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關鍵詞:教學改革;高分子材料科學基礎;探討
【中國分類法】:G420
隨著我國對科技應用型人才的需求急劇增加,福建工程學院將立足于建設成為優秀的科技應用型大學,向社會和企業培養輸送優秀的科技應用型人才。科技應用型本科人才是介于學術型人才和技術型人才之間的工程應用型人才[1], 因此,在課程培養模式上應有一定的適應培養科技應用型人才的方法。原有的培養學術型人才的教學方法不再適應現在對科技應用型人才培養的要求,迫切需要對一系列本科課程教學進行改革。《高分子材料科學基礎》課程是福建工程學院材料成型與控制工程專業中極其重要的一門專業基礎課,通常在本科三年級上學期開設,此門課程構建了公共基礎課與專業課程的一個橋梁,其教學成果的優劣直接關系到學生學習其它專業課程。因此,根據福建工程學院辦學定位和特色,本文將對《高分子材料科學基礎》課程教學方法的改革進行研究與探討。
一 、運用實例激發專業激情
對于剛剛接觸專業課的大三學生,專業興趣對他們的培養十分重要,專業學習的興趣一旦產生,對后續的專業課程學習將會起到事半功倍的效果。那么,我們如何來激發學生的這種專業學習興趣呢?可以應用身邊高分子材料應用的實例來激發學生的專業學習激情。例如,食物中的蛋白質、淀粉、御寒的棉、麻、絲、毛以及皮革,居住建筑的竹木等都是高分子材料;生活中隨處可見的塑料飲料瓶、一次性塑料杯、各種各樣的塑料玩具、尼龍繩、汽車輪胎等同樣也是高分子材料。目前,形形的高分子材料在各個方面改變著人們的生活方式及生活環境,在提高人們生活質量方面起著極其重要的作用。高分子材料在逐漸替代傳統的金屬、陶瓷等材料,可以說人類正在經歷高分子材料時代[2]。那么,如何去合成制備高分子材料呢?如何去表征及測試高分子材料的結構及性能呢?如何去加工制備高分子材料制品呢?如何去理解探究高分子材料的合成制備、結構和性能三者之間的關系呢?帶著這些問題的提出,學生求知心切,想知道原因,將會大大激發學生進一步去學習這門專業基礎課的興趣。
二 、改革教學方法與手段
目前,基于電視錄像、幻燈片、多媒體課件等多種形式的教學方法的采用,不僅提高了教學過程中的信息傳遞量和教學內容的科學性、先進性、趣味性,又加強了學生與老師的實時交流,從而提升了教學效果[3]。但對于應用性學科《高分子材料科學基礎》來說,扎實的理論知識和良好的實踐技能二者缺一不可。因此,僅僅靠多媒體教學還不能夠達到理想的教學效果。例如,在對‘聚合物成型加工’這部分內容進行講解時,完全可以把課堂搬進實驗室。學生邊參觀注塑成型、擠塑成型、吹塑成型、壓延成型以及發泡成型等成型設備,老師邊對這些設備的原理,加工方法,適合的高分子材料等進行詳細的講解。這種教學方法使抽象的理論基礎知識與形象的實踐應用有機的結合起來,不僅提高了學生的學習興趣與熱情,而且把課堂所學的理論知識達到學以致用的效果。
三 、改革實踐教學環節
實踐教學環節不僅是《高分子材料科學基礎》課程建設的重要組成部分,而且是培養學生工程意識、創新能力和動手能力的重要途徑。這對科技應用型本科教育尤為重要。因此,在這門課程的教學過程中,應大力改革實踐教學的形式和內容。對于傳統的實踐教學環節,多數采取老師邊操作邊講解的教學模式,讓實驗基地變成了僅僅是學生參觀的地方。實踐教學環節應該充分發揮實驗基地的功能,讓其不僅是學生參觀的地方,更是學生把課堂所學的理論知識發揮的地方,讓學生有更多的時間自己動手操作學習。這樣不僅培養了學生的實際動手能力,而且更激發了其認真學好理論知識的積極性。另外,可以把教學實踐環節與科研項目結合起來,加大綜合性、創新性實踐環節的比值,使學生盡早的進入科研實踐活動。在解決工程中出現的實際問題的同時,學生得到了系統的科研實踐能力的訓練,同時避免了知識陳舊,緊跟科技應用前沿,為學生畢業后的社會工作做好充分的知識與實踐能力的準備。
四 、考核方式與成績評價標準多元化
傳統的采取開卷或閉卷‘一考定終身’的考核方式已經無法滿足科技應用型人才培養模式的需要。考核方式與成績評價標準應以提高學生的綜合素質和實踐應用能力為主要目標。因此,《高分子材料科學基礎》課程應采取多元化的評價標準,例如,筆試、課程小論文、實踐創新課題研究、工程應用實訓環節等。通過筆試重點考查學生對基礎與理論知識的理解能力和應用能力,檢測學生分析解決問題的能力。通過課程小論文側重培養和鍛煉學生綜合應用材料知識、自主創新,并快速有效地獲取分析材料信息資源、撰寫科技論文的能力。通過實踐創新課題研究考查學生理論聯系實際和創新能力,并鍛煉和培養其科學思考問題的思維習慣。通過工程應用實訓環節考查學生利用基礎知識解決實際應用問題的能力,為以后的工作打下堅實的基礎。通過以上多元化的考查方式建立起以素質教育為本的考核體系,從而形成有利于培養具有良好綜合能力的科技應用型人才的衡量標準。
小結
為了良好的適應培養科技應用型人才的培養方案,課程教學改革是一項任務艱巨、涉及面廣、影響深遠的系統工程。本文對《高分子材料科學基礎》課程在教學方法與手段、實踐教學環節、考核方式與成績評價標準多元化等方面的改革進行了初步的探討。強調教師應充分在立足于教材的基礎上對教學方法進行改革,結合科技應用型人才的培養方案,注重實踐教學環節,建立科學的評判制度評定學生成績,從而形成培養學生綜合能力的人才培養模式。
參考文獻
[1]麥茂生,呂力.市域新建本科院校應用型本科人才培養模式的構建[J].廣西大學學報:哲學社會科學版,2008,30(11):137-141.
【關鍵詞】專業英語 高分子專業 教學改革 教學實踐
隨著我國經濟的高速發展以及科學水平的不斷提高,社會對專業人才外語能力的要求也越來越搞,所以各高校應該更加注重學生專業外語能力的培養。近年來各個高校高分子專業畢業生進入外資、合資企業的人數顯著上升,在實際工作中頻繁使用專業英語詞匯、英文文獻;同時,材料行業的實驗室中的高檔儀器、設備以及技術工藝來自國外進口,缺乏扎實專業英語知識的學生可能在工作中會遇到較大的困難。此外,高分子專業本科畢業生考取碩士研究生的比例是有增無減,這樣在未來幾年從事科研機會增多,如果缺乏專業英語基礎,導致不具備基本的閱讀能力,根本無法達到學習國外先進科技信息的目的[1-3]。所以,培養高分子專業學生的專業英語知識就顯得尤為重要。明確專業英語教學目標并掌握專業英語教學特點,分析目前高分子專業英語教學中的問題,并進行改革,是十分迫切的課題。
1 確定高分子專業英語課程目標
2007年,教育部提出的《大學英語課程教學要求》提出大學英語的教學目標是培養學生的英語綜合應用能力,尤其是聽說能力,促使學生能用英語進行交際。《要求》還提出:將專業英語和必修、選修課程有機結合,確保學生英語應用能力得到提高。所以高分子專業英語教學要培養學生專業方面的讀、聽、說、寫、譯等技能。引導學生掌握專業英語的翻譯能力。
2 高分子專業英語教學改革實踐
2.1密切結合學生實際,激發學生學習興趣
在專業英語教學中,可以從考研、就業、出國等方面強調專業英語的重要性,使他們積極性。比如考研人數較多的班級,可以強調研究生考試以及以后的科研中專業英語的地位,并在教學中穿插一些考研英語知識。
2.2合理選擇和安排教學內容
選用曹同玉等編著的《高分子材料工程專業英語》為教材,該書專業性強,內容有很好的銜接性,廣泛涵蓋本專業的專業詞匯,能夠提高學生對各種題材專業文章的閱讀理解能力。此外,依據大綱要求,還可配合給出一定的聽、說、寫、譯方面的訓練,并向介紹本專業常見的外文全文數據庫,引導學生進行學術探索。在教學中,要了解學生的英語水平,由淺入深、循序漸進,在聽、說的基礎上,可以由“詞匯―翻譯―寫作―應用”四個層次逐步進展。在高分子專業英語的教學過程中,大量安排聽說課,可以通過多媒體視頻教學、組織課堂討論、課后布置作業等方式輔助教學。四個層次的教學重點都不一樣。
(1)第一層次為最初階段的教學,著重介紹關于材料專業的構詞法、命名規律熟悉專業名詞。
(2)第二層次中讓學生了解專業英語的語言特點、句型結構和慣用法。通過講解和練習讓學生掌握翻譯技巧。
(3)第三層次中,采用專題教學講解英文摘要撰寫并練習。
(4)第四個層次中介紹本專業常用的英文期刊及其檢索,要求能撰寫學術論文。
2.3深入改革教學手段和方法
(1)豐富教學手段。利用現代化教學設備,使用多媒體課件進行教學。通過播放國外高校講課視頻以及著名教授的講座視頻資料等,對出現的難點進行講解,并組織學生討論。
(2)更新教學方法。在課堂教學中,鼓勵學生積極參與教學活動,以學生為中心。鼓勵他們主動查閱科研資料并寫出英文綜述。同時,將專業英語教學與畢業設計相結合,模擬畢業選題并完成英文摘要。允許學生自由組合成課題組,在此過程中要求用英文資料作參考,使其閱讀專業英語資料并掌握相關的英文專業詞匯,還能方便畢業設計的順利開展。
通過上述的一系列與學生實際相結合來開展教學活動,不但調動了學生學習積極性,更加強了學生就業以后的競爭力。
【參考文獻】
[1]袁筱鳳.淺談化學化工專業英語教學改革[J].化工高等教育,2005(3):68-71.
