發(fā)布時間：2022-04-08 10:38:09
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇材料化學論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1材料化學工程的概述
材料化學工程是由化學工程學科和材料學科交叉滲透所形成的一門分支學科,其研究方向主要有兩個：一是以新材料為基礎，不斷發(fā)展反應過程的反應技術，比如吸附過程、膜過程、催化過程等。該方向主要是通過材料的特征將其分離并進行反應，其目的是揭示材料微觀結構中物質進行傳遞和反應機理，進而總結出適用于材料設計和反應過程優(yōu)化的理論方法和工藝技術。二是在材料制備的過程中，用化學工程的理論方法解決所遇到的關鍵問題,比如如何運用微結構的性能關系來實現(xiàn)對材料微觀結構和性能的控制,從而完成從材料制備到定向制備的轉化。新材料的開發(fā)是材料化學工程發(fā)展的關鍵和先導，直接可以衡量出國家的材料化學發(fā)達與否，因此，開發(fā)新材料對于材料化學工程的發(fā)展至關重要。材料化學包括陶瓷材料、聚合物材料、磁性材料、化學傳感材料、電子材料、超硬材料、無機非金屬材料、催化和吸附材料和薄膜材料等，這些材料很大程度上豐富了材料化學工程的領域，對其發(fā)展做出重要貢獻。
2新材料的開發(fā)
我國在新材料的開發(fā)領域取得了很多亮點，這些新材料的開發(fā)成為分離和反應過程的重要基石。一些研究所和大學正在開發(fā)一種非晶態(tài)的金催化材料,這種材料很有發(fā)展前途，因為它具有非常明顯的催化特性，而且其催化活性還具有特殊的選擇性，具有顯著的催化活性和特殊的選擇性。對這種材料進行流程綜合和技術集成，可以有助于我國新型石油化工技術的構建。石油化工科學研究院也開發(fā)出一種新型的鈦硅分子篩催化材料，這種材料具有定向氧化催化作用，可以實現(xiàn)“原子經(jīng)濟”，使“零排放”工藝成為可能，而且也具備工業(yè)化生產(chǎn)的可能性。而在新材料的分離技術方面,我國也取得了很大的進步，其中南京工業(yè)大學發(fā)展了以陶瓷膜材料為原料的新單元技術,同時加強了對集成單元技術的開發(fā),這些研究不僅使我國陶瓷技術更加趨于成熟，而且還形成了陶瓷膜新產(chǎn)業(yè),為我國帶來巨大的社會和經(jīng)濟效益。
3材料化學工程技術的進展
材料化學主要是對產(chǎn)品微結構進行調(diào)控，其主要手段是在加工材料時，將化學方法引入進去，這樣我們就可以通過宏觀條件來調(diào)控產(chǎn)品的微觀結構，從而為材料的加工和制備提供理論和技術指導。因此，化學工程技術的改進將直接促進材料化學工程的發(fā)展。我國在化學工程技術改進方面已經(jīng)取得了非常大的進展。清華大學在碳納米粉體材料的制備過程中,引入了傳統(tǒng)的流化床技術，大大降低了生產(chǎn)成本，從而使此生產(chǎn)技術可以用于工業(yè)化生產(chǎn)，帶來巨大的經(jīng)濟效益。北京化工大學則用超重力場技術來放大納米材料生產(chǎn)過程中的形貌控制問題,這樣就可以通過調(diào)節(jié)超重力場的強度來調(diào)節(jié)和改變產(chǎn)品的粒徑,。通過這種方法，我國已經(jīng)成功制備出碳酸鋇、碳酸、碳酸鋰、氫氧化鋁和碳酸鍶等納米粉體,并且形成了工業(yè)化生產(chǎn)的技術體系，為我國帶來巨大的經(jīng)濟效益。
4展望
材料化學工程作為一門交叉學科，不僅促進了材料工業(yè)的發(fā)展，而且也豐富了傳統(tǒng)化學工程學科的內(nèi)容，因此，具有非常重大的研究意義。我國材料化學工程的研究已經(jīng)取得很多可喜的成就，很多成果在世界上都位于領先水平。但是，材料化學工程中仍然有很多問題需要我們解決，因此，我們需要再接再厲，爭取使材料化學工程的研究更加深入，使其更好地為人類服務。
5結語
材料化學工程在新材料的開發(fā)、材料技術的改進以及技術的工業(yè)化普及過程中都具有非常重要的作用，且有著非常大的研究價值，其研究前景十分廣闊，已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究熱點之一。本文主要分析了材料化學的研究現(xiàn)狀，并結合新材料的開發(fā)和技術制備兩方面，闡述了我國取得的巨大進展和成就，希望可以看到更多研究成果的出現(xiàn)，以促進我國材料化學的發(fā)展，為我國創(chuàng)造更多的效益。
作者：劉玉琴單位：渾江區(qū)東興街道辦事處
1鐵的相圖圖
與圖1不同，鐵有三種固態(tài)，分別是α-Fe、γ-Fe和δ-Fe，其中γ-Fe為密排面心立方結構，α-Fe和δ-Fe為體心立方結構。并且，圖2中有三個三相點，分別為氣-液-δ-Fe；氣-γ-Fe-δ-Fe和氣-γ-Fe-α-Fe。通常情況下，F(xiàn)e是磁性的α-Fe，組織類型有鐵素體、珠光體和貝氏體等；通過成分和工藝控制常溫下可得到γ-Fe，如奧氏體不銹鋼304、310等。Fe的p-T相圖的講解，增強學生識別單組分相圖的能力。課堂上通過工業(yè)生產(chǎn)實例，加深了同學們對Fe的認識；并建立了物理化學相圖知識與學生專業(yè)—金屬材料之間的聯(lián)系。解決學生“材料專業(yè)為什么學物理化學？”的困惑。
2兩組分液態(tài)完全互溶系統(tǒng)的相圖
雖然二組分系統(tǒng)的氣—液平衡相圖依據(jù)組分在液態(tài)的互溶情況各有其特點，但液態(tài)完全互溶系統(tǒng)構成了這部分內(nèi)容的學習基礎[4]。對于這種相圖，我們除了讓學生掌握相圖中各相區(qū)的組成、相態(tài)和杠桿規(guī)則外，還注重讓學生學習氣相線和液相線的繪制方法和細節(jié)信息。其繪制過程如圖3所示，先配制不同比例的二組分混合物，再升高溫度測試混合物的熔點，通過描點—連線得到相圖。從而培養(yǎng)學生設計實驗繪制相圖讀取相圖細節(jié)信息的全面能力。通過學習繪制相圖，可使學生對相圖的全部信息有較深刻的認識、理解及較好的運用。為了便于學生掌握此類相圖及其應用，在教學中我們通過物相點隨溫度的變化的實例，講解其液相與氣相及組成在該過程的演變情況。重點分析了第一個氣泡點產(chǎn)生的壓力、組成及最后一滴混合液消失的壓力、組成，以及其逆過程這一難點。并將相圖理論與工業(yè)精餾裝置聯(lián)系起來，激發(fā)學生對該部分內(nèi)容的學習興趣。
3具有轉變溫度的二組分固態(tài)部分互溶、液態(tài)完全互溶的液固平衡相圖
具有轉變溫度的二組分固態(tài)部分互溶、液態(tài)完全互溶的液固平衡相圖，是學生學習中最難掌握的內(nèi)容。我們通過講解物相點的降溫過程的物相變化和步冷曲線的繪制，并借助動畫展示具體過程，使該部分內(nèi)容更加形象和生動，便于理解和掌握。同時，提高了學生的學習興趣和動手能力。
4相圖在金屬材料中的應用
4.1在金屬材料設計中的應用在工業(yè)生產(chǎn)和科研實踐涉及到的金屬材料通常為多組分的平衡系統(tǒng)，所以其相圖更為復雜。為了得到材料的擬服役性能，需要對材料進行設計和加工。相圖在材料設計中起著至關重要的作用，例如，在設計奧氏體不銹鋼時，為了得到單一奧氏體組織，需擴大相圖中奧氏體區(qū)，使其在冷卻過程中不發(fā)生γ-Feα-Fe的轉變。根據(jù)相圖，改變系統(tǒng)的組成，增加穩(wěn)定奧氏體元素，如Ni、C等是最常用的方法。當然，為了系統(tǒng)的平衡，其他元素也需做相應的改變。應用相圖時，為了提高設計組織的準確性，需要考慮平衡相圖與實際相圖的差別。
