高分子材料的光学性能范例6篇

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高分子材料的光学性能

高分子材料的光学性能范文1

关键词:高分子材料;老化;老化原因;防老化措施

1高分子材料及老化现象

1.1高分子材料简述

高分子材料是指与人们生活息息相关的各种常见的材料,如塑料,橡胶,涂料,薄膜,纤维等。高分子材料被广泛应用于汽车工业,航空,建筑,军事建设等多种行业,为我国国民经济的发展做出了很大的贡献,同时也提高了人们的生活水平。但是高分子材料经常容易在强光,热辐射,水浸泡等因素作用下发生降解,失去其利用价值。

1.2高分子材料老化

高分子材料的老化由于其特性,使用条件的不同,发生老化的现象和表现出的现象也有很大不同。有的会变脆,变色,透明度下降等,也有的会出现弹性下降,变软,变粘等。归纳为如下几个方面:①外观变化:高分子材料在外观上的老化现象主要有:出现污渍,裂缝,斑点,银纹,粉化,发粘,收缩,或光学颜色改变;②物理性能改变:高分子性能在物理性能上老化的现象为:流变形能,溶胀性,溶解性变差,同时耐热性,透水性,透气性,耐寒性等也发生变化;③力学性能改变:力学性能的改变主要包括弯曲强度,剪切强度,拉伸强度,冲击强度等力学性能下降。同时,材料的应力松弛,相对伸长率等性能也会发生相应改变;④电性能改变:电性能的改变包括介电常数,表面电阻,体积电阻,电击穿强度等电化学性能的改变。

2引发高分子材料老化的原因

2.1内在因素

2.1.1材料的立体归整性

分子键排列规整的区域成为结晶区,不规整的区域成为非结晶区。这两种区域的分子排布差异很大,一般材料的老化发生在非结晶区,并逐步往结晶区蔓延。因此高分子材料的立体规整性对材料的老化会产生一定的影响。

2.1.2材料的分子量及其分布

材料的分子量和其分布直接影响了材料的老化性能。分子量分布的宽度影响了端基的数量,而端基的数量有决定了材料老化的难易程度。

2.1.3材料的化学结构

材料的链结构和聚集态结构直接影响了材料的性能。维持高分子材料聚集态的各分子间力中存在着很多弱键力,弱键很容易断裂产生自由基,这种自由基反应产生的物质会使高分子材料极速的发生老化。

2.1.4材料中的杂质

高分子材料的加工合成过程有时会引入一些杂质,或者残留一些化学助剂,这些都能引发高分子材料的老化。

2.2外在因素

①氧气:由于氧气的渗透作用,会与高分子聚合物上的弱键发生反应,引起主链结构的变化,从而引发材料的老化;②温度:温度的高低直接影响了高分子的性能和分子的断链速率。材料的温度越高,链运动速率越快,吸收的能量越多。当吸收的能量高于化学键的解离能时,链就会发生降解导致集团的脱落,使材料老化加剧。而当温度降低到一定程度,会阻碍链的运动速率,使高分子材料变得更硬,更脆;③湿度:水分子对材料的老化也有一定的影响。由于水分子的渗透性极强,会逐渐的渗透入分子间使材料发生溶胀,从而改变了分子间作用力。因此破坏了材料的聚集态,发生了老化现象;④光照:当高分子材料吸收的光能高于分子链断键的解离能时,会使分子链发生破坏,同时材料的结构也被迫发生改变,从而使材料的性能发生了改变,引起老化反应;⑤生物老化:在高分子材料的加工合成过程中,会使用一些助剂,助剂的使用同时也会引发霉菌的产生。霉菌微生物的生长代谢产生的分解霉和毒素不仅促使材料的被迫降解和老化,还会使接触者接触后感染到一系列疾病。

3高分子材料的放老化措施

3.1高分子材料的热老化预防措施

热老化预防措施主要通过改变材料的物理性质如温度。增塑剂是一种应用范围广泛的降低玻璃化温度的措施,可以使高分子材料在低温下保持原状态不发生老化。它包括分子增塑和结构增塑两种形式。分子增塑是指增塑剂在分子水平上与高分子混溶,从而降低了高分子链间的相互作用力,增强了材料的柔顺性。

3.2高分子材料的氧老化预防措施

在高分子材料的加工过程中,加入抗氧化物及含硫,磷有机化合物等,能够与过氧自由基发生反应,从而降低或终止老化反应进程。抗氧化剂包括两种类型,即自由基分解型和自由基受体型。这两种自由基抗氧剂协同作用,共同降低材料的老化速度。

