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【關鍵詞】無機非金屬材料；研制；性能表征

引言

這些年，干法靜電噴涂是一類先進的涂搪技術在搪瓷技藝中廣泛的被應用。碳酸鈣是一類重要的無機非金屬材料，作為工業制品的關鍵填充劑與助劑。搪瓷性能的好壞直接關系到搪瓷粉末的發展和銷量[1]，所以對其性能的測試及置換的配方調配都是需要重點關注的問題。鑒于此，本文對無機非金屬材料的研制與性能表征進行分析與探究具有較為深遠的意義。

1、無機非金屬材料低溫靜電搪瓷的研制與性能表征

1.1基本研制原理

低溫靜電搪瓷的研制關鍵在于新型先進的靜電粉末噴涂法。這種方法是根據粉末涂料在高壓靜電場條件下通過感應起電或者摩擦起電，同時讓接地的被涂抹物擁有和粉末涂料相反的電荷[2]。本實驗所使用的就是通過電暈放電式荷電靜電粉末噴槍。這類噴涂工藝憑借壓縮空氣把搪瓷粉末利用管道傳輸到帶有負電的高壓噴槍例，讓它擁有負電荷然后噴射出，被涂抹在帶有正電荷的凈坯上，從而構成了均衡的瓷粉層，通過燒紙最終得到了瓷器表面光滑、亮度很好的成品。當粉末涂料通過靜電粉末噴槍給被涂物進行涂抹時，帶電荷的粉末涂料被添加進帶相反電荷的被涂物表層，之后被涂物進入烘烤爐例讓粉末涂料融化流平或者交聯固化成膜狀。這是目前國內外使用的最多、最普遍的一種粉末涂料涂裝方式。具體操作流程見圖1-1、1-2所示

圖1-1手動靜電噴槍使用經過

a- 靜電式噴槍 b-電離出的負氧離子 c-帶電搪瓷粉末 d-附帶有搪瓷顆粒的部件

圖1-2靜電噴涂的簡單配置

1.流化粉桶 2.噴粉間 3.待涂部件 4.噴槍；Q：粉末流化率 n：沉積效率

1.2靜電干粉搪瓷的優勢與性能表征

靜電干粉涂搪的技藝特征就是需要的粉量不多，瓷粉的使用率可以達到95%以上，工業品的品質較好[3]，底坯提前處理簡單方面，屬于涂搪技藝的跨越式改進，是以后國內外大、中型搪瓷生產企業發展的重要技術目標。因為這類涂搪技藝是根據基板和瓷釉粉末之間的靜電作用而引發粘附的原理，一般需要讓瓷釉粉末擁有很好的絕緣電阻率，大概是1014至1016歐姆.厘米。不然粘附于基板處的瓷釉就會因為缺乏電荷而掉落下來。所以，必須在粉末的外層覆蓋上一層高電阻的有機聚合物，從而提升瓷釉的絕緣電阻。靜電噴涂技藝有著過去的干法、濕法涂搪技藝所沒有的顯著優點：①在很好的光澤度、勻稱的色彩、相一致的瓷壁厚度上，這項工藝都擁有其獨特的效果[4]。②它在某些程度很好的降低了能源損耗，節約了一定勞動力。③瓷釉粉的使用率很高，同時可以在密封體系中完成回收再利用，減少了不必要的污染，主要是因為噴粉室利用了回收裝備；④瓷壁較薄，材料的使用少，被噴涂的部件沒有留下死角部分。⑤有關的金屬坯件的前期提前處置需要不多。更加顯著的優點是，它能夠滿足不間斷大規模生產工業品制造的需求，和傳統工藝比較它的工序更加簡單高效。總而言之就是，它有著涂壁厚度勻稱、表層品質好、耐酸堿腐蝕性、機械性能好、成品的使用期限長、無污染與生產效率高。具體見圖1-3：

圖1-3靜電噴涂和過去涂搪方式的有關性能對比

靜電搪瓷粉末老化的問題一般可以經過以下方式來有效處理：添加固化劑、增添催化劑、提升溫度、預水解玻璃料表層。

2、無機非金屬材料碳酸鈣的研制與性能表征

2.1人工合成高聚物聚乙二醇對于碳酸鈣晶體培育的調節

碳酸鈣不但是礦物質中關鍵的一類，而且也是一類非常關鍵的無機非金屬材料，是工業品中的關鍵填充劑與助劑。它作為一類重要的無機填料，目前已經廣泛的應用在橡膠、涂料、油墨、日用化工、醫藥、食品等行業上。隨著以上行業的迅速發展，碳酸鈣制品正走向粒徑極細化、晶型多樣化和表明改性目標發展[5]，讓它不僅有填充效果還有很好的補強性。為了適應多用途，調節晶體的培育化學工作已經在國內外開展起來了，擁有一定構造的有機表層包括自組裝單分子膜、LB膜、生物大分子和某些離子、蛋白質等被普遍的用來當成模板調控碳酸鈣的晶體培育。另外能夠阻擋碳酸鈣結晶形狀相互變化，以此獲得亞穩定狀態的結晶形狀。這些年，人工合成的高聚物在礦化中被普遍的使用，研究證明，擁有低分子量的聚合物添加劑能夠有效促進碳酸鈣晶體的成長[6]。其中聚乙二醇就屬于這種聚合物，無毒，是非離子表面活性劑，有親水基團與疏水基。碳酸鈣的結晶發生在室溫條件下，利用直接沉淀的方式完成。先調配實驗需要的所有PEG溶液，然后2.22gCaCl2（0.02mol）和2.12gNa2CO3（0.02mol）分別溶于100mL上面的溶液里。然后把Na2CO3（100ml，0.2M）溶液在磁力攪動中慢慢滴進CaCl2（100mL，0.2M）溶液。攪動10分鐘后把溶液密封，經過一天后的沉淀抽濾，從而得到碳酸鈣沉淀，使用多次蒸餾水與無水乙醇洗滌。然后干燥。

