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功能材料论文范文1
关键词：纳米涂层；场发射；电子强关联；软凝聚态物质
2003年在国际和中国都发生了具有突发性的灾难事件，但中国的GDP仍以9.1％的高速度在增长，达到了人民币11.6万亿元，其中第二产业贡献4万多亿元。中国现今的第二产业主要领域是冶金、制造和信息，在世界的地位是大加工厂，也是大市场。在国际竞争中所以有优势是中国的劳动力廉价，这个优势我们能保持多久?我们还注意到与化工有关的产品中，我们的生产效率是国际发达国家的5％，能耗是3倍，环境的破坏是9倍。这就是我们所付出的代价。不论形势如何严峻，21世纪是中华民族振兴的机遇期，制造业绝对是一个极其重要的领域，是个急速发展变化的领域。2003年3月国际真空学会执委会在北京举行，会议上讨论了将原来的冶金专委会改名为“表面工程专委会”，当时也考虑了另一个名字“涂层专委会”，我想用涂层材料更合适，含有继承性和变革性。20世纪70年代曾经说成是塑料年代，此后塑料科技和工业迅速崛起，极大地改变了人类社会。继而是信息时代，通信网、计算机网、万维网、智能网，信息流，日新月异地改变着人类的生活和观念。我们这个时代是高速发展的时代，技术和观念都在与时俱进地改变着。
本世纪初兴起了纳米科技，促进其到来的是由于微电子小型化的发展趋势，推动科技发展进入纳米时代[1]，不仅电子学将进入纳电子学领域，物理学进入介观物理领域，各类科技，包括生物医学等都在探索纳米结构与特性。涂层和表面改性越来越多地增加了纳米科技的内容，这是一种低维材料的制造和加工科技，将是制造技术的主流，将迅速地改变传统制造技术的方法、理论和观念，作为现今国际上的制造大国，世界加工厂，我们更应该注意研究制造技术的发展和未来。
1突破传统制造技术的观念
纳米科技研究的内容主要是在原子、分子尺度上构造材料和器件，测量表征其结构和特性，探索、发现新现象、新规律和应用领域。与我们熟悉传统的相比，纳米材料和器件具有显著的维数效应和尺寸效应。近几年来，在纳米材料制造方面做了大量的研究工作，在纳米粒子粉材的制造，以及材料结构和特性测量、表征上取得了显著成果[2～7]。接下来深入到纳米线、纳米管和纳米带的研究[8～14]，出现了一些成功有效的制造方法，发现了一些惊人的结构和特性。在此基础上，发展了纳米复合材料的研究，展现了非常有希望的应用前景[15～17]。近来人们在纳米科技初期成果的基础上挑战某些产品的传统加工技术，比如Al组件的快速加工。
T.B.Sercombe等人报道了快速加工铝(Al)组件的新方法[18]，这个方法的主要特征是用快速成型技术先形成树脂键合件，然后在氮气氛中分解其键和第二次渗入铝合金。在热处理过程中，铝与氮反应形成氮化铝骨架，在渗透过程中得到刚体结构。与传统制造工艺相比，这个过程是简单的快速的，可以制造任何复杂组件，包括聚合物、陶瓷、金属。图1是过程示意和原型样品，(a)是尼龙巾镶嵌铝粒子的SEM像，中心有结构细节的是Mg粒子，白色是Al粒子，加入少量的Mg是为还原氧化铝，它将不是铸件中的成分。在尼龙被烧去时，这个结构基本保持不变。(b)是氮化物骨架，围绕Al粒子的一些环状结构的光学显微镜像，再渗入Al时将形成密实结构。(c)是烧结的氮化铝和渗铝组件，小柱的厚为0.5mm其密度和强度都达到了传统铸造技术的水平。他们还制作了公斤重量多种结构的样品。这是一种冶金技术的探索，开辟了一种新的冶金和制造技术途径。
2纳米材料的完美定律
描述材料结构的常用术语是原子结构和电子结构。原子结构的主要参量是晶格常数、键长、键角；电子结构的主要参量是能带、量子态、分布函数。对于我们熟悉的宏观体系，这些参量多是确定的常数，但对于纳米体系，多数参量随着原子数量的改变而变化。这是纳米材料和器件的典型特征，它决定了纳米材料的多样性。其中有个重要规律，我们称之为纳米材料的完美定律，用简单语言表述：“存在是完美的，完美的才能存在”。它包括了纳米晶粒的魔数规则，即含有13、55、147…等数量原子的原子团是稳定的，对于富勒烯碳60和碳70存在的几率最大，而对于碳59或碳71等结构体系根本不存在。