4.2在金屬材料加工中的應用在金屬材料的熱加工過程中，隨著加工溫度的不同，其物相也發(fā)生相應的變化?？赏ㄟ^控制軋制參數(shù)和冷卻過程，改變材料的相變溫度和組織類型，得到高性能的金屬材料。例如，在鋼鐵生產(chǎn)中，熱軋鋼板控制軋制與控制冷卻(TMCP)工藝，通過加大壓下量增加累積位錯，為相變過程提供更多的高能量相變形核點，以得到細小晶粒組織，提高鋼的強韌性。通過控制冷卻速率，可改變相變后的組織形態(tài)，在650℃以上發(fā)生相變得到珠光體和鐵素體組織，在450~600℃區(qū)間主要得到貝氏體組織的鋼材，在更低溫度下發(fā)生相變得到馬氏體組織，不同的組織賦予材料的不同的性能[5]。4.3在金屬熱處理中的應用相圖不僅在金屬材料的設計和加工中具有指導下作用，而且在材料的熱處理過程中也具有重要的應用價值。例如，在金屬材料的退火、淬火和正火中具有重要作用。淬火過程主要是控制冷卻速率，使相變溫度發(fā)生在較低溫度區(qū)，得到低溫轉變組織。正火溫度需在γ-Fe相區(qū)，需要根據(jù)相圖和化學成分判斷其奧氏體化溫度，從而確定正火的加熱溫度。嚴格的說，確定熱處理的升溫速率和降溫速率也需要參考相應的相圖。通過相圖在金屬材料領域的應用的介紹，學生對本專業(yè)和學習物理化學的重要性均有了清晰的認識，他們的學習積極性也顯著提高。
5結語
相圖在金屬材料領域中起著非常重要的作用，本文將日常生活、作者在鋼廠的工作經(jīng)歷、科研實踐及相關相圖知識鏈接至課堂，通過提出問題，實例講解和動畫演示等多種形式組織教學，建立金屬材料專業(yè)與物理化學相圖之間的內(nèi)部聯(lián)系，便于金屬材料專業(yè)的學生掌握較廣闊、深入的物理化學知識，以期為學生正確理解和應用相圖提供指導。
作者：孫紅英 李占君 單位：安陽工學院 機械工程學院
1改變課程考核評價體系，注重實驗過程考核
在無機化學實驗教學考核的過程中，僅憑實驗報告成績和期末考試成績，不能準確地衡量學生的實際實驗能力。為了科學地評估學生的實驗能力，需要優(yōu)化傳統(tǒng)的實驗課程考核體系，建立全面的無機化學實驗綜合考核辦法。將學生的課程成績分為實驗過程成績、實驗報告成績、實驗理論考試成績，單項成績不合格，則總成績不合格。這種考核方式促使學生認真地對待每個實驗環(huán)節(jié)，有效地提高了學生的綜合實驗素養(yǎng)。實驗過程成績是教師在指導學生實驗過程中，根據(jù)學生實際操作情況給出的評價;實驗報告成績主要是根據(jù)學生的預習實驗報告和實驗報告書寫、數(shù)據(jù)處理及分析等來評判;在實驗理論考試中，除了常見考題外，還結合材料化學專業(yè)特點，增加了實驗方案設計等考核內(nèi)容，突出了綜合實驗能力和創(chuàng)新能力的考核，促進學生實驗能力的全面發(fā)展。
2創(chuàng)建適合材料化學專業(yè)發(fā)展需求的無機化學實驗教學模式
進入21世紀以來，材料科學發(fā)展愈加迅速，新材料、新技術、新產(chǎn)品不斷問世，與此相適應，對材料化學人才培養(yǎng)也提出了新的要求。材料化學專業(yè)無機化學實驗授課模式必需緊跟時展步伐，及時調(diào)整課程結構與內(nèi)容，引入學科發(fā)展的最新成果，介紹學科內(nèi)容中的多種學術觀點及學術背景和發(fā)展動態(tài)，開闊學生學術視野，提高學生的學習興趣。教無定法，教要得法。要使課程教學生動活潑，教師必須不斷更新教學內(nèi)容，創(chuàng)新教學方法與手段，增強課程教學的趣味性，促使學生積極參與，在實驗中勤于動手、動腦，實現(xiàn)教師教學方式和學生學習方法的轉變。
2.1采用多媒體輔助教學和建設實驗教學網(wǎng)絡平臺
多媒體教學是利用多媒體軟件對文本、聲音、圖像、圖形、動畫等信息進行處理，教師配合多媒體放映進行講解，將教學內(nèi)容用特技方法顯現(xiàn)出來，能充分創(chuàng)造一個有聲有色、圖文并茂、生動直觀的教學環(huán)境，從視覺、聽覺等多方面給學生留下深刻印象。無機化學實驗教學可以采用多媒體(視頻)教學，它不僅教學信息量大，而且可以非常直觀地演示實驗操作和過程。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，有些實驗可以采用多媒體技術進行輔助教學，如基本操作單元、儀器的使用等。這些實驗項目信息量大，操作細節(jié)多，僅靠教師在課堂教學有限的時間內(nèi)進行演示和講解往往是不夠的，而且總有學生沒有注意到一些具體操作細節(jié)，因此，可以將這些實驗演示制成多媒體課件或視頻資料，放在課程網(wǎng)絡平臺上，學生可以不受時間、空間的限制，反復觀看，自主地開展預習、復習。這樣不僅增強了課堂教學的可視性，而且增加了教師演示的可再現(xiàn)性，延長了學生的學習時間，從而有益于提高學生操作的規(guī)范性，使實驗教學得到延伸。
2.2將生產(chǎn)生活實例和教師科研項目引入實驗教學課堂
不同專業(yè)對無機化學實驗教學的要求是不一樣的。我院材料化學專業(yè)的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)具備材料化學相關的基本理論知識和基本技能的應用型高級專門人才。因此，學生必須掌握物質的結構與性質、性能的關系，這需要在教學中注意教學內(nèi)容的層次性。在無機化學實驗教學中，我們盡可能選擇與專業(yè)相關的真實實驗課題和實驗樣品，將生產(chǎn)生活實例引入實驗課堂，營造實戰(zhàn)氛圍，做到知識性、實用性、趣味性的統(tǒng)一。同時，我們還選取了一些與生活息息相關的實驗，如鋰離子電池正極材料的制備、膠囊殼中鉻含量測定等，這樣的實驗學生感興趣，實驗熱情高，有助于學生綜合能力的培養(yǎng)。為了進一步提高實驗課堂教學質量，我們還在課堂教學中引入教師最新科研課題成果，使實驗教學更加貼近科研實際，既豐富了實驗教學內(nèi)容，又增加了實驗教學的先進性、新穎性，在加深學生對所學知識的理解和實驗技能的熟悉時，還能培養(yǎng)他們的科研興趣，提高理論聯(lián)系實際的能力，對科研工作產(chǎn)生感性認識。
2.3實施開放性實驗教學
在傳統(tǒng)的無機化學實驗教學中，學生往往處于被動地位，教師處于主動地位。從實驗項目選擇、實驗方案選擇、實驗儀器與試劑選擇，都由實驗老師預先完成。在這種照方抓藥的實驗教學模式中，學生往往興趣不高，應付了事。在優(yōu)化實驗教學內(nèi)容結構的前提下，實行開放式實驗教學模式，可以提高學生實驗興趣，強化教學效果。在學生自主的基礎上，利用學生課余自由時間開放實驗室，對于實驗技能較差的同學，讓他加強基本操作單元和基本技能的練習。在學生較好地掌握實驗基本操作技能后，可以讓學生自主選擇一些設計型、綜合型、應用型實驗。在教師的指導下，學生獨立設計實驗方案，獨立完成實驗，并認真進行總結，以全面鍛煉學生的實驗能力和提高綜合素質。
3結語
為了適應地方工科院校工程應用型人才培養(yǎng)的要求，無機化學實驗教學改革一直在討論和進行中。我們根據(jù)我院材料化學專業(yè)人才培養(yǎng)方案，對目前無機化學實驗教學內(nèi)容、教學方法和教學手段及考核方式等方面進行了改革，以全面培養(yǎng)學生的工程應用能力，適應經(jīng)濟社會發(fā)展對人才的要求。通過幾年來的教學實踐與探索，我們已初步建立一套具有可操作性的無機化學實驗教學方法與體系，使學生在實際操作能力、實驗方案設計、求真務實的實驗態(tài)度、分析問題和解決問題的能力及創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面得到了良好的鍛煉。
作者：李谷才 單位：湖南工程學院化學化工學院
1“兩平臺雙能力”體系的內(nèi)涵
基于中國計量學院材料化學專業(yè)的教育實踐，在分析目前及今后本專業(yè)的社會需求和用人單位對材料類專業(yè)學生素質、能力等人才規(guī)格要求的基礎上，對照政府和社會加快教學改革、提高高等教育質量的迫切希望，我們充分認識到實踐和創(chuàng)新是專業(yè)人才培養(yǎng)的優(yōu)秀，決定共同搭建分院專業(yè)培養(yǎng)學習能力的課程教學與培養(yǎng)實踐能力的生產(chǎn)實驗(校內(nèi)綜合性實驗、自主創(chuàng)新型實驗、模擬實驗及校外實習等)兩大平臺，作為學生能力培養(yǎng)的有效載體。通過這兩個平臺的搭建，把材料專業(yè)學生培養(yǎng)為適應社會發(fā)展的應用型人才，提升學生的學習能力、適應能力、知識應用能力和專業(yè)發(fā)展能力。
