導(dǎo)語：如何才能寫好一篇功能材料論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

構(gòu)成物質(zhì)的原子包含原子核及核外電子，而物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)由核外電子的結(jié)構(gòu)及電子-離子、電子-電子之間的相互作用決定。因此，研究電子的行為對材料研究具有重要意義。量子力學(xué)原理為描述電子的行為提供了理論依據(jù)。量子力學(xué)的模擬方法是通過求解薛定諤方程來實現(xiàn)的，該方法對單電子體系(如氫原子)行之有效，但對于復(fù)雜的多電子體系就無能為力了，原因在于無法求解復(fù)雜體系的薛定諤方程。但是，通過一些近似處理便可以得到薛定諤方程解。這些方法習(xí)慣上稱為第一性原理。最為著名的近似方法有Hartree-Fock近似、密度泛函理論(DensityFunctionalTheory，DFT)和量子蒙特卡羅方法(QuantumMonteCarlo)。其中，應(yīng)用最為廣泛的是由Hohenberg，Hohn和Sham于20世紀(jì)60年代提出的DFT方法。DFT方法的優(yōu)點在于通過電子密度分布來表示系統(tǒng)能量，將多電子問題轉(zhuǎn)化為單電子問題，從而簡化了求解過程。經(jīng)過不斷完善，DFT方法已成為計算固體物性的首選方法。此外，基于DFT原理，研究人員還發(fā)展了第一性原理分子動力學(xué)理論及含時密度泛函，拓展了第一性原理的應(yīng)用范圍，使其在材料、醫(yī)學(xué)、生物等方面的研究中起到舉足輕重的作用。

2材料原子結(jié)構(gòu)建立過程

在已知晶體結(jié)構(gòu)信息條件下，在MS中可采用多種方法建立原子的構(gòu)型。晶體結(jié)構(gòu)的信息可以通過晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫軟件查詢，對于一些復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，可通過日本國立材料研究中心數(shù)據(jù)庫(NIMS)等查詢。

MS中構(gòu)建晶體結(jié)構(gòu)一般需要用到的信息有：晶格常數(shù)，晶體結(jié)構(gòu)所屬空間群或空間群號，晶胞中的原子占位。納米二氧化鈦作為一種新型多功能材料，性質(zhì)非常優(yōu)良，應(yīng)用十分廣泛，目前國內(nèi)外的許多研究選用其作為研究對象。它主要包括金紅石型、銳鈦礦型和版鈦型三個晶型。其中銳鈦礦型納米二氧化鈦在常溫下是穩(wěn)定的，主要應(yīng)用在環(huán)保及新材料方面，工業(yè)應(yīng)用前沿廣闊。筆者以銳鈦礦型TiO2能帶計算過程為例，介紹其建立過程。銳鈦礦型TiO2為四方晶系，空間群為I41/AMD。每個銳鈦礦型TiO2原胞由2個鈦原子和4個氧原子組成，初始原胞1×1×1為長方體，如圖1a所示。首先選取銳鈦礦TiO2晶體2×2×2超級原胞，然后通過計算得到體系的最小化電子能量和原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定構(gòu)型，從而對其進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。經(jīng)分析，優(yōu)化后計算得到的TiO2晶體的晶格參數(shù)a，b和c與文獻報道實驗測試值及其他理論計算值相似(見表1)。為了考查TiO2表面原子與吸附氧之間的反應(yīng)過程，在完成塊體優(yōu)化后，我們切出了TiO2的三個主要的低指數(shù)面(100)，(001)和(101)(如圖1所示)。其中(101)面為銳鈦礦型TiO2的最穩(wěn)定晶面，亦為銳鈦礦TiO2中最主要的晶面，約占94%以上[11-13]，對該表面的研究具有重要意義。(101)面的性能，在一定程度上可反映出銳鈦礦TiO2體相材料的性能。因此，我們主要考慮的銳鈦礦TiO2表面模型為(101)面。

對于(101)表層，分別將具有5配位和6配位的兩種鈦原子表示為Ti5C和Ti6C，具有面氧和橋氧兩種氧原子表示為O2C(brightoxygen)和O3C(planeoxygen)(如圖1所示)。為了避免交換關(guān)聯(lián)影響，選擇真空層厚度為10Å。通過MS軟件進行計算?；贒FT理論，采用超軟贗勢描述價電子的相互作用，采用廣義梯度近似(GGA)修正交換關(guān)聯(lián)能，對構(gòu)建的(101)面進行結(jié)構(gòu)松弛優(yōu)化。在動能截止能量為340eV及K點值為6×6×1的條件下，進行贗勢和電荷密度的自洽迭代循環(huán)。計算過程中的能量收斂精度為2×10-5eV，作用在每個原子上的力小于等于0.01eV/nm，內(nèi)應(yīng)力小于等于0.1GPa。

除了構(gòu)建原子模型之外，我們還得到了直觀能帶結(jié)構(gòu)圖(如圖2所示)。在教學(xué)過程中，運用MS軟件，計算過程只需要2～5分鐘，學(xué)生即可得到能帶結(jié)構(gòu)圖。橫坐標(biāo)為在模型對稱性計算中設(shè)定的K點，K點就是倒格空間中的幾何點。按照對稱性，取縱坐標(biāo)為能量。因此，能帶結(jié)構(gòu)圖表示在研究體系中，各個具有對稱性位置的點的能量。各個點能量的加和就是整個體系的總能量。采用MS得到的能帶結(jié)構(gòu)圖，簡單易懂、清晰明了，可清楚地看到價帶、導(dǎo)帶及帶隙等具置、形狀及長度等。在Castep里，通過給scissors賦值，可增加價帶和導(dǎo)帶之間的空間，使絕緣體的價帶和導(dǎo)帶清楚地區(qū)分出來。有助于學(xué)生更深層次地了解能帶結(jié)構(gòu)信息，為更深入的研究提供基礎(chǔ)和引導(dǎo)。

3結(jié)束語

篇2

在微流控技術(shù)中，根據(jù)微流控裝置制備乳液的幾何結(jié)構(gòu)以及液相流體流動方向的不同，乳液有不同的產(chǎn)生形式，據(jù)此可以將微流控裝置主要分為：同向流動型（co-flow）、T形交叉流動型（T-junctioncross-flow）和流動聚焦型（flow-focusing）。如圖1(a)所示為典型的同向流動型微流控裝置幾何結(jié)構(gòu)。在該裝置中，作為分散相的內(nèi)相液體（innerfluid）和作為連續(xù)相的外相液體（outerfluid）分別在內(nèi)、外通道中同向流動，并在注射管錐口處相遇，此時內(nèi)相液體受到與其互不相溶的外相液體的剪切力作用而在收集管中斷裂成為尺寸均一的單乳液滴。典型的T形交叉流動型微流控裝置幾何結(jié)構(gòu)，該裝置中內(nèi)相液體和外相液體主要呈相互垂直流動，并在T形流道的交叉口處相遇，此時內(nèi)相液體受到外相液體的剪切和擠壓作用而分散斷裂成液滴。流動聚焦型微流控裝置幾何結(jié)構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)，該裝置中中間通道內(nèi)流動的內(nèi)相液體受到兩側(cè)通道中流動的外相液體的作用，并一同流向下游處緊臨的縮口小孔；此時，在外相液體產(chǎn)生的壓力和黏性應(yīng)力的作用下，內(nèi)相液體變?yōu)橐还杉毿〉膰娚淞?，并在小孔下游處斷裂成液滴。在上述裝置中，同向流動型微流控裝置幾何結(jié)構(gòu)主要由玻璃毛細管組裝構(gòu)建而成，而T形交叉流動型和流動聚焦型微流控裝置幾何結(jié)構(gòu)則可由微加工技術(shù)[如軟光刻技術(shù)(softlithography)]在聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、玻片等材料上構(gòu)建。

上述微流控技術(shù)均能產(chǎn)生具有良好單分散性（一般CV值小于5%）、且尺寸可精確調(diào)控的乳液液滴。在產(chǎn)生乳液的過程中，液相流動的穩(wěn)定性是決定乳液液滴單分散性的主要因素，而微通道的尺寸以及液相的流速則是調(diào)控乳液液滴尺寸的關(guān)鍵因素。除了可以控制所產(chǎn)生液滴的尺寸和單分散性外，微流控技術(shù)另一大優(yōu)點是其良好的可升級特性，即可以通過將上述3種類型的微流控裝置幾何結(jié)構(gòu)相互結(jié)合而實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多重乳液的可控制備。Chu等通過將兩個同向流動型微流控裝置幾何結(jié)構(gòu)串聯(lián)組裝，得到了兩級同向流動型微流控裝置，以用于產(chǎn)生具有液滴嵌套液滴結(jié)構(gòu)的雙重乳液。當(dāng)?shù)谝患壩⒘骺貛缀谓Y(jié)構(gòu)中內(nèi)相液體被中間相液體剪切產(chǎn)生單乳液滴后，攜帶有該單乳液滴的中間相液體將進一步地在第二級微流控裝置幾何結(jié)構(gòu)中被同向流動的另一股外相液體剪切，從而使得單乳液滴被封裝在所形成的中間相液體液滴中，形成了雙重乳液。由于微流控技術(shù)對各級液滴產(chǎn)生單元所產(chǎn)生液滴的優(yōu)良控制性，使得該雙重乳液也具有良好的單分散性?；谖⒘骺匮b置這種優(yōu)良的可升級特性，Chu等進一步組裝得到了三級玻璃毛細管微流控裝置，并成功可控制得了具有更多層嵌套結(jié)構(gòu)的單分散三重乳液。在上述多重乳液中，乳液內(nèi)部各層所含液滴的數(shù)目和尺寸均精確可控，展現(xiàn)出了微流控技術(shù)在可控制備多重乳液方面的巨大優(yōu)勢。Wang等進一步通過設(shè)計液滴產(chǎn)生組件、液滴匯集組件、液體提取組件等微流控功能單元用于組裝微流控裝置，從而可控制得了結(jié)構(gòu)更加多樣化，且內(nèi)部可以同時包含不同組分液滴的多組分多重乳液，對上述層層嵌套式多重乳液的結(jié)構(gòu)做了進一步地擴展。這些多組分多重乳液內(nèi)部各層不同組分液滴的種類、尺寸、數(shù)目、比例均精確可控。其中，液滴的種類主要取決于用于產(chǎn)生不同液滴的液滴產(chǎn)生組件的數(shù)目；液滴的尺寸主要取決于通道的尺寸以及液相流速；而多重乳液內(nèi)部不同液滴之間的數(shù)目和比例則取決于不同液滴的產(chǎn)生頻率，該頻率主要也是通過匹配液相流速來進行調(diào)控。微流控技術(shù)所制備出的尺寸和結(jié)構(gòu)高度可控的單分散乳液液滴，為具有多樣化結(jié)構(gòu)的新型微顆粒功能材料的設(shè)計和制備提供了優(yōu)良的模板。

