高分子材料的特征范文第1篇

《纲要》中指出“要为幼儿的探索活动创造宽松的环境，提供丰富的可操作的材料，为每个幼儿都能运用多种感官，多种方式进行探索提供活动的条件。”实际工作中，老师对如何投放材料才是适宜的、对幼儿的探索是有效的存在困惑。在一次科学活动“沙的秘密”中针对活动中“如何有效的投放材料，促进幼儿自主探索”这一主题我们教研组进行了研讨。

活动的主要目标是“能自主选择操作材料，探索并感知沙子的基本特征”。主要教学意图是：教师提供丰富、有效的材料，幼儿带着“看一看、摸一摸、玩一玩、想一想，发现沙的秘密”这一问题操作材料，通过与材料的积极有效互动感知并发现沙的基本特征。活动由一位老师组织活动并进行全程录像，其他老师参与观摩、研讨，通过“研讨—实践—再研讨—再实践”的方式大家围绕主题进行积极的思维碰撞，使教师们在多次的实践与反思中获得专业的成长。

二、活动实录

（一）第一次活动情景

1.投放的材料：铲子20个、筛子20个、小桶20个、沙漏一个、吸管一包、耙子25个、小动物沙模30个、一次性纸杯20个、筷子10根、盐一包、小勺子5把，把沙池一部分设为湿沙区。

2.幼儿与材料的互动情况。

实录一：孩子们一进入沙地，看见那么多玩沙工具，非常高兴，马上拿起一个工具就开始铲沙、装沙、堆沙……玩得热火朝天。他们把这次的活动当成一次平常的自由玩沙活动，教师走过去问：“你发现了湿沙什么秘密？”幼儿忙得头也不抬：“我们在装沙子。”在经验分享时，老师请他们说说刚才的发现，可是他们一脸茫然，什么也想不起来。

实录二：湿沙组幼儿拿着沙模当作铲子来铲沙，玩了一会儿觉得湿沙不好铲，就跑到干沙区去玩了，湿沙区最后没留下一个孩子。

实录三：在实验组有的幼儿把盐装进一次性纸杯里观察，有的把盐和沙一起放进一次性纸杯里，因为盐比较粗，有的幼儿一次放比较多，搅了好一会儿，盐还没有溶解。

3.教师的反思。

（1）幼儿有和材料进行积极的互动（幼儿带着极大的兴趣使用材料玩沙），但互动是无效的（玩沙时是无目的的，随意的），并没有朝着老师预设的活动目标进行，材料在数量、目的性、幼儿对其使用方法不熟悉等方面的不适宜性客观上影响了幼儿与材料互动的有效性。

（2）材料数量过多、过杂。教师只注意到提供“丰富的材料”但没有考虑材料的有效性，这些材料在活动中不仅没有帮助幼儿去自主探索发现沙的特征，反而分散了幼儿的注意力，使幼儿热衷于玩玩具。

（3）材料所指向的目的性不明确。如铲子、耙子，幼儿更多的是关注它们的使用方法（能铲沙），而不是通过操作发现“沙子很松散，轻轻一插就能把铲子去”这一沙的特征。

（4）幼儿对材料的使用方法不熟悉。如沙模，本班幼儿缺乏玩湿沙和沙模的经验，因此幼儿很难在湿沙区通过玩沙模发现湿沙的特征。

4.调整的策略。

（1）调整材料的数量：投放材料总数略高于幼儿总人数。

（2）调整材料的种类：提供指向性明确的材料，对于幼儿不熟悉的沙模事先让幼儿在沙地上玩一玩。

（3）调整区域的划分和各区域材料的投放：只划分干沙和湿沙区，在干沙区也投放几个沙模，（使于幼儿比较干沙不能成型，湿沙能成型的特征）。在干沙和湿沙区之间投放装有水的水盆，供幼儿探索沙不溶于水的特征。

（二）第二次活动情景

1.投放的材料：筛子7个、颜色、形状统一的铲子30把、沙漏10个、沙模10个、装有水的脸盆1个、在沙地角落的一张桌子上撒一层薄薄的细沙、扇子3把，把沙池一部分设为湿沙区，“小博士”贴奖票一张。

2. 幼儿与材料的互动情况。

活动实录：老师操作前的要求：“请小朋友看一看、玩一玩、想一想，去发现沙的秘密。老师这里有很多（出示奖票），谁发现了沙的秘密和老师就把“小博士”贴送给谁。”老师说完，幼儿马上开始玩起来，陈曦把沙装在沙漏上，沙马上就流下来，他大声说：“老师，我发现了沙的秘密，沙子放在漏斗里沙会流下来。”老师及时肯定并给他贴了一张小博士贴。其他小朋友也纷纷说自己发现了沙的秘密，大大和几个小朋友看见有一盆水，很高兴地铲了一铲沙放进去，雅媛用小树枝搅了起来，旁边几个小朋友觉得有趣，也来一起玩，老师问：沙子放在水里你们发现了什么？幼：“变成沙水了”“沙子还在”“沙子不会溶化”。博松和几个小朋友看见桌子上有一个扇子，就拿起来扇，庄毅一看惊叫：“老师，沙子风一吹会走动。”小小说：“老师，你看，我把沙模按下去可以变成鸭子和螃蟹。”得到奖票的孩子兴致勃勃地告诉同伴并努力去发现沙子更多秘密，没有得到奖票的幼儿很热切地把自己的的发现告诉老师。

