功能材料論文范文

導語：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，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

構成物質的原子包含原子核及核外電子，而物質的化學性質由核外電子的結構及電子-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。量子力學原理為描述電子的行為提供了理論依據。量子力學的模擬方法是通過求解薛定諤方程來實現的，該方法對單電子體系(如氫原子)行之有效，但對于復雜的多電子體系就無能為力了，原因在于無法求解復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，應用最為廣泛的是由Hohenberg，Hohn和Sham于20世紀60年代提出的DFT方法。DFT方法的優點在于通過電子密度分布來表示系統能量，將多電子問題轉化為單電子問題，從而簡化了求解過程。經過不斷完善，DFT方法已成為計算固體物性的首選方法。此外，基于DFT原理，研究人員還發展了第一性原理分子動力學理論及含時密度泛函，拓展了第一性原理的應用范圍，使其在材料、醫學、生物等方面的研究中起到舉足輕重的作用。

2材料原子結構建立過程

在已知晶體結構信息條件下，在MS中可采用多種方法建立原子的構型。晶體結構的信息可以通過晶體結構數據庫軟件查詢，對于一些復雜的晶體結構，可通過日本國立材料研究中心數據庫(NIMS)等查詢。

MS中構建晶體結構一般需要用到的信息有：晶格常數，晶體結構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，性質非常優良，應用十分廣泛，目前國內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定的，主要應用在環保及新材料方面，工業應用前沿廣闊。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構的穩定構型，從而對其進行結構優化。經分析，優化后計算得到的TiO2晶體的晶格參數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過程，在完成塊體優化后，我們切出了TiO2的三個主要的低指數面(100)，(001)和(101)(如圖1所示)。其中(101)面為銳鈦礦型TiO2的最穩定晶面，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)。為了避免交換關聯影響，選擇真空層厚度為10Å。通過MS軟件進行計算。基于DFT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)修正交換關聯能，對構建的(101)面進行結構松弛優化。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。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，內應力小于等于0.1GPa。

除了構建原子模型之外，我們還得到了直觀能帶結構圖(如圖2所示)。在教學過程中，運用MS軟件，計算過程只需要2～5分鐘，學生即可得到能帶結構圖。橫坐標為在模型對稱性計算中設定的K點，K點就是倒格空間中的幾何點。按照對稱性，取縱坐標為能量。因此，能帶結構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得到的能帶結構圖，簡單易懂、清晰明了，可清楚地看到價帶、導帶及帶隙等具置、形狀及長度等。在Castep里，通過給scissors賦值，可增加價帶和導帶之間的空間，使絕緣體的價帶和導帶清楚地區分出來。有助于學生更深層次地了解能帶結構信息，為更深入的研究提供基礎和引導。

3結束語

篇2

在微流控技術中，根據微流控裝置制備乳液的幾何結構以及液相流體流動方向的不同，乳液有不同的產生形式，據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構。在該裝置中，作為分散相的內相液體（innerfluid）和作為連續相的外相液體（outerfluid）分別在內、外通道中同向流動，并在注射管錐口處相遇，此時內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構，該裝置中內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構的典型結構，該裝置中中間通道內流動的內相液體受到兩側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，在外相液體產生的壓力和黏性應力的作用下，內相液體變為一股細小的噴射流，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構主要由玻璃毛細管組裝構建而成，而T形交叉流動型和流動聚焦型微流控裝置幾何結構則可由微加工技術[如軟光刻技術(softlithography)]在聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、玻片等材料上構建。

上述微流控技術均能產生具有良好單分散性（一般CV值小于5%）、且尺寸可精確調控的乳液液滴。在產生乳液的過程中，液相流動的穩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控乳液液滴尺寸的關鍵因素。除了可以控制所產生液滴的尺寸和單分散性外，微流控技術另一大優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構相互結合而實現對結構復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構串聯組裝，得到了兩級同向流動型微流控裝置，以用于產生具有液滴嵌套液滴結構的雙重乳液。當第一級微流控幾何結構中內相液體被中間相液體剪切產生單乳液滴后，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構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。由于微流控技術對各級液滴產生單元所產生液滴的優良控制性，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構的單分散三重乳液。在上述多重乳液中，乳液內部各層所含液滴的數目和尺寸均精確可控，展現出了微流控技術在可控制備多重乳液方面的巨大優勢。Wang等進一步通過設計液滴產生組件、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，從而可控制得了結構更加多樣化，且內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構做了進一步地擴展。這些多組分多重乳液內部各層不同組分液滴的種類、尺寸、數目、比例均精確可控。其中，液滴的種類主要取決于用于產生不同液滴的液滴產生組件的數目；液滴的尺寸主要取決于通道的尺寸以及液相流速；而多重乳液內部不同液滴之間的數目和比例則取決于不同液滴的產生頻率，該頻率主要也是通過匹配液相流速來進行調控。微流控技術所制備出的尺寸和結構高度可控的單分散乳液液滴，為具有多樣化結構的新型微顆粒功能材料的設計和制備提供了優良的模板。

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實現對微顆粒尺寸的精確調控。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對微顆?；瘜W組成的調節和優化，從而實現對微顆粒功能的調控。此外，微流控技術在微通道中連續制備和操控乳液液滴的獨特工藝，還使得其可以與各種設備相結合，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可控生產。

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產生的單分散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，且具有優良的溫敏體積相變特性。當溫度在其體積相轉變溫度（VPTT）（約32℃）附近變化時，該PNIPAM水凝膠微顆粒能展現出高溫收縮、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組成外，顆粒的形狀也對其功能和應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良的平臺。Xu等通過設計微流控裝置中通道的結構和尺寸，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轉變為固態會發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相液體構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性質（如不同的表面浸潤性、磁性、光電性質等）的顆粒，目前已在自組裝研究以及乳液穩定劑和光學器件開發等方面展現出了獨特的優勢。微流控技術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良技術平臺。微流控技術用于制備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，短時間內仍能在液滴內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，經過快速原位聚合，便可得到兩面具有不同性質的單分散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構的Janus形微顆粒。

