环境科学前沿学习报告

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生态毒理学的发展历史只有短短的二十多年，它是在环境科学这一综合性学科中属前沿和基础的一个分支。环境科学是本世纪七十年代产生的对人类生活影响很大的综合性科学。目前我国的环境科学绝大部分是应用研究，基础研究部分与世界发达国家有较大的差距。这已经产生两个问题；首先，儿乎所有的重大环境问题都是国外料学家发现的如DDT的生态系统危害、臭氧层的破坏及最近的二恶英等；其次，在应用技术的开发中没有后劲，许多技术只能浅尝则止，较明显的如微型生物监测技术和基因丁程技术在环境保护中的应用。造成我国总体水平落后的因素之一(而且是较主要的因素)是缺乏前沿引导。

1992年De Kirnijf将生态毒理学定义为用多学科理论(生理、生态、化学和毒理学)解释自然界中污染物的作用过程和暴露风险。它不仅是一门科学而且是污染防治中应用性强的一种工具，用于支持环境政策、法律、标准和污染控制。

生态毒理学的技术方法按1998年出版的专著Ecotoxicology明显分为两大类技术即宏观分析技术：生物个体水平以上的生物组成对污染的响应，以及微观分析技术：细胞水平以下对污染的响应。宏观技术以生态学理论为基础，以生物个体为基本单位，研究污染对生态系统中各层次(个体、种群、群落)的影响。微观技术以细胞生物学(90年代以前)为理论基础，研究污染对单细胞、染色体及蛋白质、核酸等遗传物质的效应。显然生态学和分子生物学的研究由于对象、手段的不同，在对问题解释的角度上是有很大差异的。到目前为止，在生态毒理学中这两类研究的发展是并行的，有时会有交叉，但并末融合。但是各自都对环境科学作出，重大贡献。生态学在宏观工业污染控制、温室效应和生物多样性、臭氧层保护等方面取得的进展是有目共睹的，细胞、分子生物学在遗传修饰微生物的污染治理、DNA的损伤机制、突变检测等方面的突破性进展将环境科学立足点提高到污染问题的本质层次上，而且在污染问题的发现与产生的研究及污染控制中微观技术所显示的潜能是如此巨大，以至可以肯定地说，以分子生物学为基础的生态毒理学微观分析技术在下个世纪至少在环境科学中将扮演一个重要的角色。

1．生态毒理学的宏观技术、方法动态

1．1模拟生态系统

上个世纪80年代以来在生态毒理学中发展较快的技术之一是模拟生态系统，它包括微生态系统和中生态系统，其中以微生态系统的研究成果最多。所谓微生态系统即微型的模拟生态系统它的定义是“人工环境的试验系统，是一个世界的缩小，一个整体的代表”。美国国家科学研究委员会(NRC)的定义是“将天然系统的样本放入人工容器内并在实验宦环境中维持的系统，功能类似而结构不完全等同于天然系统，这类系统的能力在于它能以近似自然的方式检验许多生物与环境过程的最终结果”。这是其它研究技术所无法比拟的。整个生态系统是一个整体，它决不足部分的总合，对生态问题的分割研究是有很大局限的，而在系统

水平上可以得出更为实际的缩果。但它也不同于野外研究，它毕竟是受控系统。在近_卜几年的研究中模拟生态系统几乎用于各种污染的生态效应研究如重金属、农药、有机污染，综合性排放物以及最近提出的生物安全问题等等。丰要应用领域为：

(1)河流污染的早期报警；

(2)水生生态系统恢复过程研究；

(3)化学品、农药的生态风险评价；

(4)综合性污染物的风险评价；

(5)沉积物生态效应；

(6)生物安全评价。

微生态系统的组成部分主要有几部分(以水生态系统为例)：系统的基本单位，贮水库，过滤系统，动力系统和条件控制系统(温度、光照、流量、毒物分配和控制)五大系统。美国环保局(USEPA)，美国食品和药物管理局(FDA)均将该方法获得的数据作为决策的依据并列入法规程序中。1996年12月美国国家科学委员会向政府提出的“2l世纪研究重点”的报告中第三个重点领域“化学品与环境的关系”所建议的研究内容是“降低化学品进入环境后的不利影响，发展实验性的微生态系统用于污染预测中”。

微生态系统与自然系统比较：

(1)与开放系统比系统费用低(尤其是海洋)；

(2)取样容易，费时少，精度高；

(3)控制力强，易定量及物质平衡；

(4)观察和取样在同一水柱，可在半自然条件下测定浮游生物速率过程；

(5)重复和控制方便；

(6)由于其可塑性强结果外推强于单种试验。

微生态系统与室内系统比较：

(1)能研究不同生物；

(2)浮游生物可在低污染浓度下生跃；

(3)行为研究较真实；

(4)可进行长期和季符研究；

(5)人为影响缩小；

(6)复杂性提商；

(7)污染的物理模拟较真实；

(8)结果可直接外推自然。

微生态系统与数模比较；

(1)能预测理论和模型不能预侧的结果；

(2)完全综合的过程不需要假设；

(3)包括了所有参数而不是人为认定重要的参数。

微生态系统的不足：

(1)系统维护比室内单种实验复杂；

(2)环境水动力模拟能力还较弱；

(3)较小的系统有壁效应；

(4)取样量有限。

这些不足近年来有很大改善，由欧盟计划资助的中生态系统的设计就是一个力图克服上述不足的试验，出路在于系统自动化，大尺度反应系统，但相对投入的经费也大大增加。

微生态模拟技术的出现和发展为10年前提出的生态系统健康和完整性理论作了技术方法的铺垫。

1．2生态系统健康理论

有必要定义生态系统健康的原因是20世纪的经济体系在保护自然环境方面是失败的，但生态系统恰恰是经济系统的基础。生态系统健康的提法采用了广义的医学模式，它的实质是在系统各个层次上保护和恢复生态学过程的健康。在持续发展理论下就是保护自发的，自成一体的自然过程作为理论的基本要素。持续发展的标准有狭义的“经济学”生产力也有以生态学为基础的系统健康标准．它可能不符许多读者的偏爱。因生态系统健康不足一个可以通过公式计算获得的简明结果。但是这个目标必须提出来，因为人们不希望人类文明的发展改变我们的生命支持系统的功能、多样性和恢复能力一生态系统固有的特性。高速度的技术应用是工业化和后工业化社会的特征，由于过分地利用环境，累积的影响对生态系统产生风险。人们度量生态系统的三种尺度：技术性的、审美与心理。有价值的高生产力系统(技术观点)不一定是审美、心理L的有价值的环境。因此需要一一个综合性的、长远的系统生产力价值标准，它同时也能兼顾审美与心理的要求，这就是生态系统健康所需要的标准。

