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篇（1）

2組合式生態(tài)浮床和凈化效果

將生物載體引入到傳統(tǒng)生態(tài)浮床中而組建組合式生態(tài)浮床，通過(guò)提高浮床系統(tǒng)中微生物量和生態(tài)浮床的輻射“場(chǎng)強(qiáng)”使其凈化效果得到了極大的提升［8，9］。其作用原理是：通過(guò)在不同材質(zhì)生物載體上富集極其復(fù)雜的、大量的生物膜系統(tǒng)，提高組合式生態(tài)浮床系統(tǒng)內(nèi)的生物量、生物種類(lèi)以及系統(tǒng)的“生物場(chǎng)強(qiáng)”［10］，提高組合式生態(tài)浮床的凈化效果。而且生物載體的應(yīng)用可以避免冬季低溫條件下因植物枯萎而出現(xiàn)無(wú)凈化效果的情況，因?yàn)榈蜏貤l件下生物載體上的微生物雖生物凈化效果差，但是仍然會(huì)有一定凈化效果。

2．1傳統(tǒng)的組合式生態(tài)浮床存在的弊端生物載體是組合式生態(tài)浮床系統(tǒng)的重要組成部分，最原始的形式就是將人工合成生物載體懸掛在生態(tài)浮床的底部，僅僅就是為了提高生態(tài)浮床的生物持有量和凈化效果以及生物場(chǎng)強(qiáng)，并取得了良好的效果。但是這種生態(tài)浮床系統(tǒng)，植物根系和生物載體相互獨(dú)立，并無(wú)耦合效應(yīng)，植物和生物載體之間并沒(méi)有很好的配合。另外也有將生物載體作為生物膜附著體和植物根系基質(zhì)，植物根系和生物載體相互作用、相互依賴(lài)，生物載體為根系提供保護(hù)和承受部分污染負(fù)荷，而根系為生物載體上的微生物提供氧氣。而生物載體和植物根系自身的凈化效果仍然在發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，而且耦合了兩者的優(yōu)勢(shì)。

2．2新型組合式生態(tài)浮床的凈化效果和現(xiàn)狀本課題組經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為，將生物載體不懸掛于浮床底部而是作為植物生長(zhǎng)基質(zhì)，即實(shí)現(xiàn)生物載體和植物根系“親密接觸”而形成濕地型新型組合式生態(tài)浮床，其凈化效果和管理維護(hù)會(huì)更好些。而且業(yè)內(nèi)人士對(duì)生物載體作為浮床基質(zhì)時(shí)的效果也進(jìn)行一定的探索研究。

2．2．1無(wú)機(jī)型生物載體在生態(tài)浮床中的應(yīng)用徐麗花等［11］研究了沸石、沸石－石灰石、石灰石3種生物載體系統(tǒng)的水質(zhì)凈化能力，結(jié)果表明：沸石、沸石－石灰石和石灰石系統(tǒng)的TN平均去除率分別為68％、78．3％、60．9％。沸石－石灰石系統(tǒng)的去除率最高，這是由于沸石和石灰石發(fā)生了協(xié)同作用，沸石吸附NH＋4－N，石灰石促進(jìn)了硝化作用，使得系統(tǒng)對(duì)TN的去除效果好于其生物載體單獨(dú)使用時(shí)的效果。熊聚兵等［12］利用泥炭、石英砂等為植物生物載體強(qiáng)化脫氮過(guò)程，研究發(fā)現(xiàn)泥炭可提供碳源有利于脫氮，該系統(tǒng)中的NH＋4－N、NO－3－N、NO－2－N和TN的去除率分別為98．05％、98．83％、95．60％、92．41％，而石英砂提供過(guò)濾補(bǔ)充脫氮，兩者結(jié)合的去除效果明顯高于任一者的單獨(dú)去除效果。無(wú)機(jī)生物載體在組合式生態(tài)浮床中具有較好的處理效果，但因其密度較大，在實(shí)際景觀水體修復(fù)中需要浮體較多，增加處理成本，降低其推廣效能。

2．2．2人工合成生物載體在生態(tài)浮床中的應(yīng)用人工合成生物載體因其穩(wěn)定性強(qiáng)、堅(jiān)固耐用、能夠有效抵擋水流沖擊，在組合式生態(tài)浮床生物載體中被廣泛應(yīng)用。虞中杰等［13］通過(guò)構(gòu)建美人蕉竹制框架下加掛球形生物載體的方式，該系統(tǒng)對(duì)TP、NH＋4－N、NO－3－N和CODMn的去除率分別達(dá)到74．3％、76．6％、63．6％和67．5％。這得益于人工合成的球形生物載體表面易于附著微生物，有利于強(qiáng)化水體中污染物的降解。張雁秋等［14］以傳統(tǒng)生態(tài)浮床為對(duì)比照組，以空心塑料生物載體作為基質(zhì)和生物載體組建的組合式生態(tài)浮床系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)組。初始進(jìn)水的TN、NH＋4－N、NO－3－N是17、6、11mg／L時(shí)，該組合式生態(tài)浮床的最終TN、NH＋4－N、NO－3－N的質(zhì)量濃度分別為（1．05±0．20）、（0．38±0．18）、（0．17±0．03）mg／L，而傳統(tǒng)生態(tài)浮床的最終TN、NH＋4－N、NO－3－N的質(zhì)量濃度分別為（5．23±1．12）、（0．29±0．11）、（4．19±2．08）mg／L，顯示出良好的脫氮效果，并使硝態(tài)氮濃度保持較低濃度。

2．2．3天然纖維素物質(zhì)生物載體在生態(tài)浮床中的應(yīng)用玉米秸、稻草、油菜秸、麥秸等農(nóng)作物秸稈和竹絲、樹(shù)皮等植物莖稈類(lèi)的廢棄物均可以作為生物載體原料。而且用植物纖維素物質(zhì)作生物載體的較其他人合成的生物載體更容易降解，使用一定時(shí)間會(huì)自行分解，比人工稱(chēng)合成的生物載體容易形成載體污泥更利于保護(hù)環(huán)境［15］。本課題組對(duì)植物纖維素物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理后作為組合式生態(tài)浮床的生物載體，既能合理利用秸稈資源，拓寬秸稈的利用價(jià)值，又能有效修復(fù)水體和生態(tài)環(huán)境，取得良好的效果。施亮亮等［16］構(gòu)建以稻草為生物載體和植物生長(zhǎng)基質(zhì)，以美人蕉和菖蒲為植物的復(fù)合組合式生態(tài)浮床為實(shí)驗(yàn)組，以人工合成填料為基質(zhì)的組合式生態(tài)浮床為對(duì)照組。添加稻草為生物載體的組合式生態(tài)浮床在去除污染物方面明顯優(yōu)于以人工合成填料為基質(zhì)的組合式生態(tài)浮床。筆者在研究中發(fā)現(xiàn)以竹絲為生物載體的組合式生態(tài)浮床，CODMn、TN、NH＋4－N和NO－3－N的平均去除率分別為63．50％、63．86％、47．80％和64．75％明顯優(yōu)于無(wú)生物載體組合式生態(tài)浮床的49．56％、31．29％、28．24％和43．90％，鏡檢發(fā)現(xiàn)竹絲表面具有較豐富的生物相，大量活性良好的群居鐘蟲(chóng)、草履蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)和鞭毛蟲(chóng)等，活性、數(shù)量均占優(yōu)勢(shì)的指示性原生動(dòng)物，處理過(guò)程竹絲穩(wěn)定降解，釋放無(wú)機(jī)鹽類(lèi)和小分子有機(jī)物為微生物生長(zhǎng)提供必需的營(yíng)養(yǎng)成分。樓菊青等［17］發(fā)現(xiàn)以毛竹為原料的生物載體在膜速度、掛膜量上有較明顯的優(yōu)勢(shì)。以上文獻(xiàn)研究均顯示了天然纖維素物質(zhì)在組合式生態(tài)浮床生物載體制造領(lǐng)域的潛在價(jià)值，為浮床生物載體基于天然纖維素物質(zhì)資源化利用的多元化發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［18］。采用天然纖維素物質(zhì)不僅作為親水性很強(qiáng)的生物載體，還可以作為反硝化碳源，本課題組已經(jīng)通過(guò)紅外光譜分析方法掌握以下信息：①可生物降解材料表面具有較豐富的親水性基團(tuán)（－OH（主要在纖維素、多糖物質(zhì)中）、－CH2（主要在脂肪類(lèi)物質(zhì)中）、－NH2（主要為蛋白質(zhì)）），可形成更為復(fù)雜的生物膜體系，更容易吸附微生物，更利于生物增殖、生物種群的多樣性；②可生物降解材料使用過(guò)程中，被吸附其表面的微生物分解，形成一些可被微生物作為營(yíng)養(yǎng)的物質(zhì)，而強(qiáng)化微生物的生長(zhǎng)，如果生物載體是固體碳源，釋放出來(lái)的碳源有利于提高水體的脫氮效果。

3生物載體在生態(tài)浮床應(yīng)用中急需解決的科學(xué)難題

3．1作為浮床基質(zhì)的生物載體與植物根系交互作用機(jī)理研究作為浮床基質(zhì)的生物載體與植物根系是一種相互耦合的關(guān)系，互為對(duì)方提供生長(zhǎng)繁殖所需要的養(yǎng)分，在一定程度上促進(jìn)提高了生態(tài)浮床系統(tǒng)的凈化效果、凈化進(jìn)程和生物多樣性。目前本課題組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)以可生物降解的稻草作為生態(tài)浮床系統(tǒng)中植物生長(zhǎng)的基質(zhì)時(shí)，其中水生植物（美人蕉和菖蒲）葉子呈碧綠色，而以人工合成生物載體（塑料球）為植物基質(zhì)或無(wú)任何基質(zhì)時(shí)，2種浮床中水生植物葉子呈淺黃色。分析認(rèn)為稻草、塑料球均作為生物載體和植物基質(zhì)，生長(zhǎng)速率緩慢的硝化菌更容易附著在親水性良好的稻草上，塑料球因其親水性差、生物親和性欠缺而使硝化菌增殖緩慢，稻草上大量的硝化菌就能將相對(duì)不容易被植物吸收的氨氮轉(zhuǎn)化為更容易被植物吸收的硝態(tài)氮，充分的氮素使稻草基質(zhì)生態(tài)浮床中的植物葉子更為翠綠，生長(zhǎng)速率更快。即稻草基質(zhì)為植物根系提供充分的養(yǎng)料（硝酸鹽）；而根系能為稻草表面微生物膜提供來(lái)自光合作用的氧氣，并在稻草基質(zhì)中產(chǎn)生脫氮所需要的好氧、缺氧環(huán)境，提高整個(gè)生態(tài)浮床的脫氮效果。但是根際微生物和生物膜相互作用、相互影響研究并沒(méi)有取得很好的成果，值得深入研究。

3．2生物載體表面和植物根系表面微生物種群差異分析由于根系表面和生物載體表面存在非常大的差異，根際微生物種群類(lèi)別和生物載體表面微生物類(lèi)別差異、數(shù)量差異和特性差異均需要深入研究，目前很多的研究仍然處于定性分析中階段。微生物作為生態(tài)修復(fù)和污染物去除的主體，不同生理生化特性的微生物承擔(dān)著不同生物降解過(guò)程，所以掌握不同生物載體和植物根系表面微生物種群存在的差異（生長(zhǎng)速率、呼吸類(lèi)型、降解底物酶系種類(lèi)、微生物種群數(shù)和數(shù)量級(jí)等），對(duì)不同污染物采取不同的不同載體和植物，或不同生物載體組合，或不同植物的多樣化組合，或人工干預(yù)提供不同的環(huán)境以實(shí)現(xiàn)污染物去除，實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)微生物相關(guān)特性的強(qiáng)化和調(diào)控而實(shí)現(xiàn)微生物對(duì)污染物的降解。

3．3生物載體材質(zhì)在不同污染源種類(lèi)的水體修復(fù)中的選擇方法生物載體作為生態(tài)浮床中重要的生物附著場(chǎng)所，有時(shí)也作為浮床植物的基質(zhì)，其作用較大，但是隨著生物載體的材質(zhì)和形態(tài)等不斷多樣化，生物載體形態(tài)主要由從水流速度、使用方便和造景等因素考慮，對(duì)水體修復(fù)效果不會(huì)造成實(shí)質(zhì)上的影響，而生物載體材質(zhì)的不同對(duì)水體修復(fù)效果會(huì)產(chǎn)生極大的影響。傳統(tǒng)意義上的生物載體是塑料材質(zhì)，并將懸掛在生物載體框架以下，其作用原理是：在生物載體表面形成生物膜以提高生態(tài)浮床系統(tǒng)中微生物量達(dá)到強(qiáng)化生態(tài)浮床的修復(fù)效果，在其表面形成的微生物是復(fù)雜的、多樣的、雜亂的叢生，并無(wú)特定的靶向污染物，在復(fù)合污染較重的現(xiàn)在存在一定的優(yōu)勢(shì)。但是塑料材質(zhì)生物載體存在親和性和親水性差而導(dǎo)致微生物量少、附著困難［19］。而且對(duì)于以氮素為主要污染物且C／N低的地表水修復(fù)過(guò)程中來(lái)說(shuō)并無(wú)太大的價(jià)值，因?yàn)槊摰^(guò)程中涉及硝化和反硝化過(guò)程，反硝化過(guò)程需要補(bǔ)充有機(jī)碳以提高脫氮效果，而塑料材料生物載體并不能提供碳源，投加液體碳源存在計(jì)量無(wú)法控制和運(yùn)行管理復(fù)雜等問(wèn)題，如果以人工合成高聚物作為生物載體和碳源雖然可以實(shí)現(xiàn)良好的脫氮過(guò)程和硝化菌群的富集，但費(fèi)用過(guò)高［20，21］；所以天然纖維素物質(zhì)是理想的碳源、載體，不僅天然親水性和生物親和性可以實(shí)現(xiàn)生物量的最大化和掛膜的最快化，而且生物釋碳按需供給和，其來(lái)自極為廣泛（農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物等。對(duì)于磷含量相對(duì)較高的地表水體修復(fù)時(shí)，塑料材質(zhì)或天然纖維素材質(zhì)的生物載體應(yīng)用于生態(tài)浮床中則效果較差，根據(jù)生物除磷均以排泥的方式，地表水體污染物濃度較輕，污泥量少或無(wú)污泥，無(wú)排泥也就除磷效果很低?，F(xiàn)在一些工藝中為了提高除磷效果，采用一些孔隙多樣化吸收磷或含有某些能夠與磷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的生物載體以提高除磷效果。

