功能材料论文篇（1）

1.为实现课程教学与国外接轨，同时结合功能材料领域的发展状况和本校材料学院以能源、环境、生物材料为主的研究特色，本课程教学中选用了DeborahD.L.Chung主编的原版英文教材《FunctionalMaterials：Electrical，Dielectric，Electromagnetic，OpticalandMag-neticApplications》作为主要参考教材，同时补充BuddyD.Ratner等人编写的原版英文教材《BiomaterialSci-ence：AnIntroductiontoMaterialsinMedicine》作为生物功能材料的参考教材，并将发表的经典论文与最新研究成果等作为补充教材。

2.由于本课程的学生已学习了大量的材料学基础理论课程，所以教学内容以功能材料的应用为主，兼顾理论知识的巩固。以材料设计中的“结构－性能－应用”基本思路为主线，在介绍某种功能材料的结构与性能之间关系的基础上，着重讲授功能材料的性能与应用之间的相互关系，突出实际应用案例。这样，课程教学内容既保证学生可以巩固功能材料学的基础知识，又引导学生将基础知识和实际应用结合起来，提高解决实际问题的能力。

3.为了教学内容能够有效激发学生的学习兴趣，引导学生把握功能材料领域的发展趋势，本课程以专题形式只在压电材料、磁性材料、光电材料、电池能源材料、生物材料等范围内选择几种经典的和最新发展的功能材料及其制备新技术作为讲授内容，同时引入新材料、新技术等方面的课堂讨论内容。例如在讲授太阳能电池材料及新技术时，除了介绍太阳能电池的工作原理、目前研究的太阳能电池材料外，结合本院开展太阳能电池材料研究的老师的科研成果，课堂讨论太阳能电池材料的研究现状和发展趋势。

二、多元化教学方法与手段的运用

全英语教学是指用英语全程授课，让学生在全英语环境中学习专业知识，这对学生提出了更高要求。复旦大学蔡基刚教授研究认为，具有大学英语四级水平以上的学生，具备上全英语课程的能力，关键在于坚持和信心[4]。目前，本专业学生在上海市及全国范围内均为一本招生，英语整体水平较高，而且学生在前期已经学习了多门全英语授课的专业基础课。但是，部分学生仍然对全英语课程产生畏难情绪。因此，在全英语教学中，如何提高学生对课程的兴趣以帮助学生克服畏难情趣，是影响教学效果的重要因素。在近几年的全英语教学实践中，我们对多种教学方法和手段进行了融合运用。

1.多媒体教学，精心准备课件及教学细节。在课前精心组织教学内容，注重最新研究成果和经典功能材料的实际应用案例，力求课程内容的前沿性、实用性和趣味性。多媒体课件尽量通过图片、表格、动画以及视频等资料，以直观的方式体现教学内容，避免在幻灯片上出现大段文字，以此吸引学生的注意力，帮助其克服语言障碍。通过讲授过程中放慢语速或者重点内容重复多次的方式，争取绝大多数同学在课堂上能够听懂、理解，并且设置提问环节以增强学生对知识点的掌握。

2.将研究和探索的氛围带到课程教学中。本课程的教学内容结合了学院的研究特色，教学团队由多名从事不同功能材料研究的科研一线教师组成，分别在其擅长的研究领域讲授教学内容，同时将各自的科研成果引入教学，丰富教学内容，使教学与科研有机结合起来。增加教师本人的科研成果展示、科研故事等内容，使课程充满研究和探索的气氛，激发学生对课程内容和功能材料研究的兴趣。

3.开展当前研究热点和最新研究成果的课堂讨论。通常学生对研究热点和最新研究成果都比较感兴趣。例如在讲授目前非常热门的石墨烯材料时，教师提前给学生布置讨论题目：石墨烯材料具有非常优异的电导、机械强度、韧性等性能，那么这类材料的应用领域在哪里？在课堂上，教师在讲授完石墨烯材料的结构与性能关系后，在轻松的氛围下开始课堂讨论。这样的教学方式不仅有利于调动学生主动参与的积极性，而且可以培养学生独立思考和分析判断问题的能力以及交流、讨论、合作的热情和能力。

4.注重学生课前预习和课后知识巩固。全英语教学实践中，学生的课前预习对提高课堂教学效果非常重要。为了让学生的课前预习有的放矢，教师在课程开始前将课件放在课程网站上，让学生根据课程进度表提前下载课件并配合英语参考教材预习，避免了英语参考教材信息量大、学生预习无从下手的情况。通过预习，学生可以熟悉课堂的教学内容以及专业词汇，尽量避免因为课程内容和词汇生疏带来对知识点的理解困难，有助于学生跟上教师授课节奏，提高课堂教学效果。而对学生课前预习要求的检查和督促则通过教师课堂随机测验、点名提问等方式进行，并且将结果计入平时成绩。另外，为了进一步巩固课堂所学知识，每个专题授课结束后都会通过布置作业来引导学生对所学内容和知识点进行回顾。对学生课后作业完成情况的检查则通过作业批改、在课堂上问答的互动方式进行，标准解答定期上传至课程网站，以便学生加深对课程内容和知识点的理解和掌握。同时，本课程还设置课后辅导答疑环节，学生在每周的固定时间可到教师办公室接受答疑辅导。

功能材料论文篇（2）

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。

参考文献：

[1]薛增泉，纳米科技探索[M]．北京：清华大学出版社，2002.