三、对“有效投放材料，支持幼儿自主探索”的思考

（一）材料数量的适宜性

材料并不是越多越好，还是要考虑材料数量的适宜性。只要能使每个幼儿都有探索的条件和可能，能满足他们在探索活动中对揭示物体的相互作用和关系起到关健作用的材料的需要即为有效的。在第一次活动中每种材料数量都接近幼儿人数，结果幼儿的注意力被大量的材料吸引，减弱了对探究目的的关注。而且操作不同目标指向性材料的幼儿人数不均衡，如很多幼儿都去玩铲子和小桶，而玩沙漏的只有一个人，无法使沙的不同特征都让相当数量的幼儿关注到。而在调整后的第二次活动中，教师所投放的材料总数略高于幼儿总人数——保证全班幼儿都有一份玩具又适当留有余地；揭示沙的不同特征的材料数量基本相同——使沙的每一种特征都有相当数量的幼儿操作材料去探索、发现。从而较好地通过材料支持幼儿的自主探索活动。

（二）材料目标的明确性

材料应蕴含着幼儿通过操作和使用能够达到相应的教育目标和内容。应该能够揭示许多有关的现象和事物间的关系，而这些现象和关系正是我们在活动中期望幼儿获得的。如第二次活动中提供的沙漏（揭示沙流动性特征）、沙模（揭示湿沙能造型的特征）、撒有沙子的桌子和扇子（揭示沙粒很轻的特征），每种材料的目标指向性都很明确，幼儿通过操作很快就能发现沙子在不同材料中所体现出来的特征。

（三） 材料的针对性

在提供材料时应考虑材料的大小、重量、颜色、形状等因素，材料应符合幼儿年龄特点，能引起幼儿的探究兴趣。符合幼儿年龄特点的材料能引发幼儿产生想摸一摸、探索一下的愿望，想看看它到底能做什么。当幼儿发现了所不知道的现象时，他们会很激动，并产生一种要与他人交流和分享的愿望，尤其是对方也在进行同样的事情时。

材料应暗含着幼儿通过操作和使用能够达到的适宜的教育目标和内容。材料应能够提示许多有关的现象和事物间的关系，而这些现象和关系正是我们期望幼儿获得的也是这个年龄的幼儿所能够获得的。

（四） 材料使用方法的简明性

材料的使用方法应简单易懂。便于幼儿能通过自主探索、发现材料使用后所揭示的事物的特征。如第一次活动中对沙子“不溶于水”的特征我们所投放的材料是一组实验材料（一次性纸杯、水、盐、筷子），幼儿的操作需要老师事先的说明，进行活动中的引导，而且盐稍粗一些不易溶解就会影响实验效果，不适合通过幼儿自主探索而发现沙的秘密。而第二次活动时只提供一盆水几把铲子，幼儿看到脸盆里有水，很自然地就往水里铲沙子，通过搅动“沙不溶于”的特征很明显地表现出来了。

提供的材料应该能使幼儿通过操作，明显地看到事物间的关系，从自然结果中得到反馈。如在探索“沙粒轻轻的”这一特征时，开始我们尝试用扇子扇地上的沙子，但是效果不明显，经过实验，后来采取在一张桌上撒上薄薄的一层细沙，然后用扇子一扇，沙粒就能很明显地往一边移动。

高分子材料的特征范文第2篇

摘要：

通过对绿色植被近红外区反射光谱系统分析，充分证明O-H决定植被在1450nm和1940nm附近的光谱特征，在此基础上，设计并制备了四种层间含O-H的新型光谱模拟材料Mg-Al-X-LDHs(X=NO3-、Cl-、CO32-、SO42-)，并对其进行了XRD、IR、TG、Raman表征。依据光谱相关系数和光谱角度匹配模型计算，4种层状双金属氢氧化物（LDHs）与植物叶片近红外反射光谱两种相似度分别超过0.9600和0.9700；以Mg-Al-Cl-LDHs为模拟材料，初步与聚氨酯复合，制备了与植被在近红外区光谱高度相似度的涂层，两种计算模型的相似度分别达到0.9702和0.9924；Mg-Al-Cl-LDHs在紫外可见光区的高度透明性，有利于各个波段光谱材料的复合；经180°C高温处理前后的Mg-Al-Cl-LDHs，两种计算模型的相似度依然能达到0.9888和0.9959，说明Mg-Al-LDHs有良好的热稳定性，不易失水。