2以單乳液滴為模板制備單分散功能微顆粒

以微流控技術(shù)制得的單分散乳液液滴作為合成模板，可以制備得到尺寸均一的單分散微顆粒功能材料，并且可以通過改變液滴尺寸在較寬微尺度范圍內(nèi)實現(xiàn)對微顆粒尺寸的精確調(diào)控。此外，該方法還具有很強的通用性。如以油包水型（W/O）乳液或水包油型（O/W）乳液作為模板的微流控合成方法可以分別用于不同種類的基于水溶性單體或油溶性單體的聚合物微顆粒的制備，并且可以方便地通過改變模板液滴中的組分來實現(xiàn)對微顆粒化學(xué)組成的調(diào)節(jié)和優(yōu)化，從而實現(xiàn)對微顆粒功能的調(diào)控。此外，微流控技術(shù)在微通道中連續(xù)制備和操控乳液液滴的獨特工藝，還使得其可以與各種設(shè)備相結(jié)合，以提供多樣化的合成條件用于球形甚至非球形微顆粒的連續(xù)可控生產(chǎn)。

2.1球形功能微顆粒的微流控制備

Weitz研究組利用微流控技術(shù)產(chǎn)生的單分散W/O乳液作為模板，通過將溶解在水滴中的N-異丙基丙烯酰胺（NIPAM）單體聚合，制備得到了尺寸均一的溫敏型聚（N-異丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）水凝膠微顆粒。該溫敏型PNIPAM水凝膠微顆粒具有良好的單分散性，且具有優(yōu)良的溫敏體積相變特性。當(dāng)溫度在其體積相轉(zhuǎn)變溫度（VPTT）（約32℃）附近變化時，該PNIPAM水凝膠微顆粒能展現(xiàn)出高溫收縮、低溫溶脹的可逆體積相變行為。類似地，Kumacheva研究組利用單分散的O/W乳液作為模板，通過紫外光照引發(fā)油滴中含有的油溶性單體聚合，制備得到了不同組分的單分散聚合物微顆粒。以上研究工作均顯示出了微流控法在制備單分散微顆粒功能材料方面的優(yōu)勢

2.2非球形功能微顆粒的微流控制備

微顆粒材料的功能除了取決于其化學(xué)組成外，顆粒的形狀也對其功能和應(yīng)用前景具有很大的影響。然而，由于界面張力的作用總是使液滴盡可能地保持球形，因此傳統(tǒng)的分批聚合方法通常難以得到尺寸均一的非球形顆粒。而微流控技術(shù)對于微通道中液滴的精確操控能力，則為可控制備單分散的非球形顆粒提供了一個優(yōu)良的平臺。Xu等通過設(shè)計微流控裝置中通道的結(jié)構(gòu)和尺寸，使得流入通道中的含有單體溶液的液滴在受限空間中變形為非球形形狀，再將該變形的液滴經(jīng)UV光照聚合進行原位固化后，從而制得了尺寸均一的棒狀和扁平狀非球形高分子聚合物微顆粒。在該方法中，由于微流控產(chǎn)生的單分散模板液滴的體積是一定的，因此該液滴在相同的微通道中變形后所形成的非球形液滴的形狀和尺寸也是一定的，從而使得聚合后可以得到均一的非球形顆粒。此外，由于在聚合過程中單體溶液由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)會發(fā)生一定程度的體積收縮，并且得到的固體顆粒表面仍具有一層連續(xù)相液體構(gòu)成的浸潤液層使之與微通道之間隔離，因此有效避免了固體微顆粒對微通道的堵塞?；谶@種方法，研究者還制備得到了塞子狀和圓盤狀的聚合物微顆粒，以及不同形狀的非球形磁性水凝膠微顆粒，展現(xiàn)出了微流控方法在可控制備單分散非球形微顆粒功能材料方面所具有的多樣化特點。

2.3Janus形功能微顆粒的微流控制備

Janus形功能微顆粒是一種兩面具有截然不同的物理或化學(xué)性質(zhì)（如不同的表面浸潤性、磁性、光電性質(zhì)等）的顆粒，目前已在自組裝研究以及乳液穩(wěn)定劑和光學(xué)器件開發(fā)等方面展現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢。微流控技術(shù)對于層流條件下運行的液滴的精確操控，使得其為Janus形微顆粒的制備提供了一個便利且易于工藝放大的優(yōu)良技術(shù)平臺。微流控技術(shù)用于制備Janus形微顆粒，主要是利用了兩種同向流動的液相流體被剪切成為一個乳液液滴后，短時間內(nèi)仍能在液滴內(nèi)部相互保持層流而不至于混合這一特點。這樣，利用該含有兩種液相的Janus形液滴作為模板，經(jīng)過快速原位聚合，便可得到兩面具有不同性質(zhì)的單分散Janus形微顆粒。此外，通過改變微通道形狀尺寸使Janus形液滴在受限空間變形為非球形形狀，還可以進一步制備得到具有非球形結(jié)構(gòu)的Janus形微顆粒。

3以復(fù)乳液滴為模板制備單分散功能微顆粒

具有內(nèi)部腔室結(jié)構(gòu)的微顆粒功能材料由于其為物質(zhì)的封裝提供了一個受保護的內(nèi)部空間，因此在藥物傳送與控釋、活性物質(zhì)保護、生物大分子合成、化學(xué)催化以及生化分離等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。以微流控復(fù)乳液滴，如油包水包油型（O/W/O）和水包油包水型（W/O/W）雙重乳液，可以通過將其內(nèi)部液滴作為微顆粒內(nèi)部腔室，而將外部液層經(jīng)反應(yīng)后作為微顆粒殼層，從而實現(xiàn)對新型腔室型微顆粒的可控設(shè)計和制備。在該方法中，借助微流控技術(shù)對乳液尺寸、形狀、單分散性和結(jié)構(gòu)的精確控制，可以對腔室型微顆粒的殼層尺寸和厚度，以及內(nèi)部腔室的尺寸和數(shù)目等進行精確調(diào)控。而O/W/O和W/O/W雙重乳液的中間水層和油層使得該方法可廣泛適用于多種水溶性和油溶性材料，以及可以良好分散的有機、無機納米顆粒材料等以用于構(gòu)造多樣化的微顆粒。此外，O/W/O和W/O/W雙重乳液的內(nèi)部油滴和水滴結(jié)構(gòu)還分別為油溶性和水溶性物質(zhì)的封裝提供了具有更好溶解性的內(nèi)部環(huán)境。微流控復(fù)乳液滴能夠?qū)崿F(xiàn)對內(nèi)部液滴的高封裝率（約100%），這也為活性物質(zhì)或藥物等在制備微顆粒過程中的同步、高效率的封裝提供了可能性。

3.1中空功能微顆粒的微流控制備

Zhang等利用O/W/O雙重乳液作為模板，通過將具有溫敏特性的NIPAM、具有葡萄糖識別特性的3-丙烯酰胺基苯硼酸，以及親水性丙烯酸單體加入其中間水層中并由紫外光照引發(fā)聚合，再使用有機溶劑將內(nèi)部油滴洗去后，制得了具有中空腔室結(jié)構(gòu)的單分散葡萄糖響應(yīng)型水凝膠微顆粒。該中空微顆粒的內(nèi)部空腔可用于包載胰島素，而其水凝膠殼層可在37℃條件下響應(yīng)葡萄糖濃度變化以實現(xiàn)胰島素的自律式控制釋放。當(dāng)葡萄糖濃度升高時，水凝膠殼層溶脹使得其交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)孔變大，從而內(nèi)部包載的胰島素可以透過殼層快速擴散釋放；而當(dāng)葡萄糖濃度降低時，水凝膠殼層收縮使得交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)孔變小，從而胰島素擴散減慢、釋放速率降低。這種葡萄糖響應(yīng)型中空功能微顆粒為設(shè)計和開發(fā)新型自律式控釋載體以用于糖尿病治療提供了新的模型和理論指導(dǎo)。基于這種微流控制備方法，研究者通過靈活調(diào)節(jié)中間水層中的功能組分為其他水溶材料如N,N-甲基丙烯酸二甲氨基乙酯或者NIPAM和苯并-18-冠-6-丙烯酰胺，還成功制得了能夠響應(yīng)pH變化或者鉛離子濃度變化以實現(xiàn)殼層溶脹收縮的中空水凝膠微顆粒，以期用于不同需求情況下物質(zhì)的控制釋放。