较实用的定义是健康的生态系统有三个特征：活性、结构和功能的完整性和恢复力，这是系统持续发展的基础。

健康的反义词是疾病，生态系统的疾病是各种环境压力引起的，它表现在以下几个方面

(1)初级生产力减少；

(2)营养资源丧失；

(3)物种多样性丧失；

(4)短生活期、随机种及外来种占优势；

(5)关健种群波动增加；

(6)生物结构退化(正常演替逆转或加速，资源性物种退化)；

(7)灾变增加。

在诊断生态系统过程中，系统脉搏----压力的测定是至关重要的。压力即是

导致上述病症的原因，它包括各种外界强制因素(自然)和人为因素(污染)，因此生态毒理学在因果关系的研究上．由于生态系统健康理论的提出，在方法、技术上都正在发生变化。目前正在积极研究中的有生态系统阈值研究、系统压力与反应关系等基础课题，也有如生态风险评价、管理等应用课题。

2．微观技术和方法

生态毒理学的微观技术的理论基础是细胞生物学和毒理学。细胞生物学是研究细胞各种组份的结构与功能的学科，它的历史可追溯到发明显微镜的年代(17世纪70年代)。现代细胞学是上世纪60年代实验生物学的继续，它和毒理学相结合为生态毒理学衍生了细胞毒理学，提供了一大批生物检测方法，用以确认污染物产生的生物影响，如各种营养水平的生物毒性试验和遗传毒性试验。二个世纪80年代起分子生物学的兴起，细胞毒理学的研究手段发生了革命性的变化，对污染的研究从现象深入到本质，细胞水平和亚细胞水平的污染响应有很多是源于遗传基因的变化和损伤。分子生物学是在分子水平上研究生命现象的的物质基础的科学，主要是研究蛋白质和核酸的结构与功能。它的渗透又衍生出一个边缘分支学科分子毒理学，它也是生态毒理学的一部分，即用现代分子生物学技术研究环境污染的毒作用机理与结果的学科。当然学术界有一种观点认为目前分子毒理学仅是--f]技术而不是学科因此欧美的教科书中仍沿用细胞毒理学的名词，但其中的大部分技术手段都是分子生物学的。这门技术进入上个世纪90年代后取得了令入惊异的突破，基因定位、切割、DNA重组等等一系列的基因工程技术在生态毒理学中的应用与日俱增。可以预言在今后的十年问，细胞(分子)毒理学的成就将使人们对环境问题的认识和控制有一个飞跃。

从细胞到分子是微观技术发展的必然趋势。生态毒理学认为细胞水平的效应和分子水平的效应并不是完全等同的，这如同宏观技术研究的个体与种群的关系一样。在生物体的不同结构或功能层次上阐述污染效应对生态毒理学的环境解释能力有各自不同的贡献。在微观技术中有两个最活跃的领域，微型生物检测和突变研究。

2．1微型生物检溯技术

微型生物检测技术起源于上个世纪70年代，它是与生态风险分析一起成长的，人类环境的高速工业化，化学品对人类的危害达到了空前的程度，化学品所引发的环境问题由于我们对化学品毒性评估能力的局限，人类己知的如DDT、氯氟烃等危害只是接个情况的冰山一角。因此建立快速的化学毒性筛选方法几乎是各发达国家共同努力的目标。到目前为止，MBT在欧美已进入法律程序并在化学品毒性控制中起着主要的作用。

2．2突变研究

环境污染的致突变作用是致癌的基础。因此各类致突变的研究技术是生态毒

理学微观技术中的重要组成部分。分子生物学研究己知突变和未知突变有多种方法，如单链构象多态性，变性梯度凝胶电泳等。

SSCP是根据单链核酸分子在非变性条件下电泳迁移率与序列有关的特点可识别一个碱基之别的长达371个核苷酸的单链核酸迁移率的差异，由此发现突变。DGGE是一种能分开?个碱基差异的dsDNA分子的电泳技术它能检出1000bpDNA片段中约50％的所有可能的单碱基突变。PCR技术从染色体DNA中直接扩增DNA 片断的能力使DNA不必被标记就可直接用DGGE分析。最新的裂解酶片段长度多态性(CFLP)不仅能快速检测单个碱基的变化而且能定位突变。当突变型DAN及在样品中仅占10％时仍能清晰地分辨出与野生型的差异，因此是目前突变检测中较好的方法。

Ames作为基本突变检测技术己在环境科学中使用了几十年，了解这个常规突变技术的发展，就了解在这个领域已经发生了多么大的变化。上个世纪80年代，Richard，Wecher将发光细菌新变种引入突变检测它是利用荧光酶的活性变化(不发光细菌(突变型)与可疑化合物接触后回复发光)的原理来检测致突变物。它与Ames比具有快速、简便且灵敏度高的优点，而且费用也低。它最火的特点是简化了检测过程。

3．从并行发展到相互融合

上世纪90年代是技术爆炸的年代，也是科学名称爆炸的年代。生态毒理学不久之前自身也是边缘学科，可今天其中又有无数边缘学科涌现出来，有时已分不清彼此的界限。只有技术发展有其特定的走向与特征，这种现象实质上就是融合的先兆。要真正解决环境科学中那些难题生态毒理学这个前沿学科必须有大的突破，这个前提就是宏观与微观的结合，这不仅足研究理论上二的结台，而且是具体方法、技术上的结合。现在人们已经认识到从DNA到生态系统是一个完整的生命系统，分子，细胞，个体，群落，生态系统是一个不可分割、有机联系的整体。生态系统的健康与DNA分子的排列是有一个逐层递推的内在联系，正是在哲学层面上解决了科学的基础理论问题，生态毒理学在90年代才有可能如此迅速的发展。环境问题的生态学方法已不再是解决一切的基础，同样，有关环境治理中生物技术的巨大潜力和潜在结果又使分子生物学家认识到：如果分子毒理学和生态学之间的鸿沟不架起一座桥梁就无法真正解决我们面对的问题。融合足必然，如生物多样性是生态学问题，但近年来分子生物学技术使它在物种保存方面有了重大突破。许多新的技术方法已经在形成中，它将使生态毒理学这个前沿学科为环境科学的发展作出重大的贡献。