2.2不同分子量的PEG體系中獲得的碳酸鈣晶體的表征

不同分子量的PEG的濃度調控在0.5%左右[7]。在PEG10000體系中獲得的碳酸鈣晶體，大部分是斜方六面體形狀，顆粒大小不勻稱，規模的差距顯著，表層相當粗糙，棱角不太分明。而在PEG6000的體系中，不但有方解石的特點吸收峰，還有球霰石的吸收峰。因而得出結論，在PEG10000與PEG20000D的體系引發下，得到的CaCO3晶體是方解石晶型，屬于高分子量的PEG體系有助于方解石晶型的穩固。

結語

通過本文探究，認識到無機非金屬材料的研制的經過，因此對其性能表征進行加強便顯得極為重要。然而，這是一項較為系統的工作，不能一蹴而就，需要從多方面完善，比如人工合成對于碳酸鈣晶體培育。相信做好以上這些，無機非金屬材料的研制將能夠得到有效強化，進一步為無機非金屬材料的發展奠定尤為堅實的基礎。

參考文獻

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料是一種具有優良性能的能源材料，其在我國的經濟發展中占有非常重要的地位，其不論是在建筑領域、信息技術領域還是在科研領域等都有著非常重要的作用，所以對于無機非金屬材料要加緊其研發的力度，以適應當前社會發展的需要。以下就主要的對無機非金屬才來的應用現狀和其未來的發展的趨勢做研究分析。

關鍵詞：無機非金屬；應用現狀；發展趨勢；探析

隨著我國經濟的不斷的發展，各個領域對于能源的需求量隨著不斷地增大，無機非金屬材料在各個行業的發展中有著非常重要的作用，無機非金屬材料的良好的發展將對于我國經濟發展有著非常重要的作用，所以要加快無機非金屬材料的研究開發，為我國國民經濟的發展做保障。

1、無機非金屬材料概況

當前無機非金屬材料已經在各個行業得到了廣泛的應用，無機非金屬材料主要的有以下幾個方面的優點：整體性，無機非金屬材料具有比較穩定的化學性質，其一般不容易發生老化和風化現象，在耐久性和有效性上也符合要求的標準，具有很強的整體性。防水性能，無機非金屬材料的結構非常緊密，具有較好的防水滲透能力，其可以有效的防止雨水和地下水的滲透；防火性能，因為該材料本身為無機物，其是屬于非燃燒類的材料；耐候性強，無機非金屬材料使用的面積比較廣泛，其廣泛的應用于溫帶、熱帶和寒帶，并且還能夠在干燥、潮濕等氣候比較差的環境中起作用；抗腐蝕性，無機非金屬材料的化學特性和物理特性決定其具有一定程度的防腐性；

2、無機非金屬材料應用現狀

2.1傳統無機非金屬材料存在的問題

我國傳統的無機非金屬材料在發展的過程中存在著很多的問題：首先其產品的等級比較低，在傳統的無機非金屬材料中，大多數的產品的等級都是比較低的，比如：水泥的質量，我國水泥的平均的強度僅為50%，而發達國家的水泥平均的強度占90%，其質量嚴重的不合格；其次是資源的消耗和能源的消耗比較高，由于當前資源的無序的開發和未充分的利用，造成了沒必要的能源的浪費，在其能耗上更是有著大量的消耗。相應的資源和能源的高消耗，從而是環境受到了嚴重的污染，這將直接的影響到人們的健康，造成不必要的疾病的發生。

2.2無機非金屬新材料研發存在的問題

我國當前在無機非金屬材料的研發上雖然取得了不錯的成績，但是整體上距離發到國家還有很大的不足。其主要的表現在基礎設施和技術相對的比較的落后，我國對于無機非金屬新材料的研究開發的起步比較晚，對于科研的費用以及相應的人力的投入還不是非常的充足，這也就嚴重的影響了無機非金屬新材料的開發的力度。另外我國的制備技術也比較的落后，其相應的生產能力和生產的效率都比較低，這樣會嚴重的影響到無機非金屬材料產品的質量和生產的效率。此外就是無機非金屬材料的本身性能比較低，其相應的品種也不齊全，在新材料的研發過程中要使用相應的無機非金屬的原材料，許多關鍵的配套原材料還需要進口，這樣就會導致材料的性能和質量存在著不少的問題，同時還會受到技術和設備落后等條件的限制，這樣就嚴重的影響到非金屬材料研發的進行。

3、無機非金屬材料發展的趨勢

3.1低維化發展

無機非金屬材料會向著低維化的方向發展，在低維化的發展上主要的表現在宏觀和微觀兩個方面，在宏觀上面低維化是從體材料向薄膜材料和纖維材料的發展，現代的信息功能器件一般如光電子和微電子等都是由集成化，在此期間主要所使用的就是薄膜材料。薄膜材料的特殊的作用主要的體現在結構材料也可以使用薄膜來改性，從而使結構材料的整體的性能增強。另外作為結構復合材料的主體的纖維同樣的也起著重要的作用，比如：光通信過程中的光信號的調制、放大以及選模等一般都是通過纖維來完成的，使其最終形成了纖維光網和光路。從其微觀上來講，無機非金屬材料的結構和織構上的尺寸都是非常小的，當前人們更加的關注的是納米尺度上的材料，在無機非金屬材料主要的是向著納米材料的合成和組裝等方向發展。

3.2復合化發展

無機非金屬材料向著復合化的方向上發展是必然的發展趨勢，其復合化方向發展的最終是以應用為目標的，當前無機非金屬材料已經廣泛的應用到鋼筋混凝土以及鋼玻璃等方面，其主要的是使用有機高分子和無機玻璃纖維所組成，此種結構材料為主的復合型材料比一般單一的結構材料更加的具有使用的價值，更加的符合當前時展的趨勢。

3.3智能化發展

材料的智能化已經成為當前人們所關注的焦點，材料的智能化主要是指材料性能的多元化，能夠接受到外部環境變化的信息，并且能夠及時的進行反饋。智能化功能材料大部分為多片壓電以及鐵電陶瓷的復試結構，當前的主要的發展方向是建筑材料的智能化的發展，提高建筑材料的安全的使用性能。