篇（2）

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(huì)發(fā)展的三大支柱?，F(xiàn)代高科技的競(jìng)爭(zhēng)在很大程度上依賴(lài)于材料科學(xué)的發(fā)展。對(duì)材料,特別是對(duì)高性能材料的認(rèn)識(shí)水平、掌握和應(yīng)用能力,直接體現(xiàn)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力,也是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力和社會(huì)文明進(jìn)步速度的標(biāo)志。因此,新材料的開(kāi)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(lái),材料科學(xué)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展[1]。究其原因,一方面是各個(gè)學(xué)科的交叉滲透引入了新理論、新方法及新的實(shí)驗(yàn)技術(shù);另一方面是實(shí)際應(yīng)用的迫切需要對(duì)材料提出了新的要求。而FGM即是為解決實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用問(wèn)題而產(chǎn)生的一種新型復(fù)合材料，這種材料對(duì)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(lái)在材料科學(xué)中涌現(xiàn)出的研究熱點(diǎn)之一。

1FGM概念的提出

當(dāng)代航天飛機(jī)等高新技術(shù)的發(fā)展，對(duì)材料性能的要求越來(lái)越苛刻。例如：當(dāng)航天飛機(jī)往返大氣層，飛行速度超過(guò)25個(gè)馬赫數(shù)，其表面溫度高達(dá)2000℃。而其燃燒室內(nèi)燃燒氣體溫度可超過(guò)2000℃，燃燒室的熱流量大于5MW/m2,其空氣入口的前端熱通量達(dá)5MW/m2.對(duì)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(qiáng)制冷卻的冷卻劑，此時(shí)燃燒室內(nèi)外要承受高達(dá)1000K以上的溫差,傳統(tǒng)的單相均勻材料已無(wú)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(gè)物理性能突變的界面。為解決此類(lèi)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(lái)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(jì)算機(jī)輔助材料設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)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(lèi)

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(diǎn)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(shì):

1)將FGM用作界面層來(lái)連接不相容的兩種材料,可以大大地提高粘結(jié)強(qiáng)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(diǎn)以及應(yīng)力自由端點(diǎn)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(qiáng)連接強(qiáng)度也可以減小裂紋驅(qū)動(dòng)力。

圖2

2.2FGM的分類(lèi)

根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)FGM有多種分類(lèi)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(gè)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(xì)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(lái)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(jiàn)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(jī)的超耐熱材料

陶瓷引擎

耐磨耗損性機(jī)械部件

耐熱性機(jī)械部件

耐蝕性機(jī)械部件

加工工具

運(yùn)動(dòng)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(qiáng)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(bǔ)助感覺(jué)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(guò)濾器

超聲波振動(dòng)子

IC

磁盤(pán)

磁頭

電磁鐵

長(zhǎng)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(lèi)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(yáng)電池陶瓷高熔點(diǎn)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?jī)?nèi)容包括材料設(shè)計(jì)、材料制備和材料性能評(píng)價(jià)。FGM的研究開(kāi)發(fā)體系如圖4所示[8]。

設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

圖4FGM研究開(kāi)發(fā)體系

4.1FGM設(shè)計(jì)

FGM設(shè)計(jì)是一個(gè)逆向設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇滿(mǎn)足使用條件的材料組合、過(guò)渡組份的性能及微觀結(jié)構(gòu),以及制備和評(píng)價(jià)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(jì)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(jì)算出FGM體系中最佳的溫度分布和熱應(yīng)力分布,此時(shí)的組成分布函數(shù)即最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。

FGM設(shè)計(jì)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(jì)算方法,包括有限元方法計(jì)算FGM的應(yīng)力分布,采用通用的和自行開(kāi)發(fā)的軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。

FGM設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是與材料的制備工藝緊密結(jié)合,借助于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng),得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

4.2FGM的制備

FGM制備研究的主要目標(biāo)是通過(guò)合適的手段,實(shí)現(xiàn)FGM組成成份、微觀結(jié)構(gòu)能夠按設(shè)計(jì)分布,從而實(shí)現(xiàn)FGM的設(shè)計(jì)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(jì)的梯度成分成形,然后燒結(jié)。通過(guò)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(jiǎn)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(jiǎn)單、易于操作和成本低等優(yōu)點(diǎn),但要對(duì)保溫溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度進(jìn)行嚴(yán)格控制。國(guó)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(jiǎn)稱(chēng)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(shí),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(dòng)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(guò)程示意圖

SHS法具有產(chǎn)物純度高、效率高、成本低、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。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(jī)械強(qiáng)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(guò)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?cè)诨w的表面上形成梯度功能材料涂層?？梢酝ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)程序控制粉料的輸送速度和流量來(lái)得到設(shè)計(jì)所要求的梯度分布函數(shù)。這種工藝已經(jīng)被廣泛地用來(lái)制備耐熱合金發(fā)動(dòng)機(jī)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(dá)1500K,同時(shí)處于高度壓縮狀態(tài),所具有的能量極大。等離子體通過(guò)噴嘴時(shí)急劇膨脹形成亞音速或超音速的等離子流,速度可高達(dá)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(shí)還會(huì)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(xì)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(guò)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(diǎn)是可以方便的控制粉末成分的組成,沉積效率高,無(wú)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(qiáng)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(jì)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(huì)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(shí)注入,在垂直覆層方向上形成組分的變化。重復(fù)以上過(guò)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(qiáng)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(guò)控制初始涂層A的數(shù)量和厚度,以及熔區(qū)的深度來(lái)獲得,熔區(qū)的深度本身由激光的功率和移動(dòng)速度來(lái)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(guò)高,涂層表面有時(shí)會(huì)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(guò)將增強(qiáng)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(qiáng)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(guò)程中,通過(guò)連續(xù)地改變?cè)鰪?qiáng)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(chǎng)中,通過(guò)注入另一相的懸浮液使之混合,并通過(guò)控制鍍液流速、電流密度或粒子濃度,在電場(chǎng)作用下電荷的懸浮顆粒在電極上沉積下來(lái),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T(mén)iO2-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(duì)鍍層材料的物理力學(xué)性能破壞小、設(shè)備簡(jiǎn)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(diǎn)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(guò)控制彌散相濃度,在厚度方向上實(shí)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(qiáng)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(jī)理的不同分為物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)兩類(lèi)。

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(jìn)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(guò)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(jì)要求的FGM。另外,該法無(wú)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(guò)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(guò)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(diǎn)是沉積溫度低,對(duì)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(guò)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(gè)附加的被稱(chēng)作“相變塑性”的變形機(jī)制。借助這種機(jī)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(guò)施加應(yīng)變(或等價(jià)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?jǐn)?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?jǐn)?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(gè)簡(jiǎn)單的方法,可以一步生產(chǎn)含有飽和磁化強(qiáng)度連續(xù)變化的材料,這種材料對(duì)于位置測(cè)量裝置的制造有潛在的應(yīng)用前景。

4.3FGM的特性評(píng)價(jià)

功能梯度材料的特征評(píng)價(jià)是為了進(jìn)一步優(yōu)化成分設(shè)計(jì),為成分設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),目前已開(kāi)發(fā)出局部熱應(yīng)力試驗(yàn)評(píng)價(jià)、熱屏蔽性能評(píng)價(jià)和熱性能測(cè)定、機(jī)械強(qiáng)度測(cè)定等四個(gè)方面。這些評(píng)價(jià)技術(shù)還停留在功能梯度材料物性值試驗(yàn)測(cè)定等基礎(chǔ)性的工作上[7]。目前,對(duì)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(jī)械性能進(jìn)行評(píng)價(jià)[8]。目前,日本、美國(guó)正致力于建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)特征評(píng)價(jià)體系[7~8]。

5FGM的研究發(fā)展方向

5.1存在的問(wèn)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(wèn)題需要進(jìn)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(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)（包括材料體系、物性參數(shù)、材料制備和性能評(píng)價(jià)等）還需要補(bǔ)充、收集、歸納、整理和完善；

2）尚需要進(jìn)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(cè)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(jì)體系，為梯度材料在多方面研究和應(yīng)用開(kāi)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(jì)算機(jī)模擬對(duì)材料性能進(jìn)行理論預(yù)測(cè)，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(jiǎn)單,還不具有較多的實(shí)用價(jià)值;

6)成本高。

5.2FGM制備技術(shù)總的研究趨勢(shì)[13、15、19-20]

1）開(kāi)發(fā)的低成本、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便的制備技術(shù)；

2）開(kāi)發(fā)大尺寸和復(fù)雜形狀的FGM制備技術(shù)；

3）開(kāi)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(jìn)的制備工藝機(jī)理，特別是其中的光、電、磁特性。

5.3對(duì)FGM的性能評(píng)價(jià)進(jìn)行研究[2、13]

有必要從以下5個(gè)方面進(jìn)行研究：

1）熱穩(wěn)定性，即在溫度梯度下成分分布隨時(shí)間變化關(guān)系問(wèn)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(píng)價(jià)，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(yǔ)

FGM的出現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代材料的設(shè)計(jì)思想進(jìn)入了高性能新型材料的開(kāi)發(fā)階段[8]。FGM的研究和開(kāi)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(guó)際化合作的方向發(fā)展。

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篇（3）

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(huì)發(fā)展的三大支柱?，F(xiàn)代高科技的競(jìng)爭(zhēng)在很大程度上依賴(lài)于材料科學(xué)的發(fā)展。對(duì)材料,特別是對(duì)高性能材料的認(rèn)識(shí)水平、掌握和應(yīng)用能力,直接體現(xiàn)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力,也是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力和社會(huì)文明進(jìn)步速度的標(biāo)志。因此,新材料的開(kāi)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(lái),材料科學(xué)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展[1]。究其原因,一方面是各個(gè)學(xué)科的交叉滲透引入了新理論、新方法及新的實(shí)驗(yàn)技術(shù);另一方面是實(shí)際應(yīng)用的迫切需要對(duì)材料提出了新的要求。而FGM即是為解決實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用問(wèn)題而產(chǎn)生的一種新型復(fù)合材料，這種材料對(duì)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(lái)在材料科學(xué)中涌現(xiàn)出的研究熱點(diǎn)之一。

1FGM概念的提出

當(dāng)代航天飛機(jī)等高新技術(shù)的發(fā)展，對(duì)材料性能的要求越來(lái)越苛刻。例如：當(dāng)航天飛機(jī)往返大氣層，飛行速度超過(guò)25個(gè)馬赫數(shù)，其表面溫度高達(dá)2000℃。而其燃燒室內(nèi)燃燒氣體溫度可超過(guò)2000℃，燃燒室的熱流量大于5MW/m2,其空氣入口的前端熱通量達(dá)5MW/m2.對(duì)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(qiáng)制冷卻的冷卻劑，此時(shí)燃燒室內(nèi)外要承受高達(dá)1000K以上的溫差,傳統(tǒng)的單相均勻材料已無(wú)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(gè)物理性能突變的界面。為解決此類(lèi)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(lái)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(jì)算機(jī)輔助材料設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)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(lèi)

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(diǎn)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(shì):

1)將FGM用作界面層來(lái)連接不相容的兩種材料,可以大大地提高粘結(jié)強(qiáng)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(diǎn)以及應(yīng)力自由端點(diǎn)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(qiáng)連接強(qiáng)度也可以減小裂紋驅(qū)動(dòng)力。

2.2FGM的分類(lèi)

根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)FGM有多種分類(lèi)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(gè)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(xì)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(lái)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(jī)的超耐熱材料

陶瓷引擎

耐磨耗損性機(jī)械部件

耐熱性機(jī)械部件

耐蝕性機(jī)械部件

加工工具

運(yùn)動(dòng)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(qiáng)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(bǔ)助感覺(jué)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(guò)濾器

超聲波振動(dòng)子

IC

磁盤(pán)

磁頭

電磁鐵

長(zhǎng)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(lèi)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(yáng)電池陶瓷高熔點(diǎn)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?jī)?nèi)容包括材料設(shè)計(jì)、材料制備和材料性能評(píng)價(jià)。

4.1FGM設(shè)計(jì)

FGM設(shè)計(jì)是一個(gè)逆向設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇滿(mǎn)足使用條件的材料組合、過(guò)渡組份的性能及微觀結(jié)構(gòu),以及制備和評(píng)價(jià)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(jì)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(jì)算出FGM體系中最佳的溫度分布和熱應(yīng)力分布,此時(shí)的組成分布函數(shù)即最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。

FGM設(shè)計(jì)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(jì)算方法,包括有限元方法計(jì)算FGM的應(yīng)力分布,采用通用的和自行開(kāi)發(fā)的軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。