材料科学前沿论文

智能材料的结构及应用学院：班级：姓名：学号：摘要：材料的智能化代表了材料科学发展的最新方向，智能材料是一种能通过系统协调材料内部各种功能并对时间、地点和环境作出反应和发挥功能作用的材料。且能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。本文旨在简要介绍智能材料的结构的基础之上，介绍一些它在当今社会不同领域的应用。关键词：智能材料、结构、应用材料的发展从之前的单一型、复合型和杂化型，发展为异种材料间的不分界的整体式融合型材料。而近几年所兴起的智能材料更是不同于以往的传统材料，它的仿生系统具有传感、处理和响应功能，而且与机敏材料相比更接近于生命系统。它能够根据外界环境条件的变化程度实现非线性响应从而达到最佳适应的效果。对于智能材料我结合自己听课的内容、书籍及网上资料的查阅写下对智能材料的认识。智能材料不同于传统的结构材料和功能材料，它模糊了两者之间的界限并加上了信息科学的内容，实现了结构功能化功能智能化。一般来说智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。即：（1）基体材料：基体材料担负着承载的作用，一般宜选用轻质材料。一般基体材料首选高分子材料，因为其重量轻、耐腐蚀，尤其具有粘弹性的非线性特征。其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。（2）敏感材料：敏感材料担负着传感的任务，其主要作用是感知环境变化（包括压力、应力、温度、电磁场、PH值等）。常用敏感材料如形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色材料、电流变体、磁流变体和液晶材料等。（3）驱动材料：因为在一定条件下驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负着响应和控制的任务。常用有效驱动材料如形状记忆材料、压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等。可以看出，这些材料既是驱动材料又是敏感材料，显然起到了身兼二职的作用，这也是智能材料设计时可采用的一种思路。（4）其它功能材料：包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。

环境与材料科学技术的前沿进展刘艳艳武汉理工大学资源与环境工程

环境与材料科学技术的前沿进展刘艳艳武汉理工大学资源与环境工程学院资源与环境已成为当今世界发展的主题。经济与资源、环境之间的和谐发展日益广泛受到关注。如何合理利用资源、保护环境，同时促进经济的增长，这对相应学科的科学与技术提出了高要求，也已成为全球化的重要议题。2015环境与材料科学技术学术研讨会在武汉理工大学资源与环境工程学院院长宋少先教授的主持下拉开帷幕。出席开幕式的人员包括圣路易斯波多西自治大学校长ManuelVilla、武汉理工大学副校长康灿华、圣路易斯波多西自治大学物理研究所所长JoséLuisArauzLara、武汉理工大学新材料研究所所长余家国教授等，还包括武汉理工大学资环学院、理学院、化生学院、材料复合新技术国家实验室等单位百余名师生参加。研讨会主题是“环境与材料科学技术”，会议旨在为中墨两国合作搭建潜在的平台，为环境、材料、能源等多方领域交流最新研究成果提供一个交流的机会。研讨会主题围绕环境、材料、能源、地理空间科学与技术等领域进行了交流，包括1场大会报告与4组分会场报告，双方与会代表共进行37场次报告，展示了双方各自最新研究成果，探讨了环境、材料与能源等领域的发展趋势，为日后合作发展提供了机会。本研讨会获得了中国教育部、武汉理工大学以及圣路易斯波多西自治大学的大力支持。武汉理工大学康灿华副校长在研讨会开幕式上发言，希望利用本次机会充分展示该校在环境与材料科学技术领域的研究成果和特色，推动该校在该领域学科建设的发展并提升国际影响。ManuelVilla校长介绍了圣路易斯波多西自治大学的学校历史、学科结构及对外合作项目，希望两校在科研合作与学生交流等方面开展深入合作，为双方优秀学者和学生搭建良好的学术交流平台。武汉理工大学余家国教授在大会报告中介绍了用于生产太阳能燃料的石墨烯光催化材料的研究进展与发展趋势。利用太阳能转化制备太阳能燃料目前被认为是解决未来全球能源与环境问题的主要策略之一。其中利用光催化水产氢和还原二氧化碳制甲烷已经成为利用太阳光制备太阳能燃料的重要且有前景的方法，可以实现清洁、经济以及再生等生产。通常基于TiO2光催化产氢强烈依赖于触媒类型与数量，这是因为仅有TiO2不具备很高的光催化性能，需要添加Pt作为触媒，这样才能增强TiO2的光催化产氢性能，然而Pt更是稀有且昂贵的材料。因此，便宜且来源丰富的材料便成了触媒的另外选择。比如基于石墨烯的纳米复合材料作为光催化剂具备增强光催化产氢和二氧化碳还原的能力，能将太阳能转化成化学能。余家国教授对在基于石墨烯的纳米复合材料在光催化产氢和二氧化碳还原方面的设计与制造研究成果进行了介绍与分享。圣路易斯波多西自治大学的MagdalenoMedi-na-Noyola教授作了题为“StructuralRelaxiationandAgingofGlassesandPhysicalGels:aNon-equilibriumStatisticalThermodyn amicTheory的大会报告。有一项关于非均衡液体不可逆过程的非均衡统计热力学理论被用来表述淬火液体结构与动力学的非稳态演变，该理论提出一个方案：演变时间是一个基础的变量。该方案为类玻璃材料在高填充率下的老化行为以及低密度的类凝胶材料的形成过程，方案设计符合通用情况，也符合各系统下的分子内作用过程。比如硬体系和Lennard-Jones简单液体等具体模型体系都能很好地解释这个预计方案。其定性定量准确度可以通过对比模拟和实验结果进行评估。武汉理工大学资源与环境工程学院张一敏教授作了题为“VanadiumExtractionfromVanadium-bearingCarbonaceousShaleinChina”的大会报告。钒作为

环境科学与工程前沿课程论文

曝气生物滤池的研究现状摘要：曝气生物滤池是近年来国内外发展较快的一种废水好氧生物处理新工艺，该工艺具有处理能力强、处理效果好、不需二沉池等优点.综述了曝气生物滤池的工艺原理、特点及其在污水处理中应用的影响因素及发展。关键词：曝气生物滤池；现状；发展我国是水资源紧缺国家，水的处理达标排放及回用技术正受到广泛关注和快速发展，曝气生物滤池(Biological Aerated Filter，BAF)以其独有的特点得到广泛的应用。BAF具有占地面积小，投资少，氧传输效率高，抗冲击负荷能力强，出水水质好等优点[1，2]，而且还可用于微污染水源水预处理等[3]。在城市污水、工业废水的有机物及SS去除，氨的硝化去除，反硝化脱氮，脱磷以及微污染源水的预处理中，都有很好的应用前景。 1. 曝气生物滤池工艺特点及机理曝气生物滤池(Biological Aerated Filter )简称BAF，是20 世纪80~90 年代在普通生物滤池的基础上，借鉴给水滤池工艺原理而开发的污水处理新工艺.曝气生物滤池是普通生物滤池的一种变形形式，也可看成是生物接触氧化法的一种特殊形式，即在生物反应器内装填高比表面积的颗粒填料，以提供微生物生长的载体，并根据进出水流向不同分为下向流或上向流，污水由上而下或由下而上流过滤料层，滤料层下部鼓风曝气提供生化反应所需的氧气，在填料表面附着生长的微生物的作用下，污水中的有机污染物得到净化，同时填料起到物理过滤作用[4，5]。传统活性污泥法及其变形工艺诸如氧化沟工艺、AB法工艺、SBR法等工艺，虽然处理效果比较好，但普遍存在着占地面积大，基建投资高，处理负荷低，运行启动慢，容易发生污泥膨胀，不能承受冲击负荷等不足之处，同时工艺设备处理效能低，能耗高，不能满足高效低耗的要求.而曝气生物滤池已经从单一工艺逐渐发展成为系列综合工艺，具有去除SS、COD、BOD、AOX(有害物质)和脱氮除磷等作用[6，1]，其最大优点是集生物净化和物理过滤于一体，不需设置二沉池，在保证处理效果的前提下使处理工艺流程得到简化.此外，曝气生物滤池工艺具有容积负荷高，水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，能耗及运