關鍵詞:新材料;新工藝;應用研究
1前言
科學技術和人類文化藝術的有機融合誕生了工業設計,而工業設計想要發展就需要材料的應用和加工技術的不斷發展,這不僅關系到設計的內涵也關系著設計的實用性。下面我們就淺談了一下新材料和新工藝的應用研究。
2如今材料和工藝的發展概述
材料的開發,最原始的石器時代使用的獸皮、泥土等天然的材料,到了后來是用火制造的材料,再到了二十世紀主要是利用物理和化學原理合成的材料,其中有合成高分子材料、功能高分子材料和合金材料等。到了二十世紀五十年代出現了如金屬陶瓷等材質的復合化材料,二十世紀后期主要是利用信息技術等。到了二十世紀,材料的材質種類愈加豐富,工藝水平也愈加的豐富多彩,這其中有鍛造工藝、壓力加工工藝等。
3新材料和新工藝在工業設計的應用研究
3.1關于新材料的應用研究
3.1.1新型造型結構材料的分類
新型的造型結構材料,主要要新型金屬材料、新型高分子材料、新型復合材料、新型玻璃材料以及其他結構的結構材料。新型的金屬材料主要分為兩種,分別是保節靈超薄鋼片和金屬材料。其中的保節靈超薄鋼片的靈活性非常強,可以隨意的彎曲,而且材料的外觀和色彩因為材質是聚合物的關系可以隨意更換,這樣這種材料的外觀就會非常鮮亮和美麗。而金屬材料是融合了聚合物塑料和非晶體結構材料,它具有一般金屬材料達不到的熱穩定性,這樣就能夠成形的非常容易。新型高分子材料主要是Ecoflx和Ecovio以及Prity材料。第一種材料的是一種特殊的可以降解的材料,它因為較好的彈性和耐候性經常被應用到包裝的領域。第二種材料則是觸摸起來的質感非常強烈,而且因為是含有凝膠劑聚氨酯的材料所以在外觀和形態上可以根據洗好進行改變,這種材料不僅有多樣的色彩和舒適的觸感,而且無毒無害。新型玻璃材料主要分為納米金剛材料和視覺控制玻璃以及超薄玻璃三種。納米金剛玻璃的質地非常的堅硬,這是因為它的表面涂了一層碳,其主要應用在MP3上,金屬的質感并且不會留下痕跡,非常的時髦。第二種玻璃中間有一層透明的玻璃和上色玻璃,這種玻璃跟隨者電流的變化也會產生變化,這樣它便主要能有效的調節我們的生活。第三種材質被稱為世界上最薄的玻璃,其因為十分的輕薄主要應用在各種的電子設備屏幕上。其它的新型材料主要是光線互動材料、半透明混凝土和織物材料等。
3.1.2新型功能材料研究
如今的新型功能材料主要分為四個方面,能夠自我修復、高性能納米復合稀土材料的、聚異丙基薄膜和具有記憶能力的玻璃。第一種材料的可以在復合物基底的基礎上進行自我修復,主要應用在汽車、飛機等微型芯片制造業。第二種主要是可以通過控制薄膜的厚度從而控制硬磁相和軟磁相的晶粒排序,此材料如今還在發展階段。第三種材料的特點是融合了疏水性和親水性,根據溫度的不同有所變化,用此制造服裝具有較好的保暖冰涼作用。最后一種材料是運用太陽光和其他光儲存能量而后釋放的方式進行記憶,這樣通過各種線路的照射就能儲存信息,其材料采用的是稀土,用途相當廣泛。
3.2關于新工藝的應用研究
3.2.1新工藝的分類
新型的工藝在工業設計中主要分為新型成型工藝、新型加工工藝和新型表面處理工藝。新型成型工藝主要是分為混動態成型技術、快速成型技術兩種。第一種材料的凝練、分散效果極佳,多應用在電子、運輸業。第二種材料的柔韌性加好,主要應用于工業設計和繪圖等等。新型加工工藝主要分為仿生電火花加工技術、二氧化碳激光切割技術兩種。第一種可以將原來的加工直孔或簡單彎孔轉變成較為復雜的曲線孔,其中研制出來的仿生機器人不僅結構簡單、動作敦實,并且加工出來的曲線孔非常的光滑而且形狀的簡單。第二種是應用借光切割的手段來進行分割,這樣的材料清潔、安全沒有污染。
3.2.2新工藝的發展方向
如今的新型工藝主要體現在各種學科交叉和部門參與的工藝、各種材料的開發和應用更加密集、材料的結構和工藝越加小型的工藝和材料多朝向仿生智能。值得提出的原先的材料主要是被動型,材料和結構都比較單一,很難變成一個智能的東西,如今的材料研究方向是使得其智能化。也就是未來的方向更加的傾向于精密而成型的技術、微細的技術加工和多樣化的表面處理等。
4建立工業設計的材料與工業數據庫
建立數據庫的重要意義。如今的材料和工藝數據庫資源非常的分散導致維護和更新阻力非常大,所以建立數據庫意義重大。而且工業設計和材料和工藝具備不同往常的特殊性,這不僅要考慮到不同尺寸、形狀的材料,也要考慮到材料的外觀和性能,所以建立數據庫意義重大。最后是工業設計材料和數據庫也能使得設計師更加快速直觀的獲取信息,從而進行更好的設計和創造。
5小結
對于面向工業設計的新材料與新工藝的應用研究,其中提出了很多新材料和工藝,但是還需要建立工業設計的材料和工業數據庫。對于新材料和新工業是在一個不斷探索的階段,需要各方的不斷努力。
作者:張倩倩 單位:廣州現代信息工程職業技術學院
參考文獻:
[1]夏燕靖.對我國高校藝術設計本科專業課程結構的探討[D].南京藝術學院,2007.
關鍵詞:地質工程;土質邊坡;高分子穩定劑;加固機理;生態護坡;強度;抗沖刷性
中圖分類號:P642 文獻標志碼:A
Abstract: The polymer soil stabilizer was used to protect the soil slope surface ecologically. The strength, anti-erosion and vegetation growth of soil modified with polymer soil stabilizer were evaluated in the laboratory. The ecological slope protection mechanism was analyzed by the test results and microscopic scanning. Engineering example application was carried out to prove the ecological slope protection effect. The results show that the strength and anti-erosion of soil are improved by polymer soil stabilizer, and the vegetation growth is promoted; the ecological slope protection mechanism of polymer soil stabilizer is that a mesh membrane structure of soil particle on slope surface is formed by the wrapping of polymer soil stabilizer, to improve the strength and anti-erosion of soil and provide a well growth environment, so as to achieve the effect of the ecological slope protection; the feasibility of ecological slope protection with polymer soil stabilizer is verified by engineering example, therefore, this method can be considered as an effective solution for the soil slope surface treatment.