3.3高分子材料的生物老化预防措施

霉菌是加快高分子材料老化的主要威胁。它能够在极短的时间内使高分子材料发生老化。

4结语

高分子材料的结构是及其复杂的,其功能众多。但其存在的老化问题也是亟待人们去解决的。上文已分析,引起高分子材料老化的因素有很多,其内部因素和外部因素共同作用引起高分子材料的结构改变,从而发生一系列的老化问题。在今后的研究中,必须要加大防老化的措施研究,才能从根本上解决高分子的缺陷。

参考文献: 

高分子材料的光学性能范文2

关键词:高分子材料 可降解 生物

1、前言

现代材料包括金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类。20世纪后,合成高分子材料的研究迅速增加,给人们生活带来了巨大的便利。随着高分子材料在各个领域的大量应用, 废弃的高分子材料对环境的污染已成为世界性的问题。治理白色污染和寻找新的友好型非石油基聚合物是当前全球关注的问题。 生物降解材料正是治标又治本的有效途径,也是我国可持续发展的需要。

2、生物降解机理

高分子材料的降解分为光降解与光学化降解、机械化学降解、热降解与热学化降解、臭氧引发降解、离子降解、辐射分解降解以及生物降解等。生物降解是指高分子材料通过溶剂化作用、 简单的水解或酶反应,以及其他有的机体转化为相对简单的中间产物或小分子的过程。

高分子材料的生物降解过程可分为 以下4 个阶段:水合作用、强度损失、物质整体化丧失和质量损失。依靠范德华力和氢键维系的二次、三次结构的破裂而引发的高分子水合作用以及可能因化学或酶催化水解而破裂的高分子主链使高分子材料的强度降低。对交联高分子材料强度的降低,可能由于高分子主链、外悬基团、交联剂的开裂等造成。高分子链的进一步断裂会导致分子量降低和质量损失。最后分子量足够低的小段分子链被酶进一步代谢为二氧化碳、水等物质。总之, 生物的降解并非是单一机理,而是一个复杂的生物物理、生物化学的协同作用, 还是一个相互促进的物理化学过程。目前为止,除了生物降解外,高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、 生物侵蚀及生物劣化等。

3、生物可降解高分子材料的应用

生物可降解高分子材料的应用范围很广,可用于农业、园林、水产以及装潢、包装、卫生、 化妆品等领域,由于成本等因素,目前研究多集中在生物医疗工程领域。

3.1农业、园林、土木等用材

农业、园林、土木等用材包括苗圃用膜材、树根包装袋、防草用地膜、多功能卷材、坡面防护绿化卷材等。各种膜材和功能片材的使用时间不同,有的要求 1 个季节,有的最少要求 1- 3 年,例如:在树苗培植的几年时间里,用于植树方面的材料最终慢慢降解回归土壤. 目前,一些先进的农业国家不断投资建造以家畜粪或农业废弃物为原料的堆肥生产装置,农用等可降解塑料也可通过这些装置回归自然.

3.2装潢、卫生、生活、杂品

装潢、卫生、生活、杂品、医疗用材包括地毯垫布、包装袋、壁纸、帽子、内衣、餐巾纸、桌布、茶叶袋等等。以上大多数都是一次性用品,用后掩埋或燃烧均无毒气产生,还可以与其他有机废弃物一起变为堆肥, 回归自然。值得一提的是,一些具有生物体适应性的生物可降解高分子材料,可以广泛地应用于与生物体相接触的地方,今后还将研究出更广泛的用途.例如:一种称为 “自由树脂” 的材料,能在60℃热水里化成一团软泥,可以加工成各种形状的装饰品、玩具、文具等。冷却后,有足够的强度并长期不变形,再加热后又可以形成新的造型。

3.3包装工程中的应用

在包装行业中,高分子材料的应用越来越多,但是大量废弃的包装材料给环境造成了巨大污染。仅靠减少使用量是不能根本地解决问题的,采用降解性高分子才是可行的办法。目前,各种包装材料中聚乳酸具有最大、最有潜力的应用市场。聚乳酸的阻气阻水性、可印刷性及透明性良好, 并且其基本原料乳酸是人体固有的物质之一,对人体无毒无害,在食品包装市场上有很大的前景。