3.2核-殼型功能微顆粒的微流控制備

Wang等通過將均勻分散有超順磁性Fe3O4納米顆粒的NIPAM單體溶液作為中間水相，大豆油作為內(nèi)、外油相，由微流控裝置制得O/W/O雙重乳液作為模板后，再由紫外光照引發(fā)其中間水層聚合，制得了具有熱引發(fā)自爆突釋功能的核-殼型（油核-水凝膠殼層）水凝膠微顆粒。該微顆粒的內(nèi)部油核可用于封裝油溶性的藥物；而其PNIPAM水凝膠殼層的溫敏體積相變特性以及殼層中鑲嵌的超順磁性納米顆粒的磁響應(yīng)特性，使得該微顆粒可先在外加磁場引導(dǎo)下定向運輸?shù)侥骋惶囟ǖ奈稽c，然后在升溫作用下使殼層收縮從而擠壓內(nèi)部油核至殼層破裂，并最終將內(nèi)部油核連同其中所溶解的物質(zhì)一起快速突釋出來，從而在短時間內(nèi)達到較高的局部藥物濃度。這種具有磁靶向運輸和自爆式突釋功能的核-殼型水凝膠微顆粒為新型藥物傳送系統(tǒng)的設(shè)計和研制提供了一種新的途徑。基于這種微流控制備方法的通用性，研究者通過改變O/W/O雙重乳液模板的中間水層組分以調(diào)節(jié)微顆粒殼層的功能，還成功研制出了一系列能夠響應(yīng)外界環(huán)境刺激如鉀離子、乙醇、沒食子酸乙酯等濃度變化來實現(xiàn)自爆式突釋功能的新型微顆粒。此外，Liu等通過使用均質(zhì)乳化劑制備的W/O乳液作為內(nèi)部油相來構(gòu)造O/W/O雙重乳液，成功制備得到了內(nèi)部油核中分散有水滴的自爆式水凝膠微顆粒，實現(xiàn)了自爆式微顆粒對水溶性藥物或者納米顆粒的封裝運輸。在升溫條件下，微顆粒水凝膠殼層不斷收縮擠壓內(nèi)部油滴，從而使得內(nèi)部油滴連同封裝有納米顆粒的最內(nèi)部水滴一并被快速釋放到外部環(huán)境中，達到了很好的突釋效果。除了上述自爆式核-殼型微顆粒外，研究者還利用O/W/O雙重乳液研制出另一類具有突釋功能的核-殼型微顆粒。Liu等通過將殼聚糖加入中間水相、交聯(lián)劑對苯二甲醛加入內(nèi)部油相，由微流控裝置制得O/W/O雙重乳液后，內(nèi)相中對苯二甲醛擴散進入中間水層使殼聚糖交聯(lián)形成殼層，從而制得了內(nèi)含油核的核-殼型微顆粒。該微顆粒的交聯(lián)殼聚糖殼層可以在較低的pH條件下降解，從而使得殼層溶解消失并將內(nèi)部油核釋放出來。

3.3孔-殼型功能微顆粒的微流控制備

具有封閉殼層的中空微顆粒和核-殼型微顆粒在物質(zhì)封裝方面展現(xiàn)出了高效的性能。然而，其內(nèi)部所封裝的物質(zhì)分子通過微顆粒殼層（如上述微顆粒的水凝膠殼層）的傳質(zhì)往往是一個比較緩慢的過程。通過在微顆粒殼層上構(gòu)造孔結(jié)構(gòu)，可以促進物質(zhì)分子穿過殼層的傳質(zhì)過程；并且，通過對孔結(jié)構(gòu)進行調(diào)控，還可以進一步通過孔的尺寸和功能性控制物質(zhì)的封裝和控釋過程，從而使微顆粒功能更加多樣化。Wang等基于微流控W/O/W雙重乳液，通過調(diào)節(jié)中間油層組分以控制內(nèi)相水滴與外部水相之間的黏結(jié)以控制雙重乳液的結(jié)構(gòu)變化，并以此為模板制得到了殼層表面具有單個通孔結(jié)構(gòu)的孔-殼型微顆粒。該方法中使用了光聚合樹脂乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯（ETPTA）和有機溶劑苯甲酸芐酯（BB）的混合溶液作為中間油相，并使用聚甘油蓖麻醇酯（PGPR）作為乳化劑。由于ETPTA單體對PGPR的溶解度較差，因此降低了中間油相對PGPR的溶解能力，導(dǎo)致內(nèi)相水滴與中間油層之間的W/O界面以及中間油層與外部水相之間的O/W界面趨向于黏結(jié)，從而使得雙重乳液由核殼型可控演化成橡子型結(jié)構(gòu)。通過改變中間油相中ETPTA的比例，可以控制W/O/W雙重乳液的演化程度。以這些可控演化后的雙重乳液作為模板，便可以制得殼層表面具有單個通孔結(jié)構(gòu)，且通孔尺寸和內(nèi)部空腔的結(jié)構(gòu)均精確可控的孔-殼型微顆粒。此外，基于微流控技術(shù)對雙重乳液內(nèi)部液滴數(shù)目和尺寸的精確控制，還可以對微顆粒中孔-殼型結(jié)構(gòu)的數(shù)目以及尺寸進行調(diào)控。這種具有可控孔-殼型結(jié)構(gòu)的微顆粒可以用于基于尺寸匹配的“l(fā)ock-key”式顆粒捕獲；也可以用于從不同尺寸的混合顆粒中選擇性地裝載小顆粒，從而實現(xiàn)基于顆粒尺寸的選擇性篩分

3.4多腔室型功能微顆粒的微流控制備

能夠分隔封裝不同組分的物質(zhì)，并可以實現(xiàn)對所封裝物質(zhì)的按需釋放的多腔室微顆粒，在作為傳送載體用于不相容活性物質(zhì)的協(xié)同運輸，以及作為微反應(yīng)容器用于不同反應(yīng)物的微反應(yīng)等方面具有重要的意義。多腔室微顆粒的傳統(tǒng)制備方法通常是采用內(nèi)含多個液滴的雙重乳液作為模板進行合成，或者是逐步將一個腔室型微顆粒封裝到另一個腔室型微顆粒中；但是這些方法往往工藝復(fù)雜，并且難以獨立、精確地控制內(nèi)部各個腔室的結(jié)構(gòu)。而微流控多組分多重乳液則為多腔室功能微顆粒的設(shè)計和制備提供了獨特的模板，其內(nèi)部不同組分的液滴可作為獨立的腔室用于不同組分物質(zhì)甚至不相容物質(zhì)的隔離封裝。并且，通過精確控制其內(nèi)部不同組分液滴的尺寸、數(shù)目和比例，可以實現(xiàn)對內(nèi)部各個腔室的獨立調(diào)控、以及對不同組分封裝劑量的優(yōu)化。Wang等利用內(nèi)含兩種不同組分油滴的O/W/O四組分雙重乳液作為合成模板，通過紫外光照聚合中間水層中含有的NIPAM單體，從而一步可控制得了內(nèi)含不同組分油滴且其數(shù)目和比例均精確可控的多腔室型微顆粒。當(dāng)溫度升至微顆粒PNIPAM殼層的VPTT以上時，微顆粒會因為殼層劇烈收縮而將內(nèi)部不同組分的油滴連同所封裝的物質(zhì)一同釋放出來。這種共封裝和釋放模式使得該微顆粒有望用于協(xié)同運輸和釋放不同組分藥物或反應(yīng)物以用于協(xié)同治療或觸發(fā)式按需反應(yīng)。微流控多組分多重乳液能夠封裝不同組分液滴的特點，也為將具有不同功能的材料整合到同一個微顆粒中以獲得多功能特性提供了可能。Liu等利用O/W/O四組分雙重乳液作為模板成功制得了同時具有磁靶向響應(yīng)特性和鉛離子響應(yīng)特性的多功能水凝膠微顆粒。該乳液模板的外部水滴中溶解有NIPAM和苯并-18-冠-6-丙烯酰胺單體，水滴內(nèi)部封裝有一個含有磁性納米顆粒和聚苯乙烯高分子（PS）的乙酸異戊酯液滴以及一個大豆油滴。首先，磁性納米顆粒和聚苯乙烯經(jīng)乙酸異戊酯揮發(fā)后沉積下來形成固體PS磁核；然后，水滴中的單體經(jīng)紫外光照聚合后形成包含有PS磁核和大豆油滴的水凝膠，再經(jīng)過有機溶劑洗去大豆油核后，得到了具有PS磁核和空腔的水凝膠微顆粒。該微顆?？梢栽谕饧哟艌鲆龑?dǎo)下進行定向運動，并且其水凝膠殼層可以響應(yīng)外界環(huán)境中鉛離子的濃度變化而發(fā)生溶脹或者收縮，從而有望用作受鉛離子污染的微環(huán)境中的微型傳感器或執(zhí)行器。

4總結(jié)與展望

篇3

《光電材料導(dǎo)論》是我校無機非金屬材料專業(yè)2013年開設(shè)的專業(yè)課程。開設(shè)這門課程的原因是：（1）國家在十二五規(guī)劃中提出了重點發(fā)展的七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，其中之一的的新材料產(chǎn)業(yè)包含了功能材料，而光電材料是功能材料的一種；（2）我校的無機非金屬材料教研室的很多老師從事光電材料相關(guān)的研究，具備開設(shè)這門課程的師資力量。所以在課程的教學(xué)內(nèi)容的選材方面，我們會著重從這兩個方面考慮。而教學(xué)方法會利用現(xiàn)在的多媒體技術(shù)，與傳統(tǒng)的板書相結(jié)合，讓學(xué)生更加形象生動的加深對知識的理解[1]。

1 教學(xué)內(nèi)容的選材

在教學(xué)內(nèi)容的選材方面，我們綜合考慮了以下幾個因素：

首先，學(xué)生必須能夠有所學(xué)，開設(shè)一門課程才是有意義的。光電材料是功能材料的一種，為了便于學(xué)生循序漸進地吸收理解光電材料的專業(yè)知識點，教學(xué)內(nèi)容分成三個方面：光功能材料、電功能材料、光電材料及器件。首先，講解光功能材料和電功能材料方面的知識點，在具有這些知識的基礎(chǔ)上，再講解光電材料及器件方面的知識，學(xué)生們就比較容易理解。

其次，我們結(jié)合現(xiàn)在的就業(yè)情況及研究熱點。我們設(shè)置的教學(xué)內(nèi)容，既考慮了學(xué)生們以后的就業(yè)，也考慮到想進一步深造讀研究生的學(xué)生們的研究工作。光功能材料方面的教學(xué)內(nèi)容包含了激光材料、發(fā)光材料、紅外材料及光纖材料。電功能材料方面的教學(xué)內(nèi)容包含了導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料、介電材料、鐵電材料及超導(dǎo)材料，其實半導(dǎo)體材料也是一種導(dǎo)電材料，之所以把半導(dǎo)體材料單獨作為一個章節(jié)，是因為半導(dǎo)體材料是太陽能電池和LED照明燈的核心材料，這也是為后面的光電材料及器件的講解做鋪墊。光電材料及器件方面的教學(xué)內(nèi)容包含了光電子發(fā)射材料、光電導(dǎo)材料、透明導(dǎo)電薄膜材料、光伏材料與太陽能電池及光電顯示材料。

