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篇(1)

關(guān)鍵詞：納米涂層；場發(fā)射；電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)；軟凝聚態(tài)物質(zhì)

2003年在國際和中國都發(fā)生了具有突發(fā)性的災(zāi)難事件，但中國的GDP仍以9.1％的高速度在增長，達(dá)到了人民幣11.6萬億元，其中第二產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)4萬多億元。中國現(xiàn)今的第二產(chǎn)業(yè)主要領(lǐng)域是冶金、制造和信息，在世界的地位是大加工廠，也是大市場。在國際競爭中所以有優(yōu)勢是中國的勞動力廉價，這個優(yōu)勢我們能保持多久?我們還注意到與化工有關(guān)的產(chǎn)品中，我們的生產(chǎn)效率是國際發(fā)達(dá)國家的5％，能耗是3倍，環(huán)境的破壞是9倍。這就是我們所付出的代價。不論形勢如何嚴(yán)峻，21世紀(jì)是中華民族振興的機(jī)遇期，制造業(yè)絕對是一個極其重要的領(lǐng)域，是個急速發(fā)展變化的領(lǐng)域。2003年3月國際真空學(xué)會執(zhí)委會在北京舉行，會議上討論了將原來的冶金專委會改名為“表面工程專委會”，當(dāng)時也考慮了另一個名字“涂層專委會”，我想用涂層材料更合適，含有繼承性和變革性。20世紀(jì)70年代曾經(jīng)說成是塑料年代，此后塑料科技和工業(yè)迅速崛起，極大地改變了人類社會。繼而是信息時代，通信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)、萬維網(wǎng)、智能網(wǎng)，信息流，日新月異地改變著人類的生活和觀念。我們這個時代是高速發(fā)展的時代，技術(shù)和觀念都在與時俱進(jìn)地改變著。

本世紀(jì)初興起了納米科技，促進(jìn)其到來的是由于微電子小型化的發(fā)展趨勢，推動科技發(fā)展進(jìn)入納米時代[1]，不僅電子學(xué)將進(jìn)入納電子學(xué)領(lǐng)域，物理學(xué)進(jìn)入介觀物理領(lǐng)域，各類科技，包括生物醫(yī)學(xué)等都在探索納米結(jié)構(gòu)與特性。涂層和表面改性越來越多地增加了納米科技的內(nèi)容，這是一種低維材料的制造和加工科技，將是制造技術(shù)的主流，將迅速地改變傳統(tǒng)制造技術(shù)的方法、理論和觀念，作為現(xiàn)今國際上的制造大國，世界加工廠，我們更應(yīng)該注意研究制造技術(shù)的發(fā)展和未來。

1突破傳統(tǒng)制造技術(shù)的觀念

納米科技研究的內(nèi)容主要是在原子、分子尺度上構(gòu)造材料和器件，測量表征其結(jié)構(gòu)和特性，探索、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、新規(guī)律和應(yīng)用領(lǐng)域。與我們熟悉傳統(tǒng)的相比，納米材料和器件具有顯著的維數(shù)效應(yīng)和尺寸效應(yīng)。近幾年來，在納米材料制造方面做了大量的研究工作，在納米粒子粉材的制造，以及材料結(jié)構(gòu)和特性測量、表征上取得了顯著成果[2～7]。接下來深入到納米線、納米管和納米帶的研究[8～14]，出現(xiàn)了一些成功有效的制造方法，發(fā)現(xiàn)了一些驚人的結(jié)構(gòu)和特性。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展了納米復(fù)合材料的研究，展現(xiàn)了非常有希望的應(yīng)用前景[15～17]。近來人們在納米科技初期成果的基礎(chǔ)上挑戰(zhàn)某些產(chǎn)品的傳統(tǒng)加工技術(shù)，比如Al組件的快速加工。

T.B.Sercombe等人報(bào)道了快速加工鋁(Al)組件的新方法[18]，這個方法的主要特征是用快速成型技術(shù)先形成樹脂鍵合件，然后在氮?dú)夥罩蟹纸馄滏I和第二次滲入鋁合金。在熱處理過程中，鋁與氮反應(yīng)形成氮化鋁骨架，在滲透過程中得到剛體結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)制造工藝相比，這個過程是簡單的快速的，可以制造任何復(fù)雜組件，包括聚合物、陶瓷、金屬。圖1是過程示意和原型樣品，(a)是尼龍巾鑲嵌鋁粒子的SEM像，中心有結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的是Mg粒子，白色是Al粒子，加入少量的Mg是為還原氧化鋁，它將不是鑄件中的成分。在尼龍被燒去時，這個結(jié)構(gòu)基本保持不變。(b)是氮化物骨架，圍繞Al粒子的一些環(huán)狀結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡像，再滲入Al時將形成密實(shí)結(jié)構(gòu)。(c)是燒結(jié)的氮化鋁和滲鋁組件，小柱的厚為0.5mm其密度和強(qiáng)度都達(dá)到了傳統(tǒng)鑄造技術(shù)的水平。他們還制作了公斤重量多種結(jié)構(gòu)的樣品。這是一種冶金技術(shù)的探索，開辟了一種新的冶金和制造技術(shù)途徑。

2納米材料的完美定律

描述材料結(jié)構(gòu)的常用術(shù)語是原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)。原子結(jié)構(gòu)的主要參量是晶格常數(shù)、鍵長、鍵角；電子結(jié)構(gòu)的主要參量是能帶、量子態(tài)、分布函數(shù)。對于我們熟悉的宏觀體系，這些參量多是確定的常數(shù)，但對于納米體系，多數(shù)參量隨著原子數(shù)量的改變而變化。這是納米材料和器件的典型特征，它決定了納米材料的多樣性。其中有個重要規(guī)律，我們稱之為納米材料的完美定律，用簡單語言表述：“存在是完美的，完美的才能存在”。它包括了納米晶粒的魔數(shù)規(guī)則，即含有13、55、147…等數(shù)量原子的原子團(tuán)是穩(wěn)定的，對于富勒烯碳60和碳70存在的幾率最大，而對于碳59或碳71等結(jié)構(gòu)體系根本不存在。這就是為什么斯莫利(Smmolley)他們當(dāng)初能在大量的富勒烯中首先發(fā)現(xiàn)碳60和碳70，從而獲得了諾貝爾獎。對于一維納米結(jié)構(gòu)，包括納米管和納米線，存在類似的規(guī)則。可以模型上認(rèn)為是由殼層構(gòu)成的，每個殼層中更精細(xì)的結(jié)構(gòu)稱為股，每一股是一條原子鏈，中心為1股包裹殼層為7股的表示為7-1結(jié)構(gòu)，再外殼層為11股的，表示為11-7-1結(jié)構(gòu)，等等，構(gòu)成最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這是一維納米結(jié)構(gòu)的魔數(shù)規(guī)則。對二維納米膜存在類似的缺陷熔化規(guī)則，即不容許存在很多缺陷，一旦超過臨界值，缺陷自發(fā)產(chǎn)生，完全破壞二維晶態(tài)結(jié)構(gòu)。上述這些低維結(jié)構(gòu)特征是完美定律的具體表述，進(jìn)步普遍表述理論是正在研究中的課題。

完美定律是我們討論涂層材料的出發(fā)點(diǎn)，因?yàn)榧{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。在制造過程中，方法簡單、產(chǎn)額高、成本低是最有競爭力的。可以想象，制造成本很高的材料和器件能有市場，一定是不計(jì)成本的特殊需要，有政治背景或短期的社會需求。因此在我們探索納米材料制造時，首先考慮的應(yīng)是滿足完美定律的技術(shù)，如用甲烷電弧法制備納米金剛石粉技術(shù)[1]，電化學(xué)沉積法制備金屬納米線陣列技術(shù)[19]，以及電爐燒結(jié)法制造氧化物納米帶技術(shù)[20]等等。

3涂層納米材料將給我們帶來什么?