3以復乳液滴為模板制備單分散功能微顆粒

具有內部腔室結構的微顆粒功能材料由于其為物質的封裝提供了一個受保護的內部空間，因此在藥物傳送與控釋、活性物質保護、生物大分子合成、化學催化以及生化分離等領域應用非常廣泛。以微流控復乳液滴，如油包水包油型（O/W/O）和水包油包水型（W/O/W）雙重乳液，可以通過將其內部液滴作為微顆粒內部腔室，而將外部液層經反應后作為微顆粒殼層，從而實現對新型腔室型微顆粒的可控設計和制備。在該方法中，借助微流控技術對乳液尺寸、形狀、單分散性和結構的精確控制，可以對腔室型微顆粒的殼層尺寸和厚度，以及內部腔室的尺寸和數目等進行精確調控。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造多樣化的微顆粒。此外，O/W/O和W/O/W雙重乳液的內部油滴和水滴結構還分別為油溶性和水溶性物質的封裝提供了具有更好溶解性的內部環境。微流控復乳液滴能夠實現對內部液滴的高封裝率（約100%），這也為活性物質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聚合，再使用有機溶劑將內部油滴洗去后，制得了具有中空腔室結構的單分散葡萄糖響應型水凝膠微顆粒。該中空微顆粒的內部空腔可用于包載胰島素，而其水凝膠殼層可在37℃條件下響應葡萄糖濃度變化以實現胰島素的自律式控制釋放。當葡萄糖濃度升高時，水凝膠殼層溶脹使得其交聯網絡結構的網孔變大，從而內部包載的胰島素可以透過殼層快速擴散釋放；而當葡萄糖濃度降低時，水凝膠殼層收縮使得交聯網絡結構的網孔變小，從而胰島素擴散減慢、釋放速率降低。這種葡萄糖響應型中空功能微顆粒為設計和開發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?；谶@種微流控制備方法，研究者通過靈活調節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pH變化或者鉛離子濃度變化以實現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、外油相，由微流控裝置制得O/W/O雙重乳液作為模板后，再由紫外光照引發其中間水層聚合，制得了具有熱引發自爆突釋功能的核-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特性，使得該微顆?？上仍谕饧哟艌鲆龑露ㄏ蜻\輸到某一特定的位點，然后在升溫作用下使殼層收縮從而擠壓內部油核至殼層破裂，并最終將內部油核連同其中所溶解的物質一起快速突釋出來，從而在短時間內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的設計和研制提供了一種新的途徑?；谶@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節微顆粒殼層的功能，還成功研制出了一系列能夠響應外界環境刺激如鉀離子、乙醇、沒食子酸乙酯等濃度變化來實現自爆式突釋功能的新型微顆粒。此外，Liu等通過使用均質乳化劑制備的W/O乳液作為內部油相來構造O/W/O雙重乳液，成功制備得到了內部油核中分散有水滴的自爆式水凝膠微顆粒，實現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部油滴，從而使得內部油滴連同封裝有納米顆粒的最內部水滴一并被快速釋放到外部環境中，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、交聯劑對苯二甲醛加入內部油相，由微流控裝置制得O/W/O雙重乳液后，內相中對苯二甲醛擴散進入中間水層使殼聚糖交聯形成殼層，從而制得了內含油核的核-殼型微顆粒。該微顆粒的交聯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-殼型微顆粒在物質封裝方面展現出了高效的性能。然而，其內部所封裝的物質分子通過微顆粒殼層（如上述微顆粒的水凝膠殼層）的傳質往往是一個比較緩慢的過程。通過在微顆粒殼層上構造孔結構，可以促進物質分子穿過殼層的傳質過程；并且，通過對孔結構進行調控，還可以進一步通過孔的尺寸和功能性控制物質的封裝和控釋過程，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，通過調節中間油層組分以控制內相水滴與外部水相之間的黏結以控制雙重乳液的結構變化，并以此為模板制得到了殼層表面具有單個通孔結構的孔-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，導致內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，從而使得雙重乳液由核殼型可控演化成橡子型結構。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構，且通孔尺寸和內部空腔的結構均精確可控的孔-殼型微顆粒。此外，基于微流控技術對雙重乳液內部液滴數目和尺寸的精確控制，還可以對微顆粒中孔-殼型結構的數目以及尺寸進行調控。這種具有可控孔-殼型結構的微顆?？梢杂糜诨诔叽缙ヅ涞摹發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，并可以實現對所封裝物質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的協同運輸，以及作為微反應容器用于不同反應物的微反應等方面具有重要的意義。多腔室微顆粒的傳統制備方法通常是采用內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雜，并且難以獨立、精確地控制內部各個腔室的結構。而微流控多組分多重乳液則為多腔室功能微顆粒的設計和制備提供了獨特的模板，其內部不同組分的液滴可作為獨立的腔室用于不同組分物質甚至不相容物質的隔離封裝。并且，通過精確控制其內部不同組分液滴的尺寸、數目和比例，可以實現對內部各個腔室的獨立調控、以及對不同組分封裝劑量的優化。Wang等利用內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含不同組分油滴且其數目和比例均精確可控的多腔室型微顆粒。當溫度升至微顆粒PNIPAM殼層的VPTT以上時，微顆粒會因為殼層劇烈收縮而將內部不同組分的油滴連同所封裝的物質一同釋放出來。這種共封裝和釋放模式使得該微顆粒有望用于協同運輸和釋放不同組分藥物或反應物以用于協同治療或觸發式按需反應。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特性和鉛離子響應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乙酸異戊酯揮發后沉積下來形成固體PS磁核；然后，水滴中的單體經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逻M行定向運動，并且其水凝膠殼層可以響應外界環境中鉛離子的濃度變化而發生溶脹或者收縮，從而有望用作受鉛離子污染的微環境中的微型傳感器或執行器。

4總結與展望

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《光電材料導論》是我校無機非金屬材料專業2013年開設的專業課程。開設這門課程的原因是：（1）國家在十二五規劃中提出了重點發展的七大戰略性新興產業，其中之一的的新材料產業包含了功能材料，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的研究，具備開設這門課程的師資力量。所以在課程的教學內容的選材方面，我們會著重從這兩個方面考慮。而教學方法會利用現在的多媒體技術，與傳統的板書相結合，讓學生更加形象生動的加深對知識的理解[1]。

1 教學內容的選材

在教學內容的選材方面，我們綜合考慮了以下幾個因素：

首先，學生必須能夠有所學，開設一門課程才是有意義的。光電材料是功能材料的一種，為了便于學生循序漸進地吸收理解光電材料的專業知識點，教學內容分成三個方面：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上，再講解光電材料及器件方面的知識，學生們就比較容易理解。

