前言：中文期刊网精心挑选了表面化学论文范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
表面化学论文范文1
为满足学术型和应用型研究生以及交叉学科研究生培养的需要，对我校研究生全校公选课“表面物理化学”进行了教学改革和实践。建立了满足研究生分类培养的课程内容体系，基于不同类型研究生的学习需求和本科基础来组织实施教学和考核，教学中注重教学与科研相结合、理论与实践相统一，使课程适应两类研究生和交叉学科研究生人才培养的需要。
关键词：
全校公选课；硕士研究生；表面物理化学；分类教学
2007年，哈尔滨工业大学(哈工大)开始在一级学科进行硕士研究生分类培养的改革试点工作[1,2]。2009年，哈工大化工学科开始实施硕士研究生培养模式改革，确定了学术型和应用型研究生培养方案，其中“表面物理化学”既是学术型研究生的学位课程，也是应用型研究生的学位课程。同时由于表面、界面科学在化学、化工学科和其他交叉学科研究中作为共性的基础理论支撑作用，“表面物理化学”在研究生院统一协调下确定为全校公选课，除化学、化工学科外，还服务于其他交叉学科研究生的培养。那么，“表面物理化学”成为全校公选课后，针对各种类型学生的学习需求和研究生分类培养的需要，如何确定课程内容体系？如何组织和实施教学？以及如何在教学过程中实现教学与科研、理论与实践的有机结合？这些问题则成为“表面物理化学”课程建设和改革的关键。针对以上问题，我们基于“表面物理化学”课程特点，从学术型和应用型人才培养以及交叉学科研究生培养的具体要求出发，进行了全校公选课“表面物理化学”分类教学改革和实践。
1“表面物理化学”分类教学内容体系的确立
表面科学因其学科交叉特色突出，越来越受到人们的重视。国内外各理工科类高校一般都为研究生(材料、化学、化工学科居多)开设了表面科学类课程。从课程内容看，主要是讲授表面科学基本原理及应用和表面科学分析方法，并有针对性地对表面科学不同应用领域(如催化、纳米材料等)进行深入介绍。各个学校讲授的内容侧重各不相同，课程名称也不一致。我校化工学科从20世纪80年代起就为化学、化工学科研究生开设了“表面物理化学”课程，在长期的课程建设和发展过程中形成了适于(学术型)研究生培养的课程体系。
1.1分类教学的必要性
研究生分类培养是教育发展过程的必然选择[3,4]，它涉及研究生培养的各个方面和环节，其中也包括课程内容体系的确定及教学的组织和实施。虽然2009年制定的培养方案中“表面物理化学”作为全校公选课，供化学、化工学科以及其他交叉学科的研究生选修。但是，在开始的教学实施过程中仍然为各类学生集中上课。在教学过程中，注重表面物理化学原理的讲授以强化基础，还注重将基本原理与能源、材料、生物、环境等国际热门领域和学术前沿相结合，启发学生的科研思路和创新意识。在教学过程中，采用了多种教学方法(设立讨论课、自学报告和课程作业等)，针对不同类型的研究生提出不同的学习要求：如学术型研究生在讨论课中要求讲述表面物理化学在当今学术前沿领域的研究成果和进展，应用型研究生要求讲述表面物理化学基本原理在工程实际中的具体运用，而交叉学科的研究生则要求讲述表面物理化学基本原理与本学科的交叉实例。在自学报告和课程作业方面也根据学生类型的不同而提出了不同的要求。这样，一定程度上满足了学生分类培养的要求。然而，从前期的教学实践效果看，该课程教学中存在如下问题：(1)这种统一集中上课的教学模式，存在着教学追求全面性与不同类型研究生学习需求不同的矛盾，使得分类培养的针对性不强。(2)从学生反馈来看，学术型研究生认为表面物理化学基本原理的学习过于简单，而交叉学科的研究生由于化学基础薄弱而认为理论介绍难度过大，内容偏多。这一问题还导致学生成绩分布不合理，交叉学科学生选课的积极性不高。因此，“表面物理化学”课程切实的分类教学改革势在必行。
1.2适应分类教学的“表面物理化学”课程内容体系的确立
“表面物理化学”分类教学要依据研究生培养目标所需要的知识结构，统筹考虑本科已有的基础和不同授课对象的需求。在研究生分类培养的新形势下，“表面物理化学”课程作为全校公选课，在教学内容上既要满足化学、化工学科学术型和应用型这两类人才培养模式的需要，又要满足非化工学科研究生选修本课程的新需求。在教学过程中，既要满足学术型研究生对表面/界面科学知识的深度和系统性的需求，又要满足应用型研究生将表/界面科学知识有效运用于工程实际的需求，还要使得其他交叉学科研究生能够建立界面观点、掌握表/界面基本原理并能运用于自身的科研工作中。此外，本课程还要为不同研究方向的研究生奠定理论基础。化工学科目前有9大具体研究方向(表面与界面化学，高分子复合与改性，化学电源，金属电沉积与化学沉积，功能材料制备与性能，催化剂与催化反应工程，生物合成与分离工程，生物分子工程，新能源化工)，涉及到能源、材料、生物、环境四大国际热门领域和学术前沿。这些领域都需要从分子水平上研究材料、能源、生命中的相界面物理化学变化规律，这里涉及界面的共性知识和理论是本课程重要的内容体系。因此，本课程以表面/界面的物理化学原理和规律为基础，以界面科学及应用新进展为前沿，以拓展科研思路与方法、培养创新精神和能力为目标，把各具体学科研究方向要求的知识结构细化为知识点，用知识点间的逻辑关系，协调界面物理化学原理、规律、应用及前沿进展的内容，进行分类教学内容体系的构建。本课程从化工学科9大研究方向中，凝练出3个共性的表面科学知识和理论方向，即表面热力学基础、固体表面与界面以及表面活性剂。在此基础上，针对化学、化工学科的学术型研究生的需要，重点介绍固/液界面的电化学热力学与电结晶过程中成核与长大的影响因素及润湿规律等；针对化学、化工学科的应用型研究生及食品、航天、材料等交叉学科的研究生，重点讲授固体表面态和键合、表面层结构性质及表面改性技术，以及润湿现象的应用等内容。基于上述思路，修改了化工学院的研究生培养方案，取消了原来的“固体表面与键合”课程，将其有关内容纳入“表面物理化学II”，作为应用型研究生的学位课程及非化学、化工学科研究生的全校公选课；原“表面物理化学”改为“表面物理化学I”，作为学术型研究生的学位课。
2“表面物理化学”课程分类教学的组织和实施
在课堂教学组织与实施中，首要考虑的是学术型和应用型这两类研究生培养目标的不同及交叉学科研究生的学习需求。“表面物理化学I”是针对化学、化工学科的学术型研究生开设，重点在于基本理论的深度理解和掌握。在教学过程中偏重于演绎法，从解释表面现象开始，深入到基本原理的推导过程和基本规律的理论分析，注重知识体系的系统性和完整性；将表面科学的学术前沿与表面科学基本理论结合起来，提高学生对学术前沿中表面科学问题的认识深度；同时，在教学过程中注重培养学生的科研意识、科研兴趣和科学思维习惯。“表面物理化学II”是针对化学、化工学科的应用型研究生和交叉学科的研究生开设的。其教学过程中偏重于采用归纳法，从各类表面现象及工程实际应用入手，在物理化学知识的基础上介绍表面科学的基本知识和理论，注重基本理论与工程应用实践的结合，加强培养学生在工程应用过程中发现表面科学问题和运用表面科学原理的能力，突出表面科学原理在工程实际中的应用创新和实践创新。其次，在教学过程中还要考虑研究生原本科阶段的表面化学以及物理化学课程的知识基础。我校化工学科为本科生开设了表面化学类课程“应用表面化学与技术”，化学学科开设了“表面化学”，还有服务于全校本科生的创新研修课“应用表面化学基础”。但是化学、化工学科每年招收的硕士研究生有相当一定比例的学生在本科阶段没有学过表面化学类课程，而交叉学科的研究生学习过此类课程的人数更少。为解决这一类研究生表面化学基础薄弱的问题，我们建议有条件的学生选修相关的表面化学类本科生课程。另外，由于本课程对本科生的物理化学知识要求较高，因此针对没有物理化学基础的学生(主要是来自交叉学科的研究生)，要求课外自学由授课教师指定的相关内容，或利用绪论课适当补讲相关内容。再次，通过累加式考核的导向作用，细化各项考核的要求，加强不同类型研究生的分类培养。“表面物理化学I”针对学术型研究生对系统的基础理论和学术前沿知识要求高的特点，确定考核内容如下：闭卷考试，占60分，考核基本理论和原理等；讨论课每名学生以PPT方式讲述与本人课程相关的表面科学前沿问题，占20分；以理论推导和讨论为主的开卷考试，占10分；以教材为蓝本自学其中的第二章固体表面的自学报告，占10分。“表面物理化学II”针对应用型研究生和交叉学科研究生注重理论与工程实际相结合的特点，采用如下考核方式：闭卷考试，占50分，考核基本理论和原理等；讨论课每名学生以PPT方式讲述表面科学问题或表面分析方法在工程实际的应用，占20分；作业占20分，包括运用表面基本原理对某一表面现象和问题进行解释和综述某一固体材料表面或界面的几何结构和电子结构两个方面；随堂开卷测验2次，共10分。