3.4節能和降耗方向的發展

傳統的無機非金屬材料是一個環境污染嚴重以及相對的能耗比較高的發展領域。隨著可持續發展戰略的提出，在各個行業中的發展中要堅持可持續發展的理念，為此就要改變傳統比較落后的經營的理念和生產方式。在未來無機非金屬材料中的發展中，要進行科研研發的力度，探索出相對污染小并且能耗低的新型的合成工藝，從而使產品的性能得到提高，使無機非金屬材料的生產結構更加的合理完整。

總結

無機非金屬材料由于其良好的性能，以及被應用到生產生活中的各個領域中，其對于我國經濟建設的發展起著非常重要的作用，其的發展帶動了各個科學領域的創新，推動了科學技術的快速的發展。

參考文獻

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關鍵詞：特色改革；地區文化；辦學特色；專業實踐體系構建

無機非金屬材料工程專業是一門實踐性與應用性很強的學科。在國內，一直以來無機非金屬材料工程專業都存在雷同的培養模式，大多院校都開設《工廠設計》《材料專業實驗》《熱工基礎與設備》《粉體工程》《無機材料科學基礎》《無機材料測試技術》等專業基礎課程和實踐課程，無特色的專業教育模式導致學生的核心競爭力不強。

為了培養具有實踐能力和創新精神的高級技術應用型人才，眾多開設該專業的院校在培養計劃中實踐環節的體系構建、實踐課程中實踐內容及教學大綱的修改等方面提出了一些實踐改革措施。哈爾濱理工大學提出從畢業設計和課程設計環節入手，推動深化專業平臺課程體系的改革；重慶大學提出優化現有實驗課程、構造能培養學生創新思維的設計型實驗等改革方式；沈陽化工大學提出通過增設開放性實驗和增加綜合設計性實驗創新性的方式進行實踐環節教育的培養模式探索等。

一、結合地區文化和辦學特色制訂改革方針

事實上，無機非金屬材料是一個龐大的材料體系，包括水泥、玻璃、陶瓷、納米粉體等，有傳統無機非金屬材料和新型無機非金屬材料之分。因此，在制訂專業培養計劃時若能根據各自的發展特點及側重方向，在開設專業基礎課程的同時注重專業課程和實踐體系的特色建設，能夠幫助培養出針對性更強的工程師人才。

景德鎮陶瓷學院依托于“瓷都”的地區特色，是以“陶瓷”為辦學特色的本科工科院校，其無機非金屬材料工程專業相應制訂了圍繞“陶瓷材料”的培養模式，在傳統專業課程之外，開設了如“陶瓷工藝學”“建筑陶瓷工藝學”“特種陶瓷工藝學”“工廠設計概論”等“陶瓷”相關特色課程。因此，專業實踐體系的改革和創新應結合本校的教學特色，以此作為實踐環節的改革創新立足點，充分發揮學院地區文化和專業特點，才能更好地實現培養“應用型”本科工程人才的目的。

二、以多媒體數據庫為基礎的實踐體系特色改革

無機非金屬材料工程專業主要是培養具備無機非金屬材料工程學科的基本理論、基本知識和基本技能，能在無機非金屬材料結構研究與分析、材料的制備、材料成型與加工等領域從事材料生產、工程設計、科學研究、技術開發和經營管理等方面工作的高級工程技術人才。

因此，在專業培養上，可以根據材料的制備與加工特點，收集材料成型加工和制備的生產工藝流程和儀器設備相關的多媒體數據，建立相關數據庫。多媒體數據庫的建立將豐富專業軟件力量，同時將多媒體教學文件融入專業課程和實踐環節教學中，課堂教學將更加豐富，實現以多媒體數據庫為基礎的實踐體系特色改革。

以本校為例，根據“陶瓷”專業特色，針對建筑陶瓷、衛生陶瓷、日用瓷、特種陶瓷行業，經多媒體后期處理，結合Flash相關技術，研制出一套靜動態結合、囊括各類陶瓷生產工藝和陶瓷生產儀器設備的多媒體教學課件，并以此建立無機非金屬材料工程專業的多媒體數據庫，開展以多媒體數據庫為基礎的專業實踐環節改革。實踐主要從兩方面入手，首先在專業課程的實踐改革方面，可以將多媒體數據庫融入專業基礎課程中，如《建筑陶瓷工藝學》《陶瓷工藝學》《特種陶瓷工藝學》《工廠設計概論》的課程中，并調整和修訂四門課程的教學大綱和課程計劃，制訂出更加適合應用實踐型工程技術人才培養模式的專業教學課程新體系。

在專業實踐課程改革方面，調整《認識實習》的相關實習內容，制訂《認識實習》教學大綱?！墩J識實習》課程一般開設于專業課程之前，學生還未接觸到專業課程的學習，常導致實習過程走馬觀花、印象不深、認識不夠等問題。將多媒體數據庫加入到《認識實習》的課程內容中，讓學生進廠參觀實習前，根據實習項目首先開展統一的多媒體認識實踐過程，有效地提高了認識實習實踐環節的教學效率。同時，可以增設《多媒體開放性實驗》這門獨特的專業實踐課程作為專業選修課程。將多媒體數據庫與陶瓷工廠模型結合，制訂《多媒體開放性實驗》教學大綱、授課計劃和管理細則，供學生在課堂之外進一步深入學習和消化相關專業知識。也能幫助學生在涉及工廠設計，如《畢業設計》等實踐環節中有效合理地開展相關工作，做到有物可依，有規可循。

三、以專業基礎課程為基礎的專業實踐體系的構建

當前，大多數學校都面臨實踐性教學環境條件不足，與企業的產學合作教學不到位，工程教育培養的人才與工程實踐脫節，不適應工業、工程一線的需要等問題。

學校設有專門的實習類別課程，如，認識實習和生產實習。認識實習常常開課較早，學生還未接觸到任何專業課程之前就下到各個工廠進行感性認識，這種做法的利弊是可以讓學生首先對本專業有個感性的認識，但卻容易導致學生走馬觀花，且一般學生人數較多，往往造成學生實習的盲目性，一般都會造成認識不深的情況。生產實習也有相同的問題，常常開課較早，與專業理論知識脫鉤，學生抓不住重點。

