关键词：聚四氟乙烯防腐涂层采油工程
聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene)缩写为为PTFE，我国简称氟纶，也有称含氟纤维，美国和日本的商品名为特氟纶（Teflon）。1938年,美国新泽西州杜邦研究实验室的R.S.Plunkett博士首先发明了聚四氟乙烯[1]，1946年实现商品化，1954年开始投入工业化生产。PTFE为四氟乙烯(TFE)单体的高结晶聚合物,一种通过氟原子取代聚乙烯中氢原子、由人工合成的高分子材料，白色,无毒,无味。其聚合物分子是由一(一CF2一CF2一)一结构单元重复连接而成,是目前各行业中应用最新型的工程塑料。由于其优良的物理、化学性质，具有耐腐蚀性，耐气候性，电绝缘性，高、低摩擦性和不粘性等，被美誉为“塑料王”，“永不沾污的涂层”，并得到不断发展。
目前，聚四氟乙烯已在国防、航天、航海、化工、机械、石油、纺织、食品、医疗、电器、环保等领域广泛应用，在油田开发中的应用也日益广泛，前景看好。
一、聚四氟乙烯的物理、化学性质
PTFE是一种高度对称和不带有极性、不含有任何支链的线型高分子化合物，从而形成优异的物理、化学特性。
1.物理特性
PTFE是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料，由于它特殊的分子结构，从而形成了优异的物理、化学特性。PTFE一般结晶度为90~95%，熔融温度为327~342℃。聚四氟乙烯分子中CF2单元按锯齿形状排列，由于氟原子半径较氢稍大，所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面，因此具有优良的力学特性：PTFE由于摩擦因数小，是现有合成材料中最小的，而且可在较大的温度和荷重范围内保持不变；PTFE其表面张力极小，可避免表面张力在0.02N/m以上的液体所润湿，因此具有不粘附任何物质的属性。聚四氟乙烯是最难燃的有机物，在空气中不燃烧，其极限氧指数高达95%，具有优异的电性能，是理想的C级绝缘材料。
2.化学性质
PTFE具有耐化学俯视、耐候性。PTFE除熔融的碱金属外，几乎不受任何化学试剂腐蚀。经试验PTFE在浓硫酸、硝酸、盐酸、王水中，其重量、性能均无变化，也几乎不溶于所有的溶剂，只在300℃以上稍溶于全烷烃。PTFE不吸潮，不燃，对氧、紫外线均极稳定，所以具有优异的耐候性[2]。
二、聚四氟乙烯在采油工程上的应用
随着油田逐渐进入了高含水期，采油工程技术逐渐步入三次采油阶段，聚合物，三原溶液等高粘附性，强腐蚀性溶液在采油工程中应用后，对井下工具的要求有了进一步的提高。改性聚四氟乙烯对酸碱腐蚀介质具有良好的化学稳定性，可取代金属、陶瓷用于防腐工程，特别适合用于高温、强烈腐蚀的场合，在井下工具的关键防腐部位起着至关重要的作用。此外，聚四氟乙烯是目前表面能最小的一种固体材料，表面张力仅0.019N/m，几乎所有的固体材料都不能粘附在其表面，只有表面张力在0.02N/m以下的液体才能完全浸润其表面。可以有效缓解井下工具在注入聚合物、三元溶液等高粘附性的液体后，工具管壁结垢，易堵塞的问题。
下图为对井下工具进行解剖(井下工作时间8个月)，涂层表面无腐蚀、结垢现象发生。
“聚合物驱全过程一体化分注工艺”技术为了满足在聚合物、三元溶液中长期工作的要求，在井下工具的关键易结垢部位喷涂了PTFE防腐蚀涂层，可延长工具使用寿命3倍以上，解决了由于井下工具腐蚀严重而不得不进行重新作业的问题。使井下工具在聚合物、三元溶液中长期工作成为可能，从而促进了三次采油技术的大规模推广。
随着科技进步，传统耐蚀非金属材料制防腐蚀设备发展日益完善，新型耐蚀非金属材料制品不断涌现。聚四氟乙烯防腐蚀产品在采用新技术、新材料开发防腐蚀新产品的浪潮中一枝独秀迅速发展。聚四氟乙烯所具有的高度化学稳定性，使其能耐几乎所有的常用强腐蚀、强氧化性化学物质，同时还具有耐高温的特点，所以他是一种理想的防腐蚀材料，通过加工成型工艺的研究，聚四氟乙烯产品在采油工程中的应用越来越广泛了[3]。
三、聚四氟乙烯在采油工程其他方面的应用
1.密封件
由于聚四氟乙烯良好的耐热性和耐化学品性,它可以作为优异的密封材料使用。但考虑到PTFE的冷流性在密封件上的缺点，需提高其耐压能力只有从密封件结构的设计来考虑弥补。
PTFE生料带具备强度高、纤维长的特点,又由于其塑性较大、压延性较好,经试验用在凹凸不平或结构精密的表面更显其高效,试验中只需要施加较小的压紧力就可完全密封,具有很好的密封性能并且可提高抗腐蚀能力。滑动部件的密封使用PTFE填料,具有一定压缩性回弹性、滑动时阻力小,而且它可以获得良好的耐腐蚀稳定性。填充PTFE密封材料使用温度范围广泛,是目前传统石棉垫片材料的主要替代物,更兼有高模量、高强度、抗蠕变、耐疲劳、以及导热率高、热膨胀系数和摩擦系数小等性能,加入不同的填充料更可扩大应用范围。
2.摩擦零件
PTFE下摩擦件多常用于机械工程上,包括活塞环、轴承(包括多孔铜浸渍塑料金属轴承)及齿轮等。以活塞环为例,它是动力机械中一个重要零件,关系到动力机械的性能,其工作环境十分苛刻。为此,一般采用填充PTFE制作，不但不需要油,还具有较强的密封作用。与此同时,PTFE可用于环境十分苛刻的印染、造纸、轻纺和食品等工业的运动传递和动力传递元件使用的齿轮与轴承。因它具有耐腐蚀、振动小、噪声低、不污染、质量轻、自性好等多项优点,因此受到广泛应用[4]。
四、结语
近几年国外对聚四氟乙烯的应用研究，已使其成为一种十分成熟的材料，我国虽已有一定发展，但在其加工成型工艺和改性研究反面与国外还有较大差距。聚四氟乙烯在多方面具有优异的性能，是其它材料不可比拟的，应用领域十分广阔。
随着聚四氟乙烯应用技术的不断发展，已将其性能提高到一个新的层次，使采油工程领域内曾经许多无法实现的设想成为可能。聚四氟乙烯经过填充改良后，不但可保持其原有的特性外，还可以降低冷流性及线胀系数，改善尺寸稳定性，提高耐磨性和导热性，且综合力学性能得到改善，因而可广泛应用于采油工程的各个领域，用来制备密封件、摩擦零件、防腐部件以及电绝缘件等等，具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]钱知勉.塑料性能应用手册.修订版.上海:科学技术文献出版社,1988,285.
[2]刘荣清聚四氟乙烯在纺织器材上的应用棉纺手册
关键词：机械工程材料高分子材料教学改革
Reformandpracticeonteachingofpolymermaterialsinmechanicalengineeringmaterialscourse
DongXufeng，QiMin，WangWeiqiang
Dalianuniversityoftechnology，Dalian，116024，China
Abstract：Inmostuniversities，metalmaterialistherouteofmechanicalengineeringmaterialscourse.Polymermaterialshavebeenanewtypeofengineeringmaterialsintherecent50years.Therefore，itisnecessarytoincreasetheproportionofpolymermaterialsandmakecorrespondingreformintheteachingofmechanicalengineeringmaterials.Inthispaper，thereformandpracticeexperienceonmechanicalengineeringmaterialsinDalianuniversityoftechnologyisintroduced.Reformsweremadeincontent，aim，process，methodandreferencebooks.Thepracticeresultsindicatedgoodteachingeffectwasobtained.
Keywords：mechanicalengineeringmaterials；polymermaterials；teachingreform
机械工程材料课程是面向非材料专业学生开设的介绍材料科学与工程基础内容的课程，涉及专业包括机械、化工、船舶、汽车、航空航天等。目前大多数机械工程材料课程的讲授以金属材料为主线，内容涵盖金属材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系等[1，2]。教学目的是让非材料专业学生了解常用金属材料的性能、应用范围和加工工艺，初步掌握金属材料的选用原则与方法，同时能够对实际工程中与材料相关的基本问题进行正确分析和处理。
1高分子材料教学改革原则
20世纪中期以来，大批新型高分子材料的合成拓展了人类使用材料的范围。与金属材料相比，高分子材料具有密度小、比强度高、原料丰富、成型简单、成本低、耐腐蚀等优点。近年来一些性能优异的高分子材料在诸多领域呈现取代传统钢、铁等金属材料的趋势，成为机械工程材料中不可忽视的一部分[3]。因此，在机械工程材料课程的教学过程中，须摒弃完全以金属材料为主体的授课方法，适当增加高分子材料等新型工程材料的比重。因此，我校在2013年对机械工程材料32学时课程的教学计划进行了调整，将高分子材料部分由之前的2学时增加到4学时，并确定了以下改革原则：
1.1授课内容强调基础性
高分子材料与机械类学生通常接触到的金属材料在结构、性能、制备工艺等方面有很大的区别。向机械类学生讲授高分子材料，主要目的是让他们对高分子材料有最基本的了解。在短短4学时内，不可能也没必要将高分子材料相关的全部内容压缩讲授。这就决定了机械工程材料课程中高分子材料部分必须侧重于基础性知识，对于理论性、专业性太强的知识点必须舍弃。基础性内容应当包括高分子材料的基本概念、分类、结构特点及常用工程高分子材料（工程塑料、工程橡胶及工程纤维）的基本力学性能[4-6]。
1.2授课目标偏向工程性
高分子材料不仅可作为结构材料使用，也可以作为功能材料使用。对于非材料类专业的学生，特别是机械类专业的学生，更关心材料的力学性能和应用范围。因此，在课程内容的安排上，应以与机械工程有关的机械性能为主，给出常用工程高分子材料的基本力学性能指标及适用领域。
1.3授课过程重视学生的先修知识
大多数高校的机械工程材料课程以金属材料为主线，在学习高分子材料之前，学生对金属材料已经有基本了解。高分子材料与金属材料之间存在较大差异，例如：高分子材料的聚集态结构以非晶结构为主，而金属材料则以晶体结构为主；许多高分子材料，特别是橡胶类的高分子材料具有金属材料所不具备的优良弹性等。学生先修知识的习惯思维在他们学习高分子材料时可能会引起冲突，因此在授课时必须对金属材料与高分子材料的差异予以考虑。采用与金属材料对比的方法学习高分子材料，有利于帮助学生澄清概念，更好地掌握高分子材料的知识。
1.4教学方式应具有高效性
高分子材料课程涉及的概念繁多，容易混淆，对于机械类学生而言比较抽象，难以理解。在短短的4学时内，要想让学生尽可能多的掌握高分子材料的相关基本概念，必须摒弃照本宣科或一味讲授的教学方式。通过高效的教学方式，充分调动学生的积极性、主动性，引导学生思考，方能达到理想的教学效果。
1.5提供扩展知识的参考书
由于高分子材料的性能、结构、制备工艺以及表征与金属材料和陶瓷材料完全不同，而且目前在机械工程材料中高分子材料部分比例很少。为解决这一矛盾，在章节后面列出了比较系统的高分子材料性能、内容、结构、制备工艺以及表征方面的书籍，以供学生参考[7，8]。
2高分子材料教学改革
根据以上原则，我们在2013年度的授课过程中对高分子材料的讲授进行了调整，具体如下：
（1）授课内容及学时安排：高分子材料的基本概念（高分子、单体、链节，0.5学时），高分子材料的分类方法（按用途分类，按热行为分类，按反应类型分类，按主链结构分类，0.5学时），高分子材料基本结构（简单介绍近程结构、远程结构、聚集态结构的概念，0.5学时）及物理状态（玻璃态、高弹态和粘流态，0.5学时），典型工程塑料的力学性能和应用（1学时），典型合成橡胶的力学性能和应用（1学时）。
（2）重点讲授常用工程高分子材料（工程塑料、工程橡胶及工程纤维）的基本力学性能及典型工程高分子材料的适用领域。
（3）授课过程中通过列表等方式将高分子材料的相关内容与金属材料进行对比，一方面避免概念混淆，另一方面突出高分子材料与金属材料的不同之处。
（4）采用启发式教学模式，通过设问、模拟实验、举例、探究等方法引导学生思考；在多媒体课件中，采用丰富的图片、动画激发学生学习的积极性和主动性。
3结束语
通过机械工程材料课程中高分子材料的教学方案改革，学生对这种新型工程材料有了基本且更为全面的了解，他们深刻认识到，高分子材料是机械工程材料领域中不可忽视的分支。
参考文献
[1]文九巴.机械工程材料[M].北京：机械工业出版社，2009.