Key words: geological engineering; soil slope; polymer soil stabilizer; reinforcement mechanism; ecological slope protection; strength; anti-erosion
0 引 言
隨著社會經濟的發展,人類工程活動對地表作用日益加劇。在開發建設項目的大量施工過程中,由于開挖造成原有的生態體系失衡,原生植被遭到嚴重損壞,形成許多的土質邊坡[1-3]。這些邊坡土壤土質松散、含水量降低、易風化,容易造成坡面侵蝕、水土流失、坡體坍塌、河流阻塞、滑坡、水污染等災害[4-11],從而危害人民生命財產安全及農田水利等基礎設施安全[12-13]。目前,常用的防治措施主要有漿砌片石護坡、換土、濕度控制、土工織物加固、擋土墻、土釘、抗滑樁等[14-17]。這些工程措施在一定條件下可有效解決土質坡面的穩定性,但在許多情況下還存在問題,如未從根本上解決土體的工程性質,不能滿足生態綠化要求,工程造價高等。因此,探索一種既能有效防止土質坡面水土流失又能結合坡面生態環境建設,既能提高土體工程性質又能降低坡面治理成本的土質坡面生態防護技術是一項緊迫任務。
20世紀90年代以來,隨著人類環保意識的加強,高分子穩定劑(也稱為高分子固化劑)作為一種新型環保的土體加固材料,在美國、日本等發達國家開始蓬勃發展。高分子穩定劑利用聚合物交聯形成立體結構包裹和膠結土粒,并利用表面活性劑改變土粒表面親水性質,改變土體本身的性質,同時具有摻入量較少、運輸方便、施工簡單、固化效果穩定、生態環保等優點。高分子穩定劑廣受國際學者的關注,并取得了一批重要的成果。Bae等研究了水溶性聚丙烯酰胺在黏性土工程特性改良中的應用[18-20];Iyengar等報道了高分子聚合物穩定路基土效果顯著[21];Ates介紹了水性聚合物可顯著改善砂性土的抗液化性能和無側限抗壓強度[22];Liu等從2008年開始對高分子穩定劑進行自主研發,對其性能進行了室內研究,取得了一系列創新性成果[23-26]。
本文針對土質邊坡坡面穩定性問題,從土體改性機理出發,采用課題組自主研制的高分子穩定劑對土質坡面進行生態護坡,結合室內和現場試驗詳細介紹了高分子穩定劑坡面加固機理,驗證了該方法在土質邊坡坡面加固中的有效性,為土質邊坡坡面治理提供一條有效的解決途徑。
1 高分子穩定劑概況
高分子穩定劑是一種高聚物類土體穩定劑。高分子穩定劑利用聚合物交聯形成立體結構包裹和膠結土粒,或者利用表面活性劑改變土顆粒表面的親水性質,從而提高土體的強度、水穩定性和抗沖刷性等性能。
本試驗所選取的高分子穩定劑為自主研制的聚醋酸乙烯酯型穩定劑(簡稱PAS)。PAS系列高分子穩定劑為乳白色液體,通過乳液聚合而成,黏稠狀,質地細膩,無可見顆粒物,是一種可與水以任意比例互溶的有機高分子穩定材料。該穩定劑是一類近中性、高固含量、低黏度的有機高分子材料,在自然干燥條件下,具有良好的成膜性,并且具有較好的穩定性能,在儲藏、運輸及使用過程不會產生產品變質失效現象。本文所用的高分子穩定劑pH值為6~7,固含量(質量分數,下同)為41%,黏度為920 mPa?s,吸水率為34%,凝膠率為1.48%。該穩定劑對環境沒有污染,自然環境下降解時間一般為2~3年,但根據固化劑中的添加劑可以調節在自然環境下的降解時間。
2 試驗目的、內容、結果與分析
為了深入了解高分子穩定劑改良效果和改性機理,對其改性土強度、抗沖刷性和植被生長等進行室內試驗評價。室內試驗所用的土樣均取自江蘇省南京市浦口區的下蜀土,其液限為53.6%,塑性指數為19.7,相對密度為2.72,最佳含水率(質量比,下同)為15.6%,最大干密度為1.74 g?cm-3。
2.1 強度試驗
2.1.1 試驗目的
通過無側限抗壓強度試驗和抗剪切強度試驗,測出不同高分子穩定劑含量的改性土試樣強度,并計算內聚力和內摩擦角變化。
2.1.2 試驗內容
首先,將從現場取來的土樣在自然狀態下風干,破碎并過2 mm標準篩。試樣制備前將高分子穩定劑稀釋成5種不同含量(體積分數,下同)(0%(參照樣)、5%、10%、20%和30%)的稀釋液,然后與土樣拌合。試驗設計含水率為17.8%,干密度為1.7 g?cm-3。土樣拌合均勻后采用靜力壓實法壓實制成相應的土樣,在室溫下分別養護48 h后進行無側限抗壓強度試驗和抗剪切強度試驗。試樣尺寸分別為39.1 mm(直徑)×800 mm(高)和61.8 mm(直徑)×200 mm(高)。無側限抗壓強度試驗所采用的儀器是南京土壤儀器廠有限公司生產的YYW-2 型應變控制式無側限壓力儀,其升降板的速率控制在24 mm?min-1。抗剪切強度試驗所采用的試驗儀器是ZJ 輕便型應變控制式直剪儀,試驗過程中垂直施加的四級荷載分別為50、100、200、300 kPa,應變速率為0.8 mm?min-1。
2.1.3 試驗結果與分析
從高分子穩定劑改性土的無側限抗壓強度和抗剪切強度參數(表1)可以看出:改性土試樣的無側限抗壓強度在經過48 h養護后均有明顯提高,其強度隨著高分子穩定劑含量的增大而增大;改性土試樣的內聚力均有較明顯的提高,并隨著高分子穩定劑含量的增加而增大,在含量為0%~10%時,試樣的內聚力上升最為明顯,在含量為10%~30%時,試樣的內聚力增加速度明顯降低;而對于內摩擦角,試樣在改良前后沒有明顯變化,同時改性土試樣的內摩擦角隨著高分子穩定劑含量的增加而變化量很小。
2.2 抗沖刷性試驗
2.2.1 試驗目的
在模擬降雨條件下,觀察不同高分子穩定劑含量的改性土試樣表面土顆粒從試樣中分離出來的數量情況及試驗的抗沖刷效果。
2.2.2 試驗內容
本試驗采用自主設計的沖刷試驗模擬裝置(圖1)對高分子穩定劑坡面加固效果進行初步評價。試驗中先將土樣盒(16 cm×16 cm×3 cm)盛滿烘干土樣并壓實,稱重得到土樣盒質量(m0)與土樣質量之和(m1),將不同含量的高分子穩定劑稀釋液均勻噴灑在試樣表面(噴灑量為3 L?m-2),在室溫條件下養護48 h。養護后,試樣放置于坡度為30°可調角支架上進行沖刷測試,收集沖刷下的土量。收集盒中的土放置在烘箱烘干24 h,得到其質量為m2,土樣的抗沖刷率R =(m1- m2)/(m1-m0 )。土樣的抗沖刷率越小,則沖刷越嚴重,抗沖刷能力越弱。此試樣模擬降雨的強度為2.8 L?min-1, 降雨時間為30 min。
2.2.3 試驗結果與分析
試樣在不同含量(0%、5%、10%、20%和30%)的高分子穩定劑稀釋液作用下,測試所得的抗沖刷率分別為298%、788%、870%、945%和989%。高分子穩定劑改性土試樣在模擬降雨條件下,表面土顆粒從試樣中分離出來的數量有明顯的降低。改性土的抗沖刷能力有了很大程度的提高,并隨著高分子穩定劑含量的增加而不斷加強。未改性土試樣在經過沖刷后,表面具有較為明顯的沖刷破壞現象,抗沖刷率只有298%,而改性土試樣沖刷后土體基本保持完整結構,當高分子穩定劑含量達到20%和30%時,試樣的抗沖刷率分別高達945%和989%,達到很好的抗沖刷效果。
2.3 植被生長試驗
2.3.1 試驗目的
觀察噴灑不同含量高分子穩定劑對土體結構影響和表面破壞情況及對植被生長的影響。
2.3.2 試驗內容
為了了解高分子穩定劑對植被生長的影響,通過植被的種子發芽和生長對比情況進行評價。本試驗選用的植被為百喜草,先將草種撒在裝有土樣的土樣盒(16 cm×16 cm×3 cm)中,在其表面噴灑水及含量為5%、10%、20%、30%的高分子穩定劑稀釋液,放置于人工模擬氣候箱中進行養護,氣候箱的溫度設置為28 ℃,觀察草種的發芽和生長情況以及土樣表面土顆粒的破壞情況。
2.3.3 試驗結果與分析
從高分子穩定劑對植被生長的影響結果(表2)可知,高分子穩定劑對植被生長無任何不良影響。高分子穩定劑改性土中的草種生長和發育均較好,其中高分子穩定劑含量為30%的土樣中草種發芽提前一天,且發芽率高。改性土表面土顆粒結構完整性好,產生的裂隙量也明顯減少。此結果主要是由于高分子穩定劑改性后的土顆粒水穩定性得到較大程度的提高,土體結構及其物理性質(如孔隙度、通氣性、透水性等)得到明顯改善,為植被提供了良好的生長環境,促進了植被生長。
3 生態護坡機理分析
高分子穩定劑生態護坡的機理見圖2。高分子穩定劑噴灑到土質坡面后,高分子鏈上的內部高分子長鏈逐漸展開,高分子鏈上的親水基團醋酸基(-OOCCH3)、羧基(-COOH)和羥基(-OH)通過氫鍵及陽離子交換作用與土顆粒形成緊密的連接結構(圖3)。而主鏈上具有疏水性的C―C長鏈通過擴散、滲透和纏繞在土顆粒表面及空隙內形成網狀膜結構,增強土顆粒間的連接,最終在坡面形成一定厚度的彈性網狀膜土體結構(圖4)。在護坡的植被還沒有生長前,通過高分子穩定劑的化學、物理和網狀膜結構的作用,可以在根本上增強土體強度,提高邊坡抗沖刷性,防止在坡面產生大量的沖溝及水土流失,還可以提高土體的保溫性和透氣性,有利于植被的生長和發育,減緩表面徑流和雨水的沖刷。而根系發達的植物根系力學效應可視為三維加筋纖維分布,通過水平根系的加筋作用和垂直根系的黏結型錨桿加固作用來提高坡面土體的附加“內聚力”和承載能力,從而在高分子穩定劑和植被的共同作用下達到良好的生態護坡效果。