这就是为什么斯莫利(Smmolley)他们当初能在大量的富勒烯中首先发现碳60和碳70，从而获得了诺贝尔奖。对于一维纳米结构，包括纳米管和纳米线，存在类似的规则。可以模型上认为是由壳层构成的，每个壳层中更精细的结构称为股，每一股是一条原子链，中心为1股包裹壳层为7股的表示为7-1结构，再外壳层为11股的，表示为11-7-1结构，等等，构成最稳定的结构，这是一维纳米结构的魔数规则。对二维纳米膜存在类似的缺陷熔化规则，即不容许存在很多缺陷，一旦超过临界值，缺陷自发产生，完全破坏二维晶态结构。上述这些低维结构特征是完美定律的具体表述，进步普遍表述理论是正在研究中的课题。
完美定律是我们讨论涂层材料的出发点，因为纳米材料有更多的人造品格，是大自然很少存在或者不存在的，需要人工大量制造。在制造过程中，方法简单、产额高、成本低是最有竞争力的。可以想象，制造成本很高的材料和器件能有市场，一定是不计成本的特殊需要，有政治背景或短期的社会需求。因此在我们探索纳米材料制造时，首先考虑的应是满足完美定律的技术，如用甲烷电弧法制备纳米金刚石粉技术[1]，电化学沉积法制备金属纳米线阵列技术[19]，以及电炉烧结法制造氧化物纳米带技术[20]等等。
3涂层纳米材料将给我们带来什么?
涂层纳米材料是纳米科技领域具有代表的材料，或是低维纳米材料的有序堆积结构，或者是低维纳米材料填充的复合结构。两者都比传统材料有惊人的结构和特性。如新型高效光电池[21]、各向异性结构材料[19]、新型面光源材料[22]等，这里举例介绍基于热电效应的新型纳米热电变换材料。
热电效应器件的代表是热电偶，即利用不同导体接触的温差电现象进行温度测量的器件。基于热电效应可以制成两类器件：热产生电和电产生温差。前者可以用于制造焦电器件，即用热直接发电，如将焦电材料涂于内燃机缸表面，利用缸体温度高于环境几百度的温差发电，将余热变作电能回收。后者可以做成电致冷器件。这类的直接热电变换器件具有无污染，没有活动部件，长寿命，高可靠性等优点，但块体材料制成器件的效率低，限制了它的应用。纳米科技兴起以后，人们探索利用纳米晶或纳米线结构能否解决热电效应的效率问题。认为用量子点超晶格材料有希望显著提高热电器件的效率，这是由于纳米材料显著的能级分裂，有利于载流子的共振输运和降低晶格热传导，从而提高了器件的效率。T.C.Harman等人[23]报告了量子点超晶格结构的热-电效应器件，他们制备了PbSeTe／PbTe量子点超晶格(QDSL)结构，用其制造了热电器件(Thermo-electrics，TE)，图2(a)是纳米超晶格TE致冷器件的结构和电路图，(b)电流-温度曲线。将TE超晶格材料，其宽11mm，长5mm，厚0.104mm，n-型的TE片，一端置于热槽，另一端置于冷槽，为了减小冷槽热传导而形成这同结接触，用一根细金属线与热槽连接。当如图2(a)所示加电流源时，将致冷降温。对于这种纳米线超晶格结构，由于量子限制效应，发生间隔很大的能级分裂，从而得到很高的热电转换效率。图2(b)是TE器件的电流-温度曲线，实验点标明为热与冷端温差(T)与电流(I)关系，电流坐标表示相应通过器件的电流。■为热端温度Th与电流I的关系，其温度对于流过器件的电流不敏感。为冷端温度Tc与电流I的关系，其温度对于电流是敏感的。图中A是测得的最大温差，43.7K，B是块体(Bi，Sb)2(Se，Te)3固溶合金TE材料最大温差，30.8K。从图中可以看出，在较大电流时，冷端温度趋于饱和。采用这种致冷器件由室温降至一般冰箱的冷冻温度是可能的。
电热效应的逆过程的应用就是焦电器件，即利用热源与环境的温差发电。对于内燃机、锅炉、致冷器高温热端等设备的热壁，涂上超晶格纳米结构涂层，利用剩余热能发电，将是人们利用纳米材料和组装技术研究的重要课题。
类似面致冷、取暖，面光源，面环境监测等涂层功能材料，将给家电产业带来革命性的影响，将会极大地改变人类的生活方式和观念。
4含铁碳纳米管薄膜场发射