很多大公司都看好这种新型的环保材料。可口可乐公司在盐湖城的冬奥会上用了50万只聚乳酸塑料制成的一次性杯子,这些杯子只需40天就可在露天的环境下消失得无影无踪。

3.4生物医学领域

生物可降解材料在医学领域上的应用原理是在机体生理条件下,通过水解或酶解,从大分子的物质降解为对机体无损害的小分子物质或者是小分子物质在生物体内自行降解,最后通过机体的新陈代谢完全吸收和排泄出去,对机体不产生任何毒副作用。生物降解材料已被广泛用于人造皮肤、缝合线、体内药物缓释剂和骨固定材料等外科手术中。聚丙烯、尼龙及聚酯纤维等合成纤维制成的医用缝合线不能被机体吸收,会产生排异的现象,而且在伤口愈合后还要进行再次手术才能去除。采用聚L-丙交酯(PLLA)、聚乙交酯及其共聚物等制成的外科缝合线,可在伤口愈合后自动降解并被生物体所吸收,无需拆线,现已商业化。用生物可降解的高分子材料制成的人造皮肤可应用于治疗烧伤换皮等场合。另外,在治疗过程中还可将抗生素类药物及骨生长调节蛋白、骨生长因子等植入材料中,可以防止感染并促进骨愈合,控制药物在体内的释放速率,使药物在体内能够保持有效的浓度,减小或消除副作用,尤其是在植入或附于病区时,则更能显示其优越性。微胶囊技术在控制药物定时释放、增加药物的稳定性、降低药物毒副作用和有效利用率等方面具有积极意义。

4、生物可降解高分子前景展望

目前,生物降解聚合物的开发与应用还存在一些问题,国内外普遍承认,降解塑料比同类现行塑料的产品价格要高许多。聚合物的降解性必然会损害产品的持久性,也会在一定程度上降低它的力学性能,从而限制生物降解聚合物的应用范围。尽管如此,随着环保法规的完善和人们环保意识的增强,生物降解聚合物市场继续增长,尤其是在包装材料、塑料薄膜、医用材料等领域的应用。然而就目前研究的成果而言,欲使其普遍使用仍需经过较长的时间。开发低成本、 具有降解时控性和高效性的生物塑料是这一领域以后研究的主要方向。

高分子材料的光学性能范文3

关键词:高分子材料;室内设计;应用;先进技术

室内设计是结合了艺术与技术的综合性的工程,他不仅需要规范标准的设计工艺,也追求着有创造力的设计理念和设计思想。因为材料是一种能将艺术形式与设计融合到一体的介质,室内所用的材料全部都是设计的现实支撑,创新型的不仅仅是材料使用方面的巨大的进步,更是整个设计的理念的推动力。

1高分子材料的概况

材料从大意上来说是对于室内设计中所应用的物质的整体称呼,并且不被形态,颜色以及材料所牵制。不管是宏观下的世界当中的物质的特征,比如:硬度,气味,色彩以及熔点等,还是在微观的角度来看物质的组成,结构等相关因素,室内设计对于材料的考虑都是比较整体而且全面的。与此同时,设计材料的创新和发展也可以推动设计的理念创新,高分子材料是整个材料科学在近代当中取得的较大的进步,对各个相关的领域都有着不可置疑的推动作用,人们对于设计在室内的要求是会越来越高的也是永无止境的,高分子材料也正是因为这样才得以存在。

2材料,艺术以及技术在室内设计当中的统一性

室内设计的中心思想就是创造出实用性与艺术的审美完美结合的居住环境,一并实现。创造力是没有止境的但是室内设计的实用性对于平衡技术与艺术的结合,对于设计师的技能要求比较高,室内设计以建筑物为主要的载体,虽然建筑工程对于理论非常的完善,但是对于技术性与艺术性在室内设计当中并没有形成一套完善的体系。因为技术性和艺术性在室内设计当中都在一些方面依托于材料的应用,所以以材料为整体切入点研究技术与艺术相统一并且应用于室内设计当中。

