时间：2022-12-11 02:14:50
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇功能材料论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
1.1天然硼酸复盐化合物天然硼酸复盐化合物可用来生产硼酸、硼砂、元素硼以及硼的其他化合物，为硼酸复盐化合物的人工合成提供原料，进一步生产出纯度高、性能好、功能广泛的硼酸复盐材料，如钠硼解石是制备硼酸钙的重要原料。
1.2人工合成硼酸复盐化合物得益于天然硼酸复盐化合物的应用价值，人们在探索硼酸复盐功能材料方面作了大量的研究工作，合成了许多性能优良的硼酸复盐晶体。目前为止，人们己经合成了一系列碱金属、碱土金属、两性金属及过渡金属等之间形成的复盐类型的硼酸盐。K2Ca［B4O5(OH)4］2•8H2O可采用水溶液法生长其单晶，用于制造彩色陶瓷和瓷釉［13］。K2Al2B2O7晶体是一种能用于紫外区的激光倍频晶体，是BO3基团晶体中唯一一种已经成功生长出大尺寸、高质量的能满足器件切割要求的晶体，采用顶部籽晶法生长。其透光范围宽，具有适中的双折射率，物化性能稳定，不潮解，易于机械加工等诸多的性能优良，是Nd:YAG激光器实现四倍频、五倍频输出的理想材料，在光通信、激光加工等领域有着重要的应用价值［14－15］。宋春荣等［16］对光学晶体KABO在相位匹配下的混频光学特性进行了理论计算和分析，讨论了KABO晶体的折射率与群速指数随光波长参数的变化，为用于产生紫外激光的实验研究提供了重要的理论依据。理论上，从碱金属K到过渡金属Fe两两结合可形成的复盐应该有21个种类，而从以上已合成出的复盐来看，同一类型复盐因有无结晶水、硼氧配阴离子结构不同等因素的影响而具有多种形式。可与过渡金属Zn结合的复盐Ca－Zn、Mg－Zn、Al－Zn及可与过渡金属Fe结合的复盐K－Fe、Ca－Fe、Na－Fe、Mg－Fe、Al－Fe、Zn－Fe并未合成出来，这说明复盐的合成受到金属还原性的影响。因此，硼酸复盐合成的发展空间依然很大，有待于依据已合成复盐的理论进一步探索和研究其它复盐的合成。
2稀土硼酸盐功能材料
2.1稀土金属硼酸盐功能材料稀土金属硼酸盐纳米材料是一类重要的发光材料。Schaak，RE［17］采用溶液前驱体路线合成了一系列纳米晶稀土硼酸盐REBO3(RE=Y，Nd，Sm，Eu，Gd，Ho);何伟等［18］利用溶胶－凝胶燃烧合成法制备了SmBO3粉体，可成为性能较好的针对1.06和10.6μm激光的激光光防护材料和滤光功能材料。陈雨金等［19］通过解理方法获得了Nd3+:LaB3O6微片激光器。(Y，Gd)BO3:Eu荧光粉在真空紫外(VUV)激发下有很高的发光效率，而被广泛应用于等离子体显示器红色荧光粉［20］。YangJ等［21］合成了LuBO3:Eu3+，其可调谐发光性能有潜力应用于荧光灯和场发射显示器。利用元素硼和稀土元素特殊的在材料抗磨减摩方面的作用及在摩擦表面生成复杂的边界膜机理，可将无机纳米微粒作为添加剂加入到油中改善油的摩擦学性能，如硼酸镧就是一类性能优异的极压抗磨添加剂［22］。
2.2金属和稀土金属复合硼酸盐功能材料随着光电子技术研究的深入，激光自倍频工作物质的研究成为国际激光非线性晶体生长研究的一个热点，而稀土倍频晶体是一类比较独特的晶体材料，因为稀土离子在配位结构上具有很大的相似性，它们相近的物理化学性质使得稀土离子在相互取代(部分或全部)时，不会导致晶体结构的突变，因而容易实现材料的改性。近年来，稀土复合硼酸盐倍频晶体在激光技术领域获得了广泛的应用，它们的共同特点是以BO3－3平面基团为基本结构单元，具有较大的非线性光学系数，应用非线性光学晶体实现固体激光器的频率转换，可以用来制作紫外及蓝绿光波段非线性光学材料［23－24］。
2.2.1掺一种稀土金属硼酸复盐在La2O3－Na2O－B2O3体系，Na3La2(BO3)3和Na3La9O3(BO3)8是两种性能优异的非线性光学晶体［25－26］，侯碧辉等［27］对Na3La9O3(BO3)8进行了紫外－可见光－红外及太赫兹波段光谱测量，结果可知:该晶体在上述波段具有良好的非线性光学性质，尤其在太赫兹波段，可以用作窗口材料。在La2O3－CaO－B2O3体系中，La2CaB10O19(LCB)单晶［28］是一种优秀的非线性光学晶体材料，在此体系中合成出的有望应用于非线性光学领域的还有Ca3La3(BO3)5、Ca3La(BO3)3等。在Sm2O3－Na2O－B2O3体系中合成的Na3Sm2(BO3)3晶体［29］易溶于酸，在空气条件下能稳定存在，不易吸潮，倍频效应测试表明其具有非线性光学效应。在Gd2O3－CaO－B2O3体系中，GdCa4O(BO3)3晶体具有良好的非线性光学性能及透光波段宽、相位匹配范围大、损伤阈值高、不潮解等特点，可用于光学倍频、光学混频和光学参量放大，近年来已受到人们的广泛关注［30］。在Y2O3－CaO－B2O3体系中，YCa4O(BO3)3(YCOB)晶体是一种有效的SHG和THG的晶体材料，在性能和应用上类似于GdCOB晶体，被认为是具有良好应用前景的蓝绿光和UV波段光学倍频晶体。YAl3(BO3)4是在Y2O3－Al2O3－B2O3体系中发现的一种优良的激光基质晶体，具有较大的非线性光学系数，透过波段宽，它还是一种耐高温材料，具有很好的热导率和化学稳定性，李桂芳等［31］用固相反应法制备出性能良好的YAB透明陶瓷前驱粉体。张国云等［32］用高温固相法研制了MgB4O7:Dy和MgB4O7:Tb两种热释光材料，四硼酸镁磷光体是一种系统组织等效性较好的的材料，可望用作测量电离辐射剂量的个人剂量计材料。