2 教學(xué)方法的探索

光電材料的內(nèi)容更新很快，現(xiàn)在的學(xué)生不僅應(yīng)該掌握傳統(tǒng)基礎(chǔ)的材料知識，更應(yīng)該掌握最新的知識點，更應(yīng)該了解光電材料的最新研究進展，而使用多媒體教學(xué)能夠及時地更新課件的內(nèi)容，使得教學(xué)內(nèi)容能夠跟上最新的研究成果[2]，也能讓學(xué)生及時了解學(xué)習(xí)最新的材料知識。

多媒體教學(xué)還有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣[3]，因為它在視覺上能夠讓學(xué)生很直觀的學(xué)習(xí)知識，比如：太陽能電池的工作原理，我們可以在Powerpoint（PPT）上給出太陽能電池工作原理圖，然后再對照圖給學(xué)生詳細講解其原理，學(xué)生將更深刻的理解其原理。再比如，在講解光纖的傳輸原理時，可以通過多媒體技術(shù)使用動畫，讓學(xué)生很直觀地了解光纖的原理。

但是多媒體教學(xué)應(yīng)該和傳統(tǒng)的板書結(jié)合起來，因為有些知識僅僅通過多媒體展示，學(xué)生可能比較難理解，還需要老師再次將其中的重點和難點板書出來詳細講解，同時也可以加深同學(xué)的印象。

同時，我們在整個的教學(xué)過程中，采用的是啟發(fā)式及提問式的教學(xué)方法。通過對學(xué)生進行提問，啟發(fā)學(xué)生自主思考，加深學(xué)生對知識點的理解。

3 課程考核方式的選擇

課程考核的成績包含兩個方面，一個是平時成績的考核，一個是期末成績的考核。

平時成績的考核，我們通過上課提問、課后習(xí)題、出勤率等方面進行考核。上課提問可以考查學(xué)生對上節(jié)課內(nèi)容的掌握程度，還可以考查學(xué)生是否認真聽講、是否認真思考問題。課后習(xí)題包括兩個方面，一個是對課上內(nèi)容的考查，幫助學(xué)生鞏固課上知識，另一個是對課外知識的拓展，督促學(xué)生課后查閱文獻，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

期末成績的考核，我們采用撰寫科技論文的形式進行考核。《光電材料導(dǎo)論》開設(shè)在大四上學(xué)期，總共24個課時。因為光電材料的內(nèi)容更新比較快，而教學(xué)課時比較有限，通過撰寫科技論文的形式，既可以督促學(xué)生去更全面的了解光電材料最新的研究進展，又可以鍛煉學(xué)生查閱文獻的能力，培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)文獻的能力，有利于大四學(xué)生在下學(xué)期更快進入本科畢業(yè)論文的工作。

4 需要改進的地方

作為本專業(yè)開設(shè)的新課，在教學(xué)的探索與實踐過程中，肯定存在一些不足，有很多地方需要我們?nèi)シ词『透倪M。我們自己對此進行了總結(jié)，具體包括以下三個方面：

（1）在多媒體教學(xué)過程中，我們不僅只是使用了PPT這個軟件，還應(yīng)該引入視頻，比如，在講解使用直拉法制備單晶硅時，就可以引入一段視頻，讓學(xué)生更直觀地了解使用直拉法是如何制備單晶硅的。

（2）在教學(xué)的過程中，我們還應(yīng)該出示實物，讓學(xué)生能夠直接接觸，加深印象?？梢猿鍪緦嵨锇ü饫w、發(fā)光二極管LED，單晶硅片和多晶硅片（這時，還可以教學(xué)生從宏觀上如何分辨單晶硅片和非晶硅片）、ITO玻璃、閃鋅礦及纖鋅礦結(jié)構(gòu)模型等，不但增強生學(xué)習(xí)光電材料的興趣，而且讓他們對光電材料實體有直接的感性認識[4]。

（3）在教學(xué)過程中，我們還應(yīng)該加入兩個學(xué)時的討論課，老師布置一個題目，讓學(xué)生課后準(zhǔn)備，幾個學(xué)生一組，進行資料搜集與整理，然后讓一個學(xué)生做代表，在討論課上做PPT報告，其他組的學(xué)生進行提問，作報告的學(xué)生做解答。同時這個也要納入平時成績中，占總成績的20%。

篇4

關(guān)鍵詞： 無機材料專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計團隊培養(yǎng)模式

畢業(yè)設(shè)計是高校學(xué)生綜合運用所學(xué)理論知識分析解決實際問題的一次系統(tǒng)訓(xùn)練和檢驗過程，是培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)造能力、實踐能力和創(chuàng)新精神的重要環(huán)節(jié)，通過這個環(huán)節(jié)，可鍛煉學(xué)生獨立分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴肅認真的科學(xué)態(tài)度和嚴謹求實的工作作風(fēng)。目前，理工科大學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量和整體水平存在下滑趨勢，如何保證理工科大學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量，發(fā)揮這一教學(xué)環(huán)節(jié)在人才培養(yǎng)中的關(guān)鍵作用，已成為提高本科教學(xué)質(zhì)量的重要問題之一［1］。本文結(jié)合專業(yè)老師教學(xué)第一線多年的實踐和體會，在分析影響畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量主要矛盾的基礎(chǔ)上，嘗試一種共享優(yōu)質(zhì)教育資源、提高畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量的團隊指導(dǎo)法，這對于進一步深化理工科大學(xué)生實踐教學(xué)改革、全面提高教學(xué)質(zhì)量是有益的。

一、建立畢業(yè)設(shè)計團隊的目的和意義

傳統(tǒng)單純的個體畢業(yè)設(shè)計存在許多弊端，例如選題難，畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)工作量大，學(xué)生能力得不到很好培養(yǎng)。近年來，隨著高校本科生數(shù)目的增多，高校教師往往同時指導(dǎo)多名學(xué)生進行畢業(yè)設(shè)計，許多工科院校要求本科畢業(yè)設(shè)計題目不得重復(fù)，甚至幾年內(nèi)不得重復(fù)，增加了高校教師選題的難度。選題太難，學(xué)生在短短的幾個月內(nèi)很難高質(zhì)量地完成；選題太簡單，畢業(yè)設(shè)計過程形同虛設(shè)，達不到預(yù)期的效果。題目選定了之后，每位學(xué)生的研究內(nèi)容都不盡相同，遇到了難題，找不到合適的討論對象，少數(shù)學(xué)生遇到困難一拖再拖，延誤進度，最終影響畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量。

基于以上原因，有必要引入新的畢業(yè)設(shè)計模式。團隊式組織是一種高效的組織形式，它是在團隊成員充分合作的基礎(chǔ)上確保任務(wù)的高質(zhì)量完成。無機材料專業(yè)在指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計的過程當(dāng)中，采用了團隊畢業(yè)設(shè)計的形式，并進行了積極的探索和實踐。

1994年，斯蒂芬·羅賓斯教授首次提出“團隊”的概念［2］：為實現(xiàn)某一目標(biāo)而由相互協(xié)作的個體所組成的正式群體。所謂團隊合作能力，是指在團隊的基礎(chǔ)上團隊中的每個成員不僅具備個人能力，更具備一種通過各盡所能來互補互助以發(fā)揮最大效率的能力。經(jīng)濟全球化時代，生產(chǎn)力飛速發(fā)展，競爭愈加激烈，加速和強化了全球范圍內(nèi)的專業(yè)化和社會分工。分工細化要求人們掌握更專業(yè)的知識與技能，同時要求這些不同知識、技能更廣泛、更深入地進行交換與合作，團隊合作能力已成為個人在社會生存與發(fā)展的必要素質(zhì)。所以，要培養(yǎng)適合社會發(fā)展的綜合性人才，就要培養(yǎng)在校大學(xué)生的團隊合作能力。

二、團隊模式的建立

所謂團隊模式包括兩層含義，即教師團隊和學(xué)生團隊。

1.教師團隊的建立

教師團隊是由若干個課題組成員構(gòu)成的，可以彌補原來單人指導(dǎo)學(xué)生的不足。例如一旦某些教師出國、出差或開會，團隊中的其他教師就會進行指導(dǎo)和監(jiān)管，避免指導(dǎo)缺位。

教師團隊由經(jīng)驗豐富的教授、副教授和青年教師組成。團隊第一指導(dǎo)教師為專業(yè)帶頭人，指導(dǎo)的本科論文多次獲評江蘇大學(xué)優(yōu)秀論文，團隊成員均具有副教授職稱的年輕教師，且在不同的高校取得博士學(xué)位，目前承擔(dān)著863課題、國家青年科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金及博士后基金等項目的研究工作，自身具有豐富的科研經(jīng)驗。團隊模式既可保證團隊的科研方向有比較高的起點，又有利于青年教師的培養(yǎng)和成長。

2.學(xué)生團隊的建立

教師和學(xué)生以雙向選擇的形式，組成學(xué)生團隊。經(jīng)過多年的實踐，我們發(fā)現(xiàn)一個對課題感興趣的學(xué)生在完成課題的態(tài)度上，比一個對課題無興趣而學(xué)習(xí)成績優(yōu)異的學(xué)生要認真。在雙向選擇的基礎(chǔ)上，學(xué)生團隊共由六位同學(xué)組成，其中三人考上本校研究生，一人考上南京理工大學(xué)研究生，團隊成員有著共同的特點，即對科研工作很感興趣，部分同學(xué)參加了江蘇大學(xué)大學(xué)生科研立項工作，在三年級時就進入老師的課題研究，積累了一定的經(jīng)驗，并有同學(xué)參與并完成的工作發(fā)表在Materials Technology期刊上（SCI收錄）。