其次，我們結合現在的就業情況及研究熱點。我們設置的教學內容，既考慮了學生們以后的就業，也考慮到想進一步深造讀研究生的學生們的研究工作。光功能材料方面的教學內容包含了激光材料、發光材料、紅外材料及光纖材料。電功能材料方面的教學內容包含了導電材料、半導體材料、介電材料、鐵電材料及超導材料，其實半導體材料也是一種導電材料，之所以把半導體材料單獨作為一個章節，是因為半導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內容包含了光電子發射材料、光電導材料、透明導電薄膜材料、光伏材料與太陽能電池及光電顯示材料。

2 教學方法的探索

光電材料的內容更新很快，現在的學生不僅應該掌握傳統基礎的材料知識，更應該掌握最新的知識點，更應該了解光電材料的最新研究進展，而使用多媒體教學能夠及時地更新課件的內容，使得教學內容能夠跟上最新的研究成果[2]，也能讓學生及時了解學習最新的材料知識。

多媒體教學還有助于激發學生學習的興趣[3]，因為它在視覺上能夠讓學生很直觀的學習知識，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，然后再對照圖給學生詳細講解其原理，學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使用動畫，讓學生很直觀地了解光纖的原理。

但是多媒體教學應該和傳統的板書結合起來，因為有些知識僅僅通過多媒體展示，學生可能比較難理解，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的印象。

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

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、課后習題、出勤率等方面進行考核。上課提問可以考查學生對上節課內容的掌握程度，還可以考查學生是否認真聽講、是否認真思考問題。課后習題包括兩個方面，一個是對課上內容的考查，幫助學生鞏固課上知識，另一個是對課外知識的拓展，督促學生課后查閱文獻，培養學生的學習能力。

期末成績的考核，我們采用撰寫科技論文的形式進行考核?！豆怆姴牧蠈д摗烽_設在大四上學期，總共24個課時。因為光電材料的內容更新比較快，而教學課時比較有限，通過撰寫科技論文的形式，既可以督促學生去更全面的了解光電材料最新的研究進展，又可以鍛煉學生查閱文獻的能力，培養學生總結文獻的能力，有利于大四學生在下學期更快進入本科畢業論文的工作。

4 需要改進的地方

作為本專業開設的新課，在教學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去反省和改進。我們自己對此進行了總結，具體包括以下三個方面：

（1）在多媒體教學過程中，我們不僅只是使用了PPT這個軟件，還應該引入視頻，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）在教學的過程中，我們還應該出示實物，讓學生能夠直接接觸，加深印象?？梢猿鍪緦嵨锇ü饫w、發光二極管LED，單晶硅片和多晶硅片（這時，還可以教學生從宏觀上如何分辨單晶硅片和非晶硅片）、ITO玻璃、閃鋅礦及纖鋅礦結構模型等，不但增強生學習光電材料的興趣，而且讓他們對光電材料實體有直接的感性認識[4]。

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

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關鍵詞： 無機材料專業本科畢業設計團隊培養模式

畢業設計是高校學生綜合運用所學理論知識分析解決實際問題的一次系統訓練和檢驗過程，是培養大學生的創造能力、實踐能力和創新精神的重要環節，通過這個環節，可鍛煉學生獨立分析和解決問題的能力，培養學生嚴肅認真的科學態度和嚴謹求實的工作作風。目前，理工科大學生畢業設計的質量和整體水平存在下滑趨勢，如何保證理工科大學生畢業設計的質量，發揮這一教學環節在人才培養中的關鍵作用，已成為提高本科教學質量的重要問題之一［1］。本文結合專業老師教學第一線多年的實踐和體會，在分析影響畢業設計質量主要矛盾的基礎上，嘗試一種共享優質教育資源、提高畢業設計質量的團隊指導法，這對于進一步深化理工科大學生實踐教學改革、全面提高教學質量是有益的。

一、建立畢業設計團隊的目的和意義

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

基于以上原因，有必要引入新的畢業設計模式。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上確保任務的高質量完成。無機材料專業在指導畢業設計的過程當中，采用了團隊畢業設計的形式，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］：為實現某一目標而由相互協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揮最大效率的能力。經濟全球化時代，生產力飛速發展，競爭愈加激烈，加速和強化了全球范圍內的專業化和社會分工。分工細化要求人們掌握更專業的知識與技能，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展的必要素質。所以，要培養適合社會發展的綜合性人才，就要培養在校大學生的團隊合作能力。

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成的，可以彌補原來單人指導學生的不足。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和監管，避免指導缺位。

教師團隊由經驗豐富的教授、副教授和青年教師組成。團隊第一指導教師為專業帶頭人，指導的本科論文多次獲評江蘇大學優秀論文，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位，目前承擔著863課題、國家青年科學基金、江蘇省自然科學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和成長。

2.學生團隊的建立

教師和學生以雙向選擇的形式，組成學生團隊。經過多年的實踐，我們發現一個對課題感興趣的學生在完成課題的態度上，比一個對課題無興趣而學習成績優異的學生要認真。在雙向選擇的基礎上，學生團隊共由六位同學組成，其中三人考上本校研究生，一人考上南京理工大學研究生，團隊成員有著共同的特點，即對科研工作很感興趣，部分同學參加了江蘇大學大學生科研立項工作，在三年級時就進入老師的課題研究，積累了一定的經驗，并有同學參與并完成的工作發表在Materials Technology期刊上（SCI收錄）。

三、團隊畢業設計（論文）的選題

選題與學生的專業知識背景相關，可以培養學生綜合運用所學知識分析、解決實際問題的能力，這是畢業設計工作的基本要求。同時，學生對背景熟悉的課題比較容易接受，上手快，有利于高質量地完成畢業設計研究工作。選題具有一定的探索性，有利于培養學生的創新能力和科研素養。好的畢業設計題目可以不斷激發學生的創造性思維，培養學生濃厚的科研興趣，讓學生在畢業設計過程中不斷發現新問題、分析原因、解決難題，體驗科研的樂趣。選題具有一定的系統性，這是團隊畢業設計選題的基本要求。系統性強的課題有利于充分培養團隊畢業設計成員之間的協作能力。將一個系統問題劃分為若干個子課題，每個成員都單獨負責一個子課題，只有各個成員之間通力合作，才能圓滿實現團隊總目標。