材料科学与工程前沿中期论文

稀土材料姓名：牛刚学号：S2******* 稀土被称为工业“味精”，在材料的结构与功能改性方面具有非常重要的意义。稀土元素的4f轨道电子数目是稀土元素之间最明显的差异，正是4f轨道电子数目的差异引发了稀土材料之间的性能差异。纳米材料由于具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等具有与其他材料完全不同的许多优良性能。我国稀土产品主要应用于冶金机械、石油化工和玻璃陶瓷等传统领域，但功能材料在高新技术产业中的应用近年来备受关注，稀土在磁性材料、储氢材料、发光材料、催化材料等领域的应用增长迅速，其应用份额从1990年的13%增长到了2002年的30%。稀土功能材料在高新技术中的应用从70年代开始进入了高速发展阶段，应用和产业化开发的速度愈来愈快，一般以5年左右的周期出现一个震动世界的新成果，并迅速形成了高新技术产业。 1稀土磁性材料 1.1稀土永磁材料稀土永磁材料经历了3个阶段的发展，20世纪60年代发明了RECo5型第一代稀土永磁材料；70年代出现了RE2Co17型第二代稀土永磁材料，其磁能积有了较大提高，特别是温度稳定性好，但由于主要原料是Sm和Co，成本高，一般用于军工等特殊领域；第三代稀土永磁REFeB发明于80年代，是当今磁能积最高的永磁材料。近年来全世界NdFeB产量年均增长率达到25%，2003年我国NdFeB磁体的产量达到15000t左右，位居世界第一。但我国稀土永磁制备技术和磁体性能方面与国外比较还有不少差距，多数厂家的产品因磁体性能较低、一致性难以满足高档用户的要求，因此价格仅为国际市场的1/3~1/2，经济效益不尽人意。随着烧结NdFeB磁体应用领域的不断扩大，对其性能提出了越来越高的要求。因此，近几年来，国内外掀起了一股研发高性能烧结NdFeB磁体的热潮。西方国家大部分采用快冷厚带工艺制备高性能烧结NdFeB磁体。用该工艺生产的磁体磁能积高，性能稳定。国内许多单位都在加速开发此新工艺，北京有色金属研究总院稀土材料国家工程研究中心在国家科技部十五科技攻关项目的支持下，已经开发出了具有自主知识产权的快冷厚带制备工艺，并与设备厂家合作设计制造了一台300kg甩带炉，试运行效果良好，产品已基本达到国外用户要求，近年内将实现规模化生产。近年来，稀土永磁材料的研发主要集中在以下几个方面：(1)制备工艺和设备的改进； (2)通过掺杂Co，Al和稀土Tb等提高矫顽力和改善温度稳定性；(3)通过纳米双相耦合技术提高永磁材料的性能；(4)稀土永磁薄膜材料和新型稀土永磁材料的开发。据全国稀土永磁材料协作网预测，“十五”期间我国烧结NdFeB磁体总产量将达到50，000t，销售总额达到150亿元。到2010年中国烧结NdFeB磁体产量将达到7万吨，占全球75%，销售额将达到260亿元。在未来10年内，我国将成为世界稀土永磁材料的制造中心。 1.2磁致伸缩材料磁致伸缩材料是在偏磁场和交变磁场同时作用下，发生同频率的机械形变的一种材料。与压电陶瓷(PZT)和传统的磁致伸缩材料Ni，Co相比，稀土超磁致

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1. 用于高产率环境稳定单分子层器件的金属纳米粒子接触材料名称：金属纳米粒子研究团队：瑞士 IBM 苏黎世实验室 Gabriel Puebla-Hellmann 研究组原标题：Metallic nanoparticle contacts for high-yield, ambient-stable molecular-monolayer devices 想要实现用于电子应用、光发射或感测的分子的固有功能，需要与这些分子的可靠电接触。自组装的由单层（SAM）组成的夹层结构是有利于技术应用的，但是需要非破坏性的顶部接触制造方法。已有的各种方法，包含从直接金属蒸发到聚（3,4-乙烯二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS）或石墨烯夹层到金属转移印刷。然而，在不损害薄膜完整性、内在功能或大规模制造兼容性的情况下，尚不可能制造基于 SAM 的器件。Puebla-Hellmann 等人开发了一种基于 SAM 的器件的顶部接触方法，通过利用金属纳米粒子可以为各个分子提供可靠的电接触这一事实，同时解决了所有问题。该制造步骤首先包括将一层金属纳米颗粒直接共形和非破坏性地沉积在 SAM 上（其本身横向约束在介电基质中的圆形孔内，直径范围为 60 纳米至 70 微米），然后通过直接金属蒸发对顶部接触进行加固。该方法能够制造数千个相同的、环境稳定的金属-分子-金属器件。SAM 组成的系统变化表明，固有的分子特性不受纳米颗粒层和后来的顶部金属化的影响。Puebla-Hellmann 等人提出的这一概念通常针对配有两个锚定基团的密集分子层，并为分子化合物大规模整合到固态器件提供了一条途径（可以缩小到单分子水平）。（Nature DOI: 10.1038/s41586-018-0275-z）

学科前沿讲座报告-环境科学

清华大学学科前沿讲座课程报告题目：系别：环境科学与工程系专业：环境工程姓名：某某某 2008 年月日

中文摘要以全球变暖为标志的气候变化引起世界范围内的广泛关注，气候变化对粮食生产的影响是关系粮食安全的重大问题。开展气候变化对冬小麦产量影响的数值模拟研究对科学制定农业政策以应对气候变化具有重要意义。在采用1999年～2001年北京市永乐店冬小麦田间试验资料进行ThuSPAC-Wheat和CERES-Wheat模型参数率定的基础上，模拟和分析了1951～2006年气候变化条件对冬小麦产量的影响。进一步设置7种气候变化情景，应用CERES-Wheat模型进行产量模拟，分析不同气候变化情景下产量的变化。关键词：气候变化产量冬小麦ThuSPAC-Wheat CERES-Wheat