FGM設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是與材料的制備工藝緊密結(jié)合,借助于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng),得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

4.2FGM的制備

FGM制備研究的主要目標(biāo)是通過(guò)合適的手段,實(shí)現(xiàn)FGM組成成份、微觀結(jié)構(gòu)能夠按設(shè)計(jì)分布,從而實(shí)現(xiàn)FGM的設(shè)計(jì)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(jì)的梯度成分成形,然后燒結(jié)。通過(guò)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(jiǎn)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(jiǎn)單、易于操作和成本低等優(yōu)點(diǎn),但要對(duì)保溫溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度進(jìn)行嚴(yán)格控制。國(guó)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(jiǎn)稱(chēng)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(shí),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(dòng)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(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。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(jī)械強(qiáng)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(guò)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?cè)诨w的表面上形成梯度功能材料涂層。可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制粉料的輸送速度和流量來(lái)得到設(shè)計(jì)所要求的梯度分布函數(shù)。這種工藝已經(jīng)被廣泛地用來(lái)制備耐熱合金發(fā)動(dòng)機(jī)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(dá)1500K,同時(shí)處于高度壓縮狀態(tài),所具有的能量極大。等離子體通過(guò)噴嘴時(shí)急劇膨脹形成亞音速或超音速的等離子流,速度可高達(dá)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(shí)還會(huì)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(xì)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(guò)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(diǎn)是可以方便的控制粉末成分的組成,沉積效率高,無(wú)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(qiáng)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(jì)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(huì)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(shí)注入,在垂直覆層方向上形成組分的變化。重復(fù)以上過(guò)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(qiáng)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(guò)控制初始涂層A的數(shù)量和厚度,以及熔區(qū)的深度來(lái)獲得,熔區(qū)的深度本身由激光的功率和移動(dòng)速度來(lái)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(guò)高,涂層表面有時(shí)會(huì)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(guò)將增強(qiáng)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(qiáng)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(guò)程中,通過(guò)連續(xù)地改變?cè)鰪?qiáng)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(chǎng)中,通過(guò)注入另一相的懸浮液使之混合,并通過(guò)控制鍍液流速、電流密度或粒子濃度,在電場(chǎng)作用下電荷的懸浮顆粒在電極上沉積下來(lái),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T(mén)iO2-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(duì)鍍層材料的物理力學(xué)性能破壞小、設(shè)備簡(jiǎn)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(diǎn)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(guò)控制彌散相濃度,在厚度方向上實(shí)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(qiáng)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(jī)理的不同分為物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)兩類(lèi)。

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(jìn)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(guò)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(jì)要求的FGM。另外,該法無(wú)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(guò)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(guò)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(diǎn)是沉積溫度低,對(duì)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(guò)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(gè)附加的被稱(chēng)作“相變塑性”的變形機(jī)制。借助這種機(jī)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(guò)施加應(yīng)變(或等價(jià)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?jǐn)?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?jǐn)?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(gè)簡(jiǎn)單的方法,可以一步生產(chǎn)含有飽和磁化強(qiáng)度連續(xù)變化的材料,這種材料對(duì)于位置測(cè)量裝置的制造有潛在的應(yīng)用前景。

4.3FGM的特性評(píng)價(jià)

功能梯度材料的特征評(píng)價(jià)是為了進(jìn)一步優(yōu)化成分設(shè)計(jì),為成分設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),目前已開(kāi)發(fā)出局部熱應(yīng)力試驗(yàn)評(píng)價(jià)、熱屏蔽性能評(píng)價(jià)和熱性能測(cè)定、機(jī)械強(qiáng)度測(cè)定等四個(gè)方面。這些評(píng)價(jià)技術(shù)還停留在功能梯度材料物性值試驗(yàn)測(cè)定等基礎(chǔ)性的工作上[7]。目前,對(duì)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(jī)械性能進(jìn)行評(píng)價(jià)[8]。目前,日本、美國(guó)正致力于建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)特征評(píng)價(jià)體系[7~8]。

5FGM的研究發(fā)展方向

5.1存在的問(wèn)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(wèn)題需要進(jìn)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(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)（包括材料體系、物性參數(shù)、材料制備和性能評(píng)價(jià)等）還需要補(bǔ)充、收集、歸納、整理和完善；

2）尚需要進(jìn)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(cè)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(jì)體系，為梯度材料在多方面研究和應(yīng)用開(kāi)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(jì)算機(jī)模擬對(duì)材料性能進(jìn)行理論預(yù)測(cè)，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(jiǎn)單,還不具有較多的實(shí)用價(jià)值;

6)成本高。

5.2FGM制備技術(shù)總的研究趨勢(shì)[13、15、19-20]

1）開(kāi)發(fā)的低成本、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便的制備技術(shù)；

2）開(kāi)發(fā)大尺寸和復(fù)雜形狀的FGM制備技術(shù)；

3）開(kāi)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(jìn)的制備工藝機(jī)理，特別是其中的光、電、磁特性。

5.3對(duì)FGM的性能評(píng)價(jià)進(jìn)行研究[2、13]

有必要從以下5個(gè)方面進(jìn)行研究：

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

篇（4）

2房屋建筑的門(mén)窗節(jié)能技術(shù)

大部分房屋的建設(shè)，門(mén)窗面積都占到房屋總面積的百分之三十；門(mén)窗是房屋能耗散失最嚴(yán)重的部位，其能耗占住宅總能耗的比例很大，占房屋傳熱、散熱的四分之一，所以，除了保證必要的日照、采光、通風(fēng)等要求下，盡量減少房屋門(mén)窗洞口的開(kāi)設(shè)，提高房屋本身的保溫效果，減少對(duì)外的傳熱量。王玲玲重慶建工第七建筑工程有限責(zé)任公司400039對(duì)于門(mén)窗運(yùn)用新型的玻璃，增強(qiáng)玻璃的隔熱保溫效果；低輻射玻璃是房屋建設(shè)中常用的玻璃，它的表面有一層半導(dǎo)體氧化物，使得這種玻璃對(duì)可見(jiàn)光和近紅外的透光率較高，反射率較低，可以大量獲取太陽(yáng)光能，而對(duì)常溫下的長(zhǎng)波紅外熱的透光率低，反射率較高，這就使得這種窗戶(hù)的保溫性能較好。增強(qiáng)住宅外窗的氣密性，有助于提高房屋的保溫性。對(duì)于門(mén)窗的建設(shè)，使用新型的、密封性良好的門(mén)窗材料；而門(mén)窗與墻體之間的縫隙可采用保溫效果良好的彈性松軟型材料；框和扇的密封可以使用橡膠、泡沫密封條，也可以采用高低縫和回風(fēng)槽等；然而，扇與玻璃之間的密封則可以使用各種彈性壓條等。

3屋面節(jié)能技術(shù)

首先，合理選擇保溫材料。屋面節(jié)能一般是將容量低、導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水性低、有一定強(qiáng)度的保溫材料設(shè)置在防水層和屋面層之間；然而，對(duì)于屋面保溫材料的選用時(shí)，必須要按照屋面的設(shè)計(jì)和材料產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范，對(duì)屋面建設(shè)中所使用的節(jié)能保溫材料的容量、導(dǎo)熱性、吸水性、外觀等性能進(jìn)行嚴(yán)格檢查，然而，在施工時(shí)，嚴(yán)格按照配合比和施工工藝要求對(duì)這些材料進(jìn)行使用，保證保溫材料的合理使用。其次，實(shí)行倒置式屋面。倒置式屋面，就是將傳統(tǒng)屋面結(jié)構(gòu)中的保溫層和防水層顛倒，將保溫層放在防水層的上面；傳統(tǒng)房屋在使用中，當(dāng)屋面的保溫材料吸濕后，其導(dǎo)熱性將下降，所以，在傳統(tǒng)屋面結(jié)構(gòu)中，常常在保溫層上設(shè)置防水層，在保溫層下做隔熱層，從而增加了屋面的造價(jià)，使得屋面結(jié)構(gòu)復(fù)雜；同時(shí)，使得防水材料暴露于最上層，加速防水材料的老化；所以，傳統(tǒng)的屋面構(gòu)架已不在實(shí)用，現(xiàn)如今，房屋的屋面大多都將保溫層放置在防水層上面。

篇（5）

中圖分類(lèi)號(hào)：TU761文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

引言：

節(jié)約能源是我國(guó)刻不容緩的突出問(wèn)題，其中建筑節(jié)能是重中之重，這是因?yàn)榻ㄖ芎牧考s占全國(guó)總用能量的 1/4，居耗能首位。中國(guó)的經(jīng)濟(jì)和能源面對(duì)這種巨大壓力時(shí)，政府已陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)法律文件，實(shí)行具體政策，推動(dòng)建筑節(jié)能是符合中國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，建筑領(lǐng)域內(nèi)開(kāi)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(duì)建筑材料的保溫隔熱性能、實(shí)用價(jià)值、材料的穩(wěn)定性等方面的優(yōu)、缺點(diǎn)進(jìn)行深入剖析，以滿(mǎn)足不同條件下的使用需求。

一、對(duì)保溫材料分析

1、無(wú)機(jī)保溫材料

巖棉、玻璃棉和膨脹珍珠巖都屬于無(wú)機(jī)保溫材料，其中巖棉和玻璃棉有時(shí)統(tǒng)稱(chēng)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(wú)機(jī)保溫材料在建筑施工運(yùn)用中的優(yōu)點(diǎn)：耐酸堿，耐腐蝕，不開(kāi)裂，不脫落，穩(wěn)定性高，不會(huì)存在老化問(wèn)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(jià)格較低施工簡(jiǎn)便，適用范圍廣，對(duì)各種材質(zhì)各種形狀的墻體均合適。而且沒(méi)有冷熱橋產(chǎn)生，全封閉無(wú)接縫無(wú)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(shí)保溫和屋面的保溫和地?zé)岬母魺釋印７阑鸬燃?jí)高阻燃性能好，適用廣泛，大多用于密集的住宅、防火等級(jí)要求嚴(yán)格的公共場(chǎng)所。另外，還可作為防火隔離帶的施工材料，可達(dá)到高級(jí)別防火標(biāo)準(zhǔn)。

1.2無(wú)機(jī)保溫材料存在以下主要缺點(diǎn)：不環(huán)保、保溫性能差、受壓強(qiáng)度低下；吸濕性高、在施工中會(huì)對(duì)人產(chǎn)生有害氣體，如玻璃棉潮濕后會(huì)釋放有毒氣體，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)禁止此類(lèi)材料的使用。

2、有機(jī)發(fā)泡類(lèi)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(wú)機(jī)保溫材料性能。目前膨脹聚苯板EPS、擠塑聚苯板X(qián)PS、噴涂聚氨酯SPU和聚苯顆粒等都屬于我國(guó)有機(jī)發(fā)泡類(lèi)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(zhuān)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(jī)保溫材料有以下優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)，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?gòu)?fù)合夾芯板等

2.2他在施工運(yùn)用中的缺點(diǎn)：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(guò)縫隙影響保溫效果；抗風(fēng)性差：EPS抗拉強(qiáng)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(shí)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)鞑ニ俣取Ｒ虼斯矆?chǎng)所和高層建筑必須謹(jǐn)慎使用；在發(fā)達(dá)的美國(guó)有多個(gè)州禁止使用；在英國(guó)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(xiǎn)公司已禁止給EPS板作保溫建筑保險(xiǎn)。

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(diǎn)：它較無(wú)機(jī)保溫材料和有機(jī)保溫材料的熱導(dǎo)率最低。它使用最小的絕緣材料厚度來(lái)達(dá)到同樣的隔熱效果。硬泡閉孔率高達(dá)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(diǎn)。聚氨酯PU 硬泡節(jié)能保溫材料的韌性很好，不易產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象，耐沖擊具有較強(qiáng)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(diǎn)：國(guó)產(chǎn)的環(huán)保、阻燃和消煙性能不過(guò)關(guān)，在燃燒時(shí)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(chǎng)所建筑使用該材料。

4、復(fù)合型材料

利用處理過(guò)的農(nóng)作物秸桿和經(jīng)過(guò)無(wú)害處理的保溫材質(zhì)的垃圾通過(guò)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(diǎn)：保溫隔熱性能好，它兼具無(wú)機(jī)材料的很多優(yōu)點(diǎn)（如防火能力，變形系數(shù)小，抗老化，性能穩(wěn)定，絕緣層，高強(qiáng)度，良好的環(huán)保，壽命長(zhǎng)，施工難度小，成本低），以及其原材料來(lái)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(diǎn)：復(fù)合材料在市場(chǎng)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(jìn)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(guò)發(fā)泡機(jī)的發(fā)泡系統(tǒng)利用機(jī)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(guò)發(fā)泡機(jī)的泵送系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)澆施工或模具成型，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)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(diǎn)：強(qiáng)度高，發(fā)泡水泥絕熱層的強(qiáng)度明顯高于聚苯板絕熱層的強(qiáng)度。經(jīng)適當(dāng)養(yǎng)護(hù)，正常施工的發(fā)泡水泥絕熱層在容重為400kg/cm3時(shí)，其立方抗壓強(qiáng)度可達(dá)2MPa以上，足夠承載各種施工荷載；保溫性能好經(jīng)計(jì)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(wú)機(jī)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(huì)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(jī)械化大面積施工，勞動(dòng)強(qiáng)度低，工程進(jìn)度快，且與上、下各構(gòu)造層容易結(jié)合為一體；經(jīng)濟(jì)性由于發(fā)泡水泥的主要材料是水泥，且基本無(wú)廢料，又可省略找平層等多道工序，綜合造價(jià)相對(duì)要低一些。