2教學平臺建設及管理體制
自主學習是新課程改革大力倡導的重要學習方式。學院以“厚基礎、寬口徑、重能力”的指導思想，遵循認知規(guī)律，遵照由提高動手能力到培養(yǎng)創(chuàng)新思維的宗旨，對原有教學課程體系進行了改革。除課堂正常教學外，搭建專業(yè)教學課程平臺，實現(xiàn)教學課程資源網(wǎng)絡化，促進學生獨立自主學習習慣的養(yǎng)成和能力的提高。通過BB平臺的課程建設，實現(xiàn)專業(yè)教學課程資源網(wǎng)絡化?，F(xiàn)在中國計量學院材料科學與工程學院推出了多門重點建設課程，例如《應用電化學》《材料表面處理》等，教師在充分掌握學生學習情況的基礎上，針對大多數(shù)同學，課上按教學大綱講授基本要求范圍內(nèi)的內(nèi)容；對于能夠進行更深度學習、對課程某方面需要進行知識面擴展的學生，在網(wǎng)絡教學平臺上呈現(xiàn)更多的學習資料、相關文獻、實驗視頻、應用軟件、學習網(wǎng)站等，方便他們自主學習、加深知識理解；最終針對學生個體差異，實現(xiàn)分層次教學，促進學生學習能力提高及知識的鞏固。教學網(wǎng)絡平臺的所有課程，將對本專業(yè)所有學生公開，方便他們對教學資源的獲取及問題反饋。
3實驗平臺建設及優(yōu)化
大學本科教育中，實踐科研反哺理論教學是重要研究課題之一。學生只有通過充分的實驗及實踐，才能更有效率地促進理論知識學習，提高教學改革效果。目前，主要在以下方面進行了實驗平臺的搭建及完善。
3.1實驗內(nèi)容的改革
首先，改變傳統(tǒng)專業(yè)實驗課程設置依附于理論課體系的橫向模式，超越單門課程的范圍，建立實驗課程之間的系統(tǒng)聯(lián)系，在原有實驗課程的基礎上設立相對獨立的縱向聯(lián)系的課程，形成縱橫交叉的網(wǎng)狀專業(yè)實驗課課程體系，實現(xiàn)專業(yè)實驗課程之間的縱向聯(lián)系和貫通。其次，改變實驗教學由單一課程和學生班級為單位的組織形式，形成交叉型的教學指導團隊和興趣型的學生學習團隊。最后，根據(jù)實驗教學內(nèi)容，重新確定了基礎實驗、設計性實驗、綜合性實驗、設計研究型實驗4個層次結構。重點開發(fā)了幾個培養(yǎng)學生綜合設計能力和創(chuàng)新能力的實驗，以及培養(yǎng)學生綜合應用現(xiàn)論和方法的實驗。在實驗教學內(nèi)容改革中，減少了驗證性、分析性實驗項目，增加了設計性、綜合性、創(chuàng)新性實驗項目。
3.2依據(jù)功能實驗室條件，實現(xiàn)資源共享
高?？蒲衅脚_往往擁有大量貴重實驗設備，根據(jù)儀器屬性，可巧妙設計實驗教學內(nèi)容，綜合利用儀器，充分發(fā)揮儀器能效。部分科研設備課充當實驗教學過程的資源。學生通過學會儀器操作，能掌握儀器基本原理和簡單維護知識，進而提高學生動手能力，為以后從事相關專業(yè)工作打下堅實的基礎。大部分從事教學科研的老師，課余時都有自己的研究課題。對于學生感興趣的實驗，學生可以積極參與教師的科研，甚至儀器設備熟練操作后，獨立自主完成其中的一個實驗環(huán)節(jié)，培養(yǎng)其科研的縝密思維及細致耐心、精確的實驗操作能力等。目前，不少大三及大四的學生在指導教師的幫助下，承擔了省級、校級、院級等科研項目，在綜合利用實驗室資源的條件下，獲得了有效的實驗成果，并在SCI收錄的國際雜志及國內(nèi)優(yōu)秀雜志發(fā)表數(shù)篇論文。
3.3實驗管理網(wǎng)絡實時化
實驗管理過程中，可通過網(wǎng)絡平臺管理，實現(xiàn)學生與教師的實驗前、后的部分互動。對于學生來說，可在網(wǎng)上自主選擇時段并預約感興趣的實驗項目，通過實驗網(wǎng)絡平臺完成預習、學習、復習、提問等各項學習任務；對于教師而言，可以對實驗教學的全過程實時監(jiān)控，實現(xiàn)諸如學生網(wǎng)上分組、網(wǎng)上考勤、數(shù)據(jù)整理及分析、網(wǎng)上答疑等功能，從而使學生實驗在老師的指導下有效開展。
3.4建設產(chǎn)學研基地，促進學生社會實踐綜合能力培養(yǎng)
中國計量學院材料科學與工程學院材料化學專業(yè)，主要以高性能磁功能材料與器件、先進炭材料、材料表面處理技術、化學電源等為研究對象，解決企業(yè)技術難題及生產(chǎn)中存在的各種關鍵性難題，滿足區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展需求，達到科研為地方經(jīng)濟服務的目的。我院與企業(yè)共建校內(nèi)產(chǎn)學研平臺3個、校外產(chǎn)學研基地21個，建立了材料類基礎實驗教學、專業(yè)實驗教學、工程技術實踐教學以及課外創(chuàng)新實驗教學等課外實踐教學平臺。近期我院又與紹興康健精密不銹鋼有限公司全面開展產(chǎn)學研合作，共建“中國計量學院——紹興康健精密不銹鋼有限公司磁性材料研發(fā)中心”，在技術攻關、產(chǎn)品研發(fā)、平臺搭建、獎學金資助等全方位的合作，支持和激勵大學生開展科學研究和創(chuàng)新實踐。在生產(chǎn)科研基地，要加強專業(yè)實踐環(huán)節(jié)的組織和團隊指導，讓學生參與到協(xié)作單位實際的工程項目中，在教師和工程技術人員的指導下承擔實際工程項目的設計和管理，讓學生接觸技術的優(yōu)秀，使學生通過實戰(zhàn)鍛煉掌握工藝創(chuàng)新技能。
4結語
根據(jù)社會主義市場經(jīng)濟發(fā)展的要求，培養(yǎng)適應社會主義現(xiàn)代化建設需要的德、智、體全面發(fā)展，且具有扎實專業(yè)知識和實驗技能的材料人才是推進材料領域發(fā)展的關鍵。通過認真研究國內(nèi)外高校相關專業(yè)特點，探索并執(zhí)行“兩平臺雙能力”材料化學專業(yè)教學—實踐體系的構建，制定并落實材料專業(yè)人才培養(yǎng)模式的具體實施方案，必定能夠促使專業(yè)教學課程體系不斷的完善，促進學生在實驗實踐創(chuàng)新平臺培養(yǎng)的實踐和創(chuàng)新能力不斷提高。
作者:江莉李冬云金頂峰衛(wèi)國英孫麗俠余云丹單位:中國計量學院材料科學與工程學院
摘要：普通化學是材料專業(yè)的一門化學理論基礎課，內(nèi)容抽象、理論性強。通過在緒論課教學中介紹化學發(fā)展簡史、講授材料領域學術前沿知識，使學生了解材料在人類文明進程中所起的作用，了解材料與化學之間的關系，從而提高學生對材料專業(yè)的認識，激發(fā)學生對學習化學的興趣，增強教學效果。
關鍵詞：材料專業(yè)；普通化學；緒論課；教學
普通化學是高等學校材料專業(yè)的一門重要的理論基礎課。但由于授課對象是大一新生，學生們對于這門課程在材料專業(yè)中的基礎地位與重要性，以及與所學專業(yè)的內(nèi)在聯(lián)系缺乏了解或認識不足。如何能讓學生迅速了解化學與材料科學之間的密切聯(lián)系，從而激發(fā)他們學習化學的興趣，調(diào)動他們學習的積極性，是普通化學教學過程中面臨的首要課題。
緒論課是普通化學課堂教學的第一課，在引導學生認識化學的重要性、激發(fā)學生學習化學的興趣方面起著非常重要的作用[1，2]。對于材料專業(yè)的學生來說，最感興趣的莫過于各類材料對人類文明、社會發(fā)展所起的重要作用。通過講解化學發(fā)展簡史、材料在社會發(fā)展中所起的作用，增加學生學習化學的興趣，激發(fā)學生的學習熱情。近幾年，筆者通過對緒論課內(nèi)容的不斷更新完善，以及對多媒體課件的精心設計，使學生及時認識到學習化學的必要性和重要性，取得了良好的教學效果?，F(xiàn)就緒論課的教學實踐做幾點總結。