关键词：

近红外区；层状双金属氢氧化物；反射光谱；涂层

1引言

可见近红外光谱的波长范围在400~2500nm，近年来，由于其高效、快速及无损的特点被广泛的应用在农业、军事、医学等领域[1-3]。绿色植被是指主要生长在地表的所有绿色植物的总称，能够反映出一个区域总体的环境状态。就地面军事目标而言，绿色植被则是非常重要的背景基础，因而模拟绿色植被光谱对提高目标的隐蔽性意义重大。绿色植被在可见近红外光区具有非常典型的光谱特征，因此植物的光谱模拟是在可见近红外区，传统的模拟在可见光区可以达到“同色”的效果，但在近红外光区很难实现精确的光谱匹配，无法对抗高光谱遥感探测侦察[4-6]，而高光谱遥感探测技术的基础就是目标在近红外区的光谱解析。为此，一些学者进行了研究改善，但在模拟1300~2500nm波长区间的材料仍存在缺陷和不足，如文献[6-7]采用高吸水材料作为水的载体，但是这些材料在吸水后，体积发生剧烈膨胀，颗粒变得很大；杨玉杰等[8]采用聚偏二氯乙烯袋封装液体水，然而聚偏二氯乙烯光、热稳定性差；秦锐等[9]采用一种新型含水脲醛树脂微胶囊，含水脲醛树脂微胶囊久置后，微乳液会产生不同程度的破坏，水从胶囊中渗出；郭利等[10]直接以液态水为填料；蒋晓军等[11]采用聚乙烯醇薄膜，但是这种材料易被分解产生CO2和水，且耐候性差[12]。上述材料中的水都是以吸附水或自由水的形式存在，而吸附水和自由水在光照或受热情况下很容易失水，使光谱受到很大的影响，对于高光谱伪装涂料的应用具有一定的限制。层状双氢氧化物(LDHs)是由带正电荷的类水镁石层和包含阴离子和溶剂分子的层内空间组成的阴离子型粘土化合物。通式为：[M2+1-xM3+x(OH)2][An-]x/n•yH2O，其中，M是层板金属阳离子，An-为层间阴离子，y为层间水的个数，x是M2+/(M2++M3+)的摩尔比，一般认为0.20<x<0.33，可得到纯相LDHs[13]。LDHs具有可交换的阴离子、特殊的层状结构和结构记忆功能等特点，近年来日益受到研究者的关注，如作为吸附剂[14]、电极[15]、紫外阻隔材料[16]；且在催化[17]和医学科学[18]等领域有广泛应用。由于其特殊的层状结构，其层间结晶水的含量可控，结构稳定，符合本文的研究企图，因此是一类很有希望的待选材料类型。本文制备了含NO3-、Cl-、CO32-、SO42-四种不同层间阴离子的Mg-Al-LDHs材料，并研究了这4种LDHs的光谱特性及热稳定性。以Mg-Al-Cl-LDHs为模拟材料，以聚氨酯为成膜树脂，制成涂层，并初步探究其光谱性能，将涂层与绿色植被的近红外反射光谱作相似度分析。

2实验方法和材料制备

2.1绿色植被近红外光谱模拟材料的设计

绿色植被由多种植物品种混合而成，为全面系统了解绿色健康植被的反射光谱特性，于南京地区采集比较了银杏、竹、梧桐等13种裸、被子植物，对其叶片进行可见-近红外(Vis-NIR)漫反射光谱测定，结果如图1(a)所示。从图1(a)看出，绿色健康植被光谱具有以下共同特征：在可见光区，因叶绿素对492~577nm的绿光吸收少，在550nm处形成反射峰，称为“绿峰”；在680~750nm区间，反射率迅速上升的斜坡为“红边”，其位置与植被叶绿素含量有关[19]；进入近红外区域后，在780~1300nm区间，反射率整体相对较高，称为“近红外高原”，这与叶片内部结构有关[20]；在1450nm和1940nm左右有明显水吸收谷。这与文献[21]中绿色植被典型的光谱特征一致。由上述结论可知，新鲜绿色植被在1300~2500nm光区主要是由水控制，对在40°C下经过不同干燥时间后的梧桐叶做反射光谱测试，见图1(b)，此图明显看出，随干燥时间的延长，在1450nm和1940nm处的吸收逐渐变弱，并显现出C-H、N-H的小吸收谷。近红外光区(NIR)通常被定义为780nm到2500nm的波长范围，此区域主要是含氢基团(C-H、N-H和O-H)的合频与各级倍频振动产生的吸收[22]，图2是香樟叶的红外谱图，在3370cm-1附近宽且强的吸收带是植物中O-H伸缩振动产生的，约1630cm-1处的吸收峰是水的弯曲振动峰。这充分说明O-H决定绿色植被在1450nm和1940nm附近的光谱特征，所以合格的近红外模拟材料必须显现出O-H的特征峰。为此，本文将选用LDHs为绿色植被近红外光谱模拟材料，LDHs是由金属离子和六个羟基配位构成的八面体层状结构，其结构与水镁石Mg(OH)2类似。在一定比例范围内，二价金属离子M2+可被半径大小相似的M3+所取代，使层板带正电，层板所带正电荷被层间阴离子An-抵消，整个LDHs表现为电中性[23]。层间区域还存在一些溶剂分子，本文制备的Mg-Al-X-LDHs是以水为溶剂，水分子通过大量的氢键与金属氢氧化物和层间阴离子相连接。层状双金属氢氧化物的理想化结构示意图如图3所示。

2.2绿色植被近红外光谱模拟材料的制备

2.2.1实验原料

实验使用的硝酸镁、硝酸钠、氯化镁、氯化钠、硫酸钠、碳酸钠、氢氧化钠购于南京化学试剂有限公司，硝酸铝是由中国上海新宝精细化工厂提供，氯化铝购于国药集团化学试剂有限公司，所有试剂均为分析纯，实验所用水为新制的去离子水，使用前经再次煮沸以除去溶于其中的二氧化碳。