5.2發(fā)泡水泥的缺點(diǎn)：強(qiáng)度低，吸水率高，無(wú)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(shí)按配比加水在攪拌機(jī)中攪拌完成后再加入聚苯顆粒，充分?jǐn)嚢韬笮纬伤苄粤己玫母酄铙w，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(diǎn)：該材料具有導(dǎo)熱系數(shù)低，保溫隔熱性能好，抗壓強(qiáng)度高，粘接力強(qiáng)，附著力強(qiáng)，耐凍融等優(yōu)點(diǎn)，而且施工方便施工速度快，施工速度快。對(duì)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(jià)低，經(jīng)濟(jì)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(shí)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(hù)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(bǔ)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(yùn)用中的缺點(diǎn)：墻體界面的界面砂漿不夠，可能降低附著力。

二、為我國(guó)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(guó)建筑行業(yè)的應(yīng)用研發(fā)進(jìn)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(xiàng)性能。

2、完善相關(guān)法規(guī)，強(qiáng)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(qiáng)制建筑企業(yè)使用新型保溫材料。

結(jié)語(yǔ)：

從現(xiàn)在節(jié)能保溫材料的使用，已經(jīng)看到了我們未來(lái)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(guó)家建設(shè)部節(jié)能總體目標(biāo)是：到2020年北方和沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)新建筑實(shí)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(lái)建筑將是由專(zhuān)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(zhuān)家，共同發(fā)展建設(shè)。高效節(jié)能設(shè)施將成為未來(lái)建筑的核心，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的建筑節(jié)能，保護(hù)生態(tài)。

參考文獻(xiàn):

篇（6）

RE-Ni-W-P-SiC復(fù)合鍍層在不同濃度的硫酸、鹽酸、磷酸和氯化鐵等溶液中的腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明，以Ni-W-P合金為基體的復(fù)合材料鍍層在鍍態(tài)或熱處理?xiàng)l件下在硫酸,磷酸,鹽酸和氯化鐵溶液中具有較好的耐蝕性,其耐蝕性?xún)?yōu)于316L不銹鋼;Ni-W-P-SiC復(fù)合鍍層在鹽酸、硫酸和氯化鐵溶液中的耐蝕性?xún)?yōu)于Ni-W-P合金鍍層和RE-Ni-W-P-SiC復(fù)合鍍層，而RE-Ni-W-P-SiC復(fù)合鍍層在磷酸溶液中的耐蝕性又優(yōu)于Ni-W->:請(qǐng)記住我站域名/

復(fù)合材料鍍層的硬度和耐磨性試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著加熱溫度的提高，復(fù)合材料鍍層的硬度增加，在400℃時(shí)達(dá)峰值，加熱溫度繼續(xù)升高，鍍層硬度呈下降趨勢(shì)；此外，陰陽(yáng)極相互垂直所得復(fù)合鍍層的硬度高于陰陽(yáng)極相互平行的硬度；鍍態(tài)時(shí)復(fù)合鍍層的磨損率均最高，隨著熱處理溫度的提高，磨損率呈下降趨勢(shì)，在400℃時(shí)磨損率最低，耐磨性最好。繼續(xù)升高溫度，磨損率有所上升。另外，隨著鍍層中磷含量的增加，其耐磨性改善。在400℃熱處理?xiàng)l件下，隨著熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，復(fù)合鍍層的硬度和耐磨性增加，當(dāng)熱處理時(shí)間達(dá)到3小時(shí)時(shí)，鍍層硬度和耐磨性達(dá)到最佳值；若繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，鍍層的硬度和耐磨性將降低。隨著鍍液中SiC濃度的增加，RE-Ni-W-P-SiC復(fù)合材料鍍層的硬度增加，同時(shí)鍍層的耐磨性能也增強(qiáng)。鍍液中鎢酸鈉濃度對(duì)RE-Ni-W-P-SiC多功能復(fù)合材料硬度及耐磨性的影響規(guī)律與鍍液中SiC濃度對(duì)RE-Ni-W-P-SiC復(fù)合材料硬度及耐磨性的影響規(guī)律基本一致，即隨著鎢酸鈉濃度的升高，RE-Ni-W-P-SiC復(fù)合鍍層的硬度和耐磨性均提高。隨著鍍液中次亞磷酸鈉濃度的升高，鍍層的硬度和耐磨性均降低。

RE-Ni-W-P-SiC復(fù)合材料鍍層的組織與結(jié)構(gòu)分析表明，復(fù)合鍍層在鍍態(tài)下為非晶態(tài)，當(dāng)熱處理溫度升到200℃時(shí)，鍍層開(kāi)始晶化并析出Ni3P相；當(dāng)溫度達(dá)到500℃時(shí)，鍍層晶化完畢，產(chǎn)生新相g-(FeNi)。因此，整個(gè)鍍層的顯微結(jié)構(gòu)隨溫度的變化過(guò)程是：非晶態(tài)混晶態(tài)晶態(tài)；稀土元素對(duì)復(fù)合鍍層的顯微組織無(wú)影響，但可以提高復(fù)合鍍層中SiC微的含量；鍍液中鎢酸鈉和檸檬酸的濃度對(duì)復(fù)合材料鍍層的結(jié)構(gòu)影響不大，復(fù)合材料中的磷含量是鍍層非晶化的主要決定因素；鍍液中鎢酸鈉和檸檬酸的濃度對(duì)復(fù)合材料鍍層的表面形貌影響較大，當(dāng)鎢酸鈉的濃度為90—150g/L和檸檬酸的濃度為150—170g/L時(shí)，復(fù)合材料鍍層表面顆粒細(xì)小，而且平整光滑。

復(fù)合材料鍍層的抗高溫氧化試驗(yàn)結(jié)果表明，在高溫氧化過(guò)程中,純鎳鍍層、Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-SiC復(fù)合鍍層的氧化膜重量和氧化時(shí)間的關(guān)系,在氧化時(shí)間小于60min時(shí)，氧化膜的增長(zhǎng)規(guī)律近似于直線(xiàn)方程；而在氧化時(shí)間大于60min后,它的增長(zhǎng)規(guī)律可以用冪函數(shù)方程表示。四種鍍層氧化速率的大小順序是Ni>Ni-W-P>Ni-W-P-SiC>RE-Ni-W-P-SiC。在高溫氧化過(guò)程中,Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-三種鍍層的氧化膜重量隨著氧化溫度的升高而呈指數(shù)型增加。RE-Ni-W-P-SiC復(fù)合鍍層與Ni-W-P合金層相比,它的高溫抗氧化性能可以提高2-3倍。鍍層的截面形貌表明,經(jīng)500℃下氧化，Ni-W-P合金已向基體擴(kuò)散,與基體之間沒(méi)有明顯的分界線(xiàn)；Ni-W-P-SiC復(fù)合鍍層與基體之間有分界線(xiàn),但不明顯；而RE-Ni-W-P-SiC復(fù)合鍍層在此溫度下有明顯的分界線(xiàn)。經(jīng)800℃下氧化后,除RE-Ni-W-P-SiC復(fù)合鍍層與基體有明顯分界線(xiàn)外,其它兩種鍍層均無(wú)分界線(xiàn)。Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-SiC三種鍍層經(jīng)800℃下氧化后的X-射線(xiàn)衍射圖同樣顯示,RE-Ni-W-P-SiC復(fù)合鍍層具有更好的抗高溫氧化能力。

對(duì)電沉積RE-Ni-W-P-SiC多功能復(fù)合材料進(jìn)行了日處理5平方米的中試試驗(yàn)，結(jié)果表明，用該工藝處理的多種零部件在磷化工、制糖和卷煙等工業(yè)中應(yīng)用，其壽命明顯高于國(guó)產(chǎn)零部件，接近或超過(guò)進(jìn)口件的水平，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：電沉積，RE-Ni-W-P-SiC復(fù)合材料鍍層，硬度與耐磨性，耐蝕性，抗高溫氧化性，組織與結(jié)構(gòu)，應(yīng)用。

Atract

ProceandbasictheoryofelectrodepositedRE-Ni-W-P-SiCmultifunctionalcompositecompositecoatinghavebeenstudied，includingsomecontentsasfollows：

E-pHpatterofNi-P-H2OandNi-C-H2Osystemsweredrownoutonthebasisofthermodynamicanalysis，andresultsshowthatNiandPcanco-depositonthecathodeintheformofNi3P；therearesomeNi3Cphasesinthecoating，andCcomesfromorganiccompoundwhichwasaddedinthebathandCO2intheairthatwasdiolvedinwater.

ExperimentalresultsofproceparametersindicatethataseriesofRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingswithdifferentcontentswereobtainedbymeaofaropriateparameters，andcomponentscopesofthecoatingsareSiC5~30wt，Ni50~60wt，W10~25wt，P5~15wtandRE5~10wt.ThecontentsofW，PandSiCi nthecompositecoatingswereincreasedwhenchloride，oxideandsulfaterareearthwasaddedinthebathreectivelyortogether.Theadditionofsodiumhypophohatemustbearopriate，ifaddedmuch，WandSiCcontentsinthecoatingsweredecreased，Sotheadditionofsodiumhypophohatemustbecontrolled10~15g/l.Currentdeity，temperatureandpHvaluehavecoiderableeffectsonthecontentsofW，PandSiCinthecompositecoatings.Generally，currentdeity（Dk）mustbecontrolled5~10A/dm2，pH6.0~6.5andtemperature55~65oC.Besides，DkandpHhaveagreateffectonthesurfacemorphologiesofthecoatings，andthecompositecoatingsgetcoarsewhenDkandpHwerehigh，onthecontrary，thecompositesgainfinecrystalwhenDkandpHwerelow.TheagitatingintervaltimehaslittleeffectonNi，WandPcontents，whileithascoiderableeffectonSiCcontentinthedeposits.ExteionofagitationandintervaltimewilldecreaseSiCcontentinthecomposites，sointervalandagitatingtimemustbecontrolled3miand4~5mireectively.

CurvesofcathodicpolarizationdilaythatwhenSiCparticlesandrareearth（RE）wereaddedinthebath，cathodicdepositingcurrentdeityofthecompositesincreases，anditisprofitableforNi-W-Pcoatingtodepositinthecathode，formingNi-W-P-SiCandRE-Ni-W-P-SiCcomposites.Onthecontrary，theadditionofPTFEinthebathdecreasescathodicdepositingcurrentdeityofthecoatings.Thecurrentdeityincreasesalittlewhentheamountofrareearth（RE）is7~9g/l；however，thedeityincreasesgreatlywithincreasingamountofRE，anditreachespeakvaluewhentheamountofREis11~13g/l.ButiftheamountofREisraisedfurther，thecurrentdeitydecreases.MechanismofSiCparticlesandNi-W-Pcoatingco-depositionis:SiCparticlescarryaboutnegativeelectricchargeitself,andtheymayadsorbpositiveelectricchargearoundwhenSiCparticlesareaddedinthebath.Theymovetothesurfaceofcathodeandformweakadsorptionundertheeffectsoffluiddynamicsandelectricfieldforce;secondly,SiCparticlesonthecathodicsurfacedehydrateundertheeffectoftheelectrostaticfieldforceandformstrongadsorptiothirdly,SiCparticlesadsorbedonthecathodicsurfacearecapturedbyNi-W-Pcoatinganddepositedinthecomposite.

CorrosionexperimentsofRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatinginH2SO4，HCl，H3PO4andFeCl3solutioshowthatthecompositecoatingsonthebaseofNi-W-PcoatingshavebettercorrosionresistanceinH2SO4，HCl，H3PO4andFeCl3solutioatas-depositedorheattreatment，andtheircorrosionresistanceissuperiortothatof316Lstainlesteel；thecorrosionresistanceofNi-W-P-SiCcoatinginHCl，H2SO4andFeCl3solutioismuchbetterthanthatofNi-W-PandRE-Ni-W-P-SiCcoatings；however，thecorrosionresistanceoftheRE-Ni-W-P-SiCcompositeinH3PO4solutionissuperiortothatofNi-W-P-SiCandNi-W-Pcoatings.ThecorrosionmechanismofRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatinginH2SO4andH3PO4solutioisgapandintergranularcorrosion，andinHClandFeCl3solutioispointandintergranularcorrosion.

Resultsofhardneandwearresistanceofthecompositecoatingsshowthatthehardneofthecoatingsincreaseswithincreasingheattreatmenttemperature，anditreachespeakvalueat400oC.Butitdecreaseswithincreasingheattreatmenttemperaturecontinually.Besides，thehardneofthecoatingbyverticalhangingbetweencathodeandanodeismuchhigherthanthatofonebyparallelhangingbetweencathodeandanode.Theabrasionrateofthecompositesishighestatas-deposited，whileitdecreaseswiththeriseoftemperature，itcutsdownlowestat400oC.Buttheabrasionrateincreaseswithcontinuingraisingheattreatmenttemperature.Thewearresistanceofthecoatingisraisedwithincreasingthephohoruscontentinthedeposit.Thehardneandwearresistanceofthecompositeincreasewithexteionofheattreatedtimeat400oC，andtheyreachtheirpeakvaluesat3hoursreectively.However，thehardneandwearresistanceofthecoatingdecreasewiththeriseoftheheattreatedtime.ThehardneandwearresistanceoftheRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingincreasewiththeriseofSiCandsodiumtungst ateconcentratiointhebathreectively，whilethehardneandwearresistanceoftheRE-Ni-W-P-SiCcoatingdecreasewithincreasingsodiumhypophohateconcentrationinthebath.

MicrostructureofelectrodepositedRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingwasstudied，andresultsshowthattheRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingisamorphousas-deposited.WhilethecoatingchangesintothecrystalandNi3Pphasesprecipitatewhenheattreatedtemperatureisraisedto200oC；Thecrystalproceofthecoatingisfinishedandnewγ-（FeNi）phaseisproducedwhentemperaturerisesto500oC.Therefore，themicrostructurechangingproceofthecoatingisamorphousmixturecrystal；therareearthhasnoeffectonthemicrostructureofthecoating，whileitcanincreasetheSiCcontentinthedeposits.Sodiumtungstateandcitricacidconcentratiointhebathhavenoeffectsonthemicrostructureofthecomposite，howevertheyhavecoiderableeffectsonthesurfacemorphologiesofthecoatings.Thecoatingswithfinecrystalandsmoothsurfacewillbeobtainedwhensodiumtungstateconcentrationis90~150g/landcitricacidconcentrationis150~170g/l.Thephohoruscontentinthecompositeisadecisivefactorthatenablesthecoatingtochangeintoamorphousstate.

篇（7）

主管單位：中國(guó)科學(xué)院出版圖書(shū)情報(bào)委員會(huì)

主辦單位：中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所;中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)

出版周期：雙月刊

出版地址：上海市

語(yǔ)

種：中文

開(kāi)

本：大16開(kāi)

國(guó)際刊號(hào)：1007-4252

國(guó)內(nèi)刊號(hào)：31-1708/TG

郵發(fā)代號(hào)：4-737

發(fā)行范圍：國(guó)內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行

創(chuàng)刊時(shí)間：1995

期刊收錄：

CA 化學(xué)文摘(美)(2009)

CBST 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)速報(bào)(日)(2009)

Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)

中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)(CSCD―2008)

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篇（8）

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0；G642.3；TB34 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）05-0072-02 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)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(kāi)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(jì)、檢測(cè)、研究、開(kāi)發(fā)和管理等工作的高素質(zhì)復(fù)合型人才。無(wú)機(jī)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(guó)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(wú)機(jī)功能材料是華南農(nóng)業(yè)大學(xué)材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)課程。本文結(jié)合教學(xué)實(shí)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(jìn)行了有益的探索和實(shí)踐，取得了較好的效果。

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

無(wú)機(jī)功能材料課程內(nèi)容包括無(wú)機(jī)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(guò)精選教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)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(xiàn)，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(shí)際相結(jié)合，體現(xiàn)了授課內(nèi)容的先進(jìn)性、趣味性和實(shí)用性，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)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(jìn)性。緊跟學(xué)科發(fā)展前沿、瞄準(zhǔn)研究熱點(diǎn)是更新課堂教學(xué)內(nèi)容的有效途徑。在授課過(guò)程中，注重從國(guó)際和國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)期刊中獲得無(wú)機(jī)功能材料研究的相關(guān)信息，把研究熱點(diǎn)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(shí)了解到最新的前沿知識(shí)，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(shí)，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(guó)民經(jīng)濟(jì)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(lèi)壓電陶瓷中大量的鉛在制備、使用和廢棄處理過(guò)程中都會(huì)污染環(huán)境；最后介紹當(dāng)前無(wú)鉛壓電陶瓷研究進(jìn)展，包括BaTiO3基、BNT基和鈮酸鹽系等無(wú)鉛壓電陶瓷。講授無(wú)機(jī)超導(dǎo)材料時(shí)，先介紹物質(zhì)磁性的分類(lèi)、磁性材料種類(lèi)、特性和應(yīng)用，再介紹當(dāng)前磁性材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)——磁性半導(dǎo)體、分子基磁體以及同時(shí)具有鐵電和鐵磁雙重性質(zhì)的磁電復(fù)合材料。在講授無(wú)機(jī)多孔材料時(shí)，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(guò)學(xué)科研究前沿知識(shí)的講授，體現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性。

2.教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代生活實(shí)際結(jié)合，體現(xiàn)實(shí)用性。無(wú)機(jī)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(shí)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(duì)外界環(huán)境變化產(chǎn)生響應(yīng)的新型智能材料，其中的無(wú)機(jī)低溫?zé)嶙兩牧暇哂须S溫度變化顏色改變的特性，可將在商標(biāo)、封簽和票據(jù)上作特殊的標(biāo)記進(jìn)行化學(xué)防偽，用于冷凍食品、蔬菜和水果等各類(lèi)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(huà)、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(chē)報(bào)警器，變色玻璃與太陽(yáng)鏡，氣敏陶瓷與煤氣報(bào)警器，熒光材料與彩色電視機(jī)，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(jī)，無(wú)機(jī)納米抗菌材料與保健鞋墊，超導(dǎo)材料與磁懸浮列車(chē)，吸波材料與隱身飛機(jī)，泡沫玻璃與新型節(jié)能建筑材料等知識(shí)的介紹，使學(xué)生感受到無(wú)機(jī)功能材料在生活中無(wú)處不在。這種理論聯(lián)系生活實(shí)際的教學(xué)，增強(qiáng)理論課的實(shí)用性和趣味性。

二、加強(qiáng)教學(xué)方法和手段的更新，增強(qiáng)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(shí)，開(kāi)展課堂討論式教學(xué)，既可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和分析問(wèn)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(guò)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(gè)課題，如金剛砂的制備、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，無(wú)機(jī)超導(dǎo)體的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，寶石中的化學(xué)以及氣敏陶瓷的種類(lèi)、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(xiàn)和制作PPT；最后每個(gè)小組推薦一名成員上臺(tái)講授。從實(shí)施效果來(lái)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(dòng)接受的教學(xué)模式，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提高了學(xué)生查閱文獻(xiàn)、PPT制作、語(yǔ)言表達(dá)和綜合分析問(wèn)題的能力，促進(jìn)了教與學(xué)之間的互動(dòng)，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(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方式的繼承、揚(yáng)棄和補(bǔ)充，將抽象的知識(shí)直觀化和形象化，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性[5]。例如在講授超導(dǎo)材料時(shí)，先讓學(xué)生觀看磁懸浮現(xiàn)象的視頻，通過(guò)提出問(wèn)題“為什么磁性圓片在低溫下會(huì)在金屬圓片的上方懸浮起來(lái)？”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(lèi)、結(jié)構(gòu)及其在輸電、電機(jī)、交通運(yùn)輸、微電子、電子計(jì)算機(jī)、生物工程、醫(yī)療和軍事等領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)行講授。在講授發(fā)光材料時(shí)，先利用中山大學(xué)國(guó)家級(jí)精品課程《綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)》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(guò)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(jī)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(jī)理時(shí)，采用動(dòng)畫(huà)展現(xiàn)“三能級(jí)系統(tǒng)”、“四能級(jí)系統(tǒng)”、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和激光形成的過(guò)程。這種講授與動(dòng)畫(huà)和視頻的有機(jī)結(jié)合，收到良好的教學(xué)效果。

3.理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合。近幾年來(lái)，通過(guò)以下四個(gè)方面的實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)結(jié)合：（1）設(shè)置無(wú)機(jī)功能材料課程的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)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(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的有利條件，開(kāi)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)發(fā)光電科技有限公司和廣州臺(tái)實(shí)防水補(bǔ)強(qiáng)有限公司等10余家企業(yè)建立了長(zhǎng)期的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，通過(guò)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(wú)機(jī)功能材料的生產(chǎn)工藝和過(guò)程，增加了感性認(rèn)識(shí)，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解。（3）鼓勵(lì)學(xué)生參與教師研究課題。近幾年來(lái)，學(xué)生參與教師主持的含氮共軛聚合物與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體雜化光催化劑的設(shè)計(jì)、制備與催化機(jī)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(lèi)復(fù)合抗菌材料的制備和性能等多項(xiàng)省、部級(jí)及以上科研項(xiàng)目。學(xué)生通過(guò)參與教師的科研，了解無(wú)機(jī)功能材料研究的發(fā)展動(dòng)態(tài)，開(kāi)闊知識(shí)視野，增強(qiáng)學(xué)習(xí)和研究的興趣。（4）指導(dǎo)學(xué)生申報(bào)大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目。課外創(chuàng)新活動(dòng)是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑[8]，近幾年來(lái)，材料化學(xué)專(zhuān)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(duì)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(jiàn)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(fù)極材料及其性能研究等科技創(chuàng)新項(xiàng)目，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高了分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

三、加強(qiáng)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(wú)機(jī)功能材料課程考核采取平時(shí)考核和期末考試結(jié)合辦法。平時(shí)成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的40%，主要考查平時(shí)作業(yè)、課堂教學(xué)參與、小論文撰寫(xiě)、PPT制作和課堂討論講授效果等。期末考試成績(jī)總評(píng)成60%，題型包括單項(xiàng)選擇、不定項(xiàng)選擇題、填空題、專(zhuān)業(yè)名詞英漢互譯和簡(jiǎn)答題。其中前三項(xiàng)主要考核學(xué)生對(duì)無(wú)機(jī)功能材料基本知識(shí)的掌握情況，后二者考核學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力。

綜上所述，通過(guò)10多年的探索和實(shí)踐，無(wú)機(jī)功能材料的課堂教學(xué)取得了良好的效果。從學(xué)生評(píng)教結(jié)果看，2008～2012年得分均92分以上，位居學(xué)院專(zhuān)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(xiàng)目24項(xiàng)，公開(kāi)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(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)，使無(wú)機(jī)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(jì)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。

參考文獻(xiàn)：

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中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）03-0061-02

高等教育國(guó)際化成為當(dāng)代世界高等教育的重要理念。培養(yǎng)既有扎實(shí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，又有國(guó)際交流、合作、競(jìng)爭(zhēng)能力的國(guó)際化人才，已成為我國(guó)高等教育的最重要任務(wù)之一。《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010―2020年）》和《上海市中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010―2020年）》都將教育國(guó)際化列于突出地位。因此，上海市教委從2009年起開(kāi)展了上海高校示范性全英語(yǔ)教學(xué)課程建設(shè)，鼓勵(lì)高校教師開(kāi)展全英語(yǔ)教學(xué)，發(fā)揮課程示范輻射作用，提高國(guó)際化教學(xué)質(zhì)量[1]。上海理工大學(xué)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)自2010年起開(kāi)始了本科生課程的全英語(yǔ)教學(xué)探索，目前正在建設(shè)包括材料結(jié)構(gòu)與性能、材料分析與設(shè)計(jì)和專(zhuān)門(mén)材料與應(yīng)用三個(gè)全英語(yǔ)教學(xué)課程群[2，3]?！豆δ懿牧蠈W(xué)》課程主要針對(duì)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)三年級(jí)學(xué)生，是專(zhuān)門(mén)材料與應(yīng)用課程群的核心課程之一。《功能材料學(xué)》課程主要向?qū)W生講授各類(lèi)功能材料的結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用的基本理論和相互關(guān)系等，并介紹當(dāng)今各類(lèi)功能材料的最新研究成果，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解和掌握，并了解功能材料領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，為今后在相關(guān)領(lǐng)域?qū)W習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；同時(shí)，深化培養(yǎng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)運(yùn)用能力以及國(guó)際化視野，提升其綜合素質(zhì)。為更好地實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目標(biāo)，提高課程教學(xué)效果，本文結(jié)合《功能材料學(xué)》全英語(yǔ)教學(xué)課程近幾年的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段以及評(píng)價(jià)體系等方面進(jìn)行了初步探索。

一、教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

功能材料是指具有優(yōu)異的物理、化學(xué)、生物、光電性質(zhì)并能在其之間相互轉(zhuǎn)化的材料。根據(jù)材料的功能分類(lèi)，功能材料包括電子材料、磁性材料、光學(xué)材料、生物材料、各種功能轉(zhuǎn)換材料等，涵蓋電子學(xué)、光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域，是一門(mén)多學(xué)科交叉融合的學(xué)科。目前，高校的材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)基本都開(kāi)設(shè)功能材料學(xué)及相關(guān)的專(zhuān)業(yè)課程。功能材料學(xué)涵蓋面廣、信息量大，但是一般課程的教學(xué)時(shí)數(shù)相對(duì)較少，所以多數(shù)高校都是選取幾類(lèi)功能材料作為教學(xué)內(nèi)容。例如華中科技大學(xué)開(kāi)設(shè)的《先進(jìn)功能材料》課程主要介紹光功能材料、電功能材料、磁功能材料和能源材料。本校的《功能材料學(xué)》課程實(shí)施全英語(yǔ)教學(xué)，雖然學(xué)生在前期已學(xué)習(xí)了全英語(yǔ)授課的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《現(xiàn)代材料分析方法》、《材料結(jié)構(gòu)與性能》等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，能夠較好適應(yīng)全英語(yǔ)授課的節(jié)奏和方式，但是很多學(xué)生以英語(yǔ)思維方式理解和掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)仍然面臨困難和挑戰(zhàn)，所以在教學(xué)時(shí)數(shù)有限的情況下，教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化至關(guān)重要。

1.為實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)與國(guó)外接軌，同時(shí)結(jié)合功能材料領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r和本校材料學(xué)院以能源、環(huán)境、生物材料為主的研究特色，本課程教學(xué)中選用了Deborah D.L.Chung主編的原版英文教材《Functional Materials：Electrical，Dielectric，Electromagnetic，Optical and Magnetic Applications》作為主要參考教材，同時(shí)補(bǔ)充Buddy D. Ratner等人編寫(xiě)的原版英文教材《Biomaterial Science：An Introduction to Materials in Medicine》作為生物功能材料的參考教材，并將發(fā)表的經(jīng)典論文與最新研究成果等作為補(bǔ)充教材。