2.2.2掺两种稀土金属硼酸复盐以上金属和稀土金属复合形成的非线性光学晶体可做为发光基质，当掺入Nd3+、Yb3+、Er3+、Eu3+、Tb3+等激活离子时，晶体同时具有激光和非线性光学性质形成自倍频晶体。在Na3La2(BO3)3中掺激活离子Nd3+可达到较高的掺杂浓度而不至于引起强烈的浓度淬灭效应，这主要由于Na3La2(BO3)3晶体结构中，La3+离子间距较大，稀土间相互作用较弱，从而有利于减弱浓度淬灭效应［33］。白晓艳等［34］采用顶部籽晶法生长出Nd3+:Na3La9O3(BO3)8晶体，812nm处较宽的吸收峰适合AlGaAsLD泵浦的吸收，有望成为一种潜在的自倍频晶体。当GdCOB中Gd3+被Nd3+取代后，能够发出1060nm的激光，成为能发绿光的自倍频晶体［35］。YAB中Y3+被Nd3+部分取代形成Nd:YAB晶体可作为自倍频材料在激光二极管泵浦的固体激光器中获得应用，Nd:YAB作为透明陶瓷材料的研究是一个全新的研究方向［36］。掺Yb3+的晶体在975nm附近有强吸收峰，它的吸收波长与InGaAs二极管激光器相匹配，可用于研制紧凑廉价的半导体激光抽运全固态激光器［37］，如Yb:LCB、Yb:GdCOB、Yb:YAB、Yb:GAB。掺Er3+的Er:LCB晶体［38］在790nm和970nm附近存在的吸收对应于AlGdAs和lnGaAs激光二极管输出波长;Er3+离子发射的1.53μm激光对人眼安全，人体细胞组织对其发射的2.94μm激光强烈吸收，因此Er:GdCOB、Er:YAB等晶体在通讯和医疗等领域应用前景广阔［39］。由于Tb3+离子具有特征的绿色发射，所以选择铽作为激活剂来合成不同体系的绿色荧光粉一直是人们所感兴趣的课题，李其华等［40］采用高温固相反应法制备了Ca3La(BO3)3:Tb3+荧光体。张红国等［41］采用柠檬酸燃烧法制备Tb:YAB荧光粉。Dy3+和Eu3+做激活离子的VUV光粉的优势是可能实现一种激活离子在一个基质中发白光和红光，可用于无汞荧光灯中做灯用荧光粉［42］，如Dy:LCB、Eu:LCB［43］。在稀土硼酸盐功能材料中，Nd3+、Yb3+、Er3+等是目前研究较多的稀土激活离子，在激光和荧光材料中具有广泛的用途。对Lu3+、Sc3+、Pm3+稀土离子的研究相对较少，因此，如何将这些稀土离子应用于光学材料、发挥其优良性能将成为今后的研究重点。
3展望
关键词：纳米涂层；场发射；电子强关联；软凝聚态物质
2003年在国际和中国都发生了具有突发性的灾难事件，但中国的GDP仍以9.1％的高速度在增长，达到了人民币11.6万亿元，其中第二产业贡献4万多亿元。中国现今的第二产业主要领域是冶金、制造和信息，在世界的地位是大加工厂，也是大市场。在国际竞争中所以有优势是中国的劳动力廉价，这个优势我们能保持多久?我们还注意到与化工有关的产品中，我们的生产效率是国际发达国家的5％，能耗是3倍，环境的破坏是9倍。这就是我们所付出的代价。不论形势如何严峻，21世纪是中华民族振兴的机遇期，制造业绝对是一个极其重要的领域，是个急速发展变化的领域。2003年3月国际真空学会执委会在北京举行，会议上讨论了将原来的冶金专委会改名为“表面工程专委会”，当时也考虑了另一个名字“涂层专委会”，我想用涂层材料更合适，含有继承性和变革性。20世纪70年代曾经说成是塑料年代，此后塑料科技和工业迅速崛起，极大地改变了人类社会。继而是信息时代，通信网、计算机网、万维网、智能网，信息流，日新月异地改变着人类的生活和观念。我们这个时代是高速发展的时代，技术和观念都在与时俱进地改变着。
本世纪初兴起了纳米科技，促进其到来的是由于微电子小型化的发展趋势，推动科技发展进入纳米时代[1]，不仅电子学将进入纳电子学领域，物理学进入介观物理领域，各类科技，包括生物医学等都在探索纳米结构与特性。涂层和表面改性越来越多地增加了纳米科技的内容，这是一种低维材料的制造和加工科技，将是制造技术的主流，将迅速地改变传统制造技术的方法、理论和观念，作为现今国际上的制造大国，世界加工厂，我们更应该注意研究制造技术的发展和未来。
1突破传统制造技术的观念
纳米科技研究的内容主要是在原子、分子尺度上构造材料和器件，测量表征其结构和特性，探索、发现新现象、新规律和应用领域。与我们熟悉传统的相比，纳米材料和器件具有显著的维数效应和尺寸效应。近几年来，在纳米材料制造方面做了大量的研究工作，在纳米粒子粉材的制造，以及材料结构和特性测量、表征上取得了显著成果[2～7]。接下来深入到纳米线、纳米管和纳米带的研究[8～14]，出现了一些成功有效的制造方法，发现了一些惊人的结构和特性。在此基础上，发展了纳米复合材料的研究，展现了非常有希望的应用前景[15～17]。近来人们在纳米科技初期成果的基础上挑战某些产品的传统加工技术，比如Al组件的快速加工。
T.B.Sercombe等人报道了快速加工铝(Al)组件的新方法[18]，这个方法的主要特征是用快速成型技术先形成树脂键合件，然后在氮气氛中分解其键和第二次渗入铝合金。在热处理过程中，铝与氮反应形成氮化铝骨架，在渗透过程中得到刚体结构。与传统制造工艺相比，这个过程是简单的快速的，可以制造任何复杂组件，包括聚合物、陶瓷、金属。图1是过程示意和原型样品，(a)是尼龙巾镶嵌铝粒子的SEM像，中心有结构细节的是Mg粒子，白色是Al粒子，加入少量的Mg是为还原氧化铝，它将不是铸件中的成分。在尼龙被烧去时，这个结构基本保持不变。(b)是氮化物骨架，围绕Al粒子的一些环状结构的光学显微镜像，再渗入Al时将形成密实结构。(c)是烧结的氮化铝和渗铝组件，小柱的厚为0.5mm其密度和强度都达到了传统铸造技术的水平。他们还制作了公斤重量多种结构的样品。这是一种冶金技术的探索，开辟了一种新的冶金和制造技术途径。
2纳米材料的完美定律
描述材料结构的常用术语是原子结构和电子结构。原子结构的主要参量是晶格常数、键长、键角；电子结构的主要参量是能带、量子态、分布函数。对于我们熟悉的宏观体系，这些参量多是确定的常数，但对于纳米体系，多数参量随着原子数量的改变而变化。这是纳米材料和器件的典型特征，它决定了纳米材料的多样性。其中有个重要规律，我们称之为纳米材料的完美定律，用简单语言表述：“存在是完美的，完美的才能存在”。它包括了纳米晶粒的魔数规则，即含有13、55、147…等数量原子的原子团是稳定的，对于富勒烯碳60和碳70存在的几率最大，而对于碳59或碳71等结构体系根本不存在。这就是为什么斯莫利(Smmolley)他们当初能在大量的富勒烯中首先发现碳60和碳70，从而获得了诺贝尔奖。对于一维纳米结构，包括纳米管和纳米线，存在类似的规则。可以模型上认为是由壳层构成的，每个壳层中更精细的结构称为股，每一股是一条原子链，中心为1股包裹壳层为7股的表示为7-1结构，再外壳层为11股的，表示为11-7-1结构，等等，构成最稳定的结构，这是一维纳米结构的魔数规则。对二维纳米膜存在类似的缺陷熔化规则，即不容许存在很多缺陷，一旦超过临界值，缺陷自发产生，完全破坏二维晶态结构。上述这些低维结构特征是完美定律的具体表述，进步普遍表述理论是正在研究中的课题。
完美定律是我们讨论涂层材料的出发点，因为纳米材料有更多的人造品格，是大自然很少存在或者不存在的，需要人工大量制造。在制造过程中，方法简单、产额高、成本低是最有竞争力的。可以想象，制造成本很高的材料和器件能有市场，一定是不计成本的特殊需要，有政治背景或短期的社会需求。因此在我们探索纳米材料制造时，首先考虑的应是满足完美定律的技术，如用甲烷电弧法制备纳米金刚石粉技术[1]，电化学沉积法制备金属纳米线阵列技术[19]，以及电炉烧结法制造氧化物纳米带技术[20]等等。
3涂层纳米材料将给我们带来什么?