邊坡表層土在高分子穩定劑所形成的膜結構作用下,土顆粒表層結合水的變化速度大幅度降低。在降雨時,土顆粒表層結合水緩慢地吸收增加,在干燥條件下,減少的速度也十分緩慢,同時高分子鏈上的親水基團也具有較強的保水性,這樣在一定條件下可以較好地調節邊坡表層土的含水率,促進植被生長,同時防止土體表面開裂。
4 工程實例
為了進一步了解高分子穩定劑的生態護坡效果,筆者進行了現場試驗研究。試驗場地選擇在江蘇省南京市浦口區,試驗段土質為弱―中等脹縮性下蜀土, 在坡面未處理前, 坡面沖刷十分嚴重, 植被無法生長(圖5)。
針對本試驗坡段的土質特點及氣候因素,結合綠化效果及護坡效果,本次現場試驗選用了百喜草、狗牙根和白三葉等3種植物,并按等份均勻混合。這3種植物對生長環境要求較低,根系發達,是極好的水土保持植物品種,非常適于邊坡防護工程,可以起到較好的生態護坡作用。
4.1 施工程序
(1)坡面整平階段:在道路施工過程中,由于路塹邊坡多為機械開挖,往往造成坡面平整度較低,出現低洼不平,造成邊坡整體視覺及感觀上的不足,也給施工帶來很多不便。因此,對坡面必須要進行人工整平。
(2)施肥播種階段:為了使綠化植被能有更好的生長環境,施以有機肥及其他復合肥料,同時播撒用于邊坡綠化的草種。如果有合適的噴播機械,這一階段的工作可合并到高分子穩定劑噴灑階段,即將肥料和草籽與高分子穩定劑混合后一起噴灑到坡面上。
(3)高分子穩定劑稀釋階段:高分子穩定劑黏度較大,在使用過程中一般都要將其稀釋到一定含量后再噴灑,本次試驗稀釋含量為20%。
(4)高分子穩定劑噴灑階段:將高分子穩定劑稀釋液按一定單位面積噴灑量均勻噴灑在撒過草種及肥料的邊坡表面,噴灑采用的方式為高壓機泵噴灑。如果具備有種籽、肥料和高分子穩定劑混噴的機械泵,則施肥播種階段可省略。
(5)邊坡養護階段:由于種子發芽需要一定的溫度、水分和陽光等自然環境,所以在種子發芽和生長過程中,要定期對邊坡進行灑水養護。
(6)生態護坡效果評估階段:對現場試驗坡段的抗沖刷性、坡面破壞程度、植被生長情況等定期觀察,對護坡效果進行綜合評價[27]。
4.2 生態護坡效果分析
試驗段施工期為4月下旬,白天氣溫為18 ℃~30 ℃,噴灑施工期間天氣晴朗,有利于高分子穩定劑在坡面成膜,滿足高分子穩定劑的施工天氣要求。為了更好地對比高分子穩定劑的護坡效果,試驗過程中留了小面積沒有噴灑穩定劑的坡面進行效果對比。施工后,定期對試驗段邊坡進行現場評估。從現場試驗區的植被發育和坡面情況可知,施工45 d以后,經過幾次暴雨的沖刷,高分子穩定劑噴灑后的坡面基本上沒有被沖刷的跡象,坡面植被生長良好,而比對坡面有了較為明顯的沖溝,植被破壞較為嚴重。120 d以后,經過炎熱的夏季和雨水的沖刷,改良后的坡面(圖6)已被植被完全覆蓋,得到充分的保護;而對比坡面(圖7)沖刷嚴重,溝痕變寬變深,水土流失十分嚴重,仍無植被發育。從上述現場護坡效果可以得出,高分子穩定劑可以提高土體的抗沖刷性,具有較好的生態護坡效果。
5 結 語
(1)自主研制的高分子穩定劑可以在較大程度上提高土體的強度和抗沖刷性,同時可以促進植被的生長。
(2)高分子穩定劑生態護坡機理是通過包裹土質邊坡坡面的土顆粒形成網狀膜結構,提高土體的強度和抗沖刷性等性能,給坡面植被提供良好的生長環境,從而達到生態護坡的效果。
(3)工程實例進一步驗證了高分子穩定劑應用于土質邊坡生態護坡的可行性,為土質邊坡坡面治理提供了一條有效的解決途徑。
參考文獻:
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南北高校各有優勢
2011年,北京科技大學、北京航空航天大學、大連理工大學、蘇州大學和南京理工大學五所高校開始招收納米材料與技術專業本科生。五所大學中,北京科技大學、北京航空航天大學和大連理工大學三所北方高校在材料科學上屬傳統名校,而南方院校蘇州大學和南京理工大學把納米材料成果產業化,形成了自己的特點。
北方三所高校算是材料科學與工程領域傳統名校,值得注意的是,它們卻均未設置專門的納米材料研究機構,更多的是依托原有的強勢學科,在傳統材料研究領域引入納米科技,尋求突破。
北京科技大學
北京科技大學原名北京鋼鐵學院,曾被譽為“鋼鐵搖籃”,其材料科學研究側重點是金屬材料。除了材料學院這個重點學院外,從事材料科學研究的還有新金屬國家重點實驗室、高效軋制國家工程研究中心、國家材料服役安全科學中心等機構,側重點也不局限于金屬材料,在無機非金屬、高分子、生物醫藥材料等方面亦有建樹。
目前,北科大納米材料課題組主要研究納米材料制備與表征、納米材料改性、功能納米材料等方面。此外,亦有部分老師研究納米加工、納米組裝、納米器件等應用方向。
北京航空航天大學
與北科大不同,北航材料學院在北航不屬于重點學院,規模較小,師資力量僅百來人,這決定了北航材料學院的研究方向不會太廣。作為航天航空院校,北航材料學院也有自己的優勢,正在籌建的航空科學與技術國家實驗室(航空領域最高級別實驗室),它的側重點在金屬材料、樹脂基復合材料及失效分析、先進結構材料、新型功能材料等方面。
在納米材料上,北航材料學院重點關注納米器件和納米涂層。材料學院的納米材料研究發展趨勢可能是納米技術在航天航空領域的應用。
大連理工大學
大連理工大學的材料學院在金屬材料、材料加工方面實力強,基于大連的地理位置,材料學院還開設了五年制金屬材料工程日語強化班。不過,納米材料與技術專業并非隸屬于材料能源學部,而是化工與環境學部。因而,大連理工大學的納米材料研究偏化工類,包括納米粒子合成化學技術、無機納米功能材料、納米復合材料等方向。納米材料與技術專業開設的專業課中,亦有化工原理、基礎化學、材料化學等化工類課程。可以說,這是大連理工大學納米材料與技術專業的一大特色。
與北方三所高校相比,蘇州大學和南京理工大學納米材料與技術專業的發展方向截然不同。兩所南方高校均成立多個納米材料研發機構,在研究方向上,兩所高校側重于納米材料器件應用,嘗試產業化。這些特點可能與江浙一帶出現納米高新技術企業有關。
蘇州大學
蘇州大學沒有材料科學與工程學院,而是材料與化工學部,研究偏向化工,在無機非金屬、高分子材料方面實力不錯。納米材料與技術專業并沒有開設在材料與化工學部,而是2010年成立的納米科學技術學院。除了納米科學技術學院,蘇州大學研究納米材料的機構還有2008年成立的蘇州大學功能納米與軟物質研究院、2011年成立的蘇州大學-滑鐵盧大學蘇州納米科技研究院。其中,以中科院院士李述湯教授領銜組建的功能納米與軟物質研究院已初具規模,它以功能納米材料和軟物質為研究對象,側重于功能納米材料與器件、有機光電材料與器件、納米生物醫學技術等,尋求在納米器件以及新能源、環保、醫用等領域的應用。
南京理工大學
南京理工大學由軍工學院演變發展而來,其材料科學與工程學院的材料學研究側重于金屬材料及復合材料。不過,南理工是國內最早開展納米材料與技術研究的大學之一,正籌建納米結構研究中心,研究側重點是與納米結構材料相關的分析、材料力學、電化學性能評估等。由南理工化工系和南京部分企業共同支持的南京市高聚物納米復合材料工程技術中心,研究側重點是納米材料制備、應用、納米催化聚合反應、納米復合材料,該中心已與江蘇部分納米企業開展納米技術產業化合作。此外,南理工還共建了金屬納米材料與技術聯合實驗室。
其他高校納米特色
上海交通大學
上海交通大學材料科學與工程學院在各類相關排名中居首,教職工200多人,研究側重點包括金屬材料、復合材料、塑性成形、輕合金精密成型等,在中國是材料科學與工程學子公認的夢想學府。其材料學院也涉及納米材料,比如,復合材料研究所部分老師從事納米復合材料研究,微電子材料與技術研究所從事納米電子材料研究。此外,上海交通大學還成立了微納科學技術研究院,研究方向為納米生物醫學、納米電子學與器件。生物醫藥工程學院也開展納米材料的可控合成與制備、納米生物材料等方面的研究。
清華大學
與北京航空航天大學相似,清華大學材料科學與工程系是學校名氣大于院系實力,每年有數百人爭奪材料系不足30個研究生名額。材料系建有新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室,研究側重點以陶瓷材料為主,同時涉及磁性材料、復合材料、電極材料和核材料。在納米材料方面,清華材料系主要研究納米材料結構、納米材料合成和微納米顆粒等。2010年,清華大學成立了微納米力學與多學科交叉創新研究中心,主要研究微納米器件、納米復合材料在電能存儲上應用和微納米設備研發等。
北京大學
北大材料科學與工程系成立于2005年,教職工10余人,成立之初就把材料科學與納米技術結合起來,欲在納米材料與微納器件方面有所突破。此外,北大成立了納米化學研究中心,教職工7人直博生卻達45人,主要研究領域包括低維新材料與納米器件、納米領域的基本物理化學問題。
西北工業大學
西工大是西部材料科學與工程實力最強的院校,其材料學院師資隊伍近200人,有凝固技術國家重點實驗室和超高溫復合材料國防科技重點實驗室。因此,其研究側重點在凝固,復合材料和金屬材料的實力亦不俗。在納米材料方面,西工大成立了微/納米系統研究中心,致力于航空航天微系統技術、微納器件設計制造技術、微納功能結構技術。總之,西工大的納米材料研究可能集中于納米器件在航天、航空、航海方面的應用。