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

目前，水熱法廣泛應用于無機功能材料，如單晶材料、半導體材料、磁性材料、發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，甚至是復合材料，在新型無機功能材料的研制方面發揮著越來越重要的作用。該課題瞄準無機功能材料發展的前沿，圍繞無機功能材料的研究熱點，如納米單晶、稀土發光材料、壓電陶瓷等展開，是綜合性和設計性實驗的提升，具有一定的實用性和很強的探索性。對學生而言，該課題題材新穎，極具挑戰性。

四、各種能力的培養

1.文獻調研、寫作和表達能力的培養

教師團隊安排教師專門對學生進行了文獻調研能力的培養，使其掌握利用圖書、檢索工具和網絡等手段查閱的方法，然后消化、分析和總結所查到的資料。為了使學生達到論文寫作的規范及要求，安排了教師專門對學生進行寫作能力的培訓。為了提高學生的口頭表達能力，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.動手能力和創新能力的培養

我們還引導學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生的動手能力進行培養。教師詳細講解水熱釜的使用規程和注意事項，并指導學生進行具體的實驗，每一位指導老師都要全程指導，介紹相關儀器設備（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，讓學生自己設計實驗方案后獨立完成實驗研究。

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關鍵詞：差別化；教學方法；研究生；課程教學

針對我院研究生課程教學中開設的基礎課“高等熱力學”、專業基礎課“材料化學”“火災動力學”和專業課“消防功能材料”，研究了“差別化”教學方式在不同屬性課程中的應用。

一、基礎課教學

基礎課教學主要強調基本科學方法和基本研究思路。由于學科專業的特殊性，我院本科課程的專業課發展起步較晚，與傳統優勢學科相比存在邏輯推理不太嚴密，有知識斷裂等方面的不足。

在安全技術及工程研究生專業開設了基礎課“高等熱力學”，該課程特點鮮明、資源豐富，邏輯嚴密，推理嚴謹，是樹立科學方法和培養研究思路的優秀課程之一。在該課程設計中，教學目的是扎實基礎理論，培養學習方法，啟發學員積極思考，從習慣聽到習慣提出問題和分析問題，注重培養學員嚴密的邏輯思維能力，并有意識地進行訓練，糾正我院學員以往“想當然”的思想。

“高等熱力學”教學中選取部分章節內容組織學生自己講授，培養學生的表達能力。同時引導學員與消防工程等各相關學科進行關聯，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學員思考該課程在安全技術及工程學科體系中的作用，避免學員為了考試而學習。但教師不能置身事外，否則會造成個別學員簡單地將教材內容讀一遍而未能取得實際效果，要指導學員進行課程設計，查閱相關背景，對知識進行整理和組織，并清楚表達所授內容，其他學員參與講評，從不同角度思考問題，集思廣益，提高學習效果。

二、專業基礎課教學

“材料化學”是為我院材料學研究生開設的專業基礎課，本身具備比較完善的體系。該課程是專業方向的選修課，選課人數較少，此時研究生的研究方向基本確定，部分同學已進入課題的前期研究階段。因此，要立足為專業服務開展教學活動，教學內容的選取要關注學生研究方向，同時將課程內容結合研究生取得的研究成果進行分析探討，培養學生研究意識和運用專業基礎知識的能力。

專業基礎課“火災動力學”在火災科學理論體系中具有舉足輕重的作用，面向全院消防各專業研究生開設。選用的教學參考書是火災動力學研究領域的權威專著Drysdale編寫的原版著作。與基礎課教學方法不同，在教學中注重與本科的專業基礎課“消防燃燒學”進行比較，同時重視與其他課程的銜接。對于教學內容處理不能再采用原版著作系統學習，這會限制學生創新思維的發展。教學時應課上進行理論分析討論，課后組織學員查閱理論背景、實驗背景條件以及理論的工程應用，拓寬研究生的視野，加深研究生學習中的思考意識。以專業理論與實際研究相關聯為出發點，并通過研究生授課研討實際問題，進一步培養研究生的科學思維方法、創造能力和創新意識。

三、專業課教學

專業課教學是研究生教育的最基本部分，是提高研究生專業素質和創新能力的直接途徑。通過本科階段的學習，研究生已具有較好的專業基礎和較強的自學能力，因此專業課教學的重點不再是基本理論和基礎知識，專業課教學必須具有前瞻性，要引導學生關注學科的發展動態，注意學科的交叉、延伸。 “消防功能材料”是為材料學專業研究生開設的專業課，課程講授應該達到：①了解基礎，了解技術的應用。即學習成熟的理論和技術，了解基礎理論和技術應用，可以參考專業領域學術論文和研究生已取得的成果。②了解消防領域的技術標準和規范。學院所培養的學員是從事消防實際工作的技術監督或建審人員，學員對工作領域的技術現狀和規范有一個準確的了解，還要了解標準的淵源、背景和目前的狀況，未來工作才能心中有數。③了解國內外專業領域研究動態和技術應用動態。作為專業領域的研究生不了解學科前沿發展動態，未來研究就會沒有方向，不知道目前存在的問題，工作中就不容易發現問題。④了解消防技術監督中其他方面存在的問題，體現知識學有所用。專業課要達到的目的是重基礎、重實際、重研究、重結合。

參考文獻：

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

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關鍵詞:梯度功能材料，復合材料，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、材料是現代科學技術和社會發展的三大支柱?，F代高科技的競爭在很大程度上依賴于材料科學的發展。對材料，特別是對高性能材料的認識水平、掌握和應用能力，直接體現國家的科學技術水平和經濟實力，也是一個國家綜合國力和社會文明進步速度的標志。因此，新材料的開發與研究是材料科學發展的先導，是21世紀高科技領域的基石。

近年來，材料科學獲得了突飛猛進的發展[1]。究其原因，一方面是各個學科的交叉滲透引入了新理論、新方法及新的實驗技術;另一方面是實際應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應用問題而產生的一種新型復合材料，這種材料對新一代航天飛行器突破“小型化”，“輕質化”，“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域，所以它是近年來在材料科學中涌現出的研究熱點之一。