3高分子材料应用于室内设计当中

对于人类文明史的划分,相对具有代表性的就应该是据物资资料来进行相应的历史划分了,正因为这样,材料也就是物质资料生产水平的直接体现形式。在整个的建筑工程发展历史当中,因为建筑材料的使用有所不同导致东西方的建筑有着很大的差异,室内设计的风格大有不同。在东方文明当中将会以木材作为建筑当中的基本材料来使用,木质材料作为设计的基本依托,由此来渐渐的产生出梁架变换的内部设计的模式,例如:架,格,屏风以及隔扇等。而且因为木质材料具有强大的可加工性,渐渐的引发建筑变成了精于追求自然,技艺等显著的设计风格在室内设计当中。对于西方文明,大多数用石质为基础的材料,渐渐的形成出厚重感独特的加工特性,和融合了雕塑艺术的西方建筑以及室内设计多有的装饰手段,以厚重,宏大以及精美的雕刻艺术为主要的设计风格。正因为这样,在建筑领域当中的室内设计就是通过用材料把建筑设计的艺术性和其建筑艺术的实用性相互捆绑,从某一个角度来看,材料决定着室内实际与建筑工艺的发展方向,以及艺术风格。对于高分子材料而言,基于其本身的材料建筑的特性与室内设计的发展也表现出了鲜明的时代的特征。

4结束语

高分子材料有着质量较轻,容易加工,成本较低等多种优点,同时还有着各种各样的特性及功能。光电来转化高分子的材料可以用于室内的光线或者电力的供应;仿生的高分子材料更加可以应用于满足人们的生活当中的力学,洁净,以及热血方面的需求;环境敏感性的高分子材料也可以充分利用与环境的改变,未来还会有着更多的高分子材料的出现,以及目前已经应用的高分子材料的特性也会更加的完善。以塑料为高分子材料的代表当做现代建筑当中的主要材料,是因为高分子材料在室内设计当中的应用分析以及产生的重要作用。一塑料为载体的材料合成技术可能将是室内设计领域的新的发展方向。在这个新技术不断出现的时代,材料将是室内设计与艺术的审美的一种重要的融合媒介。特别是对于室内设计的领域当中对于设计思想变革产生的巨大影响的材料,高分子材料。高分子材料的影响力,优越性和发展的趋势有着极其重要的意义。

参考文献

[1]李进.室内设计中现成品材料的运用与研究[D].北京:中央美术学院,2008.

[2]马素德,宋国林,樊鹏飞,等.相变储能材料的应用及研究进展[J].高分子材料科学与工程,2010,26(8):161~164.

[3]王登武,王芳.乙烯树脂、混酸处理碳纳米管复合材料的制备与性能[J].中国塑料,2014,28(9):57~60.

高分子材料的光学性能范文4

新型高分子功能材料――磁性塑料

项目简介:磁性塑料是一种型高分子功能是现代科学技术领域的重要基础材料之一。磁性塑料按组成可分为结构型和复合型两种,结构型磁性塑料是指聚合物本身具有强磁与的磁体,这类磁性塑料向处于探索阶段,离实用化还有一定的距离;复合型磁性塑料是指以塑料或橡胶为粘合剂接加工而制咸的磁体。

磁性塑料的主要优点是:密度小、耐冲击强度大,制品可进行切割、切削、钻孔、焊接、层压和压花等加工,且使用进不会发生碎裂,它可采用一般塑料通用的加工方法(如注射、模压、挤出等)进行加工,易于加工成尺寸精度高、薄壁、复杂形状的制品,可成型带嵌件制品,对电磁设备实现小型化、轻量休、精密休和讥性能化的目标起着关键的作用。磁性塑料与烧结磁铁同样有各向同性和各向异性之分,在相同材料及配比条件下,各向同性磁性塑料的磁性能仅为各向异性磁性塑料的1/2―1/3。制作各向异性磁性塑料的方法主要有磁场取向法和机械取向法。

磁性塑料做为新型功能材料,以其固有的特性而广泛应用于电子、电气、仪器仪表、通讯、文教、医疗卫生及日常生活中的诸多领导中,其产量和需求量正在不断地增加,生产技术日趋完善,虽然目前磁性养料的研究及应用在我国尚处在发展的初级阶段,但在某些新的领域,已经得到应用,具有很大的发展潜力。

光功能高分子材料

项目简介:光功能高分子材料具有独立的知识产权,作为先进的防伪材料,将在防伪领域发挥重要的作用。利用它的光选择反射及选择透过性能,制备大众和二级防伪材料。它还可以在信息及显示领域获得应用。应用范围各种文件、证件和票券的防伪。药品和酒类等包装容器上的防伪,如化妆品瓶子包装的防伪;各种酒类的瓶子、农药瓶子、罐头及饮料瓶子包装或瓶盖的防伪;各种药品瓶子包装的防伪。各种商标防伪,如烟类、酒类;食品类、糖、茶类;日用品;光盘等电子产品。电子产品、光学开关、彩色滤光片等。