碳纳米管阵列或含碳纳米管涂层场发射被广泛研究，以其为场发射阴极做成了平板显示器。研究结果表明碳管的前端有较强的场发射能力，因此碳管涂层膜中多数碳管是平放在基底上的，场电子发射能力很差。我们制备了含有铁(Fe)纳米粒子的碳纳米管，它的侧向有更大的场发射能力，有利于用涂层法制造平板场发射阴极。图3(a)是含铁粒子碳纳米的TEM像，碳管外形发生显著改变。(b)是碳管场发射I-V特性曲线，I是CVD生长的竖直排列碳纳米管的场发射曲线，II是含铁粒子碳纳米管竖直阵列的场发射曲线，III是含粒子碳纳米管躺在基底上的场发射曲线，有最强的场发射能力。根据此结果，将含铁的碳纳米管用作涂层场发射阴极，有利于研制平板显示器。
5电子强关联体系和软凝聚态物质
上面所讲到的涂层纳米功能材料和器件是当今国际上研究的热门课题，会很快取得重要成果，甚至有新产品进入市场。当我们在讨论这个纳米科技中的重要方向时，不能不考虑更深层的理论问题和更长远的发展前景。这就涉及到物理学的重要理论问题，即电子强关联体系(electronstrongcorrelationsystem)与软凝聚态物质(softcondensationmatter)。
在量子力学出现之前，金属材料电导的来源是个谜，20世纪初量子力学诞生后，解决了金属导电问题。基于Bloch假设：晶体中原子的外层电子，适应晶格周期调整它们的波长，在整个晶体中传播；电子-电子间没有相互作用。这是量子力学的简化模型，没有考虑电子间的相互作用，特别是在局域态电子的强相互作用。2003年又有人提出了金属导电问题，Phillips和他的同事以“难以琢磨的Bose金属”为题重新讨论了金属导电问题[24]。当计入电子间的相互作用时，可能产生的多体态，超导和巨磁阻就是这种状态。晶体中的缺陷破坏了完善导体，导致电子局域化。电子与核作用的等效结果表现为电子间的吸引作用，导致电荷载流子为Cooper对。但这个对的形成，不是超导的充分条件。当所有Cooper对都成为单量子态时，才能观察到超导性。这样，对于费米子由于包利(Paulii)不相容原则，不可能产生宏观上的单量子态。Cooper对的旋转半径小于通常两个电子相互作用的空间，成为Bose子。宏观上呈现单量子态，Bose子的相干防止了局域量子化。在局域化电子范围内，超导性可能认为是玻色-爱因斯坦凝聚，这个观点现今被很多人接受。从20世纪初至今，对于基本粒子的量子统计有两种，一是Fermi统计，遵从Paulii不相容原理，即每个能量量子态上只能容纳自旋不同的2个电子，而Bose子则不受这个限制。在凝聚态物质中有两个基态：即共有化Bose子呈现超导态，局域化Bose子呈现绝缘态。然而，在几个薄合金膜的实验中，观察到金属相，破坏了超导体和绝缘体之间直接转换。经分析认为这是玻色金属态，参与导电的是Bose子。推断这个金属相可能是涡流玻璃态，这个现象在铜氧化物超导体中得到了验证。
软凝聚态物质研究的对象是原子、分子间不仅存在短程作用力，而且存在长程作用力，表观上呈现的粘稠物质形态，称为软凝聚态。至今，人类对于晶体和原子存在强相互作用的固体已经知道得相当透彻了，但对软凝聚态的很多科学问题还没有深入研究，21世纪以来，引起了科学家的极大兴趣。软凝聚态物质包括流体、离子液体、复合流体、液晶、固体电解、离子导体、有机粘稠体、有机柔性材料、有机复合体，以及生物活体功能材料等。这其中的液晶由于在显示器件上的很大市场需求，是被研究得相当清楚的一种。其他软凝聚态结构和特性的科学问题和应用前景是目前被关注的研究课题。这其中主要有：微流体阀和泵、纳米模板、纳米阵列透镜、有机半导体、有机陶瓷、流体类导体、表面敏感材料、亲水疏水表面、有机晶体、生物材料(人造骨和牙齿)、柔性集成器件，以及他们的复合，统称为分子调控材料(materialsofmolecularmanipulation)。其主要特征是原子结构的多变性和柔性，研究材料的设计、制造、结构和特性的测量、表征，追求特殊功能；理论上探讨原子结构的稳定体系，光、电、热、机械特性，以及载流子及其输运。关于软凝聚态物质，有些早已为人类所用，电解液、液晶等，但对其理论研究处于初期阶段。科学的发展和应用的需求促进深入的理论研究，判断体系稳定存在的依据是自由能最小，体系自由能可表示为F=E-TS，其中S是熵。对于软凝聚态物质体系，S是重要参量。其中更多的缺陷，原子、分子运动的复杂行为，更多的电子强关联，不再是单粒子统计所能描述，需要研究粒子间存在相互作用的统计理论。多样性是这个体系的突出特征，因此其理论涉及广泛、复杂问题。