1 FGM概念的提出

當代航天飛機等高新技術的發展，對材料性能的要求越來越苛刻。例如：當航天飛機往返大氣層，飛行速度超過25個馬赫數，其表面溫度高達2000℃。而其燃燒室內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，此時燃燒室內外要承受高達1000K以上的溫差，傳統的單相均勻材料已無能為力[1]。若采用多相復合材料，如金屬基陶瓷涂層材料，由于各相的熱脹系數和熱應力的差別較大，很容易在相界處出現涂層剝落[3]或龜裂[1]現象，其關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耐熱材料的不足，日本學者新野正之、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展。目前梯度功能材料(FGM)是指以計算機輔助材料設計為基礎，采用先進復合技術，使構成材料的要素（組成、結構）沿厚度方向有一側向另一側成連續變化，從而使材料的性質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變化的特點如圖2，因此它能有效地克服傳統復合材料的不足[5]。正如Erdogan在其論文[6]中指出的與傳統復合材料相比FGM有如下優勢:

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強度;

2)將FGM用作涂層和界面層可以減小殘余應力和熱應力;

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力自由端點的應力奇異性;

4)用FGM代替傳統的均勻材料涂層，既可以增強連接強度也可以減小裂紋驅動力。

2.2 FGM的分類

根據不同的分類標準FGM有多種分類方式。根據材料的組合方式，FGM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]；根據其組成變化FGM分為梯度功能整體型（組成從一側到另一側呈梯度漸變的結構材料），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]；根據不同的梯度性質變化分為密度FGM，成分FGM，光學FGM，精細FGM等[4]；根據不同的應用領域有可分為耐熱FGM，生物、化學工程FGM，電子工程FGM等[7]。

3 FGM的應用

FGM最初是從航天領域發展起來的。隨著FGM 研究的不斷深入，人們發現利用組分、結構、性能梯度的變化，可制備出具有聲、光、電、磁等特性的FGM，并可望應用于許多領域。

功　能

應　用　領　域 材　料　組　合

緩和熱應

力功能及

結合功能

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

原子爐構造材料

核融合爐內壁材料

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

及醫學功能

人工牙齒牙根

人工骨

人工關節

人工內臟器官:人工血管

補助感覺器官

生命科學 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　超導陶瓷

塑料　導電性材料

陶瓷　陶瓷

光學功能 防反射膜

光纖;透鏡;波選擇器

多色發光元件

玻璃激光 透明材料　玻璃

折射率不同的材料

不同的化合物半導體

稀土類元素　玻璃

能源轉化功能

MHD 發電

電極;池內壁

熱電變換發電

燃料電池

地熱發電

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

金屬　陶瓷

電池硅、鍺及其化合物

4 FGM的研究

FGM研究內容包括材料設計、材料制備和材料性能評價。

4. 1 　FGM設計

FGM設計是一個逆向設計過程[7]。

首先確定材料的最終結構和應用條件，然后從FGM設計數據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構，以及制備和評價方法，最后基于上述結構和材料組合選擇，根據假定的組成成份分布函數，計算出體系的溫度分布和熱應力分布。如果調整假定的組成成份分布函數，就有可能計算出FGM體系中最佳的溫度分布和熱應力分布，此時的組成分布函數即最佳設計參數。

FGM設計主要構成要素有三:

1)確定結構形狀，熱—力學邊界條件和成分分布函數;

2)確定各種物性數據和復合材料熱物性參數模型;

3)采用適當的數學—力學計算方法，包括有限元方法計算FGM的應力分布，采用通用的和自行開發的軟件進行計算機輔助設計。

FGM設計的特點是與材料的制備工藝緊密結合，借助于計算機輔助設計系統，得出最優的設計方案。

4. 2　FGM的制備

FGM制備研究的主要目標是通過合適的手段，實現FGM組成成份、微觀結構能夠按設計分布，從而實現FGM的設計性能?？煞譃榉勰┲旅芊?如粉末冶金法(PM) ，自蔓延高溫合成法(SHS) ;涂層法:如等離子噴涂法，激光熔覆法，電沉積法，氣相沉積包含物理氣相沉積(PVD) 和化學相沉積(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計的梯度成分成形，然后燒結。通過控制和調節原料粉末的粒度分布和燒結收縮的均勻性，可獲得熱應力緩和的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]。常用的燒結法有常壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結及反應燒結等。這種工藝比較適合制備大體積的材料。PM法具有設備簡單、易于操作和成本低等優點，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 法是前蘇聯科學家Merzhanov 等在1967 年研究Ti和B的燃燒反應時，發現的一種合成材料的新技術。其原理是利用外部能量加熱局部粉體引燃化學反應，此后化學反應在自身放熱的支持下，自動持續地蔓延下去， 利用反應熱將粉末燒結成材，最后合成新的化合物。其反應示意圖如圖6所示[16]：

SHS 法具有產物純度高、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雜的FGM。但SHS法僅適合存在高放熱反應的材料體系，金屬與陶瓷的發熱量差異大，燒結程度不同，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，并在熔化的狀態下將它噴鍍在基體的表面上形成梯度功能材料涂層?？梢酝ㄟ^計算機程序控制粉料的輸送速度和流量來得到設計所要求的梯度分布函數。這種工藝已經被廣泛地用來制備耐熱合金發動機葉片的熱障涂層上，其成分是部分穩定氧化鋯(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，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生復雜的冶金化學反應，隨后被霧化成細小的熔滴，噴射在基底上，快速冷卻固結，形成沉積層。噴涂過程中改變陶瓷與金屬的送粉比例，調節等離子射流的溫度及流速，即可調整成分與組織，獲得梯度涂層[8、11]。該法的優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，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

激光熔覆法是將預先設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構。梯度的變化可以通過控制初始涂層A的數量和厚度，以及熔區的深度來獲得，熔區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裂紋或孔洞，并且陶瓷顆粒與金屬往往發生化學反應[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合材料中。陶瓷增強顆粒，典型的如SiC或Al2O3，一般保持固態，混入金屬液滴而被涂覆在基底，形成近致密的復合材料。在噴涂沉積過程中，通過連續地改變增強顆粒的饋送速率，熱噴涂沉積已被推廣產生梯度6061鋁合金/SiC復合材料?？梢允褂脽岬褥o壓工序以消除梯度復合材料中的孔隙。