涂層納米材料是納米科技領(lǐng)域具有代表的材料，或是低維納米材料的有序堆積結(jié)構(gòu)，或者是低維納米材料填充的復(fù)合結(jié)構(gòu)。兩者都比傳統(tǒng)材料有驚人的結(jié)構(gòu)和特性。如新型高效光電池[21]、各向異性結(jié)構(gòu)材料[19]、新型面光源材料[22]等，這里舉例介紹基于熱電效應(yīng)的新型納米熱電變換材料。

熱電效應(yīng)器件的代表是熱電偶，即利用不同導(dǎo)體接觸的溫差電現(xiàn)象進(jìn)行溫度測量的器件。基于熱電效應(yīng)可以制成兩類器件：熱產(chǎn)生電和電產(chǎn)生溫差。前者可以用于制造焦電器件，即用熱直接發(fā)電，如將焦電材料涂于內(nèi)燃機(jī)缸表面，利用缸體溫度高于環(huán)境幾百度的溫差發(fā)電，將余熱變作電能回收。后者可以做成電致冷器件。這類的直接熱電變換器件具有無污染，沒有活動部件，長壽命，高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，但塊體材料制成器件的效率低，限制了它的應(yīng)用。納米科技興起以后，人們探索利用納米晶或納米線結(jié)構(gòu)能否解決熱電效應(yīng)的效率問題。認(rèn)為用量子點(diǎn)超晶格材料有希望顯著提高熱電器件的效率，這是由于納米材料顯著的能級分裂，有利于載流子的共振輸運(yùn)和降低晶格熱傳導(dǎo)，從而提高了器件的效率。T.C.Harman等人[23]報(bào)告了量子點(diǎn)超晶格結(jié)構(gòu)的熱-電效應(yīng)器件，他們制備了PbSeTe／PbTe量子點(diǎn)超晶格(QDSL)結(jié)構(gòu)，用其制造了熱電器件(Thermo-electrics，TE)，圖2(a)是納米超晶格TE致冷器件的結(jié)構(gòu)和電路圖，(b)電流-溫度曲線。將TE超晶格材料，其寬11mm，長5mm，厚0.104mm，n-型的TE片，一端置于熱槽，另一端置于冷槽，為了減小冷槽熱傳導(dǎo)而形成這同結(jié)接觸，用一根細(xì)金屬線與熱槽連接。當(dāng)如圖2(a)所示加電流源時，將致冷降溫。對于這種納米線超晶格結(jié)構(gòu)，由于量子限制效應(yīng)，發(fā)生間隔很大的能級分裂，從而得到很高的熱電轉(zhuǎn)換效率。圖2(b)是TE器件的電流-溫度曲線，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)標(biāo)明為熱與冷端溫差(T)與電流(I)關(guān)系，電流坐標(biāo)表示相應(yīng)通過器件的電流。■為熱端溫度Th與電流I的關(guān)系，其溫度對于流過器件的電流不敏感。為冷端溫度Tc與電流I的關(guān)系，其溫度對于電流是敏感的。圖中A是測得的最大溫差，43.7K，B是塊體(Bi，Sb)2(Se，Te)3固溶合金TE材料最大溫差，30.8K。從圖中可以看出，在較大電流時，冷端溫度趨于飽和。采用這種致冷器件由室溫降至一般冰箱的冷凍溫度是可能的。

電熱效應(yīng)的逆過程的應(yīng)用就是焦電器件，即利用熱源與環(huán)境的溫差發(fā)電。對于內(nèi)燃機(jī)、鍋爐、致冷器高溫?zé)岫说仍O(shè)備的熱壁，涂上超晶格納米結(jié)構(gòu)涂層，利用剩余熱能發(fā)電，將是人們利用納米材料和組裝技術(shù)研究的重要課題。

類似面致冷、取暖，面光源，面環(huán)境監(jiān)測等涂層功能材料，將給家電產(chǎn)業(yè)帶來革命性的影響，將會極大地改變?nèi)祟惖纳罘绞胶陀^念。

4含鐵碳納米管薄膜場發(fā)射

碳納米管陣列或含碳納米管涂層場發(fā)射被廣泛研究，以其為場發(fā)射陰極做成了平板顯示器。研究結(jié)果表明碳管的前端有較強(qiáng)的場發(fā)射能力，因此碳管涂層膜中多數(shù)碳管是平放在基底上的，場電子發(fā)射能力很差。我們制備了含有鐵(Fe)納米粒子的碳納米管，它的側(cè)向有更大的場發(fā)射能力，有利于用涂層法制造平板場發(fā)射陰極。圖3(a)是含鐵粒子碳納米的TEM像，碳管外形發(fā)生顯著改變。(b)是碳管場發(fā)射I-V特性曲線，I是CVD生長的豎直排列碳納米管的場發(fā)射曲線，II是含鐵粒子碳納米管豎直陣列的場發(fā)射曲線，III是含粒子碳納米管躺在基底上的場發(fā)射曲線，有最強(qiáng)的場發(fā)射能力。根據(jù)此結(jié)果，將含鐵的碳納米管用作涂層場發(fā)射陰極，有利于研制平板顯示器。

5電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系和軟凝聚態(tài)物質(zhì)

上面所講到的涂層納米功能材料和器件是當(dāng)今國際上研究的熱門課題，會很快取得重要成果，甚至有新產(chǎn)品進(jìn)入市場。當(dāng)我們在討論這個納米科技中的重要方向時，不能不考慮更深層的理論問題和更長遠(yuǎn)的發(fā)展前景。這就涉及到物理學(xué)的重要理論問題，即電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系(electronstrongcorrelationsystem)與軟凝聚態(tài)物質(zhì)(softcondensationmatter)。