2.2.2Mg-Al-X-LDHs(X=NO3-、Cl-、CO32-、SO42-)的合成

将Mg(NO3)2•6H2O(0.015mol)和Al(NO3)3•9H2O(0.005mol)溶于100mL水中配制成盐溶液，并逐滴加入到装有100mL的NaNO3(0.05M)溶液的圆底烧瓶中，并用NaOH(2M)溶液调节pH至9~10。于室温下剧烈搅拌24h，然后升温至80°C搅拌10h，抽滤、洗涤并于50°C下真空干燥12h，得到白色粉末Mg-Al-NO3-LDHs。合成Mg-Al-CO3-LDHs和Mg-Al-SO4-LDHs时，仅将NaNO3替换为Na2CO3或Na2SO4，其它条件不变。而Mg-Al-Cl-LDHs样品以AlCl3、MgCl2•6H2O、NaCl和NaOH为原料。

2.3模拟材料涂层的制备

铝合金基板(ALY120,30mm×30mm×0.2mm)按照以下程序进行预处理：砂纸打磨水洗碱洗水洗酸洗水洗乙醇洗吹干；以聚氨酯为成膜树脂，加入适当比例的模拟材料，用细胞粉碎机振荡分散2min，静置数秒，待气泡消除后，采用刮涂法制备涂层，于室温下固化48h。

2.4分析与表征

采用日本岛津UV-3600型UV-Vis-NIR分光光度计配合ISR-3100积分球测定样品的漫反射曲线，平滑硫酸钡为基准，粉末压样，测试波长范围为400~2500nm；采用美国珀金埃尔默公司SpectrumGX-III型傅立叶变换红外光谱仪测定样品的中红外光谱，KBr压片法，波数范围：400~4000cm-1；采用日本HORIBALabRAMHREvolution型激光共聚焦显微拉曼光谱仪测定样品的拉曼光谱，波数范围：200~2000cm-1；采用德国耐驰STA409PC型TGA对样品进行热重分析；采用日本岛津XRD-6100型X射线粉末衍射仪表征Mg-Al-LDHs的晶体结构。

3结果与讨论

3.1LDHs和绿色植被近红外反射光谱的相似性

图4(a)为Mg-Al-X-LDHs的吸收光谱，在1440nm左右的吸收带是O-H的一级倍频产生，在1960nm左右的吸收带归因于O-H和水的组合频[22]。从图4(b)Mg-Al-X-LDHs与石楠叶的反射光谱图中明显看出，4种LDHs均在780~1300nm有高且平稳的近红外高原，且1300~2500nm有吸收谷，即LDHs在近红外光区内能较好的模拟绿色植被的反射光谱。本文分别采用以下两种光谱匹配模型计算Mg-Al-X-LDHs模拟材料与植被近红外反射光谱相似程度。

3.2Mg-Al-X-LDHs的物理表征

图6(a)为4种Mg-Al-LDHs的XRD图，LDHs在低2θ角003、006、012晶面衍射峰尖锐，在60°~65°处有两个对称较好的衍射峰，对应110以及113晶面，表明采用共沉淀法合成的样品均形成了LDHs特有的层状结构。由图6(b)Mg-Al-X-LDHs的FT-IR谱图可知，4种LDHs在3450cm-1附近宽且强的吸收带归因于类水镁石层O-H和H2O的伸缩振动[26]，1630cm-1处的小吸收峰由H2O的弯曲振动产生，这与上述香樟叶红外谱图特征吸收峰一致。为进一步验证不同Mg-Al-X-LDHs的层间阴离子，对样品进行拉曼光谱测试，结果示于图7。在图7(a)中1059cm-1处为CO32-的强振动峰，其中472cm-1和548cm-1处弱的吸收峰为Al-O-Al和Al-O-Mg振动峰[27]；而Cl-型LDHs的拉曼光谱显示了弱的CO32-峰，说明此样品含有极少量碳酸根，究其来源，可能是制备过程中溶液吸收的少量CO2发生反应CO2+OH-HCO3-或CO32-，这些离子会插入到LDHs层间；图7(c)中在1045cm-1为NO3-的振动峰；SO42-在拉曼谱图中981cm-1处有特征振动峰，同时还观察到弱的NO3-特征峰，可能是原料中极少数的硝酸根参与形成了Mg-Al-NO3-LDHs。LDHs受热分解过程包括表面水的脱除、层间脱水、层板脱羟基、层间阴离子分解以及新相的形成等步骤，随着温度的升高，这些步骤依次发生。图8可以明显看到3个主要的失重阶段：首先，低于200°C是表面水和层间水的脱除，100~250°C范围内的质量损失大部分是层间结晶水的脱除[28]；其次，200~450°C为水镁石层羟基的脱除以及层间部分阴离子的分解；随着温度进一步升高，层间阴离子继续分解，镁铝氢氧化物转化为镁铝氧化物，使镁铝氢氧化物层板垮塌，导致结构瓦解。实验发现，层状结构破坏的温度不低于450°C，说明LDHs具有较高的热稳定性，这对于其作为模拟材料的应用是非常有利的。