3通过教学与科研相结合、理论与实践相统一，服务于两类研究生人才培养
研究生的课程教学不仅是传授基础理论和专业知识，也是拓展科研思路与方法、培养创新精神和能力的有效途径。表面物理化学内容的学科交叉特色突出，使得该课程具有教学与科研、理论与实践相结合的优势。本课程在满足教学基本要求的前提下，利用界面化学涉及面广的特点，引导学术型研究生从界面的物理化学原理和规律走向学术前沿、应用型研究生将表面化学基本理论应用到工程实际，使“表面物理化学”课程教学有效地服务于研究生的分类培养。
3.1教学过程中注重教学与科研相结合
本课程在长期的建设和发展过程中形成了课程组，建立了适合于研究生培养，特别是学术型研究生培养的课程体系，在教学与科研相结合方面也进行了大量卓有成效的工作。本课程组的授课教师利用自身的科研优势，将自己与表面科学相关的研究成果运用于教学之中，启发学生的科研思路、培养科研兴趣；课程组成员的部分研究成果直接转化为与课程内容对应的实验项目，纳入学院的研究生实验平台[5]之中，建立学院层面的“表面物理化学”课程实践环节；此外，课程组教师在研究生培养环节上，服务于科研方向与表面科学密切相关的研究生导师，对研究生学位论文中与表面科学相关的内容进行把关和理论指导，反馈于科研工作。
3.2加强理论与实践相统一，强化应用型研究生工程实践能力培养
针对我国研究生人才培养和实际需求脱节的问题，2009年起教育部即宣布研究生培养将从过去的学术型为主转变为应用型为主，现在应用型研究生招生比例逐年增加[6]。为提高我校化学、化工学科应用型研究生的工程实践能力，化工学科在研究生院的支持下建立了校内外实践基地[7]，并与“表面物理化学II”有机结合起来，工程实践活动成为课程的生动实例。如在课程组成员参与建立的“化工学科应用型研究生校内实践基地”，研究生可以在生产线上进行锂离子电池制造各个环节的实践活动，包括材料合成、电极制备、电池组装及电池性能检测，全面系统地掌握锂离子电池的制造技术，培养化工学科研究生的工程实践能力，提高其对产品设计、产品制造的系统观、全局观，特别是使学生体会到了本课程的基本原理和规律在电池制备中的理论指导作用，真正做到了理论与实践的统一。再如在化工学科的“上海山富数码喷绘复合材料有限公司校外实践基地”，研究生可以进行从胶水、涂料、涂布、贴合、分切，到产品包装的一条龙生产实践，使应用型研究生能真实了解企业生产和研发的基本过程，又深刻体会到界面问题的重要性。
4“表面物理化学”课程分类教学实践效果
全校公选课“表面物理化学”课程的分类教学在我校研究生院支持下正式实施以来，本课程的学生成绩分布更趋合理，学生选课情况和学习兴趣都呈现了良性的发展态势。从学习效果看，此前本课程闭卷考核中成绩优秀的学生都集中在化学、化工学科，并以学术型研究生居多；现在由于分类教学中基于不同类型学生的学习需求，调整了教学内容和考核要求，使得学术型和应用型研究生各出现一定比例的优秀生，特别是来自交叉学科的研究生成绩也出现了优秀。其二，分类教学实施后，选“表面物理化学II”课的交叉学科研究生从航天、食品、材料学院又增加了机械、电子和能源等学院，表明分类教学法的实施符合交叉学科研究生对表面化学类课程的学习需求。因此，可以预期“表面物理化学”全校公选课会吸引更多的交叉学科研究生选课，选课波及面也会进一步加大。其三，由于课程学习内容与各类研究生的培养目标更为一致，从而使得研究生的学习兴趣提高，学生主动学习的意识明显增强。特别是课间学生找老师讨论问题的现象明显增多，既有对课堂上课程学习内容的讨论，也有把自己课题方向中与表面科学相关的问题与授课教师交流。学生反馈结果表明，选修此课的研究生对“表面物理化学”分类教学普遍认可。另外，我院应用型研究生在培养上增加了校内外实践基地的实践与考核环节，从学生对校内外实践基地实践活动的总结报告中可以发现，有相当一部分学生将表面科学问题与具体的工程实践结合起来，将在“表面物理化学”课程中学习的知识原理直接运用到具体实践之中。在教学过程中设置的讨论课上，有一定比例的研究生将自己将要进行的硕士研究课题中的表面物理化学问题在课堂上与老师和同学直接交流，这样授课教师可以直接进行理论指导，使教学更好地服务于研究生的学位论文工作。
5结束语
我国高校研究生阶段人才培养的全校公选课一般为英语、数学或思想政治理论课等。而理论性较强的“表面物理化学”课程如何发挥其全校公选课的作用、有效地服务于研究生的分类培养，是“表面物理化学”课程建设的首要问题。哈工大化工学院“表面物理化学”课程组在我校研究生院和化工学院的支持下，对“表面物理化学”分类教学改革进行了有益的探索。但是要真正实现从原来单一地服务于学术型研究生培养到服务于学术型和应用型两类研究生的分类培养，还需要进一步的理论研究和实践。
作者：姚忠平 姜兆华 黄玉东 岳会敏 安茂忠 韩晓军 尹鸽平 单位：哈尔滨工业大学化工学院
参考文献
[1]丁雪梅,甄良,宋平,杨连茂,魏宪宇.学位与研究生教育,2010,No.2,1.
[2]丁雪梅,甄良,宋平.研究生教育研究,2011,No.5,1.
[3]阮平章.学位与研究生教育,2004,No.8,21.
[4]吴爱祥.中国高等教育,2013,No.18,58.
[5]丁雪梅,甄良,宋平,杨连茂,魏宪宇.学位与研究生教育,2009,No.11,13.
表面化学论文范文2
关键词：铝合金；渗透探伤；无损检测；影响
中图分类号：TG115 文献标识码：A
渗透探伤是五种无损检测方法中对非磁性材料表面进行探伤的方法。目前已经在生产和检验中广泛应用，该技术已经发展的较为成熟。渗透探伤可以将渗透剂最大限度深入到铝合金工件表面开口的缺陷中，让检测人员清晰的识别出工件缺陷。
1 渗透探伤发展概况
渗透探伤可以有效的对铝合金工件进行表面缺损检测，虽然检测结果具有可靠性和全面性，但是避免不了受到一些因素的影响如操作方式不当或渗透探伤剂性能不好等。因此铝合金工件的渗透探伤的研究包括渗透探伤剂的研究以及相关操作工艺的改进等。
1.1渗透探伤剂
工业中最早使用的渗透剂是未添加染料的干粉显象着色法。到了三十年代初期使用荧光渗透探伤法，同样是不添加荧光染料的干粉显象法。但是这两种渗透剂的灵敏度比较低，已经无法满足当今工业生产的需求。
1.2渗透探伤操作工艺及标准
渗透探伤操作工艺对试验结果的依赖性较强，而在理论支撑上比较匮乏。所以渗透探伤的发展过程实际上就是在不断改进和完善探伤工艺。最近二十年，国内国外发表的有关渗透探伤工艺方法方面的论文占渗透探伤论文综述的70%以上。
1.3渗透探伤理论概述
渗透探伤理论建立在多个学科基础上，如化学、表面化学、物理和表面物理等学科。渗透探伤技术的发展，基本是直接使用与其相关学科的成果，但是这些学科已有的成果及理论，基本是定性说明，而渗透探伤不是单纯的理论或学科，而是一门检测技术，更加需要理论上的定量结果予以支持。因此渗透探伤理论的探究重点是显象机理和渗透机理。
2 铝合金工件渗透探伤的影响因素及解决措施