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、光學功能、熱物理性能，該工藝由于對鍍層材料的物理力學性能破壞小、設備簡單、操作方便、成型壓力和溫度低，精度易控制，生產成本低廉等顯著優點而備受材料研究者的關注。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物質在基體表面成膜的技術。通過控制彌散相濃度，在厚度方向上實現組分的梯度化，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，與基體結合強度低、設備比較復雜。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) 和化學氣相沉積(CVD) 兩類。

化學氣相沉積法(CVD)是將兩相氣相均質源輸送到反應器中進行均勻混合，在熱基板上發生化學反應并使反映產物沉積在基板上。通過控制反應氣體的壓力、組成及反應溫度，精確地控制材料的組成、結構和形態，并能使其組成、結構和形態從一種組分到另一種組分連續變化，可得到按設計要求的FGM。另外，該法無須燒結即可制備出致密而性能優異的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：氣相反應物的形成；氣相反應物傳輸到沉積區域；固體產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，使其蒸發為氣相，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力和變形量的增加而增加。因此，在合適的溫度范圍內，可以通過施加應變(或等價應力) 梯度，在這種材料中產生應力誘發馬氏體體積分數梯度。這一方法在順磁奧氏體18 -8 不銹鋼(Fe -18% ，Cr -8 %Ni) 試樣內部獲得了鐵磁馬氏體α體積分數的連續變化。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，可以一步生產含有飽和磁化強度連續變化的材料，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化成分設計，為成分設計數據庫提供實驗數據，目前已開發出局部熱應力試驗評價、熱屏蔽性能評價和熱性能測定、機械強度測定等四個方面。這些評價技術還停留在功能梯度材料物性值試驗測定等基礎性的工作上[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一的標準特征評價體系[7~8]。

5 FGM的研究發展方向

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，主要表現在以下一些方面[5、13]:

1）梯度材料設計的數據庫（包括材料體系、物性參數、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一的、準確的材料物理性質模型，揭示出梯度材料物理性能與成分分布，微觀結構以及制備條件的定量關系，為準確、可靠地預測梯度材料物理性能奠定基礎；

3）隨著梯度材料除熱應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計體系，為梯度材料在多方面研究和應用開辟道路；

4）尚需完善連續介質理論、量子（離散）理論、滲流理論及微觀結構模型，并借助計算機模擬對材料性能進行理論預測，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、結構簡單，還不具有較多的實用價值;

6)成本高。

5.2 FGM制備技術總的研究趨勢[13、15、19-20]

1）開發的低成本、自動化程度高、操作簡便的制備技術；

2）開發大尺寸和復雜形狀的FGM制備技術；

3）開發更精確控制梯度組成的制備技術（高性能材料復合技術）；

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）熱穩定性，即在溫度梯度下成分分布隨 時間變化關系問題；

2）熱絕緣性能；

3）熱疲勞、熱沖擊和抗震性；

4）抗極端環境變化能力；

5）其他性能評價，如熱電性能、壓電性能、光學性能和磁學性能等

6 結束語

FGM 的出現標志著現代材料的設計思想進入了高性能新型材料的開發階段[8]。FGM的研究和開發應用已成為當前材料科學的前沿課題。目前正在向多學科交叉，多產業結合，國際化合作的方向發展。

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篇7

關鍵詞 智能包裝；識別；判斷；自適應控制；信息干預

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

從上世紀六七年代開始，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，產品包裝領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網（INTERNET OF THINGS）技術革命，智能化成為新興生產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分類，對我國包裝設計領域智能化發展進程具有重要指導意義。

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，一個產品或產品與包裝的組合中，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品賦予產品包裝的功中，或體現在產品本身的使用中。

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用，他說“我們要敏銳地、及時地把新材料引進包裝工業， 使包裝材料和容器對商品的保護性、包裝過程的便利性、原材料的節約性產生革命性的變化?！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?！?余雷、楊麗君等（2004）指出了RFID智能標簽在物聯網物流管理和產品包裝的積極作用，“RFID電子標簽技術的更新換代，將對商品包裝和物流管理產生深遠的影響?！瘪R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，使產品和消費者之間建立起一種緊密聯系。這個概念的產生，進一步說明了包裝與產品的關系，強調了包裝是產品的一部分，甚至就是產品本身?！?/p>

我們追溯上世紀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，智能包裝是延續這一主題發展的階段產物之一。在此理念之上并結合時代背景，我們探究智能包裝，認為其應是伴隨新材料新技術的發明和應用，通過對包裝材料的更新換代升級、通過改造包裝結構、通過整合被包裝物信息管理，實現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，是傳統包裝裝潢所不能達到不能完成的，也就是智能化的結果，我們稱之為智能包裝。智能包裝通過對產品包裝材料、包裝結構以及產品信息進行可控性的變革，滿足消費者對產品品質的要求、功能的需求，滿足制造商對產品流通過程的信息干預、控制及處理的管理要求，達到實現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）根據近期歐美提倡的“新包裝體系”，可分為下列10 類：1）增強型復合包裝；2）高阻滲型復合包裝（阻氣、阻水、阻油）；3）防腐型（防蝕防銹）復合包裝；4）防電磁場干擾復合包裝；5）抗靜電復合包裝；6）生物復合包裝（果品催熟、魚類?；?、防蟲、防霉）；7）保鮮復合包裝（果蔬和肉制品用）；8）烹調用復合包裝（如蒸煮、微波烘烤等9）智能型復合包裝；10）超微納米復合包裝。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、功能結構型智能包裝、信息型智能包裝。此分類法從內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用新型包裝材料對產品外包裝進行包裝設計，使得外包裝“對環境因素具有某種“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合制成。它可以智能識別和指示包裝微空間內的溫度、濕度、壓力和密封程度、保存時間等重要參數。除“識別”和“判斷”功能，許文才、李東立、付亞波、魏華（2010）、周忠福（2001）認為其還能根據包裝微空間內部 “自適應器物本身的不同特質和突變或漸變的外部環境，又可相應地調整內部環境，”即“控制功能”。

整合以上觀點，我們認為智能材料包裝，即指應用新材料對產品外包裝進行包裝設計，使外包裝能對外部環境和內部環境的濕度、溫度、光敏、壓力、時間和氣體含量等參數進行性識別、判斷和自適應控制，對包裝物品質進行智能化干預和保障；