趋势意义:已通过鉴定。

多功能新型树形聚酰胺高分子材料

用于毒性很强的TNT红水处理,用量2%0时,可使其变为无色透明,COD的值由11万降为364,达到国家规定的排放标准;用于染料废水处理,如酸性红废水,用量为万分之一时,脱色率达98.7%,且脱色溶液的pH值为中性;用于石油废水处理,用量为ppm级,处理后,水中石油的含量达到1ppm;用于乳化炸药稳定剂,可使其贮存期由1个月增加到6~7个月;用于高分子合金的增韧增强剂,如用于PAll与PA6共混,用量0.25%,其它条件不变的情况下,抗拉强度提高11.7%,断裂伸长率提高42.4%,缺口冲击强度提高13.9%,拉伸模量不变。树形高分子及其衍生物还在催化剂、化学传感器、纳米原子簇制备、缓释药物载体、燃料电池、膜材料、信息贮存材料等国民经济各领域具有巨大的潜在应用价值。获得3项国家发明专利,在环境治理、工业炸药、高分子合金添加剂的应用方面取得良好的效果。

新型高填充改性高分子材料技术

项目简介:该项目通过对双转子连续混炼机的混炼转子进行改进,发明了一种高填充高效连续混炼机转子,同时对其混合特性和双转子连续混炼机在高填充高分子材料的混合过程中的操作工艺特性进行了研究,研究结果为其应用提供了理论基础;通过实验研究和理论分析创造性地提出了一种基于双转子连续混炼机的高填充改性高分子材料的混炼工艺,即填充浓度逐步递增混炼新工艺,解决了目前连续混炼机混合高填充物料存在的混炼温度与混炼剪切速率之间的矛盾,并在实际工业生产中得到了应用。

趋势意义:鉴定专家一致认为,新型高分子材料混合工艺及设备的研究提高了我国在高填充高分子母料的生产技术和装备水平,具有明显的社会、经济效益和广阔的应用前景,属国内首创并达到国际先进水平。建议在设备大型化方面进一步开展研究并拓宽应用范围。

用于高分子材料的新型高效多功能稀土助剂开发

项目简介:该项目研究开发以轻稀土化合物为主要原料的高分子改性用新型高效多功能稀土助剂,突破聚丙烯用新型β成核剂、聚烯烃类多功能助剂、无机粒子表面处理剂等新型稀土助剂的应用及产业化关键技术。本项目研发成功的一系列稀土功能助剂,不仅有显著的经济使用效果,并且具有我国自主的知识产权,因此,本项目工作对于促进我国高分子助剂行业的发展,必将发挥较大作用。

趋势意义:该项目针对国际国内空白,利用我国独特的资源优势,获得自主创新性成果,对全面提升我国塑料助剂工业水平将起到重要的推动作用,而且对推动助剂行业传统技术及概念的变革,对我国丰富的稀土资源优势转化成产业优势具深远影响。

高吸水性树脂(简称SAP)

项目简介:高吸水性树脂(简称SAP)是微生物法丙烯酰胺的下游产品,是一种新型功能性高分子材料,这种物质含有大量的强吸水基团、结构特异。在树脂内部可产生高渗透缔合作用,并通过其网孔结构吸收自身重量几十倍乃至上千倍的食盐水、血液、尿液,且具有较强的保水缓释功能,无毒、无害、不溶于水。

趋势意义:广泛应用于工业(吸水橡胶、电缆阻水带、脱水剂、钻井泥浆处理剂、道路沥青改性及煤矿用灭火材料等)、农林业(抗旱保水、育苗、植树造林、保肥增效、改良土壤、促进农作物生长等)及日用卫生材料(卫生巾、纸尿片、医疗衬垫、保鲜剂)等许多领域。

电流变液的研究

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展望世界未来的发展,经济学家认为:以知识为主要劳动生产资料的产业,将成为未来商品生产的主流。在知识经济的新时期里,为增强国力,化学课程需要用什么内容教育学生,应当实现什么价值,是规划二十一世纪中学化学教育蓝图必须回答的首要问题。本文结合高中化学新教材(试验本),从哲学价值论的观点,来研究高中化学教育里的价值定位问题。