2.由于本課程的學(xué)生已學(xué)習(xí)了大量的材料學(xué)基礎(chǔ)理論課程，所以教學(xué)內(nèi)容以功能材料的應(yīng)用為主，兼顧理論知識(shí)的鞏固。以材料設(shè)計(jì)中的“結(jié)構(gòu)-性能-應(yīng)用”基本思路為主線(xiàn)，在介紹某種功能材料的結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，著重講授功能材料的性能與應(yīng)用之間的相互關(guān)系，突出實(shí)際應(yīng)用案例。這樣，課程教學(xué)內(nèi)容既保證學(xué)生可以鞏固功能材料學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，又引導(dǎo)學(xué)生將基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3.為了教學(xué)內(nèi)容能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生把握功能材料領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，本課程以專(zhuān)題形式只在壓電材料、磁性材料、光電材料、電池能源材料、生物材料等范圍內(nèi)選擇幾種經(jīng)典的和最新發(fā)展的功能材料及其制備新技術(shù)作為講授內(nèi)容，同時(shí)引入新材料、新技術(shù)等方面的課堂討論內(nèi)容。例如在講授太陽(yáng)能電池材料及新技術(shù)時(shí)，除了介紹太陽(yáng)能電池的工作原理、目前研究的太陽(yáng)能電池材料外，結(jié)合本院開(kāi)展太陽(yáng)能電池材料研究的老師的科研成果，課堂討論太陽(yáng)能電池材料的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。

二、多元化教學(xué)方法與手段的運(yùn)用

全英語(yǔ)教學(xué)是指用英語(yǔ)全程授課，讓學(xué)生在全英語(yǔ)環(huán)境中學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，這對(duì)學(xué)生提出了更高要求。復(fù)旦大學(xué)蔡基剛教授研究認(rèn)為，具有大學(xué)英語(yǔ)四級(jí)水平以上的學(xué)生，具備上全英語(yǔ)課程的能力，關(guān)鍵在于堅(jiān)持和信心[4]。目前，本專(zhuān)業(yè)學(xué)生在上海市及全國(guó)范圍內(nèi)均為一本招生，英語(yǔ)整體水平較高，而且學(xué)生在前期已經(jīng)學(xué)習(xí)了多門(mén)全英語(yǔ)授課的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。但是，部分學(xué)生仍然對(duì)全英語(yǔ)課程產(chǎn)生畏難情緒。因此，在全英語(yǔ)教學(xué)中，如何提高學(xué)生對(duì)課程的興趣以幫助學(xué)生克服畏難情趣，是影響教學(xué)效果的重要因素。在近幾年的全英語(yǔ)教學(xué)實(shí)踐中，我們對(duì)多種教學(xué)方法和手段進(jìn)行了融合運(yùn)用。

1.多媒體教學(xué)，精心準(zhǔn)備課件及教學(xué)細(xì)節(jié)。在課前精心組織教學(xué)內(nèi)容，注重最新研究成果和經(jīng)典功能材料的實(shí)際應(yīng)用案例，力求課程內(nèi)容的前沿性、實(shí)用性和趣味性。多媒體課件盡量通過(guò)圖片、表格、動(dòng)畫(huà)以及視頻等資料，以直觀的方式體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，避免在幻燈片上出現(xiàn)大段文字，以此吸引學(xué)生的注意力，幫助其克服語(yǔ)言障礙。通過(guò)講授過(guò)程中放慢語(yǔ)速或者重點(diǎn)內(nèi)容重復(fù)多次的方式，爭(zhēng)取絕大多數(shù)同學(xué)在課堂上能夠聽(tīng)懂、理解，并且設(shè)置提問(wèn)環(huán)節(jié)以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握。

2.將研究和探索的氛圍帶到課程教學(xué)中。本課程的教學(xué)內(nèi)容結(jié)合了學(xué)院的研究特色，教學(xué)團(tuán)隊(duì)由多名從事不同功能材料研究的科研一線(xiàn)教師組成，分別在其擅長(zhǎng)的研究領(lǐng)域講授教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)將各自的科研成果引入教學(xué)，豐富教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)與科研有機(jī)結(jié)合起來(lái)。增加教師本人的科研成果展示、科研故事等內(nèi)容，使課程充滿(mǎn)研究和探索的氣氛，激發(fā)學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容和功能材料研究的興趣。

3.開(kāi)展當(dāng)前研究熱點(diǎn)和最新研究成果的課堂討論。通常學(xué)生對(duì)研究熱點(diǎn)和最新研究成果都比較感興趣。例如在講授目前非常熱門(mén)的石墨烯材料時(shí)，教師提前給學(xué)生布置討論題目：石墨烯材料具有非常優(yōu)異的電導(dǎo)、機(jī)械強(qiáng)度、韌性等性能，那么這類(lèi)材料的應(yīng)用領(lǐng)域在哪里？在課堂上，教師在講授完石墨烯材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系后，在輕松的氛圍下開(kāi)始課堂討論。這樣的教學(xué)方式不僅有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)參與的積極性，而且可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和分析判斷問(wèn)題的能力以及交流、討論、合作的熱情和能力。

4.注重學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后知識(shí)鞏固。全英語(yǔ)教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生的課前預(yù)習(xí)對(duì)提高課堂教學(xué)效果非常重要。為了讓學(xué)生的課前預(yù)習(xí)有的放矢，教師在課程開(kāi)始前將課件放在課程網(wǎng)站上，讓學(xué)生根據(jù)課程進(jìn)度表提前下載課件并配合英語(yǔ)參考教材預(yù)習(xí)，避免了英語(yǔ)參考教材信息量大、學(xué)生預(yù)習(xí)無(wú)從下手的情況。通過(guò)預(yù)習(xí)，學(xué)生可以熟悉課堂的教學(xué)內(nèi)容以及專(zhuān)業(yè)詞匯，盡量避免因?yàn)檎n程內(nèi)容和詞匯生疏帶來(lái)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解困難，有助于學(xué)生跟上教師授課節(jié)奏，提高課堂教學(xué)效果。而對(duì)學(xué)生課前預(yù)習(xí)要求的檢查和督促則通過(guò)教師課堂隨機(jī)測(cè)驗(yàn)、點(diǎn)名提問(wèn)等方式進(jìn)行，并且將結(jié)果計(jì)入平時(shí)成績(jī)。另外，為了進(jìn)一步鞏固課堂所學(xué)知識(shí)，每個(gè)專(zhuān)題授課結(jié)束后都會(huì)通過(guò)布置作業(yè)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行回顧。對(duì)學(xué)生課后作業(yè)完成情況的檢查則通過(guò)作業(yè)批改、在課堂上問(wèn)答的互動(dòng)方式進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)解答定期上傳至課程網(wǎng)站，以便學(xué)生加深對(duì)課程內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。同時(shí)，本課程還設(shè)置課后輔導(dǎo)答疑環(huán)節(jié)，學(xué)生在每周的固定時(shí)間可到教師辦公室接受答疑輔導(dǎo)。

三、課程教學(xué)評(píng)價(jià)體系的建立

好的課程教學(xué)評(píng)價(jià)體系也可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。傳統(tǒng)的以期末考試為主的評(píng)價(jià)方式，容易導(dǎo)致學(xué)生考試前突擊死記硬背知識(shí)點(diǎn)，而忽視平時(shí)對(duì)所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用以及綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。本課程采用教學(xué)過(guò)程中的課堂參與度等作為過(guò)程性評(píng)價(jià)和學(xué)期末綜合考試作為總結(jié)性評(píng)價(jià)。過(guò)程性評(píng)價(jià)包括了全英語(yǔ)課后作業(yè)、課堂問(wèn)答互動(dòng)、小組課堂專(zhuān)題演講以及查閱英語(yǔ)文獻(xiàn)與資料能力等構(gòu)成，占總成績(jī)的50%～60%；而期末綜合考試則主要考查學(xué)生對(duì)重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)的理解以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力，占40%～50%。采用這樣的評(píng)價(jià)方式，鼓勵(lì)學(xué)生參與課程教學(xué)，激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。既讓學(xué)生重視對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和靈活運(yùn)用，而不是死記硬背基本知識(shí)點(diǎn)和基本概念，也加強(qiáng)了學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

全英語(yǔ)課程教學(xué)已成為高校培養(yǎng)國(guó)際化人才的重要舉措?！豆δ懿牧蠈W(xué)》課程是材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)非常重要的專(zhuān)業(yè)課，要達(dá)到提高學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力以及國(guó)際化視野，提升綜合素質(zhì)的教學(xué)目標(biāo)，在全英語(yǔ)教學(xué)中，必須要在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、教學(xué)評(píng)價(jià)體系等方面下功夫，激發(fā)學(xué)生對(duì)全英語(yǔ)教學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生克服畏難情緒，能夠在教學(xué)過(guò)程中成為教學(xué)主體。全英語(yǔ)教學(xué)還是一種新的教學(xué)模式，在引導(dǎo)學(xué)生成為教學(xué)主體的同時(shí)，教師也要不斷學(xué)習(xí)、提高教學(xué)理念和教學(xué)水平。只有教師和學(xué)生教學(xué)相長(zhǎng)，才能真正提高全英語(yǔ)教學(xué)質(zhì)量。

篇（10）

生物質(zhì)可以轉(zhuǎn)化為能源和各種化工產(chǎn)品與生物質(zhì)基材料。目前我國(guó)生物質(zhì)材料工業(yè)采用直接轉(zhuǎn)化的模式，生產(chǎn)過(guò)程存在效率低、能耗高、產(chǎn)物類(lèi)型少等問(wèn)題，因此如何將生物質(zhì)進(jìn)行高附加值的綜合開(kāi)發(fā)利用是生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)面臨的主要瓶頸之一。

綻放夢(mèng)想

任俊莉在攻讀博士期間，師從于華南理工大學(xué)孫潤(rùn)倉(cāng)教授（杰青、長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授）。在良師的教導(dǎo)下，她主要針對(duì)蔗渣和麥草秸稈中半纖維素的分離、結(jié)構(gòu)表征及定向轉(zhuǎn)化為造紙助劑進(jìn)行了系統(tǒng)研究，完成了博士論文。懷揣著對(duì)校園的熱愛(ài)，對(duì)科研的執(zhí)著，她選擇了畢業(yè)留校，繼續(xù)從事于農(nóng)林生物質(zhì)半纖維素的分離及其轉(zhuǎn)化為高附加值的多元化產(chǎn)品的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。

2008年2月，任俊莉受單位資助赴瑞典隆德大學(xué)化學(xué)工程系做訪問(wèn)學(xué)者，在此期間，她針對(duì)農(nóng)業(yè)秸稈轉(zhuǎn)化生物乙醇過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，考察了堿預(yù)浸漬和蒸汽爆破相結(jié)合的技術(shù)對(duì)麥草秸稈轉(zhuǎn)化乙醇產(chǎn)率的影響。

東西方文化的碰撞，學(xué)術(shù)氛圍的交融在任俊莉身上起了奇妙的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)于科研的激情更甚。

在生物質(zhì)能源的科研道路上，她不高大，但執(zhí)著。

半纖維素在自然界中的含量十分豐富，在植物中的含量占1/4-1/3，僅次于纖維素的含量。因半纖維素獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)，較高的環(huán)保價(jià)值，使其在造紙、食品包裝、生物醫(yī)藥、污水處理等領(lǐng)域有著潛在的商業(yè)價(jià)值。半纖維素被公認(rèn)為是制備環(huán)保材料的理想材料。因此，以半纖維素為基質(zhì)制備功能材料的研究為農(nóng)林生物質(zhì)資源的高值化利用提供了新的資源化道路。

為此，任俊莉?qū)⒀芯糠较蚨檗r(nóng)林生物質(zhì)高值化利用的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，尤其在半纖維素轉(zhuǎn)化為多元化高附加值產(chǎn)品方面有著豐富的研究經(jīng)驗(yàn)。

放飛夢(mèng)想

每個(gè)人都有夢(mèng)想，難得的是將夢(mèng)想堅(jiān)持下去。

恩格斯曾說(shuō)過(guò)，社會(huì)一旦有技術(shù)上的需要，則這種需要就會(huì)比十所大學(xué)更能把科學(xué)推向前進(jìn)。在任俊莉負(fù)責(zé)的諸多有影響力的項(xiàng)目中，主要以基礎(chǔ)研究為主，其中，她帶領(lǐng)的課題組在研的廣州市科信局應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目“新型環(huán)保半纖維素基重金屬離子吸附材料的制備及應(yīng)用研究”凝結(jié)了團(tuán)隊(duì)成員的心血和智慧。制備的半纖維素吸附材料具有較好的吸附性能，尤其對(duì)重金屬離子具有較好的吸附性能，同時(shí)還對(duì)尿素具有一定的緩釋效應(yīng)，將在農(nóng)業(yè)、污水處理等行業(yè)有著潛在的商業(yè)應(yīng)用前景。

其中，該項(xiàng)目體現(xiàn)了兩大創(chuàng)新：首先提出一種新型環(huán)保生物質(zhì)基吸附劑的方法。該方法工藝簡(jiǎn)單易行，該方法的提出基于“過(guò)程綠色，產(chǎn)物與環(huán)境友好”，具有科學(xué)性與先進(jìn)性。該吸附劑具有生物可降解性，能夠多次循環(huán)利用，可應(yīng)用于污水處理中的重金屬離子富集和回收，將為半纖維素在新材料研究應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)辟一條資源化道路。