在量子力學(xué)出現(xiàn)之前，金屬材料電導(dǎo)的來源是個謎，20世紀(jì)初量子力學(xué)誕生后，解決了金屬導(dǎo)電問題。基于Bloch假設(shè)：晶體中原子的外層電子，適應(yīng)晶格周期調(diào)整它們的波長，在整個晶體中傳播；電子-電子間沒有相互作用。這是量子力學(xué)的簡化模型，沒有考慮電子間的相互作用，特別是在局域態(tài)電子的強(qiáng)相互作用。2003年又有人提出了金屬導(dǎo)電問題，Phillips和他的同事以“難以琢磨的Bose金屬”為題重新討論了金屬導(dǎo)電問題[24]。當(dāng)計(jì)入電子間的相互作用時，可能產(chǎn)生的多體態(tài)，超導(dǎo)和巨磁阻就是這種狀態(tài)。晶體中的缺陷破壞了完善導(dǎo)體，導(dǎo)致電子局域化。電子與核作用的等效結(jié)果表現(xiàn)為電子間的吸引作用，導(dǎo)致電荷載流子為Cooper對。但這個對的形成，不是超導(dǎo)的充分條件。當(dāng)所有Cooper對都成為單量子態(tài)時，才能觀察到超導(dǎo)性。這樣，對于費(fèi)米子由于包利(Paulii)不相容原則，不可能產(chǎn)生宏觀上的單量子態(tài)。Cooper對的旋轉(zhuǎn)半徑小于通常兩個電子相互作用的空間，成為Bose子。宏觀上呈現(xiàn)單量子態(tài)，Bose子的相干防止了局域量子化。在局域化電子范圍內(nèi)，超導(dǎo)性可能認(rèn)為是玻色-愛因斯坦凝聚，這個觀點(diǎn)現(xiàn)今被很多人接受。從20世紀(jì)初至今，對于基本粒子的量子統(tǒng)計(jì)有兩種，一是Fermi統(tǒng)計(jì)，遵從Paulii不相容原理，即每個能量量子態(tài)上只能容納自旋不同的2個電子，而Bose子則不受這個限制。在凝聚態(tài)物質(zhì)中有兩個基態(tài)：即共有化Bose子呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，局域化Bose子呈現(xiàn)絕緣態(tài)。然而，在幾個薄合金膜的實(shí)驗(yàn)中，觀察到金屬相，破壞了超導(dǎo)體和絕緣體之間直接轉(zhuǎn)換。經(jīng)分析認(rèn)為這是玻色金屬態(tài)，參與導(dǎo)電的是Bose子。推斷這個金屬相可能是渦流玻璃態(tài)，這個現(xiàn)象在銅氧化物超導(dǎo)體中得到了驗(yàn)證。

軟凝聚態(tài)物質(zhì)研究的對象是原子、分子間不僅存在短程作用力，而且存在長程作用力，表觀上呈現(xiàn)的粘稠物質(zhì)形態(tài)，稱為軟凝聚態(tài)。至今，人類對于晶體和原子存在強(qiáng)相互作用的固體已經(jīng)知道得相當(dāng)透徹了，但對軟凝聚態(tài)的很多科學(xué)問題還沒有深入研究，21世紀(jì)以來，引起了科學(xué)家的極大興趣。軟凝聚態(tài)物質(zhì)包括流體、離子液體、復(fù)合流體、液晶、固體電解、離子導(dǎo)體、有機(jī)粘稠體、有機(jī)柔性材料、有機(jī)復(fù)合體，以及生物活體功能材料等。這其中的液晶由于在顯示器件上的很大市場需求，是被研究得相當(dāng)清楚的一種。其他軟凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和特性的科學(xué)問題和應(yīng)用前景是目前被關(guān)注的研究課題。這其中主要有：微流體閥和泵、納米模板、納米陣列透鏡、有機(jī)半導(dǎo)體、有機(jī)陶瓷、流體類導(dǎo)體、表面敏感材料、親水疏水表面、有機(jī)晶體、生物材料(人造骨和牙齒)、柔性集成器件，以及他們的復(fù)合，統(tǒng)稱為分子調(diào)控材料(materialsofmolecularmanipulation)。其主要特征是原子結(jié)構(gòu)的多變性和柔性，研究材料的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)和特性的測量、表征，追求特殊功能；理論上探討原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定體系，光、電、熱、機(jī)械特性，以及載流子及其輸運(yùn)。關(guān)于軟凝聚態(tài)物質(zhì)，有些早已為人類所用，電解液、液晶等，但對其理論研究處于初期階段。科學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用的需求促進(jìn)深入的理論研究，判斷體系穩(wěn)定存在的依據(jù)是自由能最小，體系自由能可表示為F=E-TS，其中S是熵。對于軟凝聚態(tài)物質(zhì)體系，S是重要參量。其中更多的缺陷，原子、分子運(yùn)動的復(fù)雜行為，更多的電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)，不再是單粒子統(tǒng)計(jì)所能描述，需要研究粒子間存在相互作用的統(tǒng)計(jì)理論。多樣性是這個體系的突出特征，因此其理論涉及廣泛、復(fù)雜問題。

物理學(xué)是探索物態(tài)結(jié)構(gòu)與特性的基礎(chǔ)學(xué)科，是認(rèn)識自然和發(fā)展科技的基礎(chǔ)，其中以原子間有較強(qiáng)作用的稠密物質(zhì)體系為主要研究對象的凝聚態(tài)物理近些年有了迅速進(jìn)展，研究范圍不斷擴(kuò)大，從固體結(jié)構(gòu)、相變、光電磁特性擴(kuò)展到液晶、復(fù)雜流體、聚合物和生物體結(jié)構(gòu)等。幾乎每一二十年就有新物質(zhì)狀態(tài)被發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)了人類對自然的認(rèn)識和對其規(guī)律把握能力，推動了科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展。21世紀(jì)仍有一些老的科學(xué)問題需要深入研究，一些新科學(xué)問題已提到人們的面前。特別是低維量子限域體系和極端條件下的基本物理問題。20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的介觀物理，后來發(fā)展成為納米科技所涉及的學(xué)科領(lǐng)域。與宏觀體系和原子體系相比，低維量子限域體系，還有很多物理問題有待解決，人們熟悉的宏觀體系得到的規(guī)則和結(jié)論有些不再有效，適用于低維量子限域體系的處理方法和理論需要探索，特別是將涉及到多層次多系統(tǒng)問題的描述和表征，將會有更多的新現(xiàn)象、新效應(yīng)、新規(guī)律被發(fā)現(xiàn)。在納米尺度，研究原子、分子組裝、測量、表征，涉及有機(jī)材料、無機(jī)／有機(jī)復(fù)合材料和生物材料，這將大大的擴(kuò)展了物理學(xué)研究的范圍和深度。涉及的重大科學(xué)前沿問題和重點(diǎn)發(fā)展方向有①強(qiáng)關(guān)聯(lián)和軟凝聚態(tài)物質(zhì)，及其他新奇特性凝聚態(tài)物質(zhì)；②低維量子限域體系的結(jié)構(gòu)和量子特性，包括納米尺度功能材料和器件結(jié)構(gòu)和特性；③粒子物理，描述物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和基本相互作用的粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型和有關(guān)問題，以及復(fù)雜系統(tǒng)物理；④極端條件下的物理問題，探索高能過程、核結(jié)構(gòu)、等離子體、新物理現(xiàn)象和核物質(zhì)新形態(tài)等；⑤生命活動中的物理問題，物理學(xué)的基本規(guī)律、概念、技術(shù)引入生命科學(xué)中，研究生物大分子體系特征、DNA、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能等，其研究關(guān)鍵將在于定量化和系統(tǒng)性，必然是多學(xué)科的交叉發(fā)展，成為未來科學(xué)的重要領(lǐng)域。