[2]Pavlova-VerevkinaOB，Kul’kovaNV，PolitovaED，etal．COLLLOIDJ+2003，65(2)：226．

[3]DattaMS，TINDIANIMETALS2002，55(6)：531．

[4]YamaguchiY，JJPNSOCTRIBOLOGIS2003，48(5)：363．

[5]HayashiN，SakamotoI，ToriyamaT，etal．SURFCOATTECH2003，169：540．

[6]PocsikI，VeresM，FuleM，eta1．VACUUM2003，7l(1-2)：171．

[7]FanQP，WangX，LiYD，CHINESEJINORGCHEM2003，19(5)：521．

[8]ArakiH，FukuokaA，SakamotoY，etal.JMOLCATALA-CHEM2003，199(1-2)：95．

[9]BottiS，CiardiR，CHEMPHYSLETT2003，37l(3-4)：394．

[10]TianML，WangJU，KurtzJ，etal．NANOLETT2003，3(7)：919．

[11]RajeshB，ThampiKR，BonardJM，etal．JPHYSCHEMB2003，107(12)：2701．

[12]FuRW，DresselhausMs，DresselhausG，etal.JNONCRYSTSOLIDS2003，318(3)：223．

[13]KimTW，KawazoeT，SOLIDSTATECOMMUN2003，127(1)：24．

[14]NguyenP，NgHT，KongJ，etal．NANOLETT2003，3(7)：925．

[15]LiQ，WangCR，APPLPHYS．LETT2003，83(2)：359．

[16]ChenYF，KoHJ，HongSK，YaoT，APPLlEDPHYSICSLETTERS，2000,76(5)：559．

[17]JinBJ，BaeSH，LeeSY，ImS，MATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGB，2000，(71)：301．

[18]T.B.SercombeandG.B.Schaffer，SCIENCE，2003，301：1225．

[19]薛增泉，等．新型纳米功能材料[J]．真空，2004，41(1)：1-7．

[20]Z.W.Pan，Z.R.Dai，Z.L.Wang，SCIENCE，200l，(291)：1947．

[21]W.U.Huynh，J.J.Dittmer，A.P.Alivisatos，SCIENCE，2000，(295)：2425．

功能材料论文篇（3）

1.1具有光电活性的纤维素复合材料通过相关学者的研究发现，如果将氢氧化钠/尿素水溶液作为溶剂制备纤维素或染料复合膜，那么，这种材料会显示出较强的发光性能或荧光性能。其中，复合膜还有较强的透明性，透光率能够达到90%.试验发现，复合膜的力学性能很高，拉伸强度能够达到138MPa。如果将天然纤维素浸泡在发光溶剂中进行离心干燥，经过一段时间后，能够得到光致发光纸。这种材料不仅展现了发光剂的吸附能力，还提供了复合纸的发光性能。因此，这些纤维素发光材料可以用于发光二极管和包装等领域。

1.2纤维素/碳纳米管复合材料从纤维素先进功能材料的研究、分析中发现，碳纳米管具有非常优秀的力学性能和电性能，受到人们的高度重视，并被广泛应用于电子器件中。随着科技的不断发展，这种材料在生物传感和复合材料中占有重要位置。

2化学法制备纤维素功能材料

因为天然纤维素很难溶解，所以，不适用于工业生产中。它作为一种天然高分子，在性能上也有一定的不足，例如，这种纤维素耐化学腐蚀性很差、强度较低、稳定性不高。所以，相关人员可以通过化学方法改善天然纤维素的缺陷，强化其溶解性和强度，并赋予它新的性能，不断拓展纤维素的应用领域。因为纤维素分子链上有很多羟基，所以，可以利用这种方法制备出各种各样的纤维素衍生物。近几年，纤维素衍生物材料被广泛应用于日用化工、涂料和食品等领域。其中，纤维素的制备方法主要有均相法和非均相法。因为纤维素很难溶解，所以，在工业生产中，都是利用非均相法制备纤维素衍生物。但是，在这个过程中，纤维素衍生物存在结构不统一和不可控的缺点，同时，还会产生大量的副产物，所以，纤维素衍生物的种类较少。相关人员尝试利用纤维素在不同溶液中的反应生产纤维素衍生物。

2.1纤维素酯纤维素酯是纤维素与强酸或羧酸衍生物，通过酯化反应得到的一种纤维素衍生物。这种衍生物的种类较多，并有较高的附加值，能够在生物、材料、食品中广泛应用。利用这种方式，相关人员可以合成一些具有新功能性的纤维素酯。相关人员通过酯化反应将卟啉分子连接在纤维素上，得到了光电转换材料，卟啉分子还给予了纤维素材料全新的抗菌性能。所以，通过酯化反应，能够在乙基纤维素上连接三苯基胺，然后得到溶致变色的纤维素衍生物，并显现出蓝-绿荧光。这种衍生物在溶液中的量子效率为65%，所以，它还被应用在光电器件领域。

2.2纤维素醚从传统意义上讲，纤维素醚类的种类很多，并有很多性能。这种物质被广泛应用于石油开采中，还有食品、纺织和日用化学品等方面，所以，相关人员可以引进新的基因功能，以得到新型的功能性纤维素醚。一些学者合成了纤维素咔唑醚，它能够用于存储信息，并在OLED的空穴中传输材料；还有一些学者利用醚化反应，在纤维素上连接联苯液晶分子，从而得到对紫外光吸收能力较强的纤维素材料。近年来，相关人员发现了一些新型、高效的纤维素溶剂，为纤维素的再生产提供了新介质。在纤维素溶液中进行衍生化反应，能够得到结构统一、可调控的功能性纤维素衍生物，例如纤维素酯、纤维素醚等。这些分子或衍生物的反应快速、高效、容易分离，为相关行业的研究奠定了良好的基础。