[2]于永泗，齐民.机械工程材料[M].大连：大连理工大学出版社，2012.
[3]张留成.高分子材料基础[M].北京：化学工业出版社，2011.
[4]高建纲，宋庆平，丁玉洁，吴之传.工科非本专业《高分子化学》课程的教学探讨[J].高分子通报，2009（5）：63-66.
[5]韩顺玉，柳海兰.非高分子专业《高分子化学》课程教学实践与探讨[J].中国科教创新导刊，2010（35）：93.
[6]詹茂盛，何利军.“高分子材料课程信息化师生互动教学方法”研究与实践[J].化工高等教育，2004（3）：69-71.
审题立意是作文的关键，“意”犹如一军之帅，是灵魂，立意决定着文章的质量。近几年高考对新材料作文的要求逐步提高，在原来的“多角度立意”要求的基础上，又增加了“主要看选择角度”，凸显了材料角度选择的层级性，突出了材料角度选择在审题中的重要性。
然而，长期以来，教学大纲和教材对作文教学的要求偏理想化，不切学生实际，缺少序列的课时安排。另一方面，学生深受前几年文化性散文的影响，文体意识淡薄，在材料作文的审题立意上遇到了“拦路虎”。面对作文题中的材料，有的学生茫然不知所措，找不到切入点；有的学生思维单一，未能多角度思考问题，评价是非的能力较低，甚至于“以谬为正”，产生错误的观点；有的学生脱离材料，凭空臆想，离题偏题时有发生，材料作文普遍存在“高耗低效”现象。
鉴于此，优化材料作文审题立意作业设计显得尤为重要。所谓“优化作业设计”，就是要认真研究学生作业规律，摒弃“题海战术”，通过严格控制作业数量、提高作业质量的方法，来实现既减轻学生过重课业负担又提高教学质量的目的。笔者的材料作文审题立意序列作业设计，以建构主义的理论为指导，力争做到“五遵循、五注重”，使之达到设计的最优化。
一、遵循针对性原则，注重有的放矢
在选用作文题的材料时，从教学目的要求出发，突出教学重难点，针对学生的知识结构、思维水平等特点，从学生的实际和命题内容两方面去考虑，从而精心设计出有针对性的材料作文审题立意作业。从优化角度入手，把作文题中的材料划分为独立型与关系型两大类。独立型材料以叙事类（社会现象）、寓言故事对话类、名言警句、诗歌、漫画这几类为主；关系型材料分为并列关系、对立统一等关系材料。将每一类别的材料设计为课堂审题训练与同类拓展作业。课堂上让学生对材料进行讨论交流，产生思维的碰撞。老师则及时了解学生对材料解读的情况，给以必要的指导。特别是针对学生思维存在的问题，及时予以引导和纠偏，帮助学生少走弯路，使设计的作业最大限度地发挥它的作用，收到最好的效果。如：独立型叙事类材料审题立意作业
【材料】“有个四五岁男孩，平时总爱反着穿袜子，父亲有时帮他把袜子好好地穿上，他还要自己脱下来，再翻个面穿上去。有一次父亲生气地问他：“你为什么总要反着穿呢？线头露在外面，多难看！”没想到他竟理直气壮地说：“袜子是我在穿，不是穿给别人看的，线头在里面，会使我的脚不舒服，我当然要把袜子翻过来！”
选用以上材料为课堂审题训练，让学生讨论交流。学生只是从男孩的角度想到“坚持自我（适合自己）”，虽符合题意，但并没有整体把握材料，未能多角度审题立意，思维较单一。从材料的整体含义来看，应是“他人和外界的看法是不可忽视的”，这样材料的思维辨证才能体现出来。父亲的话在材料中所起的作用辅助了这一思辨性的成立。最佳立意应为：人既要保有本真，尊重自我，又要努力适应社会规范。
针对学生思维的欠缺，设计同类拓展作业，使学生学会整体把握材料。
【材料】(2012·新课标全国卷)阅读下面的文字，根据要求立意。
船主请一位修船工给自己的小船刷油漆。修船工刷漆的时候，发现船底有个小洞，就顺手给补了。
过了些日子，船主来到他家里道谢，送上一个大红包。
修船工感到奇怪，说：“您已经给过工钱了。”
船主说：“对，那是刷油漆的钱，这是补洞的报酬。”
修船工说：“哦，那只是顺手做的一件小事……”
船主感激地说：“当得知孩子们划船去海上之后，我才想起船底有洞这事儿，绝望极了，觉得他们肯定回不来了。等到他们平安归来，我才明白是您救了他们。”
要求全面理解材料，但可以选择一个侧面、一个角度确定立意。
学生可以对材料进行多角度立意：
从漆工的角度，可以谈责任心、良知、善良、与人为善、敬业等。
从船主的角度，可以谈要懂得感恩，要建立健全对好人好事、见义勇为者进行保护、奖励、表彰等机制，形成良好的社会氛围和舆论导向，让好人不吃亏，让好人有好报，让好人有尊严。
在全面理解材料的基础上，学生会发现，材料要告诉我们的不仅仅是这些，而是不管从船工还是船主都要有“防患意识”，较好地从整体上把握材料。
二、遵循渐进性原则，注重由浅入深
优化材料作文审题立意作业设计，应根据学生的认知活动规律，遵循从具体到抽象，再到具体的顺序，螺旋式上升。如：
设计独立型材料审题立意作业，可以由简单的叙事类——寓言、故事、对话类——社会现象类——比喻类——诗歌类——漫画类材料。
设计并列型材料审题立意作业，可以由性质相近材料和性质相反的两类材料构成。
审题立意思维训练由简单到复杂，逐步提高。面对独立型材料，学生先有对材料具体的感知，在此基础上，学会关注材料中的对象（单个或多个）、关键句子（议论语句）、材料的感情倾向，或多角度思考，或抓关键词句，或由果溯因，灵活变换思维方式。面对并列型材料，或学会取其共同点，挖掘角色表面做法背后的思想根源，联系现实，确定立意；或弄清两者不同点，锁定自己立意的方向，分析“正方”行为现象背后的思想根源。
用来作为审题立意训练的每一则材料有各自的特点，又相互关联。学生从这些审题立意训练中，逐步归纳出相应的方法。如此优化作业，凸显了由浅入深、由简单到复杂、由常式到变式的特点，不断的经过由材料阅读到思维的训练，激活学生阅读材料的视觉与心智，激活学生思维。这样的作业设计，较容易实现由单一到辩证的思维培养。
三、遵循适量性原则，注重减负增效
学生的精力是有限的。美国哈里斯?库伯曾做关于作业最适宜量问题的研究，他依据9项关于学生的作业时间量与其成绩的相关研究，画出一张成绩水平与时间效率的关系图。对于初、高中生，家庭作业多了，成绩也会随之不断提高，直至一晚上要花费1-2小时的时间做作业。超过这一限度的作业量，不可能会有更大的进步。因为他们正处于个性发展的特殊时期，这一阶段学生极易产生反叛和对抗心理，他们不喜欢受到过多的束缚，过大的作业负担就易触发这种对抗心理，造成对学习的倦怠甚至厌恶。
所以，优化材料作文审题立意作业的设计，既要做到减轻学生负担，又要提高作业效率。每一类型的材料审题立意训练，先让学生在规定的时间里完成“例题导引”，课堂上的训练让学生用10-15分钟形成书面，老师当堂检查、巡导、讲评，再让学生把出现的问题呈现出来并找出相应的解决方法。课后作业就是“同类拓展”，在进一步的训练中修正错误，填补空白，迁移能力。学生在这样的训练中，逐步提高审题能力，并获得了成功的体验。这样适量的训练，既节省时间，减轻学生的负担，又提高了效率。
四、遵循层次性原则，注重因人而异
多元智能理论认为人的智能是多样化的，每个人都可能在一至多个领域存在着优势，在承认学生智能差异的前提下，发现并发展学生的优势智能领域。“因人而异，因材施教”是教师教学千古不变的定律，优化作业的设计同样需要遵循这一定律。由于学生个体之间存在或多或少的知识基础、学习态度、学习方法和智力的差异，思维能力会有不同。因此作业设计不能“整齐划一”，不能搞“一刀切”。
优化材料作文审题立意作业的设计，区别对待不同层次特点的学生：好的学生要求尽量全面多角度分析，并且能整体把握材料；较好的学生要求在审题方面能选择一至两个角度分析，尽量能整体把握材料；一般或较差的学生则要求能从一个角度审题立意即可。这样分层要求，使不同层次的学生在心理上均产生了心理优势，使学生增强自信，最大程度地激发了他们的学习兴趣和潜能，让每一个层面的学生在练习中都能获得与之相应的成功体验。同时，也让后进的同学，看到别人能做到，就想自己为什么做不到，在一定程度上也激励了他们积极进取的上进心。
五、遵循可操作原则，注重学而后思
让学生动笔实践、自主探索与合作交流，成为有效作业学习活动的主要形式。为此，在优化材料作文审题立意作业的设计时，应遵循易操作性原则，注重学而后思。首先要考虑学生的认知水平，行为能力，切忌太难、太深，否则学生就失去作业的信心和兴趣；其次，作业设计要考虑现实社会条件，最好根据学生日常生活和周边情景去设计，选用学生熟悉的材料，这样既可引发学生对作业的兴趣，又能提高学生的认识，并获得审题立意的经验；再次，注重学生的实践，这样，很多问题可以通过学生自己动手操作而得到解决。为了帮助学生逐步把握材料作文审题立意的要领，笔者在作业的设计中作了些必要的提示。如：
（一）读材料，巧立意：
从()解读，这样要以立意：
从()解读，这样要以立意：
从()解读，这样要以立意：
整体把握材料，可以这样立意：
（二）方法归纳
练后反思，收获了什么：
需要调整什么：
很多学生在动笔实践中，出现会不同程度的错误，反映出学生对相关问题一知半解。此时，应该让学生多思考，多表达，逐步形成正确的观点。学生也只有通过思考才能把模仿性练习中学到的方法，运用到变式和新型的材料作文审题立意中。因此，在设计材料作文审题立意作业时，要善于总结经验，针对学生常常出错的思维欠缺点进行同类比性练习，变换不同形式进行练习，从而提高学生审题立意的能力。
材料作文审题立意作业设计是作文教学活动的有机组成部分，不应搞题海战术，应该优化作业，做到少而精，这样才能实现减负而增效。经过几个轮回的训练，笔者的优化材料作文审题立意作业，已使学生由凭感觉的立意，转变成或由材料涉及的对象入手，或由抓关键句入手，或求同或求异，或由果溯因，学会了阅读分析材料准确立意的方法，偏题离题的现象消除了，学生更努力地追求最佳立意。
随着塑料工业的快速发展，塑料产品已经广泛应用到人们的生活当中，给人类带来了许多的便利，与此同时，由于人们对其大量需求致使废弃物中的塑料越来越多，这对生态环境造成了严重的污染。因而，现在许多科学家都在寻找新的环境友好型材料。其中生物可降解高分子材料就属于环境友好型材料，这其中最受人们关注的就是聚乳酸（PLA），具有良好的生物降解性，在微生物作用下分解为二氧化碳和水，对环境不会造成危害。人们之所以选择聚乳酸作为环境友好型材料来研究，是因为聚乳酸具有强度高，透明性好，生物相容性好等优点，可以应用于很多领域，包括医用、包装、纺织等。但是由于其结晶性能差，脆性大等缺点，使其在某些性能方面存在严重的不足，这就严重限制了聚乳酸的应用[1]。为了使聚乳酸能够更好的应用到各个领域，研究者们对其进行表面改性，使其性能得到改善，能够得到更好的应用。
1.生物可降解高分子材料