6結(jié)論

本文討論了納米線涂層的結(jié)構(gòu)和特性，重點(diǎn)是納米線的復(fù)合涂層和其電學(xué)特性、光電特性。其中包括制造技術(shù)新觀念，納米材料的完美定律，納米涂層的熱-電效應(yīng)，碳納米管的側(cè)向場發(fā)射，以及電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系和軟凝聚態(tài)物質(zhì)，展示了涂層科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展前景。

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篇(2)

英文名稱：Journal of Functional Materials

主管單位：重慶儀表材料研究所

主辦單位：國家儀表功能材料工程技術(shù)研究中心;重慶儀表材料研究所;中國儀器儀表學(xué)會儀表材料學(xué)會

出版周期：月刊

出版地址：重慶市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號：1001-9731

國內(nèi)刊號：50-1099/TH

郵發(fā)代號：78-6

發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行

創(chuàng)刊時間：1970

期刊收錄：

CA 化學(xué)文摘(美)(2009)

CBST 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)速報(bào)(日)(2009)

EI 工程索引(美)(2009)

中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD―2008)

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期刊簡介

篇(3)

關(guān)鍵詞：《功能材料》；教學(xué)改革；創(chuàng)新教育

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）51-0083-02

研究生教育是我國高等教育的重要組成部分，創(chuàng)新能力培養(yǎng)是研究生教育的核心。教育部早在2003年就開始制定實(shí)施“研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃”，加強(qiáng)研究生培養(yǎng)體系、課程教學(xué)和教材等建設(shè)工作，逐步建立有利于培養(yǎng)研究生創(chuàng)新精神、研究能力的機(jī)制，提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量[1]。近年來，高校也在深入開展以提高研究生創(chuàng)新能力為核心的研究生教育教學(xué)改革。

課程學(xué)習(xí)是我國研究生培養(yǎng)過程的重要環(huán)節(jié)。教育部的《關(guān)于改進(jìn)和加強(qiáng)研究生課程建設(shè)的意見》，強(qiáng)調(diào)要更好地發(fā)揮課程學(xué)習(xí)在研究生培養(yǎng)中的作用，研究生課程體系應(yīng)以能力培養(yǎng)為核心，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為重點(diǎn)。因此，從培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力出發(fā)，課程教學(xué)必須注重研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[2]。作為一名研究生課程授課教師，應(yīng)更新教育觀念和教學(xué)內(nèi)容，開展教學(xué)方法改革，探索研究生課程教學(xué)的新思路[3]。本文基于研究生專業(yè)課程《功能材料》的教學(xué)實(shí)踐，分別從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式及考核方式等方面進(jìn)行探索。

一、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)

《功能材料》是材料科學(xué)與工程專業(yè)研究生的專業(yè)必修課之一。《功能材料》內(nèi)容涵蓋面廣，多學(xué)科交叉融合，包括電子材料、磁性材料、聲學(xué)材料、光學(xué)材料、生物材料及各種功能轉(zhuǎn)換材料。高校材料類本科專業(yè)基本上會開設(shè)功能材料及相關(guān)專業(yè)課程，教學(xué)內(nèi)容包括各類功能材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用這條主線，但以掌握基本知識、基本理論為教學(xué)目標(biāo)。目前，很多高校開設(shè)的研究生《功能材料》課程的教學(xué)大綱及教學(xué)內(nèi)容，絕大部分是按照金屬功能材料、無機(jī)功能材料和功能高分子材料三大類，來講授各類功能材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用等內(nèi)容，只是應(yīng)用部分的比重略有增加，這在教學(xué)內(nèi)容上容易與本科教學(xué)內(nèi)容造成重復(fù)，缺乏研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，講授近年來迅速發(fā)展的新型功能材料，結(jié)合科研成果案例教學(xué)，將有助于研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.由于本課程的學(xué)生是材料專業(yè)的碩士研究生，在前期已經(jīng)學(xué)過如《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《現(xiàn)代材料分析方法》、《材料結(jié)構(gòu)與性能》等專業(yè)基礎(chǔ)課程，了解和掌握有關(guān)功能材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能等基本知識。因此，研究生《功能材料》課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)將金屬功能材料、無機(jī)功能材料和功能高分子材料中的經(jīng)典功能材料與當(dāng)前研究熱點(diǎn)的功能材料相結(jié)合，在簡要介紹組成、結(jié)構(gòu)、性能方面的基本知識的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹材料選擇與設(shè)計(jì)、制備技術(shù)與功能材料的性能及應(yīng)用間的相互關(guān)系，強(qiáng)調(diào)材料的選擇、設(shè)計(jì)和制備技術(shù)對功能材料實(shí)際應(yīng)用的重要性。這樣，課程教學(xué)內(nèi)容既可引導(dǎo)學(xué)生把握功能材料領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究前沿，提高創(chuàng)新意識，同時也會兼顧功能材料的基本知識的鞏固。

2.由于本課程教學(xué)課時只有32學(xué)時，在教學(xué)內(nèi)容的安排上，針對當(dāng)前研究熱點(diǎn)，結(jié)合本校材料專業(yè)的研究方向，主要聚焦在新能源材料、環(huán)境材料、生物醫(yī)用材料等，所以重點(diǎn)把新能源材料、環(huán)境材料、生物醫(yī)用材料等專題分別設(shè)章進(jìn)行介紹，將各專題的最新科研成果和最新進(jìn)展充實(shí)到教學(xué)內(nèi)容中，使學(xué)生了解科技前沿，激發(fā)學(xué)生科研創(chuàng)新興趣。例如，石墨烯，由于獨(dú)特的高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱、高強(qiáng)度、輕質(zhì)等特性，在新能源、環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，有重要的應(yīng)用潛力。此外，功能材料的3D打印，也是目前的研究熱點(diǎn)。因此，在講授石墨烯材料時，結(jié)合3D打印技術(shù)，對最新發(fā)表的關(guān)于3D打印石墨烯及器件制備的文獻(xiàn)進(jìn)行介紹，引導(dǎo)學(xué)生討論石墨烯3D打印技術(shù)在電池、電容器等儲能器件制造上的前景及研究思路，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣和創(chuàng)新能力。