1.高中化学新教材的价值取向分析

化学教育目标的确定,决定于化学教育的价值取向。而被教育者又是教育形式、方法所服侍的价值主体。所以,化学教育价值研究,成了化学教育理论与实践的必备基础。从八十年代以来,国际化学教育会议的研究主题就是强调化学教育的价值:(1)化学是未来世纪的中心学科;(2)化学教育要向公众普及,化学教育既包括未来化学家的教育,也包括非化学家的教育;(3)化学教育要联系社会;(4)化学教育要在能源、环境、材料以及生命科学中发挥重要作用。

2.高中化学新教材在价值定位上做了几项重要改革

2.1从实验中学习化学。必修教材1的第一章第一节就是化学实验基本方法,选修6是实验化学,不论必修还是选修课中还有许多演示实验和家庭小实验。通过实验学化学,不仅可以帮助学生学习一些新的化学知识,为正确认识物质及其变化规律提供实验事实,更重要的是通过学习和实践培养学生的实验能力和科学素质。只有亲自动手实验,才能掌握实验的方法和技能,真实地体验实验探究的艰辛,真正感受发现的乐趣和科学的魅力;激发学生的学习兴趣和求知欲,调动学生学习的积极性。

2.2许多学习小“模块”。如:学与问、资料卡片、思考与交流、科学史话、科学视野、实践活动、科学探究等。 这些学习小“模块”充分体现了新课程的学习理念,内容新颖活泼。有对所学知识的应用与探讨、科技前沿、社会热点、生活生产实际、科学家的发明创造史、科学实验等诸多方面的知识。富有“自主性”、“探究性”、“实践性”、“趣味性”的学习模式,知识面广,信息量大,创设了新颖的问题情景,能激发学生的学习兴趣,增强学生的求知欲;突出了基础性和探究性学习,有利于提升学生多方面的能力,拓展创新思维;对培养学生思维的过程和方法,提高学生的学习质量与效率十分有利。如:必修1第三章第三节中有一个"角色扮演"的实践活动,问题是"是否应该停止使用铝质饮料罐";假如你是以下人员之一,对这一问题有什么看法?请查阅资料并做准备,然后选择角色,进行活动。可能扮演的角色:(1)开采铝矿的工人;(2)生产铝质饮料罐的工人;(3)饮料公司的老板;(4)售货员;(5)消费者;(6)环保局的官员;(7)回收公司的人员。学生对这样的实践活动积极性很高,它不但关注了学生对所学知识的应用。而且还关注了学生终身发展的愿望和需要,引导学生自主思考和规划人生的意识及能力,重视与人交流与合作,对培养学生的综合素质非常有意义。

2.3大量的彩色插图。这些插图印刷精美、形象、直观,有利于帮助学生理解、掌握所学的知识,并使学习变得更有趣味性和美的享受。如课本中的甲烷、乙烷、苯、溴乙烷、乙醇等分子比例模型图。能帮助学生很好地理解、掌握这些有机物的空间架构;一些实验现象插图,能有效地解决课堂演示实验中现象不明显的问题,同时也能有效地帮助学生记忆实验现象;通过飞机、自行车、硅太阳能电池、计算机芯片等许多实物图片,学生就能很容易地了解合金、晶体硅等物质的广泛应用情况。高中化学的教育价值定位,既决定着化学课程的知识、技能整体素质结构,也决定着化学教学的认知过程和操作过程。它主要体现在以下几个方面:

2.3.1主题型教学策略。“化学――人类进步的关键”是高中化学新课程的总主题,在整个高中化学教学过程中应该尽可能体现这一主题。如“糖类、蛋白质、油脂”可以“人类重要的营养物质”为主题;氮族元素结合生物圈中氮的循环以固氮为主题;硅和硅酸盐工业、金属和合成材料以材料为主题;化学反应与能量、原电池原理以开发新能源为主题;烃以石油化工为主题。主体型教学策略可以使学生认识到自己所学内容的社会价值及其实用性,有利于学生学习兴趣的激发和保持。

2.3.2用途联系型策略。在元素化合物教学中应该将现代最新的有价值的有关元素化合物用途纳入教学之中。如在学习NO的性质时,可联系医学新成就,介绍NO对人体某些疾病的治疗作用,然后提出问题:为什么大量NO吸入人体有害,而少量的NO吸入却能治疗某些疾病?在学习有机高分子材料时,可联系智能高分子材料、导点高分子材料、医用高分子材料、可降解高分子材料、高吸水性高分子材料等;在卤素学习时,可联系海水化学资源的开发、利用和饮水与消毒化学;在硅和硅酸盐学习时,可联系新型无机高分子材料等。