涂层纳米材料是纳米科技领域具有代表的材料，或是低维纳米材料的有序堆积结构，或者是低维纳米材料填充的复合结构。两者都比传统材料有惊人的结构和特性。如新型高效光电池[21]、各向异性结构材料[19]、新型面光源材料[22]等，这里举例介绍基于热电效应的新型纳米热电变换材料。
热电效应器件的代表是热电偶，即利用不同导体接触的温差电现象进行温度测量的器件。基于热电效应可以制成两类器件：热产生电和电产生温差。前者可以用于制造焦电器件，即用热直接发电，如将焦电材料涂于内燃机缸表面，利用缸体温度高于环境几百度的温差发电，将余热变作电能回收。后者可以做成电致冷器件。这类的直接热电变换器件具有无污染，没有活动部件，长寿命，高可靠性等优点，但块体材料制成器件的效率低，限制了它的应用。纳米科技兴起以后，人们探索利用纳米晶或纳米线结构能否解决热电效应的效率问题。认为用量子点超晶格材料有希望显著提高热电器件的效率，这是由于纳米材料显著的能级分裂，有利于载流子的共振输运和降低晶格热传导，从而提高了器件的效率。T.C.Harman等人[23]报告了量子点超晶格结构的热-电效应器件，他们制备了PbSeTe／PbTe量子点超晶格(QDSL)结构，用其制造了热电器件(Thermo-electrics，TE)，图2(a)是纳米超晶格TE致冷器件的结构和电路图，(b)电流-温度曲线。将TE超晶格材料，其宽11mm，长5mm，厚0.104mm，n-型的TE片，一端置于热槽，另一端置于冷槽，为了减小冷槽热传导而形成这同结接触，用一根细金属线与热槽连接。当如图2(a)所示加电流源时，将致冷降温。对于这种纳米线超晶格结构，由于量子限制效应，发生间隔很大的能级分裂，从而得到很高的热电转换效率。图2(b)是TE器件的电流-温度曲线，实验点标明为热与冷端温差(T)与电流(I)关系，电流坐标表示相应通过器件的电流。■为热端温度Th与电流I的关系，其温度对于流过器件的电流不敏感。为冷端温度Tc与电流I的关系，其温度对于电流是敏感的。图中A是测得的最大温差，43.7K，B是块体(Bi，Sb)2(Se，Te)3固溶合金TE材料最大温差，30.8K。从图中可以看出，在较大电流时，冷端温度趋于饱和。采用这种致冷器件由室温降至一般冰箱的冷冻温度是可能的。
电热效应的逆过程的应用就是焦电器件，即利用热源与环境的温差发电。对于内燃机、锅炉、致冷器高温热端等设备的热壁，涂上超晶格纳米结构涂层，利用剩余热能发电，将是人们利用纳米材料和组装技术研究的重要课题。
类似面致冷、取暖，面光源，面环境监测等涂层功能材料，将给家电产业带来革命性的影响，将会极大地改变人类的生活方式和观念。
4含铁碳纳米管薄膜场发射
碳纳米管阵列或含碳纳米管涂层场发射被广泛研究，以其为场发射阴极做成了平板显示器。研究结果表明碳管的前端有较强的场发射能力，因此碳管涂层膜中多数碳管是平放在基底上的，场电子发射能力很差。我们制备了含有铁(Fe)纳米粒子的碳纳米管，它的侧向有更大的场发射能力，有利于用涂层法制造平板场发射阴极。图3(a)是含铁粒子碳纳米的TEM像，碳管外形发生显著改变。(b)是碳管场发射I-V特性曲线，I是CVD生长的竖直排列碳纳米管的场发射曲线，II是含铁粒子碳纳米管竖直阵列的场发射曲线，III是含粒子碳纳米管躺在基底上的场发射曲线，有最强的场发射能力。根据此结果，将含铁的碳纳米管用作涂层场发射阴极，有利于研制平板显示器。
5电子强关联体系和软凝聚态物质
上面所讲到的涂层纳米功能材料和器件是当今国际上研究的热门课题，会很快取得重要成果，甚至有新产品进入市场。当我们在讨论这个纳米科技中的重要方向时，不能不考虑更深层的理论问题和更长远的发展前景。这就涉及到物理学的重要理论问题，即电子强关联体系(electronstrongcorrelationsystem)与软凝聚态物质(softcondensationmatter)。
在量子力学出现之前，金属材料电导的来源是个谜，20世纪初量子力学诞生后，解决了金属导电问题。基于Bloch假设：晶体中原子的外层电子，适应晶格周期调整它们的波长，在整个晶体中传播；电子-电子间没有相互作用。这是量子力学的简化模型，没有考虑电子间的相互作用，特别是在局域态电子的强相互作用。2003年又有人提出了金属导电问题，Phillips和他的同事以“难以琢磨的Bose金属”为题重新讨论了金属导电问题[24]。当计入电子间的相互作用时，可能产生的多体态，超导和巨磁阻就是这种状态。晶体中的缺陷破坏了完善导体，导致电子局域化。电子与核作用的等效结果表现为电子间的吸引作用，导致电荷载流子为Cooper对。但这个对的形成，不是超导的充分条件。当所有Cooper对都成为单量子态时，才能观察到超导性。这样，对于费米子由于包利(Paulii)不相容原则，不可能产生宏观上的单量子态。Cooper对的旋转半径小于通常两个电子相互作用的空间，成为Bose子。宏观上呈现单量子态，Bose子的相干防止了局域量子化。在局域化电子范围内，超导性可能认为是玻色-爱因斯坦凝聚，这个观点现今被很多人接受。从20世纪初至今，对于基本粒子的量子统计有两种，一是Fermi统计，遵从Paulii不相容原理，即每个能量量子态上只能容纳自旋不同的2个电子，而Bose子则不受这个限制。在凝聚态物质中有两个基态：即共有化Bose子呈现超导态，局域化Bose子呈现绝缘态。然而，在几个薄合金膜的实验中，观察到金属相，破坏了超导体和绝缘体之间直接转换。经分析认为这是玻色金属态，参与导电的是Bose子。推断这个金属相可能是涡流玻璃态，这个现象在铜氧化物超导体中得到了验证。
软凝聚态物质研究的对象是原子、分子间不仅存在短程作用力，而且存在长程作用力，表观上呈现的粘稠物质形态，称为软凝聚态。至今，人类对于晶体和原子存在强相互作用的固体已经知道得相当透彻了，但对软凝聚态的很多科学问题还没有深入研究，21世纪以来，引起了科学家的极大兴趣。软凝聚态物质包括流体、离子液体、复合流体、液晶、固体电解、离子导体、有机粘稠体、有机柔性材料、有机复合体，以及生物活体功能材料等。这其中的液晶由于在显示器件上的很大市场需求，是被研究得相当清楚的一种。其他软凝聚态结构和特性的科学问题和应用前景是目前被关注的研究课题。这其中主要有：微流体阀和泵、纳米模板、纳米阵列透镜、有机半导体、有机陶瓷、流体类导体、表面敏感材料、亲水疏水表面、有机晶体、生物材料(人造骨和牙齿)、柔性集成器件，以及他们的复合，统称为分子调控材料(materialsofmolecularmanipulation)。其主要特征是原子结构的多变性和柔性，研究材料的设计、制造、结构和特性的测量、表征，追求特殊功能；理论上探讨原子结构的稳定体系，光、电、热、机械特性，以及载流子及其输运。关于软凝聚态物质，有些早已为人类所用，电解液、液晶等，但对其理论研究处于初期阶段。科学的发展和应用的需求促进深入的理论研究，判断体系稳定存在的依据是自由能最小，体系自由能可表示为F=E-TS，其中S是熵。对于软凝聚态物质体系，S是重要参量。其中更多的缺陷，原子、分子运动的复杂行为，更多的电子强关联，不再是单粒子统计所能描述，需要研究粒子间存在相互作用的统计理论。多样性是这个体系的突出特征，因此其理论涉及广泛、复杂问题。
物理学是探索物态结构与特性的基础学科，是认识自然和发展科技的基础，其中以原子间有较强作用的稠密物质体系为主要研究对象的凝聚态物理近些年有了迅速进展，研究范围不断扩大，从固体结构、相变、光电磁特性扩展到液晶、复杂流体、聚合物和生物体结构等。几乎每一二十年就有新物质状态被发现，促进了人类对自然的认识和对其规律把握能力，推动了科学和技术的发展。21世纪仍有一些老的科学问题需要深入研究，一些新科学问题已提到人们的面前。特别是低维量子限域体系和极端条件下的基本物理问题。20世纪80年代出现的介观物理，后来发展成为纳米科技所涉及的学科领域。与宏观体系和原子体系相比，低维量子限域体系，还有很多物理问题有待解决，人们熟悉的宏观体系得到的规则和结论有些不再有效，适用于低维量子限域体系的处理方法和理论需要探索，特别是将涉及到多层次多系统问题的描述和表征，将会有更多的新现象、新效应、新规律被发现。在纳米尺度，研究原子、分子组装、测量、表征，涉及有机材料、无机／有机复合材料和生物材料，这将大大的扩展了物理学研究的范围和深度。涉及的重大科学前沿问题和重点发展方向有①强关联和软凝聚态物质，及其他新奇特性凝聚态物质；②低维量子限域体系的结构和量子特性，包括纳米尺度功能材料和器件结构和特性；③粒子物理，描述物质微观结构和基本相互作用的粒子物理标准模型和有关问题，以及复杂系统物理；④极端条件下的物理问题，探索高能过程、核结构、等离子体、新物理现象和核物质新形态等；⑤生命活动中的物理问题，物理学的基本规律、概念、技术引入生命科学中，研究生物大分子体系特征、DNA、蛋白质结构和功能等，其研究关键将在于定量化和系统性，必然是多学科的交叉发展，成为未来科学的重要领域。