3.3用涂层形式对叶片近红外反射光谱的初步模拟

近红外隐身方式多以涂料为主，涂层技术具有施工成本低、工艺简单、且不受应用物体几何形状限制等优点[29]。本文以Mg-Al-Cl-LDHs为模拟材料，初步制备涂层并做反射光谱测试，如图9所示。由图可知，涂层在780~2500nm光谱内能较好的模拟绿色植被近红外反射光谱，且相关系数和夹角余弦值分别为0.9702和0.9924。众所知周，模拟绿色植被在紫外可见近红外反射光谱的材料，是由各个光谱波段材料复合的，再依据反射率的高低添加相应的光谱反射率调节剂，结合图4(a)Mg-Al-LDHs吸收光谱可知，本文设计的近红外光谱材料Mg-Al-LDHs在紫外可见光区具有高透明性，不影响其它波段材料的光谱特性，为整个光谱材料复合提供有利条件。

4结论

本文设计了四种层间有O-H的新型光谱模拟材料Mg-Al-LDHs，4种LDHs在近红外光区均表现出近红外高原、1450nm和1940nm附近有吸收谷，且4种LDHs与叶片近红外反射光谱相关系数和夹角余弦值分别超过0.9600和0.9700；经180°C热处理前后的Mg-Al-Cl-LDHs，彼此反射光谱的两种计算模型的相似度也能达到0.9888和0.9959，表明Mg-Al-LDHs有良好的热稳定性，不易失结晶水；以Mg-Al-Cl-LDHs为模拟材料，聚氨酯为成膜树脂初步制备涂层，涂层与叶片光谱在近红外区的两种相似度分别为0.9702和0.9924。Mg-Al-LDHs与植被反射光谱在近红外区光谱的高度相似性、紫外可见光区的高透明性、良好热稳定性及不易失水等优点，使其在隐身材料方面具有潜在的应用前景。

参考文献：

[1]孙通,吴宜青,李晓珍,等.基于近红外光谱和子窗口重排分析的山茶油掺假检测[J].光学学报,2015,35(6):0630005.

[2]刘兵.小型化可见/近红外宽波段实时成像光谱技术研究[D].中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所),2015.

[3]潘津津,焦学军,姜国华,等.从功能性近红外光谱法的光学信号中提取心动和呼吸特征[J].光学学报,2015,35(9):0917001.

[4]杨玉杰,胡碧茹,吴文健.植物叶片仿生伪装材料的设计与制备[J].国防科技大学学报,2011,33(5):50-53.

[5]郭家齐,张志刚,胡泽斌,等.浅谈近红外伪装技术的发展现状及趋势[J].红外技术,2016,38(2):96-101.

[6]李敏,李澄,郑顺丽,等.模拟绿色植物光谱的填料设计与涂层制备研究[J].红外技术,2015,37(9):788-792.

[8]杨玉杰,刘志明,胡碧茹,等.基于光谱分析的植物叶片仿生伪装材料设计[J].光谱学与光谱分析,2011,31(6):1668-1672.

[10]郭利,徐国跃,李澄,等.一种新型近红外伪装涂层的制备及光谱性能研究[J].红外技术,2012,34(10):588-592.

[11]蒋晓军,吕绪良,潘家亮,等.基于光学和红外特征模拟的植物仿生材料设计制备[J].光谱学与光谱分析,2015,35(7):1835-1839.

[12]王婧,苑会林,马沛岚,等.聚乙烯醇薄膜的生产及应用现状与展望[J].塑料,2005,34(2):12-17.

[20]王纪华，赵春江，黄文江,等.农业定量遥感基础与应用[M].北京:科学出版社,2008.

[24]许卫东,尹球,匡定波.地物光谱匹配模型比较研究[J].红外与毫米波学报,2005,24(4):296-300.

[25]闻兵工,冯伍法,刘伟,等.基于光谱曲线整体相似性测度的匹配分类[J].测绘科学技术学报,2009,26(2):128-131.

高分子材料的特征范文第3篇

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，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。接下来深入到纳米线、纳米管和纳米带的研究，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。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，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，电化学沉积法制备金属纳米线阵列技术，以及电炉烧结法制造氧化物纳米带技术等等。

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、各向异性结构材料、新型面光源材料等，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。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。

高分子材料的特征范文第4篇

关键词：涂附磨具；防静电涂层；创新意见

中图分类号：TQ63 文献标识码：A

涂附磨具有张页状（矩形）、圆片状、环带状和其他特殊形状，主要品种有砂布（纸）和砂带，常以机械或手工作业方式使用，广泛用于金属材料、木材、陶瓷、塑料、皮革、橡胶以及油漆腻子等非金属材料的磨削、抛光和打磨。目前涂附磨具的制作方法一般为：在纸基或布基上涂覆上底胶，然后把磨料植入底胶上，最后在磨料上涂覆一层复胶层，其中底胶或复胶层一般只通过合成树脂再加几种辅助材料制作而成。用此方法制成的涂附磨具，使用过程中容易产生静电，影响涂附磨具磨削效果，需要改进。