因此，就專業實踐環節，應適當調整實踐實習的開課時間，要配合相關專業課程的理論教學時間，同時應新增教學實習課程，教學實習在很多工科院校都有設立，該實習是專門為課堂教學服務的。

專業課程中尤其是與材料生產制備加工有緊密聯系的課程，如，大多數院校都開設的《工廠設計概論》《熱工基礎與設備》等，應配備相應的教學實習內容。該教學實習類似于認識實習，但卻內容與形式截然不同，學生通過分組在生產企業進行分散實習，在1～2個星期的時間內全部待在工廠，期間需完成所在車間的“工廠設計”、標出主要設備的位置和型號、分清各個工位及工作內容、了解所在車間的工藝流程及易出現的生產問題，讓學生帶著問題深入現場。這樣既能將專業課程與實踐完美地結合，同時又能讓學生在教學實習中完成工廠設計相關內容，也為學校解決了畢業生畢業設計環節的相關問題。

四、工程型人才培養模式在專業實踐環節的特色構建

隨著高等教育大眾化，傳統單一“大鍋飯”的教育方式顯然不適應現代專業的建設和發展及多層次學生的培養需求。對于不同層次的學生應提出不同的培養方案，因材施教。

對于培養研究型人才可以沿用目前采用3+1的培養方式，對培養應用型的工程骨干人員來說，可推行2.5+1.5的培養方式改革，增加實踐環節的教學周期至1.5學年。具體體現在對專業課程進行學時的修整和課程的整合，精簡專業基礎課和專業課程的教學內容，培養出更加符合學生個性化特點及發展要求的各層面社會人才。

在1.5的培養模式下增加實驗室專業實踐教學內容。實踐可以根據地區特色，發揮所長。以本校為例，依靠“瓷都”的特色，構建系列以普通陶瓷為主即以“坯、釉”相關為主要實驗項目，增加《釉料配方實訓》《坯料配方實訓》《燒成實訓》《陶瓷裝飾技能實訓》等實踐教學環節。通過聘用有經驗的教師，根據現有市場上對“坯、釉”的要求有針對性地設計實驗，讓學生學得更有實用性，激發學生興趣。同時開展專題實習，針對實驗中存在的問題，選擇一些突出問題，讓學生通過現場分析研究、查資料，甚至通過簡單的工藝實驗，來提出解決這些問題的切實可行的方案，找到解決問題的關鍵，讓實驗做得更具目標性和設計性。

總之，在整個教育改革過程中要突出實踐性，但一定要抓住“具備基本的理論基礎知識”這條主線不放，不能過于“實踐”，因此需要制定有針對性的培養計劃和教學大綱。以教育學生、教育好學生，全面調動學生興趣為本次教育改革的主導思想，以教育出既滿足市場需求又具備一定的專業基礎知識的學生為改革的最終目標。

參考文獻：

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【關鍵詞】質子導電性；無機非金屬材料；發展；應用

科技的高速發展，使更多高性能的材料的發現和應用成為可能。無機非金屬材料以其優良的耐腐蝕性等特點被應用在防腐工程特別是管道防腐之中，這種材料其實又稱陶瓷材料，有傳統陶瓷與精細陶瓷之分。無機非金屬材料具有其他材料無法比擬的優點，在聲、電、光、磁等方面都具有特殊的功能，其中質子導電性無機非金屬材料十分具有研究價值。

1 質子導電性的無機非金屬材料發展概述

關于質子導體的研究早在20世紀初就已經出現并尋找到了銀離子導體，其中還具有現今為止常溫下最高的導電率的導體。但是銀離子導體在性能上很不穩定，價格又很高，很快就被后來出現的銅離子導體給取代。銅離子導體中存在著迄今為止具有最高導電率的固體電解質，因為其具有與銀離子導體相似的性質，價格有比其低很多，故收到了人們普遍關注，之后又發現了其他的離子導體，質子導電體是在20世紀70年代被發現的[1]。最近幾年全球都十分關注能源相關的研究領域，具有質子導電性的無機非金屬材料在功能上又十分特別，所以對這一領域的研究一直未中斷過。

到目前，已經被發現的質子導電性的無機化合物主要包括：水合物型、氫鍵型、β-Al2O3型、氫嵌入型、晶格缺陷型，下面對這幾種類型簡單加以介紹。

水合物型的導電體，它的構造之中含有一些結晶水，如果在通電的狀態下，水分子之間就會通過質子傳遞來導電。這一類型的導體如果在室溫的條件下，導電率會相當高，而如果溫度在此基礎上升高，其結構之中的結晶水很容易流失，導電率就會明顯的下降。

氫鍵型的質子導體是通過氫鍵連接離子團或者分子，使其形成鏈狀或者是骨架類的結構，同樣可以在通電的條件下，利用質子傳遞導電。氫鍵在高溫時容易遭到破壞，使其本來連接在一起的結構分解，導電率會相應的降低。

β-Al2O3類的質子導體可以分為三種類型，而當制備的方法不一樣的時候，又可以分成兩種不同的類型。這其中的各種類型都具有高低不同的導電率，出現這種不同是由于結構中的質子能量降低，形成低能擴散的途徑[2]，所有的類型在溫度升高時都會降低其導電的效率。

氫嵌入型的質子導體中H+體積很小，對于部分晶體晶格的間隙可以很輕易的嵌入其中，在通電的條件下，H+會在晶體間隙之中進行定向的移動，從而導電。氫嵌入類型的導電體導電是通過電子進行導電為主，其質子的導電性很低，所以應用的價值也不大。