6结论
本文讨论了纳米线涂层的结构和特性，重点是纳米线的复合涂层和其电学特性、光电特性。其中包括制造技术新观念，纳米材料的完美定律，纳米涂层的热-电效应，碳纳米管的侧向场发射，以及电子强关联体系和软凝聚态物质，展示了涂层科学与技术的发展前景。
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功能材料是指具有优异的物理、化学、生物、光电性质并能在其之间相互转化的材料。根据材料的功能分类，功能材料包括电子材料、磁性材料、光学材料、生物材料、各种功能转换材料等，涵盖电子学、光学、生物医学、电磁学等领域，是一门多学科交叉融合的学科。目前，高校的材料科学与工程专业基本都开设功能材料学及相关的专业课程。功能材料学涵盖面广、信息量大，但是一般课程的教学时数相对较少，所以多数高校都是选取几类功能材料作为教学内容。例如华中科技大学开设的《先进功能材料》课程主要介绍光功能材料、电功能材料、磁功能材料和能源材料。本校的《功能材料学》课程实施全英语教学，虽然学生在前期已学习了全英语授课的《材料科学基础》、《现代材料分析方法》、《材料结构与性能》等专业基础课，能够较好适应全英语授课的节奏和方式，但是很多学生以英语思维方式理解和掌握专业知识仍然面临困难和挑战，所以在教学时数有限的情况下，教学内容的优化至关重要。
1.为实现课程教学与国外接轨，同时结合功能材料领域的发展状况和本校材料学院以能源、环境、生物材料为主的研究特色，本课程教学中选用了DeborahD.L.Chung主编的原版英文教材《FunctionalMaterials：Electrical，Dielectric，Electromagnetic，OpticalandMag-neticApplications》作为主要参考教材，同时补充BuddyD.Ratner等人编写的原版英文教材《BiomaterialSci-ence：AnIntroductiontoMaterialsinMedicine》作为生物功能材料的参考教材，并将发表的经典论文与最新研究成果等作为补充教材。
2.由于本课程的学生已学习了大量的材料学基础理论课程，所以教学内容以功能材料的应用为主，兼顾理论知识的巩固。以材料设计中的“结构－性能－应用”基本思路为主线，在介绍某种功能材料的结构与性能之间关系的基础上，着重讲授功能材料的性能与应用之间的相互关系，突出实际应用案例。这样，课程教学内容既保证学生可以巩固功能材料学的基础知识，又引导学生将基础知识和实际应用结合起来，提高解决实际问题的能力。
3.为了教学内容能够有效激发学生的学习兴趣，引导学生把握功能材料领域的发展趋势，本课程以专题形式只在压电材料、磁性材料、光电材料、电池能源材料、生物材料等范围内选择几种经典的和最新发展的功能材料及其制备新技术作为讲授内容，同时引入新材料、新技术等方面的课堂讨论内容。例如在讲授太阳能电池材料及新技术时，除了介绍太阳能电池的工作原理、目前研究的太阳能电池材料外，结合本院开展太阳能电池材料研究的老师的科研成果，课堂讨论太阳能电池材料的研究现状和发展趋势。
二、多元化教学方法与手段的运用
全英语教学是指用英语全程授课，让学生在全英语环境中学习专业知识，这对学生提出了更高要求。复旦大学蔡基刚教授研究认为，具有大学英语四级水平以上的学生，具备上全英语课程的能力，关键在于坚持和信心[4]。目前，本专业学生在上海市及全国范围内均为一本招生，英语整体水平较高，而且学生在前期已经学习了多门全英语授课的专业基础课。但是，部分学生仍然对全英语课程产生畏难情绪。因此，在全英语教学中，如何提高学生对课程的兴趣以帮助学生克服畏难情趣，是影响教学效果的重要因素。在近几年的全英语教学实践中，我们对多种教学方法和手段进行了融合运用。
1.多媒体教学，精心准备课件及教学细节。在课前精心组织教学内容，注重最新研究成果和经典功能材料的实际应用案例，力求课程内容的前沿性、实用性和趣味性。多媒体课件尽量通过图片、表格、动画以及视频等资料，以直观的方式体现教学内容，避免在幻灯片上出现大段文字，以此吸引学生的注意力，帮助其克服语言障碍。通过讲授过程中放慢语速或者重点内容重复多次的方式，争取绝大多数同学在课堂上能够听懂、理解，并且设置提问环节以增强学生对知识点的掌握。
2.将研究和探索的氛围带到课程教学中。本课程的教学内容结合了学院的研究特色，教学团队由多名从事不同功能材料研究的科研一线教师组成，分别在其擅长的研究领域讲授教学内容，同时将各自的科研成果引入教学，丰富教学内容，使教学与科研有机结合起来。增加教师本人的科研成果展示、科研故事等内容，使课程充满研究和探索的气氛，激发学生对课程内容和功能材料研究的兴趣。
3.开展当前研究热点和最新研究成果的课堂讨论。通常学生对研究热点和最新研究成果都比较感兴趣。例如在讲授目前非常热门的石墨烯材料时，教师提前给学生布置讨论题目：石墨烯材料具有非常优异的电导、机械强度、韧性等性能，那么这类材料的应用领域在哪里？在课堂上，教师在讲授完石墨烯材料的结构与性能关系后，在轻松的氛围下开始课堂讨论。这样的教学方式不仅有利于调动学生主动参与的积极性，而且可以培养学生独立思考和分析判断问题的能力以及交流、讨论、合作的热情和能力。
4.注重学生课前预习和课后知识巩固。全英语教学实践中，学生的课前预习对提高课堂教学效果非常重要。为了让学生的课前预习有的放矢，教师在课程开始前将课件放在课程网站上，让学生根据课程进度表提前下载课件并配合英语参考教材预习，避免了英语参考教材信息量大、学生预习无从下手的情况。通过预习，学生可以熟悉课堂的教学内容以及专业词汇，尽量避免因为课程内容和词汇生疏带来对知识点的理解困难，有助于学生跟上教师授课节奏，提高课堂教学效果。而对学生课前预习要求的检查和督促则通过教师课堂随机测验、点名提问等方式进行，并且将结果计入平时成绩。另外，为了进一步巩固课堂所学知识，每个专题授课结束后都会通过布置作业来引导学生对所学内容和知识点进行回顾。对学生课后作业完成情况的检查则通过作业批改、在课堂上问答的互动方式进行，标准解答定期上传至课程网站，以便学生加深对课程内容和知识点的理解和掌握。同时，本课程还设置课后辅导答疑环节，学生在每周的固定时间可到教师办公室接受答疑辅导。
三、课程教学评价体系的建立
关键词：材料检测；节能材料；建筑施工
中图分类号：TU201.5 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2013）03-（页码）-页数
1.围护结构墙体、屋面、地面工程
当前，浙江大部分地区采取外墙外保温方式对建筑物进行节能保温，该方式具有保护主体结构、延长建筑物使用寿命、防止“热桥”和“结露挂霜”现象，不占室内空间、增大使用面积等优点。通过统计检测工作中的检测数据发现，在实际节能工程中，无论是采用定型产品、成套或非成套技术，95%以上建筑物的节能工程在整体热导率、密度、强度等方面均能达到规范或标准的要求，能够有效保证节能工程的施工质量。但在检测工作过程中发现，仍然存在以下问题。
1.1保温材料阻燃性
保温材料的燃烧性能、氧指数两项指标不合格率较高，这给建筑物的防火性能带来了极大的隐患，近年来由此引起的火灾次数也呈现逐步增高趋势，保温材料的阻燃性有待进一步提高。同时，要提高建筑物的防火性，单纯提高保温材料的阻燃性效果并不明显，还需从优化保温系统结构、施工工艺，开发研制新型耐火保温材料等多方面着手，从而提高建筑物防火性能。
1.2保温材料吸水量
大部分地区对保温材料的强制检测都忽略了保温材料吸水量的问题。由于保温材料尤其是胶粉聚苯颗粒保温浆料相对其他密实墙体材料吸水量要大，对于冬季易结冰的北方地区来说，保温材料的冻胀极易引发或直接造成系统开裂，因此在施工过程中应加以注意。
1.3检测工作中遇到的问题