留學兩大國
納米技術是交叉學科,包括納米科技、物理、化學、數學、分子生物學等課程。報考納米專業或方向的研究生在本科一般學的是材料學、材料物理與化學、凝聚態物理、物理化學等。就留學而言,由于納米材料處于基礎研究階段,容易;各個國家在納米材料方面投入大量資金,使得科研經費相對充足,相比于其他專業容易申請獎學金。這兩點決定了留學攻讀納米技術專業研究生相對容易。
2000年,美國白宮國家納米技術計劃,美國的納米技術得到飛速發展。總體上看,美國的納米技術已經處在納米技術實用化階段,而其他各國仍處在納米技術的基礎研究階段。美國各大高校也爭相進入納米材料各個研究領域——
實力強勁的麻省理工學院在太陽能存儲、航空材料、燃料電池薄膜、封裝材料耐磨織物和生物醫療設備領域的碳納米管、聚合納米復合材料等方面成果顯著。
加州大學伯克利分校注重于納米材料在能源、藥物、環境等方面的應用,已卓有成效。
哈佛大學則側重在生物納米科技,即生物學、工程學與納米科學的交叉領域。
康奈爾大學已經在納米級電子機械設備、碳納米管應用電池、納米纖維等方面獲得突破。
斯坦福大學重在納米晶的光學性能、輸運性能和生物應用,以及納米傳感器、納米圖形技術等。
普渡大學的納米電子學、納米光子學、計算納米技術,尤其是計算納米技術全球領先。
紐約州立大學奧爾巴尼分校專注于納米工程、納米生物科學,其納米技術研究中心是全球該領域最先進的研究機構。
萊斯大學在納米碳材料領域成果顯著,在學校的研究人員中,納米材料研究人員的比重約為四分之一,是美國納米材料研究人員最多的大學之一。
此外,美國有很多研究納米技術的實驗室,它們比較愿意招中國大學生,這一點也值得注意。
日本算是最早開展納米技術基礎及應用研究的國家,早在1981年,日本政府就建立了納米技術扶持計劃。美國公布國家納米技術計劃前,曾派人去日本做調查。日本納米技術的研發特點是企業界是主力軍,它們試圖將納米技術融入到產業中。比如,日本企業紛紛斥巨資建納米技術研究機構,同時建立納米材料分廠實現產業化。此外,企業與大學、科研院所合作,開發納米技術。比如,富士通和德國慕尼黑大學合作,三菱公司和日本京都大學合作。
與美國在納米技術基礎研究和生物工程技術領域領先不同,日本在精細元器件及材料的制造方面獨占鰲頭,日本對納米材料研究的投入不斷加大,也使得去日本讀納米專業是一個不錯的選擇。
Tips:何去何從
納米材料專業畢業生有三大去處。選擇留學深造或進高校、研究院從事研發;進入納米材料行業企業;進入傳統材料企業。
關鍵詞:內保溫;外保溫;保溫材料的特性;施工控制材料的措施;主要性能指標
對于我國是一個人均資源短缺的國家。能源緊缺,制約著我國的經濟發展,國家提倡發展低碳經濟,保持與住房建設部提倡的‘四節一保’,解決節能問題,對節能實行強制性標準。從規劃設計、施工圖設計、審圖驗收等各個環節抓起,特別對節能項目的研究和推廣,各個部門在不斷的改進。
1 外墻內保溫
內保溫的優點是施工方便,施工速度快。缺點,內保溫在各種溫度影響下出現形變應力作用之下。內保溫隔熱體系容易出現空鼓開裂,還有由于住戶室內裝修時,結構的冷(熱)橋的存在出現急露現象。隨之 而來,節能部門對存在的缺陷進行分析,該種做法給予長期推廣,沒有合理性,,,所以大家想要其他辦法來代替其它。采用外保溫,
2 外墻外保溫
外保溫主要在室內二次裝修時,不受影響,能夠消除熱(冷)橋現象。可以降低溫度在結構內部產生的應力,保溫效果明顯,能夠維護主體結構的優點,適用范圍廣,采用較薄的保溫材料達到理想的效果,外保溫克服內保溫的缺點,所以目前大家認為有推廣價值,
3 保溫材料
3.1 膠粉聚苯顆粒用的時間之長由于保溫材料比較少,新產品的工藝推廣,人民不容易接受,用之少,反饋信息比較少,人們只能從理論上,如導熱系數、著熱系數、濕表觀系數,干表觀系數,抗壓強度,壓剪粘結強度,線性收縮率,軟化系數,難燃性這些指標來控制。指標一樣,但對于不同氣候,季節相同日照溫度施工會出現的情況,外墻面的圍護所用的材料等等,好多出現水土不服,甚至出現外墻脫落,滲水等現象。由于該種材料本身結構松散,吸水率高,穩定性不足。
3.2 聚苯板比聚苯顆粒絕熱效果好,質量輕,原材料易控制,憎水性好,缺點對于抗火災的安全性比較差,屬可燃燒有機高分子材料,即使加入阻燃劑效果也不是很明顯,目前主要材料有EPS與XPS,XPS由于摻大量的發泡劑及再生塑料穩定性比EPS穩定性更差,它們溫度臨界點(70C)材料易軟化變形,在高溫狀態下,不但阻燃劑熔化揮發,苯板系統會產生蔓延及轟燃現象,正是致命的弱點。央視大火,南京的中環國際,正好應證了此種材料的弱點,目前技術如果改進不了,建議在設計審圖環節盡量取消這個做法。
3.3 巖―板外保溫系統。裝配式保溫,防火性能首先能滿足要求,施工能夠裝配好,減少工序,施工速度快,要求是在氣候溫熱地區最好慎用,特點巖棉板外保溫系統采用機械固定件,將巖棉板固定在外墻上,外掛鍍鋅鋼絲網,并抹EPS顆粒漿料,表面做玻纖網,增強抗裂砂漿藻抹面層和飾面涂層 ,裝飾保溫采用發泡聚氨酯做保溫材料,澆筑成型時與飾面硅復合在一起,預制板現場安裝時用錨栓與墻體連接,目前這兩種材料由于我國南方地區多雨,夏天溫熱,用的比較少。
自保溫材料
3.4 用煤矸石空心磚(一孔填填50mm膨脹聚苯板,優點,施工容易,便于操作,防火效果比較好,三空轉每個磚孔頁巖隔開,砂漿隔開,防火防水效果比較好,氣候對其影響不大,熱(冷)橋比較少,外墻可以抹防水砂漿和抗裂砂漿。
3.5 聚氨酯材料,即聚氨基甲酸脂,英文縮寫PU,時在高分子組成,有許多重復的-NHCOO基因高分子化合物,能夠做到防水保溫的統一的優點,其他材料防水層一旦破壞,出現滲漏,保溫就失去功能,閉孔率接近100%,具有很高的憎水性,吸水性1%,抗滲性在0.2MPa壓力下30分鐘無滲漏,水蒸氣透過率5mg由于微泡孔存在阻隔內外熱交換率越高,能與砼粘結率達到100KPa缺點抗紫外線外輻射性能差。
4 主要性能指標
斷裂延伸率是衡量聚氨酯硬泡抗拒應力作用不產生永久變形的重要性能指標。
國家建材行業標準(JCT998-2006)中明確規定:聚氨酯硬泡如果作為屋面和墻體防水保溫一體化材料使用,必須滿足延伸率大于10%%的基本要求。
4.1 聚氨酯硬泡受使用環境溫度變化的影響,尺寸和體積會發生一定的變化,尺寸變化率的大小與原料的類型、泡體的結構、芯材密度、成型工藝及發泡劑的種類等諸多因素有關,耐溫差性能較好的聚氨酯硬泡在-20攝氏度至+80攝氏度的環境溫度下,尺寸不應發生明顯的變化。聚氨酯硬泡的閉孔率高達95%以上,封閉在泡孔中的氣體壓力隨環境溫度的變化而變化。
4.2 用于建筑的聚氨酯硬泡按國家行業標準JCT998-2006的規定,尺寸變化率應≤1%,以適應建筑物在酷暑及嚴寒季節因晝夜溫差急驟變化造成的外墻飾面系統線型尺寸過大的收縮和膨脹。尺寸穩定性顯然與外墻飾面系統安全使用性密切相關,其值越大,安全性越差,尺寸變化率大于1%的聚氨酯硬泡是不符合國家建材行業標準要求的。
4.3 閉孔率是衡量材料吸水率和導熱系數的重要指標,閉孔率低的硬泡吸水率和導熱系數都較高,對材料的保溫功能和抗凍融性能都有著至關重要的影響。建筑用聚氨酯硬泡作為屋面防水保溫材料使用時,其泡沫閉孔率至少應大于95%,當閉孔率低于70%時,短時大雨并不會造成屋面滲漏,但在多日連續陰雨的季節,由于硬泡長期浸泡在雨水中,開孔泡中吸水較多,滲入泡中的雨水,在重力作用下會透過串孔進入屋面基層,并被封存在基層和硬泡之間,即使雨過天晴,在烈日照射下短期內也很難經過硬泡保溫層和保護層向上排出。相反,由于屋面受陽光照射,上層溫度高,下層溫度低,水分反而向屋面下層遷移,造成雨天不漏、晴天滲漏的反常現象,這種現象在南方黃梅季節尤甚。
4.4 聚氨酯硬泡外墻外保溫系統的整體強度取決于聚氨酯母材的抗拉強度(系統強度的最薄弱環節),因此聚氨酯硬泡本身的抗拉強度實際上就是整個外墻飾面系統的抗拉拔強度。例如:聚氨酯硬泡的抗拉強度是200kpa,整個外墻系統的抗拉拔強度就是200kpa;如果此指標下降為100kpa,則整個外墻系統的抗拉拔強度會隨之降低為原來的一半,安全系數也必然會驟降為原來的一半。
4.5 另外,建筑業用噴涂聚氨酯硬泡在材料配制時還應充分地考慮外墻外保溫系統使用時的粘接強度要求,因此要求其對金屬、混凝土、磚石、木材、玻璃等建筑材料具有極好的自粘接性能。值得一提的是,強度是聚氨酯硬泡最重要的力學性能,它的大小直接決定著外墻飾面系統的抗風壓、抗沖擊、抗應變能力以及承載總重量的能力,是評估外墻外保溫系統使用安全性的最重要、最直接的性能指標。
6 結語
綜上所述,用戶在選用聚氨酯硬泡作為建筑保溫防水雙功能材料使用時,必須按國家建材行業標準JCT998-2006的要求,對材料的密度、強度、斷裂延伸率、尺寸穩定性及閉孔率進行嚴格鑒定。作為目前惟一的保溫防水一體化新型建材,聚氨酯硬泡保溫材料在國內建筑業的應用還處于初始階段。我們要不斷加以研究和改進。
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中圖分類號:G641 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0232-01