物理学是探索物态结构与特性的基础学科，是认识自然和发展科技的基础，其中以原子间有较强作用的稠密物质体系为主要研究对象的凝聚态物理近些年有了迅速进展，研究范围不断扩大，从固体结构、相变、光电磁特性扩展到液晶、复杂流体、聚合物和生物体结构等。几乎每一二十年就有新物质状态被发现，促进了人类对自然的认识和对其规律把握能力，推动了科学和技术的发展。21世纪仍有一些老的科学问题需要深入研究，一些新科学问题已提到人们的面前。特别是低维量子限域体系和极端条件下的基本物理问题。20世纪80年代出现的介观物理，后来发展成为纳米科技所涉及的学科领域。与宏观体系和原子体系相比，低维量子限域体系，还有很多物理问题有待解决，人们熟悉的宏观体系得到的规则和结论有些不再有效，适用于低维量子限域体系的处理方法和理论需要探索，特别是将涉及到多层次多系统问题的描述和表征，将会有更多的新现象、新效应、新规律被发现。在纳米尺度，研究原子、分子组装、测量、表征，涉及有机材料、无机／有机复合材料和生物材料，这将大大的扩展了物理学研究的范围和深度。涉及的重大科学前沿问题和重点发展方向有①强关联和软凝聚态物质，及其他新奇特性凝聚态物质；②低维量子限域体系的结构和量子特性，包括纳米尺度功能材料和器件结构和特性；③粒子物理，描述物质微观结构和基本相互作用的粒子物理标准模型和有关问题，以及复杂系统物理；④极端条件下的物理问题，探索高能过程、核结构、等离子体、新物理现象和核物质新形态等；⑤生命活动中的物理问题，物理学的基本规律、概念、技术引入生命科学中，研究生物大分子体系特征、DNA、蛋白质结构和功能等，其研究关键将在于定量化和系统性，必然是多学科的交叉发展，成为未来科学的重要领域。
6结论
本文讨论了纳米线涂层的结构和特性，重点是纳米线的复合涂层和其电学特性、光电特性。其中包括制造技术新观念，纳米材料的完美定律，纳米涂层的热-电效应，碳纳米管的侧向场发射，以及电子强关联体系和软凝聚态物质，展示了涂层科学与技术的发展前景。
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功能材料论文范文2
关键词：相变；保温材料；建筑；节能；工程
一、前言
在建筑施工过程中随着新工艺和新技术的不断发展，保温材料在建筑中的应用也越加的广泛，在建筑施工过程中相变保温材料作为一种新的保温材料正在被广泛的使用。
二、保温材料特点
1、真空隔热板。在以往建筑工程项目的建设过程中，所用的保温材料，其厚度相对比较大，易减少层和层之间的距离，出现窗洞不断加深等各种问题，为有效地解决这些问题，出现了一种新的保温材料，即真空隔热板，该材料自身较薄，同时所排放的CO量也较小，在其外表面裹有相应的纸质与金属外壳，在壳间形成真空，且填充了纤维、压缩硅酸盐与泡沫塑料等，其中所填充的这种纤维为多孔。真空隔热板作为一种高效且新型的材料，其应用前景非常广泛。
2、复合型硅酸岩保温材料。该材料含有硅酸盐、铝以及镁等物质，是一种非金属的矿物基料，通过添加相应的辅助原料与化学添加剂，借助于新技术以及新工艺的应用制造而成。纵观我国当前建筑材料市场，这种材料是当前最为理想的一种保温材料，其导热系数相对较低、用料厚度也比较少且热损也比较小，具有无毒特性，不会对设备造成腐蚀，也不会对环境造成污染，属于一种高效保温且轻质性的材料。除此之外，相对于其他类型的保温材料而言，该材料还具有无粉尘与无刺激等特点，能够对其进行任意地裁剪，便于施工等。
三、外墙保温特点
不同的建筑在节能上的要求不同，根据节能标准在施工时将保温材料同墙体固定复合，通过该种方式降低建筑墙体的导热系数，达到隔热的目的，使得建筑具有更好的保温能力。保温材料大多为导热系数较低的块材或者松散材料，可以通过直接粘附于墙上的办法进行安装，也可以将材料同外装饰一齐挂在墙面上。外墙保温分为三种：外保温、夹心保温以及内保温，就保温效果而言，外保温效果最佳。以下就外保温特点展开叙述：
1、外保温能够消除热桥效应。
2、建筑采用外保温的形式后，能够使得室内贮存更多热量，这是由于保温材料内部实体墙热容较大，因而可以达到保温的目的。