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

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

智能結構包裝，即指對產品內部結構進行可控性智能化設計，以滿足制造商和消費者特定的需要。智能結構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構設計中冷凝、加熱裝置，曹利杰（2007）介紹了通過結構改造而便于清洗的可再裝容器系統，郝曄（2007）還介紹了歐洲飲料結構營養釋放裝置。

藥物兒童安全蓋設計是智能結構包裝另一代表，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，主要指產品生產時各項生產參數的智能記錄，如：名稱、成份、性狀、規格、產地、功能、價格、保質期、使用說明、使用禁忌等，以及產品的倉儲、運輸、銷售期間各項信息參數的追蹤記錄，實現產品的自動化管理。

智能信息包裝源于RFID射頻識別技術的研發，并以其在非接觸式自動識別、信息管理、自助結賬以及未來物流網信息流通的強大優勢，日益受到包裝產業青睞。王文珍、張成利（2008）介紹了基于RFID智能標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、自助結賬等功能。

“最基本的RFID系統是由電子標簽、閱讀器、天線和通訊系統四部分組成” ，閱讀器在指定區域發射無線電信號形成電磁場，當裝有RFID芯片的包裝產品經過此區域時，由閱讀器發送指令將標簽信息通過天線將反饋信息傳送至計算機網絡。借助RFID智能標簽，產品在生產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品庫存、流通、保質等信息，這在物流管理中能預測顧客購物情況，優化庫存管理，整合資源，建立智能化管理體系?；赗FID智能標簽技術，美國奧巴馬政府已接受由IBM公司提出的“互聯網+物聯網=智慧地球”的構想，借助無線射頻識別技術（RFID）和無線傳感網絡技術（WIRELESS SENSOR NETWORKS，WSN），物聯網技術將成為下一代革命性技術，實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理，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、干預和管理功能，在食品、醫藥、日化用品、物流管理等領域具備廣泛的應用空間和廣闊的市場發展前景，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．辦學特色不明確。自我校材料化學專業招生以來，在辦學過程中發現在專業建設上存在一些薄弱環節，如專業學科定位不確定，專業人才培養目標不夠明確、課程體系中基礎課平臺不夠規范，課程設置不夠科學、合理等。究其原因，主要由于材料化學專業建立時間短，辦學經驗不足。

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

3．實踐、實驗教學條件欠缺。實踐、實驗課程是培養學生的動手能力、分析問題和解決問題能力必不可少的教學環節。起初，我們以三、四十人組成的實習隊伍進入企業、經濟實體實習。而今，大型企業自動化程度很高，實習生很難進入車間進行實踐操作，另外，經濟欠發達地區的大型企業為數不多，小型企業又沒有能力接收大量的實習生，加上實習經費的短缺等原因，無法實現“大部隊”形式的實習。在實驗教學方面，由于條件所限，只能開出部分專業課的實驗。

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

二、課程體系的優化策略

課程體系是高校人才培養目標、課程指導思想、課程設置、課程結構及教學管理模式的綜合體現，是學校辦學特色、學科專業特色和人才培養特色的綜合反映。課程體系是否科學合理，對培養高質量人才目標具有決定性的意義。今年，為提高教學質量，適應社會對人才的需求，學校開展了人才培養和教學體系改革研究，重新制定“2012版本科人才培養方案”，借此契機，化學與環境科學學院對材料化學專業課程體系作了重新修訂，通過選擇、整合與調適等措施進行了材料化學專業課程體系的優化。

(一)調整教學計劃，優化專業基礎課內容

教學計劃是一門課程授課的整體規劃，隨著社會經濟和科學技術的發展，教育結構不斷發生變革，教學計劃也必須不斷改革。在本次修訂人才培養方案的同時，材料化學專業也調整了教學計劃，對各門課程的教學內容進行了優化。

1．無機化學課程?，F行的材料化學專業課程體系中，無機化學是大學一年級學生的必修課程。本課程的教學直接影響大學一年級的學生的學習思維方式和學習習慣。也是他們從中學的學習方式轉變為大學學習方式的關鍵時期。在本階段，我們有意識地培養學生的獨立思考能力和自學能力。無機化學課程內容包括理論部分和元素部分，對于材料化學專業的學生來說，無機化學課程的理論部分是課程的核心，元素部分是輔助內容。在調整教學計劃前，我們就無機化學課程的講授內容對本專業三屆(90人)學生進行了問卷調查，結果顯示，89%的學生不贊成講解課程的全部內容，認為無機化學元素部分可在教師指導下進行自學。

在元素部分的教學中，教師以典型元素的性質進行講解，然后同學生一起討論，通過實例指導學生去認識一種元素、一族元素以及一類元素，逐步了解元素的結構—性質—功能之間的關系，使學生掌握學習元素化學知識的方法。另外，我們在化合物的性質教學中，教會學生如何查閱相關工具書、參考書和手冊等，這樣，其余元素部分設置為自學內容。

2．高等數學課程。高等數學是材料化學專業的一門必修課程。目前我院材料化學專業使用的教材為“生化類”《高等數學》。隨著材料化學學科的知識量迅速增加，對材料的定性定量分析、材料結構分析、材料物理性能測試等技術的要求，需要高深的高等數學知識。因此，我們把材料化學專業的“生化類”高等數學調整為“理工類”高等數學。同時，在高等數學課程中增加了線性代數的內容，以達到材料結構測試和性能計算知識的要求。

3．材料結構分析方法課程。測試方法在材料化學專業的發展中有著非常重要的作用。隨著對材料的性能、組成和微觀結構的深入研究，新的研究方法、實驗方法和測試手段越來越多樣化。因此，我們把材料結構分析方法課程的教學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構和性能的儀器，然后學生到儀器實驗室進行觀摩，在教師的指導下學生自己動手測定樣品學習操作。另外，還可借助內蒙古功能材料物理與化學重點實驗室的部分高檔儀器進行學習。

4．專業前沿知識講座。課程內容應隨著社會、科技的發展及時充實新知識。材料化學專業教材的內容往往是數年、甚至數十年的科學知識總結。為及時補充材料科學領域的新知識，我們將現代材料科技成果融入到教學中，用前沿的材料科學研究內容去充實陳舊的教學內容，在人才培養方案中增加了專業前沿知識專題講座課程，及時傳授本學科的前沿知識和最新研究成果、動態。