功能材料论文篇（4）

RE-Ni-W-P-SiC复合镀层在不同浓度的硫酸、盐酸、磷酸和氯化铁等溶液中的腐蚀试验结果表明，以Ni-W-P合金为基体的复合材料镀层在镀态或热处理条件下在硫酸,磷酸,盐酸和氯化铁溶液中具有较好的耐蚀性,其耐蚀性优于316L不锈钢;Ni-W-P-SiC复合镀层在盐酸、硫酸和氯化铁溶液中的耐蚀性优于Ni-W-P合金镀层和RE-Ni-W-P-SiC复合镀层，而RE-Ni-W-P-SiC复合镀层在磷酸溶液中的耐蚀性又优于Ni-W->:请记住我站域名/

复合材料镀层的硬度和耐磨性试验结果表明，随着加热温度的提高，复合材料镀层的硬度增加，在400℃时达峰值，加热温度继续升高，镀层硬度呈下降趋势；此外，阴阳极相互垂直所得复合镀层的硬度高于阴阳极相互平行的硬度；镀态时复合镀层的磨损率均最高，随着热处理温度的提高，磨损率呈下降趋势，在400℃时磨损率最低，耐磨性最好。继续升高温度，磨损率有所上升。另外，随着镀层中磷含量的增加，其耐磨性改善。在400℃热处理条件下，随着热处理时间的延长，复合镀层的硬度和耐磨性增加，当热处理时间达到3小时时，镀层硬度和耐磨性达到最佳值；若继续延长时间，镀层的硬度和耐磨性将降低。随着镀液中SiC浓度的增加，RE-Ni-W-P-SiC复合材料镀层的硬度增加，同时镀层的耐磨性能也增强。镀液中钨酸钠浓度对RE-Ni-W-P-SiC多功能复合材料硬度及耐磨性的影响规律与镀液中SiC浓度对RE-Ni-W-P-SiC复合材料硬度及耐磨性的影响规律基本一致，即随着钨酸钠浓度的升高，RE-Ni-W-P-SiC复合镀层的硬度和耐磨性均提高。随着镀液中次亚磷酸钠浓度的升高，镀层的硬度和耐磨性均降低。

RE-Ni-W-P-SiC复合材料镀层的组织与结构分析表明，复合镀层在镀态下为非晶态，当热处理温度升到200℃时，镀层开始晶化并析出Ni3P相；当温度达到500℃时，镀层晶化完毕，产生新相g-(FeNi)。因此，整个镀层的显微结构随温度的变化过程是：非晶态混晶态晶态；稀土元素对复合镀层的显微组织无影响，但可以提高复合镀层中SiC微的含量；镀液中钨酸钠和柠檬酸的浓度对复合材料镀层的结构影响不大，复合材料中的磷含量是镀层非晶化的主要决定因素；镀液中钨酸钠和柠檬酸的浓度对复合材料镀层的表面形貌影响较大，当钨酸钠的浓度为90—150g/L和柠檬酸的浓度为150—170g/L时，复合材料镀层表面颗粒细小，而且平整光滑。

复合材料镀层的抗高温氧化试验结果表明，在高温氧化过程中,纯镍镀层、Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-SiC复合镀层的氧化膜重量和氧化时间的关系,在氧化时间小于60min时，氧化膜的增长规律近似于直线方程；而在氧化时间大于60min后,它的增长规律可以用幂函数方程表示。四种镀层氧化速率的大小顺序是Ni>Ni-W-P>Ni-W-P-SiC>RE-Ni-W-P-SiC。在高温氧化过程中,Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-三种镀层的氧化膜重量随着氧化温度的升高而呈指数型增加。RE-Ni-W-P-SiC复合镀层与Ni-W-P合金层相比,它的高温抗氧化性能可以提高2-3倍。镀层的截面形貌表明,经500℃下氧化，Ni-W-P合金已向基体扩散,与基体之间没有明显的分界线；Ni-W-P-SiC复合镀层与基体之间有分界线,但不明显；而RE-Ni-W-P-SiC复合镀层在此温度下有明显的分界线。经800℃下氧化后,除RE-Ni-W-P-SiC复合镀层与基体有明显分界线外,其它两种镀层均无分界线。Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-SiC三种镀层经800℃下氧化后的X-射线衍射图同样显示,RE-Ni-W-P-SiC复合镀层具有更好的抗高温氧化能力。

对电沉积RE-Ni-W-P-SiC多功能复合材料进行了日处理5平方米的中试试验，结果表明，用该工艺处理的多种零部件在磷化工、制糖和卷烟等工业中应用，其寿命明显高于国产零部件，接近或超过进口件的水平，并取得了一定的经济效益。

关键词：电沉积，RE-Ni-W-P-SiC复合材料镀层，硬度与耐磨性，耐蚀性，抗高温氧化性，组织与结构，应用。

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.

功能材料论文篇（5）

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）51-0083-02

研究生教育是我国高等教育的重要组成部分，创新能力培养是研究生教育的核心。教育部早在2003年就开始制定实施“研究生教育创新计划”，加强研究生培养体系、课程教学和教材等建设工作，逐步建立有利于培养研究生创新精神、研究能力的机制，提高研究生培养质量[1]。近年来，高校也在深入开展以提高研究生创新能力为核心的研究生教育教学改革。

课程学习是我国研究生培养过程的重要环节。教育部的《关于改进和加强研究生课程建设的意见》，强调要更好地发挥课程学习在研究生培养中的作用，研究生课程体系应以能力培养为核心，以创新能力培养为重点。因此，从培养研究生的创新能力出发，课程教学必须注重研究生创新能力的培养[2]。作为一名研究生课程授课教师，应更新教育观念和教学内容，开展教学方法改革，探索研究生课程教学的新思路[3]。本文基于研究生专业课程《功能材料》的教学实践，分别从教学内容、教学模式及考核方式等方面进行探索。