3、对外保温加强后，以室内热环境保持为前提对室温做适当的降低，不但能够保证室内环境温度的适宜，同时还能够降低能耗，以此节约能源减少采暖负荷。
4、由于墙体外添加了外保温材料，因此建筑内部的主体墙温度会相对较高，从而湿度相对较低。由于保温材料的导热系数较小因此主体墙热应力减小，因而裂缝、变形以及破损等主体墙的病害出现几率就会相对降低。
5、外墙保温优点概述：
（1）外墙保温从技术结构上分析能够减少外界环境（降水、紫外线、温度等）对主体结构造成的不良影响。
（2）扩大使用空间。由于外墙保温材料设置在外部，因此会节约内部空间。
（3）在旧房改造中能够发巨大的优势，且不会干扰人们的正常生活。
四、相变保温材料在建筑工程节能技术中的应用
1、相变保温材料在建筑工程中的应用特点
在建筑工程的施工建设中，采用相变保温材料能够大大提升工程的施工效率、促进工作进度和增加工程效益，这也给我国的可持续发展和建设和谐社会提供了新的途径，同时这也是可持续发展观念和建设和谐社会主义目标的主要途径。变形保温材料在建筑工程中的主要特点有如下几点。
（1）新型保温材料
一些性能良好的节能保温材料对于建筑的保温起到了很好的作用，这也让现代建筑实现了大规模的节能目标。且在国外，一些发达国家已经在建筑节能保温材料方面取得了突破性的成果。
（2）红外热反射技术
红外热反射技术是最近新兴保温技术，它的工作原理是通过在建筑物的内部或者外表以及护结构的空气间层中通过采用高纯度的铝箔或者其他的一些高效热反射材料，将绝大部分的红外线反射回去，从而达到隔绝建筑物内部热量的散失、提高居住环境的舒适程度的目的。
2、配制浆料
保温浆料需要专业人员来配制，这样才不会出现搅拌不匀而出现保温效果失常的情况。
3、抹底层相变节能材料
保温层应当分成三次涂抹，且每一次的厚度应当控制在10～12mm左右。每次涂抹的间隔时间也不能太短，这样才能够保证涂抹层的稳定性。
五、相变材料与隔热材料的具体应用
节能环保意识的逐渐增强，促使人们对房屋建筑质量在节能环保方面的要求有所提高，建筑市场对保温隔热型环保材料的应用也变得更加重视。随着深入探索与实践，隔热保温材料在墙体中的应用理论和技术日益完善和成熟。外墙保温材料的应用主要分为三类：内保温、外保温以及空夹心复合型墙体保温。外墙保温材料的应用使得建筑节能环保效果有了大幅度的提高。由于保温隔热材料自身导热系数低、构成材质强，热稳定性极佳，同时耐火、耐气候性强等特点，因此较之一般材料，具有非常显著的优越性。特别是保温隔热材料具备良好的抗压性、耐火性，极其适合现代建筑的实际需求。目前市场中还有一些玻璃材料，具有非常良好的保温效果，而且种类日益繁多，比如吸热玻璃、调光玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃等，在实现环保节能、降低污染的同时，还能充分满足人们的个性化需求，因此在现代建筑中可以广泛利用。
基于标准房间热过程模拟的非稳态传热模型，并采用专用气象数据对相变材料的两种不同应以北京的建筑为例，就外墙的保温节能工程进行阐述。
对于被动式建筑，可充分利用白天太阳能和夜间冷风自然资源，将相变材料应用于被动式建筑中，在夏天材料可吸收室内多余热温，进而降低室内温度波动幅度，可蓄存夜间冷风量，使室内始终保持较好的舒适度。通过对北京地区建筑有外保温和无外保温、内墙为相变墙体和普通墙体的夏季室内温度变化情况进行分析发现，当内墙采用相变墙体且墙体熔点合适时，被动式建筑房间的温度在整个夏季都会满足舒适度要求，而应用隔热材料则不利于夜间散热，其降低室温的效果不明显，在某种情况下甚至会出现室外温度较低但室内温度却较高的情况。通过对冬季有外保温和无外保温、内墙为相变墙体和普通墙体的室内温度逐时变化情况进行分析发现，当被动式建筑采用的内墙为相变墙体时对室内温度的影响较小，只有在室温接近墙体熔点时才会发生相变，相变材料作用无法得到有效发挥，而隔热材料却具有良好的保温效果。综合考虑冬季、夏季外保温和相变墙体对被动式建筑室内温度的影响时，无法选择较为合适熔点的相变墙体同时满足北京地区建筑对冬夏两季舒适度的要求，虽然外保温在夏季无法发挥作用，但是在冬季具有良好的保温效果，所以采用隔热材料来提高被动式建筑舒适度更为合理。