2.1温度因素
2.1.1温度对铝合金工件渗透探伤的影响
铝合金工件表面随着温度的升高会有一定程度的膨胀，依据是物体热膨胀原理，因此温度升高会使缺陷处膨胀，从而增大裂纹宽度、使开口变大，渗透剂的渗透能力也会随之提高，特别是微细裂纹的反映会更加明显。但是裂纹开口如果太宽，就会失去毛细作用对探伤效果有负面影响。而且工件温度升高会使其表面的渗透剂温度提高，从而下降渗透剂黏度、增加流动性，流动性增加后自然渗透能力随之提高。另外，由于气体平均动能只受温度影响，因此工件温度升高，会加剧裂纹中气体分子的运动强度，内压升高会使部分气体排出。相反，如果温度较低的渗透剂将裂纹开口封住，则内部气压下降，负压现象就会形成，也能提高渗透剂渗透能力。所以说温度对渗透探伤的效果影响较大，根据大量实验数据证明温度过低时缺陷难以清晰的显示。渗透探伤规定的标准温度范围在15摄氏度到50摄氏度之间，但实际的温度往往低于标准范围，对渗透探伤效果有很大影响。
2.1.2解决方法
如果工件温度低于15摄氏度（即标准范围最低值），此时探伤不仅要执行探伤标准，还需要在清洗后进行烘干，然后再进行渗透操作，这样可以使工件温度高于15摄氏度，以降低温度对渗透探伤的负面影响。可以将工件温度降低到温度标准值最低值以下，对浸入工件表面缺陷内的清洗液进行清除，根据反复试验证明，使用这种方法其裂纹显示最清晰的情况下，温度为-6摄氏度。
2.2油脂影响
2.2.1油脂对铝合金工件渗透探伤的影响
毛细现象为铝合金工件渗透探伤提供物理基础，但是如果工件经常处在油脂中，那么缺陷位置就很可能浸入一些油脂，从而形成堵塞。常用的清理方法无法将缺陷中的油脂清除干净，这就会阻碍渗透剂的浸入，从而影响工件渗透探伤结果。在清洗中如果方法不当，也会在工件表面留下清洗液，由于清洗时间都较长，清洗液也会一定程度浸入到工件表面缺陷中，从而对渗透剂浸入造成影响，导致最终渗透探伤结果不够精准。
2.2.2解决方法
如果要进行渗透探伤的铝合金工件长期处于油脂环境中，可以利用溶剂型清洗法或蒸汽法进行清理，而且要在铝合金工件表面形成加温区域，温度在110摄氏度左右，这样可使缺陷干燥，对克服缺陷的堵塞有力，提升渗透探伤的精准度。将长期浸油的工件试样经过上述方法的处理，探伤后裂纹可以清晰的显示出来。
3 铝合金工件渗透探伤过程的安全问题
渗透探伤剂基本是由多种化学物品制成，这些化学物品会具有一定程度的挥发性、刺激性、毒性和易燃性，有可能会引发爆炸。因此为了确保工作人员的身体安全，进行渗透探伤的场地要求有齐全的防火、防毒和通风设备。在进行渗透探伤时不仅要确保保持良好通风，加强防火防爆措施，操作人员也尽可能佩戴防毒面具，避免有毒害气体或渗透剂被吸入。另外，渗透探伤过程中使用的清洗剂的润湿作用和油脂溶解作用能力都很强，如果长时间接触会使皮肤变红、粗糙、裂开，甚至被灼伤或患上皮肤病，因此对清洗剂要进行严格的检验，坚决杜绝使用劣质产品，同时对操作人员的操作规程严格规范，尽量杜绝一切不正当操作。
结语
在实际铝合金工件的渗透探伤过程中会遇到更多问题，需要有关部门结合铝合金工件特点进行详细分析，并采取一定措施避免或降低影响。渗透探伤剂是探伤过程中的重要决定因素，因此日后对铝合金渗透探伤的探究要更加重视渗透探伤剂的研制。另外，随着计算机技术的发展，要实现计算机自动化渗透探伤的实现，以此降低人为误差，提高铝合金渗透探伤的可靠性。
参考文献
[1]周嘉梁.关于铝合金零件渗透探伤时应注意的问题，陕西省机械工程学会2008.
表面化学论文范文3
关键词：物理化学课程 教学方法 职业教育
物理化学是冶金、材料各专业的一门基础课程，物理化学学习的差与好影响到接下来专业理论课程的学习。作为一门必修课，相比其他高职高专中有机化学等化学课程，物理化学具有概念的抽象性、逻辑性强，规律的前后相关性强，学习过程中应用其他学科的知识面广，计算公式繁多等特点。因此，学习者要想掌握好物理化学这门课程，不仅要具有良好的基础化学知识，还必须具有一定的高等数学和普通物理学的基础。物理化学课程作为材料专业与冶金专业学生学习的一门必修课、一门理论课、一门专业基础课，教师怎样教好、学生如何学好这门枯燥难学的课程，都存在困难。本文从物理化学课程教学的自身特点和逐步培养学生学习兴趣方面入手，对这门主要的基础课的教学方法进行一些粗浅的探讨。
一、适当减少理论深度，加强应用
物理化学这门课理论性、系统性很强，内容较多而抽象，公式又多，每个公式有其特定的使用条件和范围，所以学生接受起来感到有一定的困难，特别对于高职高专层次的学生，数学、物理和化学基础比较薄弱，学起物理化学来倍感吃力，听课很辛苦、作业很难做。这就对老师的课堂教学提出了更高的要求，作为教师应该因材施教，充分考虑到授课对象是基础比较差的学生，对物理化学理论的获得不应以大而多为目标，而是以够用、能懂为标准，并且能满足各专业学生学习专业课的需要，就可以了。对于大量的物理化学公式，推导过程复杂并且涉及到大量的高等数学的知识，要让学生都记住和掌握是不可能的，也是没有必要的。其实数学推导过程只是获得结果的一种手段，不是目的，所以对于一般公式及其推导过程，要求理解就可以不要求掌握，对于特别重要的公式要掌握其使用条件和物理意义并且要牢记。物理化学理论性很强并且概念规律偏于抽象，授课过程中要适当加以淡化，并且多联系一些简单易懂的实例。如在热力学第一定律和热力学第二定律的讲解中，遇到具体的计算时，重点关注化学反应过程的能量改变、反应的方向与限度以及反应的速率，而淡化对抽象物理的讲述，方便学生理解和接受。
二、根据不同专业需要，侧重不同教学内容
物理化学这门课程内容的覆盖程度广、综合度高，它包括了热力学、化学动力学、表面化学、溶液等知识内容。在实际的讲授过程中，不同专业对同一课程有不同的要求。对于物理化学这门课程，不同的专业不能用同样的讲课方法讲述同样的内容。根据不同的专业的教学大纲要求，对教学内容进行删减取舍。作为物理化学核心内容的热力学第一定律和热力学第二定律，是每个学习物理化学的学生必须学习的内容，可以不考虑是否与专业理论密切相关。而对于化学动力学应用部分，则可以根据实际教学情况，根据不同专业自身教学大纲和学时安排的要求，有选择、有侧重地讲述。如材料成型与控制技术专业在热力学应用部分要加大学时，重点讲授。化学平衡、表面化学应是材料工程技术专业的重点内容，在该专业的湿法冶金中经常用到化学平衡原理、表面活性物质等概念。而化学反应速率应是冶金专业有色方向的重点内容，多项反应、扩散等内容出现在铝电解的课程中，溶液应是冶金黑色方向专业的重点内容，而胶体化学、电化学和冶金技术专业相关很少，基本不用作为教学内容。应该特别指出的是，物理化学删减教学内容不是删减一些该讲的内容，要综合考虑教学大纲和整门课程体系的完整性，抓关键抓主要。
三、教学中恰当安排随堂加强直观教学
实验教学在物理化学课程的教学中占有十分重要的地位，它与物理化学课程紧密配合，通过实验教学，学生不仅可以巩固和加深对物理化学原理的理解，提高学生对物理化学知识灵活应用的创新能力，还培养了观察和分析问题的能力，加强学生动手能力，培养严肃认真、实事求是的科学态度和作风。例如，在讲解多相平衡反应这一章节时，我们让学生先做碳酸钙热分解的测定实验，这是一个典型的多项平衡反应。在学生有了对多项反应感性认识的基础上讲授这部分内容。像这样的做法还有很多，如实验室用蒸馏水洗涤容器为什么要少量多次和分配定律相联系，分离操作中的陈化原理和开尔文公式相联系等。
总之，恰当地将教学内容与实验操作联系起来，遵循“实验操作中的问题――引入讲授新内容――给出答案”，可以培养学生的科学思维能力与解决问题能力，提高学习物理化学的积极性。
四、列举实际生活实例，提高学生学习兴趣