二、融合多元化教學(xué)模式，啟發(fā)創(chuàng)新思維

教學(xué)方法和手段的改革，是研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關(guān)鍵。良好的教學(xué)效果，不僅與教師的講授技巧有關(guān)，更重要的是需要在教學(xué)方法和手段上進(jìn)行多元化融合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。通過講授功能材料領(lǐng)域的最新科技前沿，將學(xué)生學(xué)習(xí)功能材料的思維推向應(yīng)用，把新方法、新技術(shù)、新熱點(diǎn)、新問題等加入課程教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生積極思考和探討，以啟發(fā)思維、訓(xùn)練能力。因此，為了有效達(dá)到教學(xué)目的，本課程將多種教學(xué)方法和手段進(jìn)行融合探索。

1.通過科研與教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研能力。本課程的教學(xué)團(tuán)隊(duì)都是科研第一線的教師，從事功能材料領(lǐng)域的不同研究方向的科研工作。因此，每位教師分別講授各自擅長領(lǐng)域的教學(xué)內(nèi)容，將各自的最新研究成果作為科研案例，穿插在教學(xué)中，豐富教學(xué)內(nèi)容。而且，本校每個學(xué)期都設(shè)有材料創(chuàng)新講壇，邀請國內(nèi)外在功能材料領(lǐng)域的知名學(xué)者來校講座。根據(jù)講座內(nèi)容，將1～2場材料創(chuàng)新講座納入本課程的教學(xué)內(nèi)容，鼓勵學(xué)生積極交流與討論。將科研與教學(xué)實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，通過展示教師的科研創(chuàng)新成果，交流如何提出科研創(chuàng)新課題等，不僅會使學(xué)生接觸到功能材料領(lǐng)域的研究前沿和熱點(diǎn)，而且也會激發(fā)學(xué)生的科研興趣，引導(dǎo)他們在學(xué)習(xí)過程中勤于思考，啟發(fā)科研創(chuàng)新思維，為創(chuàng)新能力和科研能力的培養(yǎng)創(chuàng)造良好氛圍。

2.開展以研究熱點(diǎn)為主題的課堂討論。通常，學(xué)生對熱點(diǎn)問題和最新研究成果比較關(guān)注和感興趣。教師在講授每個專題時，都要適當(dāng)引入本專題方向的研究熱點(diǎn)和最新研究成果，進(jìn)行課堂討論。教師在上一堂課結(jié)束時，將討論主題布置給學(xué)生，讓學(xué)生對討論主題提前搜尋資料，有所準(zhǔn)備，訓(xùn)練學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。通過專題的課堂討論，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析問題及交流、表達(dá)等能力。

3.培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力及文獻(xiàn)綜述能力。自學(xué)能力的培養(yǎng)，對提高學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力非常重要。研究生可以通過課程學(xué)習(xí)、導(dǎo)師指導(dǎo)等環(huán)節(jié)提高分析、解決問題的能力，但在獨(dú)立開展科研及學(xué)習(xí)新知識時，往往需要自學(xué)。由于本課程的教學(xué)內(nèi)容安排是在課堂教學(xué)過程中，重點(diǎn)講授材料選擇與設(shè)計(jì)、制備技術(shù)與應(yīng)用的相互關(guān)系及最新科研成果，其他關(guān)于材料結(jié)構(gòu)和性能等知識需要通過自學(xué)完成。此外，類似專題的課堂討論等教學(xué)互動環(huán)節(jié)，需要學(xué)生通過課后進(jìn)行文獻(xiàn)檢索和自學(xué)文獻(xiàn)、資料等來完成。文獻(xiàn)綜述能力是研究生創(chuàng)新思維和科研能力培養(yǎng)的重要方面。通過文獻(xiàn)綜述，學(xué)生可以全面了解和掌握某個研究領(lǐng)域或研究方向的現(xiàn)狀，思考發(fā)展趨勢，是開展科學(xué)研究最為重要的一步。因此，本課程在學(xué)期末設(shè)置文獻(xiàn)綜述環(huán)節(jié)，布置文獻(xiàn)綜述任務(wù)，要求學(xué)生通過文獻(xiàn)查找、閱讀、總結(jié)、撰寫等完成綜述小論文，培養(yǎng)自學(xué)與文獻(xiàn)綜述能力。

4.全英語教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生外語學(xué)術(shù)交流能力。目前，教育部積極鼓勵教師開展雙語和全英語教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用外語的能力，提高國際化教學(xué)質(zhì)量[4]。研究生是開展創(chuàng)新研究的主體之一，了解與把握研究領(lǐng)域的發(fā)展，需要通過閱讀大量外文文獻(xiàn)和資料，而且，國際學(xué)術(shù)交流也是提高科研創(chuàng)新能力的途徑之一。

在國內(nèi)研究生的培養(yǎng)過程中，學(xué)生在外語讀寫方面的訓(xùn)練較多，而聽說能力相對較弱。因此，為培養(yǎng)學(xué)生的全英語學(xué)術(shù)交流與表達(dá)能力，本課程采用全英語教學(xué)。全部制作英語PPT課件，講授過程中采取預(yù)先發(fā)給學(xué)生課件和外文資料，讓學(xué)生能夠課前預(yù)習(xí)，熟悉課堂教學(xué)內(nèi)容及生疏的專業(yè)詞匯，避免學(xué)生在課堂上跟不上教師全英語講授的節(jié)奏。但對比較難理解的知識點(diǎn)，適當(dāng)輔以中文講解。在課堂提問及課堂討論環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)生采用英語回答和討論，訓(xùn)練英語表達(dá)能力，培養(yǎng)學(xué)生的英語學(xué)術(shù)交流能力。

三、完善課程教學(xué)考核方式，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

本課程比較注重學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，傳統(tǒng)的閉卷考核方式顯然不適合研究生的培養(yǎng)。為此，課程教學(xué)考核方式應(yīng)將教學(xué)過程中的提問、專題討論等過程性評價與期末文獻(xiàn)綜述評價相結(jié)合，把撰寫文獻(xiàn)綜述、匯報(bào)答辯與交流討論作為考核的重要形式。特別是期末文獻(xiàn)綜述評價，在教學(xué)過程中，列出若干熱點(diǎn)問題，由學(xué)生自主進(jìn)行文獻(xiàn)檢索、閱讀資料，撰寫綜述。期末采用英語多媒體答辯方式對文獻(xiàn)綜述進(jìn)行匯報(bào)，全面訓(xùn)練文獻(xiàn)查閱、歸納總結(jié)、文字與口頭表達(dá)及英語學(xué)術(shù)交流能力，加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

忽視課程教學(xué)環(huán)節(jié)中研究生創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的訓(xùn)練，是導(dǎo)致研究生創(chuàng)新能力不足的一個重要原因。專業(yè)課教學(xué)是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的主渠道之一，對創(chuàng)新能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。因此，本課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)評價方式等方面進(jìn)行探索，以引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，加強(qiáng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。同時，提高課程教學(xué)質(zhì)量，教師要不斷學(xué)習(xí)，提高自身創(chuàng)新能力，在科研第一線開展創(chuàng)新科學(xué)研究，讓科研反哺教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張來斌.認(rèn)清形勢，把握關(guān)鍵，大力推進(jìn)研究生教育改革創(chuàng)新[J].學(xué)位與研究生教育，2010，（1）：58-60.