一、优化教学内容，注重创新能力培养

《功能材料》是材料科学与工程专业研究生的专业必修课之一。《功能材料》内容涵盖面广，多学科交叉融合，包括电子材料、磁性材料、声学材料、光学材料、生物材料及各种功能转换材料。高校材料类本科专业基本上会开设功能材料及相关专业课程，教学内容包括各类功能材料的组成、结构、性能及应用这条主线，但以掌握基本知识、基本理论为教学目标。目前，很多高校开设的研究生《功能材料》课程的教学大纲及教学内容，绝大部分是按照金属功能材料、无机功能材料和功能高分子材料三大类，来讲授各类功能材料的组成、结构、性能及应用等内容，只是应用部分的比重略有增加，这在教学内容上容易与本科教学内容造成重复，缺乏研究生创新能力的培养。因此，优化教学内容，讲授近年来迅速发展的新型功能材料，结合科研成果案例教学，将有助于研究生创新能力的培养。

1.由于本课程的学生是材料专业的硕士研究生，在前期已经学过如《材料科学基础》、《现代材料分析方法》、《材料结构与性能》等专业基础课程，了解和掌握有关功能材料的组成、结构、性能等基本知识。因此，研究生《功能材料》课程的教学内容应将金属功能材料、无机功能材料和功能高分子材料中的经典功能材料与当前研究热点的功能材料相结合，在简要介绍组成、结构、性能方面的基本知识的基础上，重点介绍材料选择与设计、制备技术与功能材料的性能及应用间的相互关系，强调材料的选择、设计和制备技术对功能材料实际应用的重要性。这样，课程教学内容既可引导学生把握功能材料领域的学术研究前沿，提高创新意识，同时也会兼顾功能材料的基本知识的巩固。

2.由于本课程教学课时只有32学时，在教学内容的安排上，针对当前研究热点，结合本校材料专业的研究方向，主要聚焦在新能源材料、环境材料、生物医用材料等，所以重点把新能源材料、环境材料、生物医用材料等专题分别设章进行介绍，将各专题的最新科研成果和最新进展充实到教学内容中，使学生了解科技前沿，激发学生科研创新兴趣。例如，石墨烯，由于独特的高导电、高导热、高强度、轻质等特性，在新能源、环境、生物医学等领域，有重要的应用潜力。此外，功能材料的3D打印，也是目前的研究热点。因此，在讲授石墨烯材料时，结合3D打印技术，对最新发表的关于3D打印石墨烯及器件制备的文献进行介绍，引导学生讨论石墨烯3D打印技术在电池、电容器等储能器件制造上的前景及研究思路，有助于培养学生的科研兴趣和创新能力。

二、融合多元化教学模式，启发创新思维

教学方法和手段的改革，是研究生创新能力培养的关键。良好的教学效果，不仅与教师的讲授技巧有关，更重要的是需要在教学方法和手段上进行多元化融合，激发学生学习兴趣。通过讲授功能材料领域的最新科技前沿，将学生学习功能材料的思维推向应用，把新方法、新技术、新热点、新问题等加入课程教学中，引导学生积极思考和探讨，以启发思维、训练能力。因此，为了有效达到教学目的，本课程将多种教学方法和手段进行融合探索。

1.通过科研与教学的有机结合，培养学生的创新思维和科研能力。本课程的教学团队都是科研第一线的教师，从事功能材料领域的不同研究方向的科研工作。因此，每位教师分别讲授各自擅长领域的教学内容，将各自的最新研究成果作为科研案例，穿插在教学中，丰富教学内容。而且，本校每个学期都设有材料创新讲坛，邀请国内外在功能材料领域的知名学者来校讲座。根据讲座内容，将1～2场材料创新讲座纳入本课程的教学内容，鼓励学生积极交流与讨论。将科研与教学实现有机结合，通过展示教师的科研创新成果，交流如何提出科研创新课题等，不仅会使学生接触到功能材料领域的研究前沿和热点，而且也会激发学生的科研兴趣，引导他们在学习过程中勤于思考，启发科研创新思维，为创新能力和科研能力的培养创造良好氛围。

2.开展以研究热点为主题的课堂讨论。通常，学生对热点问题和最新研究成果比较关注和感兴趣。教师在讲授每个专题时，都要适当引入本专题方向的研究热点和最新研究成果，进行课堂讨论。教师在上一堂课结束时，将讨论主题布置给学生，让学生对讨论主题提前搜寻资料，有所准备，训练学生的自主学习能力。通过专题的课堂讨论，培养学生独立思考、分析问题及交流、表达等能力。

3.培养学生自学能力及文献综述能力。自学能力的培养，对提高学生独立思考和创新能力非常重要。研究生可以通过课程学习、导师指导等环节提高分析、解决问题的能力，但在独立开展科研及学习新知识时，往往需要自学。由于本课程的教学内容安排是在课堂教学过程中，重点讲授材料选择与设计、制备技术与应用的相互关系及最新科研成果，其他关于材料结构和性能等知识需要通过自学完成。此外，类似专题的课堂讨论等教学互动环节，需要学生通过课后进行文献检索和自学文献、资料等来完成。文献综述能力是研究生创新思维和科研能力培养的重要方面。通过文献综述，学生可以全面了解和掌握某个研究领域或研究方向的现状，思考发展趋势，是开展科学研究最为重要的一步。因此，本课程在学期末设置文献综述环节，布置文献综述任务，要求学生通过文献查找、阅读、总结、撰写等完成综述小论文，培养自学与文献综述能力。