1 研究目的
青年大學生的文明素質的發展關系到一個民族的未來,青年的文明素質關系到整個民族的文明素質,尤其在中國進入人口的老齡化時代,青年大學生的文明素質的情況更關系到整個社會文明素質的情況。為了更好地了解南京化工職業技術學院大學生的文明素質現狀,通過問卷調查收集適當的數據和掌握大量現實案例的基礎上,深入全面地了解和把握南京化工職業技術學院大學生在平時上課、考勤、宿舍文明等基礎文明素質以及尊老愛幼、仁孝、正直、誠信等中華民族傳統美德方面的現狀,以期對南京化工職業技術學院大學生的文明素質整體狀況有所認識,以便把握南化院青年大學生的文明素質的發展動態,發現其中存在的問題,以便為系部、學院開展大學生文明素質教育及相關學生活動提供依據[1]。
2 研究方法
調查研究中采用問卷調查、經驗研究、個案研究等多種方法和手段,然后對數據進行統計分析,通過2011年12月對化學工程系有機化工,應用化工,精細化工等專業班級和應用化學系高聚物,高分子材料,環境工程,生物化工、生物技術及應用專業班級大學生發放的共計1050份調查問卷及經驗研究、個案研究等多種方法得出如下結論。
3 結論與總結
3.1 教室上課的文明素質
(1)大學生在教室上課時,向課桌抽屜里亂扔果皮紙屑的現象。82.54%的同學不會扔,下課再帶走,5.3%的同學會扔,4.23%的同學因為別人丟,我也丟。(2)大學生逃課、缺課等行為。5.18%的同學經常,48.19%的同學偶爾,46.63%的同學沒有。大學生看待曠課、遲到、早退等現象的態度。69.68%的同學反對,不去上課是對自己不負責任的表現。7.98%的同學贊同,覺得去了沒多大收獲。15.43%的同學偶爾不去,借此可以放松一下,6.91%的同學認為無所謂,反正自己不做。(3)大學生對于抄襲作業、考試作弊等行為所持的態度。54.5%的同學認為應該抵制,28.89%的同學認為自己不做就行,別人無所謂。15.51%的同學認為偶爾為之也無妨,1.07%的同學會支持。
3.2 宿舍的文明素質
(1)大學生在寢室走廊里踢足球、打籃球的行為現象。81.6%的同學認為影響他人休息,很厭惡。10.27%的同學認為無所謂,5.95%的同學認為自己想做就做,不必理會別人的看法。(2)大學生每天回到宿舍向室友問好的行為。72%的同學會,28%的同學不會。(3)大學生上網聊天時注意自己的言行,發一些不文明的圖片和帖子的行為。74.07%的同學從來沒有發過,20.63%的同學根據對象不同,可能會發。5.29%的同學經常發,認為反正不是什么大事。
3.3 尊老愛幼、仁孝、正直、誠信等中華民族傳統美德
(1)自我評價大學生的文明禮貌情況。16.58%的同學認為大學生很講文明,懂禮貌。48.13%的同學認為大學生比較講文明,懂禮貌一般。34.22%的同學認為一般,1.07%的同學認為大學生不講文明,不懂禮貌。大學生不能接受的不講文明,不懂禮貌現象。81.48%的同學不能接受臟話連篇。58.73%的同學不能接受公交車上不給老人或孕婦讓座61.90%的同學不能接受亂扔果皮紙屑。56.61%的同學不能接受在圖書館大聲喧嘩。51.32%的同學不能接受食堂打飯不排隊。37.04%的同學不能接受情侶在公共場合過于親密。23.81%的同學不能接受圖書館里面打手機,16.93%的同學不能接受圖書館站位。(2)大學生看見同學有不文明的行為時,你會28.65%的同學會進行善意的勸告,23.78%的同學會認為不好,但不勸告。27.57%的同學會暗示其引起注意。(3)大學生參加慰問敬老院老人或孤兒院孤兒或其他的愛心活動的情況。62.38%的同學有,37.62%的同學沒有。大學生對開展尊敬老人、關愛孤兒的愛心活動的態度。10.56%的同學認為沒有這個必要,老人和孤兒能生活的很好。89.44%的同學認為肯定是必要的,必須從行動上尊敬老人,關愛孤兒。大學生在公共場合,主動給老人、孕婦和殘疾人讓座的態度。71.27%的同學經常有,26.52%的同學偶爾有。7.18%的同學沒有。(4)大學生認為老人最需要的是,72.93%的同學認為子女的關心,22.10%的同學認為優越的物質生活,6.07%的同學認為良好的醫療服務,6.07%的同學認為精神撫慰。大學生記得父母親的生日的情況。63.24%的同學清楚記得,24.86%的同學模糊記得,7.03%的同學不太清楚,4.32%的同學從不知道。(5)大學生對周圍同學的誠信狀況。45.16%的同學較好,32.79%的同學一般,20.97%的同學好,1.08%的同學差。大學生認為造成目前存在誠信缺失現象的原因是37.16%的同學認為是社會風氣造成的31.19%的同學認為是自我意識太差,19.72%的同學認為社會上沒有誠實守信觀念,11.93%的同學認為是缺少宣傳和教育。(6)大學生對不少學生貸國家助學貸款后不能按期歸還款項,使國家蒙受損失這一現象的態度。75.93%的同學認為這是個人信用問題,有借必有還,應該加強學生的誠信意識,13.37%的同學不清楚,沒貸過。10.69%的同學認為助學貸款是國家發放幫助貧困生的,不還也能理解。
3.4 總體道德文明素質水平
(1)大學生對道德文明水平的自我評價。65.49%的同學較滿意,26.18%的同學非常滿意,7.85%的同學較不滿意,0.52%的同學很不滿意。(2)大學生對當前大學生的文明素質情況的認識。73.54%的同學認為整體較好,有個別人素質較低。17.99%的同學認為整體較差,5.82%的同學認為很好,2.65%的同學認為很差。(3)大學生平時檢討自己的行為習慣的現象。81%的同學會,19%的同學不會。
3.5 大學生文明素質水平改善措施
80%的同學整體素質較好,少部分同學整體素質差,因此大學生普遍認為可以加強教育以提高整體學生素質或者通過開展團日活動、主題班會以及室友的互相監督來改善少部分素質差的同學。
關鍵詞:綜合實驗周;應用型本科;工程實踐能力
作者簡介:章曉波(1981-),男,安徽宣城人,南京工程學院材料工程學院,副教授;巴志新(1979-),女,河南南陽人,南京工程學院材料工程學院,副教授。(江蘇 南京 211167)
基金項目:本文系南京工程學院高等教育研究項目(項目編號:GY201212)、教學改革項目(項目編號:JG201332)的研究成果。
中圖分類號:G642.423 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)14-0162-02
在我國高等教育體系中,不同層次的高校肩負著不同的使命,發揮著不同的作用。高水平研究型重點大學肩負著科技創新的重任,他們的歷史使命在于培養具有創造精神的杰出人才,發現和發明能夠深刻影響國家科學技術進步與經濟發展的新理論、新思想、新技術和新方法。[1]地方普通高校則更多地是為國家培養具有工程實踐能力的高素質應用型人才,改善全社會的文化結構,為推動地方經濟建設和社會發展服務,搭建知識轉化平臺,實現高水平研究成果向產業化轉移和延伸。[2]培養目標的不同也體現在實踐課程設置上的差異:相對于重點大學來說,應用型普通高校更側重學生工程實踐能力的培養。為此,應用型普通高校在實踐教學環節中結合專業特點設置了相應的綜合實驗周[3-5],以鍛煉和培養學生的工程實踐能力。
南京工程學院材料學院緊緊圍繞培養高素質工程技術應用型本科人才培養目標,建立了“基礎實驗―綜合實驗周―創新實踐―職業資格培訓”四位一體的漸進式實踐能力培養模式。[6]針對材料科學與工程專業的本科生,除金工實習、電工實習、材料生產實習、材料設備及設計課程設計、畢業論文等常規實踐教學外,還開設了材料信息資源檢索周、金相技術分析實驗周、無損檢測實驗周、材料熱處理工程師綜合能力實驗周、表面工程綜合實驗周、失效分析綜合實驗周、材料工程綜合實驗周、材料回收綜合實驗周等特色綜合實踐課程。通過綜合實驗周的強化訓練培養學生的實踐能力、科研能力和創新能力,以滿足就業市場對應用型人才的要求。
一、綜合實驗周的教學目標
1.材料信息資源檢索周
隨著信息技術的飛速發展,單純的傳授知識已經遠遠不能滿足時代對高等教育的要求。面對信息急劇增長、知識不斷更新的要求,高等教育必須轉向培養大學生收集、選擇、利用信息的能力,從而使大學生獲得終身學習的能力。[7]開設信息資源檢索周是為了使學生掌握本專業和相關專業文獻的檢索方法,學會常用電子資源數據庫的使用方法,懂得如何獲得和利用文獻情報,增強學生獨立查找所需信息和處理信息的能力,使其具有獨立獲取新知識的能力和分析、整理信息的能力。
2.金相技術分析實驗周
材料的性能是由組織決定的,金相分析能力對于材料研究者的重要性可見一斑。金相技術分析實驗周則給學生提供一周的時間,通過實驗周使其掌握金相顯微鏡的光學原理、基本構造和功能;掌握金相試樣的制備技術和金相組織的顯示方法;掌握對影響金相顯微鏡影像質量的光強度、視場光柵、孔徑光柵等參數的調整方法;掌握典型試樣的組織觀察、定性和定量分析,為本專業的學習和工作打下堅實的基礎。
3.無損檢測實驗周