其次提出一種溫和條件下均相體系制備帶有碳碳雙鍵的半纖維素衍生物新方法。該方法在較溫和的條件下合成出均一性好、分子量高的GMA修飾的半纖維素。該聚合物可以進(jìn)一步通過(guò)接枝共聚等技術(shù)制備功能材料。該研究將為半纖維素工業(yè)化均相改性以及大規(guī)模應(yīng)用于污水處理、造紙、醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域奠定理論依據(jù)。

談到實(shí)實(shí)在在的成果，任俊莉告訴記者，該項(xiàng)目以農(nóng)林廢棄物半纖維素轉(zhuǎn)化為可生物降解的功能材料為目標(biāo)，研發(fā)了一種吸附重金屬離子的新型環(huán)保材料，屬于污水處理、高分子材料、高分子化學(xué)、林產(chǎn)化學(xué)等多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域，涵及可降解高分子材料技術(shù)及污水處理技術(shù)，具體為一種新型環(huán)保重金屬離子吸附劑的制備及其對(duì)重金屬離子吸附和脫吸行為以及再生性能的研究。

這個(gè)項(xiàng)目主要以農(nóng)林生物質(zhì)蔗渣和竹材加工下腳料分離和純化得到的木聚糖類(lèi)型的半纖維素為原料，從分子學(xué)角度設(shè)計(jì)了半纖維素基新型吸附材料的組成和結(jié)構(gòu)；通過(guò)調(diào)控反應(yīng)參數(shù)，制備了系列陰離子型的木聚糖基水凝膠，其吸水率在80-900范圍內(nèi)，表現(xiàn)出對(duì)pH、有機(jī)溶劑極好的智能響應(yīng)行為和反復(fù)的開(kāi)-關(guān)特性。該水凝膠對(duì)鉛、鉻、鋅重金屬離子的最大吸附量達(dá)859、495、274mg/g，重復(fù)使用8次之后仍保留原來(lái)90%的吸附容量。制備的系列木聚糖基水凝膠可以作為吸附材料、吸水/保水材料、智能開(kāi)關(guān)等可以應(yīng)用于污水處理、醫(yī)藥等行業(yè)。該功能材料具有生物可降解性、可再生能力，能夠循環(huán)使用，富集的重金屬離子能夠被分離和回收，在污水處理工業(yè)具有潛在的應(yīng)用前景。

我們可以預(yù)見(jiàn)到，利用生物質(zhì)制備生物能源、生物質(zhì)基材料和化學(xué)品，以補(bǔ)充或逐步替代不可再生石化資源是目前資源轉(zhuǎn)化的一種重要發(fā)展趨勢(shì)，將推動(dòng)現(xiàn)有的龐大的化石基工業(yè)體系向生物質(zhì)工業(yè)體系的良性轉(zhuǎn)變。

實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想

科技人才最重要的價(jià)值體現(xiàn)在他們的創(chuàng)造價(jià)值上。科技人才能夠利用他們掌握的專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)造性的勞動(dòng)，提出新的理論和新的解決方法，并轉(zhuǎn)化為新的生產(chǎn)力。

目前，任俊莉的具體研究方向是構(gòu)建半纖維素功能材料理論體系和方法，制備高性能的復(fù)合膜材料、具有良好選擇性的吸附材料以及對(duì)藥物具良好控釋性能的藥物載體等功能材料，并考察了它們?cè)谑称贰⑽鬯?、農(nóng)業(yè)及醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用。

另外，她將“綠色催化化學(xué)”理念應(yīng)用于半纖維素高選擇性合成化工中間體的研究中，主要利用納米催化技術(shù)在水相和綠色溶劑體系催化轉(zhuǎn)化半纖維素及單糖合成糠醛及糠醛衍生物等高附加值化學(xué)品，實(shí)現(xiàn)了原料天然、過(guò)程綠色、產(chǎn)物環(huán)保的目的，符合當(dāng)前綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

為此，從工作至今，任俊莉主持了大大小小多個(gè)項(xiàng)目，如國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、教育部新世紀(jì)人才支持計(jì)劃項(xiàng)目、教育部高等學(xué)校全國(guó)優(yōu)博論文作者專(zhuān)項(xiàng)基金項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)杰出青年基金（首屆）、廣東市科技計(jì)劃項(xiàng)目、廣東省教育廳育苗工程、華南理工大學(xué)第一批優(yōu)秀青年學(xué)者培養(yǎng)對(duì)象、華南理工大學(xué)中央業(yè)務(wù)費(fèi)重點(diǎn)項(xiàng)目和面上項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院可再生能源與天然氣水合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室人才基金、新教師基金及開(kāi)放基金等多項(xiàng)項(xiàng)目。

目前，她主持的國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、教育部新世紀(jì)人才支持計(jì)劃項(xiàng)目、教育部高等學(xué)校全國(guó)優(yōu)博論文作者專(zhuān)項(xiàng)基金項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)杰出青年基金（首屆）等項(xiàng)目主要是針對(duì)農(nóng)林生物質(zhì)半纖維素的清潔高效分離及高值化利用進(jìn)行基礎(chǔ)研究，建立了半纖維素高效分離技術(shù)體系，提出均相改性新方法，創(chuàng)立半纖維素均相化學(xué)修飾體系，揭示半纖維素在離子液體體系的溶解機(jī)理，依據(jù)半纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)合成了系列不同功能的半纖維素基材料，闡明了半纖維素結(jié)構(gòu)與材料性能之間的關(guān)系，這些研究為半纖維素的工業(yè)應(yīng)用提供了重要的理論依據(jù)。

除了在半纖維素領(lǐng)域取得了一定成果，任俊莉同時(shí)還擔(dān)負(fù)著傳道授業(yè)的師者責(zé)任。她協(xié)助孫潤(rùn)倉(cāng)教授指導(dǎo)了博士研究生3名，其中兩名研究生分別獲得華南理工大學(xué)優(yōu)博創(chuàng)新基金的特等資助。指導(dǎo)5名碩士研究生。在指導(dǎo)研究生時(shí)，任俊莉在生活上給予他們物質(zhì)和精神的雙重支持；在科研方面，她細(xì)心指導(dǎo)，時(shí)刻跟蹤學(xué)生科研工作動(dòng)態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)解決。并且，還積極參與和協(xié)助學(xué)科帶頭人對(duì)學(xué)科的建設(shè)，幫助團(tuán)隊(duì)青年教師在項(xiàng)目申報(bào)、等方面快速成長(zhǎng)，完善學(xué)術(shù)梯隊(duì)建設(shè)。

收獲夢(mèng)想

6月22日，由《科學(xué)中國(guó)人》雜志主辦的“科學(xué)中國(guó)人（2012）年度人物頒獎(jiǎng)典禮”在北京萬(wàn)壽賓館舉行。此次，共評(píng)選出百余位科學(xué)中國(guó)人（2012）年度人物及年度人物特別獎(jiǎng)。

榮譽(yù)的殿堂上，任俊莉如蓮花般奪目。當(dāng)杰出青年科學(xué)家獲獎(jiǎng)?wù)叩桥_(tái)領(lǐng)獎(jiǎng)，所有人都關(guān)注到了那萬(wàn)花叢中一點(diǎn)紅，她是獲獎(jiǎng)?wù)咧形ㄒ坏呐浴＝M委會(huì)給她的提名理由這樣描述：多年來(lái)以造紙植物資源半纖維素的高值化利用為研究核心，針對(duì)制漿造紙過(guò)程中半纖維素資源化利用效率低、成本高及轉(zhuǎn)化產(chǎn)品類(lèi)型少等瓶頸問(wèn)題開(kāi)展工作，在解譯蔗渣、麥草和黃竹半纖維素化學(xué)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，依據(jù)半纖維素的構(gòu)效關(guān)系構(gòu)建了多元化半纖維素基產(chǎn)品合成新理論和新方法，建立了具有自主創(chuàng)新的半纖維素轉(zhuǎn)化技術(shù)體系，研究成果受到國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注和跟進(jìn)。研究成果獲高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)獎(jiǎng)自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)（2012年，2008年，排名第五）。申請(qǐng)人2010年獲“全國(guó)百篇優(yōu)秀博士論文”獎(jiǎng)，2012年入選廣東省高等學(xué)?！扒О偈こ獭钡谄吲＜?jí)培養(yǎng)對(duì)象，同年獲得教育部新世紀(jì)人才支持計(jì)劃項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)杰出青年基金項(xiàng)目、華南理工大學(xué)首批杰出人才培養(yǎng)計(jì)劃培養(yǎng)對(duì)象―優(yōu)秀青年學(xué)者等人才項(xiàng)目資助。

篇（11）

34歲，他舍棄在德國(guó)繼續(xù)深造的機(jī)會(huì)，回到母校從事科研工作；

35歲，他放棄武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)越條件，俯身廣西教育事業(yè)；

如今，46歲的他，瞄準(zhǔn)世界材料科學(xué)發(fā)展的前沿，刻苦鉆研，勇于創(chuàng)新，為實(shí)現(xiàn)廣西從有色金屬資源大省向有色金屬資源強(qiáng)省轉(zhuǎn)變，積極貢獻(xiàn)自己的青春與才智。

他，就是廣西有色金屬及特色材料加工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地、有色金屬及材料加工新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)帶頭人、桂林理工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師――方亮。

從中國(guó)到德國(guó)，只為占領(lǐng)材料研究高端

1970年，湖北宜昌三峽大學(xué)校園，方亮呱呱落地，從童年起，研究哲學(xué)的父親和研究生物的母親就讓方亮無(wú)拘無(wú)束成長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)成了他的至愛(ài)。1988年，復(fù)讀一年的方亮以全校第三名的成績(jī)被以材料學(xué)科見(jiàn)長(zhǎng)的全國(guó)重點(diǎn)大學(xué)武漢工業(yè)大學(xué)錄取，成為當(dāng)時(shí)武漢工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)班僅有的九名學(xué)生之一，成為武工大校長(zhǎng)、我國(guó)著名材料學(xué)專(zhuān)家袁潤(rùn)章教授的弟子。

“正是高考的挫折，讓我明白，一個(gè)人要對(duì)自己的人生負(fù)責(zé)，要建立一套屬于自己的學(xué)習(xí)和工作方法?！狈搅琳f(shuō)，在運(yùn)動(dòng)和科研上，他找到平衡點(diǎn)：“運(yùn)動(dòng)強(qiáng)健體魄，培養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和面對(duì)挫折的能力，拼搏帶給我不懈努力的干勁?！?/p>

大學(xué)四年，方亮成績(jī)優(yōu)異，曾連續(xù)三年被評(píng)為三好學(xué)生標(biāo)兵，之后免試直升研究生，1998年獲得武漢工業(yè)大學(xué)（2000年更名為武漢理工大學(xué)）復(fù)合材料工學(xué)博士學(xué)位，同年留校在材料復(fù)合新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從事科研工作。2003年5月，方亮破格晉升為武漢理工大學(xué)教授，并成為當(dāng)時(shí)學(xué)校最年輕的博士生導(dǎo)師，也被武漢市組織部作為江漢大學(xué)副校長(zhǎng)人選進(jìn)行考察。為了家庭團(tuán)聚，當(dāng)年12月，方亮去到久負(fù)盛名的德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)及尤里西研究中心電子材料所當(dāng)訪問(wèn)學(xué)者，利用國(guó)外先進(jìn)設(shè)備加快自己的研究進(jìn)程，先后在國(guó)際專(zhuān)業(yè)刊物發(fā)表15篇電子材料方面的論文，成為2004年武漢理工大學(xué)發(fā)表SCI論文排名第一的教師。

方亮長(zhǎng)期從事新型無(wú)機(jī)非金屬功能材料的合成、結(jié)構(gòu)與性能探索工作，在復(fù)合氧化物電、磁功能材料系統(tǒng)中設(shè)計(jì)與合成了類(lèi)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)與六方磁鉛石結(jié)構(gòu)新有色金屬?gòu)?fù)合氧化物600余個(gè)，均被ICDD授予了PDF卡，成為鑒定它們的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，開(kāi)展了新型微波介電陶瓷、無(wú)鉛鐵電與壓電材料、鐵電―鐵磁材料等探索工作。作為負(fù)責(zé)人或技術(shù)負(fù)責(zé)人承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金重大專(zhuān)項(xiàng)及青年基金項(xiàng)目、面上項(xiàng)目與地區(qū)聯(lián)合資助項(xiàng)目、教育部重大項(xiàng)目、留學(xué)回國(guó)基金項(xiàng)目與“新世紀(jì)優(yōu)秀人才”支持計(jì)劃項(xiàng)目、美國(guó)國(guó)際衍射數(shù)據(jù)中心資助項(xiàng)目、國(guó)防軍工重點(diǎn)項(xiàng)目等30余項(xiàng)。獲得授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利200余件，作為主要作者300余篇，SCI已收錄260余篇，SCI引用超2000次，其中7篇論文被ISI評(píng)為2000年來(lái)本領(lǐng)域引用率最高的1%以?xún)?nèi)高引頻論文。

回顧自己14年的科研經(jīng)歷，方亮說(shuō)：“材料科學(xué)是人類(lèi)發(fā)展進(jìn)步的三大支柱學(xué)科之一，我的導(dǎo)師一直告誡我們，要對(duì)新材料保持興趣與探索，科學(xué)研究永無(wú)止境，總有更好性能的材料出現(xiàn)，總有更好方法去改進(jìn)現(xiàn)在的人類(lèi)進(jìn)程?！?/p>

從武漢到桂林，只為打造材料學(xué)界國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與材料學(xué)科博士點(diǎn)