对于相变材料与隔热材料在主动式建筑中的应用则可通过空调、采暖运行过程中的耗电量来对两者应用效果进行比较分析。主动式建筑在冬季采暖期间，采用相变蓄能式电加热地板采暖系统，白天耗电量较低，只是普通房间的20%左右，这有利于缓解白天供电紧张的情况，同时也可大大节约采暖费，而采用隔热材料时不仅耗电量低，采暖费的节约率也更高。在夏季，主动式建筑北墙采用相变墙体时，其单位面积空调冷耗量最小，相较于普通房间要低约16%，而在墙体内设置保温层或是添加相变材料空调降耗效果并不明显。虽然夏季使用相变墙体能够降低冷耗量，但是针对北京地区气象条件，其冬季采暖比重更高，由此可以推断，若综合考虑全年空调采暖耗量，选择外保温比较合适。
六、结束语
在建筑设计施工过程中我们要不断的提高节能意识，在建筑施工中应用新工艺和新技术来提高节能效果。
参考文献：
功能材料论文范文3
关键词：课程项目；功能材料；工程教育模式
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2011）35－0090－02
一、引言
我国传统的通识教育过于强调基础科学理论，弱化专业内容和工程实践，企业普遍反映毕业生缺乏创新精神和创新能力。而西方国家针对这一问题开展了大量的研究实践，成果丰富，其中尤以工程教育模式更为突出。它是以工程项目为载体，以从科研到运行为生命周期，让学生主动参与实践，以课程之间有机联系的方式学习工程。“做中学”是工程教育改革的战略之一，中国教育部于2008年开始组织课题组进行试点。
《功能材料》是一门既有一定的理论基础知识，又与实际应用密切相关的多学科交叉的课程。以教师讲解为主的传统教学方式无法充分调动学生的参与积极性，解决实际问题的能力得不到体现。本文就是根据这一实际需要，适应北京石油化工学院（以下简称“我院”）素质教育，满足培养综合性、创新性、应用型人才的要求，就工程教育模式下《功能材料》课程在教学方法、教学手段等方面的教学实践进行探究。
二、工程教育模式应用到《功能材料》课程的依据
将工程教育模式应用到《功能材料》课程，符合高等院校工程教育培养的目标要求。工程教育模式突破了传统教学模式，通过选取项目创设情景，协作学生学习开展教学，通过完成项目达到意义建构，通过解决问题实现学生对知识的掌握，充分体现我院以研究型和应用型人培养为目标的教育特点。
功能材料作为能源、计算机、通讯、电子等现代科学技术研究的基础，近年来已成为材料科学领域中的研究热点之一。种类繁多、功能各异的新型功能材料正在众多不同领域对科技的进步、社会的发展产生了越来越大的影响。目前根据我院2009版新大纲要求，《功能材料》课程涉及面广、头绪多、内容繁杂、系统性不强，而且课程的理论教学时数相对较少。如果还像以前一样照本宣科，在课堂上根本不能吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，教学效果不理想。而且，事实也证明，按照传统方式培养出来的毕业生在今后的工作中的应用能力也比较差，不能达到用人单位对人才的要求标准。
三、工程教育模式应用于《功能材料》教学的实践
以真实项目为载体开展项目式教学，能使学生亲身经历产品构思、设计、实现、运作的项目开发生命周期，在与课程紧密联系的项目实践中积极主动地学习专业知识，提高学生对理论知识的应用能力和实践动手能力，增强学生的成就感，充分挖掘学生的创造潜能。
1.构思
根据课程教学内容选取研究项目。课程研究项目是《功能材料》课程学习的一个重要组成部分。通过实施课程研究项目，学生可以深入掌握课程的理论知识体系，提高综合应用已有知识解决问题的能力，更好地培养材料科学与工程专业学生的专业技术能力和综合素质。
2.课程研究项目设计
为了实现项目教学目标，我院设计了《功能材料》课程研究项目指导书，主要内容包括：①项目的题目；②项目组成员；③项目的研究背景及意义；④项目拟开展的主要研究内容；⑤拟采用的主要研究方法或研究工具等；⑥项目主要的日程安排或时间节点；⑦主要参考文献。让学生在完成研究项目指导计划书的过程中掌握项目所包含的理论知识，真正实现“做中学”。
3.任务实现