晶格缺陷型的質子導體，比之前的幾種具有質子的導電性質的無機化合物發現的要晚，那些含氫的導體在高溫的狀態下會降低其導電性或者導電性直接消失，所以不適合在高于300攝氏度的狀態下應用。后來發現的氧化物燒結體在一定條件下呈現電子導電性，但是當處于高溫狀態下，會產生水蒸氣或者氫氣，這時其電子的導電性就會降低，而質子的導電性反而增加，溫度如果達到一定的標準，就能夠基本上完全顯示質子的導電性[3]。由于這種材料可以在高溫狀態下導電，所以在應用價值方面很高，也在現實中得到相應的應用，并取得一定成就。

2 質子導電性無機非金屬材料的應用

2.1 氫傳感器

一些陶瓷以SrCeO3、CaZrO3、BaCeO3作為母體，它們是固體的電解質，其中一端的H2壓力較大，是負極，而另外一端的H2壓力則較小，就是正極，從而形成了氫濃差電池?？梢杂脺y試電池對這種氫傳感器進行檢驗，這樣的電池性能穩定，又是固體的電解質，所以使用起來特別方便。

2.2 含有氫化合物的傳感器

這種測試電池可以測試氫的含量，特別是可以在高溫狀態下測試空氣中的氫化物，比如空氣中的碳氫化合物或者水蒸汽等等?？梢酝ㄟ^電動勢的計算得出空氣中水蒸氣的含量，也可以在工業中加以應用，比如在工業燒結的過程中，為了提高熔融金屬的品質，去除其中的氫，就可以應用這種傳感器測定其中的氫含量。

2.3 燃料電池的應用

燃料電池多采用氧離子導體作為其電解質，現在的燃料電池也會采用質子導體作為固體電解質，后者相比前者而言，在使用上要方便許多。因為質子導體作為電解質的這類燃料電池，它的燃料電極之上根本沒有水產生，所以燃料不需要進行循環[4]。而且，如果從熱處理的角度來進行考慮，燃料電池中具有碳氫化合物的，如果產生氫氣就會當作燃料被消耗，剩下的物質可以產生其他有用的產品。

2.4 可以應用在蒸汽電解產生氫氣中

用質子導電性的無機非金屬材料方法，可以獲取極高純度的氫氣，那是由于這樣的電池之中，質子是唯一可以由正極移動到負極去的導電體。

2.5 氫分離與氫泵

可以利用質子導電性的無機非金屬材料制作出氫泵，只需要進行一步操作，就可以在高溫的狀態下將氣體的混合物之中的氫氣分離出來，而且分離的速度和效率很方便控制。

2.6 應用于蒸汽泵中

常溫常態下的水蒸氣可以通過在陽極進行放電從而產生質子，這些質子可以移動到陰極那里去，并且在陰極發生反應，通過空氣中的氧氣生成水或者是氫氣等等。可以利用這種蒸汽泵去調節和控制高溫封閉環境的濕度，也有人在高放射條件下的同位素濃縮中進行這一方法的應用研究。

2.7 氫化或者脫氫中的應用

用具有質子導電性的無機非金屬材料作為固體電解質，與其他化學反應比較，在進行氫化和脫氫時，優勢很明顯。被進行氫化或者是脫氫反應的化合物，與生成產生的氫氣是相互分離的，可以用電流對反應的速率進行有效的控制，電極電勢不但可以控制氫的化學性，還可以控制催化性以及選擇性。

3 總結

具有質子導電性的無機非金屬材料在應用中與其他非質子的材料相比，都具有一定的優勢。隨著人們對其關注程度的加深，這種材料在今后的前景將更加廣闊，相關研究會更全面系統，應用也會更廣泛。

【參考文獻】

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關鍵詞：開放式實驗；實踐教學；產學研

新的高等教育理論認為，培養、訓練具有解決科學問題能力和綜合實踐能力的人才要比培養單純接受知識的學生重要得多。把學生培養成為具有創新能力的高素質人才，以適應我國社會主義現代化建設的需要，是當代高等教育的目標。

高校實驗室作為高等教育的一個重要組成部分，對于培養學生實踐能力和創新精神、提高學生綜合素質具有特殊作用。隨著實踐教學改革的深化，開放式實驗教學模式近幾年越來越受到人們的重視。開放式實驗教學模式改變了傳統實驗教學局限于驗證原理、單純掌握操作技術以及依附于理論課的情況，充實和改革了實驗教學的內容。開放式實驗教學模式在培養學生的科學思維、創新意識和提高學生的綜合能力方面是傳統實驗教學模式所無法替代的。實驗教學的改革的主要目的就是要拓展學生的知識面，培養學生分析問題和解決問題的能力、聯想和創新的能力，從而提升學生的綜合素質。

2004年我們承擔了河北理工大學教改重點資助項目:“開放式實驗教學的方法和管理對策研究”，對無機非金屬材料實驗室的開放式實驗教學進行了研究和探索。摸索出“基礎實驗與綜合型實驗、綜合設計型實驗相結合，規定實驗與自選實驗相結合，鼓勵學生自己設計實驗，在實驗室實驗與在實驗基地實驗相結合；學院教師當導師與吸納社會高級工程技術人員當副導師相結合”的實踐教學模式?；拘纬闪恕翱茖W構建與理論教學體系既密切相關又相互獨立、內容循序漸進、層次分明、特點突出、開放式”的實驗、實踐教學體系。以實驗室為主，實驗基地為輔，“產學研”相結合，共同進行了開放式實驗、實踐教學活動。

一 緊密結合理論教學體系，獨立設置實驗、實踐課程

根據無機非金屬材料學科課程設置，按水泥、陶瓷、耐火材料三個方向獨立設置了《無機材料物化性能實驗》、《水泥專業實驗》、《陶瓷專業實驗》、《耐火材料專業實驗》實驗課程以及《無機非金屬材料專業認識實習》、《無機非金屬材料專業生產實習》、《無機非金屬材料專業畢業實習》實踐教學課程。