一、從材料發(fā)展對社會進步的巨大作用講述材料發(fā)展史，增強學生的專業(yè)自豪感和自信心
材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎，一種新材料的應用往往成為人類進步的重要里程碑。例如，歷史上的石器時代、青銅器時代、鐵器時代都是以材料作為時代特征標志的。一種新型材料的研制成功，可以引起社會生活的新變化。如石器、陶瓷、鐵、銅、玻璃、水泥、單晶材料、有機高分子材料等的發(fā)明與創(chuàng)造，都曾為社會進步提供了重要的物質基礎。因此，可以說，沒有半導體材料，就不可能有計算機技術；沒有耐高溫、高強度的特殊結構材料，便沒有宇航工業(yè)；沒有低損耗的光導纖維，也就沒有現(xiàn)代光通訊；沒有有機高分子材料，人們的生活也不可能這樣豐富多彩。特別是到了現(xiàn)代，國際競爭日趨激烈，各國都想在生物、信息、空間、能源、海洋等技術領域占有一席之地。而開發(fā)這些高新技術的關鍵往往與材料的發(fā)展有關。
通過一個個生動鮮明的事例，讓學生了解不同材料在人類文明進程中所起的巨大推動作用，增加他們對自己所學專業(yè)的自豪感；通過介紹材料在高新技術領域的價值及應用前景，激發(fā)學生學習材料科學的興趣。同時，結合筆者的科研經(jīng)歷、科研體會，講述一些新型材料設計合成的案例，激發(fā)學生的求知欲，增強學生的自信心。
二、介紹化學發(fā)展史，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生正確的價值觀
人類化學知識的獲得，是從認識自然現(xiàn)象開始的：動植物的腐爛、火山爆發(fā)、空氣和水對物質的侵蝕等。遠古時代人類通過摩擦生火和鉆木取火等方法學會了利用火，不僅增進了健康，發(fā)展了智力，而且利用火能產(chǎn)生各種化學反應這個特點，開始了制陶工藝。制陶過程實際上就是在高溫下，使粘土中的二氧化硅、三氧化二鋁、碳酸鈣、氧化鎂等成分發(fā)生一系列的化學變化。制陶工藝不僅提供生活必需品，改進農(nóng)耕工具，而且改善了人類的居住條件。人們逐漸走出巖洞，住進了磚瓦房，并用陶制農(nóng)具開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。同時，人們從燒陶工藝中掌握了高溫技術，并該項技術應用于冶煉銅礦和鐵礦。如將銅礦石和木炭混合加熱得到了金屬銅；但純銅質地較軟，不利于制造工具和兵器。在冶煉銅時摻入錫、鉛，可制得硬度很高的青銅。青銅器如銅幣、編鐘、青銅鼎的出現(xiàn)，推動了當時農(nóng)業(yè)、兵器、金融、藝術等方面的發(fā)展，把社會文明向前推進了一大步。除了冶煉銅以外，人們用木炭不完全燃燒產(chǎn)生的一氧化碳，還原鐵礦石中的氧化鐵為金屬鐵。戰(zhàn)國時期鐵制工具如犁鏵、鐵D、鐵錛等農(nóng)具得到廣泛應用，帶動了農(nóng)業(yè)和手工業(yè)的發(fā)展。這樣，隨著冶金技術的不斷進步，生產(chǎn)工具的不斷革新，在人類歷史上相繼出現(xiàn)了青銅器時代和鐵器時代[4]。
此后到了煉丹術和煉金術時期。雖然煉丹家和術士的目的沒能達到，但他們?yōu)榛瘜W學科的建立積累了豐富的經(jīng)驗。通過做原始的化學實驗，發(fā)明了大批實驗器具，制造出很多化學藥劑，記錄了大量的實驗方法，寫下了許多煉金著作。正是這些理論、實驗方法、化學儀器以及丹術著作，開創(chuàng)了化學學科的先河。與此同時，人們對物質結構本質的探索與論證也從未停息過。但直到1661年英國化學家波義耳給元素下了明確的定義、1803年英國化學家道爾頓創(chuàng)立原子學說、1811年意大利化學家阿伏加德羅提出分子學說，人們才逐步認識到物質的組成、結構以及發(fā)生的化學變化，逐漸形成了完整的化學體系，化學才真正成為一門科學。
到了19世紀末，隨著X射線和電子的發(fā)現(xiàn)，人們對物質結構的認識逐漸深入，打破了道爾頓原子不可分割的觀念。此后，隨著建立在盧瑟福有核原子模型、普朗克量子理論和愛因斯坦光子學說基礎之上的波爾原子結構理論的提出，標志著現(xiàn)代化學的興起；薛定諤方程的建立，更直接揭示了微觀世界微粒運動的深層奧秘；而在量子力學基礎上發(fā)展起來的化學鍵理論，使人類進一步了解到分子結構與性能之間的關系，大大地促進了化學與材料科學的聯(lián)系，為發(fā)展材料科學提供了理論依據(jù)。通過化學發(fā)展史的介紹，使學生豐富化學歷史知識，了解各個時期化學發(fā)展的標志性成果及對社會發(fā)展所起的巨大作用，由此激發(fā)學生學習普通化學的興趣，為以后的專業(yè)課學習打下堅實的基礎。
除了激發(fā)學習興趣，化學史的講授還可以給人以智慧，即尊重事實、追求真理的科學情感和態(tài)度，百折不回、鍥而不舍的科學品德和情操，勇于探索、勤奮創(chuàng)新的科學精神和方法。如講述諾貝爾這樣的偉大科學家的奮斗歷程、學術成就、品德修養(yǎng)，描繪科學家實事求是、一絲不茍的科學態(tài)度，鍥而不舍、持之以恒的拼搏精神，對提高學生的科學素養(yǎng)會起到潛移默化的作用，更為重要的是，在這個過程中還可以培養(yǎng)學生優(yōu)良的道德品質，以及正確的人生觀和價值觀[5]。
三、闡明材料專業(yè)只有以化學為基礎，方能引領科技的發(fā)展，進一步激發(fā)學生的學習熱情
材料是人類生存、社會發(fā)展、科技進步的堅實基礎，是現(xiàn)代化革命的先導，人們把信息、材料、能源作為社會文明的支柱。如今，材料已成為與國民經(jīng)濟、國防建設和人民生活息息相關的重要組成部分。通過功能材料的設計合成，如超導材料、微電子材料、光子材料、信息材料、能源轉換及儲能材料、生態(tài)環(huán)境材料、生物醫(yī)用材料等，制造各種高科技功能元器件。發(fā)展功能材料正在成為國家提高國際競爭力，增強經(jīng)濟實力，甚至是強化軍事優(yōu)勢的重要手段。
當前，化學在推動人類進步和科技發(fā)展中起到了優(yōu)秀作用?；瘜W首先是基礎的優(yōu)秀科學，它不僅可以制造或創(chuàng)造出自然界已有的或不存在的物質，提供分析手段，還可以預測、裁剪、設計分子，揭示物質結構、性質和功能之間的關系；其次化學還在相關學科的發(fā)展中起了牽頭作用，化學研究不僅帶動了其他學科的過程研究（工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、能源），而且極大地帶動了材料科學的發(fā)展。材料學科的發(fā)展、功能材料的設計，只有以化學為基礎，才能合成出具有特殊物理性能、化學性能、力學性能等的功能材料。通過講解材料領域的前沿知識，使學生了解材料與化學之間的密切聯(lián)系，提高學生對學習化學重要性的認識，激發(fā)學生學習化學的熱情，為材料專業(yè)課的學習奠定扎實的理論基礎。
四、多種教學手段的綜合運用，進一步改善教學效果
興趣是學好知識的基礎和保障，也是學生學習的源動力。為吸引注意力，提高興趣，在課堂教學中，筆者運用多種教學技巧提高教學質量，改善教學效果。首先是充分發(fā)揮多媒體教學的優(yōu)勢。多媒體課件可以綜合多種教學藝術效果，根據(jù)緒論課的特點，結合學生的專業(yè)特色，通過精心設計，恰當使用圖片、文字、聲音、動畫等形式，充分發(fā)揮多媒體形象、直觀、交互性強的優(yōu)勢，創(chuàng)造生動的教學氛圍，增強趣味性，激發(fā)學習興趣，達到最佳教學效果。其次，通過查閱相關歷史及文獻資料，以材料知識為主線，以化學知識為背景，通過講授化學史上的中國人及中國化學史上的世界第一，激發(fā)學生的學習熱情。最后，結合自己的科研方向和研究成果，講授材料領域的前沿學科進展，讓學生產(chǎn)生共鳴，拉近師生間的距離，提高他們學習的主動性。總之，通過多種教學技巧的運用，增加課堂表現(xiàn)力和感染力，從而有效地激發(fā)學生的興趣。