教师经过简单的理论介绍和导入之后，带领学生实施项目，鼓励学生自己选取感兴趣的项目。把学生分成小组（每组最多3个学生），每一小组选出一个组长，全面负责该组的任务。所有环节任务的实现都靠小组成员的共同努力。
研究项目选取的难易程度，研究内容的多少，都会影响到每组的最终成绩。每个小组要在项目报告中标明每个人在总体工作中的贡献和工作比例，或者每个人负责的内容。
4.成果展示
所有的项目都要按照规定的时间对教师和全体学生进行演示汇报。演示汇报的主要目的是让教师和其他学生了解各组的工作和研究成果。小组的学生都要在台前汇报，汇报前由教师指定主汇报人。每个项目演示汇报时间不超过10分钟，另外有5分钟的提问时间。每个组必须严格控制演示时间，超过时间1分钟以上要扣分。
不同项目的设定有利于满足不同层次学习者的学习需求，便于开展个性化、差异化教学。通过个体和合作的形式进行项目学习和实训，学生不仅能培养自主学习的能力，而且能培养合作、沟通和组织能力。项目完成后的及时反馈，又有利于学生间经验的分享。该模式构建出一个开放性、研究性的学习环境，充分体现了以学生为中心、以学生的全面发展为中心的教育思想。
四、在工程教育模式下教师的角色
将工程教育模式应用到“功能材料”课程，有利于教师教学科研水平的提高。要将工程教育模式应用到课程教学，教师必须结合院校教学实际，以及本校学生的知识层次、结构能力，合理制定教学大纲，优选教学内容，加强教材建设，不断改进教学方法、教学手段，理论结合实践，设计工程项目，体现以能力培养为主的原则。这个过程本身就是一个学习知识、提高理论层次和教学水平的过程，也是工程教育的具体体现。这个过程有利于进行多种资源的有效整合，不仅要求教师具有良好的专业设计经验和教学组织能力，而且利于发挥学生的主体地位和教师的主导地位，培养学生的综合应用能力，能极大地提高教师的业务能力和教学科研水平。
五、结语
《功能材料》课程结合工程教育理念的教学模式，加强学生对课程内容本质性理解，促使学生结合课程主动考虑并构思满足要求的设计，设计的任务紧扣《功能材料》课程的核心内容，并具有丰富的题材和多样的结果。注重培养学生的自学能力、团队协作能力以及系统调控能力。使学生养成主动查找书籍资料的良好习惯，让学生学会关注科技发展，极大地提高学生的系统调控能力。
参考文献：
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功能材料论文范文4
英文名称：Journal of Materials Engineering
主管单位：中国航空工业第一集团公司
主办单位：中国航空工业第一集团公司北京航空材料研究院
出版周期：月刊
出版地址：北京市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1001-4381
国内刊号：11-1800/TB
邮发代号：
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1956
期刊收录：
CA 化学文摘(美)(2009)
CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
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功能材料论文范文6
关键词：CA砂浆，干料，搅拌
1. 干料团现象
高速铁路板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆(Cement and emulsified asphalt mortar, CA 砂浆)是由乳化沥青、水泥、细骨料、水和外加剂经特定工艺搅拌制得的具有特定性能的砂浆，分为CRTS（ChinaRailway Track System, 中国轨道系统）Ⅰ型和Ⅱ型两种[1, 2]。水泥乳化沥青砂浆采用灌注施工的方法，厚度为30~60mm，起支撑、调节、吸振等作用，是高速铁路系统的关键功能材料之一[3-7]。
新拌CA砂浆为具有较强流动能力、均匀分散的介稳悬浮体[8]。论文格式。其原料采用乳化沥青加干料的双组分模式，即液相原材料均添加于乳化沥青中，而固相的原料均添加于干粉砂浆中，此外，需加入一定量的水以调节砂浆的流动度。由于其含气量、分离度、工作时间等方面的要求，CA砂浆需用特定的搅拌装置并采用特定的搅拌工艺进行拌制。