1 涂附磨具构成要素

1.1 基材的分类

基材是涂附磨具中磨料和粘结剂的承载体，是涂附磨具具有可挠曲性的主导因素，基材的种类主要有纸、布、钢纸、复合基、无纺布等。（1）纸：涂附磨具用纸是由特别结实而富有韧性的纤维制成的。纸价格便宜，一般不用进行基材处理，用量很大。（2）布：用纤维为原料，通过纺织构成一定组织而形成的织物。布在涂附磨具的基材中应用最广，柔性好，强度高，但需要进行严格的基材处理；涂附磨具用布在目前主要有棉布、混纺布、聚酯布等。（3）钢纸：由多层棉纤维融合而成的、强度很高的基材。能承受高机械负荷，强度高，伸长小，耐热性好，用于钢纸砂盘、异型制品的生产。（4）复合基：由纸和布复合而成，综合了纸和布的优点，强度高，伸长极小，用来制作高速重负荷砂带，少量制作砂盘。（5）无纺布：将一种或数种纤维采用粘结或机械等方法，使之不经编织过程而具有布匹的外貌和性能，用来制作松软的抛光磨具。

1.2 磨料的种类

磨料是涂附磨具产生磨削和抛光作用的主体。磨料分为天然磨料和人造磨料。涂附磨具常用的磨料品种主要有：（1）棕刚玉（A）：外观呈棕色或棕褐色，硬度较高韧性好，能承受很大压力，有耐高温、抗腐蚀、化学稳定性好等特点，应用广泛。（2）白刚玉（wA）：外观呈白色，硬度高于棕刚玉，性脆，韧性比棕刚玉低，磨料易碎裂，锋利性好。（3）黑碳化硅（C）：主要成分是SIC，外观呈黑色，硬度高性，性脆，磨料的锋利性好。（4）锆刚玉（ZA）：外观呈灰白色或灰褐色，有很好的韧性和耐磨性，适于高速重负荷磨削和难磨金属材料的加工。

1.3 粘结剂的分类

粘结剂是起粘结磨料和基材的作用，使磨具具有一定的形状和强度。涂附磨具中的粘结剂一般由基材处理剂、底胶、复胶等构成。基材处理剂作用主要是改善基材的物理机械性能，保证良好的涂胶植砂质量。底胶是将磨料粘结在基材上的涂层，起粘结和固定磨料的作用。复胶是在已固定的磨粒上再涂一层粘结剂，把磨料包围住从而进一步加强磨粒与基材的粘结强度，保证磨粒在磨削过程中能经受磨削力的挤压和冲击而不易脱落。涂附磨具用的粘结剂主要有：动物胶、合成树脂等。

2 涂附磨具权力要求

一种涂附磨具的防静电涂层配方，包括涂附在磨具上的底胶层和∕或复胶层，其特征是底胶层和∕或复胶层含有如下重量份数的材料：合成树脂25～85；无机复合导电材料10～60；增溶剂0.1～5；辅助材料5～40。根据权利要求1所述涂附磨具的防静电涂层配方，其特征是所述合成树脂为酚醛树脂、或者尿醛树脂、或者密胺树脂、或它们的组合，重量份数为30～50，或者60～80。根据权利要求2所述涂附磨具的防静电涂层配方，其特征是所述无机复合导电材料为石墨与无机高分子材料的混合物，重量份数为20～30，或30～50；石墨占混合物总量的40%～60%。根据权利要求2所述涂附磨具的防静电涂层配方，其特征是所述无机复合导电材料为氨类盐与无机高分子材料的混合物，重量份数为10～30，或者40～50；氨类盐占混合物总量的60%～80%。根据权利要求3或4所述涂附磨具的防静电涂层配方，其特征是所述辅助材料包含膨润土或者湿润剂，重量份数为5～10；硅酸钙或者碳酸钙，重量份数为5～15。根据权利要求5所述涂附磨具的防静电涂层配方，特征是所述辅助材料还包含钛白粉或氧化铁，重量份数为1～5；冰晶石或氟硼酸盐，重量份数为1～5；硬脂酸锌或硬脂酸镁，重量份数为1～5。

3 涂附磨具的防静电涂层配方

本发明旨在提供一种制作简便、成本低、达到防静电效果的涂附磨具的防静电涂层配方，以克服现有技术不足。按此目的设计的一种涂附磨具的防静电涂层配方，包括涂附在磨具上的底胶层和∕或复胶层，其特征是底胶层和∕或复胶层含有如下重量份数的材料：合成树脂25～85；无机复合导电材料10～60；增溶剂0.1～5；辅助材料5～40。所述合成树脂为酚醛树脂、或者尿醛树脂、密胺树脂、或它们的组合，重量份数为30～50，或者60～80。所述无机复合导电材料为石墨与无机高分子材料的混合物，重量份数为20～30，或者30～50；石墨占混合物总量的40%～60%。所述无机复合导电材料为氨类盐与无机高分子材料的混合物，重量份数为10～30，或者40～50；氨类盐占混合物总量的60%～80%。所述辅助材料包含膨润土或者湿润剂，重量份数为5～10；硅酸钙或者碳酸钙，重量份数为5～15。所述辅助材料还包含钛白粉或氧化铁，重量份数为1～5；冰晶石或氟硼酸盐，重量份数为1～5；硬脂酸锌或硬脂酸镁，重量份数为1～5。本发明采用上述技术方案，在涂附磨具的底胶层和∕或复胶层内增添具有导电作用的无机复合导电材料，使本发明的涂附磨具比传统的导电性提高1000～1000000倍，在磨削过程中能有效杜绝静电产生而影响磨削效果。