三、團隊畢業(yè)設(shè)計（論文）的選題

選題與學(xué)生的專業(yè)知識背景相關(guān)，可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析、解決實際問題的能力，這是畢業(yè)設(shè)計工作的基本要求。同時，學(xué)生對背景熟悉的課題比較容易接受，上手快，有利于高質(zhì)量地完成畢業(yè)設(shè)計研究工作。選題具有一定的探索性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)。好的畢業(yè)設(shè)計題目可以不斷激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生濃厚的科研興趣，讓學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計過程中不斷發(fā)現(xiàn)新問題、分析原因、解決難題，體驗科研的樂趣。選題具有一定的系統(tǒng)性，這是團隊畢業(yè)設(shè)計選題的基本要求。系統(tǒng)性強的課題有利于充分培養(yǎng)團隊畢業(yè)設(shè)計成員之間的協(xié)作能力。將一個系統(tǒng)問題劃分為若干個子課題，每個成員都單獨負責(zé)一個子課題，只有各個成員之間通力合作，才能圓滿實現(xiàn)團隊總目標(biāo)。

根據(jù)無機非金屬材料專業(yè)的特點及新型無機功能材料發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢，結(jié)合部分學(xué)生科研立項的研究方向，同時結(jié)合實驗室現(xiàn)有條件，選擇“無機功能材料的水熱制備技術(shù)”為畢業(yè)設(shè)計團隊總課題，各指導(dǎo)老師子課題結(jié)合老師科研項目，圍繞總課題展開。該課題緊密貼合學(xué)生專業(yè)背景，涉及《無機材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《材料測試新技術(shù)》、《粉體工程》等多門課程，可以較好地利用學(xué)生所學(xué)的專業(yè)知識，同時鍛煉學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。

目前，水熱法廣泛應(yīng)用于無機功能材料，如單晶材料、半導(dǎo)體材料、磁性材料、發(fā)光材料等的制備研究中，不僅可以制備粉體，而且可以制備薄膜、纖維，甚至是復(fù)合材料，在新型無機功能材料的研制方面發(fā)揮著越來越重要的作用。該課題瞄準(zhǔn)無機功能材料發(fā)展的前沿，圍繞無機功能材料的研究熱點，如納米單晶、稀土發(fā)光材料、壓電陶瓷等展開，是綜合性和設(shè)計性實驗的提升，具有一定的實用性和很強的探索性。對學(xué)生而言，該課題題材新穎，極具挑戰(zhàn)性。

四、各種能力的培養(yǎng)

1.文獻調(diào)研、寫作和表達能力的培養(yǎng)

教師團隊安排教師專門對學(xué)生進行了文獻調(diào)研能力的培養(yǎng)，使其掌握利用圖書、檢索工具和網(wǎng)絡(luò)等手段查閱的方法，然后消化、分析和總結(jié)所查到的資料。為了使學(xué)生達到論文寫作的規(guī)范及要求，安排了教師專門對學(xué)生進行寫作能力的培訓(xùn)。為了提高學(xué)生的口頭表達能力，我們每兩周舉辦一次研討會，要求團隊中所有學(xué)生匯報研究進展、下一步計劃和遇到的問題，然后大家共同討論。

2.動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

我們還引導(dǎo)學(xué)生參與碩士生和博士生的課題實驗活動，如研究生開題、中期考核、課題研討、論文答辯等，并安排教師專門對學(xué)生的動手能力進行培養(yǎng)。教師詳細講解水熱釜的使用規(guī)程和注意事項，并指導(dǎo)學(xué)生進行具體的實驗，每一位指導(dǎo)老師都要全程指導(dǎo)，介紹相關(guān)儀器設(shè)備（如X射線衍射、熱分析、掃描電鏡等大型儀器）的操作方法及注意事項，尤其是譜圖的分析方法，讓學(xué)生自己設(shè)計實驗方案后獨立完成實驗研究。

篇5

關(guān)鍵詞：差別化；教學(xué)方法；研究生；課程教學(xué)

針對我院研究生課程教學(xué)中開設(shè)的基礎(chǔ)課“高等熱力學(xué)”、專業(yè)基礎(chǔ)課“材料化學(xué)”“火災(zāi)動力學(xué)”和專業(yè)課“消防功能材料”，研究了“差別化”教學(xué)方式在不同屬性課程中的應(yīng)用。

一、基礎(chǔ)課教學(xué)

基礎(chǔ)課教學(xué)主要強調(diào)基本科學(xué)方法和基本研究思路。由于學(xué)科專業(yè)的特殊性，我院本科課程的專業(yè)課發(fā)展起步較晚，與傳統(tǒng)優(yōu)勢學(xué)科相比存在邏輯推理不太嚴密，有知識斷裂等方面的不足。

在安全技術(shù)及工程研究生專業(yè)開設(shè)了基礎(chǔ)課“高等熱力學(xué)”，該課程特點鮮明、資源豐富，邏輯嚴密，推理嚴謹，是樹立科學(xué)方法和培養(yǎng)研究思路的優(yōu)秀課程之一。在該課程設(shè)計中，教學(xué)目的是扎實基礎(chǔ)理論，培養(yǎng)學(xué)習(xí)方法，啟發(fā)學(xué)員積極思考，從習(xí)慣聽到習(xí)慣提出問題和分析問題，注重培養(yǎng)學(xué)員嚴密的邏輯思維能力，并有意識地進行訓(xùn)練，糾正我院學(xué)員以往“想當(dāng)然”的思想。

“高等熱力學(xué)”教學(xué)中選取部分章節(jié)內(nèi)容組織學(xué)生自己講授，培養(yǎng)學(xué)生的表達能力。同時引導(dǎo)學(xué)員與消防工程等各相關(guān)學(xué)科進行關(guān)聯(lián)，通過查資料、對比分析、撰寫讀書筆記、讀書報告和論文等形式引導(dǎo)學(xué)員思考該課程在安全技術(shù)及工程學(xué)科體系中的作用，避免學(xué)員為了考試而學(xué)習(xí)。但教師不能置身事外，否則會造成個別學(xué)員簡單地將教材內(nèi)容讀一遍而未能取得實際效果，要指導(dǎo)學(xué)員進行課程設(shè)計，查閱相關(guān)背景，對知識進行整理和組織，并清楚表達所授內(nèi)容，其他學(xué)員參與講評，從不同角度思考問題，集思廣益，提高學(xué)習(xí)效果。

二、專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)

“材料化學(xué)”是為我院材料學(xué)研究生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，本身具備比較完善的體系。該課程是專業(yè)方向的選修課，選課人數(shù)較少，此時研究生的研究方向基本確定，部分同學(xué)已進入課題的前期研究階段。因此，要立足為專業(yè)服務(wù)開展教學(xué)活動，教學(xué)內(nèi)容的選取要關(guān)注學(xué)生研究方向，同時將課程內(nèi)容結(jié)合研究生取得的研究成果進行分析探討，培養(yǎng)學(xué)生研究意識和運用專業(yè)基礎(chǔ)知識的能力。

專業(yè)基礎(chǔ)課“火災(zāi)動力學(xué)”在火災(zāi)科學(xué)理論體系中具有舉足輕重的作用，面向全院消防各專業(yè)研究生開設(shè)。選用的教學(xué)參考書是火災(zāi)動力學(xué)研究領(lǐng)域的權(quán)威專著Drysdale編寫的原版著作。與基礎(chǔ)課教學(xué)方法不同，在教學(xué)中注重與本科的專業(yè)基礎(chǔ)課“消防燃燒學(xué)”進行比較，同時重視與其他課程的銜接。對于教學(xué)內(nèi)容處理不能再采用原版著作系統(tǒng)學(xué)習(xí)，這會限制學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展。教學(xué)時應(yīng)課上進行理論分析討論，課后組織學(xué)員查閱理論背景、實驗背景條件以及理論的工程應(yīng)用，拓寬研究生的視野，加深研究生學(xué)習(xí)中的思考意識。以專業(yè)理論與實際研究相關(guān)聯(lián)為出發(fā)點，并通過研究生授課研討實際問題，進一步培養(yǎng)研究生的科學(xué)思維方法、創(chuàng)造能力和創(chuàng)新意識。

三、專業(yè)課教學(xué)

專業(yè)課教學(xué)是研究生教育的最基本部分，是提高研究生專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的直接途徑。通過本科階段的學(xué)習(xí)，研究生已具有較好的專業(yè)基礎(chǔ)和較強的自學(xué)能力，因此專業(yè)課教學(xué)的重點不再是基本理論和基礎(chǔ)知識，專業(yè)課教學(xué)必須具有前瞻性，要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注學(xué)科的發(fā)展動態(tài)，注意學(xué)科的交叉、延伸。 “消防功能材料”是為材料學(xué)專業(yè)研究生開設(shè)的專業(yè)課，課程講授應(yīng)該達到：①了解基礎(chǔ)，了解技術(shù)的應(yīng)用。即學(xué)習(xí)成熟的理論和技術(shù)，了解基礎(chǔ)理論和技術(shù)應(yīng)用，可以參考專業(yè)領(lǐng)域?qū)W術(shù)論文和研究生已取得的成果。②了解消防領(lǐng)域的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。學(xué)院所培養(yǎng)的學(xué)員是從事消防實際工作的技術(shù)監(jiān)督或建審人員，學(xué)員對工作領(lǐng)域的技術(shù)現(xiàn)狀和規(guī)范有一個準(zhǔn)確的了解，還要了解標(biāo)準(zhǔn)的淵源、背景和目前的狀況，未來工作才能心中有數(shù)。③了解國內(nèi)外專業(yè)領(lǐng)域研究動態(tài)和技術(shù)應(yīng)用動態(tài)。作為專業(yè)領(lǐng)域的研究生不了解學(xué)科前沿發(fā)展動態(tài)，未來研究就會沒有方向，不知道目前存在的問題，工作中就不容易發(fā)現(xiàn)問題。④了解消防技術(shù)監(jiān)督中其他方面存在的問題，體現(xiàn)知識學(xué)有所用。專業(yè)課要達到的目的是重基礎(chǔ)、重實際、重研究、重結(jié)合。

參考文獻：

[ 1] 喬玉全.21 世紀(jì)美國高等教育 [ M].北京：高等教育出版社，2000.