生物可降解高分子材料是环境友好型材料中最重要的一类。它是指在一定条件下，一定的时间内，能被细菌、真菌、霉菌、藻类等微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的一类高分子材料。由于其具有无毒、生物降解及良好的生物相容性等优点，生物降解高分子被广泛应用于医药、一次性用品、农业、包装卫生等领域。按照来源的不同，可将其分为天然可降解高分子和人工合成可降解高分子两大类。
天然可降解高分子：有淀粉、纤维素、蛋白质等，这类高分子可以自然生长，并且降解后的产物没有毒性，但是这类高分子大多不具备热塑性，加工起来困难，因此不常单独使用，只能与其它高分子材料掺混使用。
人工合成可降解高分子：有聚乳酸、聚己内酯、聚乙烯醇、聚己二酸乙二酯等。这类聚酯的主链大多为脂肪族结构单元，通过酯键相连接，主链比较柔软，容易被自然界中微生物分解。与天然可降解高分子材料相比较，人工合成可降解高分子材料可以在合成时通过控制温度等条件得到不同结构的产物，从而对材料物理性能进行调控，并且还可以通过化学或物理的方法进行改性[2]。
在以上众多的天然可降解高分子材料和人工合成可降解高分子材料中，天然可降解高分子材料加工困难，成本高，不被人们选中，因此，人们把目光集中在了人工合成可降解高分子材料中，这其中聚乳酸具有其良好的生物相容性、生物可降解性、优异的力学强度和刚性等性能，在诸多人工合成可降解高分子材料中脱颖而出，被人们所选中。
2.聚乳酸材料
在人工合成可降解高分子材料中，聚乳酸是近年来最受研究者们关注的一种。它是一种生物可降解的热塑性脂肪族聚酯，是一种无毒、无刺激性，具有良好生物相容性、强度高、可塑性加工成型的生物降解高分子材料。合成聚乳酸的原料可以通过发酵玉米等粮食作物获得，因此它的合成是一个低能耗的过程。废弃的聚乳酸可以自行降解成二氧化碳和水，而且降解产物经光合作用后可再形成淀粉等物质，可以再次成为合成聚乳酸的原料，从而实现碳循环[3]。因此，聚乳酸是一种完全具备可持续发展特性的高分子材料，在生物可降解高分子材料中占有重要地位。迄今为止，学者们对聚乳酸的合成、性质、改性等方面进行了深入的研究。
2.1聚乳酸的合成
聚乳酸以微生物发酵产物-乳酸为单体进行化学合成的，由于乳酸是手性分子，所以有两种立体结构。
聚乳酸的合成方法有两种；一种是通过乳酸直接缩合；另一种是先将乳酸单体脱水环化合成丙交酯，然后丙交酯开环聚合得到聚乳酸[4]。
2.1.1直接缩合[4]
直接合成法采用高效脱水剂和催化剂使乳酸低聚物分子间脱水缩合成聚乳酸，是直接合成过程，但是缩聚反应是可逆反应，很难保证反应正向进行，因此不易得到高分子量的聚乳酸。但是工艺简单，与开环聚合物相比具有成本优势。因此目前仍然有大量围绕直接合成法生产工艺的研究工作，而研究重点集中在高效催化剂的开发和催化工艺的优化上。目前通过直接聚合法已经可以制备具有较高分子量的聚乳酸，但与开环聚合相比，得到的聚乳酸分子量仍然偏低，而且分子量和分子量分布控制较难。
2.1.2丙交酯开环缩合[4]
丙交酯的开环聚合是迄今为止研究较多的一种聚乳酸合成方法。这种聚合方法很容易实现，并且制得的聚乳酸分子量很大。根据其所用的催化剂不同，有阳离子开环聚合、阴离子开环聚合和配位聚合三种形式。（1）阳离子开环聚合只有在少数极强或是碳鎓离子供体时才能够引发，并且阳离子开环聚合多为本体聚合体系，反应温度高，引发剂用量大，因此这种聚合方法吸引力不高；（2）阴离子开环聚合的引发剂主要为碱金属化合物。反应速度快，活性高，可以进行溶液和本体聚合。但是这种聚合很难制备高分子量的聚乳酸；（3）配位开环聚合是目前研究最深的，也是应用最广的。反应所用的催化剂主要为过渡金属的氧化物和有机物，其特点为单体转化率高，副反应少，易于制备高分子量的聚乳酸。但是开环聚合有一个缺点，所使用的催化剂有一定的毒性，所以目前寻找生物安全性高的催化剂成为配位开环聚合研究的重要方向。
2.2聚乳酸的性质
由于乳酸单体具有旋光性，因此合成的聚乳酸具有三种立体构型：左旋聚乳酸（PLLA）、右旋聚乳酸（PDLA）和消旋聚乳酸（PDLLA）。其中PLLA和PDLLA是目前最常用，也是最容易制备的。PLLA是半结晶型聚合物，具有良好的强度和刚性，但是其缺点是抗冲击性能差，易脆性断裂。而PDLLA是无定形的透明材料，力学性能较差[5]。
虽然聚乳酸具有良好的生物相容性和生物可降解性、优异的力学强度和阻隔性，但是聚乳酸作为材料使用时有明显的不足之处；韧性较差并且极易弯曲变形，结晶度高，降解周期难以控制，热稳定性差，受热易分解，价格昂贵等。这些缺点严重限制了聚乳酸的应用与发展[6]。因此，针对聚乳酸树脂原料进行改性成为聚乳酸材料在加工和应用之前必不可少的一道工序。
2.3聚乳酸的改性
针对聚乳酸的以上缺点，研究者们对其进行了增韧改性、增强改性和耐热改性，用以改善聚乳酸的韧性和抗弯曲变形能力，提高热稳定性，进一步增强聚乳酸材料。
2.3.1增韧改性
在常温下聚乳酸是一种硬而脆的材料，在用于对材料要求高的领域，需要对其进行增韧改性。增韧改性主要分为共混和共聚两种方法。但是由于共聚法在聚乳酸的聚合过程中工艺比较复杂，并且生产成本高，因此在实际工业生产中，主要用共混法来改善聚乳酸的韧性。共混法是将两种或两种以上的聚合物进行混合，通过聚合物各组分性能的复合达到改性目的[7]。为了拓展聚乳酸材料在工程领域的用途，研究者们常采用将聚乳酸与其它高聚物共混，这样一方面能够改善聚乳酸的力学性能和成型加工性能，另一方面也为获得新型的高性能高分子共混材料提供了有效途径。
增韧改性所用的共混法工艺比较简便，成本相应低一些，在实际工业生产中更加实用。不过受到聚乳酸本身的硬质和高模量限制，共混法改性目前主要方向为增韧、调控亲水性和降解能力。
2.3.2增强改性
聚乳酸本身为线型聚合物，分子链中长支链比较少，这就使聚乳酸材料的强度在一些场合满足不了使用的要求。因此要对其进行增强改性，使其强度达到要求。目前主要采用了玻璃纤维增强、天然纤维增强、纳米复合和填充增强等技术来对聚乳酸进行改性，用以提高聚乳酸材料的力学性能[7]。
目前，植物纤维和玻璃纤维对增强聚乳酸的力学性能效果相差不大，但是植物纤维价格低廉，并且对环境友好，因而成为对聚乳酸进行增强改性的常见材料。而填充增强引入了与聚合物基体性质完全不同的无机组分并且综合性能提升明显，因此受到广泛的关注。这其中，以纳米填充最有成效，填充后可以全面提升聚乳酸的热稳定性、力学强度、气体阻隔性、阻燃性等多种性能。此外，聚乳酸具有生物相容性和可降解的特性，因此用做人体骨骼移植、骨骼连接销钉等医学材料。
2.3.3耐热改性
耐热性差是生物降解高分子材料共有的缺点。聚乳酸的熔点比较低，因此它在高温高剪切作用下易发生热降解，导致分子链断裂，分子量降低，成型制品性能下降。因此需要对聚乳酸进行耐热改性，用以提高其加工性能，通常采用严格干燥、纯化和封端基等方式提高其热稳定性[8]。目前，添加抗氧剂是提高聚合物耐热性的常用方法，除了采用添加改性或与其它树脂共混改性来提高聚乳酸耐热性，还可以通过拉伸并热定型的方法提高聚乳酸的耐热性，与此同时，还可以改善其聚乳酸复合材料韧性和强度。在纺织、包装业等领域有很好的应用。
从上述几种改性结果来看，与聚乳酸相比，改性后的聚乳酸复合材料综合性能等方面都得到了全面的提升，在医学、纺织、包装业等领域都得到了很好的应用。因此，聚乳酸复合材料得到了人们的喜爱与关注，并逐渐将人们的生活与之紧紧联系在了一起。成为国内外研究者所要研究的重点对象。
3.聚乳酸复合材料及研究进展
3.1聚乳酸复合材料
经过改性剂改性过的聚乳酸复合材料是一种新型复合材料，它是以聚乳酸为基体，在其中加入改性剂混合用各种方式复合而成的。同时它具备与聚乳酸相同的无毒、无刺激性、良好的生物相容性等性质，但是在性能方面要都优于聚乳酸。聚乳酸复合材料在柔顺性、伸长率、力学、电、热稳定性等方面都表现出了优异的性能，目前已经将其应用与医学、农业、纺织、包装业和组织工程等[9]领域，应用非常广泛。
聚乳酸复合材料可以在微生物的作用下分解为二氧化碳和水，对环境不会造成任何的危害，加上其在各个方面都具有优异的性能，可以用于各个领域。因此成为了新一代的环境友好型材料被国内外的研究者们广泛关注。目前，就聚乳酸复合材料的研究，国内外研究者们都取得了一定的成果和进展。
3.2聚乳酸复合材料研究进展
由于聚乳酸作为生物相容，可降解环境友好材料，存在着结晶速度慢、结晶度低、脆性大等缺陷，将需要与具有优异导电、导热、力学性能，生物相容性等优点的填料复合进行填充改性[10]。这个方法成为目前国内外研究的重点。对于聚乳酸复合材料的研究以下是国内外研究者的研究进展。
盛春英[1]通过溶液共混法制备了聚乳酸/碳纳米管复合物，用红外光谱和DSC研究了复合材料的等温结晶和非等温结晶性能，重点研究了CNTs的种类、管径、管长、质量分数以及聚乳酸分子量对复合物结晶性能的影响，以及等温结晶对复合材料拉伸性能的影响。
范丽园[2]将左旋聚乳酸和纳米羟基磷灰石用含有亲水基团的JMXRJ改性剂，通过溶液共混法，加强两者亲水性能和结合能力。以碳纤维为增强体，制备出碳纤维增强改性PLLA基复合材料。并分析其化学结构、结晶行为、热性能以及等温结晶时晶球变化。
张东飞等[3]人介绍了碳纳米管制备的三种方法，即石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法，并阐述了碳纳米管导热基本机理，对碳纳米管应用于复合材料热传导性能进行了研究与展望。
赵媛媛[4]采用溶液超声法，选用多壁碳纳米管作为填充物，制备聚乳酸/碳纳米管复合材料，并对其进行改性研究。以碳纳米管化学修饰及百分含量的变化对其在PLLA基体中的分散性、形态、结晶行为、力学性能和水解行为的影响为主要研究对象。
张凯[5]通过对有效的碳纳米管分布对复合材料的导电性能进行研究。并重点从形态调控角度，调节碳纳米管在高分子基体中的有效分布，构建了高效的导电网络。并从晶体排斥、相态演变、隔离的角度，设计三种不同形态的导电聚乳酸/复合材料，降低了材料的导电逾渗值。
冯江涛[6]通过采用混酸处理、表面活性剂修饰和表面接枝三种方法对对碳纳米管表面进行修饰，利用溶剂蒸发法制备聚乳酸/碳纳米管复合材料，采用红外吸收光谱、拉曼光谱、偏光显微镜、透射电镜、扫描电镜、差示扫描量热分析仪对复合材料的表面形貌和结构进行了分析和总结。
李艳丽[7]通过混合强酸酸化与马来酸酐接枝相结合，对碳纳米管表面修饰，增强了碳纳米管与聚乳酸之间的界面相互作用，获得了碳纳米管分散均匀的聚乳酸/碳纳米管纳米复合材料。并且研究不同条件下碳纳米管对聚乳酸结晶行为的影响，发现碳纳米管对聚乳酸的结晶有明显的异相成核作用。
