學能力、團隊協作能力以及系統調控能力。使學生養成主動查找書籍資料的良好習慣，讓學生學會關注科技發展，極大地提高學生的系統調控能力。
參考文獻：
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功能材料論文范文4
英文名稱：Journal of Materials Engineering
主管單位：中國航空工業第一集團公司
主辦單位：中國航空工業第一集團公司北京航空材料研究院
出版周期：月刊
出版地址：北京市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1001-4381
國內刊號：11-1800/TB
郵發代號：
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：1956
期刊收錄：
CA 化學文摘(美)(2009)
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽：
Caj-cd規范獲獎期刊
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功能材料論文范文6
關鍵詞：CA砂漿，干料，攪拌
1. 干料團現象
高速鐵路板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿(Cement and emulsified asphalt mortar, CA 砂漿)是由乳化瀝青、水泥、細骨料、水和外加劑經特定工藝攪拌制得的具有特定性能的砂漿，分為CRTS（ChinaRailway Track System, 中國軌道系統）Ⅰ型和Ⅱ型兩種[1, 2]。水泥乳化瀝青砂漿采用灌注施工的方法，厚度為30~60mm，起支撐、調節、吸振等作用，是高速鐵路系統的關鍵功能材料之一[3-7]。
新拌CA砂漿為具有較強流動能力、均勻分散的介穩懸浮體[8]。論文格式。其原料采用乳化瀝青加干料的雙組分模式，即液相原材料均添加于乳化瀝青中，而固相的原料均添加于干粉砂漿中，此外，需加入一定量的水以調節砂漿的流動度。由于其含氣量、分離度、工作時間等方面的要求，CA砂漿需用特定的攪拌裝置并采用特定的攪拌工藝進行拌制。
CA砂漿一般的攪拌工藝為：先加入液料和水，攪拌一定時間；再加入干料；干料加完后高速攪拌一定時間；然后再慢速攪拌一定時間；再取樣檢測；檢測合格后卸料?？晒P者在施工過程中發現，施工一段時間之后，原先均勻砂漿中出現了一些小“疙瘩”，將“疙瘩”破碎后可看到灰白色未被潤濕的干料，如圖1所示。
圖1 新拌CA砂漿中出現的干料團
未被攪散的干料團將對CA砂漿的質量產生嚴重影響。首先，它使砂漿實際的配合比受到影響，因為干料的局部集中將導致其他漿體中干料數量過少；另外，它將影響砂漿的力學性能，其力學的均勻性將因干料局部集中而改變，整體力學性能也將受到影響；此外，它將嚴重影響砂漿的體積穩定性和耐久性，未被分散的干料團在后期水化導致的體積變化將嚴重砂漿的體積穩定性，進而對砂漿耐久性產生影響。
2. 原因分析
由于此前并未出現過該現象，基本可以排除這是因攪拌時間不夠導致的；另外，通過對原材料進行篩分和肉眼觀察等，發現原材料中干料并沒有因受潮而出現成團現象。在將這些因素排除后，筆者對砂漿攪拌車進行了觀察，發現干料加料口粘料和攪拌機攪拌臂粘料是導致出現干料團的原因，如圖2、3所示。
在圖2中，干料加料口位于攪拌主機上方，當攪拌機載高速攪拌時，所飛濺起來的漿體將落至干料的加料口，并附在加料口表面。當攪拌下一盤CA砂漿，已通過計量的干粉被螺旋輸送至加料口，粘在飛濺起來的CA砂漿表面，并沒有完全落入攪拌主機內。隨后，隨著攪拌導致的振動等，部分干料才落入攪拌主機，但由于這部分干料攪拌時間不夠，因此呈干料團狀態。在早期，由于加料口較為潔凈、平滑，口直徑也較大，干料即使被粘住也很快落入攪拌主機中，但隨著干料的越積越多，表面變粗糙，口直徑也變?。▓D2），干料將很難短時間掉入攪拌機內。
在圖3中，攪拌機采用三加一的葉片模式，葉片在繞攪拌中間的葉片軸轉動外，還有主機的中心軸公轉。論文格式。在加料時，由于葉片經過干料的加料口，部分料粘在攪拌臂上，隨著攪拌臂的轉動，部分干料才逐漸落入攪拌機內，而導致分散不均勻，出現干料團。同樣在早期，由于攪拌臂較為潔凈、平滑，且直徑較小，不會出現干料團現象，但隨著砂漿在攪拌上的積累與粘附，攪拌臂變粗、變粗糙，而導致了干料團現象。論文格式。
3. 防治措施
在經過干料團出現的原因進行分析后，我們對砂漿攪拌機的加料口和攪拌工藝進行了改進，有效的防止了新拌CA砂漿中干料團，如圖4、5所示。
在圖4中，筆者對加料口用橡皮套進行了延長，這樣做有三個好處，首先，可以避免砂漿飛濺入加料口，而使加料干料結塊，粘料甚至堵塞加料口（現場時有發生）；另外橡皮套伸至剛好與攪拌臂保持一定的接觸，這樣攪拌臂轉至橡皮套時，可以拍打橡皮套，而使橡皮套的粘料落下，而不是在攪拌快完成時落下；此外，當橡皮套的永久性結料至一定厚度而影響使用時，只需將其換掉即可，不耽誤工期，而不像原先的加料口，當料積至一定厚度必須全部清除才能繼續生產。
圖5為筆者進行二次高壓進水改進后的攪拌臂，從圖5可看出，改進后的攪拌臂上已經看不到會灰白色的干料。所謂二次高壓進水，是指開始只加入少許水進行拌合，當干料加料完成后，再次加入一定量的水（已通過計量），并以高壓的形式加入，以對攪拌主機葉片等進行清洗，這樣可以有效地避免攪拌臂、葉片等部位粘料，起到了較好的效果。
此外，當干料因受潮等原因出現結塊時，也會出現干料團現象，但此時以上的改進措施將很難防止干料團的出現。在結塊程度較輕的情況下，可考慮降低加料速率、延長攪拌時間的方法。若結塊程度較嚴重，廢料或將干料過篩，也可起到防止干料團出現的作用。但最好的辦法還是應對CA砂漿的原材料進行嚴格的存放，并縮短干料的存放時間，以防止干料受潮。
4. 結語
CA砂漿是高速鐵路的關鍵功能材料，其好壞關系到高速鐵路的成敗，盡管目前我國的研究機構和施工單位已對其有較為深入的了解，但由于其復雜性、和敏感性，對其在實際工程的應用尚不能完全掌握，因此應在應用中不斷的積累經驗并加以改進。
參考文獻
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