在检测工作中也遇到了一些难于检测和不便检测的项目：包括现场拉拔试验和保温浆料的同条件试样两方面。在保温板材与基层粘结强度的现场拉拔试验中，特别要注意剔除由于粘结面积不足造成的异常数据。同时，拉拔试验中，部分试样的破坏部位出现在粘结面上而非保温板材内，需重新试验，给检测工作带来不便。对于采用保温浆料做保温层的工程，要求制作同条件试件，检测其热导率、强度及密度。但在实际检测过程中，发现测试时间过长，尤其是保温浆料强度的测试需5—6d，同时《规范》中也未指明对检测结果不合格的处理意见—应复检、拆除、还是修补，影响了检测工作的时效性，并对处理不合格材料在实际操作上造成了一定的困难。
2.外窗工程
外窗是影响建筑能耗的主要因素之一，尤其是门窗的单体面积日趋大型化和墙体化，导致其空气渗漏问题日益突出，门窗的节能性对建筑发展以及能源的有效利用显现出举足轻重的作用。目前我国住宅多采用带隔热条的铝塑复合窗，在对其物理性能和保温性能的检测过程中也发现了如下问题。
2.1试验室检测
外窗进场复验的参数包括气密性、水密性、抗风压及热导率四项，通过统计发现，送检的外窗普遍能够满足规范的要求，仅有5%左右的外窗气密性、热导率不达标。造成这些外窗气密性不达标的原因大多集中在窗框与窗扇结合不严密，或窗扇密封条安装不合格方面；而造成门窗热导率不合格的原因则集中在框扇隔热设计不合理和中空玻璃热导率较大两方面。
2.2现场检测
外窗现场检测的参数为气密性、水密性两项，通过统计发现，现场检测比试验室复验检测不合格率高出15%。通过现场检查和了解发现，空气渗漏主要现象是门窗框与四周的墙体连接处渗漏和推拉窗滑槽构造设计不合理，空气渗漏严重。造成这种现象的原因主要是门窗框与墙体间注胶不足、有缝隙，门窗工艺不合格，窗框与窗扇之间结合不严，窗扇密封条安装不合格几方面，也不排除部分工程存在弄虚作假现象。因此，一方面要改进施工工艺，另一方面要严格监控施工过程，以提高外窗气密性。
2.3外窗用中空玻璃
中空玻璃检测参数为可见光透（反）射比、遮阳系数、中空玻璃露点。在检测过程中发现，中空玻璃露点的不合格率较高，主要原因集中在中空玻璃密封性不好、内部不干燥，因此还需加强中空玻璃制造工艺和密封性。同时也有小部分玻璃遮阳系数虽达到要求，但因为其低辐射膜质量较差，造成可见光透射比较低，影响了室内采光效果。
随着建筑节能工作的进一步开展，以及人们对居住舒适性要求的不断提高，越来越多的建筑物开始采用遮阳设施进行隔热，遮阳设计得到了进一步发展和完善，从简单遮阳板到统一设计安装的内外综合可调遮阳装置，遮阳设施的应用开始发展起来。但这些遮阳设施的安全性、耐久性、美观舒适性以及所附属的电力驱动装置的安全性，只有通过标准的检测，人们才能放心使用。因此急需出台相关的标准等：建筑节能工程施工与检测应注意的问题规范来控制遮阳产品的质量问题。
3.系统节能性能检测
采暖、通风与空调、配电与照明工程的能耗在建筑物总耗能中占很大比重，这些工程的设计是否合理、安装完成后是否能正常运行以及运行的效果如何，直接影响建筑物的能耗，因此系统节能性能的检测至关重要。在检测过程中发现，尽管《规范》在可操作性方面下了很大的工夫，但由于系统检测的庞杂，运行管理单位以及热用户的配合等问题，实际的系统节能检测仍存在诸多困难和问题。
3.1室内温度检测
温度检测需在冬季和夏季分别进行，耗时较长，尤其在标准实
施之后，室内温度测试时间需整个采暖期，操作不方便。同时规范中对居住建筑的测试要求是每户都要测试，工作量大，遇到已入住的居住建筑尤其困难，在检测过程中经常遇到不配合的住户，往往一栋居住建筑需要往返现场几次，需多方协调才能测试完毕，检测实施较困难。
3.2采暖系统室外管网水力平衡度、补水率、热输送效率检测
检测中发现，很多居住建筑的水力平衡度、补水率远远超过设计值或规范的要求值。现场实测的热力管的水流量远超设计值或远低于设计值，水力失衡严重，表现在室内温度上就是有的住户室内温度超过25℃，而同一栋建筑的另一住户室内温度却仅为11℃。造成水力失衡的原因是多方面的，其主要原因是供热的循环水量，它不是以系统中所设计的每一栋楼的设计供热量所需的设计流量值平均分配，实际情况是近处楼区大流量，远处楼区循环流量不足，流量分配不均匀，造成在同一热网采暖区域中，“远处末端冷，近处超温过热”的水力失衡现象。同时由于采暖系统设计和安装的不合理，流量和压力的分配无法做到合理有效，也是造成供暖水力失衡的原因之一。
在检测过程中还发现实测的补水率大部分在2%以上，远远大于规范中0.5%～1%的要求，有的工程提供的补水率甚至超过了5%，因此优化采暖方式、提高采暖工程施工质量和运行管理水平至关重要。
事实上，采暖系统安装完成后，其运行调试至关重要，系统检测过程发现的问题，往往并非系统设计或设备本身有问题，而是由于系统运行不正常造成的。未进行良好运行调试的系统，往往需多次往返现场进行重复测试，耗费大量的时间和人力物力。另外还需注意的是整个供暖系统在运行稳定后，各项参数的检测应同时进行，测得同一时间内的室内温度与流量可互相印证，有利于发现系统存在的问题。而检测操作中遇到的主要问题是：有的热力入口的有效直管段太短，超声波流量计无法安装；有的热力入口老旧，热力井内有积水、淤泥等杂物影响检测。因此在现场检测过程中还需灵活变通，寻找适宜的检测部位。
关键词：相变；保温材料；建筑；节能；工程
一、前言
在建筑施工过程中随着新工艺和新技术的不断发展，保温材料在建筑中的应用也越加的广泛，在建筑施工过程中相变保温材料作为一种新的保温材料正在被广泛的使用。
二、保温材料特点
1、真空隔热板。在以往建筑工程项目的建设过程中，所用的保温材料，其厚度相对比较大，易减少层和层之间的距离，出现窗洞不断加深等各种问题，为有效地解决这些问题，出现了一种新的保温材料，即真空隔热板，该材料自身较薄，同时所排放的CO量也较小，在其外表面裹有相应的纸质与金属外壳，在壳间形成真空，且填充了纤维、压缩硅酸盐与泡沫塑料等，其中所填充的这种纤维为多孔。真空隔热板作为一种高效且新型的材料，其应用前景非常广泛。
2、复合型硅酸岩保温材料。该材料含有硅酸盐、铝以及镁等物质，是一种非金属的矿物基料，通过添加相应的辅助原料与化学添加剂，借助于新技术以及新工艺的应用制造而成。纵观我国当前建筑材料市场，这种材料是当前最为理想的一种保温材料，其导热系数相对较低、用料厚度也比较少且热损也比较小，具有无毒特性，不会对设备造成腐蚀，也不会对环境造成污染，属于一种高效保温且轻质性的材料。除此之外，相对于其他类型的保温材料而言，该材料还具有无粉尘与无刺激等特点，能够对其进行任意地裁剪，便于施工等。
三、外墙保温特点
不同的建筑在节能上的要求不同，根据节能标准在施工时将保温材料同墙体固定复合，通过该种方式降低建筑墙体的导热系数，达到隔热的目的，使得建筑具有更好的保温能力。保温材料大多为导热系数较低的块材或者松散材料，可以通过直接粘附于墙上的办法进行安装，也可以将材料同外装饰一齐挂在墙面上。外墙保温分为三种：外保温、夹心保温以及内保温，就保温效果而言，外保温效果最佳。以下就外保温特点展开叙述：
1、外保温能够消除热桥效应。
2、建筑采用外保温的形式后，能够使得室内贮存更多热量，这是由于保温材料内部实体墙热容较大，因而可以达到保温的目的。
3、对外保温加强后，以室内热环境保持为前提对室温做适当的降低，不但能够保证室内环境温度的适宜，同时还能够降低能耗，以此节约能源减少采暖负荷。
4、由于墙体外添加了外保温材料，因此建筑内部的主体墙温度会相对较高，从而湿度相对较低。由于保温材料的导热系数较小因此主体墙热应力减小，因而裂缝、变形以及破损等主体墙的病害出现几率就会相对降低。
5、外墙保温优点概述：
（1）外墙保温从技术结构上分析能够减少外界环境（降水、紫外线、温度等）对主体结构造成的不良影响。
（2）扩大使用空间。由于外墙保温材料设置在外部，因此会节约内部空间。
（3）在旧房改造中能够发巨大的优势，且不会干扰人们的正常生活。
四、相变保温材料在建筑工程节能技术中的应用
1、相变保温材料在建筑工程中的应用特点
在建筑工程的施工建设中，采用相变保温材料能够大大提升工程的施工效率、促进工作进度和增加工程效益，这也给我国的可持续发展和建设和谐社会提供了新的途径，同时这也是可持续发展观念和建设和谐社会主义目标的主要途径。变形保温材料在建筑工程中的主要特点有如下几点。
（1）新型保温材料
一些性能良好的节能保温材料对于建筑的保温起到了很好的作用，这也让现代建筑实现了大规模的节能目标。且在国外，一些发达国家已经在建筑节能保温材料方面取得了突破性的成果。