物理化学知识其实存在于我们生活中的方方面面，只要稍加留意，就会在衣食住行中找到和物理化学有关的现象。因此在组织教学内容时，特别注意恰当地将教学内容和生活中学生遇到的实例结合起来，使学生认识到理论学习可以帮助解决实际问题，以此激发学生对物理化学这门课程浓厚的学习兴趣。将复杂的规律、原理、方法通过用熟悉、生动、简单的生活实例进行讲解，使学生容易接受，并且逐步培养兴趣。如考古工作中怎样根据动力学原理估算尸体的埋葬时间？根据一级反应的动力学方程，由于古尸上裹的碎布片中放射性元素碳14的衰变是一级反应，利用衰变半衰期及其活性可以计算出来。其他如陶瓷制品表面的结晶釉会产生富丽堂皇、光彩夺目的效果；打湿了的化纤衣服比全棉衣服易干，等等，这些奇妙的现象激起学生的兴趣后，就能促使他们去学习，当学生最终恍然大悟时，会深感学以致用的无限乐趣，从而投入到积极主动的思维之中，激发浓厚的学习兴趣，保证课堂教学效果。
五、贯穿人文教育，培养科学文化素养
物理化学中涉及的科学家很多，如盖斯、范托夫、克劳休斯、能斯特、范德华、阿伦尼乌斯、吉布斯等。他们发现建立的物理化学定理的方法不同，个人成长、成功经历也不同，在讲课过程中根据内容让学生去查阅科学家的生平、传记，了解他们成长的经历，写出小论文，有助于科学文化素质的养成。同时，在讲课过程中还可穿插一些科学家的小故事，把科学家观念的创新和科学思维的动人情节引入课堂教学，启发学生的创新激情，充分调动学生学习的积极性。比如发现了溶液中的化学动力学法则的荷兰科学家范托夫是第一位诺贝尔化学奖获得者，其他科学家像阿伦尼乌斯等等也曾获得过诺贝尔奖，通过在课堂中穿插这样的科学小故事，逐步培养学生的科学素养。同时，还可以讲讲我国物理化学的发展及作出贡献的中国物理化学科学家，培养学生们的爱国热情。
因此，物理化学的教学不应仅仅是向学生传授综合了数学化学的理论知识，培养其实验操作能力，更应是一种课程文化、科学文化的熏陶。
物理化学课程是一门基础理论性和实践性都较强的课程，对其他相关学科的专业课基础理论产生一定作用和影响。它在冶金与材料各专业教学中具有重要的基础地位。通过对教材选择、内容取舍、深浅把握、教学应用等方面多做思考研究，以取得更加良好的教学效果。
参考文献：
[1]王桂英.物理化学课程教学方法探讨.湖南冶金职业技术学院学报，2004（12）
[2]何红岩，马晶军，藏晓欢，李卫宁，任希霞，高等农林院校《物理化学》课程教学改革刍议.河北农业大学学报（农林教育版），2006（12）
[3]蔡邦宏.物理化学教学的几点体会.科教平台，2006（1）
表面化学论文范文4
徐仲榆自诩的“第三个春天”从这里起步。
“人家不要了，我捡回来不是蛮好的”
一位体魄健康的长者，一辆破旧的单车，一副永远在路上思考的模样。这就是徐仲榆在路上给人的第一印象。
徐仲榆创业的“工棚”――湖南大学新型碳科学研究所也和他一样质朴，不注重外表。研究所总共约有600平方米，主车间约百十平方米，里边堆满了自制的机床。在它的一角，用几张桌子拼成简易的多用途车间会议室，接洽谈判、给学生授课、师生交流都在这里进行。西墙上一幅国画《不老松》是一名工友之作，下边有一块大黑板，用来记载实验数据。
徐仲榆的办公室设在一个复式结构的“阁楼”上，沿主车间东墙南侧一架窄窄的铁梯拾梯而上便到了――中间几张桌子拼一块儿，旁边不知是哪踅摸来的一个小书架，上下两层都是书，相当简陋。紧邻主车间西墙北侧，是一间狭长的阅览室，几张桌子凑到一块就是一个大展台，自北向南依次摆放着各种荣誉证书、优秀论文指导教师奖杯、博士生论文、硕士生论文、本科生论文、历年科研鉴定、各类碳科学刊物、实验材料等。再往里是几间小房子，每间不过十几平方米，多是实验室。几张老式电脑桌，每张中间立块玻璃就是实验台。
实验室里除去做实验用的仪器设备外，里边坐的、用的，都是些老掉牙的电器家具，包括旧空调、旧器具和那些杂七杂八的桌子、椅子、立柜……在徐仲榆眼里都是宝贝，他把它们从学校的各个角落捡来，修缮后再用，其中有百十个被丢弃的干燥器，差不多得值万把块钱，也被他搜罗来，都派上了用场。
“人家不要了，我捡回来不是蛮好的？”徐仲榆对研究所的设备颇为满意。
“恢复搞业务，60岁起是我的第三个春天”
13年前，徐仲榆从湖南大学常务副校长的位子上下来时，已年届六十。至此，从他做系主任算起，已经连续搞了10年行政。再往前，他教过物质结构及固体物性、量子力学、量子化学、物质结构、表面化学、复合材料等课程；再前，他教过英语、俄语、数学、物理、化学，做过载波、测量，搞过选矿理论与应用研究，并且取得了显著成果。
“60岁，人家退休，我开始恢复搞业务。”13年前，他说自己人生的第三个春天该是时候了。
徐仲榆的第一个春天是在刚解放时，那时他是一个非常激进的热血青年，至今他还清晰地记得当时参加全上海200万人街头游行的壮观场面。
徐仲榆的第二个春天就是粉碎“”以后全中国知识分子的春天。
徐仲榆的第三个春天，是从这“工棚”――湖南大学新型碳科学研究所开始的。
“工棚”的前身是金防（金属腐蚀防腐）电镀车间，由于年久失修，早已破烂不堪，徐仲榆卸任副校长之际，决定利用这地方开办湖南大学新型碳材料研究所，瞄准世界碳材料领域开创自己的又一春，把耽误的时间补回来。
徐仲榆踌躇满志地找到“金防”管事的，用自己的经费换来了早已破烂的车间。接着，他又争取到了创业的合法身份――湖南大学新型碳材料研究所。有了牌子，有了公章，在他来看，这就够了。剩下的一切都要靠自己。
今天的徐仲榆回忆起往日从工棚起步的艰难，连用了三个排比，“这就是从一个荒草丛生的地方，从一个灰尘堆满的地方，从一个狼籍到处的地方，变成了今天这样。”
没有开办费，他从自己课题经费中拿，没有帮手，他用自己课题经费雇了一个退休职工…… 天下无难事，只怕只有心。在徐仲榆等的努力下，研究所终于像模像样地办起来了。
从那时开始，湖南大学新型碳材料研究所和徐仲榆研究成果不断涌现。其中，“高模量炭纤维连续长丝及新型纤维石墨化设备”获1995年湖南科技进步一等奖；“ZGJ―100―26X真空感应烧结炉”获1996年司法部科技进步一等奖；锂离子二次电池用炭负极材料的性能指标已超过国家同类产品的性能。
“搞出了成绩，外国人也会找你合作”
2004年4月13日，一位法国人下飞机，出机场，上高速，行色匆匆赶到徐仲榆的“工棚”――湖南大学新型碳科学研究所，他是来履行合约安装调试设备的。
这是徐仲榆的最新动作。他刚刚搞了一个名叫高温分析示范实验室的法中联合体，从法国引进了一套高温热分析仪。据他介绍，这种设备国外只有法国和德国两个国家有，我们国家只有沈阳金属研究所和湖南大学新型碳材料研究所各有1台。
这套设备的到来，表明徐仲榆和湖南大学新型碳材料研究所的研究成果和权威地位进一步得到国际同行的认可。
早在2002年10月，徐仲榆就因其成就被在北京召开的Carbon’02国际碳素会议推选为大会名誉主席，并代表中国作了大会报告。这次会上，他一人带去了5篇论文，让与会者惊讶不已。
2003年10月，经过极为严格的推选程序，他获得首届中国碳素杰出成就奖。徐仲榆的研究成果，不仅受到同行的肯定，也引起了一位搞热分析研究的法国专家的极大兴趣。这位法国专家向法国Setaram公司总部汇报后，受总部指派多次往返于法中之间与徐仲榆洽谈合作事宜，最终促成了高温分析实验室法中联合体在湖南大学新型碳材料研究所的诞生。
法国人的这套设备也叫综合热分析仪，最高使用温度只有2400度，比不上徐仲榆自己设计制造的最高使用温度可达3000度的炉子。虽然如此，它的作用仍不可小视。比如在进行基础理论研究时，通过一个热天平，可以称量出到达某个温度时，试样由于热分解失去的重量。而这一点恰是徐仲榆原有设备的不足。这套设备，为研究所攻克碳纤维加热中有关速度上的技术难点创造了条件。
徐仲榆是个谈判高手。综合热分析仪从法方最初要价人民币300万，一路猛跌到93万元，还外搭3个软件、7种易消耗件，可以派人到法国去培训，路费、学费全由法方负担等，中方只需回报一个条件，就是以实验室名义发表文章，给他们做招牌。
为官之道：领导就比群众多1
徐仲榆常说：“我本赤条条来，还将赤条条去，留下几个脚印，当回首往事的时候，脚印没歪，就足已了。”