普通化學基礎理論教學是材料專業(yè)學生學習的一項必修課程，是培養(yǎng)專業(yè)人才的一個關鍵環(huán)節(jié)。培養(yǎng)高素質的合格人才，激發(fā)學生的求知欲，增強學生的自信心，培養(yǎng)學生正確的人生觀和價值觀，做好緒論課教學，至關重要。俗話說，“良好的開端是成功的一半”，“學貴刻苦、教貴善誘”。教師通過不斷充實教學內(nèi)容、滲透科研前沿、總結教學經(jīng)驗，講授一堂重點突出、條理清晰、內(nèi)容翔實，集科學性、歷史性、趣味性、藝術性于一體的生動的緒論課，不僅可以培養(yǎng)學生對普通化學的學習興趣，還將對學生專業(yè)課的學習以及綜合素質的提高打下良好的基礎。
摘要：物理化學是高校材料類專業(yè)重要的基礎課程。介紹了石河子大學近幾年來材料科學與工程專業(yè)物理化學課程體系中出現(xiàn)的一些問題，以及教學改革與探索的幾點建議，包括教學體系的重構、改進教學方法、強化實驗配套教學。以此為舉措，推動提高教學質量提高。
關鍵詞：材料類專業(yè)；物理化學；教學改革；建議
物理化學課程是高?；瘜W專業(yè)最重要的一門基礎課程，該課程內(nèi)容豐富、前后連貫、邏輯推理清晰、理論性強，不僅可對化學、化工、環(huán)境專業(yè)學生開設，也可為生物、材料、食品、水建等專業(yè)學生設置。隨著社會的發(fā)展和科學技術的進步，高等學校不斷深化教學改革，全面提高教學質量，對物理化學學科的課程講授和發(fā)展也提出了更高的要求。結合我校的實際情況，以及我們近幾年在建設校級精品課程的探索與實踐，重新審視材料科學與工程專業(yè)物理化學課程的教學內(nèi)容、教學方法和教學環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)目前我校材料專業(yè)物理化學課程教學中還存在以下的問題：
1.現(xiàn)行的教學計劃中，無機化學相關課程以及后續(xù)一些專業(yè)課，與物理化學授課內(nèi)容中有一些重復之處。
2.教材中抽象理論太多，造成了學生對這門基礎課程產(chǎn)生了比較枯燥無味的感覺；加之內(nèi)容多，課時量有限，老師在課堂講授中不能針對某一化學原理或原理推導過程進行深入的剖析和講解。
3.與之配套的物理化學實驗課，經(jīng)常采用多個班級集中循環(huán)進行試驗的模式，有時理論部分未講授到，但實驗課程因為循環(huán)時間到，又必須開始，即實驗內(nèi)容超前于理論教學的進度，或者理論課早已講授完畢，而實驗課程卻推后進行，學生不能及時將理論和實驗相聯(lián)系，無法達到預期的教學效果。目前我校物理化學的實驗內(nèi)容，基本以驗證基礎理論為主，缺少綜合性、設計性及性能測試試驗，因此物理化學實驗體系缺少培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的意識以及提高學生動手能力的舞臺。
因此，需要積極推進課程體系改革，充實和更新教學內(nèi)容、改進教學方法、豐富實驗教學，從而全面提高物理化學課程的教學質量和效果。
一、優(yōu)化整合相關學科內(nèi)容，打破學科壁壘，構建新的教學體系
對于我校材料科學與工程專業(yè)，按照2013版教學大綱的要求和已制定的教學計劃，其中包含的課程，如無機化學、無機非金屬材料、催化作用原理、膠體與界面化學等專業(yè)課，它們都與物理化學課程密切相關，有些課程如催化作用原理和膠體與界面化學，直接是從物理化學的大體系中劃分出去的。由于我院材料專業(yè)招生時間不長，而這些課程總是不同的教師授課，教師之間就授課內(nèi)容未來得及進行充分的交流，經(jīng)過幾年的授課，發(fā)現(xiàn)同一知識點的簡單重復難以避免。因此，建議課程組就這一現(xiàn)象，加強教師間的交流與合作，將這些課程的內(nèi)容進行有效的整合，突破原來以學科和專業(yè)來劃分的粗放型的課程體系，建立起適合于自己專業(yè)的有效課程體系，是目前我院物理化學教學改革的一項重要任務。
我校材料學科專業(yè)物理化學課程采用的是南京大學沈文霞主編的《物理化學優(yōu)秀教程》第二版教材，主要的授課內(nèi)容包括熱力學（熱力學第一定律、熱力學第二定律、化學平衡和相平衡）和動力學部分（包括化學反應速率、電化學、表面現(xiàn)象和膠體化學），共56課學時，大學二年級上半年授課；而無機化學，同分析化學一起共48學時，無機部分主要講授熱化學（熱力學第一定律）、稀溶液的性質、膠體溶液、化學平衡及化學反應速率；根據(jù)教學大綱的安排，膠體和界面化學、催化作用原理這兩門課程各安排24個學時，在大學三年級下學期開展。通過幾年授課，經(jīng)老師觀察和學生反映不難發(fā)現(xiàn)，以上所述這些課程，在知識內(nèi)容上相互之間都存在著一定的重復性和交叉性。
針對課程內(nèi)容重復的問題，為了避免盲目浪費學時數(shù)，有效改善不同課程之間的重復授課，充分利用大學課堂掌握更多的知識，使我們在課堂上的幾十分鐘內(nèi)有效地完成教學任務，這里提議對材料系開設的幾門相關課程教學內(nèi)容進行整合，使每門課都有其側重點，建議組建一個全新的教學體系，同時要照顧到這些學科知識的完整性和獨立性。例如，講授無機化學課程時，建議把化學熱力學和化學平衡作為重點內(nèi)容詳細講授，而其他內(nèi)容，如電化學、相平衡和化學反應速率這些內(nèi)容作為物理化學課程的授課側重點。物理化學理論課程中的膠體、表面現(xiàn)象則可放在膠體和界面化學以及催化作用原理這兩門課程中主要講授，物理化學課程就不講授這部分內(nèi)容。這樣既節(jié)省了時間，又突出了重點，不僅使教學內(nèi)容獨立而完整，還可以適當減輕因課時量小帶來的物理化學的教學壓力，彌補了物理化學課程內(nèi)容多、課時少的矛盾，老師在授課的過程中再也不擔心時間不夠用而只能淺顯的表述；對于學生來說，仍然是掌握了整個物理化學的原理，而且更加堅實。
二、掌握專業(yè)知識框架，改革教學方法
通過對物理化學課堂的觀察，發(fā)現(xiàn)學生們剛開始對這門課還保持有神秘感，大多數(shù)同學對這門課還是很有興趣的，加之從師哥師姐們那里聽說這門課容易掛科，因此學生們剛開始上課的時候都很認真。但是隨著課程的深入，部分同學開始松懈，開始排斥這門課程，以至于后來干脆放棄學習。經(jīng)過細心調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，學生們在失去學習興趣后，慢慢迷失在這門課程中。盡管老師在課堂上一再強調(diào)要理清楚各章節(jié)之間內(nèi)容的聯(lián)系，重點記憶關鍵結論，但大部分同學仍然做不到，不能掌握物理化學課程的知識框架，也沒有選擇性的記憶關鍵問題，總是被動地接受課堂上講授的內(nèi)容，甚至被很多的數(shù)學推導過程迷惑。而實際上這門課程內(nèi)容銜接緊密，邏輯性很強。把各章節(jié)之間的知識框架理清楚之后，就坦然的接受和明白了各章的結論，也有利于知識點的重點記憶。在教學過程中，注重課程之間的聯(lián)系，通過知識點的連接和相關內(nèi)容銜接相關的課程，及時引導學生把所學的內(nèi)容納入到學科的框架中，幫助學生建立較完整的知識框架，不要迷失在盲目的理論推導中。
物理化學這門課理論性很強，內(nèi)容較多而抽象，公式又多，學生接受很困難，這就對老師的課堂教學提出了更高的要求。為了能夠進行有效的課堂教學，激發(fā)學生的學習興趣，常把日常生活現(xiàn)象中涉及的物理化學原理介紹給學生。比如，舉例高溫下食物容易變質的問題，聯(lián)系化學動力學的理論加以說明；講解溫度對反應平衡和反應速率的雙重影響時，例舉合成氨工業(yè)中如何選擇最佳溫度；涉及講授表面化學的理論時，可以例舉農(nóng)民鋤地能防止水分蒸發(fā)的現(xiàn)象，或者小氣泡、液滴、呈球形的現(xiàn)象，加以解釋后，學生就會對表面性質有清晰的認識；講授滲透壓的時候，聯(lián)系滲透壓的作用，提問為什么肥料用多了農(nóng)作物會“燒死”？打吊瓶時為什么會感覺到疼痛？讓學生帶著問題聽課，面對生活中各種現(xiàn)象去思考，多問幾個為什么，自己到物理化學中去尋找答案，激發(fā)學生學習這門課程的興趣，也就達到了提高教學質量的目的。