4 具体实施方式

第一实施例：本涂附磨具的防静电涂层配方，包括涂附在磨具上的底胶层，含有如下重量份数的材料：合成树脂70；无机复合导电材料40；增溶剂1；辅助材料25。其中，合成树脂采用酚醛树脂，重量份数为70；无机复合导电材料为石墨与无机高分子材料的混合物，重量份数为40（石墨含量为50%）；辅助材料包含膨润土，重量份数为10；硅酸钙，重量份数为15。该配方特点为：色泽较深、导电性能较高。

第二实施例：本涂附磨具的防静电涂层配方，包括涂附在磨具上的底胶层，其含有如下重量份数的材料：合成树脂60；无机复合导电材料20；增溶剂0.5；辅助材料25。其中，合成树脂采用尿醛树脂，重量份数为60；无机复合导电材料为氨类盐与无机高分子材料的混合物，重量份数为20（氨类盐含量为80%）；辅助材料包含湿润剂，重量份数为10；碳酸钙，重量份数为10；还包含钛白粉，重量分数为2；冰晶石，重量份数为2；硬脂酸锌，重量份数为1。该配方特点为：色泽偏白、导电性能高。

第三实施例：本涂附磨具的防静电涂层配方，包括涂附在磨具上的复胶层，其含有如下重量份数的材料：合成树脂40；无机复合导电材料40；增溶剂3；辅助材料35。其中，合成树脂采用酚醛树脂，重量份数为40；无机复合导电材料为氨类盐与无机高分子材料的混合物，重量份数为40（氨类盐含量为60%）；辅助材料包含湿润剂，重量份数为10；碳酸钙，重量份数为15；还包含钛白粉，重量分数为5；冰晶石，重量份数为3；硬脂酸锌，重量份数为2。该配方特点为：色泽较白、导电性能高。

第四实施例：本涂附磨具的防静电涂层配方，包括涂附在磨具上的复胶层，其含有如下重量份数的材料：合成树脂35；无机复合导电材料45；增溶剂4；辅助材料21。其中，合成树脂采用密胺树脂，重量份数为35；无机复合导电材料为氨类盐与无机高分子材料的混合物，重量份数为45（氨类盐含量为80%）；辅助材料包含膨润土，重量份数为5；硅酸钙，重量份数为8；还包含氧化铁，重量分数为3；氟硼酸盐，重量份数为3；硬脂酸镁，重量份数为2。该配方特点为：色泽偏红、导电性能较高。

第五实施例：本涂附磨具的防静电涂层配方，包括涂附在磨具上的复胶层，其含有如下重量份数的材料：合成树脂30；无机复合导电材料25；增溶剂4；辅助材料30。其中合成树脂采用尿醛树脂，重量份数为30；无机复合导电材料为石墨与无机高分子材料的混合物，重量份数为25（石墨含量为25%）；辅助材料包含湿润剂，重量份数为10；硅酸钙，重量份数为10；还包含氧化铁，重量分数为5；氟硼酸盐，重量份数为2；硬脂酸镁，重量份数为3。该配方特点为：色泽深红、导电性能高。

结语

涂附磨具的选择是一个较复杂的问题，科学的选择是建立在细致、繁琐和大量试验的基础上。本发明具有制作简便、材料成本低、使涂附磨具的达到防静电效果的特点，以克服现有技术中的不足之处，因此其在磨削过程中能有效杜绝静电的产生而影响其磨削效果。

参考文献

高分子材料的特征范文第5篇

关键词 微波；特征；陶瓷加工；应用

中图分类号 TQ174 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）102-0153-01

1 微波烧结技术概述

在传统的材料加热方式中，需要将材料放置到加热环境中，通过对流、辐射或者传导等方式，将热量传递到材料的表面，再通过表面进入到材料内部，实现热平衡。在这一过程中，由于加热的环境并不是绝对的热封闭，为了确保材料芯部组织状态和表面保持一致，达到燃烧要求，就需要适当延长加热的时间，而更多的热量在环境中散失，能量损失问题严重。

如果采用微波加热方法，利用微波电磁场中陶瓷材料的介质特征，通过其损耗作用实现材料的整体性加热，直到符合烧结温度，进而实现烧结目的，增强致密性。受到微波电磁场的作用，介质材料就会发生介质极化现象，如原子极化、电子极化、界面极化或者偶极子的转向极化等；在这一过程中，极性分子从过去的随机分布状态改变成按照电场极性进行排列的形式；再加上高频电磁场的作用力，结合交变电磁的频率变化而出现分子取向的不同。但是在这一过程中，材料内部介质的极化过程不会随着外电场而出现变化，一般极化强度的矢量可能滞后于电场强度的矢量，造成电极化过程的电滞问题。