[2]朱鈺方，朱敏，何星.研究生“生物材料學(xué)”課程教學(xué)改革初探[J].上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2014，36（4）：387-390.

篇(4)

Abstract: The graduation design (paper) is the last link of undergraduate course teaching plan, the reflection of work ability that students use theoretical knowledge in practice innovation work, and early practice of students to work. This paper made preliminary exploration on the combination of "university-industryCinstitute", from the two aspects of topic selection and quality control discussed some experiences and imagine ,hoping to has certain significance for improving the quality of graduation design (paper).

關(guān)鍵詞: “產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合;畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) ;選題;質(zhì)量控制

Key words: "Industry-university-institute" combined ;graduation design (paper); topic; quality control

中圖分類號:G642.477 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-4311(2010)20-0165-01

0引言

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)是高校人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié),對學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)具有重要作用,是檢驗(yàn)學(xué)生掌握知識程度、分析問題和解決問題基本能力的綜合性訓(xùn)練,是理論聯(lián)系實(shí)際的重要體現(xiàn),在培養(yǎng)大學(xué)生探求真理、鍛煉學(xué)生社會適應(yīng)能力、增強(qiáng)社會責(zé)任感、進(jìn)行科學(xué)研究基本訓(xùn)練、提高綜合實(shí)踐能力與素質(zhì)等方面,具有不可替代的作用[1]。

1選題體系的建立

根據(jù)我院稀土工程專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)情況,并考慮到本專業(yè)學(xué)生的未來就業(yè)情況,本校具有的教學(xué)優(yōu)勢,合理的設(shè)置符合實(shí)際的選題,將畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的選題偏向于能力訓(xùn)練和培養(yǎng)目標(biāo),充分體現(xiàn)教學(xué)計(jì)劃中對能力、知識結(jié)構(gòu)的要求,在選題方面要從以下幾方面入手:

1.1 根據(jù)學(xué)生擇業(yè)方向、特長,考慮充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性,在四年級上學(xué)期末,由學(xué)院教學(xué)主管部門匯集全院教師申報(bào)的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目,初審?fù)ㄟ^后,下達(dá)給每位畢業(yè)生,學(xué)生依據(jù)自己實(shí)際興趣、特長自由選擇,下學(xué)期始上交所選題目,學(xué)院要協(xié)調(diào)好研究型、設(shè)計(jì)型、工程應(yīng)用型、調(diào)研綜述型四個方向選題比例。

1.2 在滿足教學(xué)要求的前提下,積極聯(lián)系簽約、實(shí)習(xí)單位,由單位人力資源部委派中高級職稱技術(shù)人員結(jié)合本單位生產(chǎn)實(shí)際,為學(xué)生提供畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目,邊實(shí)踐邊做畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),經(jīng)過這一特殊的教學(xué)模式,實(shí)現(xiàn)了畢業(yè)生“上手快,動手強(qiáng)”,提高了解決實(shí)際問題的能力。

1.3 選題要與科研相結(jié)合,該模式是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力的最佳模式。具有科研項(xiàng)目的指導(dǎo)教師,要結(jié)合該項(xiàng)目研究內(nèi)容,為學(xué)生提供可行的研究內(nèi)容,這一模式既能提高教師的綜合素質(zhì),又能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力,形成師生的創(chuàng)新意識和能力的良性互動。特別考慮到稀土功能材料開發(fā)與應(yīng)用,與科研相結(jié)合能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神,真正培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)造能力。

1.4 難易程度要適當(dāng)。根據(jù)本專業(yè)的具體教學(xué)要求,題目的難度與工作量應(yīng)以保證一般學(xué)生能在規(guī)定時間內(nèi)完成為宜。同時,對于不同層次的學(xué)生,還要有不同的要求,為每位學(xué)生提供可行的研究和創(chuàng)新空間,另外,要考慮課題所需的客觀條件,包括可查資料庫、試驗(yàn)設(shè)施和足夠的經(jīng)費(fèi)等。

2設(shè)計(jì)(論文)質(zhì)量控制

畢業(yè)生確定題目后,是完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的第一步,實(shí)踐證明,在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的過程中,學(xué)院、指導(dǎo)教師和實(shí)習(xí)、簽約單位的過程管理尤為重要。下面針對“產(chǎn)學(xué)研”培養(yǎng)模式過程中提出幾點(diǎn)措施,希望能對畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)教學(xué)有所幫助。

2.1 指導(dǎo)老師的正確定位在畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)過程中指導(dǎo)老師的角色重要而特殊,他對該工作的順利開展、順利完成和設(shè)計(jì)(論文)深度的把握至關(guān)重要。在此過程中老師的任務(wù)和責(zé)任隨著設(shè)計(jì)(論文)的不斷開展而變化,指導(dǎo)老師要嚴(yán)格把握每一個環(huán)節(jié)。在校指導(dǎo)教師每周必須至少一次不定時的進(jìn)行過程管理。在初始階段,由于學(xué)生是首次進(jìn)行整體性、綜合性的實(shí)際開展工作,常常有一個不適應(yīng)期,在這一階段老師應(yīng)著重引導(dǎo)學(xué)生制定計(jì)劃、如何根據(jù)任務(wù)要求順利開展設(shè)計(jì)(論文),如專著選用、文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)驗(yàn)方案等。隨著學(xué)生對過程逐漸了解和熟悉,老師的作用應(yīng)轉(zhuǎn)入鼓勵學(xué)生發(fā)揮主觀能動性方面,發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力,如對稀土濕法、火法工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì),稀土功能材料開發(fā)等。而到了設(shè)計(jì)的后期,指導(dǎo)老師要著重把握設(shè)計(jì)(論文)的進(jìn)度和質(zhì)量,防止“臨時抱佛腳”。

2.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中有效監(jiān)督和師生互動畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)是在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下、學(xué)生獨(dú)立完成設(shè)計(jì)(論文)的過程,在這一長時間(一般為15周左右)過程中,指導(dǎo)老師如何有效地對設(shè)計(jì)(論文)有效監(jiān)督、如何針對過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行雙向交流是關(guān)系到設(shè)計(jì)(論文)成敗的關(guān)鍵。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),在學(xué)生完成選題后,指導(dǎo)老師和學(xué)生一起確定設(shè)計(jì)的整體安排。每一個階段,指導(dǎo)老師要密切跟蹤,確保完成了上一個階段的任務(wù),才能進(jìn)入下一個階段的任務(wù)。在學(xué)生開展畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的過程中,老師都要對學(xué)生工作進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)督,適當(dāng)安排和控制學(xué)生參加考研復(fù)試、招聘會等,保證設(shè)計(jì)(論文)所需要的時間。

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)過程是老師、工程師和學(xué)生密切聯(lián)系和交流的過程,與以往的課程學(xué)習(xí)不同,學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造性更能發(fā)揮和體現(xiàn),在這一過程中良好的交流和互動非常重要,特別是在中后期。