他55岁就任当副校长时，就职演说只一句话：“在位时想想下位的时候。”含义有两层：第一，我本是老百姓，不要盛气凌人；第二，上台不为人，下台必受窘。他这么说也这么做，在那个位子上为官5年，管科研、工厂、设计院、资产，所有财物进出都有明细帐，一分不贪，一分不欠；所有房子、课题经费都给别人；妻子是有色冶金设计院的高级工程师，有一段时间单位效益不好，他当时分管设计院，不说是校领导，就是单凭教授、博导，把妻子调过来也不能说是过分要求，可是他恪守“五子登科我不沾”这条戒律，坚持没把妻子调过来。
徐仲榆想：“你要找我调爱人，我自己爱人没调来；你要找我要房子，我自己没有房子。这样腰板才挺得直，说话才有底气。”他家住房最宽绰时不过70来平方米。
“领导就比群众多1，群众是零；1减0等于1，但1非常重要，后边带的0越多，群众越多，带1个0是10，带两个0是100，带3个0是1000……倒过来，你躲到后边，那就成了0.1，0.01 ，0.001……”他这样形象生动地总结为官之道。
在徐仲榆看来，为官为学同样的道理。“工棚”里，冬天没有暖气，夏天没有冷气，他全然不顾。从官位上下来这么多年，他远离尘嚣，远离利禄，和学生们、工友们一起，一个猛子扎进“工棚”，寒来暑往，悉心钻研。
“他们是我的一千只手，一万只手”
徐仲榆的“工棚”还有个后花园。与“工棚”内不同，后花园是一派地道的田园风光，清新、恬静，还有几分幽香。园里有葡萄架和各种树木，玉兰树、黄杨木、罗汉松、雪松、桃树、枇杷树、石榴树、桂树、柚子树……树旁有绿地、花卉、水池、甬道，置身其中，好不惬意。最显眼的当属南墙上的一块碑刻《桃李园》，是他的工友之作。
徐仲榆的科研工作也有后花园――带学生。带的学生，既有本科生和硕士研究生，还有博士研究生。他带他们一起做实验，给他们讲课，指导论文。他的阅览室、柜子里，有很多学生的毕业论文。学生毕业后，他就是用自己的经费把他们的论文，包括他们的考卷、笔记，一一整理，装订成册，然后编号、排序、归档。另外，在他这里还有各项科研成果鉴定材料、参加国际学术会议的材料，以及国内外有关的各种杂志等等。徐仲榆说，学生到了他这里，要读书有书，要做实验能做实验，要查文献有文献，他就是要给学生们提供最好的环境。
“人是社会性的，有好影响也有坏影响。”徐仲榆认为，传道授业解惑，首要的在于传道。作为一个教育工作者，重要的是培养人，“我们不是为搞科研而搞科研，更重要的是通过科研培养一批人，使他们在科研中成长。”他说他之所以要把学生论文摆在荣誉桌前边，就是体现这个主导思想，他之所以有力量，就是因为“这批人已经是我的一千只手，一万只手了”。
“有心人天不负。”现在，他培养的博士生在美国的有16个，都是在国家一级的实验室。还有很多学生在国内教育、科研等部门以及碳素行业担任要职。眼下他还带着8名学生。
硕士研究生陈晗说：“徐仲榆导师让我受益终身，做事认真，要求严格，不能有半点马虎。有一次停电了，我却忘记关闭电源，结果烧坏了炉子，他很严厉地批评了我，话不多，却刻骨铭心。”
得意门生刘超说：“能来这里很幸运。徐仲榆导师不仅传授给我们知识，而且用行动教育我们做人。比如下雨了，他可以把伞让给学生。像这样细微的事情很多，常常让我们感动。”
表面化学论文范文5
[论文摘要] 本研究是针对产业升级、产品换代和市场需求而开发的家电彩板卷材新型功能涂料。通过纳米材料深加工制备纳米改性剂的方法对传统材料进行改性，研制的纳米改性彩板卷材涂料的性能得到了显著提高。通过这一研究，既为纳米材料 工业 化应用找到了市场，也为国内家电、汽车行业用彩板产品的升级换代做出了有益的探索。
彩板卷材的制造还是我国近年 发展 起来的新兴朝阳产业，深受建筑业和成型加工制造业的青睐。但是，我国目前彩钢板带产品还是以通用型为主，质量一般，品种单一，约85%的产量用于建筑业，而用于汽车、家电领域的高端产品，还是依赖进口。为了改变这种现状，我们在应用纳米材料对传统材料的改性技术方面进行了研究，使通用型卷材涂料的性能得到了全面改善和显著提高，为探索提高家电板卷材质量进行了有意义的尝试。
1 实验部分
1.1 原辅材料
①纳米氧化铝及纳米氧化锆粉体(大连路明纳米材料有限公司)；②小分子型纳米超分散剂(自制)； ③a370氨基交联树脂(首诺)； ④z-390聚酯、s-199封闭型聚氨酯(无锡阿科力化工有限公司)； ⑤adp、kc等涂料助剂(顺德赛富龙化工有限公司)；⑥通用着色颜料(市售)；⑦s-150芳烃溶剂、pma、dbe高沸点溶剂等(市售)。
1.2 设备仪器
①phn-06实验型珠磨机(德国派勒公司)；②lbm-t1变频高速分散机、lbm-t2实验室篮式砂磨机(东莞郎力机械有限公司)；③101-1a型数显电热干燥箱、xb12~25线棒涂布器、qjl型牛顿冲击试验器、mikrotest6g涂层测厚仪、tcb漆膜杯突仪、wxj-ii t弯机、pph-1铅笔硬度计、dc-p3型全自动测差计、mg268-f2光泽度仪、zhy自动划痕仪、fqy025a盐雾腐蚀试验(化玻仪器商店市售)、tem-ii型扫描隧道透射电镜(国产)。
1.3 纳米改性剂的制备
在 电子 秤上称取原始粒径≤50nm的粉体纳米氧化铝200份于2000ml塑胶杯中， 加入800份n-甲基吡咯烷酮和5份小分子型超分散剂，置于lbm-t1高速分散机分散20~30min，再移至填充有ø0.05~0.1mm锆珠的phn-06实验。
1.4 新型家电板卷材涂料的制备
涂料设计配方见表1-1。面漆-ⅰ(空白对照)、面漆-ⅱ及面漆-ⅲ,均按常规涂料生产工艺制备，使用lbm-t2篮式砂磨机研磨分散细度至≤10µm，过滤、制板、检验。
表1-1 纳米材料改性家电板卷材涂料基础配方
原 材 料
重量份，wt
面漆-ⅱ
面漆-ⅲ
s-150芳烃溶剂
z-390聚酯
a370氨基交联树脂
纳米氧化铝超细粉体
adp助剂
kc助剂
中闪银颜料
涂料助剂 *
(al 2 o 2 ) n x- nmp 纳米改性剂 **
pma/dbe(混合比=4∶1)
8.0~12.0
50.0~55.0
6.0~10.0
1.0~3.0
1.0~1.5
0.2~0.5
5.0~8.0
2.0~3.0
--
5.0~8.0
5.0~10.0
50.0~55.0
6.0~10.0
--
1.0~1.5
0.2~0.5
5.0~8.0
1.0~2.0
5.0~15.0
3.0~5.0
* 涂料助剂包括: 分散剂、防沉剂、消泡剂、流变剂等；** 无需与其它组分混合研磨，后添加分散均匀即可；面漆-ⅰ不添加纳米材料。
2 结果与讨论
2.1 纳米氧化铝表面改性前后的微观表征
本研究对纳米改氧化铝改性前后进行了微观表征，见图2-1所示。
(a) 改性前的纳米氧化铝粒子的团聚状态
(b) 改性后的纳米氧化铝的分散状态
(c) 被小分子型超分散剂包覆的纳米氧化铝粒子
图2-1 纳米氧化铝改性前后的(tem)电镜照片
纳米粉体粒子大多是疏液的团聚体，因此常需要对其进行表面处理后，才能实际应用。利用表面活性剂使高分子化合物、无机物、有机物等物质覆盖于微粒子表面，以达到表面改性的目的。从以上电镜照片可以清晰地看到，纳米粒子改性前后的差异性。通过使用小分子型超分散剂对纳米粒子表面进行外膜层(胶囊式)修饰，在粒子表面包覆上一层膜物质，使粒子表面特性发生改变。图2-1(c)与(a)不同的是，包覆的这层膜是均匀的。
纳米改性剂一般都是先制备分散浆或悬浮液，再添加到聚合物或涂料体系中进行化学或物理改性。分散浆或悬浮液的制备过程多采用机械力的破坏作用，如采用高剪切、珠磨、球磨、辊压研磨等方式，消除纳米粒子团聚体微粒之间的库仑力和范德华力，从而使其均匀地分散在介质当中。由于辅助使用了纳米粒子表面活性剂(如超分散剂等)，其结构中的锚定基团，通过离子键、共价键和氢键等与纳米粒子形成多点吸附，就可以在纳米粒子表面形成一层单分子或多分子的保护层，从而降低了粒子的表面张力。当包覆了保护层的粒子做布朗运动相互接近时，保护膜互相压缩、重叠，导致体系能力升高和自由能增大，在粒子间产生空间位阻势垒，使其很难再发生团聚。高分子保护膜增大了粒子之间最接近的距离，减小了范德华力的相互作用，同时也增大了空间位阻效应，吸附层越厚，空间位阻就越大，分散就越好，分散体系就越稳定[1]。