2.3.3情境渗透型策略。对某些与中学基础知识有密切关系的新的应用型成果可采取情境渗透型策略。例如,进行晶体类型与性质学习时,可以将"晶体缺陷对晶体生长、晶体的力学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等有重要影响,如许多过渡金属氧化物中的价态可以变化并形成非整比化合物,从而使晶体具有特意色彩等光学性质,甚至具有半导性或超导性。"作为情境,讨论具有NaCl型结构的NiO晶体发生晶体缺陷形成的非整比化合物NiXO的结构特征等。

2.3.4实验探究式策略。化学是以实验探究为基本特征的,因此,化学教学也应体现这一特征,并将其作为化学教学的主模式。探究的内容有物质的组成、结构、性质、变化规律以及物质的实用性等。在教学中,可把一些演示实验改为边讲边实验,将验证性实验改为探索性实验。如:联系生物实验“空气中SO2含量的测定”,可让学生联系化学知识设计反应原理,根据具体操作,提出问题:为什么抽拉活塞时不能过快也不能过慢?设计“HCO3-结合H+容易还是CO32-结合H+容易”等探索性实验。这些都是在创设出一种问题“情境”后,发挥学生的积极性和主动性,激发学生的求知欲,进而引导学生去探索化学知识的价值活动。

2.3.5调查研究型策略。对于某些与社会联系紧密的、具有开放性的问题可采用"调查研究型"策略。如:调查食品添加剂的用途、种类;调查合成洗涤剂的成分、性能、种类、价格;调查各种电源的组成、性能、价格、使用寿命等;调查太原市工业污染的现状并提出合理的建议等。学生通过接触社会、接触生活的方式,进一步认识到化学在社会生活中的应用。

2.3.6专题研讨型策略。化学与能源、材料、环境、人体健康、军事等社会问题领域有着密切的联系,教学中,可以将上述领域内容作为专题组织学生进行交流讨论。教师和学生可以通过查阅图书资料、上网进行充分的讨论前准备。

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关键词:纳米复合材料;工程材料;光学材料;磁性材料

中图分类号:TB33 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2014)06-0007-02进入21世纪,各领域对高性能材料的依赖程度越来越高,纳米材料是一种应用性能很高的工程材料,其应用范围非常广泛。2008年,美国举办了材料科学学会,会议指出:“纳米材料工程将成为21世纪工程材料的重要组成部分。”纳米复合材料是纳米工程材料的重要分支,目前,很多企业已纷纷将技术研发目标转向纳米复合材料,并逐渐加大研究力度,扩大技术应用范围。

1 纳米复合材料理论概述

通过对纳米复合材料进行系统分析可知,可以按照材料性质将其划分为三种类型。

1.1 单体复合材料

单体符合材料是不同种类、成分的纳米粒子经过工业处理复合而成的,这种纳米固体的物理结构非常稳定,且化学性质也很可靠。因为组成成分少,所以单体复合材料纳米粒子的复合最完全,其分子结构之间的基团链不会随温度、压力的变化而变化。

1.2 双体复合材料

双体复合材料可以通过工业处理将纳米粒子均匀的分散到二维薄膜材料中,粒子在弥散过程中会产生均匀或不均匀两种分布状态,这两种分布状态的复合结构都具有一定的稳定性。均匀和非均匀弥散状态的薄膜基体表现出的层状结构具有明显的差异性,纳米粒子分散混乱的材料的构成层级种类很多,分散有序、均匀的材料层级种类较少。

1.3 多体复合材料

多体复合材料可以通过工业处理将纳米粒子均匀的分散到三维固体中,纳米粒子会通过外力作用,深入固体组织结构,改变其分子集团的分布情况,进而影响三维固体的物理性能和化学性能。多体复合材料的应用前景非常好,是当今纳米材料科研工作者研究的重点

问题。

2 纳米复合材料发展趋势分析

2.1 纳米复合涂层材料

纳米复合涂层材料的化学性质稳定,并且柔韧性好、硬度高、耐腐蚀性强,在工程材料表面涂抹这种防护材料不仅可以防止工程材料的破损,还能增加工程材料的防护功能。随着现代工业技术的发展,复合涂层材料得到了显著发展,单一纳米结构逐渐转变为多层纳米结构。美国著名纳米工程材料研究专家普修斯于2012年成功研制出了复合涂层纳米材料,这类纳米材料的抗氧化性能非常好,可以在高温条件下保持不褪色、不热化。对其材料进行强度检测可发现,该材料的涂层硬度高达20.SGpa,是碳钢强度的35倍。具体工艺流程如下:首先,用激光蒸发法去除钢表面的纳米结构,将金刚石纳米粒子涂抹在钢表面;之后,重复上述工艺步骤,在钢表面上涂抹两层金刚石纳米粒子;最后,在高温条件下对钢表面材料进行挤压复合。经过多次挤压,纳米复合涂层材料就此形成,经过加工,钢材料的硬度提高了23.4倍。