4.全英语教学，培养学生外语学术交流能力。目前，教育部积极鼓励教师开展双语和全英语教学活动，培养学生运用外语的能力，提高国际化教学质量[4]。研究生是开展创新研究的主体之一，了解与把握研究领域的发展，需要通过阅读大量外文文献和资料，而且，国际学术交流也是提高科研创新能力的途径之一。

在国内研究生的培养过程中，学生在外语读写方面的训练较多，而听说能力相对较弱。因此，为培养学生的全英语学术交流与表达能力，本课程采用全英语教学。全部制作英语PPT课件，讲授过程中采取预先发给学生课件和外文资料，让学生能够课前预习，熟悉课堂教学内容及生疏的专业词汇，避免学生在课堂上跟不上教师全英语讲授的节奏。但对比较难理解的知识点，适当辅以中文讲解。在课堂提问及课堂讨论环节，鼓励学生采用英语回答和讨论，训练英语表达能力，培养学生的英语学术交流能力。

三、完善课程教学考核方式，引导学生创新能力的培养

本课程比较注重学生创新思维和创新能力的培养，传统的闭卷考核方式显然不适合研究生的培养。为此，课程教学考核方式应将教学过程中的提问、专题讨论等过程性评价与期末文献综述评价相结合，把撰写文献综述、汇报答辩与交流讨论作为考核的重要形式。特别是期末文献综述评价，在教学过程中，列出若干热点问题，由学生自主进行文献检索、阅读资料，撰写综述。期末采用英语多媒体答辩方式对文献综述进行汇报，全面训练文献查阅、归纳总结、文字与口头表达及英语学术交流能力，加强学生的创新能力培养。

忽视课程教学环节中研究生创新意识与创新能力的训练，是导致研究生创新能力不足的一个重要原因。专业课教学是创新人才培养的主渠道之一，对创新能力的培养至关重要。因此，本课程在教学内容、教学模式和教学评价方式等方面进行探索，以引导学生自主学习，加强创新意识和创新能力的培养。同时，提高课程教学质量，教师要不断学习，提高自身创新能力，在科研第一线开展创新科学研究，让科研反哺教学。

参考文献：

[1]张来斌.认清形势，把握关键，大力推进研究生教育改革创新[J].学位与研究生教育，2010，（1）：58-60.

功能材料论文篇（6）

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：

[1]殷景华等.功能材料概论[M].哈尔滨:哈尔滨工业出版社,2002.

[2]郑昌琼,冉均国.新型无机材料[M].北京:科学出版社,2003.

[3]田莳.功能材料[M].北京:北京航空航天大学出版社,1995.

[4]马如璋.功能材料学导论[M].北京:冶金工业出版社,1999.

[5]李玲,向航.功能材料与纳米技术[M].北京:化学工业出版社,2003.

[6]贡长生,张克立.新型功能材料[M].北京:化学工业出版社,2001.

[7]李俊寿.新材料概论[M].北京:国防工业出版社,2004.

[8]宋英等.《功能陶瓷材料导论》课程教学改革初探[J].中国科教创新导刊,2009,(19).

[9]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究,2008,(3).

功能材料论文篇（7）

 

引言

由于功能梯度材料 (FGMs)的广泛运用，已经有很多学者对功能梯度材料断裂力学进行了研究[1-4]。Choi[5]和Choi 等[6]研究了功能梯度界面裂纹和界面共线裂纹在机械载荷作用下的断裂问题。但实际制备工艺的特点决定了功能梯度材料将很少是各向同性的，由于问题的复杂性,研究各向异性功能梯度材料断裂行为的文献不多。 Ozturk 和 Erdogan研究了无限大正交各向异性功能梯度材料受静态机械载荷作用下的裂纹方向平行于材料属性梯度方向的I型[7]断裂问题和裂纹方向垂直于材料属性梯度方向的混合型[8]断裂问题。Chen等[9]研究了非均匀正交各向异性功能梯度材料瞬时内部裂纹问题核心期刊。 假设裂纹方向和材料的梯度方向平行,Guo等[10-11]研究了正交各向异性功能梯度条的内嵌裂纹和边裂纹问题。Dag等[12]分别用积分变换—奇异积分技术和有限元方法研究了有限厚度正交各向异性功能梯度涂层—均匀正交各向异性基底间界面裂纹问题。

以上研究的都是单裂纹，对非均匀正交各向异性功能梯度材料共线裂纹问题都很少研究，然而这种模型对工程结构裂纹止裂具有理论意义和实用价值。同时，以前的研究假设正交各向异性功能梯度材料的剪切模量为单参数指数形式物理论文，事实上单参数指数形式只能模拟一些特殊的材料性质，为了更符合实际情况，假设非均匀正交各向异性功能梯度材料的梯度参数成双指数参数变化，本文研究了正交各向异性功能梯度材料的共线裂纹问题，分别对非均匀材料内含裂纹以及均匀材料内含裂纹等情况进行了研究。运用 Fourier 变换将混合边值问题转化为求解一组奇异积分方程，并得到应力强度因子的表达式。

1、 问题的提法

如图 1 所示，一正交各向异性功能梯度材料和一正交各向异性均匀基底理想粘结，厚度分别记为和 ，在两种材料里有长度为 的裂纹。两种材料在方向是无限大，分别是裂纹在轴的裂纹尖端。在研究功能梯度材料的断裂时，很多文章假设材料性质的变化为单参数指数形式[7-11]。 为了更符合实际情况，正交各向异性带的材料性质假设为以下双指数参数形式

(1)

其中 是正或负的非均匀参数， 是另一个非均匀参数。

本构方程可以写为

(2)

对图1 中的混合边值问题物理论文，边界和连续性条件为

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

2、 问题求解

图1 非均匀正交各向异性功能梯度材料共线裂纹示意图

Fig.1 Geometry ofcollinear cracks in orthotropic inhomogeneous functionally graded material