二 內容循序漸進、層次分明

根據學生各個學習階段培養的要求，按如圖1所示的順序進行實驗、實踐教學活動。

三 實驗、實踐教學特點

“產學研”結合共同開展實驗、實踐教學活動，使實驗項目、課題來源廣泛，結合實際且充分利用學校和社會資源。如圖2所示。

四 進行實驗室的開放

實驗室實行全方位、全天候的對內、對外開放。

從2004年5月份開始，實驗室的各個測試室和儀器設備等實驗條件對學院內研究生、教師實行了全天候的開放。給研究生導師、研究生配備了工作室和計算機以及相關實驗室的房間鑰匙，研究生導師、研究生在任何時間都可以在實驗室進行課題研究。在本科生各個實驗教學階段的周期內，對他們實行全天候開放。社會相關院校、科研單位、企業的科研人員隨時可以利用實驗室的資源，開展科學研究、性能測試。隨時為社會開展技術咨詢、技術服務、項目合作、成果推廣等服務。

五 進行實驗教學軟件建設

首先組織編寫了《無機非金屬材料實驗教程》，并由冶金工業出版社出版。教程包含了從基礎實驗到現代測試實驗、綜合性實驗、設計性實驗的內容，為本科生選做實驗課題提供了內容，為實驗教師編制實驗指導書和實驗講義提供了參考，為研究生開展課題研究提供了幫助。

制定和修訂了20余項實驗室的管理制度，保證了開放式實驗教學的進行。 重新修訂了實驗教學大綱?！稛o機材料物化性能實驗》、《陶瓷專業實驗》、《耐火材料專業實驗》、《水泥專業實驗》四門實驗課程的21項實驗項目，從原來的驗證式實驗，修訂為綜合性實驗。使綜合實驗占實驗課程和實驗項目的100%。促進了實驗教學水平的提高。

六 進行實驗、實踐教學基地建設

唐山市無機非金屬材料重點實驗室由河北理工大學、唐山陶瓷股份有限公司、河北省冀東水泥集團有限責任公司共同組建，構建了一個適合于唐山市無機非金屬材料行業發展的科技平臺、建立一個能夠充分發揮院校與企業優勢，調動各方面科研積極性的機制；對促進唐山市無機非金屬材料行業脫困和產業發展，加快唐山市無機非金屬材料高新技術研究與應用，將起到重要的作用。同時在唐山市重點實驗室的建設中，教師爭取到唐山市科研項目10余項，獲得20余萬元的經費資助。教師科研項目的增加，提高了本科生、研究生畢業課題研究的質量。 在唐山時創耐火材料有限公司、唐山隆達骨質瓷公司等8個單位建立了實驗教學基地。

重點實驗室的建設和實驗教學基地建設，實現了實驗儀器設備、實驗場所等基礎條件的共享，創造了系列的實驗基礎條件，滿足了本科生研究生的實驗、實踐教學的需要。

七 進行實驗、實踐教學所需基礎設施、設備建設

重點實驗室的建設和實驗教學基地建設，實現了實驗儀器設備、實驗場所等基礎條件的共享。同時04-06年增加了近百萬元的高溫電爐等儀器設備和實驗經費投入，為實驗教學創造了基礎條件。

目前，包括重點實驗室在內的4000平方米實驗面積，500多臺套的儀器設備，包括449C綜合熱分析儀、9510壓汞法孔結構測定儀、C80微量熱儀、L230激光粒度分析儀、熱膨脹儀等大型、精密儀器，實現了從物料破碎、粉磨、混合、成型、高溫煅燒、物相分析、顯微結構分析、化學分析、孔結構分析、熱分析、粒度測定、制品的各種物理性能檢驗等實驗，創造了系列的實驗基礎條件，滿足了本科生研究生的實驗、實踐教學的需要。

八 開放式實驗、實踐教學結碩果

由于軟硬件的建設，使科研課題來源廣泛、更接近科學研究前沿，更適合于應用科學研究，更接近于生產實際，提高了科研立項的數量和質量。學生的實驗課題直接來源于導師的科研項目和企業生產實際課題。這樣，使研究工作進展順利，研究成果可直接在工業企業進行轉化。

不完全統計，在2004年至2006年5月期間，學生參與的科研工作取得了顯著的效果。共獲獎4項、鑒定14項、60余篇，其中被SCI、EI收錄22篇、出版著作2部、獲國家實用新型專利1項，受理1項。

多數科研課題來源于企業，科研成果轉化順利。兩年來，共有10余項科研成果直接在唐山陶瓷股份公司、冀東水泥集團有限責任公司、惠達陶瓷集團、隆達骨質瓷公司等單位進行了轉化，為企業取得社會經濟效益上億元。

學生廣泛參與研究工作，為科研立項奠定了前期研究基礎，使科研立項取得了自主爭取國家自然科學基金項目的歷史性突破。其中，“高抗熱震氧化鋯-鈦酸鋁復相材料的結構性能設計”、“具堿性催化功能的Al-Si-O-N介孔材料制備和表征”2項獲國家自然科學基金項目資助?！敖饘?氮化物結合滑板抗損失機理研究”、“長余輝玻璃的制備和長余輝機理的研究” 2項獲省自然科學基金項目資助。“納米材料的制備及應用關鍵技術研究”等10余項獲省市級科研項目資助。反過來，科研項目數量和質量的提高，為開放式實驗教學奠定了堅實基礎。

進行開放式實驗、實踐教學提高了學生的素質。提高了學生參與科研、創新活動的主動性積極性，使學生學到專業的前沿知識。通過參與科研項目，學生查閱大量的科技資料，通過學習、歸納整理，可系統地掌握相關科技前沿知識，為今后工作奠定比較豐富的科技知識基礎。學生進一步掌握了科研方法，掌握所需儀器設備的操作，提高了學生動手能力。

通過近幾年的開放式實驗教學實踐，我們覺得提高的是教學質量，受益的是廣大學生。實驗教學改革任重道遠，我們將不斷探討新的實驗內容、實驗方法和實驗手段，不斷地完善和改進實驗教學模式和體系。

參考文獻：

［1］ 余曼麗開放式實驗教學管理模式的探討［J］中國水運，2007，5(7):246～248

［2］ 張婕淺談實驗室開放的保障機制［J］中國現代教育裝備，2007（5）：75～76

［3］ 李雙，施幫利，陳古波有效推進開放式實驗教學淺析［J］重慶工學院學報，2006，20(8):182～184

篇(6)

關鍵詞：無機非金屬材料；建筑節能；應用

Abstract: in modern energy structure found in research and analysis, building energy consumption in energy consumption plays an important proportion. In order to carry out the sustainable development strategy in China and promote our country's energy application structure adjustment, the modern building material in the engineering design of energy-saving technology application increasing. This paper mainly on our modern building energy conservation project in the application of inorganic non-metallic materials are also discussed.