当然，以上是从机械力的角度分析了高分子表面活性剂对纳米粒子分散原理。但还有另一种解释，就是采用同电相斥、异电相吸的原理，选择与纳米粒子所带相反电荷的高分子表面活性剂，通过异电荷吸附原理在纳米粒子表面形成均匀排列的保护膜层。由于高分子表面活性剂包裹在粒子外层空间形成了同电排斥的屏障，从而使纳米粒子的分散体系处于稳定状态。若纳米粒子在分散介质体系中的固体含量不超过颜基比的限值，该分散体系呈悬浮液状态；若颜基比超过限值，该分散体系呈浆稠状态[2]。
本文之所以在此讨论纳米粒子团聚体与分散态的重要性，是因为通过进一步的深入研究和实验，得出的数据结论具有普遍意义和代表性。
2.2 纳米材料对涂料性能的影响
2.2.1 (al2o2)nx-nmp改性聚合物的光谱表征
图2-2是表征纳米氧化铝改性剂对卷材涂料用的传统聚酯改性前后的红外图谱。毋庸置疑，二者存在显著的差异性。
unmodificd为改性前的图谱；modificd为改性后的图谱
图2-2 纳米氧化铝改性聚酯前后的红外光谱
2.2.2 涂层性能测试
纳米氧化铝不仅对传统聚合物的改性具有积极的作用，做为传统涂料用改性添加剂，为研究其对涂层性能带来的影响，依据hg/t3830-2006卷材涂料国家行业标准，本实验对面漆-ⅰ、面漆-ⅱ进行了性能对比检测试验，结果见表2-1。
表2-1 纳米材料改性家电卷材涂料物理机械性能 项 目
指 标
面漆-ⅰ *
面漆-ⅱ
面漆-ⅲ
细度,µm
粘度(涂-4杯),s
涂膜外观
涂层厚度,µm
漆膜密度,g/cm 3
光泽(60º),%
划格附着力,级
t弯试验,t
杯突试验,mm
耐mek擦拭,次
反向冲击性,j
铅笔硬度(擦伤)
人工老化试验
(uvb-313,1000h)
耐中性盐雾试验
5~10
110~115
平整光滑
25~35
1.1~1.2
88
3
6
100
9
3
变色2级
粉化1级
1000h,2级
5~10
115~120
平整光滑
25~35
1.1~1.2
85
3
6
100
9
3
变色2级
粉化1级
1000h,2级
5~10
100~105
平整光滑
25~35
1.4~1.6
92
2
8
300
9
6
变色1级
粉化0级
2000h,1级
注：试验钢板厚度0.75mm；漆膜为中闪银色；底涂为锶黄或锌黄
通用环氧或聚酯卷材底漆；*为空白对照。
以上检测结果执行标准：光泽度(60°): 采用mg268-f2光泽仪，按标准gb/t9754测定；铅笔硬度:采用pph-1型铅笔硬度计，按标准gb/t6789测定；耐冲击性:采用qjl漆膜冲击器，按标准gb/t1732测定；t弯试验:采用wxj-ii t弯机，按标准gb/t1731测定；耐盐雾性试验:采用日产fqy025a型盐雾试验箱，按照jisz2371盐雾试验方法测定。
2.2.3 纳米材料性状对涂层性能的影响
纳米氧化铝(al2o3)在对传统材料改性方面的应用，主要是利用其以下几方面的特性[3]：
1.特异的光学性能。在红外波段有很宽的强吸收效应，对波长在80 nm左右的紫外光也有很好的吸收效果。因而是优良的红外、紫外光屏蔽材料。
2.高表面化学活性。粒子表面有丰富的失配键和欠氧键，粒子本身富含孔洞(孔洞率高达30~40%)，具有很高的化学活性，在高分子合成方面具有广泛的应用前景。
3.优异的机械性能：高弹性、高硬度、高强度、耐高温、耐磨损。
4.优良的化学稳定性。用其制作耐腐蚀涂层材料，在纳米涂料应用方面已有成功的先例。
针对纳米氧化铝的这些特性，就不难解释表2-1的检测结果所表现出来的某些特异现象。
(1)纳米氧化铝做为改性剂，其添加形态和方式对影响涂层性能的差异性很大。以粉体形态添加到涂料组分中加工涂料与以制品添加剂(分散液)的形式后添加到研磨好的涂料制品中，对涂层性能的影响完全不同。前者对涂层性能的影响似乎不大；后者对涂层性能的影响则发生了质的飞跃。这种差异性说明，纳米材料在涂料中的应用，只有真正实现纳米化的添加，才能展现纳米现象和纳米效应，才能对传统材料实现真正意义上改性。
(2)纳米氧化铝改性剂对涂层性能的提高主要表现在涂层密度的变化，即同等干膜厚度，面漆-ⅲ比面漆-ⅱ的涂层密度平均增加了30%，这显示出面漆-ⅲ的涂层致密度的提高，导致了漆膜光泽度、附着性、坚韧性、耐磨性、抗划伤性、耐溶剂性等综合性能得到全面提升。一般情况下，漆膜硬度与柔性呈反比关系，而本实验的涂层机械性能却表现出非常规性，硬而不脆(6h/2t),杯突试验也达到8mm，耐mek擦拭超过300次而不露底…，这一系列的卓越性能，是纳米现象和纳米效应的展现。添加纳米粉体的涂料涂层，漆膜t弯性、光泽和硬度等性能与空白对照组没有明显差异；而添加纳米改性剂的涂料涂层，与空白对照组和添加纳米粉体组，则有显著提高。这说明，漆膜柔韧性提高，光泽增强，同时具有较好的硬度，是由于纳米改性剂粒径小、吸油量低等特点，因此能够增强漆膜的表面光滑性、硬度。
(3)由于纳米氧化铝具有很宽泛的光学效应，对紫外光有很好的吸收效果，因此经其改性后的涂层表现出优异的抗老化性(1000h的uvb辐照，变色1级、粉化0级)，可以防止光照引起的褪色，并提高色彩的稳定性。
(4)本实验表明，面漆-ⅰ与面漆-ⅱ的耐盐雾腐蚀没有明显差异,这可能与纳米团聚粉体的分散程度相关；添加纳米改性剂后的涂层(面漆-ⅲ)耐腐蚀性能增强，盐雾试验则通过了2000h，耐蚀程度达到1级。一般而言，固化后的有机涂层是由高分子基材和大的颜料颗粒组成的,这样就不可避免地产生微小的孔,也称为“结构孔”。而空气中的h2o和o2分解后产生的h+和oh-通过这些结构孔能不断地参与涂层的电化学腐蚀反应，导致漆膜被腐蚀。如果在传统涂料中加入分散状态的纳米材料，这些结构孔(孔径大于1nm)将会被填充，从而提高漆膜的致密度和耐腐蚀性能，实现腐蚀介质的“零渗透”。同时利用纳米材料大的表面积和表面能，可提高被保护金属和涂层之间的不饱和键之间的结合强度，增强涂层与基体(金属底材)以及涂层与涂层之间的结合力[4]。
3 结语
由于本实验辅助使用了纳米粒子表面活性剂(即小分子型超分散剂等)，其结构中的锚定基团，通过离子键、共价键和氢键等形式与纳米粒子形成多点吸附，就可以在纳米粒子表面形成一层单分子或多分子的保护层，从而降低了粒子的表面张力。当包覆了保护层的粒子做布朗运动相互接近时，保护膜互相压缩、重叠，导致体系能力升高和自由能增大，在粒子间产生空间位阻势垒，使其很难再发生团聚。高分子保护膜增大了粒子之间最接近的距离，减小了范德华力的相互作用，同时也增大了空间位阻效应，吸附层越厚，空间位阻就越大，分散就越好，分散体系就越稳定[5]。
运用纳米技术改进传统卷材涂料的方法很多，本文着重探讨了采用化学-机械制程法，添加纳米改性剂改性传统的卷材涂料，并测试涂料及涂膜各项性能，讨论纳米材料分散状态对涂层性能的影响。研究实验表明:
1.现有的通用涂料机械设备，是无法重新实现纳米粒子团聚体的纳米化过程，因此，也就无法展示纳米现象和纳米效应；
2.利用专用机械设备(如德国派勒公司的phn纳米珠磨机),配合使用小分子型超分散剂, 采用机械-化学制程法,可以实现纳米团聚体的二次纳米化过程，制备稳定态纳米改性剂；
3.只有稳定态的纳米材料才能实现对传统聚合物或涂料的改性，全面提升传统材料的理化性能，从而在真正意义上体现纳米科技效应。
参考 文献
[1] 张玉龙等. 纳米改性剂.国防 工业 出版社.2004版.
[2] 张玉龙等. 有机涂料改性技术.机械工业出版社.2007版.
[3] 童忠良主编. 纳米化工产品生产技术.化学工业出版社.2006版.