ABSTRACT Climate change has raised attention worldwide, whose impact on crop yield is closely concerning to food security. So it is vital to assess its impact by numerical simulation. Based on the calibration of ThuSPAC-Wheat and CERES-Wheat models, using the field experiment data of Yongledian Winter Wheat Station from 1999 to 2001, and the meteorological data from Beijing Weather Station from 1951 to 2006, the climate change impact on the potential wheat yield is studied. In addition, yields in different climate change scenarios are simulated. Model simulation using genetic parameters of Jingdong No. 8 shows that in ThuSPAC-Wheat Model, the wheat yield, the top weight and the LAI are well simulated, and in CERES-Wheat Model, the growth period and yield are well simulated. Keywords：Climate change yield winter wheat ThuSPAC-Wheat CERES-Wheat

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1. 由熵驱动的手性单壁碳纳米管的稳定性材料名称：单壁碳纳米管（SWCNT）研究团队：法国艾克斯马赛大学 Christophe Bichara 研究组原标题：Entropy-driven stability of chiral single-walled carbon nanotubes 单壁碳纳米管是空心圆柱的，其可以在边界处催化剂的作用下，通过碳结合而生长达到厘米级长度。其表现出半导体或金属特性，取决于生长过程中形成的手性指数。Magnin 等人为了支持选择性合成，开发了一个热力学模型，该模型将管-催化剂的界面能量、温度与碳纳米管手性联系了起来。并表明了纳米管可以生长手性，因为它们的纳米尺寸边缘的结构熵，从而解释了实验观察到的手性分布的温度演变。通过界面能量考虑催化剂的化学性质，Magnin 等人构建了结构图谱和相图，用于指导催化剂和实验参数的理性选择，以实现更好的选择性。（Science DOI: https://https://www.360docs.net/doc/9413623223.html,/10.1126/science.aat6228）

2. 亚微米级结构的钙钛矿发光二极管材料名称：钙钛矿发光二极管研究团队：西北工业大学黄维和南京工业大学王建浦研究组原标题：Perovskite light-emitting diodes based on spontaneously formed submicrometre-scale structures 发光二极管（LED）能够将电转换为光，广泛用于现代社会中如照明、平板显示器、医疗设备和许多其他情况。通常，LED 的效率受到非辐射复合（电荷载流子由此重新组合而不释放光子）和光陷的限制。在诸如有机 LED 的平面 LED 中，从发射器产生的光的大约 70％至 80％被捕获在装置中，为提高效率留下了很大的机会。研究人员们用了许多方法，包括使用衍射光栅、低折射率网格和屈曲图案，来提取被陷在 LED 中的光。然而，这些方法通常涉及复杂的制造工艺并且可能使发光光谱和出光方向发生改变。Cao 等人展示了高效和高亮度电致发光的溶液加工的钙钛矿，其自发形成亚微米级结构，可以有效地从器件中提取光并保持与波长和视角无关的电致发光。这种钙钛矿仅需要在钙钛矿前体溶液中引入氨基酸添加剂便可形成。此外，添加剂可有效钝化钙钛矿表面缺陷并减少非辐射复合。钙钛矿 LED 具有峰值 20.7％的外量子效率（电流密度为 18 mA·cm-2），能量转换效率为 12％（在 100 mA·cm-2的高电流密度下），该值与性能最佳的有机 LED 相接近。（Nature DOI: https://https://www.360docs.net/doc/9413623223.html,/10.1038/s41586-018-0576-2）

道路材料工程学科前沿综述

道路材料工程学科前沿综述摘要：近年来，道路材料工程学科各个领域取得了一系列突破性进展，为公路建设提供了大量的理论方法。本文针对当前道路材料工程发展现状，综述了其重要进展，并对我国该学科的发展趋势进行了展望。关键词：道路材料工程；前沿；综述 0 引言道路材料工程是一门与材料和道路有关的学科，它以材料科学和道路工程理论为基础，采用材料分析、测试等手段来研究材料，旨在研究和解决工程建养中遇到的相关技术问题。道路材料工程学研究内容包括水泥路面材料开发、改性及施工工艺研究，沥青路面材料开发、改性及施工工艺研究，土质加固及半刚性路面基层材料研究。回顾历史，道路工程每一项技术的出现，首先在材料方面有所突破。如路基土的改良与稳定技术，沥青、水泥材料的改性研究等都与材料科学有关。由此可见，道路材料学科的不断发展尤为重要［1］。 1 道路材料工程学科各方向的发展 1.1 路面结构与材料的发展公路建设的蓬勃发展对路面的使用性能提出了更高的要求，而路面材料的适用性、组成设计等对路面的使用性能起着决定性的作用。 1.1.1 沥青路面与材料（1）沥青路面材料沥青路面成为主导路面结构形式的原因在于其表面平整、行车舒适、减振性良好，但若材料组成、施工工艺不当，面层也会出现车辙、低温开裂等不良现象。近年来，为提高沥青路面的使用性能，从沥青材料性能的改善着手，相继出现了乳化沥青、改性沥青。从材料必须满足环境的角度出发，一些学者开始研发全温度域改性沥青及混合料流变特性与路用性能评价方法，进一步提出改性沥青质量控制技术。从环保角度出发，很多人员对废橡胶粉改性沥青、废塑料改性沥青、硅藻土改性沥青等开始进行深入研究。（2）环保型道路材料