同时，微观粒子之间产生的能量交换，在一定程度上体现为能量的消耗。在微波波段运行中，偶极子会转为极化以及界面极化，由此形成吸收电流，发生材料功率的耗散。采用微波烧结技术的关键在于材料自身特征，如磁性能、介电性能、导电性能等。

2 微波加工技术的特征

与传统的辐射、传导加热形式相比，微波加热的速度更快且加热均匀，具有诸多优势。以下将对其技术特征进行具体分析：

2.1 具备选择性加热能力

对于不同的介质来说，吸收微波的能力也有所不同，尤其在良导体中，以金属为例，基本在表面形成了微波反射，这样进入金属内部的热量就比较小，仅停留在表面薄薄一层，那么良导体就难以通过微波实现加热。在电导率低、极化损耗小的微波绝缘体介质中，例如电容瓷器、石英玻璃等，则产生全透射作用，加热也存在难度；在电导率或者极化损耗都较为适中的介质中，微波则可做到渗透性与吸收性相结合，较好地实现微波加热。

2.2 支持体积性加热需求

在微波加热过程中，当微波进入介质内部之后，就会与介质发生作用，通过对介质的消耗而吸收一部分微波能量，进而达到升温目标，符合体积性加热需求。在传统的加热方法中，主要通过外部热源的对流与辐射作用，快速将热量传递到样品的表面，再通过热传导向的作用在内部完成热量传递。

2.3 良好的升温控制性

首先，随着微波的形成、消散，可以灵活掌握加热的过程。一般情况下，随着温度的变化，介质吸收微波的能力也会随之变化。在不同的温度区间内，加热特性有所不同。当微波进入快速升温阶段，极易造成热失控现象，如何控制这一问题，是应用微波加热的关键所在。

3 微波在陶瓷加工中的应用

3.1 微波烧结陶瓷的应用

有关微波烧结技术的应用，可主要划分为以下几大方面：其一，微波加热烧结技术。主要通过微波场的中介材料极化消耗作用，实现了本体加热目标。通过该种加热方法，其温度场较为均匀，可有效降低热应力，尤其在快速烧结中应用效果良好。在微波电磁场中，可以促使物质的扩散作用，进一步增强烧结的效率，实现陶瓷材料的晶粒细化，避免晶粒异常长大现象，以此保障材料显微结构的合理性、均匀性。但是也要注意到，在微波加热烧结过程中，由于受到材料微波吸收能力的不同影响，如果处于低温状态下，物质中介质损耗相对较低，就难以吸收微波的能量。为了能够改善这一问题，可考虑采取混合助热保温结构。分别在试样和保温结构的周围分布各种材料，如SIC棒。在常温作用下，SIC会吸收较多的微波，以此达到样品加热目标；在温度相对较高的状态下，试样可以直接吸收微波达到加热作用，提高烧成陶瓷的效率，同时确保材料晶粒的细小、均匀。其二，微波等离子烧结做用。利用微波的作用，促使气体电离成等离子体，当等离子体加热之后，即可获得较为致密的陶瓷烧结体。在微波等离子的烧结过程中，不会受到介质介电性能的过多影响，但是大量的等离子气体在常温状态下不能发生激励作用，但是负压等离子体可能由于高温作用而挥发样品，因此需谨慎选用微博等离子体烧结方法。

3.2 微波在陶瓷涂层的应用

一方面，采用等离子体喷涂方法。加工氧化物陶瓷涂层，在个别基体中可达到良好效果。但是也要考虑到涂层孔隙率相对较高，并且和大部分基体难以结合，因此该方法的使用受到一定限制。另一方面，采用化学气相沉积方法。需要将基体加热到900℃左右，但是该方法的沉积速度较慢，制成后的膜厚度偏小。当前，除了采用以上两种传统的方法以外，微波涂敷技术已经投入使用。在界面位置最易吸收微波，尤其在高温作用下，界面发生了化学反应，同时微波形成的非热效应促使界面物质的扩散，加快反应速度，以此构成固溶体，实现涂层和基体之间的有效融合。

3.3 微波在陶瓷裂纹修复的应用

引发陶瓷表面或者内部裂纹问题的原因较多，可能由于陶瓷材料问题、使用不当问题等，如机械加工损伤、晶型转变或者热膨胀等，如果在细小裂纹尚未发生破坏作用之前采取愈合修复手段，可较好地恢复受损材料基本性能。采用微波加热技术，比传统技术更具优势，一方面，升温速度快；另一方面，较好地促进物质扩散。因此在陶瓷裂纹愈合中发挥了高效率、高质量的作用，具有一定现实意义。

由上可见，当前微波烧结技术已经成为材料界发展的热门话题之一，尤其在陶瓷加工领域的应用，取得了一定进展。随着微波烧结设备的不断完善，正朝着智能化、自动化、高效率方向发展，其中存在的问题和差距也会逐步改善，并在高技术陶瓷、金属陶瓷复合材料等更多领域发挥重要价值。

参考文献

[1]郝斌，刘大成.微波烧结的研究进展及其在陶瓷材料中的应用[J].中国陶瓷工业，2010，5.

[2]汪学方，刘伟钦，刘胜等.陶瓷材料微波辅助塑性切削技术综述[J].工具技术，2007，7.

[3]方可，方利.微波烧结原理及研究进展[J].价值工程，2011，14.