由于结构对称，我们只考虑上半平面，即 ， 运用Fourier变换，位

移可以表示为

(12)

这里 在附录里给出核心期刊。 不失一般性，取是未知函数，k=1,2分别代表材料为非均匀正交各向异性功能梯度材料和正交各向异性均匀基底。

我们引入两个新的函数

(13)

表1 正交各向异性功能梯度材料的力学性质

Table 1 Mechanicalproperties of orthotropic FGMs

由均匀边界条件 (3-11)， 经过很长的推导，有

(14)

其中

（15）

裂纹的应力强度因子 (SIFs)定义为

（16）

3、结果和讨论

在常应力载荷和 下，内部裂纹取，首先考虑单参数指数模型，我们假设。为了证明求解过程的正确性， 我们首先将所得的结果和文献[10]的结果进行对比。

图2 对中心内部裂纹应力强度因子的影响

Fig.2 Influences of on SIFs for acentral internal crack

图3 正交各向异性功能梯度材料的力学性质对应力强度因子的影响

()

Fig.3 Influences of mechanicalproperties of orthotropic FGMs on SIFs

()

图4 裂纹长对单裂纹和共线裂纹应力强度因子的影响

Fig.4 The effect of cracklength on SIFs for a single crack and two collinear cracks

图5 对共线裂纹应力强度因子的影响（)

Fig.5 Influences of for collinearcracks on SIFs ()

图6 对共线裂纹应力强度因子的影响()

Fig.6 Influences of for collinearcracks on SIFs ()

从图2 中可以看出物理论文，文中的计算结果与文献[10]吻合的很好。

图3-6给出了材料力学性质和非均匀参数对应力强度因子的影响，材料的力学性质见表1。结果表明：材料的力学性质对应力强度因子的影响不大，对三种材料而言，材料III给出的应力强度因子最小；相比单裂纹，共线裂纹总是给出最大的应力强度因子；随着的增加而变小， 随着 的增加而变大， 随着 的增加而变大， 随着的增加而变小，通过适当的参数调节可以延缓裂纹的扩展。

参考文献

[1]黄干云,汪越胜,余寿文.功能梯度材料的平面断裂力学分析[J]. 力学学报, 2005, 37: 1-8.(Huang G.Y.,Wang Y.S., Yu S.W. A new multi-layerer model for in-plane fracture analysis offunctionally graded materials(FGMS)[J]. Chinese Journal of Theoretical andApplied Mechanics, 2005, 37: 1-8.(in Chinese))

[2]L, C.F., Chen,W.Q., Zhong, Z. Two-dimensional thermoelasticity solution forfunctionally graded thick beams[J]. Science in China Series G-Physics,Mechanics & Astronomy, 2006, 49: 451-460.

[3]程站起,仲政.功能梯度材料涂层平面裂纹分析[J]. 力学学报, 2007, 39:685-691.(ChengZ.Q., Zhong Z. Fracture analysis of a functionally graded coating under planedeformation[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2007, 39:685-691.(in Chinese))

[4]Ding,S.H., Li X. The periodic crack problem in bonded piezoelectric materials[J].Acta Mechanica Solida Sinica, 2007, 2: 171-179.

[5]Choi,H.J. Bonded dissimlar strips with a crack perpendicular to the functionallygraded interface[J]. International Journal of Solids and Structures,1996, 33: 4101-4117.

[6]Choi,H.J., Lee K.Y., Jin T.E. Collinear cracks in a layered half-plane with agraded nonhomogeneous interfacial zone – Part I: Mechanical response[J].International Journal of Fracture, 1998, 94: 103-122.

[7]Ozturk,M. and Erdogan, F. Mode I Crack Problem in an Inhomogeneous Orthotropic

功能材料论文篇（8）

所谓同质性，即要求所选论据材料的要素与原材料（或论点）所具备的要素相同、一致。那么，应该怎样做，作文论据材料才与所供材料（或论点）同质呢？

一、弱水三千只取一瓢――紧扣论点要素筛选材料作论据

可作论据的材料成千上万，也千姿百态。筛选论据材料不能被材料的万紫千红所迷惑，一定要弄清材料的实质，紧扣论点，按论点的要素去筛选与原材料（或论点）同质的论据材料。

例如，要论证“勤能补拙”这一论点，那么在筛选论据材料时，就必须针对这一论点所限定的以下三个要素：1.要有“拙”；2.要有“勤”；3.要有“勤”补了“拙”，出了成果，取得了成功。此三要素缺少其中任何一个，就是不符合该论点所限定的要素，论据材料就难以证明论点。

有学生选了这样一个论据材料：“王羲之经常在自己的衣服上写字，将衣服划破，终于成为一个有名的书法家。”这个论据材料中，王羲之确实“勤”，也取得了成功，但与补拙毫不沾边，因为王羲之并不拙。那么，这个论据材料的要素与论点的要素就不一致，选用它用来论证论点是不恰当的。

不妨换个例子看看：“古雅典的德摩斯梯尼小时候口吃，为了弥补这一缺陷，他坚持每天早上含沙练唱，最终改掉了口吃的毛病，成为一位驰名世界的古雅典最具雄辩力的演说家。”德摩斯梯尼天天口含沙粒练习是“勤”，有口吃的毛病是“拙”，经过刻苦努力最终改掉了毛病，取得了事业的成功，是“勤”补了“拙”。与论点的要素相同，很好地体现了同质性的要求，能有力地论证论点。