许孔力等[8]人通过溶液复合的方法制备聚乳酸/碳纳米管复合材料，并对其力学性能和电学性能进行了详细的研究，而且对复合材料的应用前景进行了展望。
李玉[9]通过将聚乳酸与具有优异导电、导热、力学性能、生物相容性的碳基纳米填料进行填充改性。考察了静电纺丝参数对聚乳酸纤维的形貌影响，并且考察了不同含量的碳纳米管对复合纤维形貌和结构的影响。此外，还对静电纺丝和溶液涂膜制备工艺对复合材料性能影响。
赵学文[10]通过将碳纳米粒子引入聚合物共混体系实现了复合材料的功能化与高性能化。并且他们提出一种基于反应性碳纳米粒子的热力学相容策略，有效的提高了不相容共混物的界面粘附力，增强了材料的力学性能，同时赋予了导电等功能。
MosabKaseem等[11]人通过热、机械、电气和流变性质对聚乳酸基质中碳纳米管的类型、纵横比、负载、分散状态和排列的依赖性。对不同性能的研究表明，碳纳米管添加剂可以提高聚乳酸复合材料的性能。
MainakMajumder等[12]人通过对聚乳酸/碳纳米管复合材料制备和表征方面的研究，
综述有关碳纳米管在聚乳酸基质中分散的有效参数。并且将聚乳酸与不同材料结合用来改变其性能。
WenjingZhang等[13]人通过溶液共混制备了一系列PLLA/碳纳米管复合材料。测试了形态，机械性能和电性能。通过研究发现随着碳纳米管含量达到其渗透阈值，PLLA/碳纳米管复合材料的体积电阻降低了十个数量级。通过光学显微镜图像显示了纳米复合材料的球晶形态，用差示扫描量热法（DSC）测量，其结果显示，随着碳纳米管含量的增加，冷结晶温度升高。
EricD等[14]人通过研究在半结晶聚合物碳纳米管复合材料中，碳纳米管被视为可以影响聚合物结晶的成核剂。但是，由于碳纳米管的复杂性。不同的手性，直径，表面官能团，使用的表面活性剂和样品制备过程可能会影响复合材料结晶。研究了半晶复合材料的结构，形态和相关应用。简要介绍聚合物中的结晶和线性成核。使用溶液结晶方法揭示了界面结构和形态。
Kandadai等[15]人通过拉曼光谱分析表明PLLA和碳纳米管之间的相互作用主要通过疏水的C-CH3官能团发生。复合材料的直流电导率随碳纳米管负载的增加而增加。导电的碳纳米管增强的生物相容性聚合物复合材料可以潜在地用作新一代植入物材料，从而刺激细胞生长和通过促进物理电信号传递来使组织再生。
从以上国内外研究者的研究进展中，可以看到，大部分的研究者都是通过溶液共混的方法制备聚乳酸复合材料，这种方法对于国内外的研究者们来说比较简便可靠。并且他们将制备好后的聚乳酸复合材料通过红外光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、差示扫描量热、拉曼光谱和偏光显微镜等手段进行其结构和性能的观察和分析，发现聚乳酸复合材料的性能在各个方面都有显著的提高，并且可以应用与各个领域，应用前景非常广阔。聚乳酸复合材料作为新一代性能全面的环境友好型材料，国内外的研究者们对聚乳酸复合材料的研究还在进行着，并且对于它的发展都有很高的期待。
4.本课题的研究思路及研究内容
4.1研究思路
聚乳酸作为可降解生物材料，同时又具有生物相容性，力学性能好等优点。碳纳米管则具有良好的生物相容性，功能性等优点。将两种材料复合可以进一步改善聚乳酸结晶性能、力学性能、赋予其导电性。
对于聚乳酸/碳纳米管复合材料的制备可以通过共混法、原位聚合及静电纺丝法来制备，目前通常采用溶剂挥发法制备聚乳酸/碳纳米管复合材料。通过拉曼光谱、电子能谱、扫描电子显微镜、示差扫描量热来测定其结合能、材料表面形貌以及结晶、熔融温度等方面进行观察分析。
摘要：文章阐述了一些制备ZnO纳米半导体材料的常用技术，如模板制备法、物理气相沉积、脉冲激光沉积、分子束外延、金属有机化合物气相沉积，并分析了各种方法的优缺点。关键词：ZnO；模板制备法;PVD;PLD;金属有机化合物气相沉积随着科学和商业的飞速发展，人们对纳米半导体材料有了更加深入的认识，对其在光学器件和电学器件方面的应用产生了浓厚的兴趣。最初人们在研究ZnSe和GaN等短波长纳米半导体材料方面取得了一定的进展，GaN制备蓝绿光LED的技术已经相当成熟。但是，由于ZnSe稳定性较差，一直使之无法商品化生产。在长期的对宽带半导体材料的科学研究中，人们发现ZnO半导体纳米材料具有更多的优点。ZnO是一种新型的宽禁带半导体氧化物材料，室温下能带宽度为3.37eV，略低于GaN的3.39eV，其激子束缚能（60meV）远大于GaN（25meV）的激子束缚能。由于纳米ZnO在紫外波段有较强的激子跃迁发光特性，所以在短波长光子学器件领域有较广的应用前景。此外，ZnO纳米半导体材料还可沉积在除Si以外的多种衬底上，如玻璃、Al2O3、GaAs等，并在0.4-2μm的波长范围内透明，对器件相关电路的单片集成有很大帮助，在光电集成器件中具有很大的潜力。本文阐述了近年来ZnO纳米半导体材料的制备技术，并对这些技术的优缺点进行了分析。ZnO是一种应用较广的半导体材料，在很多光学器件和电学器件中有很广泛的应用，由此也产生了多种纳米半导体器件的制备方法，主要有以下几种：1模板制备法模板制备法是一种用化学方法进行纳米材料制备的方法，被广泛地用来合成各种各样的纳米棒、纳米线、纳米管等。此种方法使分散的纳米粒子在已做好的纳米模板中成核和生长，因此，纳米模板的尺寸和形状决定了纳米产物的外部特征。科学家们已经利用孔径为40nm和20nm左右的多孔氧化铝模板得到了高度有序的ZnO纳米线。郑华均等人用电化学阳极氧化-化学溶蚀技术制备出了一种新型铝基纳米点阵模板，此模板由无数纳米凹点和凸点构成，并在此模板上沉积出ZnO纳米薄膜。此外，李长全、傅敏恭等人以十二烷基硫酸钠为模板制备出ZnO纳米管。该方法优点：较容易控制纳米产物的尺寸、形状。缺点：需要模板有较高的质量。2物理气相沉积（PVD）
物理气相沉积可以用来制备一维ZnO纳米线和二维ZnO纳米薄膜，原理是通过对含Zn材料进行溅射、蒸发或电离等过程，产生Zn粒子并与反应气体中的O反应，生成ZnO化合物，在衬底表面沉积。物理气象沉积技术已经演化出三种不同的方法，它们是真空蒸发法，真空溅射法和离子镀，离子镀是目前应用较广的。离子镀是人们在实践中获得的一种新技术，将真空蒸发法和溅射法结合起来，在高真空环境中加热材料使之汽化后通入氢气，在基体相对于材料间加负高压，产生辉光放电，通过电场作用使大量被电离的材料的正离子射向负高压的衬底，进行沉积。张琦锋、孙晖等人用气相沉积方法已经制备出了一维ZnO纳米半导体材料。优点：所得到的纳米产物纯度高，污染小；薄膜厚度易于控制；材料不受限制。但是这种方法对真空度要求较高。3脉冲激光沉积(PulsedLaserDeposition)脉冲激光沉积也称PLD，常用于纳米薄膜的制备。其工作原理就是用特定波长和功率的激光脉冲聚焦光束，溅射真空状态下特定气压中的加热靶材，激光束与靶材相互作用而产生的粒子团喷射到衬底表面，通过控制气流速度控制材料在衬底表面的沉积速度。牛海军等人用一种新颖的垂直靶向脉冲激光沉积(VTPLD)方法,在常温常压空气环境下,在玻璃基底上得到ZnO纳米薄膜。该方法优点：制备的薄膜物质比例与靶材相同；实验控制条件较少，易于控制；衬底温度要求较低。缺点：薄膜杂志较多；单纯溅射产生的粒子团密度不易控制，因此无法大面积生长均匀的薄膜。4分子束外延(MolecularBeamEpitaxy)分子束外延(MBE)技术可以制备高质量薄膜。MBE技术可以在特定超高真空条件下较为精确的控制分子束强度，把分子束入射到被加热的基片上，可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。分子束外延设备主要包括超高真空系统、分子束源、样品架、四极质谱计QMS和反射式高能电子衍射装置RHEED。周映雪等人利用分子束外延(MBE)和氧等离子体源辅助MBE方法分别在三种不同衬底硅(100)、砷化镓(100)和蓝宝石(0001)上先制备合适的缓冲层，然后在缓冲层上得到外延生长的ZnO薄膜。该方法优点：生长速度极慢，每秒1～10；薄膜可控性较强；外延生长所需温度较低。缺点：真空环境要求较高；无法大量生产。目前常用于生长高质量的ZnO薄膜分子束外延有两种：一种是等离子增强，另一种是激光，两种方法均已生长出高质量的ZnO薄膜。5金属有机化合物气相沉积(MetalOrganicChemicalVaporDeposition):金属有机化合物气相沉积(MOCVD)是一种利用有机金属在加热衬底上的热分解反应进行气相外延生长薄膜的方法。反应室是MOCVD的核心部分，它对外延层厚度、组分均匀性、异质结界面梯度、本底杂质浓度以及产量有极大的影响。按反应室形状的不同，可分为水平式反应室和立式反应室，同时根据反应室的压力又可分为常压MOCVD和低压MOCVD。刘成有利用MOCVD方法制备出高质量的ZnO薄膜。在一定衬底温度及压强下,制备出ZnO纳米管。该方法优点是：薄膜可控性较强；适合大批量生产。其缺点有：需精确控制；传输气体有毒性。但目前不仅利用MOCVD法已生长出较高质量的ZnO薄膜，而且还获得了MgZnO三元系薄膜。除上述纳米材料的常用制备技术，还有很多其他方法。随着科技的发展和高质量纳米产品的需求，人们对纳米半导体材料的研究会更加深入，对其生长机理理解的更为透彻，随之纳米半导体材料制备技术将不断地发展和完善。高质量纳米半导体产品会不断出现，并被广泛的应用于人们的生活中。参考文献：[1]谢自力,张荣,修向前,等.GaN纳米线材料的特性和制备技术[J].纳米技术与精密工程,2004,2(3):187-192.[2]张利宁,李清山,潘志峰.模板合成法制备ZnO纳米线的研究[J].量子电子学报,2006,(4).[3]李长全,傅敏恭.十二烷基硫酸钠为模板制备ZnO纳米管新方法的研究[J].无机化学学报,2006,(9).[4]张琦锋,孙晖,潘光虎,等.维纳米结构氧化锌材料的气相沉积制备及生长特性研究[J].真空科学与技术学报,2006,26(1).[5]牛海军,樊丽权,李晨明,等.垂直靶向脉冲激光沉积制备ZnO纳米薄膜[J].光电子•激光2007,18(3).[6]周映雪,俞根才,吴志浩,等.ZnO薄膜的分子束外延生长及性能[J].发光学报,2004,(3).[7]刘成有.MOCVD法生长ZnO纳米管及光学性能评价[J].通化师范学院学报,2007,28(4).[8]鞠振刚,张吉英,蒋大勇.MOCVD生长MgZnO薄膜及太阳盲紫外光电探测器[J].发光学报,2008,(5):865-868.