材料科学前沿思考题1

1.航空器发展对材料的要求有哪些? 答：耐高温、高比强、抗疲劳、耐腐蚀、长寿命和低成本。 2.什么是自然资源,属性是什么？自然资源分为哪几类？答：（1）人类可以直接从自然界获得并用于生产和生活的物质。（2）属性包括：自然+经济。（3）可分为三类：无穷——空气、风、太阳能；可再生——生物体、水、土壤；非再生，矿物、化石燃料。 3.环境的定义是什么？环境污染的实质是什么？对人类而言环境的作用有哪些？答：（1）环境是人类周围一切物质、能量和信息的总和。（2）人类索取超过资源再生+排放废弃物数量超过环境自净能力。（3）首先，生存的基本条件——物质基础；其次，环境对废物消纳及转化，保证延续；第三，提供精神享受。 4.什么是资源保护？如何提高资源效率减轻环境污染？（1）广义——在维护生态系统及其综合体中，对资源采取的平衡行动；狭义——对资源综合利用，提高资源效率。（2）1》通过技术革新，提高生产效率，减少废物排放；2》保护资源，加强资源综合利用，特别是废弃物的回收。 5.什么是金属间化合物，金属间化合物的特点是什么？答：指两种金属或金属与类金属组成的具有整数化学计量比的化合物。特点：密度低、屈服强度随温度升高而提高、比刚度高、熔点高、高温强度好、抗氧化性能优良等。 6.金属间化合物分为哪几类，各自的特点是什么？答：分类及特点：①正常价化合物：符合化合物原子价规律。键特点: 电子转移和共用电子对。a.金属倾向与345副族元素形成化合物,b.金属正电性越强, B族负电性越强,越易形成,越稳定。 ②电子化合物：a.不符合原子价规则，成分不定b.结构由e浓度决定，超点阵结构。c.金属键。 ③间隙化合物：AR大过渡族金属元素和AR小的C、N、B等元素组成；高熔点；高硬度。 ④复杂化合物：更复杂结构的间隙化合物——渗碳体及碳化物。 7.二元Ti3Al合金的缺点有哪些，其发展思路是什么？答：缺点：室温断裂韧性、冲击韧性低、O相合金的抗氧化问题、高Nb合金抗氧化性差。发展思路：在Ti-Al-Nb 的基础上，加β相稳定元素，增加塑性第二相，改善室温塑性和加工性能。 8.金属间化合物结构材料脆性原因？其韧化方法有哪些？答：脆性原因：①结构特性：电负性、结构复杂性②滑移特征：独立滑移系③晶界特征：杂质偏聚④环境影响：氢脆⑤应力状态：缺口敏感性。韧化方法：①偏离化学计量比；②合金化：微合金化法、宏合金化；③改变晶粒形态：细化晶粒、择优取向；④微结构控制：组织优化；制备多相合金、改进制备工艺。 9.Ti3Al（α2）基合金中加入β相稳定元素的目的是什么？不同β相稳定元素含量分别对应什么相组成？答:通过添加β相稳定元素（如Nb和Mo），增加塑性的第二相，使Ti3Al基合金的室温塑性和加工性能得到改善。 ①第一代β稳定元素含量在10%～14%，显微组织为α2（DO19）＋β；②β稳定元素含量在14%～17%之间，该合金具有更高的拉伸强度和蠕变抗力，显微组织取决于热处理，主要为α2、β和O相(第一代O相合金)O相（基于Ti2AlNb，正交结构，可看作α2的畸变结构；③β稳定元素含量在23％以上，如GE公司研制的Ti-24.5Al-23.5Nb和Ti-22Al-27Nb 合金，显微组织为O＋β，这类以O相为基的合金比α2合金和超α2合金有更高的高温屈服强度、蠕变抗力和断裂韧性，已经成为近期研究的重点（第二代O相合金）。 10.什么是高温合金？高温合金的服役条件是什么？高温合金的强化方法有哪些？以Ni基高温合金的强化为例讲述高温合金强化原理。答：高温合金又称热强合金、耐热合金或超合金（Superalloys)，是指以Fe、Ni、Co为基，能在600℃以上温度，一定应力条件下适应不同环境短时或长时使用的金属材料。服役条件（航空发动机热端部件）：①600~1100℃②氧化和燃气腐蚀环境③复杂应力（蠕变，高、低周疲劳，热疲劳等）④长期可靠工作。强化方法：组织：γ/ γ’共格组织，基体：γ，强化相：γ’①固溶强化：γ ②第二相强化：γ’ ③晶界强化：微量元素晶界偏聚④工艺强化：定向或单晶。借助Mo来提高/ 晶格错配度，增加晶格界面应力场，阻止位错运动，减小合金最小蠕变速率。在蠕变过程中形成稠密的界面位错网络，这些位错网络在稳定的蠕变阶段可以有效阻止相中的滑移位错进入相。提高了Mo 元素的含量，增大了合金高温蠕变过程中TCP相析出的倾向，增加Ru元素降低这一倾向，提高合金稳定性。11.组织工程学的三大要素是什么？对细胞载体材料－支架材料的具体要求是什么？答：三大要素：①细胞载体材料－支架材料；②细胞的分离和培养；③细胞生长因子。对支架材料的具体要求有：1.多孔且需要高的孔隙率；2.内部均匀分布和相互联通的孔结构；3. 支架材料易于加工成不同的厚度和形状；4. 良好的相容性和一定的机械强度；5. 可以通过生物降解最终消失。

环境工程前沿讲座总结

前沿讲座总结一．前沿讲座概述本学期的前沿讲座包括流域水质模型浅谈、低温等离子体在水处理中的应用、光催化技术原理及其在环境工程中的应用和膜科学技术前沿进展。学院通过开设环境工程系列学科前沿讲座，介绍环境工程专业相关的前沿发展动态和热点技术。一方面，帮助我们了解相关领域的专业前沿知识；另一方面也让我们在课内知识学习之余了解相关领域的发展现状以及存在的问题。这极大的开拓了我们的视野，为我们的专业课程学习提供相关的资料，培养我们的专业素养，激发专业学习的兴趣。二．前沿讲座内容 1. 流域水质模型浅谈流域水质模型浅谈主要包括DHI和MIKE系统、流域水环境问题、水质模型和水环境模拟四方面内容。 DHI的软件产品和咨询服务涵盖整个水文循环的过程，主要服务领域如下：城市水和工业（市政供排水、污水处理技术、环境风险评价、健康和安全风险评估和城市水软件）；水资源（河流和洪水管道、水文、土壤和废物、水资源管理和水资源软件）；河口和海岸（港口和海洋技术、海岸河口动力学、生态和环境、海洋软件）； DHI软件:FeFlow、MIKE SHE、水处理模拟软件WEST，管网建模软件MIKE URBAN，河流海洋一维、二维模拟软件MIKE 11、MIKE 21，水资源管理软件等。流域水环境问题：在水的供求关系紧张与水污染的双重压力下，水环境问题日趋严重主要体现在水体污染、湖泊面积的萎缩和数量的减少、水土流失面广量大、地表水的短缺导致对地下水的超量开采。总的来说，水环境方面目前还存在的许多问题待研究解决。水质模型：描述污染物在水体中运动变化规律及其影响因素相互关系的数学表达式和计算方法。包括一维（中小河流）、二维（宽线型江河湖库、河口）和三维（排污口附近、深水湖库）水环境模拟：治理规划流域水，深滩河项目。MIKE技术构建降雨径流，水动力学污染物扩散等模型，应急突发事故的模型包括一维水文模型和水动力模

材料学科前沿讲座总结

材料学科前沿讲座总结生物医用高分子一.引言生物医用功能材料即医用仿生材料，又称为生物医用材料。这类材料是用于与生命系统接触并发生相互作用，能够对细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的天然或人工合成的特殊功能材料。随着化学工业的发展和医学科学的进步，生物医用功能材料的应用越来越广泛。从高分子医疗器械到具有人体功能的人工器官，从整形材料到现代医疗仪器设备，几乎涉及到医学的各个领域，都有使用医用高分子材料的例子。医用高分子材料所用的材料种类已由最初的几种，发展到现在的几十种，其制品种类已有上千种。目前，生物医用功能材料应用很广泛，几乎涉及到医学的各个领域。其大致可分为机体外使用与机体内使用两大类。机体外用的材料主要是制备医疗用品，如输液袋、输液管、注射器等。由于这些高分子材料成本低、使用方便，现已大量使用。机体内用材料又可分为外科用和内科用两类。外科方面有人工器官、医用黏合剂、整形材料等。内科用的主要是高分子药物。所谓高分子药物，就是具有药效的低分子与高分子载体相结合的药物，它具有长效、稳定的特点。二.发展历史生物医用高分子材料的发展经历了三个阶段，第一阶段始于1937年，其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料，如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953年，其标志是医用级有机硅橡胶的出现，随后又发展了聚羟基乙酸酯缝合线以及四种聚酯心血管材料，从此进入了以分子工程研究为基础的发展时期。该阶段的特点是在分子水平上对合成高分子的组成、配方和工艺进行优化设计，有目的地开发所需要的高分子材料。