無損檢測在不損害或影響被檢對象使用性能的前提下對被檢對象進行檢測,在產品質量檢驗中發揮著十分重要的作用。無損檢測實驗周要求學生分析機械零件的服役條件及可能存在的缺陷,選擇正確的無損探傷方法進行無損探傷檢測,以培養學生對專業知識的綜合運用能力。通過綜合實驗周,要求學生了解常用的無損探傷原理及方法,掌握無損探傷的主要程序和手段,培養學生分析和解決無損檢測工程實際問題的能力。
4.材料熱處理工程師綜合能力實驗周
材料熱處理綜合能力實踐周的目的在于經過“金屬材料”、“金屬熱處理原理及工藝”等相關課程的學習,模擬生產實際情況,使學生實際了解從事熱處理相關技術工作的主要內容,了解從產品設計零件圖紙到合格零件的整個工藝轉化過程中涉及到的熱處理方面的工藝卡片設計、工藝編制、工藝調試、試生產及過程檢驗與控制等工作,縮小應用型本科畢業生與具有一定生產經驗的技術人員間的差距,突出地方性、應用型人才培養特點,提高學生的熱處理實踐技能與就業競爭力。
5.表面工程綜合實驗周
由于符合可持續發展、低碳經濟、循環經濟、建設節約型社會等多種社會發展理念,表面工程產業化在航空航天、新材料、環保、生物醫學等領域得到迅速發展。[8]表面工程綜合實驗周開設在“材料表面工程”課結束后,要求學生根據不同的材料與性能要求選擇合理工藝對材料進行相應的表面處理,并對表面處理后的試樣進行檢測,培養學生運用理論知識解決實際問題的能力,加深其對重要表面處理方法原理的理解,掌握表面處理方法和基本實驗技能。
6.失效分析綜合實驗周
在“失效分析”課程結束后開設失效分析綜合實驗的目的是通過該實踐教學環節使學生進一步掌握材料(零部件)失效分析的基本思路和方法,掌握失效分析的常用方法和原理,掌握工程零件常見的失效形式、特征及產生的原因,熟悉影響各種失效方式的因素,并能提出預防失效的措施,以適應失效分析工作的需要。
7.材料工程綜合實驗周
材料綜合實驗周要求學生利用實驗室現有條件完成對材料成分的鑒別及強化方式與效果的研究,以培養學生對“材料科學基礎”、“金屬熱處理原理及工藝”、“材料力學性能”等材料專業主干課程知識的綜合運用能力。通過綜合實驗,要求學生掌握材料成分鑒別的主要方法及影響材料強化的主要因素,側重材料“成分―制備工藝―組織―性能”之間關系的分析。
8.材料回收綜合實驗周
材料回收綜合實驗周要求學生掌握回收金屬材料、金屬氧化物、金屬鹽溶液和高分子材料的一般工藝過程和實驗方法。比較同種材料不同回收方法的優劣,為回收對象選擇合適的回收方法,設計并實施材料回收實驗方案,最終得到具體的回收產物。通過對回收實驗方案的設計,加深其對常用金屬和高分子廢棄材料各項性能及回收原理的理解,強化學生的綠色制造和環保意識,提高當代大學生材料回收及資源綜合利用的理念、科技創新意識和工程實踐動手能力。
二、綜合實驗周的組織形式和實施效果
材料信息資源檢索周主要由指導教師介紹常用的中英文數據庫及其特點、文獻(包括期刊論文、會議論文、學位論文、文摘、專利、圖書、科技報告等)檢索方法。學生上機實際操作,熟悉常用中文數據庫和英文數據庫文獻檢索方法。最后為每個學生提供相應的主題或關鍵詞,由學生上機檢索,并撰寫檢索報告,從而評價其對信息資源檢索掌握的程度。該實驗周開設于大三上學期前兩周,為后續專業課的學習乃至終身學習奠定了信息資源檢索基礎。
除材料信息資源檢索周沒有專業試驗外,其余各綜合實驗周均需要學生完成相應的實驗。在實驗設計上,力求實驗項目的工程性、內容的復合性、方法的多元性,以達到綜合運用實驗方法和實驗手段、培養材料類應用型本科人才的目標。綜合實驗周的實施主要按以下流程進行:指導教師布置和講解實驗項目―學生查閱相關資料―學生制定相應的實驗方案―教師參與學生實驗方案的討論、修改和完善―學生實施實驗方案―學生分析、處理和總結實驗結果―學生撰寫實驗報告―學生答辯。各個綜合實驗周均以學生為主體,配置2~3名指導教師,教師在整個實驗周過程中起指導、督促和評價作用。
在實驗項目選題時,注重知識的綜合性、新穎性和實踐性,遵循與科研課題相結合和與市場需求相結合的原則。[4]經過多個綜合實驗周的訓練,大多數學生查閱文獻資料的能力、實驗操作能力、分析和解決問題的能力、撰寫實驗報告的能力均得到充分鍛煉和提高,掌握了解決工程實際問題的方法,強化了對相應專業課程的理解。綜合實驗周的開設與實施為培養高素質材料類應用型本科人才奠定了堅實的基礎。
三、綜合試驗周存在的問題與改進措施
盡管綜合實驗周經過不斷地實踐探索和改革取得了較好的效果,但在實踐過程中還存在一些問題與不足,仍需要進一步改進。
首先,實驗條件有待改善。盡管材料學院擁有較為完備的實驗教學條件。然而,相對于較多的本科班級和人數以及較多的實踐教學環節,包括實驗場地和實驗設備在內的實驗條件還是顯得不足。綜合實驗周大部分時間需要學生在實驗室進行實驗操作,而其他班級的課內實驗會經常占用相關實驗室,導致綜合實驗周不能順利進行。此外,由于綜合實驗周的實驗操作時間相對集中,一些常用設備不能滿足學生集中使用的要求。因此,除需要調節不同班級課內實驗與綜合實驗周的沖突、合理安排實驗室外,還需要加大實驗室設施建設力度,以滿足實踐教學的要求,為培養高水平材料類應用型本科人才提供保障。
其次,評價機制有待改進。綜合實驗周主要根據實踐教學要求制定相應的實驗項目。由于學生人數較多,且有些實驗一個學生在規定時間內無法完成,在實施過程中通常都對學生進行分組。這樣盡管從某一方面來說鍛煉了學生的團隊協作精神,但在指導過程中也發現有些組別的實驗大多由一兩個認真的同學完成,有少數同學并未實際參與到實驗中,實驗報告也出現抄襲同組同學的情況。目前的評價機制盡管已經細化到考勤、方案設計、實驗操作、實驗報告、答辯等環節,但最終成績仍以各項成績的總和為準。這導致沒有動手操作的學生也可能蒙混過關。因此,有必要對現有評價機制進行改進,建議每個單項成績必須合格,總評成績才能合格,以便使每個學生都實際參與到實踐環節中,充分發揮綜合實驗周的作用。
四、結語
應用型本科院校肩負著為國家和地方提供高素質工程應用型人才的使命。南京工程學院材料學院結合應用型人才培養目標和近年來的市場需求開始并實施了多個具有特色的綜合實驗周,為材料類應用型本科人才工程實踐能力的培養提供了新思路,為同類院校提供了借鑒。但綜合實驗周在實施過程中仍存在一些問題,需要在今后不斷改進和完善,以便為社會輸送更多優秀的應用型人才。
參考文獻:
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CO是眾所周知的有毒氣體,人為排放到空氣中的CO易造成空氣污染并嚴重影響人體健康。但CO是碳的一種重要化合物,具有可燃性、還原性和加合性等化學性質,在科學、技術以及社會生產和生活中應用廣泛。
1CO的工業來源
工業上CO的主要來源是水煤氣和烴等。水煤氣是由水蒸氣與灼熱的焦炭反應得到:
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)
該反應是一個吸熱反應,所需熱量由同時進行的碳的燃燒來提供:
C(s)+O2(g)CO2(g)
碳燃燒過程中如使用空氣或氧氣, 則分別得到低熱值或中熱值的合成氣(CO+H2)。兩者的組成(CO與H2的比值)、熱值和用途均不同[1]。
在發展“潔凈煤技術”的綠色化學化工過程中,我國完成的新型水煤漿氣化中試裝置,碳的有效轉化率在98%以上,能產出含量達83%的有效合成氣(CO+H2), 各項技術參數接近或達到世界先進水平。中國礦業大學的科研人員在開展地下煤炭氣化技術研究中,大膽進行探索,借鑒水煤氣生產原理,通過向地下煤層氣化爐中交替鼓入空氣和水蒸氣,能連續產出熱值高達12500 kJ/m3的煤氣,最高時可達16000 kJ/m3,既含有CO又含有H2,獲得了世界性的突破。目前,這一技術已進入實用階段。
合成氣中的CO含量一般在25%─40%,為獲得工業生產中所需高質量的CO,最早采用深冷分離法,盡管該法可制得純度極高的CO氣體,但需高壓低溫,能耗大、成本高,只有采用大規模裝置生產時才具有經濟價值。而變壓吸附法是一種有效分離CO的方法,它操作方便、能耗低,但實現該技術的關鍵是研制開發出高效的CO吸附劑。
為此,我國北京大學的科研人員利用銅離子能與CO絡合的性質,研制出了對CO有高吸附容量和高選擇性的氯化亞銅(CuCl)分子篩高效吸附劑,其吸附性能達到國際領先水平,獲中國、美國、加拿大三國發明專利。利用此吸附劑,已開發成功大規模變壓吸附分離CO的工程技術,并于2003年2月在江蘇丹化醋酐有限公司實現了大規模工業化生產。該項具有自主知識產權的原創性重大應用技術,對原料氣中的CO吸收率高于85%,分離出的CO純度高于98.5%,其應用前景十分廣闊。
廣泛用于有機合成的CO還可由CO2氣體和灼熱的石墨反應制備,其化學反應方程式為:CO2(g) +C(s,石墨) 2CO(g)。研究表明,由于生成CO是個吸熱反應,在溫度為298.15 K時,平衡常數K
2 CO的重要應用
2.1用于工業燃氣和民用燃氣
CO在空氣或氧氣中燃燒,生成CO2并放出大量的熱:
CO(g)+ O2(g)CO2(g),ΔrHm=-284 kJ?moL-1
與燃煤相比,CO具有熱值高、清潔衛生、污染少和使用方便的優點。所以,CO和水煤氣都是很好的工業用燃氣和城市居民生活用燃氣。如截止2003年底(西氣東輸工程到達)以前,南京市管道煤氣用戶曾達35萬戶。