除此之外，在課堂上還可以采用小班討論或者Seminar討論式教學模式，以教師和學生為共同的教學主體，就某些共同關注的問題，在和諧的氣氛中進行討論，加強教師和學生之間的交流和溝通。課下，利用我校教務處網(wǎng)站的網(wǎng)絡教學平臺，與學生進行課下的交流和習題討論、小測驗等，與傳統(tǒng)的課堂教學模式相比，它具有互動性、合作性、學術性的優(yōu)勢。
三、強化配套實驗教學
實驗教學在物理化學課程的教學中占有十分重要的地位，它與物理化學課程緊密配合，鞏固和加深對物理化學原理的理解，提高學生對知識靈活應用的創(chuàng)新能力，還培養(yǎng)了觀察和分析問題的能力。
為了避免實驗課程超前理論課程，建議在學習完物理化學相關理論后，及時在學期后半學期開設實驗課程。課程組已經(jīng)設置獨立的實驗課并計算學分，如：配合表面現(xiàn)象，開展了液體表面張力的測定實驗、粉體粒度分析實驗；為了鞏固反應速率反應章節(jié)的學習，開設蔗糖反應速率常數(shù)、乙酸乙酯反應速率常數(shù)的測定實驗等。同時，也應鼓勵學生根據(jù)所學理論，合理設計實驗項目，開展綜合性創(chuàng)新實驗，增加設計研究型實驗，根據(jù)設計實驗的題目、要求等內(nèi)容，讓學生查閱相關資料，并利用學過的理論知識，選用相關的儀器、藥品，分析實驗中的難點和關鍵步驟等，自行完成實驗內(nèi)容、并上講臺講授實驗，以培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力。
經(jīng)過幾年的探索和實踐，我院化學化工學院材料專業(yè)物理化學課程的教學改革將有助于提高學校物理化學課程的教學質量和效果，促進了物理化學這門校級精品課程的建設和發(fā)展。
摘 要：我國高等教育已進入大眾化階段，地方本科院校材料化學專業(yè)應以應用型人才培養(yǎng)為目標，突出地方特色，科學定位辦學目標，優(yōu)化專業(yè)課程體系，加強師資隊伍建設，改革課程考核評價機制。
關鍵詞：應用型本科院校;材料化學;教學改革
推進教育教學改革，提高教育教學質量和人才培養(yǎng)質量，是高等教育發(fā)展的優(yōu)秀任務。進入21世紀以來，我國的本科教育進入大眾化教育發(fā)展階段，客觀上要求多數(shù)本科院校轉向以培養(yǎng)應用型本科人才為主?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010―2020）》、教育部頒布的《關于全面提高高等教育質量的若干意見》（高教三十條）等相關文件均指出：地方本科院校的辦學應以科學發(fā)展觀為指導，以地方經(jīng)濟社會發(fā)展對應用型人才培養(yǎng)的要求為導向，遵循高等教育基本規(guī)律，要深化教學改革，突出優(yōu)勢，強化特色，培養(yǎng)符合地方經(jīng)濟社會發(fā)展需要的應用型本科創(chuàng)新人才。因此，結合材料化學專業(yè)特點和應用型人才培養(yǎng)要求，優(yōu)化課程體系，改革教學內(nèi)容，突出專業(yè)特色，加強師資隊伍建設，改革課程評價機制，推動材料化學專業(yè)的教學改革，是新形勢下應用型本科院校的一項緊迫任務。
一、材料化學專業(yè)建設存在的問題
（一）辦學目標不明確
目前全國各應用型本科院校中開設的材料化學專業(yè)，其專業(yè)建設并沒有形成自己的辦學特色，不少新建本科院校很多只是簡單地照搬其他重點大學如“985”或“211”高校的材料類專業(yè)或者化學化工類專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，并沒有把其他高校的培養(yǎng)方案引進來后，根據(jù)本校本地區(qū)的實際情況進行充分吸收與相互融合，這樣造成很多新建本科院校在專業(yè)設計上同質化現(xiàn)象越來越嚴重，學生所學習到的專業(yè)知識和技能越來越不能適應市場發(fā)展的需要。因此，目前應用型本科院校的材料化學專業(yè)在辦學過程中普遍存在辦學目標不夠明確，辦學定位缺乏一定準確性的問題。
（二）課程體系不合理
不同規(guī)格的人才培養(yǎng)需要有相應的課程體系來保證和支撐，課程體系是人才培養(yǎng)的總體藍圖，是實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標的主要依據(jù)和手段[1]?？傮w而言，目前我國新建本科院校的課程結構不夠科學合理，課程體系不夠完整，教學內(nèi)容相對陳舊。作為一門實踐性很強的應用型學科，材料化學專業(yè)的課程體系應體現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)特色，綜合考慮所設置的相關課程之間的有機聯(lián)系，但目前各本科院校在課程體系構建方面存在以下主要問題：一是少數(shù)專業(yè)課程由于師資力量不夠存在因人設課現(xiàn)象;二是專業(yè)課程的部分內(nèi)容重復較多，學時分配也不夠合理;三是專業(yè)主干課程缺乏系統(tǒng)性，理論課程的門數(shù)和學時偏多，實踐課程的門數(shù)和學時偏少。此外，課程設置上必修課的比重較大，而選修課的比重較小，且缺乏整體的有機聯(lián)系?？傊?，這些傳統(tǒng)的課程結構設置不能體現(xiàn)學生創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)，達不到應用型本科院校“寬口徑、厚基礎、強能力”的培養(yǎng)目標，不利于應用型本科創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。
（三）師資力量薄弱
在我國高等學校序列中，地方高校占高校總數(shù)的90%以上，是我國高等教育的主體部分，地方高校師資隊伍的建設與優(yōu)化是國家“人才強國”戰(zhàn)略的重要保障[2]。目前，各應用型本科院校的材料化學專業(yè)專任教師雖然人數(shù)不算少，但由于所處地域原因以及待遇因素，引進的高素質專業(yè)人才數(shù)量仍然偏少，不能滿足本科院校新形勢下的教學需求。與此同時，由于應用型本科院校大多是由?？茖W校升格而成，雖然升格以來引進了一大批具有博士或碩士學位的青年教師充實到教師隊伍中來，但這些青年教師大多缺乏工程實踐經(jīng)驗，這對培養(yǎng)應用型人才的高校而言，極大地影響教學質量，從而影響人才培養(yǎng)質量。此外，高層次人才是引領和帶動學校學科建設和專業(yè)發(fā)展的“領頭羊”，應用型本科院校不同程度地存在著高層次人才匱乏，尤其是學科帶頭人緊缺的問題，著力解決好高層次人才相對匱乏的問題是當前應用型本科院校持續(xù)發(fā)展和提升辦學水平的迫切工作[3]。
二、材料化學專業(yè)教學改革的路徑
（一）科學定位辦學目標
應用型本科院校的辦學目標要充分考慮本地區(qū)區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展情況，積極挖掘特色質點，加強學生應用能力的培養(yǎng)，合理設置專業(yè)方向，形成與區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展需要相適應、結構優(yōu)化的專業(yè)辦學特色。材料化學專業(yè)是教育部近年來新設置的一個專業(yè)，各本科院校應該明確本校的專業(yè)定位，結合本地區(qū)的實際情況，突出專業(yè)特色，科學合理設置專業(yè)辦學目標。人才培養(yǎng)定位是高校實施教學計劃的主要依據(jù)，明確自身定位、提高教學質量是高校辦學育人的基礎所在[4]。湖南人文科技學院材料化學專業(yè)應用型人才的培養(yǎng)目標應該是：培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展，具有較高的思想道德素質、人文素質和良好身體心理素質，掌握材料化學的基本理論、基本知識和基本技能，了解材料化學領域的理論前沿、最新動態(tài)和應用前景，具有運用專業(yè)知識和技能解決實際問題的能力，具有較強的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，能夠在材料化學及其相關領域從事生產(chǎn)、應用開發(fā)和管理工作的應用型人才。