【关键词】新材料作文；三维分析
【中图分类号】G632【文献标识码】A
从2013年高考作文来看，新材料作文已经占据了绝对主体，这是因为新材料作文有些优点是命题作文或话题作文无法取代的，它除了能考察学生的分析材料的能力外，还允许了学生从多个角度立意，因此还能考察学生的发散思维能力，也给了学生更多的个性写作空间。纵观流传出来的高考优秀作文，都体现出考生对材料或独特或深刻或辩证的见解。而高校选拔人才就是选拔那些有思想有自我有独到见解的人才，新材料作文恰恰给这样的考生一个小试牛刀的平台，因此研究新材料作文对于高三语文来说意义重大。
那么高三作文教学如何让学生写出优秀的新材料作文，除了了解上述新材料作文的特点和优点以及考察目的外，在新材料作文教学中做到有的放矢。写好新材料作文还有两点需要注意的地方：一是面上的把握，二是纵深的开掘。
一、面的把握
新材料作文所给材料往往信息庞杂，初读时尽量面面俱到。一般来说材料都包括以下几个要素：对象、行为、结果、原因、关系。理清这几个要素基本上就把握了材料内容。例如2013年辽宁高考语文作文试题，材料如下：
一位年轻人事业无成非常郁闷，一天他在海滩上遇到一位老人。老人抓起一把沙子扔在沙滩上，问“你能找到吗？”，年轻人说不能。老人又抓起一颗珍珠扔在沙滩上，问“这回呢？”，年轻人说能。年轻人恍然大悟，一个人，只有做珍珠才能得到别人的认可。
这则材料它包含的对象行为结果原因关系如下表
对象行为原因结果关系
年轻人苦闷的求教认为平凡也应该值得尊重明白又迷茫珍珠与
沙子
老人循循善诱形象地表达了自己的观点
沙子落入沙堆都不见太平凡太普通太微小无人赏识
珍珠在沙滩上异彩纷呈从蚌变成珠蜕变出华丽令人瞩目
这种面的分析虽然机械却是认知的必经阶段，养成这种分析习惯，对于全面把握材料举足轻重，是深入分析的第一步，所有立意都得从这几个要素生发，同时这样做也有利于学生稳定情绪建立自信，不会因突遇陌生材料而焦虑慌张，熟练而游刃有余后，自会对材料了然于胸，也才能谈得上纵深的开掘。
二、纵深的开掘
指的是找出材料深层的指向及对象背后的深层含义。一般来说所给材料包含命题人的感情褒贬倾向，考生要抓住材料的主体内容和最主要的观点倾向。
例如曾有这样一则材料：
一只老鹰从鹫峰顶上俯冲下来，将一只小羊抓走了。一只乌鸦看见了，非常羡慕，心想：要是我也有这样的本领该多好啊！于是乌鸦模仿老鹰的俯冲姿势拼命练习。一天，乌鸦觉得自己练得很棒了，便哇哇地从树上猛冲下来，扑到一只山羊的背上，想抓住山羊往上飞，可是它的身子太轻，爪子被羊毛缠住，无论怎样拍打翅膀也飞不起来，结果被牧羊人抓住了。牧羊人的孩子见了，问这是一只什么鸟，牧羊人说：“这是一只忘记自己叫什么的鸟。”孩子摸着乌鸦的羽毛说：“它也很可爱啊！”
在对面的把握以后可以立意如下：第一，从乌鸦的角度，做事不从实际出发好高骛远。第二从牧羊人角度，扮演好自己的角色做好自己的事情。第三从小孩角度，要敢于尝试，要有知其不可而为的勇气。而从命题者的思想倾向来看，给出的小孩的语言“这只鸟也很可爱啊”反映出命题者希望考生能够透过繁琐的叙述找到材料最深层的思想，那就是挑战自我敢于尝试。在考场作文中大部分同学都围绕着乌鸦和牧羊人角度展开作文，一方面容易撞车，另一方面不够深刻，自然也就难得高分。
2013年辽宁卷也是同样需要深入开掘把握材料的深层指向。从面上把握材料可以有如下立意：从年轻人角度立意――勤思善问；从老者角度立意――循循善诱给人在心灵上指点迷津；从沙子角度立意――平凡就容易被漠视；从珍珠角度立意――只有自身优秀才不怕被埋没。从阅卷老师反馈来看，大部分考生都从珍珠的角度立意，不愿平凡唯冀卓越。这种立意虽然扣住了材料的主体内容，但却不是最深层的内容。如果能从年轻人最后的自言自语中揣测出命题者希望考生能有更独到的见解更深刻的思想那就是：平凡才能孕育伟大，社会的基石更多的是平凡人，立意自然高人一等。
在材料作文中凡是出现动物事物都要把它指向为人，只有透过这些外物向人性人品渗透，文章才能有深度。
2013年辽宁高考作文试题就有很多失败的例子。许多同学写的内容围绕着沙子如何变成珍珠，沙子如何成为坚固的基础性建筑材料或者一粒沙子的遭遇。有的同学运用了形象的拟人手法也有传神的细节描写，但是却很难得到高分，因为他们没有抓住所给对象的深层含义。他们的文章顶多算一种对材料的扩写，所以再瑰丽的想象曼妙的文笔也无法提高作文的档次。所给材料中的沙子代表着平凡朴实代表着默默无闻的奉献，珍珠代表着优秀的人才代表着掌声代表着光环。珍珠与沙子的关系不能仅停留在聚沙成塔蚌变成珠这样较浅的层面，而应着眼于平凡与伟大、人才需要磨砺等这一关系蕴含的深意，这样文章才能出自材料而高于材料，与材料神似而不是相似。
关键词：高分子材料成型技术
0、引言
近年来，随着我国经济的快速发展，国家的科技实力有了很大的提高。随着我国国防、载人航天等高科技领域对高性能聚合物材料的需求，我国在高分子材料成型加工技术更是取得了巨大的成就。高分子材料即相对分子质量较高的化合物构成的材料，一般单元结构较复杂。它的主要作用是制成各种各样的产品，因此能够将其制成不同形状的成型加工技术就极其重要。
1、高分子材料成型原理
对于高分子材料，其主要性能不仅仅取决于分子的化学结构，还取决于于材料的形态。而材料的形态主要是在其加工过程中形成的。传统的高分子材料的加工过程和高分子材料的制备过程是分开的，其制备过程主要是聚合物的形成过程，而高分子材料的成型过程是将生成的聚合物采用一定的成型工艺，如挤塑、注塑、吹塑等工艺。
鉴于传统工具有高耗能、时间长等缺点，如今主要采用新的高分子材料反应加工工艺。这种工艺将高分子材料聚合物的合成和聚合物的加工成型合为一体，采用的设备具有高分子合成及成型设备的双重功能。这种工艺具有生产周期短、过程相对简单、节约能源等优点。
2、高分子成型主要技术方法
2.1挤出成型技术
挤出成型原理是利用螺旋杆加压，将塑化好的聚合物连续的从挤出机的机筒挤入机头，融化的聚合物通过机头口模成型，牵引拉出后进行冷却剂定型，最终形成制品。几乎成型真的过程主要有加料、塑化、成型、定型等，一个合格的高分子材料制品需要各个环节均运作良好方可。具体而言，挤出成型工艺，又可细分为以下几个方面：
1）共挤出技术。这种技术需要两台或两台以上的挤出机共同工作，每台挤出机出一种聚合物，最终同时挤出多种聚合物并在一个机头中成型的技术。2）挤出注射组合技术。这种技术就是将挤出的聚合物与其他注射进的非熔融状成分混合后成型的过程。这种技术最大的优点就是调节复合物的配方方便。3）挤胀成型技术。这是一种塑性成型方法，适合于做一些精细或中空的制品，通常采用旋转模塑、注塑或吹塑方法成型。4）反应挤出工艺。反应挤出工艺是连续地将单体聚合并对现有聚合物进行改性的一种方法，因可以使聚合物性能多样化、功能化且生产连续、工艺操作简单和经济适用而普遍受到重视。5）固态挤出工艺。这种工艺主要是指聚合物在固态的时候即低于熔点的条件下被挤出口模。由于聚合物在挤出口模时发生很大的变形，使得分子的取向程度远远大于熔融加工，因此制品具有更好的力学性能。
2.2注射成型技术
简单来说，注射成型技术就是将熔融状态的聚合物注射到固定形状的模具中，待冷却成型后形成高分子材料制品的一种工艺。由于绝大多数塑料都可以采用注塑成型，因此拓宽了这种工艺的应用范围。另外这种工艺具有生产时间短、产品尺寸稳定、生产操作简单等许多优点，因此在行业中具有重要地位。具体有以下几种技术：
1）电磁式聚合物动态塑化注射成型。这种技术的关键在于在注射装置中布置电磁式直线脉冲，在聚合物塑化、初涉、成型的全过程中，均保证在电磁场产生的机械震动下进行，使得整个成型过程处于周期性的振动状态。
2）微孔泡沫塑料注射成型。与传统的塑料发泡技术相比，这种成型技术不需要添加其他化学成分，也分为简写成型、连续挤出成型机注射成型等技术。主要包括热诱导相分离法、单体聚合反应法及超饱和气体法。
3）注射结构发泡成型技术。此项技术相对于传统的成型工艺取得了一定的进步，保留了其优点，摆脱了其缺点如产品强度不够生产时间长等，且进一步拥有产品重量轻差异小等优点。
4）复合熔芯注射成型技术。这种技术分为三个主要阶段：第一阶段是制备复合熔心即将模具型芯金属放入预制的铸造母槽中定位，并教主低熔点合金成型后进行外形修整。第二各阶段是熔芯的注射成型即将已经制备好的复合熔心再次仿佛模具中并进行注射成型。第三是熔芯分离即低熔点合金、嵌件及塑件加热后分离的过程。
2.3吹塑成型技术
吹塑成型指的是通过气体压力使闭合在模具中的热容型坯吹胀形成中空制品的方法。这种方法由于模具只需要凹槽，因此设备造价低适应性强，并且和成型复杂形状的制品。是第三种最常用的高分子材料成型方法。具体包括以下几种技术：
1）中空制品的吹塑。对于中空制品，其吹塑方法主要有三种：挤出吹塑：挤出吹塑：主要用于未被支撑的型坯加工；注射吹塑：主要用于由金属型芯支撑的型坯加工；拉伸吹塑：包括挤出一拉伸一吹塑、注射一拉伸一吹塑两种方法，可加工双轴取向的制品，极大地降低生产成本和改进制品性能。
2）高温吹塑成型技术。此技术的关键在于打破了传统的吹塑成型需在低温挤出这一模式，一般加工温度在250—350左右，采用高温进气吹塑成型，加工材料多为高耐热的热塑性材料，并且对吹塑成型机和模具的冷却装置的要求较高，需要其能够适应高温和低温冷却的频繁交替。
3）多层吹塑成型技术。多层吹塑成型技术的关键在于增设了一个阀门，在高分子材料挤出成型的过程中可方便的更换原料，因此生产出的制品为软质和硬质交替。此技术在加工防渗性容器的时候使用较多。
4）吹塑发泡技术。这种工艺的基本过程与中空吹塑相似，主要包括：用挤出法或注射法生产预成型坯件；将坯件放入中空成型模具，进一步加热使坯件变软并完成发泡；通过压缩空气吹胀成型；冷却定型，开模取出制件。
3、高分子材料成型发展新动态
3.1聚合物动态反应加工技术及设备
这种设备的关键在于将电磁场引起的机械振动场引入到聚合物反映挤出全过程，达到控制化学反应的过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学性能的目的。
3.2热塑性弹性体动态全硫化制备技术。
这项技术主要是为了解决材料共混加工过程中共混物相态反转的问题，需要将振动力场引入混炼挤出全过程，通过控制硫化反直进程，实以达到混炼过程中橡胶相动态全硫化。
参考文献:
[1]甄延波.高分子材料成型加工技术的进展[J].化工中间体，2012年02期，23—25
关键词:纳米材料化工领域应用
纳米材料的结构由表面(界面)结构组元构成,粒径介于原子团簇与常规粉体之间,一般不超过100nm,与电子的德布罗意波长相当。粒径越小的纳米材料,其界面组元的比值越高,低动量电子散射量越大。纳米材料的界面组元中含有相当量的不饱和配位键、端键及悬键。由于不同的纳米材料各具独特效应,如界面效应、小尺寸效应\量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等,进而导致在声、光、电、磁、热、化学作用及力场下,呈现各自不同的特异性能,从而作为吸波材料(隐型材料)、高性能磁记录材料、磁性液体、复合材料、超导材料、新型高效催化剂、发光材料、特种涂料及新型医用材料等逐步应用于国民经济诸多领域。
一、纳米材料在化工行业中的应用
1、在催化方面的应用
催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用,它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低,而且其制备是凭经验进行,不仅造成生产原料的巨大浪费,使经济效益难以提高,而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多,为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂,可大大提高反应效率,控制反应速度,甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。
纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂,特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒,可近似地看成是一个短路的微型电池,用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时,半导体纳米粒子吸收光产生电子――空穴对。在电场作用下,电子与空穴分离,分别迁移到粒子表面的不同位置,与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。