表面化学论文范文6
关键词：纳米零价铁 水化学 课程学习
中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（c）-0002-05
铁是地球上除碳、氢、氧以及钙以外第五大常用元素，其标准氧化还原电势Eh0为-0.44 V，性质较为活泼强，具有强还原能力。零价铁（铁粉或铁屑）具有丰富的物理化学性质，可以快速还原水体中有机物、重金属等，是地下水原位修复中常用的材料。在水中发生反应生成二价（Fe2+）、三价铁离子（Fe3+），并以羟基氧化铁和（或）四氧化三铁的形式沉淀出来。而由于水与铁之间的反应，释放出氢气，产生氢氧根，从而对溶液体系的pH产生影响[1]。铁在水中与溶解氧发生反应，从而影响水溶液的氧化还原电位（ORP），而pH和ORP是水化学反应中最重要的参数。通过研究零价铁在水体中的反应以及对水体理化性质的影响，对于水化学动力学、配位化学、酸碱化学、氧化还原化学和相间作用等水化学课程学习提供实验数据和实践支持。
纳米零价铁不仅具有零价铁特性，即优越的电化学、配位化学和氧化还原特哀荣2米零价铁被认为是应用于环境修复领域的第一代纳米材料。纳米零价铁的研究可以追溯到1995年，Glavee等采用硼氢化钠还原三价铁的方法制备出纳米零价铁胶体[8]。1997年，美国里海大学的张伟贤教授采用液相化学还原法合成纳米零价铁，开创了纳米零价铁在环境治理领域的先河[9]。自此纳米零价铁在环境中应用研究受到国内外许多学者的广泛关注。研究表明，纳米零价铁是以明显的核-壳结构的形式存在，即内部为Fe0核，外面包覆氧化铁化合物，壳层厚度约2～3 nm。在过去的20年中，关于纳米零价铁的合成表征方法[10]、在水体、土壤中重金属修复研究领域的基础理论及应用研究层出不穷，形成了比较系统的水化学相关研究的系统表征方法和体系[11-19]。
在水化学课程学习中，选择环境领域应用广泛的纳米零价铁为研究对象，通过研究纳米零价铁材料的合成、系统表征纳米零价铁材料及在水体中相关参数研究，使得研究生在学习水化学这一理论课程同时，通过系统的实验设计、夯实的科研基本功，为研究生素质培养打下基础。
1 实验部分
（1）化学试剂
硼氢化钠（NaBH4）和六水三氧化铁（FeCl3・6H2O）购自国药集团上海试剂公司，为分析纯等级，实验用水为二次蒸馏水。
（2）纳米零价铁的合成
采用硼氢化钠还原六水氯化铁方法制备纳米零价铁。将0.05 M的FeCl3溶液放在三口烧瓶中，将同体积0.2 M NaBH4溶液以0.625 ml/S的速度用蠕动泵滴加到FeCl3溶液中，在制备过程中保持机械搅拌。待硼氢化钠溶液滴加结束后，机械搅拌30 min。上述溶液静置30 min后抽滤，并用去离子水和5%乙醇进行清洗。将制备的纳米零价铁保存于乙醇中。纳米零价铁制备的化学反应方程式如下：
Fe（H2O）63 ++3BH4-+3H2OFe0+ 3B（OH）3+10.5H2
（3）表征方法和技术
①透射电镜（TEM）
采用日本电子JEOL2010透射电镜对纳米零价铁颗粒进行形貌和结构表征。将样品用乙醇分散，滴加到碳膜上，将其放置到电镜的真空系统进行抽真空后进行测试。
②X-射线衍射（XRD）
采用Bruke公司的X-射线衍射仪进行晶体表征，在操作电压为40 kV和电流为40 mA的条件下，采用Cu靶激发碳单色器产生的波长为1.54060 ? X-射线，样品放置在玻璃片上，扫描角度为20 °到60 °。该扫描范围能够覆盖所有的铁及铁氧化物。扫描速度为3.0 °/min.
③X-射线光电子能谱（XPS）
英国Kratos公司AXIS Ultra DLD型多功能能谱仪（XPS）用于铁纳米粒子的表层结构分析。为了避免氧化，零价铁纳米粒子在充满氮气的手套箱中干燥、保存，待测试时之际转移到XPS测试舱中。采用单色话Al靶X射线源对纳米零价铁的固体表面和界面的化学信息进行测试，并对铁、氧的含量进行半定量分析，同时测定元素的化学价态及化学环境的影响。仪器采用C（1s）的结合能在284.6 eV进行校正。
④pH/标准电位（ORP）测定
将去离子水放置在蒸馏烧瓶中，充氮气30 min后用橡皮塞塞紧。此时溶解氧的浓度小于0.1 mg/L。在该去离子水中，投加一定量的纳米零价铁，放入pH、氧化还原电位电极，测定水体的pH和氧化还原电位。测定过程中保持搅拌速度为300 rpm。
使用之前对pH计进行校正，采用Ag/AgCl作参比电极测定体系的pH和ORP值。以Ag/AgCl作为参比电极，测试读数加上+202 mV即为标准电极电位[20]。
2 结果与讨论
（1）TEM表征
图2是新鲜和在水中氧化10天的纳米零价铁颗粒的TEM图。从图2a中看出实验室合成的纳米零价铁颗粒为球状，大部分颗粒粒径在60～70nm之间，大多数小于100 nm（图2b）。图2c，d是在水中氧化10天的纳米零价铁的TEM图。图2b，c，d表明，纳米零价铁是以链球状聚集体形式存在，氧化10天以后，有部分零价铁被氧化，以片层形式脱落下来，但是被氧化的铁仍然有磁性，纳米颗粒彼此之间是以链状形式存在。这从表面形貌方面证实了纳米零价铁在水中的反应。在无氧水中，纳米零价铁与水之间发生如下反应：
在水中有溶解氧存在，则铁与水及存在的氧气发生反应，方程式如下：
另外，根据溶液中溶解氧的浓度及pH等条件，Fe2+反应产生Fe3O4和Fe（OH）2，而Fe（OH）2易被氧化形成Fe3O4[21]：
而当水中存在充足溶解氧时有利于进一步形成FeOOH [22]：
（s）；
上述反应中生产的氢氧化铁、四氧化三铁、羟基氧化铁等化合物，解释了在水体中反应10 d后，透射电镜中鳞片状结构形貌的存在[21]。
（2）晶体结构表征（XRD）
纳米零价铁和在水溶液中反应10 d后的纳米零价铁颗粒XRD如图3所示。在新鲜纳米零价铁样品的XRD图3（a）中，我们观察到在44～45°处存在一个峰，这对应于单质铁的α-Fe的峰[23]。同时发现，该峰为宽峰，这表明纳米零价铁的颗粒较小。2θ为35.8 °和65.6 °处微弱的峰代表铁氧化物峰的存在。在水中反应10 d后，被氧化的纳米零价铁的XRD图3（b）中显示较多的峰存在。从图中可以看到，α-Fe的峰相对强度较小，氧化铁的峰明显增加。在2θ为27、35.4、52.5、56.9、63°处所出现的峰代表四氧化三铁、三氧化二铁及γ-FeOOH的存在，这是由于铁在含氧水体中反应而导致的[24]。
（3）新制备和在水中反应10天的纳米零价铁的X-射线光电子能谱表面分析
图4是新制备的和在水中反应10天的纳米零价铁的XPS谱图。图4（a）是样品XPS全谱分析，从图中可以看出，无论新制备还是在水中反应10 d的纳米零价铁，都是由铁、氧及碳等元素组成。从谱图看出，氧化后的样品中铁氧比变小，即铁的相对含量较小，这说明在水中氧化10 d后，零价铁发生氧化生成氧化铁。图4（b）为Fe2p谱，从谱图中观察到在710.6 eV、723.9 eV处有吸收峰，这分别代表Fe（2p3/2）和Fe（2p1/2）特征光电子结合能谱峰。该处存在的特征峰表明纳米零价铁颗粒表面层成分为铁氧化物[10]。
（4）纳米零价铁的氧化还原特性分析
零价铁的标准电极电位E0Fe2+/Fe0为-0.44V，容易失去两个电子形成Fe2+，对应的电化学半反应如下：
这说明铁具有提供电子的趋势，而在地下水环境中，主要电子接受体为水和溶解氧，即容易发生如下反应[13]：
根据上述方程式（2）、（3），我们发现，在水体中零价铁与水及溶解氧发生反应，使得体系的pH值升高。反应中释放出来Fe2+使得整个体系呈现还原性环境从而Eh下降。此外，根据方程2也表明，纳米零价铁颗粒表面首先吸附水分子，并进一步反应，从而在表面形成羟基基团。铁在水体系中发生反应，水的浓度远远高于其中铁的浓度，因此在纳米材料表面水的还原反应为主要反应。随着反应时间的增加，水中二价铁浓度增大，二价铁在水体中的存在使其成为强还原性环境。
图5是纳米零价铁在蒸馏水中的pH、Eh随着时间的变化曲线。从图5（a）中可以看出，由于水体中投加了纳米零价铁，溶液的pH由6上升到8～9。不管在溶液中投加几个毫克还是几百毫克的纳米零价铁，溶液最终的pH值的变化并不大，这表明纳米零价铁的投加量对于其值影响并不大。将纳米零价铁投加量增加到10g/L以上，整个体系平衡pH值仍然小于10（图未列出）。在缓冲溶液或流动的地下水环境中，纳米零价铁的含量对pH变化的影响更小。图5（b）是Eh随时间变化图。对于该反应体系中未加纳米零价铁时，反应体系的Eh为+400 mV；投加纳米零价铁后，迅速下降到-500 mV，这说明因为纳米零价铁具有大的活性表面和快速反应能力，反应产生的Fe2+使体系成为还原环境。根据图5（b），3 mg/L左右的纳米零价铁投加到水溶液中，短时间（
纳米零价铁具有能够迅速降低地下水Eh能力，不但被应用于水体中污染物的化学降解，同时可以形成模拟生物降解有机氯化物的环境。痕量的纳米零价铁投加到水溶液中，迅速降低溶液标准电位，并产生氢气和Fe2+，该环境适合厌氧微生物生长。
（5）纳米零价铁的去除污染物原理图
图6为纳米零价铁去除污染物的模型。研究表明纳米零价铁具有零价铁的还原性能和氧化铁的吸附性能[14]。由于其具有还原特性，不但可以用于有机氯化物中氯的脱除，还可以用于还原水体中重金属。由于铁氧化物良好的吸附性能，是水体中污染物去除的常用材料。在水中，铁氧化物不但可以作为配位化合物中心离子，而且作为配体形成配合物[25]。低pH条件下，铁氧化物表面带有正电荷吸引负电荷配体；pH值高于等电位点（pH值≈8）时，铁氧化物表面带有负电荷，与阳离子形成表面配合物。而足够量纳米零价铁（>0.1 g/L）投加到溶液中，溶液pH值维持在8-10之间[10]。
3 结语
纳米零级铁为具有丰富的物理化学性质的环境纳米材料。在水体中会发生一系列的物理化学性质变化，引起材料本身以及水体的物理化学指标改变。材料本身的物理化学性质变化，通过TEM、XRD、XPS进行表征。TEM结果表明，纳米颗粒粒径集中在1～100 nm之间，平均约60 nm同时在水体中反应过的纳米零价铁表面形貌有明显的差别，核壳结构的纳米零价铁的壳层变厚，同时有片层结构存在。XRD表征结果表明，新制备和氧化后的纳米零价铁的晶相成分明显不同，氧化后得样品含有多种铁氧化物。HR-XPS表征结果表明，纳米零价铁中单质铁成分的存在，在水体中发生氧化后，铁氧比变小，含氧量增加。纳米零价铁颗粒投入到水体中，pH、ORP等水化学指标也随之发生变化。水溶液中，投加2～3 mg/L的纳米零价铁就可使体系的ORP迅速下降到-500 mV的氧化还原电位。因此，以纳米零价铁为媒介，设计系列实验，安排到辅助水化学课程的学习中，具有重要的推动作用。纳米零价铁具有核壳结构，核主要是Fe0，壳层成分主要是铁氧化物，并具备还原性能和吸附性能双重性质。该材料对于许多污染物的修复具有良好效能，在环境修复领域广被研究，有系统成熟的科研方法可以借鉴，用于水化学的课程学习研究具有现实意义。