為提高CO氣體的燃燒效率,我國兩院院士,著名的石油化工催化劑專家閔恩澤教授(獲2007年國家最高科學獎),曾于20世紀70~80年代帶領科研小組人員研制和開發出CO助燃劑,并早已投入生產和應用。
通常燒木炭或燃煤時發出的藍色火焰即是CO的火焰。而科學研究發現,CO在與O2發生燃燒反應過程中,能形成激發態的CO2* 和O2*,當這些激發態分子回到基態時就產生輻射。這是與光化反應相反的過程,稱之為化學發光[2]。
2.2 作燃料電池的燃氣
燃料電池的研究開發已有半個世紀的歷史,已取得很大進展。燃料電池不但能用H2作燃料,還可利用CO以及天然氣(CH4)、甲醇(CH3OH)、碳氫化合物(如C4H10)等作燃料。如工作溫度為650 ℃的熔融碳酸鹽燃料電池(MCFS),是用煤氣(CO+H2)作負極燃氣,空氣與CO2的混合氣為正極助燃氣,用一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔點混合物作電解質,以金屬鎳(燃料極)為催化劑制成的。有關電極和電池反應式為:
負極(燃料極):CO+H2-4e-+2CO32-3CO2+H2O
正極(空氣極):O2+4e-+2CO22CO32-
總反應式:CO+H2+O2CO2+H2O
由于在MCFS中供給空氣極的空氣中必須含CO2,而在大型MCFS中,此CO2取自燃料極生成的氣體,并且在Ni(燃料極)的催化作用下還可發生如下變換反應:
CO+ H2OCO2+H2
故MCFS可直接用煤氣化所產生的含CO的水煤氣作負極燃料,是將來可取代火力發電的大規模電源。同時,MCFS不用貴金屬,具有超電勢低、廢熱溫度高、部分CO2可循環使用等特點,其效率高達50%~60%,可用于復合發電。歐洲的荷蘭已制成了壽命超過40000 h的MCFS電池,美國也已建成2MW的發電裝置。目前,CO除可用作熔融碳酸鹽燃料電池(MCFS)、固體高分子型燃料電池(PEFC)的燃料外,科研人員正在研究開發將煤氣(CO+H2)用作固體電解質型燃料電池(SOFC)的燃料[3]。
2.3用于化工原料
CO是最重要的碳基合成有機化工產品原料,如從CO出發可合成出甲醇、甲酸、醋酸、醋酸酐、二甲基甲酰胺、碳酸二甲酯、聚碳酸酯、光氣、聚氨酯、草酸酯和金屬羰基化合物等多種高附加值產品。
在19世紀末到20世紀初,以煤為原料的有機化學工業就得到了迅速的發展,而到了20世紀40年代后,石油化學工業的興起,煤才逐漸被石油所替代。
但自1973年第一次“石油危機”爆發開始,隨著世界能源需求和結構狀況矛盾日益加劇,并受高油價驅動,又迫使人們開始尋找和開發石油替代品及其衍生物。而在這一過程中采用煤為基礎, 以CO作原料的有機合成研究變得異常活躍, 并逐漸形成專門的學科 ―― 一氧化碳學,隨后發展為碳一化學(C1化學)。
20世紀80年代,日本催化學會C1化學委員會就將C1化工技術定義為兩部分組成:即制造CO、H2或者CO/H2 (合成氣)的技術和利用CO及合成氣制造化學品、燃料的技術[4]。
廣義上講,凡以CO、CO2、CH4、CH3OH、HCN等含一個碳原子的化合物為原料來合成化工原料和燃料的化學,都可定義為C1化學。
由于CH4屬于天然氣化學;CO2氣體雖取之不盡,用之不竭,但人們對它的研究還不夠,化工上的應用并不多,同時CH4、CO2及CH3OH等都可由CO制取,故狹義的C1化學就是指一氧化碳(CO)化學, 或稱合成氣(CO+H2)化學。
工業上利用煤氣化等所獲得的合成氣(CO+H2)或CO為原料,經過一系列化工過程,可制備多種燃料和有機化工產品[4](見下圖)。
近幾年來,利用合成氣能夠生產的化工產品不下30~40種,我國正在開發的也有20~30種。
并且,我國能源專家在開展“煤的間接液化技術”研究中,已開發出一種與我國“煤型”相匹配的“MFT合成汽油新工藝”[5], 1 m3合成氣(CO+H2)可得汽油100 g~110 g,且汽油的收率達76.3%,其辛烷值在85以上。繼南非、美、德等國之后,我國已成為世界上少數幾個掌握“煤變油”技術的國家之一。目前,我國已在等地建設規模較大的煤制油工廠,這對我國社會經濟的可持續發展具有重要戰略意義。
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2.4 用于冶金工業的還原劑
CO是一種重要的冶金工業精煉還原劑。例如鋼鐵生產中,常用焦炭作還原劑,焦炭在高爐中主要發生下列反應:
C(s)+O2(g)CO2(g)
C(s)+CO2(g)2CO(g)
故實際最后起還原鐵礦石作用的主要是CO而不是焦炭。
同時,冶金工業上為了減少燃煤時產生的硫的氧化物對空氣和水質的污染,常用氨水、熟石灰的乳濁液或生石灰等吸收SO2。有時還采取“以毒攻毒”的方法,在500 ℃和鋁釩土的催化作用下,利用CO來還原煙道氣中的SO2,并回收得到硫。
2.5 制備光降解塑料
CO與乙烯基聚合物可發生共聚反應生成聚酮[3]。聚酮分子鏈中含有大量的羰基,能吸收太陽光中波長為280~290 nm的紫外光而發生光化學反應,故聚酮類高分子材料在室外能發生光降解。目前,美國Dow Chemical 和Du Pont等公司已經工業規模化生產CO與乙烯(E/CO)的共聚酮。聚酮的分子鏈中酮基的含量越高,其降解速率越快,在共混物中加入二氧化鈦(TiO2)可提高光降解速率。如與淀粉、纖維素等生物材料共混合則能得到光和生物雙重降解的高分子材料。低酮含量的E/CO可直接作為降解塑料,高酮含量的E/CO常被用作母料與非光降解性聚合物共混制造光降解塑料。除E/CO之外,利用CO與丙烯、對叔丁基苯乙烯等共混,還可制得交替結構的聚酮,得到不同性能的光降解塑料產品。我國科學工作者在這一領域也已開展了卓有成效的研究工作,這對解決環境污染,充分利用自然資源等具有重大意義。
2.6制備金屬羰基配位化合物
在金屬羰基配位化合物中,CO以碳原子和金屬原子相連,M-C-O在一直線上,CO分子一方面提供孤對電子給予中心金屬原子的空軌道形成б鍵;另一方面又有空的反鍵π軌道可以和金屬原子的d軌道形成π鍵,兩方面的鍵合稱為б-π配鍵,互相促進,因此, CO中的碳原子作為配位原子易與過渡金屬元素形成穩定的配合物。利用CO作為配體,可制備多種羰基化合物,如Fe(CO)5、Cr(CO)6、Ni(CO)4等,這些物質不穩定,受熱分解可制備高純的Fe、Cr、Ni等金屬。長期以來,科學家們以CO等簡單分子作原料,致力于開發研究金屬有機化合物,以制備有機合成反應的高效和高選擇性催化劑,以及制取高純度的金屬等。隨著納米科學技術的發展,美國康奈爾大學的科學家于20世紀90年代末,利用CO分子結構的特殊性,在實驗溫度為-260 ℃的條件下,已成功地將CO分子和Fe原子組合起來,制得了FeCO和Fe(CO)2分子。這一研究成功的意義在于[6]: 不但有助于人們了解化學鍵的性質,還有助于制造更為復雜的分子,從而豐富和發展物質結構理論。
2.7其他應用
CO還可用作石化工業聚烯烴塑料生產反應中的中止劑、半導體工業多晶碳鉆石膜生產中化學氣相淀積工藝的碳源、激光氣體組分等。
3CO與食品氣調技術
研究發現,CO作氣調包裝食品有某些有利的防腐效果,比之CO2和N2,它能夠幾倍甚至幾十倍地延長魚肉的貨架期,使之保持肉色鮮紅。因此,近年來國外用CO作為一種新型氣體發色劑在畜產品(如牛肉)和水產品(如金槍魚)等加工中的應用越來越廣泛。但其發色產品的安全性問題尚未解決,因此,一氧化碳作為氣調貯藏氣體補充劑的商業應用,還有待進一步的試驗和研究[7]。對此,我國農業部頒布的并于2008年5月1日起實施的“生食金槍魚標準”中,就包括了“禁止使用一氧化碳保色工藝”的內容。
4 醫學科學研究與CO
CO過去一直被認為是對生物體有毒性的氣體, 但20世紀80年代以來的科學研究發現[8],生物體內的血紅素在血紅素氧合酶的作用下,能被氧化分解出極微量的CO。這種內源性的CO具有神經信息傳遞功能,能介導某些生理和病理活動,并在發揮生物效應后經血紅蛋白運輸,由肺部排出體外。它與血壓調控、肌肉松弛、激素的釋放、痛覺與嗅覺的發生等有關,且在維持血管能力和心肌保護中也起作用。
據英國廣播公司2007年10月份報道,英國謝菲爾德大學的研究人員發明了使用一氧化碳幫助器官移植的新方法[9] 。該方法是利用載體分子將小劑量一氧化碳通過準確定點注射或口服進入患者體內,或調整分子設計使它指向特定部位,而對身體其他部位不產生影響。由于這種分子是水溶性的,能很快進入血流,容易被吸收,其微量的一氧化碳有助于擴張―血管,減少炎癥,從而提高移植器官的成活率,克服了傳統的一氧化碳吸入法有導致患者和醫務人員意外吸入高劑量一氧化碳而中毒的風險。實驗室試驗顯示這種方法前景良好,研究人員希望在2010年前開始人體試驗。
目前,盡管對CO在人體中的作用機制尚不十分清楚,但隨著研究的深入,希望不久的將來,人們能夠有效利用CO來為人類的健康服務。
參考文獻:
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[9]英科學家發明使用一氧化碳幫助器官移植新方法.news.省略.2007-10-22.