（二）優(yōu)化課程體系與教學內(nèi)容
課程體系是指一所大學根據(jù)本校制訂的培養(yǎng)目標而設計的課程整體，課程體系不是簡單的指課程設置，不同類型的學校，其課程體系也應當是不同的，這是創(chuàng)辦富有特色大學的必要條件[5]。因此，應用型本科院校對本校的專業(yè)課程體系進行改革和優(yōu)化時，既要突出本校的專業(yè)辦學特色，又應體現(xiàn)應用型本科院校注重應用的特點。湖南人文科技學院的材料化學專業(yè)本次重新修訂了人才培養(yǎng)方案，對課程體系進行了整體優(yōu)化，并對相應的教學內(nèi)容進行了調(diào)整，使之更符合專業(yè)辦學特色和專業(yè)綜合改革的要求。
1.優(yōu)化課程結構
湖南人文科技學院材料化學專業(yè)根據(jù)市場人才需求寬口徑招生，強化通識教育，培養(yǎng)綜合素質，不斷優(yōu)化課程體系，在本次人才培養(yǎng)方案修訂中將理論課程設置為公共必修課、專業(yè)必修課、專業(yè)限選課、專業(yè)任選課和公共任選課共5個課程模塊。
第一，公共必修課主要是培養(yǎng)學生具有正確的世界觀、人生觀、價值觀和較強的民主法制觀念與較高的社會責任感，具有健康的體魄和良好的心理素質。公共必修課包括“思想道德修養(yǎng)與法律基礎”、“馬克思主義基本原理概論”、“思想和中國特色社會主義理論體系概論”、“形勢與政策”、“大學生就業(yè)指導”、“大學生健康教育”、“高等數(shù)學”、“線性代數(shù)”、“大學物理”、“大學英語”、“大學計算機基礎”、“大學體育”、“大學語文”等。
第二，專業(yè)必修課主要包括“無機及分析化學”、“有機化學”、“物理化學”、“材料概論”、“工程力學”、“工程制圖”、“化工原理”、“材料科學基礎”、“材料測試方法”、“材料制備原理”、“熱工基礎”等，目的是培養(yǎng)學生具有扎實的材料化學專業(yè)知識，具有較強的分析問題和解決問題的能力。
第三，根據(jù)企業(yè)實際和市場需求以及地方區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展情況，專業(yè)限選課設置兩個專業(yè)方向：陶瓷材料方向和能源材料方向。陶瓷材料方向開設“陶瓷工業(yè)機械設備”、“陶瓷工藝學”、“無機材料物理性能”、“特種陶瓷”等課程;能源材料方向開設“現(xiàn)代新能源材料”、“化學電源基礎與應用”、“化學電源設計與制造工藝學”、“新能源材料與器件發(fā)展動態(tài)”等課程。
第四，專業(yè)任選課包括“金屬材料概論”、“復合材料概論”、“專業(yè)外語”、“材料工廠設計”、“粉體工程”、“信息檢索與應用”、“納米材料”、“標準化概論”、“材料科學新進展”、“計算機在材料科學中的應用”等課程，學生從中任選6門課程學習。這些專業(yè)任選課的開設可使學生更多了解材料化學專業(yè)的理論前沿、最新發(fā)展動態(tài)及應用前景，了解與本專業(yè)相關的學科和邊緣學科現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，從而可拓展學生的專業(yè)視野，為今后就業(yè)打下堅實而寬廣的專業(yè)基礎。
第五，公共任選課由學校其他系部開設，包括中華傳統(tǒng)文化類、藝術素養(yǎng)類、科學素養(yǎng)類、應用技術類、教師教育類、其他類別類等六大系列課程，學生從中任選5門課程學習。通過該類課程的學習，可使學生實現(xiàn)文理科相關知識的交叉滲透，也是大學教育的努力方向。
為了突出專業(yè)培養(yǎng)特色，增強學生對企業(yè)實踐知識的了解和熟悉程度，在材料化學專業(yè)人才培養(yǎng)方案中，我們從專業(yè)課程中選擇其中6門體現(xiàn)專業(yè)特色的課程，組建校企聯(lián)合授課模塊，包括“材料測試方法”、“熱工基礎”、“材料工廠設計”、“材料科學新進展”、“材料產(chǎn)品技術概論”、“標準化概論”等。
2.合理構建實踐課程類型
材料化學專業(yè)是一個與生產(chǎn)實際聯(lián)系非常密切的應用性非常強的專業(yè)，在對理論課程整體調(diào)整和優(yōu)化的同時，也必須重視實踐教學課程，以提高學生動手能力以及分析和解決問題的能力。該專業(yè)的實踐教學課程主要設置為校內(nèi)和校外兩個實踐模塊。校內(nèi)實踐教學模塊主要包括公共實踐必修課、專業(yè)基礎實驗課、專業(yè)實驗課等。公共實踐必修課主要包括“大學計算機技能訓練”、“軍事理論與訓練”、“素質拓展教育”、“就業(yè)實踐”等。專業(yè)基礎實驗課主要包括“無機化學實驗”、“分析化學實驗”、“有機化學實驗”、“物理化學實驗”、“化工原理實驗”、“材料測試方法實驗”等。專業(yè)實驗課主要有“陶瓷制備與性能實驗”、“化學電源綜合實驗”等。材料化學專業(yè)的實驗教學內(nèi)容要充分考慮其科學性和系統(tǒng)性，既要強化基礎實驗課必須掌握的各項理論知識和基本實踐技能，同時又要多設置一些綜合性實驗和設計性實驗，減小驗證性實驗的比重，鼓勵學生大膽創(chuàng)新，提高學生的綜合設計能力、實踐創(chuàng)新能力以及分析問題與解決問題的能力。校外實踐課程主要包括“校企合作教育（一）”、“校企合作教育（二）”、“校企合作教育（三）”以及“生產(chǎn)實習”等，這些課程的開設可擴大學生的專業(yè)知識面，增加實踐技能，同時可將所學專業(yè)知識應用到生產(chǎn)崗位，提升學生解決實踐問題的能力，使學生得到系統(tǒng)的工程訓練，成為更符合社會需求的應用型人才。
（三）加強師資隊伍建設
材料化學專業(yè)應用性強，與企業(yè)生產(chǎn)實踐聯(lián)系緊密，因此要培養(yǎng)出高素質的材料化學專業(yè)人才，就必須擁有一支高素質的教師隊伍。針對應用型本科院校目前的師資隊伍現(xiàn)狀，有必要重構師資素質，既要重視教師專業(yè)理論知識與學術水平的提高，也要注重在新形勢下專業(yè)教師創(chuàng)新能力與實踐知識的培養(yǎng)。筆者認為，可從以下幾個方面考慮來加強師資隊伍建設：一是鼓勵教師進修攻讀碩士和博士學位，進一步增強教師專業(yè)知識，全面提升教學理論水平和能力;二是加強青年教師的教育教學培訓工作，重點對新進教師進行教學方面的長期培訓，建立考核機制，同時完善老教師指導制度，以幫助青年教師過好教學關;三是確定2―3個專業(yè)帶頭人培養(yǎng)對象，通過3年左右時間的培養(yǎng)，遴選出本專業(yè)的帶頭人;四是可考慮選擇5―7門專業(yè)主干課程進行重點建設，每門主干課程的建設周期為2―3年，加強教學團隊建設，整體提升教師隊伍的專業(yè)能力和教學水平;五是鼓勵和遴選專業(yè)教師分期分批到相關企事業(yè)單位進行短期掛職鍛煉（3―6個月），拓寬教師視野，增強實踐知識與理論知識的結合，使教師的知識結構與能力結構得到進一步調(diào)整和充實，從而提高專業(yè)教師的實踐動手能力和知識更新能力;六是聘請校外相關企事業(yè)單位的“雙師型”人才為專職教師或兼職教師，充實到教學團隊中，參與校內(nèi)專業(yè)人才培養(yǎng)方案制訂、專業(yè)課程教學等工作，提高教師實踐能力的整體水平。此外，學校還可定期通過舉辦講座等形式，邀請國內(nèi)著名高校、科研院所的專家學者以及有實踐經(jīng)驗的企業(yè)老總或者技術開發(fā)人員來校講學，讓相關教師能夠更多地了解和熟悉本專業(yè)的最新研究進展，及時更新自己的專業(yè)理論知識和實踐知識。