2、在涂料方面的应用
纳米材料由于其表面和结构的特殊性,具有一般材料难以获得的优异性能,显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇,使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术,添加纳米材料,可获得纳米复合体系涂层,实现功能的飞跃,使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性;功能涂层是赋予基体所不具备的性能,从而获得传统涂层没有的功能。
3、在精细化工方面的应用
精细化工是一个巨大的工业领域,产品数量繁多,用途广泛,并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音,并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域,纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2,可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3,和SiO2,加入到普通橡胶中,可以提高橡胶的耐磨性和介电特性,而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料,可以提高塑料的强度和韧性,而且致密性和防水性也相应提高。
二、二维层状纳米材料的性能与特征
1、二维层状纳米材料的结构可控性
因纳米LDHS的特殊层状结构及组成、其在以下方面具有可调控性:
1)层板化学组成的可调控性
纳米LDHS的层板化学组成可根据应用需要进行调整。在一定范围内调变原料配比,层板化学组成则发生变化,进而导致层板化学性质、层板电荷密度等相应变化;
2)层间离子种类及数量的可调控性
根据应用需要,利用主体层板的分子识别能力,采用插层或离子交换的方式进行超分子组装,可改变其层间离子种类及数量,进而使纳米LDHS的整体性能发生较大幅度变化;
3)晶粒尺寸及其分布的可调控性
控制纳米LDHS的合成条件,可在20-60纳米范围内精准调整晶粒尺寸,同时使晶粒尺寸分布窄化,达到均匀分散。
2、层状纳米材料的结构与性能
充分利用以上各调控因素,可制备得到具有如下特征的层状结构纳米材料:
1)多功能性
不同客体插入纳米LDHS层间后,可组装得到具有不同应用性能的纳米层柱材料,如纳米选择性红外吸收剂、纳米选择性紫外阻隔剂、纳米杀菌防霉剂、纳米热稳定剂、环境友好纳米催化剂、安全型纳米阻燃剂、缓释型纳米除草剂、红外和雷达双功能纳米隐形材料等,可广泛应用于合成材料、建筑材料、石油化工、涂料、农药及军工等行业,产业关联度高,应用空间极为广阔。
2)低表面能
层状纳米材料因纳米LDHS层状结构的特殊性,表现出较低的表面能。这一特征使得制备时无需采用昂贵的辅助剂(如有机溶剂、偶联剂等)及高能耗的生产装备(如喷雾干燥等)便可得到具有纳米尺寸的层状材料LDHS,同时因其较低的表面能,在实际应用时易于均匀分散,不易聚集。
3)几何结构效应
LDHS层状材料主体二维层板结构及纳米尺寸,使其在应用时表现出独特的性能。因主体层板间的弱相互作用在外力条件下极易被打破,应用于涂料时表现出优异的触变性能;层状材料主体层板剥离后,可以纳米尺寸均匀分散至合成材料本体,这一特点在薄膜类产品中可得到充分体现,其结构是使复合膜的力学性能大幅度提高,同时具备对小分子迁移的阻隔能力(如PVC中的增塑剂、农膜中的防雾滴剂等);控制制备条件,可使层状材料具备规整的介孔结构(10-50nm),其在作为催化剂时,表现出对反应物、中间产物和产物的优异择形性能等等。
4)结构记忆效应
纳米LDHS旦有独特的“结构记忆效应”,即经一定途径改变其结构后,在一定条件下其又可逆地恢复至原有结构。利用这一特点,可在纳米LDHS层间插入满足设计要求的害体、进而组装得到所需的功能性层柱纳米材料;又可将组装得到的功能性层柱纳米材料置于某种有利于结构恢复的环境中,在外界条件的促进下,使其定时、定量释放出层间客体。如层柱型除草剂,便可在富含水、空气(主要利用其中的C02)的条件下,按作物生长要求缓慢释放除草剂,以避免除草剂流失所产生的污染及药害。
5)界面效应
复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。
随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商ppg公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国gdp增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。
从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。
另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。
树脂基复合材料的增强材料
树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。
1、玻璃纤维
目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。
2、碳纤维
碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能，首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测，土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间，宇航用碳纤维的年增长率估计为31%，而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。
3、芳纶纤维
20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。
4、超高分子量聚乙烯纤维
超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。
5、热固性树脂基复合材料
热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度，广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。1993年世界环氧树脂生产能力为130万吨，1996年递增到143万吨，1997年为148万吨，1999年150万吨，2003年达到180万吨左右。我国从1975年开始研究环氧树脂，据不完全统计，目前我国环氧树脂生产企业约有170多家，总生产能力为50多万吨，设备利用率为80%左右。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点，因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。1997年全球酚醛树脂的产量为300万吨，其中美国为164万吨。我国的产量为18万吨，进口4万吨。乙烯基酯树脂是20世纪60年展起来的一类新型热固性树脂，其特点是耐腐蚀性好，耐溶剂性好，机械强度高，延伸率大，与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好，耐疲劳性能好，电性能佳，耐热老化，固化收缩率低，可常温固化也可加热固化。南京金陵帝斯曼树脂有限公司引进荷兰atlac系列强耐腐蚀性乙烯基酯树脂，已广泛用于贮罐、容器、管道等，有的品种还能用于防水和热压成型。南京聚隆复合材料有限公司、上海新华树脂厂、南通明佳聚合物有限公司等厂家也生产乙烯基酯树脂。
1971年以前我国的热固性树脂基复合材料工业主要是军工产品，70年代后开始转向民用。从1987年起，各地大量引进国外先进技术如池窑拉丝、短切毡、表面毡生产线及各种牌号的聚酯树脂（美、德、荷、英、意、日）和环氧树脂（日、德）生产技术；在成型工艺方面，引进了缠绕管、罐生产线、拉挤工艺生产线、smc生产线、连续制板机组、树脂传递模塑(rtm)成型机、喷射成型技术、树脂注射成型技术及渔竿生产线等，形成了从研究、设计、生产及原材料配套的完整的工业体系，截止2000年底，我国热固性树脂基复合材料生产企业达3000多家，已有51家通过iso9000质量体系认证，产品品种3000多种，总产量达73万吨/年，居世界第二位。产品主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。在建筑方面，有内外墙板、透明瓦、冷却塔、空调罩、风机、玻璃钢水箱、卫生洁具、净化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及贮罐；在交通运输方面，汽车上主要有车身、引擎盖、保险杠等配件，火车上有车厢板、门窗、座椅等，船艇方面主要有气垫船、救生艇、侦察艇、渔船等；在机械及电器领域如屋顶风机、轴流风机、电缆桥架、绝缘棒、集成电路板等产品都具有相当的规模；在航空航天及军事领域，轻型飞机、尾翼、卫星天线、火箭喷管、防弹板、防弹衣、鱼雷等都取得了重大突破。
热塑性树脂基复合材料
热塑性树脂基复合材料是20世纪80年展起来的，主要有长纤维增强粒料(lfp)、连续纤维增强预浸带(mitt)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(gmt)。根据使用要求不同，树脂基体主要有pp、pe、pa、pbt、pei、pc、pes、peek、pi、pai等热塑性工程塑料，纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势，该品种的复合材料发展较快，欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。
高性能热塑性树脂基复合材料以注射件居多，基体以pp、pa为主。产品有管件（弯头、三通、法兰）、阀门、叶轮、轴承、电器及汽车零件、挤出成型管道、gmt模压制品（如吉普车座椅支架）、汽车踏板、座椅等。玻璃纤维增强聚丙烯在汽车中的应用包括通风和供暖系统、空气过滤器外壳、变速箱盖、座椅架、挡泥板垫片、传动皮带保护罩等。
滑石粉填充的pp具有高刚性、高强度、极好的耐热老化性能及耐寒性。滑石粉增强pp在车内装饰方面有着重要的应用，如用作通风系统零部件，仪表盘和自动刹车控制杠等，例如美国hpm公司用20%滑石粉填充pp制成的蜂窝状结构的吸音天花板和轿车的摇窗升降器卷绳筒外壳。
云母复合材料具有高刚性、高热变形温度、低收缩率、低挠曲性、尺寸稳定以及低密度、低价格等特点，利用云母/聚丙烯复合材料可制作汽车仪表盘、前灯保护圈、挡板罩、车门护栏、电机风扇、百叶窗等部件，利用该材料的阻尼性可制作音响零件，利用其屏蔽性可制作蓄电池箱等。
我国的热塑性树脂基复合材料的研究开始于20世纪80年代末期，近十年来取得了快速发展，2000年产量达到12万吨，约占树脂基复合材料总产量的17%，，所用的基体材料仍以pp、pa为主，增强材料以玻璃纤维为主，少量为碳纤维，在热塑性复合材料方面未能有重大突破，与发达国家尚有差距。
我国复合材料的发展潜力和热点
我国复合材料发展潜力很大，但须处理好以下热点问题。
1、复合材料创新
复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年，亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%，目前亚洲人均消费量仅为0.29kg，而美国为6.8kg，亚洲地区具有极大的增长潜力。
2、聚丙烯腈基纤维发展
我国碳纤维工业发展缓慢，从cf发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国pan基cf市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看，发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。
3、玻璃纤维结构调整
我国玻璃纤维70%以上用于增强基材，在国际市场上具有成本优势，但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距，必须改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行业密切合作，促进玻璃纤维增强材料的新发展。