篇6

關(guān)鍵詞:梯度功能材料，復(fù)合材料，研究進展

Abstract :This paper introduces the concept ，types，capability，preparation methods of functionally graded materials. Based upon analysis of the present application situations and prospect of this kind of materials some problems existed are presented. The current status of the research of FGM are discussed and an anticipation of its future development is also present.

Key words :FGM；composite；the Advance

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(biāo)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(jì)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。

1 FGM概念的提出

當(dāng)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(dāng)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]。

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]。

2 FGM的特性和分類

2.1 FGM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。

2.2 FGM的分類

根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)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]。

3 FGM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。

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?zé)岚l(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

4 FGM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。

4. 1 　FGM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(dāng)?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. 2　FGM的制備

FGM制備研究的主要目標(biāo)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。可分為粉末致密法: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-propagating High-temperature Synthesis 簡稱SHS或Combustion Synthesis)

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]：

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。可以通過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1 500 K，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. 5 km/ 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

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 ] 。

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。可以使用熱等靜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. 3 FGM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(biāo)準(zhǔn)特征評價體系[7~8]。

5 FGM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(zhǔn)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(zhǔn)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。

5.2 FGM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(biāo)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(dāng)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7

關(guān)鍵詞 智能包裝；識別；判斷；自適應(yīng)控制；信息干預(yù)

中圖分類號TS09 文獻標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2013）92-0232-02

從上世紀(jì)六七年代開始，智能化的浪潮日漸高漲。從1967年LEONDES提出的“智能控制”（INTELLIGENT CONTROL）理論開始，產(chǎn)品包裝領(lǐng)域的智能控制成為一種不可阻擋的趨勢。從早期自動化管理的無人工廠，到九十年代開始的智能包裝（Intelligent Packaging），再到近幾年興起的物聯(lián)網(wǎng)（INTERNET OF THINGS）技術(shù)革命，智能化成為新興生產(chǎn)力給世界帶來了革命性變革。闡明什么是智能包裝及其相應(yīng)分類，對我國包裝設(shè)計領(lǐng)域智能化發(fā)展進程具有重要指導(dǎo)意義。

1正確認識智能包裝

1992年，在英國倫敦召開了世界第一次智能包裝國際會議。會議對智能包裝進行了廣泛地研討并對智能包裝（Intelligent Packaging）闡釋如下：在一個包裝，一個產(chǎn)品或產(chǎn)品與包裝的組合中，有一個集成化組件或一項固有特性，通過此組件或特性把符合特定要求的智能產(chǎn)品賦予產(chǎn)品包裝的功中，或體現(xiàn)在產(chǎn)品本身的使用中。

雖然該會議對智能包裝進行了解釋，目前學(xué)界仍持有不同看法。范駿（1984）面對雨后春筍般的新材料，認為智能包裝是新材料的應(yīng)用，他說“我們要敏銳地、及時地把新材料引進包裝工業(yè)， 使包裝材料和容器對商品的保護性、包裝過程的便利性、原材料的節(jié)約性產(chǎn)生革命性的變化?！表n景平、王渝珠（1996）對世界包裝用高新材料進行了分類整理，并總結(jié)十五種包裝用高新材料及其功能，與范駿觀點基本一致。韓錦平（2002）認為“所謂智能包裝是指對環(huán)境因素具有控制識別和判斷功能的包裝，它可以控制識別和指示包裝微空間的溫度、濕度、壓力以及密封的程度時間等一些重要參數(shù)?！?余雷、楊麗君等（2004）指出了RFID智能標(biāo)簽在物聯(lián)網(wǎng)物流管理和產(chǎn)品包裝的積極作用，“RFID電子標(biāo)簽技術(shù)的更新?lián)Q代，將對商品包裝和物流管理產(chǎn)生深遠的影響。”馬爽（2005）把智能包裝歸類為交互式包裝的子類，把交互式包裝分為感覺包裝、功能包裝、智能包裝三類，認為交互式包裝指“指通過包裝材料和包裝手段的實施，使產(chǎn)品和消費者之間建立起一種緊密聯(lián)系。這個概念的產(chǎn)生，進一步說明了包裝與產(chǎn)品的關(guān)系，強調(diào)了包裝是產(chǎn)品的一部分，甚至就是產(chǎn)品本身?！?/p>

我們追溯上世紀(jì)50年代，人類追求人工智能的腳步不曾停止，從機械手、到無人工廠，智能包裝是延續(xù)這一主題發(fā)展的階段產(chǎn)物之一。在此理念之上并結(jié)合時代背景，我們探究智能包裝，認為其應(yīng)是伴隨新材料新技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用，通過對包裝材料的更新?lián)Q代升級、通過改造包裝結(jié)構(gòu)、通過整合被包裝物信息管理，實現(xiàn)被包裝物的人性化的智能化的目的、要求或功效，這些目的、要求或功效，是傳統(tǒng)包裝裝潢所不能達到不能完成的，也就是智能化的結(jié)果，我們稱之為智能包裝。智能包裝通過對產(chǎn)品包裝材料、包裝結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)品信息進行可控性的變革，滿足消費者對產(chǎn)品品質(zhì)的要求、功能的需求，滿足制造商對產(chǎn)品流通過程的信息干預(yù)、控制及處理的管理要求，達到實現(xiàn)人與物交互式便捷溝通的目的。

2智能包裝的分類

韓錦平（2002）根據(jù)近期歐美提倡的“新包裝體系”，可分為下列10 類：1）增強型復(fù)合包裝；2）高阻滲型復(fù)合包裝（阻氣、阻水、阻油）；3）防腐型（防蝕防銹）復(fù)合包裝；4）防電磁場干擾復(fù)合包裝；5）抗靜電復(fù)合包裝；6）生物復(fù)合包裝（果品催熟、魚類保活、防蟲、防霉）；7）保鮮復(fù)合包裝（果蔬和肉制品用）；8）烹調(diào)用復(fù)合包裝（如蒸煮、微波烘烤等9）智能型復(fù)合包裝；10）超微納米復(fù)合包裝。陳新（2004）、張改梅（2007）、胡興軍、林燕（2010）等將智能包裝分類為：功能材料型智能包裝、功能結(jié)構(gòu)型智能包裝、信息型智能包裝。此分類法從內(nèi)涵和外延都能較直觀、全面了解其意義，本文采用這一分類法。

1）韓錦平（2002）、陳新（2004）認為智能材料包裝是指應(yīng)用新型包裝材料對產(chǎn)品外包裝進行包裝設(shè)計，使得外包裝“對環(huán)境因素具有某種“識別”和“判斷”功能的包裝，這些包裝材料通常采用光電、溫敏、濕敏、氣敏等功能材料與包裝材料復(fù)合制成。它可以智能識別和指示包裝微空間內(nèi)的溫度、濕度、壓力和密封程度、保存時間等重要參數(shù)。除“識別”和“判斷”功能，許文才、李東立、付亞波、魏華（2010）、周忠福（2001）認為其還能根據(jù)包裝微空間內(nèi)部 “自適應(yīng)器物本身的不同特質(zhì)和突變或漸變的外部環(huán)境，又可相應(yīng)地調(diào)整內(nèi)部環(huán)境，”即“控制功能”。

整合以上觀點，我們認為智能材料包裝，即指應(yīng)用新材料對產(chǎn)品外包裝進行包裝設(shè)計，使外包裝能對外部環(huán)境和內(nèi)部環(huán)境的濕度、溫度、光敏、壓力、時間和氣體含量等參數(shù)進行性識別、判斷和自適應(yīng)控制，對包裝物品質(zhì)進行智能化干預(yù)和保障；

2）伴隨時展新材料新技術(shù)的研發(fā)如雨后春筍，智能材料包裝相應(yīng)得到了極大推動力。如果說智能材料包裝在“包”的材料上下功夫，智能結(jié)構(gòu)包裝則在“裝”的結(jié)構(gòu)上做文章。相對智能材料包裝而言，目前對智能結(jié)構(gòu)包裝研發(fā)相對較慢。

陳新（2004）、胡興軍、林燕（2010）認為功能結(jié)構(gòu)型智能包裝是指通過增加或改進部分包裝結(jié)構(gòu)，而使包裝具有某些特殊功能和智能型特點。

智能結(jié)構(gòu)包裝，即指對產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行可控性智能化設(shè)計，以滿足制造商和消費者特定的需要。智能結(jié)構(gòu)包裝最具代表性的作品為自動冷卻和自動加熱包裝，陳新（2004）、郝曄（2007）、胡興軍、林燕（2010）分別介紹了飲料包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計中冷凝、加熱裝置，曹利杰（2007）介紹了通過結(jié)構(gòu)改造而便于清洗的可再裝容器系統(tǒng)，郝曄（2007）還介紹了歐洲飲料結(jié)構(gòu)營養(yǎng)釋放裝置。

藥物兒童安全蓋設(shè)計是智能結(jié)構(gòu)包裝另一代表，王立黨、趙美寧、李小麗（2005）、李晶、盧立新（2008） 介紹了為避免兒童誤食藥物的安全蓋裝置；

3）智能信息控制包裝，又稱可跟蹤性智能運輸包裝，主要指產(chǎn)品生產(chǎn)時各項生產(chǎn)參數(shù)的智能記錄，如：名稱、成份、性狀、規(guī)格、產(chǎn)地、功能、價格、保質(zhì)期、使用說明、使用禁忌等，以及產(chǎn)品的倉儲、運輸、銷售期間各項信息參數(shù)的追蹤記錄，實現(xiàn)產(chǎn)品的自動化管理。

智能信息包裝源于RFID射頻識別技術(shù)的研發(fā)，并以其在非接觸式自動識別、信息管理、自助結(jié)賬以及未來物流網(wǎng)信息流通的強大優(yōu)勢，日益受到包裝產(chǎn)業(yè)青睞。王文珍、張成利（2008）介紹了基于RFID智能標(biāo)簽獨有的無接觸信息識別管理功能，及時掌握貨物出入倉、銷售信息、自助結(jié)賬等功能。