（2）红外热反射技术
红外热反射技术是最近新兴保温技术，它的工作原理是通过在建筑物的内部或者外表以及护结构的空气间层中通过采用高纯度的铝箔或者其他的一些高效热反射材料，将绝大部分的红外线反射回去，从而达到隔绝建筑物内部热量的散失、提高居住环境的舒适程度的目的。
2、配制浆料
保温浆料需要专业人员来配制，这样才不会出现搅拌不匀而出现保温效果失常的情况。
3、抹底层相变节能材料
保温层应当分成三次涂抹，且每一次的厚度应当控制在10～12mm左右。每次涂抹的间隔时间也不能太短，这样才能够保证涂抹层的稳定性。
五、相变材料与隔热材料的具体应用
节能环保意识的逐渐增强，促使人们对房屋建筑质量在节能环保方面的要求有所提高，建筑市场对保温隔热型环保材料的应用也变得更加重视。随着深入探索与实践，隔热保温材料在墙体中的应用理论和技术日益完善和成熟。外墙保温材料的应用主要分为三类：内保温、外保温以及空夹心复合型墙体保温。外墙保温材料的应用使得建筑节能环保效果有了大幅度的提高。由于保温隔热材料自身导热系数低、构成材质强，热稳定性极佳，同时耐火、耐气候性强等特点，因此较之一般材料，具有非常显著的优越性。特别是保温隔热材料具备良好的抗压性、耐火性，极其适合现代建筑的实际需求。目前市场中还有一些玻璃材料，具有非常良好的保温效果，而且种类日益繁多，比如吸热玻璃、调光玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃等，在实现环保节能、降低污染的同时，还能充分满足人们的个性化需求，因此在现代建筑中可以广泛利用。
基于标准房间热过程模拟的非稳态传热模型，并采用专用气象数据对相变材料的两种不同应以北京的建筑为例，就外墙的保温节能工程进行阐述。
对于被动式建筑，可充分利用白天太阳能和夜间冷风自然资源，将相变材料应用于被动式建筑中，在夏天材料可吸收室内多余热温，进而降低室内温度波动幅度，可蓄存夜间冷风量，使室内始终保持较好的舒适度。通过对北京地区建筑有外保温和无外保温、内墙为相变墙体和普通墙体的夏季室内温度变化情况进行分析发现，当内墙采用相变墙体且墙体熔点合适时，被动式建筑房间的温度在整个夏季都会满足舒适度要求，而应用隔热材料则不利于夜间散热，其降低室温的效果不明显，在某种情况下甚至会出现室外温度较低但室内温度却较高的情况。通过对冬季有外保温和无外保温、内墙为相变墙体和普通墙体的室内温度逐时变化情况进行分析发现，当被动式建筑采用的内墙为相变墙体时对室内温度的影响较小，只有在室温接近墙体熔点时才会发生相变，相变材料作用无法得到有效发挥，而隔热材料却具有良好的保温效果。综合考虑冬季、夏季外保温和相变墙体对被动式建筑室内温度的影响时，无法选择较为合适熔点的相变墙体同时满足北京地区建筑对冬夏两季舒适度的要求，虽然外保温在夏季无法发挥作用，但是在冬季具有良好的保温效果，所以采用隔热材料来提高被动式建筑舒适度更为合理。
对于相变材料与隔热材料在主动式建筑中的应用则可通过空调、采暖运行过程中的耗电量来对两者应用效果进行比较分析。主动式建筑在冬季采暖期间，采用相变蓄能式电加热地板采暖系统，白天耗电量较低，只是普通房间的20%左右，这有利于缓解白天供电紧张的情况，同时也可大大节约采暖费，而采用隔热材料时不仅耗电量低，采暖费的节约率也更高。在夏季，主动式建筑北墙采用相变墙体时，其单位面积空调冷耗量最小，相较于普通房间要低约16%，而在墙体内设置保温层或是添加相变材料空调降耗效果并不明显。虽然夏季使用相变墙体能够降低冷耗量，但是针对北京地区气象条件，其冬季采暖比重更高，由此可以推断，若综合考虑全年空调采暖耗量，选择外保温比较合适。
六、结束语
在建筑设计施工过程中我们要不断的提高节能意识，在建筑施工中应用新工艺和新技术来提高节能效果。
参考文献：
关键词：建筑外墙；保温；节能；材料；施工技术
1 引言
随着国民经济的快速发展，人民生活水平的提高，人们对于住房的消费需求，也在快速增长，据有关的数据显示，我国当前的房屋建设规模堪称世界第一。目前，全国房屋数量有400亿m2左右，仅去年一年房屋竣工面积是19.7亿m2，这几年差不多都接近这个数字。而据预测，到2010年我国房屋总建筑面积将达到519亿m2，其中城市171亿m2。然而截止到去年，我国节能建筑的总面积还只有2.3亿m2，在每年的房屋竣工面积当中节能建筑只占3%左右，也就是说有97%属于高耗能建筑，我国是人均资源短缺的国家，能源紧缺是制约我国经济发展的主要矛盾。因此，建筑节能就成为缓解我国能源紧缺矛盾，改善人民生活质量，减轻环境污染，实行可持续发展战略目标的关键一环，推广建筑节能将是我国发展住宅建设的一项长期国策。目前，外墙保温技术已日益成熟，主要有内保温，外保温，内外混合保温，夹心保温等方法，下面就这几种方法进行论述。
2外墙内保温技术分析
外墙内保温就是在外墙的内侧使用苯板，保温砂浆等保温材料，从而使建筑达到保温节能作用的施工方法。该施工方法具有施工方便，对建筑外墙垂直度要求不高，施工进度快等优点。在2001年外墙保温施工中约有90%以上的工程应用内保温技术。然而，外墙内保温所带来的质量问题也随之而来。外墙内保温的一个明显的缺陷就是结构冷（热）桥的存在使局部温差过大导致产生结露现象。
另外，在冬季采暖，夏季制冷的建筑中，室内温度随昼夜和季节的变化幅度通常大约（10℃左右），这种温度变化引起建筑内墙和楼板线性变形和体积变化也不大。但是，外墙和屋面受室外温度和太阳辐射热的作用而引起的温度变化幅度较大。当室外温度低于室内温度时，外墙收缩的幅度比内保温热体系的速度快；当室外温度高于室内气温时，外墙膨胀的速度高于内保温隔热体系。这种反复形变使内保温隔热体系始终处于一种不稳定的墙体基础上，在这种形变应力反复作用下，不仅使外墙易遭受温差应力的破坏，也易造成内保温隔热体系的空鼓开裂。内保温影响居民的二次装修，内墙悬挂和固定物件也容易破坏内保温结构。内保温在技术上的不合理性决定了其必然要被其它保温方法所替代
3内外混合保温技术分析
内外混合保温，是在施工中外保温施工操作方便的部位采用外保温，外保温施工操作不方便的部位做内保温，从而对建筑的保温的施工方法。从施工操作看上，混合保温可以提高施工速度，对外墙内保温不能保护到的内墙，板同外墙交接处的冷（热）桥部分进行有效的保护，从而使建筑处于保温中。然而，混合保温对建筑结构却存在着严重的损害。外保温做法部位建筑物的结构墙体主要受室内温度的影响，温度变化相对较小，因而墙体处于相对稳定的温度场内，产生的温差变形应力也相对较小；内保温做法部位使建筑物的结构墙体主要受室外环境温度的影响，室外温度波动较大因而墙体处于相对不稳定的温度场内，产生的温差变形应力相对较大。
局部外保温、局部内保温混合使用的保温方式，使整个建筑物外墙主体的不同部位产生不同的形变速度和形变尺寸，建筑结构处于更加不稳定的环境中，经年温差结构形变产生裂缝，从而缩短整个建筑的寿命。工程保温做法中采用内外保温混合使用的做法是不合理的，比作内保温的危害更大，该方法已很少使用。
4 复合夹心保温技术分析
复合夹心保温墙体，是在施工中将墙体分为外叶墙与内叶墙，中间填充保温材料，（一般为EPS板、容重18kg/m3～20kg/m3）一种施工方法。从施工操作上看，该方法具有施工方便，保温效果可靠受温差影响较小，产生的温差变形应力也相对较小等优点，该方法可有效的解决保温墙体外墙装饰面开裂，装饰材料脱落等技术难题，同时相对于外墙外保温来说，建筑物的防火性能有显著的提高。鉴于以上优点，局部地区仍大量使用。但该技术同样存在一些缺陷，如建筑物细部、节点、保温处理难度较大；不利于建筑物后期维护，维修。就青海省而言，节能工程设计使用年限为25年，而结构设计年限为50年，由于内外叶墙将保温层封闭，如夹心保温层老化达到使用年限，将无法替换维修，另外一点，内外叶墙之间靠穿过保温层的拉结件连结，抗震性相对较弱，抗震等级高的地区不宜采用该方法，。
5外墙外保温技术分析
5.1技术成熟，施工方法多种多样，适于各类建筑比较成熟的有EPS板及EPS模块外墙外保温技术，喷涂硬泡聚氨酯外墙保温技术，胶粉EPS颗粒保温浆料外墙保温技术及粘贴保温复合饰面板保温技术等，各类方法使用方法简便，可靠性高，同时有成熟的验收规范。
5.2适用范围广。外保温不仅适用于北方需冬季保温地区的采暖建筑也适用于南方需夏季隔热地区的空调建筑。即是用于新建建筑，也适用于既有建筑的节能改造。