4、开发能源、交通用复合材料市场
一是清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器；二是汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等；三是民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。我国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套；四是船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，由于我国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢，但复合材料特有的优点仍有发展的空间。
5、纤维复合材料基础设施应用
国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。
6、复合材料综合处理与再生
关键词:高分子材料化学分子
中图分类号:U465.4文献标识码:A
高分子材料:macromolecularmaterial,以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料,包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料,高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。
一、按特性分析高分子材料
高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。
①橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小,分子链柔性好,在外力作用下可产生较大形变,除去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两种。
②高分子纤维分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料,经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高,一般为结晶聚合物。
③塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分,再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料;按用途又分为通用塑料和工程塑料。
④高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成胶粘剂。
⑤高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质,添加溶剂和各种添加剂制得。根据成膜物质不同,分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。⑥高分子基复合材料是以高分子化合物为基体,添加各种增强材料制得的一种复合材料。它综合了原有材料的性能特点,并可根据需要进行材料设计。
二、现代新型高分子材料
高分子材料包括塑料,尽管高分子材料因普遍具有许多金属和无机材料所无法取代的优点而获得迅速的发展,但目前业已大规模生产的还是只能寻常条件下使用的高分子物质,即所谓的通用高分子,它们存在着机械强度和刚性差、耐热性低等缺点。而现代工程技术的发展,则向高分子材料提出了更高的要求,因而推动了高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展,这样就出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。
1.高分子分离膜
高分子分离膜是用高分子材料制成的具有选择性透过功能的半透性薄膜。采用这样的半透性薄膜,以压力差、温度梯度、浓度梯度或电位差为动力,使气体混合物、液体混合物或有机物、无机物的溶液等分离技术相比,具有省能、高效和洁净等特点,因而被认为是支撑新技术革命的重大技术。膜分离过程主要有反渗透、超滤、微滤、电渗析、压渗析、气体分离、渗透汽化和液膜分离等。用来制备分离、渗透汽化和液膜分离等。用来制备分离膜的高分子材料有许多种类。现在用的较多的是聚枫、聚烯烃、纤维素脂类和有机硅等。膜的形式也有多种,一般用的是平膜和空中纤维。推广应用高分子分离膜能获得巨大的经济效益和社会效益。例如,利用离子交换膜电解食盐可减少污染、节约能源:利用反渗透进行海水淡化和脱盐、要比其它方法消耗的能量都小;利用气体分离膜从空气中富集氧可大大提高氧气回收率等。
2.高分子磁性材料
高分子磁性材料,是人类在不断开拓磁与高分子聚合物的新应用领域的同时,而赋予磁与高分子的传统应用以新的涵义和内容的材料之一。早期磁性材料源于天然磁石,以后才利用磁铁矿(铁氧体)烧结或铸造成磁性体,现在工业常用的磁性材料有三种,即铁氧体磁铁、稀土类磁铁和铝镍钴合金磁铁等。它们的缺点是既硬且脆,加工性差。为了克服这些缺陷,将磁粉混炼于塑料或橡胶中制成的高分子磁性材料便应运而生了。这样制成的复合型高分子磁性材料,因具有比重轻、容易加工成尺寸精度高和复杂形状的制品,还能与其它元件一体成型等特点。
3.光功能高分子材料
光功能高分子材料,是指能够对光进行透射、吸收、储存、转换的一类高分子材料。目前,这一类材料已有很多,主要包括光导材料、光记录材料、光加工材料、光学用塑料、光转换系统材料等。光功能高分子材料在整个社会材料对光的透射,可以制成品种繁多的线性光学材料,又可以开发出非线性光学元件,如储存元件兴盘的基本材料就是高性能的有机玻璃和聚碳酸脂。此外,利用高分子材料的光化学反应,可以开发出在电子工业和印刷工业上得到广泛使用的感光树脂、光固化涂料及粘合剂;利用高分子材料的能量转换特性,可制成光导电材料和光致变色材料;利用某些高分子材料的折光率随机械应力而变化的特性,可开发出光弹材料,用于研究力结构材料内部的应力分布等。
4.高分子复合材料
高分子材料和另外不同组成、不同形状、不同性质的物质复合粘结而成的多相材料。高分子复合材料最大优点是博各种材料之长,如高强度、质轻、耐温、耐腐蚀、绝热、绝缘等性质,根据应用目的,选取高分子材料和其他具有特殊性质的材料,制成满足需要的复合材料。高分子复合材料分为两大类:高分子结构复合材料和高分子功能复合材料。以前者为主。高分子结构复合材料包括两个组分:①增强剂。为具有高强度、高模量、耐温的纤维及织物,如玻璃纤维、氮化硅晶须、硼纤维及以上纤维的织物。②基体材料。主要是起粘合作用的胶粘剂,如不饱合聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺等热固性树脂及苯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂,这种复合材料的比强度和比模量比金属还高,是国防、尖端技术方面不可缺少的材料。
三、高分子材料的合成与加工
关键词锂离子电池，正极材料，尖晶石型LiMn2O4，制备技术，掺杂
1引言
自从Harris博士于1958年提出了锂电池(LithiumBattery)的概念[1]之后，这一研究领域受到越来越多的关注。尤其是在20世纪70年代以后，这项电池技术更是获得大量研究。近几年，我国在锂离子电池的研究方面也取得很大进展，并开始小规模生产。目前，锂离子蓄电池正极材料中研究得较多的是LiCoO2、LiNiO2和尖晶石型LiMn2O4。虽然LiCoO2材料的电化学性能优良，但Co资源有限，价格昂贵，对环境也有污染；LiNiO2价格比LiCoO2便宜，比容量也较高，但要得到电化学活性和安全性很好的LiNiO2比较困难。尖晶石型LiMn2O4正极材料应用于锂蓄电池是1991年由Ohzuku等[2]首先报道的，由于锰资源丰富，价格低廉，对环境友好，安全性高，而且所具有的独特的三维隧道结构有利于锂离子的嵌入与脱出，于是LiMn2O4成为二十一世纪极具发展前途的绿色能源材料[3]。尖晶石型LiMn2O4虽然有很多优点，但其在充放电时结构不稳定，循环过程中容量衰减严重，高温时更是如此。普遍认为，导致LiMn2O4循环时容量衰减的原因主要有尖晶石在电解液中的溶解、放电末端出现的Jahn-Teller效应、电解液的影响，以及负极材料的影响。针对以上这些情况，近些年来国内外研究者尝试了多种方法来改善LiMn2O4正极材料的电化学性能。
本文对近年来国内外关于尖晶石型LiMn2O4锂离子电池的制备方法及其掺杂改性研究进展进行了综述。
2制备方法
尖晶石型LiMn2O4锂离子电池的制备方法按物料状态来分主要有三类：固相法、液相法和气相法，仅就常见的方法简述如下。
2.1固相法
2.1.1高温固相合成法
高温固相合成法操作简便,易于工业化,是合成LiMn2O4的常用方法。传统的高温固相法制备LiMn2O4是将锂化合物与锰化合物按一定比例机械混合在一起，然后在高温下焙烧制得。基本工艺流程为：原料混料焙烧研磨筛分产品。LiMn2O4的常用含锂原料有LiOH、LiNO3和Li2CO3,含锰原料主要有电解MnO2(EMD)、化学MnO2（CMD）、MnCO3和Mn(Ac)2等。在富氧气氛下，于600～850℃煅烧8～24h制得。高温固相反应虽然操作简单、易于工业化应用，但是所需反应温度高、能耗大，且合成的材料颗粒大、均匀性差、比能量低，于是近年来固相合成法又有了新的发展。
2.1.2固相配位反应法
固相配位反应法[4]是在室温或低温下制备可以在较低温度下分解的固相金属配合物，然后将固相配合物在一定温度下进行热分解，得到氧化物粉体。康慨[5]等人以LiNO3、Mn(Ac)2和配位络合剂柠檬酸为原料，用该方法合成了LiMn2O4的超细粉体。通过实验发现：固相配位反应法制备的锂离子电池正极材料尖晶石型LiMn2O4，具有优于传统高温固相反应的优点：煅烧温度低、耗时短、粒径均匀、形貌较好等。
由于固相反应法的粉体原料不是原子或分子级的接触，因此固相反应法的重要缺点是粉体接触不均匀，反应不充分，使得制备的粉体粒径较大且分布不均匀，并且颗粒有团聚现象，直接影响其电化学性能。尽管如此，由于固相法操作简单，仍是一种适用于大规模推广的方法。
2.2液相法
2.2.1溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是一种先进的材料合成方法，广泛用于制备各种陶瓷粉、薄膜[6]等产品。许多研究者用该法来制备LiMn2O4尖晶石材料。溶胶-凝胶法[7]是把反应物溶解于水中形成均匀的溶液，再加入有机络合剂将金属离子固定，通过调节pH值使其形成固态凝胶，经过干燥、研磨、热处理等过程制得所需材料。传统的溶胶-凝胶技术以金属醇盐作为原料，经过水解、聚合、干燥等过程得到固体的前驱物，最后再经过处理得到合成的材料。材料工作者相继开发出许多改进的溶胶-凝胶技术，如柠檬酸络合法[8]、高分子聚合物络合法[9]、甘氨酸络合法[10]、多羧基酸络合法[11]，以及酒石酸络合法[12]等。
该方法的关键是得到高质量的溶胶和凝胶。溶胶-凝胶法可以使原料获得分子水平上的均匀性，这样不仅可降低反应温度，缩短反应时间，而且得到的LiMn2O4粉体粒径细小均匀，具有较高的可逆比容量及良好的循环性能。但由于该方法工艺繁琐，使用了大量的有机溶剂，回收困难，成本较高；同时在烧结过程中有机溶剂分解会造成环境污染，因此该法在工业上难以推广。目前主要用于实验室规模的掺杂研究。
2.2.2共沉淀法
共沉淀法一般是将含锂、锰的化合物在室温下溶解于水溶液中，加入沉淀剂形成共沉淀，经过滤、分离、洗涤、干燥等过程，得到均匀的沉淀混合物，再经高温焙烧就可以得到尖晶石型LiMn2O4的固体粉末。此法与固相法相比，沉淀得到的产物颗粒细小均匀，成分均一化程度高且反应时接触面积大。彭忠东等人[13]采用包裹沉淀法制备出尖晶石型锂锰氧化合物，制得的粉体产物粒径较细,电化学性能良好。但由于对沉淀过程难以有效地控制,容易形成偏析，导致粉体性能不稳定。
2.2.3水热合成法