(二)加強實踐教學，優化課程類型

多元化的實踐教學是培養學生創新和動手能力的最有效的手段，通過實驗來研究物質及其變化規律，使學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、一定的科學研究能力和一般的創新能力［3］。根據“高等院校理工科教學指導委員會通訊”所提倡的高等院校材料化學專業規范討論稿的要求，材料化學專業的實踐課程有基礎課實驗、專業基礎課實驗、專業課實驗、專業實習、畢業論文等等內容［4］。在材料化學專業實驗教學中，充分考慮實驗內容的科學性和系統性，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的主要內容，以培養學生的創新能力。學院全面開放所有實驗室，給學生創造開展專業綜合技能訓練的場所，提高學生的實驗能力。目前，在各級有關部門的支持下，按材料化學人才培養方案的要求，材料化學實驗室基本具備完成基礎課、專業基礎課和專業課的實驗教學條件。學院倡導請相關的知名企業家、工程師指導部分實踐教學，實現學校與地方大中小型企業的對接。

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

(三)增設自學選修課程，優化課程結構

當今，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合型人才。材料化學專業教育不僅要傳授材料科學相關的知識，更重要的是傳授獲取知識的方法，使學生學習相關領域的新知識，適應社會的需求。因此，在材料化學專業課程體系中增設自學性選修課程是社會和科學發展的必然要求。培養學生自學能力是豐富學生知識面的重要措施，是教師的基本職責，也是素質教育的必然要求。

教學理念和觀念的提升是培養學生自學能力的前提條件，激發學生的學習興趣是培養學生自學能力的關鍵所在，創建學生自主學習的氛圍是培養學生自學能力的重要環節，科學指導學生自學是培養學生學習能力的基本內容，科學的評價標準是促進學生自學的原動力［5］。為了培養學生的自學能力，在材料化學專業課程體系中增設自學性選修課是一重要措施。如“化學與社會”、“化學史”等課程我們設置為自學性選修課程。這樣給學生創造自學的機會和環境。

篇9

明確將無機非金屬材料專業的培養目標定位在地方經濟建設需要的無機非金屬材料工程高級應用型人才,突出“一定基礎知識支撐、適當寬度專業口徑、突出某一專業方向、強化專業實踐能力、博專共存、以專為主、長短兼顧、持續發展”的特點，強調知識、能力和素質的協調發展，強調學生的工程實踐能力的培養與培育。通過教學計劃、教學內容、教學方法和教學手段的改革，突出工程實踐教學，強化實踐技能的培訓；確保學生工程實踐能力的提高。無機非金屬材料工程專業的人才培養方案在修訂后開設了兩個培養方向：

（1）傳統無機非金屬材料方向（硅酸鹽及耐火材料），培養學生利用高新技術提升傳統產業（水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料等），在節能減排的技術改造中發揮作用。

（2）新型無機非金屬材料方向。加強學生對“廣泛材料”了解、認識、掌握的培養模式，通過對先進陶瓷材料、復合與功能材料、薄膜與微晶玻璃、材料表面改性等課程學習，在自主擇業中能快速適應新材料領域的工作環境。我專業在這兩個培養方向上，形成了以國家、企業需求為牽引，將材料基礎研究與新材料應用開發相結合的特色發展模式。

2以應用型人才培養目標為中心，優化無機非金屬材料工程專業課程體系

根據市場需求和學科發展，即主動適應社會發展，做到“一個專業，兩個方向，自主選擇”?！白灾鬟x擇”，即強調學生個性發展，增加選修課和選修覆蓋面，使學生有更大的自主選擇空間。在此指導思想下，對無機非金屬材料專業課程體系進行優化。

1）公共基礎平臺。按照教育部工科大學生培養要求由學校統一設置，分為必修課和選修課，該平臺提供了工科大學生應掌握的基本知識和人文素質。

2）專業基礎平臺。分為必修課、無機非金屬材料工程一級學科基礎課程、無機非金屬材料工程二級學科基礎課程。該平臺的設置可使學生掌握材料工程師所需的基礎知識和基本理論，為后續課程學習奠定基礎，對學生考研也有很好的作用。

3）專業課平臺。分為：

（1）專業方向限選課，此為無機非金屬材料工程專業的特色，學生在三年級自主選擇，分傳統無機非金屬材料方向和新型無機非金屬材料方向進行學習。

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

4）實踐平臺。分為：通識實踐課、學科實踐課、專業特色實踐課（分兩個專業方向）、畢業設計（論文）。

3總結

篇10

項目承擔單位：中國紡織科學研究院，天津工業大學、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領域。

隨著特殊作業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，其生產技術和市場一直被美國、日本等少數國外幾家大公司所壟斷。自上世紀80年代開始，我國投入大量的人力、物力和財力進行導電纖維的研究開發，但一直未實現導電纖維的產業化規模生產。因此，開發具有自主知識產權的導電纖維對于打破國外壟斷、提升我國功能纖維及其產品的國際競爭能力具有重要意義。

本項目系統研究了復合導電纖維的導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與技術難題，開發出導電纖維成套設備與工藝技術軟件，實現了復合型導電纖維的產業化。研究了導電粉體的表面修飾條件，提出了產業規模的導電粉體表面處理、分散及成纖聚合物多相體系紡絲成形的技術方法，建立了導電粉體在聚合物基體中的分散模型，開發出導電母粒制備技術；在國內首創了紡牽一步法導電長絲工藝，獨創了“FDY+短纖化后處理”的復合導電短纖維工藝流程，將纖維的導電功能性與可加工性有效統一，開發出溶解一涂覆型等新型系列導電纖維產品；在成纖聚合物多相體系紡絲動力學研究基礎上，研制了多種截面的復合導電纖維專用噴絲板、組件等紡絲關鍵設備，解決了導電組分易團聚、紡絲熔體易堵塞管路等產業化技術難點；揭示了各種條件對纖維導電性能的影響規律，提出了纖維導電通道模型，建立了科學有效的纖維、面料與服裝的導電性能測試與評價體系，開發出上百種導電纖維功能面料，形成了導電纖維復合紡絲設備與生產線設計、導電母粒制備與導電纖維生產、導電功能面料及產品設計與加工、產品性能評價等成套產業化集成技術。