2005年，34歲的方亮決定離開(kāi)德國(guó)優(yōu)越的科研生活環(huán)境，回國(guó)后與同為材料領(lǐng)域?qū)＜业钠拮舆M(jìn)入中科院上海硅酸鹽研究所，同時(shí)在母校繼續(xù)執(zhí)教。方亮說(shuō)：“在國(guó)外可以學(xué)習(xí)到先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和學(xué)習(xí)、工作管理制度。但是那些收獲都是個(gè)人的，而做出的成果和知識(shí)產(chǎn)權(quán)卻歸國(guó)外所有，與其貢獻(xiàn)自己的才智給外國(guó)人‘打工’，不如回國(guó)傳授先進(jìn)的技術(shù)，起領(lǐng)頭的作用，影響一批人、帶動(dòng)一批人，共同建設(shè)我們的國(guó)家?！?/p>

然而，半年后，方亮再次做出了一個(gè)讓人吃驚的決定：放棄武漢理工大學(xué)的優(yōu)越條件，不是去上海，而是從武漢到桂林，應(yīng)邀作為桂林理工大學(xué)有色金屬與材料加工新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室講座教授，面對(duì)各方疑問(wèn)，方亮答道：“廣西青山綠水自然環(huán)境好，民風(fēng)淳樸好客，是一個(gè)有色資源大省，但是社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與教育的發(fā)展都有所欠缺，廣西的加速發(fā)展更需要材料科學(xué)的推動(dòng)與高素質(zhì)科技人才的培養(yǎng)。通過(guò)我的努力，充分利用桂林理工大學(xué)提供的良好的科研與教育平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用、報(bào)效國(guó)家的理想，做出比在發(fā)達(dá)地區(qū)更大的貢獻(xiàn)?！?/p>

到校一年后，方亮協(xié)同吳伯麟教授完成了教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的驗(yàn)收，2007年在時(shí)任桂林理工大學(xué)書(shū)記黎志和校長(zhǎng)趙艷林的邀請(qǐng)下，正式加入了桂林理工大學(xué)，并擔(dān)任了教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，2010年該實(shí)驗(yàn)室成為廣西第二個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，2013年桂林理工大學(xué)獲得廣西目前唯一的材料科學(xué)與工程學(xué)科一級(jí)博士點(diǎn)。

在桂林理工大學(xué)的教學(xué)崗位，方亮除了給本科生授課、指導(dǎo)畢業(yè)論文，還培養(yǎng)碩士生、博士生。方亮認(rèn)為，對(duì)于本科生的培養(yǎng)，應(yīng)該因材施教，根據(jù)學(xué)生不同的興趣導(dǎo)向來(lái)對(duì)他們進(jìn)行分類(lèi)培養(yǎng)，對(duì)立志從事科學(xué)研究的部分學(xué)生，要在平時(shí)的教學(xué)實(shí)踐中注意對(duì)其科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，提高獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)研究的能力；而對(duì)另一部分立志于畢業(yè)后參加工作的同學(xué)，則應(yīng)為他們多提供一些實(shí)踐機(jī)會(huì)，讓他們能夠在畢業(yè)后盡快適應(yīng)社會(huì)。

作為碩士、博士生導(dǎo)師，方亮關(guān)注研究生培養(yǎng)質(zhì)量，他利用自己的影響力，積極邀請(qǐng)行業(yè)內(nèi)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家到校指導(dǎo)，先后有多位國(guó)內(nèi)外材料學(xué)知名專(zhuān)家來(lái)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展講座，有效提升研究生學(xué)科素養(yǎng)，每名研究生都能在SCI二區(qū)及以上國(guó)際期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文，其中2013級(jí)研究生李潔作為第一作者在發(fā)表無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域頂級(jí)期刊J. Am. Ceram Soc.、J. Eur. Ceram Soc發(fā)表3篇SCI論文，被華中科技大學(xué)錄取為博士研究生。

在擔(dān)任桂理理工大學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地主任期間，方亮傾力打造一個(gè)能夠走在學(xué)術(shù)前端的團(tuán)隊(duì)，他建立一套“教授、青年博士教師、研究生、本科生”四位一體的聯(lián)動(dòng)模式，充分實(shí)現(xiàn)各個(gè)層次人才之間的“學(xué)、幫、帶”。青年教師初來(lái)乍到，沒(méi)有經(jīng)費(fèi)，方亮無(wú)償提供自己的設(shè)備、原料等急需物資；參加國(guó)際會(huì)議能夠更好地與同行交流，方亮拿出自己的科研經(jīng)費(fèi)資助青年教師參加國(guó)際會(huì)議。2009年，四年一屆的國(guó)際鐵電會(huì)議在西安舉行，這是該領(lǐng)域的一次重要會(huì)議。在方亮的資助下，桂林理工大學(xué)兩名青年教師、一名博士生和兩名碩士生到會(huì)展示了他們的最新研究成果。此外，實(shí)驗(yàn)室每?jī)芍芤淮蔚膶W(xué)術(shù)報(bào)告，方亮認(rèn)真聽(tīng)取學(xué)生報(bào)告，并對(duì)學(xué)生提出的問(wèn)題耐心予以指導(dǎo)，使大家更加明確方向，找到解決問(wèn)題的方法。

方亮牽頭與廣西新未來(lái)信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司組建廣西“電子材料與器件人才小高地”，2013年得到廣西壯族自治區(qū)人才工作領(lǐng)導(dǎo)小組、自治區(qū)黨委組織部共同認(rèn)定，為廣西大力培養(yǎng)“材料人才”，在科研、創(chuàng)新、人才培養(yǎng)、發(fā)明創(chuàng)造方面均有不俗的成績(jī)。日前，從“廣西電子材料與器件人才小高地”傳來(lái)喜訊，2016年方亮研究組共有7名考生被錄取為西安交大、華中科技大、中山大學(xué)等校博士研究生。

從象牙塔到生產(chǎn)車(chē)間，只為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研一體化

“科研成果只有走出實(shí)驗(yàn)室，轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)力，才能為社會(huì)產(chǎn)生更廣泛的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益?！边@是方亮一直堅(jiān)持的理念。

桂林理工大學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授陳平研發(fā)一種綠色生態(tài)建材制備新技術(shù)，方亮積極支持陳平教授推廣這項(xiàng)技術(shù)，提出學(xué)校與廣西重點(diǎn)企業(yè)柳州魚(yú)峰水泥集團(tuán)全面合作的構(gòu)想，得到學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的高度重視。2008年12月，桂林理工大學(xué)與魚(yú)峰集團(tuán)簽訂全面合作框架協(xié)議，目前已經(jīng)發(fā)揮多重作用：依托桂林理工大學(xué)的技術(shù)，魚(yú)峰集團(tuán)全面改造四條生產(chǎn)線(xiàn)，生產(chǎn)工藝節(jié)能20%，產(chǎn)品性能提高20%，每年新增經(jīng)濟(jì)效益1000多萬(wàn)元；以該項(xiàng)目為主的成果獲得了2010年廣西科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，2011年獲得了目前廣西唯一的一項(xiàng)國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

2010年5月，方亮帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員周煥福、劉來(lái)君等赴北海，與廣西新未來(lái)股份有限公司進(jìn)行調(diào)研與技術(shù)交流，并達(dá)成教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與廣西新未來(lái)股份有限公司共建“廣西敏感元器件工程與研究中心”全面合作框架協(xié)議，并從2010年6月起，參與新未來(lái)股份有限公司承擔(dān)的廣西“千億元產(chǎn)業(yè)”電子元器件研發(fā)中心的共建工作，在此基礎(chǔ)上，雙方不斷加強(qiáng)合作，把研發(fā)的重點(diǎn)之一確定為“新未來(lái)”公司主導(dǎo)產(chǎn)品氧化鋅壓敏電阻的低溫?zé)Y(jié)制備技術(shù)，獲得了“千億元產(chǎn)業(yè)”重大項(xiàng)目資助，申請(qǐng)10項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，解決了高能型氧化鋅壓敏電阻器在低溫化制備、與電極的共燒匹配等關(guān)鍵工藝技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了兩條低溫共燒生產(chǎn)線(xiàn)的改造，2013年11月至2016年2月累計(jì)生產(chǎn)高能型氧化鋅壓敏電阻3.5億只，累計(jì)節(jié)約生產(chǎn)成本約1749萬(wàn)元，銷(xiāo)售收入達(dá)到1.4億元，利稅3155萬(wàn)元。

微波介質(zhì)陶瓷是方亮的主要研究領(lǐng)域，它是現(xiàn)代通信技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，主要在微波頻段（主要是UHF、SHF頻段）電路中作為介質(zhì)諧振器與濾波器，在通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對(duì)抗、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。方亮發(fā)現(xiàn)了綜合性能優(yōu)異的系列B位缺位類(lèi)鈣鈦礦微波介質(zhì)材料，作為第一完成人獲2007年度中國(guó)建筑材料工業(yè)協(xié)會(huì)?中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)建筑材料科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)建材獎(jiǎng)，科技部批準(zhǔn)立項(xiàng)，具有推薦國(guó)家獎(jiǎng)資格）一等獎(jiǎng)。

近5年來(lái)，方亮利用廣西的優(yōu)勢(shì)有色金屬資源，開(kāi)展可低溫共燒的有色金屬?gòu)?fù)合氧化物微波介電材料的研究，在新型微波介質(zhì)陶瓷的研究成果得到國(guó)外同行的認(rèn)同，在國(guó)際硅酸鹽或陶瓷領(lǐng)域排名前三位的學(xué)術(shù)刊物J. Eur. Ceram Soc.、J. Am. Ceram Soc、Inter. Ceram40余篇，2013年度獲得廣西自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（第一完成人）。在國(guó)內(nèi)外率先報(bào)道了高Q值的尖晶石結(jié)構(gòu)化合物、Li基鹽巖結(jié)構(gòu)、六方鈣鈦礦與復(fù)合鈣鈦礦、V基石榴石化合物等新型微波介質(zhì)陶瓷以及與Ag電極的低溫共燒研究結(jié)果，其中2010年與印度Sebastain研究組同時(shí)以快報(bào)形式報(bào)道了尖晶石結(jié)構(gòu)化合物L(fēng)i2MTi3O8具有高的品質(zhì)因子、低的諧振頻率溫度系數(shù)，而且燒結(jié)溫度也低于1075 ℃，被J. Am. Ceram Soc認(rèn)為是繼日本村田公司發(fā)現(xiàn)（Zr，Sn）TiO4后的中介電常數(shù)微波介質(zhì)材料的一個(gè)突破，目前已在上市公司進(jìn)行中試生產(chǎn)與成果轉(zhuǎn)化。

2013年1月方亮擔(dān)任了桂林理工大學(xué)科技處處長(zhǎng)，當(dāng)年學(xué)校科研經(jīng)費(fèi)就突破了億元大關(guān)，以后逐年穩(wěn)定增長(zhǎng)。這三年間桂林理工大學(xué)獲得國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目總量穩(wěn)居廣西區(qū)第三位，其中重點(diǎn)項(xiàng)目（2項(xiàng)）和國(guó)家優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目（1項(xiàng)）總數(shù)名列廣西第一。專(zhuān)利申請(qǐng)量及授權(quán)量位列廣西壯族自治區(qū)前兩位（2015年申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利533件，獲授權(quán)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利245件，累計(jì)授權(quán)率及有效專(zhuān)利擁有量名列廣西企事業(yè)單位第二位），對(duì)桂林市“國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)試點(diǎn)示范城市”的創(chuàng)建以及桂林國(guó)家級(jí)高新區(qū)知識(shí)產(chǎn)權(quán)工作提供重要的支撐。2011年，方亮入選國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局第三批“百千萬(wàn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)人才工程”百名高層次人才培養(yǎng)人選，2014年自治區(qū)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局立項(xiàng)支持廣西知識(shí)產(chǎn)權(quán)培訓(xùn)基地（桂林理工大學(xué)）試點(diǎn)建設(shè)。

“只問(wèn)過(guò)程，不問(wèn)結(jié)果”是方亮埋頭苦干的真實(shí)寫(xiě)照，各方贊揚(yáng)與各種榮譽(yù)卻不曾忘記他：他入選2006年度教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃與2006年度廣西“新世紀(jì)十百千人才工程”第二層次人選；獲得15次美國(guó)國(guó)際衍射數(shù)據(jù)中心（ICDD）頒發(fā)的重要貢獻(xiàn)證書(shū)；獲得2008年度廣西青年“五四”獎(jiǎng)?wù)聵?biāo)兵榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)，獲得2009年度 “廣西高校首屆杰出科技人才”稱(chēng)號(hào)，2010年入選第三批廣西高?！鞍斯饘W(xué)者”、2011年11月被自治區(qū)黨委、自治區(qū)人民政府聘請(qǐng)為首批特聘專(zhuān)家。

從全國(guó)尋訪優(yōu)才，只為打造一支優(yōu)秀“材料團(tuán)隊(duì)”

從1995年起，方亮師從原武漢工業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)袁潤(rùn)章教授、材料復(fù)合新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任吳伯麟教授從事鈮鉭酸鹽電光功能材料研究，那時(shí)，他就深深體會(huì)到學(xué)術(shù)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)學(xué)術(shù)成長(zhǎng)的重要性。

2005年9月，方亮來(lái)到桂林理工大學(xué)執(zhí)教后，拓展了新型有色金屬氧化物電光功能材料的研究方向。此時(shí)的方亮，已深切感受到人才對(duì)團(tuán)隊(duì)建設(shè)、對(duì)廣西材料研究及應(yīng)用領(lǐng)域的不可或缺。