水热合成法是高温(通常是100～350℃)高压下在水溶液或水蒸气等流体中进行化学反应制备粉体材料的一种方法。水热法合成尖晶石型LiMn2O4正极材料一般包括制备、水热反应、过滤洗涤等三个步骤。MyungST[14]以Mn3O4和LiOH为原料在170℃的水热条件下合成出LiMn2O4。刘兴泉等[15]采用水热合成法，以LiNO3和MnO2为原料，并溶解在水中，在一定压力和温度(240℃)下，反应生成LiMn2O4晶体。水热法避免了固相法的高温烧结，能耗低，与溶胶-凝胶法相比，其工艺简单，在工业应用中有很大优势，是一种较有发展潜力的方法。通过控制水热条件，可得到不同形貌的粉体，制得的材料物相均一、粒度分布均匀、结晶性好、纯度高。
2.3气相法
赖琼钰[16]等采用热压合成法制备出LiMn2O4：用Li2CO3与MnO2按比例混合研磨，放入模具中，用50MPa的压力冷压几分钟，抽真空达到0.095MPa；将热压温度先升到200℃时然后打开冷水，再将温度升高到350℃，压力调整到300MPa；经一段时间反应和处理即可制备出LiMn2O4。
合成方法直接影响材料的性能，因此，欲开发结构优良、电化学性能（尤其是循环性能和高温性能）优异的尖晶石型LiMn2O4材料，制备技术无疑是关键。对于LiMn2O4的制备合成方法研究较多，综合上述制备方法，水热合成法能耗低、工艺简单，通过控制水热条件，都可得到不同形貌的粉体，而且能实现工业化控制，势必成为大面积制备尖晶石型LiMn2O4正极材料的最具有竞争力的制备方法。
3尖晶石LiMn2O4的掺杂改性
对于LiMn2O4在循环过程中的容量衰减问题，虽然改变合成方法能在一定程度上提高LiMn2O4的循环稳定性，但效果并不明显。近年来，研究者发现向LiMn2O4尖晶石结构中引入一些别的离子能大幅度提高其循环过程中的稳定性。其主要的掺杂手段有以下几种：
3.1阳离子掺杂
3.1.1低价金属离子掺杂
+2、+3等低价金属离子（如Co、Cr、Ni、Mg、Al等）的掺杂一直是LiMn2O4改性研究的热点，这些阳离子占据Mn的位置[17]，这种方法掺杂的离子稳定了尖晶石结构的晶格畸变或抑制了Jahn-Teller效应的影响。很多报导发现，即使掺杂很微量的其他离子，尖晶石相的LiMyMn2-yO4(y
除了掺杂钴、铬、镍外，还有许多其它离子被掺杂到尖晶石结构中。杨丽娟等[21]研究了Al3+掺杂对尖晶石型LiMn2O4结构及循环性能的影响。经SEM检测发现，掺杂后产物LiAlxMn2-xO4具有完整的晶体形状，未掺杂的颗粒团聚现象严重，但随着掺铝量的增加，颗粒逐渐长大，团聚现象明显改善。当Al掺杂量为0.05时，材料性能最佳，首次放电容量为103.8mAh/g，25次循环后容量为100.6mAh/g，容量衰减仅为3.08%，大大提高了尖晶石LiMn2O4正极材料的容量和循环稳定性。
3.1.2稀土掺杂
最近的掺杂研究表明，Ga、Ti、Nd和一些稀有金属元素(如镧、铕、钐和镨)等的掺杂对提高LiMn2O4的充放电容量及高温循环性能均有明显的改善效果。
彭忠东[22]采用机械液相活化法合成了具有标准尖晶石结构的LixMn2-yEuzO4(0.95≤x≤1.2、0≤y≤0.3、0≤z≤0.2)，该结构具有较好的电化学性能和优良的高温性能，首次放电容量达130mAh/g，经200次循环后容量衰减率小于20%。赵雪梅等[23]采用固相分段反应的方法，以LiOH•H2O、MnO2和Sc2O3为原料，合成出一系列Sc3+掺杂的尖晶石型锂离子电池正极材料Li1+xScyMn2-yO4(y=0.01、0.02、0.06、0.10)。经电化学性能测试，掺杂Sc3+后的正极材料经40次循环后的容量衰减小于2%，而XRD测试的结果也显示，材料的尖晶石型结构保持完好。
3.2阴离子掺杂
阴离子掺杂对电池正极材料的性能也起着至关重要的作用，已有研究表明，一些阴离子元素（如S、F、Cl等）的掺杂能够使正极材料获得较高的初始容量。但阴离子的掺杂使材料的初始容量提高的同时也会使其循环性能有所降低。夏君磊等[24]分别用溶胶-凝胶法和固相法合成了锂离子电池正极材料LiMn2O4-xSx。研究表明，在掺S量x>0.04时，两种方法都不能获得纯的立方尖晶石相。电化学性能测试结果表明，S掺杂对样品在4V区的循环性能没有明显的改善，但是对其3V区性能有非常特别的改善作用，经过30次循环后不但容量不衰减，而且有一定的增加，使S掺杂材料在2.4～4.3V整个充放电电压范围内的循环性能有了一定的改善，材料的初始容量明显提高。李飞等[25]以LiNO3、LiF和Mn(AC)2•4H2O为原料制得乌黑色尖晶石型LixMn2OyFz。XRD结果表明，LixMn2OyFz系列电极材料均属于立方尖晶石结构。在研究氟的掺杂机理，得出掺杂的氟取代了λ-MnO2骨架中氧的结论。
3.3复合掺杂
3.3.1两种以上阳离子复合掺杂
郑子山等[26]用溶胶-凝胶法制得锂铝复合掺杂的LiMn2O4，当Li：Al：Mn=1.1:0.1:1.9时，材料的电化学性能最佳，首次放电容量为119mAh/g，循环200次后，放电容量为106mAh/g，仅衰减7%。高军等[27]采用高温固相法合成了二元掺杂的锂离子电池正极材料LiMxMy'Mn2-x-yO4。充放电测试表明：掺杂不同元素对LiMn2O4电化学性能影响很大；二元掺杂正极材料的首次充放电比容量相对LiMn2O4都有所下降。相对其他正极材料，LiCo0.08La0.02Mn1.90O4在3.0～4.3V电压区间内具有最好的电化学性能，首次放电比容量达120mAh/g，50次循环后的放电比容量为109mAh/g，容量衰减率为7%。
3.3.2阴阳离子复合掺杂
阴阳离子复合掺杂是近几年锂离子电池正极材料研究较多的一个方向，它是在锰酸锂中同时掺入阳离子和阴离子来合成尖晶石型化合物，以提高正极材料性能的一种方法。该方法能综合利用阴、阳离子的优点，同时使它们的缺点能尽量相互抵消，产生协同效应从而提高了锂离子电池的性能。李智敏等[28]采用固相法合成出LiAl0.1Mn1.9O3.9F0.1，X射线衍射结果表明，合成的材料具有单一的尖晶石结构。在高温(55℃)下，于3.30～4.35V区间进行恒流充放电测试，LiAl0.1Mn1.9O3.9F0.1的初始放电容量为115mAh/g，循环15次后，比容量损失仅为3.5%，明显优于同等条件下合成的未掺杂的LiMn2O4正极材料(15次循环后，容量损失为27%)。姚耀春等[29]采用机械活化-固相合成法制备了尖晶石LiCr0.06Mn1.94O4-xFx锂离子电池正极材料。研究表明，随着F-的掺杂量增加，合成材料的晶胞参数增大，但对产物的相结构和晶体形貌影响不大。材料的放电比容量由F-掺杂量x=0.04时的113.23mAh/g增加到x=0.20时的125.63mAh/g。其中LiCr0.06Mn1.94O3.96F0.04样品的循环性能最好，比容量衰减变化曲线比较平稳，循环20次，比容量从113.00mAh/g衰减为109.40mAh/g，平均衰减率为0.16%。
4总结与展望
尖晶石型LiMn2O4正极材料由于具有资源丰富、价格便宜、安全性高且易合成等优点，在锂离子电池正极材料竞争中极具潜力，有希望成为应用于电动汽车（EV）和混合动力汽车(HEV)上的锂离子电池正极材料。然而尖晶石型LiMn2O4正极材料在高电压充放电时电极中的Mn会溶解到电解液中,在深放电终止时发生Jahn-Teller效应，导致LiMn2O4在循环过程中容量衰减迅速,在高温情况下更加严重，制约了LiMn2O4正极材料的大规模工业生产。为解决这个问题，人们已采取各种手段来提高材料的性能,其中通过改进合成方法代替传统制备方法，但效果不是很好。研究者还发现，向尖晶石型LiMn2O4中掺杂一些别的元素可以在一定程度上提高材料的循环稳定性。虽然迄今为止尚未合成出一种理想的尖晶石型LiMn2O4电池正极材料，但随着今后研究工作的深入开展，我们相信，尖晶石型LiMn2O4会在不远的将来取代LiCoO2成为新一代锂离子电池正极材料。
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关键词高分子；水溶性胶粉；建材领域
中图分类号TU5文献标识码A文章编号1674-6708（2011）52-0125-01
高分子水溶性胶粉，是一种新开发的环保水溶性干粉胶，具有溶于冷水快、用量小、粘度高、无毒无害、性能稳定、价格低廉、保存期长、用途广泛、生产时节能、无污染,加工、储运、使用方便等诸多优点,是国内外干粉胶中的一枝新秀。然而虽然该胶粉有众多优点，但在我国建材领域中，该胶粉的应用状况却并不乐观，这就需要相关人员积极采取必要的解决措施。
1我国高分子水溶性胶粉在建材领域中的应用现状
1.1应用范围单一
目前国内的高分子水溶性胶粉在建材领域主要用来制作涂料以及腻子粉，因为其成本低、施工性好、粘度高，所以在这建筑领域的这一范围内应用得较为广泛。然而，高分子水溶性胶粉还有其它一些不为人所知的特性，它除了制作涂料和腻子粉之外，还可以用于水泥砂浆、粘接瓷砖、建筑石膏制品、建筑防水材料之中。在我国，该胶粉在建材领域的这些范围内的应用开发明显不足，在这些范围内的资金投入也相对较少，因而造成了高分子水溶性胶粉在建材领域的应用范围和产品品种过于单一。
1.2市场占有率较低
跟同类产品相比，高分子水溶性胶粉作为一种刚开发的新品种，其各方面的优势是显而易见的，然而，正是因为其相关的替代品太多了，因而其的建筑领域的市场占有率难以提高。例如聚乙烯醇107系列产品、改性淀粉胶粉、熟胶粉、可再分散乳胶粉等等，这些产品实际上在性能和作用上并不如高分子水溶性胶粉的特性好，但是因为这些产品的应用时间长，价格相对稳定，在建材领域都有一定的市场份额，因而影响的高分子水溶性胶粉的市场占有状况。除此之外，建材厂商及用户对新产品的接受程度低接受时间缓慢，也是导致高分子水溶性胶粉市场占有率低的一个重要因素。
1.3环保技术不成熟
高分子水溶性胶粉作为一种新兴的材料，与其他同类产品相比，其最大的买点就是环保性好。然而这只是国际定义，在国内，高分子水溶性胶粉的环保技术还不是很成熟。例如，在建材涂料的应用方面，虽然高分子水溶性胶粉做到了无毒无害，但是在气体和粉尘的挥发方面，做得稍有欠缺。此外，在辐射方面，我国的技术尚且达不到国际先进水平的零辐射，这一技术性的问题有待突破。还有就在碱性降低方面的技术也有待提高。现如今，世界各国的环保意识越来越强，因而，环保技术的成熟与否，在高分子水溶性胶粉在建材领域中的应用至关重要。
2如何改变善高分子水溶性胶粉在建材领域的应用
2.1扩大应用范围
首先，根据高分子水溶性胶粉的特性，来扩大其应用范围。例如，利用其具有增粘性、保水性、和易性、作业性、牢固性等特性，可以在保证低成本的基础上，制作高质量水泥、强力瓷砖粘合剂、建筑的防水材料等优质产品；其次，还可以通过加大科技的投入来扩大高分子水溶性胶粉在建筑领域的应用范围。通过科学研究，来开发高分子水溶性胶粉的潜价值，根据其特性进行分析，将其用在其他建材领域的材料制作上，以此扩大其应用范围；最后，改变传统的生产观念，加强创新意识，开发高分子水溶性胶粉在建材行业的新领域，一样的非常有意义的。
2.2提高分子水溶性胶粉在建材领域的市场占有率
提高高分子水溶性胶粉的市场占有率，是改善其在建材领域应用现状的最重要途径。首先，在制作阶段，要充分发挥出高分子水溶性胶粉的优势特性，要生产出物美价廉、实用性高、性价比高的优秀建材产品，从根本上提高该胶粉在建材领域的市场竞争力；其次，密切联系建材市场需求，在高分子水溶性胶粉的应用极限内，做到市场需要什么，就生产什么，从市场观念的角度上，来抢占其他替代品的市场份额；最后，加大宣传力度，介绍高分子水溶性胶粉的优点优势，改变建材厂商、用户对新产品的忌讳心理和观望态度，从而愿意使用高分子水溶性胶粉的建材产品。这些举措都能达到提高高分子水溶性胶粉市场占有率的目的。
2.3提高环保技术
提高高分子水溶性胶粉的环保技术，已迫在眉睫，它是将来高分子水溶性胶粉在建材领域长远发展的重要保障。其一，要加强环保意识，在制作过程中尽量减少抵制有害材料的使用，在购买时寻求优质无害的高分子水溶性胶粉，从主观上加强提高环保观念；其二，加大科技资金的投入力度，通过提高高分子水溶性胶粉的技术含量，达到其环保的目的；其三，政策的支持，通过出台相关政策保障支持高分子水溶性胶粉环保技术的提高，打击非法有害的高分子水溶性胶粉在市场上流通，从法制法规的角度上提高环境技术保护。这三者的目的也都是通过提高环保技术，完善高分子水溶性胶粉在建材市场的应用。
3结论
总而言之，高分子水溶性胶粉是一种十分优良的建筑材料，其在建材领域中有着极其广泛的应用前景。这就要求相关人员必须要对高分子水溶性胶粉进行技术上的改进和市场上的不断开拓，只有这样才能促进我国高分子水溶性胶粉在建材领域中有着更为广阔的运用。
参考文献
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