参考文献
[1] PONDER，S.M.；DARAB， J.G.；MALLOUK，T.E. Remediation of Cr （VI） and Pb （II） aqueous solutions using supported，nanoscale zero-valentiron[J]. Environmental
science & technology. 2000， 34（12）： 2564-2569.
[2] MATHESON， L. J.； TRATNYEK， P. G. Reductive dehalogenation of chlorinated methanes by iron metal[J]. Environmental science & technology. 1994， 28（12）： 2045-2053.
[3] ALOWITZ， M. J.； SCHERER， M. M. Kinetics of nitrate， nitrite， and Cr （VI） reduction by iron metal[J]. Environmental science & technology. 2002， 36（3）： 299-306.
[4] JOHNSON， T. L.； SCHERER， M. M.； TRATNYEK， P. G. Kinetics of halogenated organic compound degradation by iron metal[J]. Environmental science & technology. 1996， 30（8）： 2634-2640.
[5] CAO， J.； WEI， L.； HUANG， Q. etc. Reducing degradation of azo dye by zero-valent iron in aqueous solution[J]. Chemosphere. 1999， 38（3）： 565-571.
[6] HUNDAL， L.； SINGH， J.； BIER， E.etc.Removal of TNT and RDX from water and soil using iron metal[J].Environmental Pollution. 1997， 97（1）： 55-64.
[7] KIM，Y. H.；CARRAWAY，E. Dechlorination of chlorinated ethenes and acetylenes by palladized iron[J].Environmental technology. 2003，24（7）：809-819.
[8] GLAVEE， G. N.；KLABUNDER， K.J.；SORENSEN，C.M.etc. Chemistry of borohydride reduction of iron （II） and iron （III） ions in aqueous and nonaqueous media. Formation of nanoscale Fe， FeB， and Fe2B powders[J].Inorganic Chemistry. 1995， 34（1）： 28-35.
[9] WANG，C.B.；ZHANG，W.X. Synthesizing nanoscale iron particles for rapid and complete dechlorination of TCE and PCBs[J].Environmental science & technology.1997，31（7）：2154-2156.
[10] SUN，Y.P.；LI，X.Q.；CAO，J.etc. Characterization of zero-valent iron nanoparticles[J]. Advances in colloid and interface science. 2006， 120（1-3）： 47-56.
[11] PONDER，S.M.；DARAB，J. G.； BUCHER，J.etc.Surface chemistry and electrochemistry of supported zerovalent iron nanoparticles in the remediation of aqueous metal contaminants[J]. Chemistry of Materials. 2001， 13（2）： 479-486.
[12] KANEL，S.R.；MANNING， B.； CHARLET，L.etc.Removal of arsenic （III） from groundwater by nanoscale zero-valent iron[J]. Environmental science & technology. 2005， 39（5）： 1291-1298.
[13] KANEL，S.R.；GRENECHE，J. M.；CHOI，H.Arsenic （V） removal from groundwater using nano scale zero-valent iron as a colloidal reactive barrier material[J].Environmental science & technology.2006，40（6）：2045-2050.
[14] LI，X.；ZHANG，W.Iron nanoparticles：the core-shell structure and unique properties for Ni （II） sequestration[J]. Langmuir.2006，22（10）：4638-4642.
[15] LI， X.；ZHANG，W.Sequestration of metal cations with zerovalent iron nanoparticles a study with high resolution X-ray photoelectron spectroscopy （HR-XPS）[J]. The Journal of Physical Chemistry C. 2007， 111（19）： 6939-6946.
[16] RAMOSs， M.A.V.；YAN，W.；LI， X.-Q.etc.Simultaneous Oxidation and Reduction of Arsenic by Zero-Valent Iron Nanoparticles： Understanding the Significance of the Core?Shell Structure[J]. The Journal of Physical Chemistry C. 2009， 113（33）： 14591-14594.
[17] ELLIOTT，D.W.；Zhang，W.X.，Field assessment of nanoscale bimetallic particles for groundwater treatment[J]. Environmental science & technology.2001，35（24）：4922-4926.
[18] YAN，W.；RAMOS，M.A.V.； KOEL， B.E.etc.As（III） Sequestration by Iron Nanoparticles： Study of Solid-Phase Redox Transformations with X-ray Photoelectron Spectroscopy[J]. The Journal of Physical Chemistry C. 2012， 116（9）： 5303-5311.
[19] YAN，W.；RAMOS，M.A.；KOEL，B. E.etc.Multi-tiered distributions of arsenic in iron nanoparticles： Observation of dual redox functionality enabled by a core-shell structure[J]. Chemical communications. 2010， 46（37）： 6995-7.
[20] SHI，Z.；NURMI，J.T.； TRATNYEK，P.G.Effects of Nano Zero-Valent Iron on Oxidation-Reduction Potential[J]. Environmental science & technology. 2011，45： 15861592.
[21] LIU， Y.； MAJETICH， S. A.； TILTON，R.D.etc.TCE dechlorination rates，pathways， and efficiency of nanoscale iron particles with different properties[J].Environmental science & technology.2005， 39（5）：1338-1345.
[22] KIM， H.-S.； KIM， T.； AHN， J.-Y. etc. Aging characteristics and reactivity of two types of nanoscale zero-valent iron particles （FeBH and FeH2） in nitrate reduction[J]. Chem Eng J. 2012， 197： 16-23.
[23] WANG，Q.；LEE，S.；CHOI， H.Aging study on the structure of Fe0-nanoparticles： stabilization， characterization， and reactivity[J].The Journal of Physical Chemistry C. 2010， 114（5）：2027-2033.