2.3 建立公正的評價與考核機(jī)制評價和考核是畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的最后階段,公正的評價與考核機(jī)制是促進(jìn)學(xué)生發(fā)揮能動性和創(chuàng)造性的保障,也是對學(xué)生勞動成果的認(rèn)可。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的成績包括平時表現(xiàn)、開題報(bào)告、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)手冊和審閱教師、答辯和外文翻譯幾個部分,為避免指導(dǎo)老師一個人決定學(xué)生的成績,還有評閱教師成績和答辯成績。

綜上,“產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)模式,順應(yīng)了時代的發(fā)展,是校企聯(lián)合,互補(bǔ)雙贏,確保專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要措施。面對當(dāng)前社會發(fā)展對畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))質(zhì)量造成的消極影響,我們應(yīng)該保持鎮(zhèn)定,通過上述環(huán)節(jié)的嚴(yán)格控制,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的質(zhì)量可以得到有效提升,學(xué)生也能從中獲益。

篇(5)

英文名稱：Materials for Mechanical Engineering

主管單位：上海科學(xué)

主辦單位：上海材料研究所

出版周期：月刊

出版地址：上海市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號：1000-3738

國內(nèi)刊號：31-1336/TB

郵發(fā)代號：4-221

發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行

創(chuàng)刊時間：1977

期刊收錄：

CA 化學(xué)文摘(美)(2009)

CBST 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)速報(bào)(日)(2009)

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篇(6)

開創(chuàng)“理”與“據(jù)”

余燈廣是個“雜家”，他本科學(xué)習(xí)的是化學(xué)工程，博士時期學(xué)習(xí)的是生物醫(yī)學(xué)工程，而到了博士后，他則選擇了紡織科學(xué)與工程專業(yè)。這期間，余燈廣還在湖北雙環(huán)化工集團(tuán)公司工作了10年，這段經(jīng)歷讓他能從一個更寬廣的視角來看待科研。2011年，余燈廣幾經(jīng)思索，決定踏入材料科學(xué)與工程研究領(lǐng)域，上海理工大學(xué)則是這段新旅途的起點(diǎn)。一上路，余燈廣就把關(guān)注點(diǎn)放在了微納米材料制造技術(shù)上。在他眼中，一種新型微納米材料制造技術(shù)，往往意味著能創(chuàng)造更多的新型結(jié)構(gòu)微納米材料及實(shí)際應(yīng)用。

極端條件（超高溫、高壓、超磁以及高電壓）下物質(zhì)的相互作用與理化性能表現(xiàn)，和微觀層次物質(zhì)之間的相互作用是目前人類認(rèn)識世界、獲取知識的兩座富礦。“與此相應(yīng)，在極端條件下制備功能物質(zhì)、于微觀層次操控分子，及用微納米體系制備功能材料是人類改造世界、獲取新方法的先進(jìn)技術(shù)。”在該思路的指引下，他主持了國家自然科學(xué)基金委員會與英國皇家學(xué)會合作交流項(xiàng)目――“三級同軸電紡制備零級藥物緩控釋給藥系統(tǒng)研究”，取得了新的突破。

雖然三級同軸電紡在基本原理上與單射流電紡沒有差別，也就是直接應(yīng)用高壓靜電場力對流體進(jìn)行單步拉伸固化，從而獲得納米纖維。但實(shí)際上其實(shí)施難度和涉及的經(jīng)驗(yàn)與知識大不相同。“在單射流電紡中，Taylor錐后的直線射流直接拉伸彎曲或者發(fā)生分裂，對其影響并不大。”余燈廣介紹道，而在同軸電紡和三級同軸電紡過程中，Taylor錐后的直線射流若是發(fā)生分裂，就無法獲得所需要的多層納米結(jié)構(gòu)。此外，在溶劑環(huán)流三級同軸紡的實(shí)施過程中，如果外層環(huán)流溶劑發(fā)生分裂，將毀壞纖維收集板上的納米纖維氈。

“要想高效準(zhǔn)確地調(diào)控三級同軸紡過程，需要對每種流體在高壓電場下的表現(xiàn)與行為，及它們在三級同軸紡的過程中具有的匹配性和協(xié)調(diào)性，有一個比較清晰的認(rèn)識。”因此，余燈廣帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)對這些流體的基本理化性能、以及這些理化性能與它們在高壓電場下行為之間的關(guān)系進(jìn)行探究，最終發(fā)現(xiàn)了芯鞘納米纖維的三級同軸電紡成纖機(jī)理，使得制備結(jié)構(gòu)特征明確、性能優(yōu)良的三級芯鞘納米纖維“有理可循”。

通過研究，余燈廣還設(shè)計(jì)了多種應(yīng)用三級同軸紡制備的多層次納米結(jié)構(gòu)（藥物梯度分布、控釋材料梯度分布、芯鞘納米藥物儲庫、薄層包裹結(jié)腸靶向藥物儲庫等），將這些結(jié)構(gòu)特征與納米纖維的理化性能和功能表現(xiàn)進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，對穩(wěn)定可靠地制備出功能高度重現(xiàn)的納米給藥系統(tǒng)尤為關(guān)鍵。“這些微觀結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)包括：每層厚度以及彼此之間比率、藥物或材料梯度大小與方向、每層的成分c組成、包裹的厚薄以及致孔劑的用量等。”余燈廣介紹說，他將這些特點(diǎn)參數(shù)結(jié)合藥物和聚合物基材的理化性能（如極性、水溶性、溶蝕性能、降解性能）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，然后通過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)對其進(jìn)行總結(jié)歸納和分析演繹，建立了三級芯鞘納米纖維的“微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)―理化性能狀況―所需功能表現(xiàn)”之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)、使得多層結(jié)構(gòu)型納米纖維狀藥物零級控釋給藥系統(tǒng)的研究開發(fā)“有據(jù)可依”。聚焦“自組裝”

目前，余燈廣正在進(jìn)行“基于電紡芯鞘納米纖維的分子自組裝原位協(xié)同調(diào)控研究”項(xiàng)目研究。在該項(xiàng)目中，他選用了一些藥物活性分子和藥用載體材料，并使用了一些藥學(xué)常規(guī)方法，分析表征自組裝納米體系的活性成分包裹率和對活性成分的緩控釋效果，這樣做的目的是應(yīng)用它們作為自組裝基元物質(zhì)模型，并通過它們來研究應(yīng)用電紡芯鞘纖維為模板調(diào)控分子自組裝原位構(gòu)建功能納米體系的可行性、有效性和實(shí)用性。