5.3保温效果明显。由于保温材料置于建筑物外墙外侧，基本上可以消除在建筑物各个部位的“热桥”影响。从而充分发挥了轻质高效保温材料的效能，相对于外墙内保温和夹心保温墙体，它可使用较薄的保温材料，达到较高的节能效果。
5.4保护主体结构。置于建筑物外侧的保温层，大大减少了自然界温度、湿度、紫外线等对主体结构的影响。随着建筑物层数的增加，温度对建筑竖向的影响已引起关注。国外的研究资料表明，由于温度对结构的影响，建筑物外向的热胀冷缩可能引起建筑物内部一些非结构件的开裂，外墙采用外保温技术可以降低温度在结构内部产生的应力。
5.5有利于改善室内环境。外保温不仅提高了墙体的保温隔热性能，而且增加了室内的热稳定性。它在一定程度上阻止了雨水等对墙体的浸湿，提高了墙体的防潮性能，可避免室内的结露，霉斑等现象。因而创造了舒适的室内居住环境。
6保温材料的选择总则
6.1墙体节能工程采用的保温材料，其导热系数，表现密度抗拉强度，抗压强度或压缩强度，燃烧性能应符合设计要求。
6.2粘结材料的粘结强度；耐碱玻纤网格布的力学性能，抗腐蚀性，必须达到国家规范及设计要求。
a.保温材料的选择。现施工的建筑中，保温材料的使用以挤密苯板、聚苯板、聚苯颗粒保温材料为主。挤密苯板具有密度大，导热系数小等优点，它的导热系数为0.029w（m.k）而抗裂砂浆的导热系数为0.93w（m.k）两种材料的导热系数相差32倍。而聚苯板的导热系数为0.042w（m.k）同抗裂砂浆相差22倍。因此挤密苯板与聚苯板相比抗裂能力弱于聚苯板。聚苯颗粒为主要原料的保温隔热材料，由胶粉料和胶粉聚苯颗粒做成。胶粉材料作为聚苯颗粒的粘结材料，一般采用熟石灰-粉煤灰-硅粉-水泥为主要成分的无机胶凝体系。该类材料的导热系数一般为0.06w（m.k），与抗裂砂浆相比相差16倍。b.增强网的选择。玻纤网格布作为抗裂保护层软赔进的关键的增强材料，在外墙外保温技术中的应用得以快速发展。一方面它能有效的保护层的拉伸强度。另一方面由于能有效分散应力，将原本可以产生的裂缝分散成许多较细裂缝。从而形成抗裂作用。由于保温层的外保护开裂砂浆为碱性。玻纤网格布的长期耐碱性对抗裂缝就具有了决定性的意义。c.保护层材料的选择。由于水泥砂浆的强度高、收缩大、柔韧性变形不够，直接作用在保温层外面，耐候性差而引起开裂。为解决这一问题，必须采用专用的抗裂砂浆并辅以合理的增强网，并在砂浆中加入适量的纤维。d.无空腔构造提高体系的稳定性。在采用聚苯板作外保温的设计中。保温层主要承受的是重力和风压。由于聚苯板强度的限制，使保温层开裂甚至脱落。为了提高保温板的强度，应尽可能提高粘结面积，采用无空腔以满足抗风压破环的要求。
7外墙体外保温施工要点
7.1施工工艺。当基层墙体施工并验收合格后，就可以进行保温层施工，其具体施工工艺为：清理、找平基层弹、挂控制线安装、找平底端托板檐材料工具准备配粘结胶浆粘结翻包网格布粘贴苯板检查校平填塞板缝打磨找平安装装饰线条（用苯板制成）或分格缝钉锚固定保温层验收。
7.2施工要点。施工工艺看起来十分简单，但实际上操作起来却十分复杂，在要求材料质量合格的前提下，对实际操作施工人员也要求具有一定技术水平和责任心。否则，将直接影响整个体系的质量。
7.3保护层施工要求。保护层做法一般为“一布二浆”。在有加强要求的部位为“两布三浆”。保护层施工时应先铺设翻包网格布和加强网格布，然后进行墙面标准网的施工，墙上容易碰撞的阳角、门窗洞口及不同材料基体的交接处等特殊部位应采取加强措施。
8结论
虽然近年来随着建筑业产业规模、产业素质的发展和提高，我国建筑技术水平在不断提高，尤其是一些单项技术已跻身世界先进行列。但从整体上看，目前我国建筑技术的水平还比较低，建筑业作为传统的劳务密集型产业和粗放型经济增长方式，没有得到根本性的改变，在建筑工程领域如何加快科技成果转化，不断提高工程的科技含量，全面推进施工企业技术进步，促进建筑技术整体水平提高的唯一的途径就是紧紧依靠科技进步，将科学的管理和大量技术上先进、质量可靠的科技成果广泛地应用到工程中去，应用到建筑业的各个领域。建筑外墙保温是近年来新兴的施工方法，由于内保温、混合保温等方法在设计中的缺陷，建议采用外保温，并按照逐层渐变，柔性释放应力的原则，选择材料及施工方法，以达到保温、抗裂的目的。同时应大力发展和更新节能材料，使外墙保温技术得到更好的发展，更好地发挥其作用，从而真正地实现建筑节能。
参考文献
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[2]张其英.外墙保温技术及节能材料[J].民营科技，2007，（07）.
[3]贺斌，周栋.谈外墙保温的技术与材料[J].黑龙江科技信息，2007，（11）.
关键词：环境功能材料；教学方法；教学效果
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0226-02
一、引言
在当今的世界，环境污染威胁着人类的生存，制约着人类的发展。因此，用于环境保护的功能材料成为世界关注的热点。环境功能材料是指具有独特化学、物理、生物性能，并有良好环境净化能力的新型材料。它们可以在经典的环境净化工艺中发挥重要作用，也可以为人类新的环境污染提供解决方案。为了使学生掌握好材料与环境之间的关系，并为今后的研究和实际工作中利用好环境功能材料治理环境污染打下前期基础，在环境专业中开设“环境功能材料”课程至关重要。但是，这门课的教学面临着诸多问题，比如：这门课程内容涉及材料、化学、物理、环境、生物等多个领域，学习内容多、学时少。而且大部分的材料是学生日常不熟悉的，容易造成学习困难。因此，如何在有限的教学时间获得良好的教学效果，是师生共同关注的问题。本文作者结合近几年来对本课程的教学体会阐述一些个人的观点和看法，与同行商榷。
二、将生活实际融入课程，激发学生的学习兴趣
学生对这门课程的兴趣将直接关系到他们对这门课的掌握程度。为了激发学生的学习兴趣，笔者平时留心将环境功能材料有关的生活资料收集和整理出来，适时穿插到课程中去。例如，在讲到吸附材料或活性炭时，先给学生提出一个问题：“大家常见的空气净化器以及厨房净水系统用的滤芯一般用的是什么材料？”让学生调研后再来回答这个问题；在讲到汽车尾气净化材料时，可以让学生先去了解一下平时经常听到的“三效催化剂”到底能处理哪三种污染物，车子的性能与“三效催化剂”是否有关等问题，然后再对材料的组分和结构进行分析和讲解，这样可以提高学生的学习兴趣。因此，将环境功能材料的理论与学生日常生活中感受到的、易于接受的实际问题联系起来，并能学以致用，使学生对环境相关的新材料产生强烈的亲切感，由此激发强烈的学习动机，进而主动学习这门课程。
三、成立兴趣小组，定期开展实验研究进一步提高学生学习热情
可以通过自荐和推荐的方式将学习环境功能材料兴趣浓厚的学生组织起来，成立由老师指导的兴趣小组，定期开展与课程相关的小型实验课题研究，以期进一步提高学生的学习热情。在积累了一定研究成果的基础上，举行阶段性研究成果小型报告会，锻炼学生的讲演能力，同时增加成就感。报告会要适当邀请环境功能材料专业老师、研究人员和学院相关领导参加。例如，利用业余时间，让兴趣小组的学生针对当前某种典型的水或大气污染，基于某种环境功能材料设计实验方案来治理或解决这种污染，对所选择的环境功能材料进行适当的改性或结构优化，并研究材料的微观结构和物理化学性质，最后将所得到的改性材料尽可能做到一个简单的小产品中，实现更高的污染物去除能力。如果效果理想的话，可以让他们参加校级或市级的大学生创新项目比赛，或将最终的成果写成。实践证明，这些有针对性的、趣味性的小项目研究和实验，不仅提高了兴趣小组学生的独立处理问题的能力，也带动了其他学生的学习热情，加深了所学的理论知识印象，起到事半功倍的学习效果。
四、合理利用多媒体提高课堂教学效果
环境功能材料课程中，有些章节比如多孔材料的内部结构，一些微观概念和理论相对比较晦涩难懂，某些微观过程也很难理解。因此，我们需要适时地引入多媒体教案。例如，分子筛的结构和种类，微观结构相对比较抽象，学生仅凭想象很难判断。多媒体课件能以立体图来表现，使其“具现化”，这对学生来说就容易理解多了；再如，讲到离子交换树脂交换原理的时候，由于内容抽象，老师在讲解时很难解释清楚，为了清晰地阐明这一问题，我们可以采用多媒体动画的表现形式，以两个钠离子交换一个镁离子软化水质为例来展示交换过程。课件具体设计时，首先显示出离子树脂上的钠离子，当含有镁离子的流体通过时，两个钠离子就会与一个镁离子交换，随后钠离子随流体流出。这样直观的画面展示形式，在一定程度上突破了时间和空间的限制，使学生有身临其境的感觉，不仅扩大了宏观视野，同时也强化了直观效果。