Keywords: inorganic non-metallic materials; Building energy efficiency; application

中圖分類號：TE08文獻標識碼：A 文章編號：

0.序言

隨著我國城市建設的快速發展、房屋建筑的增加、建筑熱舒適性要求的提高等原因,使得我國的建筑耗能也逐年加大,每年房屋建筑總能耗占全國總能耗的45%,如果繼續傳統的建筑設計方式,會造成較大的建筑材料消耗。因此,我們應該廣泛選用建筑節能材料，而在這些材料中無機非金屬材料又具有很強的節能優勢。無機非金屬材料包括除金屬材料、高分子材料以外的幾乎所有材料，這些材料主要由一般陶瓷玻璃、耐火材料、水泥以及特種陶瓷等新型無機工程材料。一般無機非金屬材料具有耐高溫、高硬度和抗腐蝕等優良工程性能，其主要缺點是抗拉強度低、韌性差。無機非金屬材料品種和名目極其繁多,用途各異,因此,還沒有一個統一而完善的分類方法。通常把它們分為普通的(傳統的)和先進的(新型的)無機非金屬材料兩大類。傳統的無機非金屬材料是工業和基本建設所必需的基礎材料。

1無機非金屬材料在建筑工程中的應用優點

傳統的無機非金屬材料材料品種繁多，主要是指大宗無機建筑材料，包括水泥、玻璃、陶瓷與建筑（墻體）材料等。其產量占無機非金屬材料的絕大多數。建筑材料與人們的生活質量息息相關。傳統的無機非金屬材料工業是能源消耗大戶,在世界能源日益短缺的今天,如何生產節能、降耗,以及如何生產出高質量的建筑節能、保溫產品是建材工業發展的重要趨勢。選擇資源節約型、污染最低型、質量效益型、科技先導型的發展方式。新型墻體材料、高質量門窗、中空玻璃將大量應用;向著提高材料性能、使用壽命的方向發展。低壽命設計、大量重復建設已經嚴重制約城市建設的發展?，F代化建筑需要高性能建筑材料的支持,而提高建筑的耐久性又對建筑材料的使用壽命提出了更高的要求。在建筑工程中，把用于控制室內熱量外流的材料稱為保溫隔熱材料，把防止室內熱量外流的材料稱為隔熱材料。絕熱材料的優劣主要由材料的傳導性能的高低決定。材料的傳導性能越差，其絕熱性能就好，反之則越差。

在現代社會中已形成了三大類絕熱材料：有機絕熱材料，無機絕熱材料，金屬。而有機絕熱材料相對無機絕熱材料來說受到很多限制，與其它構件的結合性差，耐腐蝕性弱，合成浪費能源，不穩定;而且有機性材料的副產物太多，大多對人體又有害，使用中承載力不強，防火性能差，易老化，耐候性也很差等原因受到許多限制。金屬類絕熱材料的使用相對來說也沒有無機非金屬材料廣，因為金屬材料與無機材料相比來源也要窄得多，與其它材料的結合也沒有無機非金屬材料好，耐腐蝕性也不強，在雷電多發區受到苛刻的技術要求和設計要求。因此，與上述兩種材料相比優勢化較大的就是無機非金屬材料，這類材料基本都有上述兩種材料的優點外還有：材料來源廣，生產工藝簡單，耐熱性強，防火性強，承載力強，而且耐火性也十分好。故無機非金屬材料在現代建筑工程中的運用前景也就強于其他兩種材料。在建筑保溫隔熱運用中，因其多用于建筑維護結構及其外表面，既能使建筑的保溫性能和隔熱性能都得到保證。又能對建筑起到保護作用，使建筑物避免直接暴露于大氣環境中;使其免受大氣環境中的各種腐蝕和破壞作用。

現有的其他保溫隔熱材料中有巖棉、人造輕質硅酸鹽、非連續的絮狀纖維材料，質地松軟，化學穩定性好，耐酸堿，彈性好。

膨脹蛭石，有金云母，黑云母變質而成，是一種復雜的鐵，鎂含水硅酸鹽類礦物；是性能良好的建筑絕熱材料。

硅藻土，由硅藻的硅質的細胞壁的一種生物化學沉積巖組成。質地松軟，多孔而輕，易研磨成粉末，具有吸水性，不溶于酸，堿。是建筑工程中常用的輕質、絕熱和隔聲材料。

木纖維，也稱為工程纖維，是一種天然纖維，成化學惰性，無生理毒性，在建筑保溫隔熱工程以及在內外墻膩子防水涂料和復層涂料中運用，能起到防裂、觸變、憎稠等多種作用。因此對各種粘貼式保溫隔熱有著重要作用。

泡沫玻璃是石英砂礦粉或碎玻璃為基料，加入發泡劑、促進劑等添加劑，經超細粉碎和均勻混合形成配合料，經融化、發泡、退火而形成的內部充滿封閉式氣泡的材料。屬于無機玻璃之和封閉氣孔構成的多孔泡沫類材料。它的密度低、導熱系數小、不透濕、吸水率小、不燃燒、不霉變、機械性能高、加工方便、耐化學腐蝕、本身無毒、性能穩定。既是保溫材料又是隔熱材料，能適應極冷到較高溫度范圍等特性，同時耐久性好、質硬、表面強度高、可切割成型，施工方便，可成彩色材料;因此還具有獨特的裝飾功能。但是氣泡的大小、勻稱度等都會影響其特有的功能。出現凹格、開裂、表面不平等。介于其優點多，在無機非金屬材料中是很有發展潛能的。