“我們的策略為先通過top-down同軸電紡制備聚合物基芯鞘納米纖維，再以纖維為模板、利用其直徑的納米尺度限定作用和芯鞘結(jié)構(gòu)的模板作用、在一個微觀區(qū)域內(nèi)調(diào)控自組裝基元分子的轉(zhuǎn)運(yùn)與接觸，實(shí)現(xiàn)一個相對可控的bottom-up分子聚集組裝過程。”余燈廣介紹說，其具體的研究內(nèi)容包括：發(fā)展同軸電紡工藝（溶劑環(huán)流三級同軸紡、稀溶液環(huán)流同軸紡、升溫同軸紡）；制備新型人工自組裝材料，即具有成分空間分布特征、多組分復(fù)合的水溶性聚合物基芯鞘纖維；通過“溶解―疏水”作用啟動分子自組裝構(gòu)建納米體系；研究芯鞘結(jié)構(gòu)纖維電紡成型機(jī)理及其對分子自組裝的調(diào)控機(jī)制；闡明復(fù)合纖維組成成分、結(jié)構(gòu)特征和環(huán)境因素等對分子聚集組裝的原位協(xié)同調(diào)控機(jī)理。若是項(xiàng)目研究成功，將為建立多組分可控自組裝提供新方法，為構(gòu)建新型人工自組裝功能納米材料開發(fā)新途徑，并會發(fā)展出功能導(dǎo)向的自組裝新體系和新技術(shù)。

至今為止，該在研項(xiàng)目已經(jīng)發(fā)表SCI研究論文25篇，獲得中國發(fā)明專利授權(quán)8項(xiàng)。他說：“等這個項(xiàng)目完成后，我將在此基礎(chǔ)上開發(fā)一系列新型人工自組裝功能納米材料，和相關(guān)新型納米給藥系統(tǒng)，那時候?qū)M(jìn)行相關(guān)對比研究以及動物試驗(yàn)。”

篇(7)

關(guān)鍵詞：ZnSe晶體；熔體生長法；氣相輸運(yùn)法

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.24.035

1 引言

ZnSe具有較高的發(fā)光效率以及較低的吸收系數(shù)，是一種很好的發(fā)光材料。它具有直接躍遷型能帶結(jié)構(gòu)，在室溫下其禁帶寬度為2.67eV，當(dāng)溫度降至4.2K時其禁帶寬度可達(dá)2.828eV。透光范圍隨溫度變化較小，一般在0.5μm～22μm范圍內(nèi)。近年來，廣泛應(yīng)用于藍(lán)光半導(dǎo)體激光器件、非線性光熱器件和紅外器件等領(lǐng)域[1-3]。因此。制備高性能ZnSe晶體成為目前一項(xiàng)主要研究任務(wù)。

近些年來，制備ZnSe晶體的方法有很多種，如Bridgman法、區(qū)熔法、水熱法、化學(xué)氣相輸運(yùn)法（CVT）、物理氣相輸運(yùn)法（ PVT ）。國內(nèi)外專家學(xué)者不斷改進(jìn)這些方法和工藝，努力制備出高質(zhì)量的ZnSe晶體。

2 ZnSe晶體的制備方法

2.1 溶液生長法

從溶液中生長晶體的主要方法是水熱法，其又稱為高溫溶液法，其中包括溫差法、降溫法、升溫法及等溫法。目前主要采用溫差水熱結(jié)晶，依靠容器內(nèi)的溶液維持溫差對流形成飽和狀態(tài)[4，5]。

2.2 熔體生長法

ZnSe是淡黃色的面心立方閃鋅礦型結(jié)構(gòu)。常壓下1000℃左右升華，約在9.8MPa高壓的惰性保護(hù)氣氛下熔點(diǎn)為1515℃。由于其在常壓下升華，只有在高壓高溫條件下才能得到ZnSe熔體，其一般通過使用電阻加熱方式獲得高溫。主要包括布里奇曼法和區(qū)熔生長。

（1）布里奇曼法 該法是一種常用的晶體生長方法。首先將用于晶體生長用的材料裝在圓柱型的坩堝中，然后緩慢地下降，并通過一個具有一定溫度梯度的加熱爐，爐溫控制在略高于材料的熔點(diǎn)附近。

（2）區(qū)熔生長 區(qū)熔法又稱Fz法，即懸浮區(qū)熔法。區(qū)熔法是利用熱能在半導(dǎo)體棒料的一端產(chǎn)生一熔區(qū)，再熔接晶體籽晶。調(diào)節(jié)溫度使熔區(qū)緩慢地向棒的另一端移動，通過整根棒料，生長成一根晶體，晶向與籽晶的相同。

2.3 氣相輸運(yùn)法

氣相輸運(yùn)法一般分為化學(xué)氣相輸運(yùn)法和物理氣相輸運(yùn)法兩種。此法一般是通過加熱等使物質(zhì)揮發(fā)或分解出氣體，通過輸運(yùn)至溫度較低的位置并與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的材料合成方法。氣相生長分為單組分體系和多組分體系生長兩種。單組分氣相生長要求氣相具備足夠高的蒸氣壓，利用在高溫區(qū)汽化升華、在低溫區(qū)凝結(jié)生長的原理進(jìn)行生長所生長的大多為針狀、片狀的晶體體。多組分氣相生長一般多用于薄膜生長，其中外延生長是一種晶體浮生于另一種晶體上。其制備工藝具有反應(yīng)效率高、純度高和合成溫度低等特點(diǎn)。

3 ZnSe晶體基本性質(zhì)

ZnSe晶體的生長技術(shù)還需要進(jìn)一步的改進(jìn)，急需解決的問題是晶體生長過程中溫度場的控制、物質(zhì)傳輸控制、工藝條件控制以及晶體質(zhì)量等，這些問題的解決都需要深刻理解ZnSe晶體的性質(zhì)[7]。ZnSe的熔點(diǎn)是1530℃，它在常壓下1000℃直接從固體升華，只有在高溫高壓下才可以將其從固體變?yōu)槿垠w，因而給制備加工ZnSe晶體帶來很大的困難。ZnSe作為一種典型的紅外材料與光電功能材料，其分子式為ZnSe，分子量為144.33，其主要有常溫穩(wěn)定相立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)和高溫穩(wěn)定相六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)兩種晶型，兩者大約在1425°溫度下會發(fā)生相轉(zhuǎn)變。其中比較常見的閃鋅礦ZnSe結(jié)構(gòu)屬于立方晶系。

4 結(jié)論

為了獲得高質(zhì)量的ZnSe晶體，需要針對ZnSe的基本性質(zhì)，根據(jù)各種制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)，針對熔體法制備的ZnSe晶體，可以獲得大尺寸工業(yè)生產(chǎn)，但其純度有待改進(jìn)。針對氣相法制備的ZnSe晶體，純度較高，但尺寸有待于進(jìn)一步增加，如果能解決這兩個關(guān)鍵的純度和尺寸的問題，即降低了成本，又獲得了高質(zhì)量的ZnSe晶體，滿足了工業(yè)化需求，將會解決這里材料的關(guān)鍵問題。

參考文獻(xiàn)：

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[5]宮華.水熱法制備硒化鋅半導(dǎo)體材料及其性能研究.碩士學(xué)位論文.西安：長安大學(xué)，2004

[6]趙秀琴，劉俊.硒化鋅晶體的水熱控制生長[J].化學(xué)世界，2008（10）：584～586