五、建立合理科学的考评体系
新教育观念下，理论联系实际地探索具有科学性、严谨性、实用性的考评体系是一大重点。其实，考试只是检验学习效果的一种手段，并不是学生学习、老师教学、乃至学校和社会培养相关专业人才最终目的。“环境功能材料”作为环境工程专业的一门新兴学科，具有更新快的特点。这门课的主要目的是培养学生的创新思想和分析解决问题的能力，因此，用闭卷考试的传统评价形式很难合理科学地评价学生对“环境功能材料”这一课程的掌握程度。闭卷考试很容易使学生形成为考试过关而死记硬背的应试学习心态，为了能更好地避免这一消极现象，更科学合理地评价学生的整个课程学习过程的表现、学科知识掌握情况和应用能力，本课程需要将考核方式进行细化，注重考察学生的综合能力。课程考核的方式要加强多样性和实用性。例如，一些基础性的知识点可以利用较短的课堂时间通过随堂测验的考核方式来测验，并及时给出相应的评价结果；为了加强学生运用理论知识解决实际问题的能力，学期伊始即可布置开放性的研究型论文，这也将成为期末成绩考评的一个重要组成部分；根据实际情况也可在期末以个人或小组的形式，将“学术报告会”也作为考评的一部分内容，既锻炼学生能力，也可节约老师的评阅时间，教师结合学生的讲演给课程论文评分。通过这种方式，学生们以小组形式自主设计实验过程，与授课教师讨论并提出可行的研究方案。合理科学的考核方式能够有效提高学生的学习效率，同时锻炼其解决实际问题的能力。
六、小结
环境功能材料是一门与生活息息相关，多学科交叉、综合发展的新学科。本文作者结合这几年对本课程的教学在教学方法和手段上浅谈几点体会和看法。笔者坚信，通过广大专业教师的不懈坚持和共同努力，不断总结经验、与时俱进，今后环境专业中“环境功能材料”课程的教学手段将更加丰富多彩，教学评价也更能反映学生实际情况，教学效果也必将更上一层楼。
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Some Opinions and Experience on Teaching of "Environmental Function Materials" Course
WANG Yan-gang
（School of Environment and Architecture，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）
关键词：课程项目；功能材料；工程教育模式
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2011）35－0090－02
一、引言
我国传统的通识教育过于强调基础科学理论，弱化专业内容和工程实践，企业普遍反映毕业生缺乏创新精神和创新能力。而西方国家针对这一问题开展了大量的研究实践，成果丰富，其中尤以工程教育模式更为突出。它是以工程项目为载体，以从科研到运行为生命周期，让学生主动参与实践，以课程之间有机联系的方式学习工程。“做中学”是工程教育改革的战略之一，中国教育部于2008年开始组织课题组进行试点。
《功能材料》是一门既有一定的理论基础知识，又与实际应用密切相关的多学科交叉的课程。以教师讲解为主的传统教学方式无法充分调动学生的参与积极性，解决实际问题的能力得不到体现。本文就是根据这一实际需要，适应北京石油化工学院（以下简称“我院”）素质教育，满足培养综合性、创新性、应用型人才的要求，就工程教育模式下《功能材料》课程在教学方法、教学手段等方面的教学实践进行探究。
二、工程教育模式应用到《功能材料》课程的依据
将工程教育模式应用到《功能材料》课程，符合高等院校工程教育培养的目标要求。工程教育模式突破了传统教学模式，通过选取项目创设情景，协作学生学习开展教学，通过完成项目达到意义建构，通过解决问题实现学生对知识的掌握，充分体现我院以研究型和应用型人培养为目标的教育特点。
功能材料作为能源、计算机、通讯、电子等现代科学技术研究的基础，近年来已成为材料科学领域中的研究热点之一。种类繁多、功能各异的新型功能材料正在众多不同领域对科技的进步、社会的发展产生了越来越大的影响。目前根据我院2009版新大纲要求，《功能材料》课程涉及面广、头绪多、内容繁杂、系统性不强，而且课程的理论教学时数相对较少。如果还像以前一样照本宣科，在课堂上根本不能吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，教学效果不理想。而且，事实也证明，按照传统方式培养出来的毕业生在今后的工作中的应用能力也比较差，不能达到用人单位对人才的要求标准。
三、工程教育模式应用于《功能材料》教学的实践
以真实项目为载体开展项目式教学，能使学生亲身经历产品构思、设计、实现、运作的项目开发生命周期，在与课程紧密联系的项目实践中积极主动地学习专业知识，提高学生对理论知识的应用能力和实践动手能力，增强学生的成就感，充分挖掘学生的创造潜能。
1.构思
根据课程教学内容选取研究项目。课程研究项目是《功能材料》课程学习的一个重要组成部分。通过实施课程研究项目，学生可以深入掌握课程的理论知识体系，提高综合应用已有知识解决问题的能力，更好地培养材料科学与工程专业学生的专业技术能力和综合素质。
2.课程研究项目设计
为了实现项目教学目标，我院设计了《功能材料》课程研究项目指导书，主要内容包括：①项目的题目；②项目组成员；③项目的研究背景及意义；④项目拟开展的主要研究内容；⑤拟采用的主要研究方法或研究工具等；⑥项目主要的日程安排或时间节点；⑦主要参考文献。让学生在完成研究项目指导计划书的过程中掌握项目所包含的理论知识，真正实现“做中学”。
3.任务实现
教师经过简单的理论介绍和导入之后，带领学生实施项目，鼓励学生自己选取感兴趣的项目。把学生分成小组（每组最多3个学生），每一小组选出一个组长，全面负责该组的任务。所有环节任务的实现都靠小组成员的共同努力。
研究项目选取的难易程度，研究内容的多少，都会影响到每组的最终成绩。每个小组要在项目报告中标明每个人在总体工作中的贡献和工作比例，或者每个人负责的内容。
4.成果展示
所有的项目都要按照规定的时间对教师和全体学生进行演示汇报。演示汇报的主要目的是让教师和其他学生了解各组的工作和研究成果。小组的学生都要在台前汇报，汇报前由教师指定主汇报人。每个项目演示汇报时间不超过10分钟，另外有5分钟的提问时间。每个组必须严格控制演示时间，超过时间1分钟以上要扣分。
不同项目的设定有利于满足不同层次学习者的学习需求，便于开展个性化、差异化教学。通过个体和合作的形式进行项目学习和实训，学生不仅能培养自主学习的能力，而且能培养合作、沟通和组织能力。项目完成后的及时反馈，又有利于学生间经验的分享。该模式构建出一个开放性、研究性的学习环境，充分体现了以学生为中心、以学生的全面发展为中心的教育思想。
四、在工程教育模式下教师的角色
将工程教育模式应用到“功能材料”课程，有利于教师教学科研水平的提高。要将工程教育模式应用到课程教学，教师必须结合院校教学实际，以及本校学生的知识层次、结构能力，合理制定教学大纲，优选教学内容，加强教材建设，不断改进教学方法、教学手段，理论结合实践，设计工程项目，体现以能力培养为主的原则。这个过程本身就是一个学习知识、提高理论层次和教学水平的过程，也是工程教育的具体体现。这个过程有利于进行多种资源的有效整合，不仅要求教师具有良好的专业设计经验和教学组织能力，而且利于发挥学生的主体地位和教师的主导地位，培养学生的综合应用能力，能极大地提高教师的业务能力和教学科研水平。
五、结语
《功能材料》课程结合工程教育理念的教学模式，加强学生对课程内容本质性理解，促使学生结合课程主动考虑并构思满足要求的设计，设计的任务紧扣《功能材料》课程的核心内容，并具有丰富的题材和多样的结果。注重培养学生的自学能力、团队协作能力以及系统调控能力。使学生养成主动查找书籍资料的良好习惯，让学生学会关注科技发展，极大地提高学生的系统调控能力。
参考文献：
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