2 無機非金屬材料的分類

2.1半導體材料

半導體是指室溫電阻值處于導體(電阻值約10～4Ωm)和絕緣體(≥1010Ωm之間的材料，它已成為當前無線電電子技術、計算機技術和新能源利用技術等高新技術中不可缺少的重要材料。目前大多數半導體材料還是無機半導體材料，它的大致分類為元素半導體、摻雜半導體、化合物半導體、缺陷半導體。

2.2 高技術晶體材料BGO

BGO是Bi2O3-GeO2系化合物鍺酸鉍的總稱，目前往往特指其中的Bi4Ge3O12。這是一種閃鑠晶體，無色透明：當一定能量的電子、γ射線或重帶電粒子進入時，它能發出藍綠色的熒光，記錄熒光的強度和位置，就能計算出入射電子等粒子的能量和位置。

篇(7)

關鍵詞：材料 發展 金屬材料 無機非金屬材料 高分子材料

人類社會的發展歷程,是以材料為主要標志的。歷史上,材料被視為人類社會進化的里程碑。對材料的認識和利用的能力,決定著社會的形態和人類生活的質量。歷史學家也把材料及其器具作為劃分時代的標志:如石器時代、青銅器時代、鐵器時代、高分子材料時代……

100萬年以前,原始人以石頭作為工具,稱舊石器時代。1萬年以前,人類對石器進行加工,使之成為器皿和精致的工具,從而進入新石器時代。現在考古發掘證明我國在八千多年前已經制成實用的陶器,在六千多年前已經冶煉出黃銅,在四千多年前已有簡單的青銅工具,在三千多年前已用隕鐵制造兵器。我們的祖先在二千五百多年前的春秋時期已會冶煉生鐵,比歐洲要早一千八百多年以上。18世紀,鋼鐵工業的發展,成為產業革命的重要內容和物質基礎。19世紀中葉,現代平爐和轉爐煉鋼技術的出現,使人類真正進入了鋼鐵時代。與此同時,銅、鉛、鋅也大量得到應用,鋁、鎂、鈦等金屬相繼問世并得到應用。直到20世紀中葉,金屬材料在材料工業中一直占有主導地位。20世紀中葉以后,科學技術迅猛發展,作為發明之母和產業糧食的新材料又出現了劃時代的變化。首先是人工合成高分子材料問世,并得到廣泛應用僅半個世紀時間,高分子材料已與有上千年歷史的金屬材料并駕齊驅,并在年產量的體積上已超過了鋼,成為國民經濟、國防尖端科學和高科技領域不可缺少的材料。其次是陶瓷材料的發展。陶瓷是人類最早利用自然界所提供的原料制造而成的材料。50年代,合成化工原料和特殊制備工藝的發展,使陶瓷材料產生了一個飛躍,出現了從傳統陶瓷向先進陶瓷的轉變,許多新型功能陶瓷形成了產業,滿足了電力、電子技術和航天技術的發展和需要。

現在人們也按化學成分的不同將材料劃分為金屬材料,無機非金屬材料和有機高分子材料三大類以及他們的復合材料。

金屬材料科學主要是研究金屬材料的成分組織、結構、缺陷與性能之間內在聯系的一門學科。金屬材料科學與工程的工作者還要研究各種金屬冶煉和合金化的反應過程和相的關系,金屬材料的制備方法和形成機理,結晶過程以及材料在制造及使用過程中的變化和損毀機理。對其按化學成份進行分類可以分為鋼鐵、有色金屬以及復合金屬材料。按用途分類包括結構材料和功能材料。

金屬基復合材料(mmc)因其良好的性能而得到了人們廣泛的關注。它是一類以金屬或合金為基體,以金屬或非金屬線、絲、纖維、晶須或顆粒狀組分為增強相的非均質混合物,其共同點是具有連續的金屬基體。目前,特別是航空航天部門推進系統使用的材料,其性能已經達到了極限。因此,研制工作溫度更高、比剛度和比強度大幅度增加的金屬基復合材料,已經成為發展高性能結構材料的一個重要方向。1990年美國在航天推進系統中形成了3250萬美元的高級復合材料(主要為mmc)市場,年平均增長率16%,遠高于高性能合金的年增長率1.6%。

無機非金屬材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成的材料。是除有機高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統稱。在晶體結構上,無機非金屬的晶體結構遠比金屬復雜,并且沒有自由的電子。具有比金屬鍵和純共價鍵更強的離子鍵和混合鍵。這種化學鍵所特有的高鍵能、高鍵強賦予這一大類材料以高熔點、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強度和良好的抗氧化性等基本屬性,以及寬廣的導電性、隔熱性、透光性及良好的鐵電性、鐵磁性和壓電性。無機非金屬材料已從傳統的水泥、玻璃、陶瓷發展到了新型的先進陶瓷、非晶態材料、人工晶體、無機涂層、無機纖維、半導體材料以及光學材料。由于新型無機非金屬材料除具有傳統無機非金屬材料的優點外,還有某些特征如:強度高、具有電學、光學特性和生物功能等,因此它們已成為現代新技術、新產業、傳統工業技術改造、現代國防和生物醫學所不可缺少的物質基礎。

高分子材料為有機合成材料,亦稱聚合物。自20世紀20年代德國著名科學家斯托丁格開創這一學科以來,高分子科學和技術的發展極為迅猛,如今已形成非常龐大的高分子工業。它具有較高的強度,良好的塑性,較強的耐腐蝕性能,很好的絕緣性能,以及重量輕等優良性能,在是工程上的發展最快的一類新型結構材料。高分子材料按其分子鏈排列有序與否,可分為結晶聚合物和無定型聚合物兩類。結晶聚合物的強度較高,結晶度決定于分子鏈排列的有序程度。工程上通常根據機械性能和使用狀態將其分為三大類:塑料、橡膠以及合成纖維。其中,我國的合成纖維、合成樹脂和合成橡膠已分別居世界產能的第一、二和三位。

參考文獻:

[1]謝盛輝.《材料科學發展史》課程構想及教學綱要. 2006,26,(5).

[2]許順生.金屬材料科學概述.中國科學院上海冶金研究所.