目前的研究焦点已经从寻找替代生物组织的合成材料转向研究一类具有主动诱导、激发人体组织器官再生修复的新材料，这标志着生物医用高分子材料的发展进入了第三个阶段。其特点是这种材料一般由活体组织和人工材料有机结合而成，在分子设计上以促进周围组织细胞生长为预想功能，其关键在于诱使配合基和组织细胞表面的特殊位点发生作用以提高组织细胞的分裂和生长速度。三.基本性能要求 1. 力学性能稳定在使用期限内，针对不同的用途，材料的尺寸稳定性、耐磨性、耐疲劳度、强度、模量等应适当。比如，用超高分子量聚乙烯材料做人工关节时，应该用模量高、耐疲劳强度好、耐磨性好的材料。 2. 化学性能稳定作为生物材料，化学性能必须稳定，对人体的血液、体液等无影响，不形成血栓等不良影响。人体是一个相当复杂的环境，血液在正常环境下呈现微碱性，胃液呈酸性，且体液与血液中含有大量的钾、钠、镁离子，含有多种生物酶、蛋白质、人体的环境易引起聚合物的降解、交联及氧化反应；生物酶会引起聚合物的解聚；体液会引起高分子材料中的添加剂析出；血液中的脂类、类固醇以及脂肪等会引起聚合物的溶胀，使得材料的强度降低。例如聚氨酯中含有的酰胺基极易水解，在体内会降解而失去强度，经过嵌段改性后，化学稳定性提高。 3. 与人体的组织相容性好医用材料必须与人体的组织相容性好，不会引起炎症或其他排异反应材料，所引起的宿主反应应该能够控制在一定可以接受的范围之内。一些含有对人体有毒有害的基团是不能用作生物医用功能材料的，如有些添加剂对人体有害或有些残留单体对人体有不良影响等，这都应该引起极度的警惕。有些添加剂会随时间的变化，从材料内部逐渐迁移到表面与体液和组织发生作用，引起各种急性和慢性的反应。

环境科学前沿

第十九讲环境科学前沿简介二、未来环境科学发展的热点记者：刚才章先生给我们描述了环境科学在20世纪的研究进展，那目前环境科学研究的前沿领域有哪些，21世纪环境科学又会出现哪些研究热点呢？章申院士：环境科学在上一个世纪取得了很大的成就，得到了很好的发展。但是随着人口的增长，经济的发展，环境与经济社会发展的矛盾越来越突出。目前环境科学研究的前沿领域和21世纪环境科学将出现的研究热点，我本人认为有以下几个方面： 1. 全球环境变化与地球环境系统科学的研究是一个非常重要的研究领域。通过二十几年的研究，我们在温室气体的清单及其排放规律，影响全球气温增高的作用机理上作了很多工作，取得了一定的成就。但目前来讲，关于引起全球增温的二氧化碳气体还存在一个有争议的问题。二氧化碳是一种很重要的温室气体，二氧化碳的实际排放量我们可以知道，也可以监测二氧化碳在大气中的含量，但是研究表明这两者并不相等，即工业革命以后二氧化碳排放的总量要大于大气中监测得到的二氧化碳的含量，那么差出来的这部分二氧化碳跑到哪里去了呢？一部分科学家认为是被北半球的森林吸收了，一部分科学家认为是地球上的海洋吸收了这部分二氧化碳。那么失踪的这部分二氧化碳到底到哪里去了，目前还没有定论。因此关于这部分missing的二氧化碳的去向是目前环境科学家要解决的一个重要问题。另外关于全球水资源和水循环以及粮食安全的问题也将会在21世纪成为环境科学的研究热点。 2. 走可持续发展的道路已得到全世界的共识。走可持续发展的道路实际上是要解决人和自然之间的关系，使二者能够协调发展。因此第二个环境科学的研究热点就是人地系统的调控和人类需要可持续发展的理由。其中包括可持续发展指标体系的研究，即评价一个国家和地区可持续发展的标准。因此确定可持续发展的指标体系和评价方法是大家普遍关注和正在研究的热点。另外，在解决人地

《自然》《科学》一周(9.10-9.16)材料科学前沿要闻

1. 效率达 17.3％的溶液加工的有机串联太阳能电池材料名称：有机光伏电池研究团队：中国南开大学陈永胜研究组原标题：Organic and solution-processed tandem solar cells with 17.3% efficiency 虽然有机光伏电池（OPV）具有许多优点，但它们的性能仍然远远落后于其他光伏平台。其中一个最根本的原因是有机材料的电荷迁移率低，导致有源层厚度和光吸收效率受到限制。在 Meng 等人的研究中，在半经验模型分析的指导下，使用串联电池策略来克服这些问题，并利用有机材料的高度多样性和易于调谐的带结构，创造了 17.29％的功率转换效率。实现了双端整体溶液加工的串联OPV。（Science DOI: 10.1126/science.aat2612）

2. 3D 打印分层液晶聚合物结构材料名称：液晶聚合物研究团队：瑞士联邦理工学院André r. Studart研究组原标题：Three-dimensional printing of hierarchical liquid-crystal-polymer structures 当诸如飞机、车辆和生物医学植入物等需要坚硬的轻质材料时，通常会使用纤维增强聚合物结构。虽然它们具有非常高的刚度和强度，但是这种轻质材料需要能量和劳动密集的制造工艺，且通常易出现脆性断裂并且难以成形和再循环。这与轻质生物材料（例如骨、丝和木材）形成了鲜明对比，这些生物材料能够通过定向自组装形成具有突出机械性能的复杂的、分层结构的形状，并且能够循环融入到环境中。Gantenbein 等人展示了一种三维（3D）打印方法，来生成具有分层结构、复杂几何形状和前所未有的刚度和韧性的可回收轻质结构。它们的特性源于在熔融原料材料的挤出过程中液晶聚合物分子自组装成高度有向域。Gantenbein 等人通过使印刷路径与分子域定向，能够根据预期的机械应力增强聚合物结构，从而使刚度、强度和韧性超过最先进的 3D 打印聚合物一个数量级，能够与最高性能的轻质复合材料相媲美。将 3D 打印的自上而下的成形自由度与聚合物取向中自下而上的分子控制相结合的这一能力，开辟了在没有当前典型制造工艺限制的情况下自由设计和实现结构的可能性。（Nature DOI: 10.1038/s41586-018-0474-7）