“最基本的RFID系統(tǒng)是由電子標(biāo)簽、閱讀器、天線和通訊系統(tǒng)四部分組成” ，閱讀器在指定區(qū)域發(fā)射無線電信號形成電磁場，當(dāng)裝有RFID芯片的包裝產(chǎn)品經(jīng)過此區(qū)域時，由閱讀器發(fā)送指令將標(biāo)簽信息通過天線將反饋信息傳送至計算機網(wǎng)絡(luò)。借助RFID智能標(biāo)簽，產(chǎn)品在生產(chǎn)和流通過程中均有可追蹤性，制造商和用戶可以實時了解產(chǎn)品庫存、流通、保質(zhì)等信息，這在物流管理中能預(yù)測顧客購物情況，優(yōu)化庫存管理，整合資源，建立智能化管理體系?；赗FID智能標(biāo)簽技術(shù)，美國奧巴馬政府已接受由IBM公司提出的“互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)=智慧地球”的構(gòu)想，借助無線射頻識別技術(shù)（RFID）和無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（WIRELESS SENSOR NETWORKS，WSN），物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將成為下一代革命性技術(shù)，實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，人類將跨入另一個嶄新時代。

智能包裝以其對被包裝物智能化的控制、干預(yù)和管理功能，在食品、醫(yī)藥、日化用品、物流管理等領(lǐng)域具備廣泛的應(yīng)用空間和廣闊的市場發(fā)展前景，具備良好的社會功效，因篇幅限制將另文說明。

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篇8

1．辦學(xué)特色不明確。自我校材料化學(xué)專業(yè)招生以來，在辦學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)在專業(yè)建設(shè)上存在一些薄弱環(huán)節(jié)，如專業(yè)學(xué)科定位不確定，專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)不夠明確、課程體系中基礎(chǔ)課平臺不夠規(guī)范，課程設(shè)置不夠科學(xué)、合理等。究其原因，主要由于材料化學(xué)專業(yè)建立時間短，辦學(xué)經(jīng)驗不足。

2．課程設(shè)置理念滯后。合理的課程設(shè)置理念是讓每一位學(xué)生不僅受到嚴格的專業(yè)訓(xùn)練，而且還應(yīng)受到廣泛的通識教育，把學(xué)生培養(yǎng)成有專業(yè)知識、有愛心、有責(zé)任心、有雄心的智者。在材料化學(xué)專業(yè)課程設(shè)置中，由于受傳統(tǒng)觀念的影響，俠義專業(yè)概念的限制，只要求知識的傳授，對學(xué)生獨立思考能力、自學(xué)能力、動手能力和生存能力方面的培養(yǎng)沒有足夠的重視。同時，在課程設(shè)置中存在對社會需求、學(xué)生就業(yè)、市場前景等考慮不周等問題。

3．實踐、實驗教學(xué)條件欠缺。實踐、實驗課程是培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、分析問題和解決問題能力必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)。起初，我們以三、四十人組成的實習(xí)隊伍進入企業(yè)、經(jīng)濟實體實習(xí)。而今，大型企業(yè)自動化程度很高，實習(xí)生很難進入車間進行實踐操作，另外，經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)的大型企業(yè)為數(shù)不多，小型企業(yè)又沒有能力接收大量的實習(xí)生，加上實習(xí)經(jīng)費的短缺等原因，無法實現(xiàn)“大部隊”形式的實習(xí)。在實驗教學(xué)方面，由于條件所限，只能開出部分專業(yè)課的實驗。

4．專業(yè)教師缺乏。師資隊伍是優(yōu)化課程體系的執(zhí)行者，也是人才培養(yǎng)的主導(dǎo)者。先有優(yōu)秀的教師，后有優(yōu)秀的學(xué)生，再有品牌專業(yè)［2］。我校材料化學(xué)專業(yè)建立以來，雖然引進了固體材料化學(xué)、無機功能材料、催化材料、分子生物學(xué)等領(lǐng)域的數(shù)名博士研究生充實本專業(yè)的教師隊伍，但是由于地域和待遇的局限，專業(yè)教師數(shù)量有限，還是不能完全滿足教學(xué)的需求，目前正在通過各方努力引進高水平的教師，以加強本專業(yè)的師資隊伍建設(shè)。

二、課程體系的優(yōu)化策略

課程體系是高校人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程指導(dǎo)思想、課程設(shè)置、課程結(jié)構(gòu)及教學(xué)管理模式的綜合體現(xiàn)，是學(xué)校辦學(xué)特色、學(xué)科專業(yè)特色和人才培養(yǎng)特色的綜合反映。課程體系是否科學(xué)合理，對培養(yǎng)高質(zhì)量人才目標(biāo)具有決定性的意義。今年，為提高教學(xué)質(zhì)量，適應(yīng)社會對人才的需求，學(xué)校開展了人才培養(yǎng)和教學(xué)體系改革研究，重新制定“2012版本科人才培養(yǎng)方案”，借此契機，化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院對材料化學(xué)專業(yè)課程體系作了重新修訂，通過選擇、整合與調(diào)適等措施進行了材料化學(xué)專業(yè)課程體系的優(yōu)化。

(一)調(diào)整教學(xué)計劃，優(yōu)化專業(yè)基礎(chǔ)課內(nèi)容

教學(xué)計劃是一門課程授課的整體規(guī)劃，隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，教育結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變革，教學(xué)計劃也必須不斷改革。在本次修訂人才培養(yǎng)方案的同時，材料化學(xué)專業(yè)也調(diào)整了教學(xué)計劃，對各門課程的教學(xué)內(nèi)容進行了優(yōu)化。

1．無機化學(xué)課程。現(xiàn)行的材料化學(xué)專業(yè)課程體系中，無機化學(xué)是大學(xué)一年級學(xué)生的必修課程。本課程的教學(xué)直接影響大學(xué)一年級的學(xué)生的學(xué)習(xí)思維方式和學(xué)習(xí)習(xí)慣。也是他們從中學(xué)的學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榇髮W(xué)學(xué)習(xí)方式的關(guān)鍵時期。在本階段，我們有意識地培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力和自學(xué)能力。無機化學(xué)課程內(nèi)容包括理論部分和元素部分，對于材料化學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說，無機化學(xué)課程的理論部分是課程的核心，元素部分是輔助內(nèi)容。在調(diào)整教學(xué)計劃前，我們就無機化學(xué)課程的講授內(nèi)容對本專業(yè)三屆(90人)學(xué)生進行了問卷調(diào)查，結(jié)果顯示，89%的學(xué)生不贊成講解課程的全部內(nèi)容，認為無機化學(xué)元素部分可在教師指導(dǎo)下進行自學(xué)。

在元素部分的教學(xué)中，教師以典型元素的性質(zhì)進行講解，然后同學(xué)生一起討論，通過實例指導(dǎo)學(xué)生去認識一種元素、一族元素以及一類元素，逐步了解元素的結(jié)構(gòu)—性質(zhì)—功能之間的關(guān)系，使學(xué)生掌握學(xué)習(xí)元素化學(xué)知識的方法。另外，我們在化合物的性質(zhì)教學(xué)中，教會學(xué)生如何查閱相關(guān)工具書、參考書和手冊等，這樣，其余元素部分設(shè)置為自學(xué)內(nèi)容。

2．高等數(shù)學(xué)課程。高等數(shù)學(xué)是材料化學(xué)專業(yè)的一門必修課程。目前我院材料化學(xué)專業(yè)使用的教材為“生化類”《高等數(shù)學(xué)》。隨著材料化學(xué)學(xué)科的知識量迅速增加，對材料的定性定量分析、材料結(jié)構(gòu)分析、材料物理性能測試等技術(shù)的要求，需要高深的高等數(shù)學(xué)知識。因此，我們把材料化學(xué)專業(yè)的“生化類”高等數(shù)學(xué)調(diào)整為“理工類”高等數(shù)學(xué)。同時，在高等數(shù)學(xué)課程中增加了線性代數(shù)的內(nèi)容，以達到材料結(jié)構(gòu)測試和性能計算知識的要求。

3．材料結(jié)構(gòu)分析方法課程。測試方法在材料化學(xué)專業(yè)的發(fā)展中有著非常重要的作用。隨著對材料的性能、組成和微觀結(jié)構(gòu)的深入研究，新的研究方法、實驗方法和測試手段越來越多樣化。因此，我們把材料結(jié)構(gòu)分析方法課程的教學(xué)分為理論講授和儀器操作。首先，教師在課堂上講解測定材料結(jié)構(gòu)和性能的儀器，然后學(xué)生到儀器實驗室進行觀摩，在教師的指導(dǎo)下學(xué)生自己動手測定樣品學(xué)習(xí)操作。另外，還可借助內(nèi)蒙古功能材料物理與化學(xué)重點實驗室的部分高檔儀器進行學(xué)習(xí)。

4．專業(yè)前沿知識講座。課程內(nèi)容應(yīng)隨著社會、科技的發(fā)展及時充實新知識。材料化學(xué)專業(yè)教材的內(nèi)容往往是數(shù)年、甚至數(shù)十年的科學(xué)知識總結(jié)。為及時補充材料科學(xué)領(lǐng)域的新知識，我們將現(xiàn)代材料科技成果融入到教學(xué)中，用前沿的材料科學(xué)研究內(nèi)容去充實陳舊的教學(xué)內(nèi)容，在人才培養(yǎng)方案中增加了專業(yè)前沿知識專題講座課程，及時傳授本學(xué)科的前沿知識和最新研究成果、動態(tài)。