二、到什么山唱什么歌――有侧重点地叙述用作论据的材料

筛选出具备同质性的论据材料后，接下来就是如何叙述这个论据材料了。那么，该怎样叙述才能体现同质性呢？总的原则就是到什么山唱什么歌。

再以上面的例子来说，下面的一则论据材料就叙述得很好：“传说古时候有个叫德摩斯梯尼的演说家，因小时候口吃，所以登台演讲时常被雄辩的对手压倒（写拙）。可是他毫不气馁，为了克服此弱点，他每天口含石子，面朝大海朗诵，不管春夏秋冬，坚持五十年如一日，连爬山跑步也都坚持演说（写勤）。最后，他终于成为全希腊最有名气的大演说家（写勤补了拙）。”这段话中的第一句叙其“拙”，第二句叙其“勤奋苦练”，第三句叙其“勤”补了“拙”，取得了成功。论据材料的叙述完全针对着“勤能补拙”这一论点所限定的要素，体现出同质性，因此，有力地论证了论点。

功能材料论文篇（9）

“作文之道，首在立意，意立而凡事举。”首先要认真阅读材料，深思熟虑，弄清材料里含有一个怎样的人生道理。要理清材料中的人或事物之间的相互关系，尤其是要深入思考材料中对人或事物的生存发展甚至取得成功或者遭遇失败起着决定性作用的精神因素，在定出标题的时候，标题必须含有这种关键的精神因素，而且要用“做人（或者成人、成才、成功）要有什么精神品质”来做标题，也可以用一个条件关系的复句来做为中心论点句，如：做人只有具备怎样的精神，才能够取得成功。如一个人物事迹类材料：科比是篮球巨星，几乎获得了所有荣誉。现在，他每隔几场就会超越一个过去球星的纪录，树立起一座座属于自己的里程碑。但是，当他个人单场得到30、40分甚至更多时，他的球队却输球了，弄得他很沮丧，人们戏称科比又创造了“里程悲”。这则材料里暗含了一个人生成败的道理：成功之花只能盛开在团结合作的枝头。一花独放不是春，百花齐放春满园。在写作时要明确个人与集体的关系，反对个人英雄主义，突出集体智慧和力量的决定性作用。

二、要做好新材料作文各种常见类型的分类指导

1.人物事迹类新材料作文。所出材料是选自历史或现实生活中的人物事迹，此时立意一定要深挖材料中人物成功或失败的原因，进而反思做人的道理：做人贵有什么精神，成人、成才、成功要有什么品质。正面例证可以从历史或者现实生活中去选取因为具备同样优秀品质或者精神而取得成功的名人实例，尤其是感动中国的名人事例。2.寓言故事类新材料作文。所出材料是虚构的一则寓言故事，主要是想让学生思考分析寓言中人物或者自然事物成败得失的原因，要注意深入挖掘人物或者自然事物身上存在的真善美等积极乐观、顽强坚韧的优秀品质，扣紧一点或者几点精神品质、做人的道理来立意。3.名言警句或哲理诗类新材料作文。所出材料是一个或者几个名言警句或者一首哲理诗，其中暗含着做人的道理。学生必须抓住关键词，深思其含义并且悟出做人的道理。比如“我在地上漫步，不在云端跳舞。”材料指示的核心应当是做人贵能脚踏实地。

三、要指导学生列出提纲，快速成文

要训练几种作文结构，特别是五段式写法，写够800字。

第一段：概括分析材料，引出论点句，把论点句放在段末尾。如：读了这则材料，我明白了一个人生道理：做人（或者成人、成才、成功）贵有什么精神品质。安排50个字。第二段：扣住原材料进行道理分析论证。应当重点分析精神品质对于成功的重要作用，可以用假设分析论证，但不可以照抄原材料。如：试想一下，如果该人物或者该自然事物不具备这种精神品质，他就失去了取得成功的必要条件。可见，只有具备了这种可贵的精神品质，我们才能在学习、工作、生活中取得成功。安排50个字。第三段：做正面实例论证。要精心选取历史或者现实生活中的因为具备这种优秀品质而取得成功的名人事例，至少写3个较详细的正面例子，可以细分为3个小段。实例可以按时间顺序写一个古代中国名人、一个外国名人、一个当代中国名人。如果学生掌握的古代或外国名人实例不多，那就可以多写一些当代中国尤其是感动中国的名人例证。这3个小段之间可以用“古往今来，因为具备了这种可贵精神而取得成功的名人事例不胜枚举”；“不仅古代中国有这样的成功范例，而且外国也不乏其人”等语句自然过渡。如果想写三个以上的正面简明名人例证，可以写成排比句使文章显得更有气势，但例证应当严格按照时间的先后顺序来写。应当注意的是：议论文中的例证有别于记叙文中的写人记事，论证要扣紧标题和论点，要突出所写人物因为具备了什么可贵精神而取得成功这一个点，余不涉及。可以安排600字。第四段：做简短精练的反面事例论证。一枚硬币总有正反两面。特别是思辨类关系型作文，这一点就显得更为重要。可以用“反之，如果不具备这种可贵精神，往往会导致人生遭遇失败”来过渡衔接。可以安排100字。第五段：总结论点，结合现实发出积极进取的高远号召。可以用“总之”来得出结论，然后由小到大，从个人做人道理这个小层面扩大上升到治国平天下的高度，结合青年学生所应承担的民族复兴重任，按照主席提出的“个人梦与中国梦”、“空谈误国，实干兴邦”等指示，发出培养精神，建设富强中国的高远号召。可以安排100字。

四、标题一定要好，正面名人例证一定要扣紧论点，典型充实

功能材料论文篇（10）

生物功能材料是材料科学领域中正在发展的多种学科相互交叉渗透的领域，其研究内容涉及材料科学、生命科学、化学、解剖学、病理学、临床医学、药物学等学科，同时还涉及工程技术和管理学科的范畴。而面对刚由高中迈向大学校门的本科生时，如何能引导学生由浅及深的深入生物功能材料专业的学习，并掌握专业所涉及的多领域专业理论知识和专业技能，成为社会需要的生物功能材料专业的人才，则需要一个系统周密的教学计划及教学策略。