环境科学专业建设规划

环境科学专业建设规划（2006-2010）环境问题是全球性的重大问题之一。人类自20世纪70年代开始正视工业革命以来发展中的环境问题，综合性的环境类学科得到迅猛发展。我国教育部于1995年将环境科学与工程专业列为一级学科以来，环境类专业的高等教育事业发展尤为迅速。浙江万里学院于2000年开始招收环境保护专业专科学生，并于2003年起招收环境科学专业本科学生。五年来，共招收330名专科生和315名本科生，且已有249名专科学生学成毕业，环境科学系较好地完成了第一阶断的发展规划。为使环境科学系的学科发展能适应我国环境保护事业和经济可持续发展需要，落实中共中央提出的科学发展观以及全面实施浙江省生态省建设战略的需要，特制订环境科学系2006～2010年发展规划。一、环境科学学科发展的背景长期以来，经济的增长被视为社会文明进步的标志。工业化革命有力地推动着科学技术的进步和经济的高速增长，迅速地改变着社会面貌。但伴随着人类社会一味追求经济高速增长和城市化进程的同时，人类将直接面对着由此而引起的人口急剧增加、自然资源逐渐耗尽、工农业污染等破坏了生态环境和环境质量下降等一系列影响着人类生存与发展的全球性环境问题。人类对不顾生态环境保护而高速发展经济带来的一件件触目惊心的环境污染事件及一桩桩由环境问题引发的国际纠纷进行了深刻的反思，认识到我们只有一个地球，为了人类的未来，寻求经济与环境生态之间的协调平衡的可持续发展道路才是人类的唯一选择。人类对环境认识的历史性飞跃，环境保护、环境污染控制与治理等专业人才在20世纪70年代就已成为各领域最抢手的专业人才，环境类专业的高等教育事业应时而生，成为近年来的热门专业之一。我国近十几年持续的高速度经济发展令人注目，但长期以来传统的生产模式和管理方式所造成的环境污染情况相当严峻，无论是我国东部经济发达地区，还是西部待开发地区，面临的环境污染控制与治

前沿材料科学结课论文

对前沿材料世界的认识及思考

摘要：上一个世纪，人类的认识向外延伸到了外层宇宙，向内深入到了物质结构的更微观层次，引发了物理学一场大革命。这场革命推动了包括化学、生命科学在内的整个自然科学和应用技术的伟大变革，为材料科学和技术进步提供了新的知识基础和活力。材料科学的根本任务是揭示材料组分、结构与性质的内在关系，设计、合成并制备出具有优良使用性能的材料。进入21世纪，回顾一下材料学的主要进展，估计未来的可能发展趋势，是非常必要和很有意义的。关键词：材料科学现状发展趋势传统材料新材料挑战一、传统材料的发展现状和地位传统材料是生产工艺已经成熟而又大规模工业化生产的一类材料，如钢铁、铜、铝、橡胶、塑料、玻璃和水泥等金属、高分子和非金属无机化合物，这类材料量大面广，占材料生产总量的90％以上。在世界范围内，上个世纪末20～30年间传统材料的产量、生产技术水平和质量，超过以前数百年，成为人类经济生活的支柱。但能耗大，资源浪费严重，环境污染等问题已成为制约传统材料发展的瓶颈，因此改进传统材料的合成、加工技术，控制微观组织结构，提高使用性能，降低成本和环境污染的任务十分迫切、繁重。二、新材料及其发展趋势新材料又称先进材料。它不以生产规模，而以优异性能、高质量、高稳定性取胜的高知识、高技术密集形为特点。新材料有结构材料和功能材料之分，前者主要利用它的力学性能，而后者以其各种物理、化学效应为主。当前新材料的发展方向有高性能化、高功能化、高智能化和复合化、极限化、仿生化、环境友好化几方面。 1．金属材料：金属材料，特别是钢、铜、铝等，仍是21世纪的主要结构材料和电能传输材料。金属材料已有成熟的生产工艺，相当多的配套设施和工业规模生产，价格低廉、性能可靠，已成为涉及面广、市场需求大的基础材料。金属材料虽然今后会部分被高分子材料、陶瓷材料及复合材料所代替，由于它有比高分子材料高得多的弹性模量，比陶瓷高得多的韧性和良好的导电性能，在相当长的时期内改变不了它在材料中的主导地位，即使在高技术产业中也不例外。随着航天航空和其它尖端技术的飞跃的发展，在改善和提升传统材料品质的同时，金属功能材料、非平衡态金属，特别是高比强、高模量、耐高温、抗氧化，抗腐蚀、耐磨损合金和金属基复合材料会有快速的发展，如金属超导材料、钛及其合金、铝基增强复合材料，金属间化合物、形状记忆合金和纳米晶块体材料等。２．先进陶瓷材料：陶瓷是人类最早使用的人造材料，质地坚硬、耐磨损、抗腐蚀、膨胀系数低，可经受1400—1600℃的高温，比金属间化合物有更高的比强度和比刚度，是很好的高温结构材料；部分陶瓷还具有压电、铁电，半导体、湿敏和气敏等特殊功能，广泛用于电子、计算机、激光、核反应、宇航等现代尖端科学技术领域。近20年来，通过多种增韧手段和原始粉末超细化、纳米化技术，在消除陶瓷本征脆性的研究方面取得了重大突破；传统的落后制备成型工艺已逐渐被先进的注射成型技术、高温热等静压和微波烧结等技术所替代；在反应动力学、表面特征、相平衡、烧结机理等基础研究方面也取得了相当的进展。主要趋势是根据使用性能要求对陶瓷结构作一定程度的剪裁和设计，实现陶瓷结构纳米化和组分的复相结构，包括纤维或晶须增韧和有机、无机复合等。３．高分子材料：高分子材料是指分子量从几百到几万，由可加聚或缩聚链条状官能团构成的有机化合物。上世纪90年代，世界的高分子材料年产量超过1亿吨，其中塑料8000一9000万吨，合成橡胶700—800万吨，合成纤维1000万吨；仅塑料的产量以体积计算就相当于5.6亿吨钢的体积，是发展最为迅速的材料之一。这些材料品种繁多，并且正以每年10％的速率递增。高分子材料80％以上作为包装、建筑、交通运输和纺织行业的结构材料和原料。功能高分子材料所占比例相对较低，主要有离子交换树脂、催化剂、固化酶，用于印刷、电子工业、集成电路、微细加工的感光树脂，用于薄膜电磁、静电复印及全息记录的电功能