CA砂浆一般的搅拌工艺为：先加入液料和水，搅拌一定时间；再加入干料；干料加完后高速搅拌一定时间；然后再慢速搅拌一定时间；再取样检测；检测合格后卸料。可笔者在施工过程中发现，施工一段时间之后，原先均匀砂浆中出现了一些小“疙瘩”，将“疙瘩”破碎后可看到灰白色未被润湿的干料，如图1所示。
图1 新拌CA砂浆中出现的干料团
未被搅散的干料团将对CA砂浆的质量产生严重影响。首先，它使砂浆实际的配合比受到影响，因为干料的局部集中将导致其他浆体中干料数量过少；另外，它将影响砂浆的力学性能，其力学的均匀性将因干料局部集中而改变，整体力学性能也将受到影响；此外，它将严重影响砂浆的体积稳定性和耐久性，未被分散的干料团在后期水化导致的体积变化将严重砂浆的体积稳定性，进而对砂浆耐久性产生影响。
2. 原因分析
由于此前并未出现过该现象，基本可以排除这是因搅拌时间不够导致的；另外，通过对原材料进行筛分和肉眼观察等，发现原材料中干料并没有因受潮而出现成团现象。在将这些因素排除后，笔者对砂浆搅拌车进行了观察，发现干料加料口粘料和搅拌机搅拌臂粘料是导致出现干料团的原因，如图2、3所示。
在图2中，干料加料口位于搅拌主机上方，当搅拌机载高速搅拌时，所飞溅起来的浆体将落至干料的加料口，并附在加料口表面。当搅拌下一盘CA砂浆，已通过计量的干粉被螺旋输送至加料口，粘在飞溅起来的CA砂浆表面，并没有完全落入搅拌主机内。随后，随着搅拌导致的振动等，部分干料才落入搅拌主机，但由于这部分干料搅拌时间不够，因此呈干料团状态。在早期，由于加料口较为洁净、平滑，口直径也较大，干料即使被粘住也很快落入搅拌主机中，但随着干料的越积越多，表面变粗糙，口直径也变小（图2），干料将很难短时间掉入搅拌机内。
在图3中，搅拌机采用三加一的叶片模式，叶片在绕搅拌中间的叶片轴转动外，还有主机的中心轴公转。论文格式。在加料时，由于叶片经过干料的加料口，部分料粘在搅拌臂上，随着搅拌臂的转动，部分干料才逐渐落入搅拌机内，而导致分散不均匀，出现干料团。同样在早期，由于搅拌臂较为洁净、平滑，且直径较小，不会出现干料团现象，但随着砂浆在搅拌上的积累与粘附，搅拌臂变粗、变粗糙，而导致了干料团现象。论文格式。
3. 防治措施
在经过干料团出现的原因进行分析后，我们对砂浆搅拌机的加料口和搅拌工艺进行了改进，有效的防止了新拌CA砂浆中干料团，如图4、5所示。
在图4中，笔者对加料口用橡皮套进行了延长，这样做有三个好处，首先，可以避免砂浆飞溅入加料口，而使加料干料结块，粘料甚至堵塞加料口（现场时有发生）；另外橡皮套伸至刚好与搅拌臂保持一定的接触，这样搅拌臂转至橡皮套时，可以拍打橡皮套，而使橡皮套的粘料落下，而不是在搅拌快完成时落下；此外，当橡皮套的永久性结料至一定厚度而影响使用时，只需将其换掉即可，不耽误工期，而不像原先的加料口，当料积至一定厚度必须全部清除才能继续生产。
图5为笔者进行二次高压进水改进后的搅拌臂，从图5可看出，改进后的搅拌臂上已经看不到会灰白色的干料。所谓二次高压进水，是指开始只加入少许水进行拌合，当干料加料完成后，再次加入一定量的水（已通过计量），并以高压的形式加入，以对搅拌主机叶片等进行清洗，这样可以有效地避免搅拌臂、叶片等部位粘料，起到了较好的效果。
此外，当干料因受潮等原因出现结块时，也会出现干料团现象，但此时以上的改进措施将很难防止干料团的出现。在结块程度较轻的情况下，可考虑降低加料速率、延长搅拌时间的方法。若结块程度较严重，废料或将干料过筛，也可起到防止干料团出现的作用。但最好的办法还是应对CA砂浆的原材料进行严格的存放，并缩短干料的存放时间，以防止干料受潮。
4. 结语
CA砂浆是高速铁路的关键功能材料，其好坏关系到高速铁路的成败，尽管目前我国的研究机构和施工单位已对其有较为深入的了解，但由于其复杂性、和敏感性，对其在实际工程的应用尚不能完全掌握，因此应在应用中不断的积累经验并加以改进。
参考文献
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