2.2 高力学性能材料

高力学性能是突出材料的强度、硬度等物理性能,工程材料经过力学改性之后,其物理性质会发生翻天覆地的变化。对原始材料进行改性实验虽然在一定程度可以提高材料的某些力学性能,但这种性能的提升具有很强的局限性,并不能真实的体现出材料的力学极限。经过纳米复合材料改性,高力学性能材料得到了非常显著的研究成果。高力学性能材料发展趋势,主要表现在以下几个方面:

(1)高强度合金。采用晶化法可以大大提升纳米复合合金材料的力学性能,对金属进行纳米复合实验,可以将材料转变成复合型纳米金属,如将铝进行纳米复合实验,铝会转化为过度族金属,这种金属结构的延展性和强度非常高。

(2)陶瓷增韧。纳米粒径很小,所以纳米粒子很容易就可渗透到细小分子结构中,粘合关联性并不紧密的各分子基团。在陶瓷增韧领域纳米复合材料起到了很好的促进作用,在碳化硅粉末中加入粒径为10μm的碳化硅粗粉,在高温高压条件下进行合成,合成之后碳化硅的物理性质会发生很大的改变,煅烧后的陶瓷材料的柔韧性明显增强了,断裂韧性提高了34.23%。

2.3 高分子基纳米复合材料

高分子材料近几年在我国工业领域应用十分广泛,高分子材料的物理性能稳定且可塑性好,所以在装饰行业中的发展前景非常广阔。采用纳米复合方式结合高分子基是我国纳米工程材料正在研究探讨的重要课题,目前我国科研专家已初步完成了部分高分子基纳米复合材料的研制工作。具体表现在:将铁和铜粉末按照4:5的比例进行研磨,研磨均匀后用高粒子显微仪器提取铁铜合金粉体,通过显微镜观察可知这种粉体的晶体结构稳定,晶粒间的距离很短。这种粉体和环氧树脂基团进行复合实验可以研制出高强度的金刚石材料,并且其材料还具有很强的静电屏蔽性能。

2.4 磁性材料

磁性材料是我国工业材料中研究难度最大的课题之一,因为磁性材料的电磁环境不好判断,所以在应用时经常会遇到复合材料因磁性过大导致使用。随着纳米复合材料的研发和投入使用,磁性材料将进入全新的发展阶段。人们在颗粒膜中发现了巨磁阻效应,纳米粒子在空间流动会被周围磁场带入顺磁基体当中,空间中的铜、铁、镍等磁性粒子都会附着在纳米粒子上。经过金属粒子和纳米粒子的复合,颗粒膜材料不仅会拥有强大的电磁感应,还会具有较高的耐热性能。

2.5 光学材料

传统光学材料的综合应用能力很差,其材料的物理性能大多只能满足导电性和导热性,其硬度和稳定性都很差。纳米复合材料诞生之后,人们逐渐找到了纳米粒子的发光原理。不发光的工程材料当减小到纳米粒子大小时,其粒子周围会因光色折射产生一定的光。在可见光范围内这些粒子会不断产生新的光,虽然这些材料的纳米粒子发出的光并不明显,且稳定度也很差,但是科研专家可以从这方面入手,研究纳米复合材料的发光性能。将具有代表性的工程材料作为可发光体,并对其分子结构转化为纳米粒子大小的发光体系,探讨如何提高其发光强度、完善其结构发光性能。由此可见,纳米复合很可能为开拓新型发光材料提供了一个途径。纳米材料的光吸收和微波吸收的特性也是未来光吸收材料和微波吸收材料设计的一个重要依据。

3 结语

通过上文论述可知,利用纳米粒子超强的附着能力,可以将纳米工艺和传统材料有机的结合在一起,这种复合型纳米材料具有重要发展意义。当今社会纳米复合材料的研究价值最高,其不仅在材料研究领域占有重要地位,在企业的发展中也是不可或缺的重要组成。

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