一、外语与生物功能材料的交叉性

目前，国外的生物功能材料领域的研究已经得到迅猛发展，而在中国，生物功能材料领域则是属于一个新兴起步阶段，同时国际间的专业交流和合作也是必不可少，因此无论是从学习的角度还是合作交流的角度考虑，及时了解国际上专业领域最新研究进展是保证生物功能材料专业教学紧跟时展的必要工作，而外语水平的高低则直接限制了对国外研究工作的了解和领会程度。目前已经出现了系统的生物材料专业英语。因此，在引导学生深入生物功能材料专业知识学习之前，就应该督促学生掌握扎实的外语水平和实际应用能力。

二、化学与生物功能材料的交叉性

化学是研究物质的组成、结构、性质、以及变化规律的科学。世界是由物质组成的，化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一，它是一门历史悠久而又富有活力的学科，它的成就是社会文明的重要标志。化学是一门是实用的学科，它与数学物理等学科共同成为自然科学迅猛发展的基础。化学的核心知识已经应用于自然科学的各个区域，化学是改造自然的强大力量的重要支柱。

化学与其他学科的交叉与渗透，产生了很多边缘学科，如生物化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等，使得生物、电子、航天、激光、地质、海洋等科学技术迅猛发展。学生在深入学习生物功能材料专业知识之前，需要系统学习各类基础化学知识如无机化学、有机化学、分析化学以及化学与其他学科交叉而来的生物化学、物理化学、高分子化学等专业基础知识，并需要掌握扎实的化学实验功底，为将来学习生物功能材料专业知识并开展相关专业领域的研究工作打下坚实的基础。

三、材料学与生物功能材料的交叉性

生物功能材料本身就是材料学的一个分支学科。而总的来讲，材料学是研究材料组成、结构、工艺、性质和使用性能之间相互关系的学科，为材料设计、制造、工艺优化和合理使用提供科学依据。在系统学习生物功能材料专业知识之前，除了化学基础知识以外，学生还应接受系统的材料学基础理论的学习，包括材料加工工程及材料物理化学课程的学习。现代材料学科更注重研究各类材料及它们之间相互渗透的交叉性和综合性。

四、生命科学与生物功能材料的交叉性

由生物功能材料的定义可知，生物功能材料是用于人体组织和器官的诊断、修复或增进其功能的一类高技术材料，即用于取代、修复活组织的天然或人造材料，其作用药物不可替代。生物功能材料能执行、增进或替换因疾病、损伤等失去的某种功能，而不能恢复缺陷部位。因此，生物功能材料的应用对象就直接决定了生物功能材料学与生命科学的密切相关性。目前，可降解的生物材料已经得到了越来越多的研究者的关注。这类生物材料在植入到生物体内以后，会与机体组织发生一系列的相互作用，如生物体内多种生物酶对材料降解的促进作用、材料降解产物需要在生物体内沿着特定途径完成代谢、材料产物的降解对生物体生理环境的反作用，等等。除了这些问题，研究者还要分别从个体、细胞、分子等水平研究生物功能材料与生物体之间的相互作用，所有的这些研究内容无不体现了生物科学与生物功能材料的相互渗透。

五、解剖学、病理学与生物功能材料的交叉性

解剖学就是了解正常人体结构的学科，是涉及生命体的结构和组织的生物学分支学科。解剖学的主要分支有比较解剖学、组织学和人体解剖学。生物体内部结构非常复杂，所以解剖学内容包含不同的层次，从最小的细胞到最大的器官，以及器官之间的关系。而病理学是研究人体疾病发生的原因、发生机制、发展规律以及疾病过程中机体的形态结构、功能代谢变化和病变转归的一门基础医学课程，它具有很强的实践性和临床性。生物功能材料是直接用于人体组织器官置换的一类材料，因此学生在从事生物功能材料专业方向研究时，需要大量的动物实验来配合研究工作的开展，这就需要研究人员具备基本的解剖学知识和实际的解剖操作能力，并能够针对动物实验观察阶段出现的各种病理学问题进行科学分析且得出正确的结论。

六、药物学与生物功能材料的交叉性

目前，越来越多的研究者将重点放在载药生物材料的研究上。在制备载药的生物功能材料时，研究者需要具备基本的药物合成的知识，并对所使用的药物的结构、性能、药物对机体的影响及机体对药物的影响等知识有系统的学习。

在以上介绍的与生物功能材料相关的学科中，外语、化学是最基本的两大类学科，这是每个从事与生物功能材料相关专业学生所必须具备扎实功底的知识。材料学、生命科学也是相对比较基础的学科，但相对于前两种介绍的学科，其内容要相对专业，而解剖学、病理学及药物学是在前面介绍的几种学科基础上深入研究后应具备较高专业素养和技能时需要涉足的领域。

综上所述，作为新兴学科，生物功能材料涉及多个专业领域的知识，正是它的交叉性和边缘性才使得生物功能材料充满了突破和创新，目前世界各国对生物功能材料十分重视，中国也把生物功能材料列为重点发展的科研项目之一。生物功能材料的研究将对人类的生产方式和生活方式产生巨大的影响。随着生物功能材料领域研究的进行，必然有越来越多的学生开展此专业的学习，因此全面了解生物功能材料专业与其它专业的交叉性并以此为根据来确定专业课程的范围是十分重要的。

[参考文献]

[1]柳斌、郑斌、王定华.《创新教育案例全书》，北京教育出版社出版，1999.