(二)加強實踐教學(xué)，優(yōu)化課程類型

多元化的實踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和動手能力的最有效的手段，通過實驗來研究物質(zhì)及其變化規(guī)律，使學(xué)生獲取基本的實驗動手能力、綜合分析問題的能力、解決問題的能力、一定的科學(xué)研究能力和一般的創(chuàng)新能力［3］。根據(jù)“高等院校理工科教學(xué)指導(dǎo)委員會通訊”所提倡的高等院校材料化學(xué)專業(yè)規(guī)范討論稿的要求，材料化學(xué)專業(yè)的實踐課程有基礎(chǔ)課實驗、專業(yè)基礎(chǔ)課實驗、專業(yè)課實驗、專業(yè)實習(xí)、畢業(yè)論文等等內(nèi)容［4］。在材料化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)中，充分考慮實驗內(nèi)容的科學(xué)性和系統(tǒng)性，選擇具有一定難度和較大覆蓋面的交叉型綜合實驗作為實驗教學(xué)的主要內(nèi)容，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)院全面開放所有實驗室，給學(xué)生創(chuàng)造開展專業(yè)綜合技能訓(xùn)練的場所，提高學(xué)生的實驗?zāi)芰?。目前，在各級有關(guān)部門的支持下，按材料化學(xué)人才培養(yǎng)方案的要求，材料化學(xué)實驗室基本具備完成基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的實驗教學(xué)條件。學(xué)院倡導(dǎo)請相關(guān)的知名企業(yè)家、工程師指導(dǎo)部分實踐教學(xué)，實現(xiàn)學(xué)校與地方大中小型企業(yè)的對接。

根據(jù)各企業(yè)的實際，按照學(xué)生意愿分成由五至八人組成的“小組”進入不同的微小企業(yè)進行多元化的實習(xí)。材料化學(xué)專業(yè)對學(xué)生完成畢業(yè)論文(設(shè)計)實行分類指導(dǎo)和分流培養(yǎng)的方式，改變以往的畢業(yè)論文撰寫模式，允許學(xué)生在教師的指導(dǎo)下根據(jù)自已的興趣、愛好以及個人的從業(yè)需求選擇畢業(yè)論文課題，可以在本學(xué)院教師的指導(dǎo)下，也可以在科研院所、企業(yè)、經(jīng)濟實體中科技人員的指導(dǎo)下完成畢業(yè)論文(設(shè)計)。

(三)增設(shè)自學(xué)選修課程，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)

當(dāng)今，是社會需求多元化的時代，需要的人才不是單一性人才，而是綜合能力較強的復(fù)合型人才。材料化學(xué)專業(yè)教育不僅要傳授材料科學(xué)相關(guān)的知識，更重要的是傳授獲取知識的方法，使學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)領(lǐng)域的新知識，適應(yīng)社會的需求。因此，在材料化學(xué)專業(yè)課程體系中增設(shè)自學(xué)性選修課程是社會和科學(xué)發(fā)展的必然要求。培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力是豐富學(xué)生知識面的重要措施，是教師的基本職責(zé)，也是素質(zhì)教育的必然要求。

教學(xué)理念和觀念的提升是培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力的前提條件，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力的關(guān)鍵所在，創(chuàng)建學(xué)生自主學(xué)習(xí)的氛圍是培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力的重要環(huán)節(jié)，科學(xué)指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的基本內(nèi)容，科學(xué)的評價標(biāo)準(zhǔn)是促進學(xué)生自學(xué)的原動力［5］。為了培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，在材料化學(xué)專業(yè)課程體系中增設(shè)自學(xué)性選修課是一重要措施。如“化學(xué)與社會”、“化學(xué)史”等課程我們設(shè)置為自學(xué)性選修課程。這樣給學(xué)生創(chuàng)造自學(xué)的機會和環(huán)境。

篇9

明確將無機非金屬材料專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)定位在地方經(jīng)濟建設(shè)需要的無機非金屬材料工程高級應(yīng)用型人才,突出“一定基礎(chǔ)知識支撐、適當(dāng)寬度專業(yè)口徑、突出某一專業(yè)方向、強化專業(yè)實踐能力、博專共存、以專為主、長短兼顧、持續(xù)發(fā)展”的特點，強調(diào)知識、能力和素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，強調(diào)學(xué)生的工程實踐能力的培養(yǎng)與培育。通過教學(xué)計劃、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革，突出工程實踐教學(xué)，強化實踐技能的培訓(xùn)；確保學(xué)生工程實踐能力的提高。無機非金屬材料工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案在修訂后開設(shè)了兩個培養(yǎng)方向：

（1）傳統(tǒng)無機非金屬材料方向（硅酸鹽及耐火材料），培養(yǎng)學(xué)生利用高新技術(shù)提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料等），在節(jié)能減排的技術(shù)改造中發(fā)揮作用。

（2）新型無機非金屬材料方向。加強學(xué)生對“廣泛材料”了解、認識、掌握的培養(yǎng)模式，通過對先進陶瓷材料、復(fù)合與功能材料、薄膜與微晶玻璃、材料表面改性等課程學(xué)習(xí)，在自主擇業(yè)中能快速適應(yīng)新材料領(lǐng)域的工作環(huán)境。我專業(yè)在這兩個培養(yǎng)方向上，形成了以國家、企業(yè)需求為牽引，將材料基礎(chǔ)研究與新材料應(yīng)用開發(fā)相結(jié)合的特色發(fā)展模式。

2以應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)為中心，優(yōu)化無機非金屬材料工程專業(yè)課程體系

根據(jù)市場需求和學(xué)科發(fā)展，即主動適應(yīng)社會發(fā)展，做到“一個專業(yè)，兩個方向，自主選擇”?！白灾鬟x擇”，即強調(diào)學(xué)生個性發(fā)展，增加選修課和選修覆蓋面，使學(xué)生有更大的自主選擇空間。在此指導(dǎo)思想下，對無機非金屬材料專業(yè)課程體系進行優(yōu)化。

1）公共基礎(chǔ)平臺。按照教育部工科大學(xué)生培養(yǎng)要求由學(xué)校統(tǒng)一設(shè)置，分為必修課和選修課，該平臺提供了工科大學(xué)生應(yīng)掌握的基本知識和人文素質(zhì)。

2）專業(yè)基礎(chǔ)平臺。分為必修課、無機非金屬材料工程一級學(xué)科基礎(chǔ)課程、無機非金屬材料工程二級學(xué)科基礎(chǔ)課程。該平臺的設(shè)置可使學(xué)生掌握材料工程師所需的基礎(chǔ)知識和基本理論，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，對學(xué)生考研也有很好的作用。

3）專業(yè)課平臺。分為：

（1）專業(yè)方向限選課，此為無機非金屬材料工程專業(yè)的特色，學(xué)生在三年級自主選擇，分傳統(tǒng)無機非金屬材料方向和新型無機非金屬材料方向進行學(xué)習(xí)。

（2）專業(yè)任選課，專業(yè)任選課中的基礎(chǔ)課程可以使學(xué)生加強材料工程專業(yè)知識。無機非金屬材料專業(yè)學(xué)生就業(yè)的企業(yè)，既有新材料企業(yè)，也有水泥、玻璃、陶瓷等傳統(tǒng)企業(yè)，因此在第六學(xué)期開始開設(shè)就業(yè)針對性強的課程，能有效增強學(xué)生就業(yè)能力。

4）實踐平臺。分為：通識實踐課、學(xué)科實踐課、專業(yè)特色實踐課（分兩個專業(yè)方向）、畢業(yè)設(shè)計（論文）。

3總結(jié)

篇10

項目承擔(dān)單位：中國紡織科學(xué)研究院，天津工業(yè)大學(xué)、總后勤部軍需裝備研究所

項目簡介

本項目屬于紡織功能纖維技術(shù)領(lǐng)域。

隨著特殊作業(yè)場所與日常生活對服裝及紡織品抗靜電的要求日益提高，作為消除靜電、減少靜電危害和實施靜電防護的重要材料之一，導(dǎo)電纖維已成為世界功能纖維材料的研究熱點。長期以來，其生產(chǎn)技術(shù)和市場一直被美國、日本等少數(shù)國外幾家大公司所壟斷。自上世紀(jì)80年代開始，我國投入大量的人力、物力和財力進行導(dǎo)電纖維的研究開發(fā)，但一直未實現(xiàn)導(dǎo)電纖維的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。因此，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的導(dǎo)電纖維對于打破國外壟斷、提升我國功能纖維及其產(chǎn)品的國際競爭能力具有重要意義。

本項目系統(tǒng)研究了復(fù)合導(dǎo)電纖維的導(dǎo)電機理及纖維成形條件，攻克了成纖用納米功能材料制備、多相體系紡絲成形、纖維加工等系列科學(xué)與技術(shù)難題，開發(fā)出導(dǎo)電纖維成套設(shè)備與工藝技術(shù)軟件，實現(xiàn)了復(fù)合型導(dǎo)電纖維的產(chǎn)業(yè)化。研究了導(dǎo)電粉體的表面修飾條件，提出了產(chǎn)業(yè)規(guī)模的導(dǎo)電粉體表面處理、分散及成纖聚合物多相體系紡絲成形的技術(shù)方法，建立了導(dǎo)電粉體在聚合物基體中的分散模型，開發(fā)出導(dǎo)電母粒制備技術(shù)；在國內(nèi)首創(chuàng)了紡牽一步法導(dǎo)電長絲工藝，獨創(chuàng)了“FDY+短纖化后處理”的復(fù)合導(dǎo)電短纖維工藝流程，將纖維的導(dǎo)電功能性與可加工性有效統(tǒng)一，開發(fā)出溶解一涂覆型等新型系列導(dǎo)電纖維產(chǎn)品；在成纖聚合物多相體系紡絲動力學(xué)研究基礎(chǔ)上，研制了多種截面的復(fù)合導(dǎo)電纖維專用噴絲板、組件等紡絲關(guān)鍵設(shè)備，解決了導(dǎo)電組分易團聚、紡絲熔體易堵塞管路等產(chǎn)業(yè)化技術(shù)難點；揭示了各種條件對纖維導(dǎo)電性能的影響規(guī)律，提出了纖維導(dǎo)電通道模型，建立了科學(xué)有效的纖維、面料與服裝的導(dǎo)電性能測試與評價體系，開發(fā)出上百種導(dǎo)電纖維功能面料，形成了導(dǎo)電纖維復(fù)合紡絲設(shè)備與生產(chǎn)線設(shè)計、導(dǎo)電母粒制備與導(dǎo)電纖維生產(chǎn)、導(dǎo)電功能面料及產(chǎn)品設(shè)計與加工、產(chǎn)品性能評價等成套產(chǎn)業(yè)化集成技術(shù)。