（四）改革課程考核評價機制
逐步建立“考核內(nèi)容綜合化、考核形式多樣化、考核過程全程化”的多元型課程考核模式，以考核方式改革促進教學模式改革。首先，對于“材料科學基礎”、“材料制備原理”、“工程力學”、“化工原理”等專業(yè)理論課程，改變期末考試的單一考核方式，可采取課程教學的過程性考核（如增加平時考核、期中考核等方式）和期末考核相結合，實行課程考核方式多樣化;而對于專業(yè)性比較強的理論課程（如“復合材料概論”、“材料工廠設計”、“化工制圖”、“專業(yè)英語”等），可實行半開卷或開卷考試，在考試內(nèi)容上盡量多采用綜合性試題來衡量學生對該門課程的掌握程度，側重學生思維能力和專業(yè)知識綜合應用能力的考核。其次，對于專業(yè)實驗課程（如“無機化學實驗”、“分析化學實驗”、“化工原理實驗”、“材料測試方法實驗”等）的考核，如果單純地以每次實驗報告的成績?yōu)橐罁?jù)進行考核，容易出現(xiàn)高分低能現(xiàn)象。可考慮采用平時成績（占30%，包括出勤情況、實驗課堂表現(xiàn)、實驗報告等綜合考評）、期末實驗操作考試（占30%，包括對所隨機抽中的實驗項目的實驗過程熟悉程度、操作規(guī)范度、實驗結果等綜合考評）以及期末筆試測試（占40%，包括對平時所有實驗項目內(nèi)容進行考評）等多樣化考核對學生學習情況進行綜合評價。最后，對“畢業(yè)論文”、“校企合作教育”、“生產(chǎn)實習”等實踐課程，要細化考核指標體系，實行實踐課程的全過程考核評價機制，加大平時考核的成績比重，把對學生的平時考核與期末總結性考核有機結合，科學評價該類課程的實際教學效果。
[摘 要]高分子化學實驗是我校材料化學專業(yè)學生學習的一門重要的實驗課程，該課程既能使學生進一步理解和掌握理論知識，又能培養(yǎng)學生的動手能力及科研素養(yǎng)。通過讓學生參與實驗的準備工作、實驗設計等活動，對高分子化學實驗教學進行改革，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的基本實驗能力。
[關鍵詞]材料化學專業(yè)；高分子化學實驗；教學改革
《高分子化學》是有機化學的后續(xù)課程，但同時更是高分子材料科學的啟蒙課程，是學生掌握高分子科學基本理論和分析、解決高分子材料加工過程中的問題的基礎課程。考慮到我校材料化學專業(yè)的一個重要發(fā)展方向是高分子材料， 《高分子化學》被選為材料化學專業(yè)的優(yōu)秀課程。高分子化學是一門以聚合物合成實驗為基礎的課程，聚合物合成實驗教學有別于一般有機化學實驗，但又是以有機化學實驗為基礎，它是培育創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新人才的一個重要環(huán)節(jié)，是材料化學專業(yè)聯(lián)系生產(chǎn)實際的實用性教學。高分子化課程實驗教學相比于理論課程教學更具趣味性、實踐性、復雜性、研究創(chuàng)新性。高分子化學實驗教學在整個高分子化學的教學活動中起著重要的推動作用。
高分子化學實驗教學屬于課程內(nèi)教學，開設的實驗課程內(nèi)容中有一部分能夠很好地體現(xiàn)高分子科學的發(fā)展成果，學生的實踐與創(chuàng)新能力在某種程度上能得到鍛煉。但是仍然存在相當一部分驗證性、認知性的實驗，而且實驗教學環(huán)節(jié)依然偏重于理論，注重高分子材料實用性的實驗不多，不利于學生學習有關高分子材料的制備與加工。在學生進行高分子化學實驗過程中，學生一般是按照已有的實驗過程進行實驗。實驗前教師對相關實驗重點、難點、細節(jié)等方面進行集中講解，學生只需按照教師提供的實驗過程，即可順利完成實驗。如此實驗教學，不但阻礙了學生發(fā)現(xiàn)問題的能力、分析與解決問題的能力以及創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新意識的提高，還使學生對教師產(chǎn)生依賴，并且抑制了學生的獨立思考及創(chuàng)新能力的挖掘。
我校材料化學專業(yè)具有工科特色，和高分子材料專業(yè)比，材料化學專業(yè)的高分子材料相關課程的課時相對較少，開設《高分子材料化學》（《高分子化學》）、《高分子物理》與《高分子材料加工工藝學》，總共課時不到140學時。如何在有限的時間內(nèi)，使我校的材料化學專業(yè)的學生既能掌握高分子科學的理論基礎知識與學科前沿，又可以激發(fā)學生學習高分子材料的興趣，是一個非常值得探討的問題。
一、分配學生參與教師的前期實驗工作
前期實驗工作是實驗順利進行的前提條件。相比基礎課程中的無機、有機化學實驗，高分子化學實驗有更多的實驗前期工作需要準備，包括檢修與調(diào)試反應儀器裝置、玻璃器皿的清洗、配制溶液（如提純單體、引發(fā)劑）等。粘附在玻璃儀器上的聚合物難以清除，學生在清洗玻璃儀器等設備的過程中，既懂得實驗的成功來之不易，又能初步掌握聚合物的溶解性質。如聚苯乙烯單體中一般要加入微量的對苯二酚等阻聚劑，以避免溶液在儲存、運輸?shù)倪^程中發(fā)生聚合（變質）。所以為了使實驗順利進行，縮短反應時間，開始實驗前，在教師的指導下學生采用減壓蒸餾的方法對單體（加入阻聚劑）進行提純。這樣，學生既加深了對阻聚劑阻聚原理的理解，又掌握了減壓蒸餾的操作方法。通過積極參與實驗前的準備工作，學生懂得實驗的成功不僅取決于實驗過程，而且與實驗前期工作密切相關，從而更加重視實驗教學過程。更重要的是，通過參與教師實驗前期工作的準備，加深了對課堂理論知識的理解，熟悉蒸餾、重結晶等提純化學物質的方法。
二、設計能激發(fā)學生學習興趣的實驗
調(diào)動學生學習主動性的一個重要舉措是激發(fā)學生的學習興趣。要激發(fā)學生的學習興趣，設計的實驗最好是學生既熟悉又陌生的內(nèi)容。如尼龍66的制備實驗，尼龍繩、尼龍襪子等，生活中很常見，但是如何在實驗中采用己二酰氯與己二胺的界面縮聚來制備學生卻不清楚，這勢必將大大提高學生主動參與實驗的興趣。而且實驗裝置相對簡單，一個燒杯即可完成。當學生將有機相與水相混合后，在兩相界面馬上就能看到一層聚合物薄膜的生成，而且該層薄膜拉出之后，又立即生成新的聚合物薄膜，可以連續(xù)不斷地拉出，形成纖維狀物質。實驗操作不復雜，成功率高，過程新穎，操作明了，學生學習的積極性高。
三、注重開設實用、應用型實驗
高分子化學實驗教學為學生的創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)新意識的培養(yǎng)提供了良好的環(huán)境條件，尤其是一些能結合實際生活的應用型高分子材料的制備，能使學生體會到高分子化學實驗的實用價值，有利于激發(fā)學生走向的創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)新。如在“聚丙烯酸型高吸水性樹脂的制備”實驗中，高吸水性樹脂可用于日常生活用品如尿不濕等，由于該產(chǎn)物的實用性強，一方面可以提高學生動手實驗的積極性；另外一方面也使學生深刻認識到高分子材料是一個與人們的日常生產(chǎn)生活息息相關的學科方向。類似的高分子材料還有粘接劑、涂料等，這些實驗的開出將會使學生對未來從事該行業(yè)的信心倍增。
四、適當設計綜合型實驗
教材內(nèi)高分子化學實驗大多數(shù)是認知和驗證型實驗，學生只需要按實驗參考書的步驟操作基本就能完成。如此實驗雖然可以使學生的動手能力得到一定程度的提高，卻不能使學生的綜合能力、分析和解決問題的能力、創(chuàng)新的能力等方面得到合適的鍛煉。綜合型實驗是內(nèi)容和步驟較為復雜的實驗，其中包含多個的知識點和基本實驗操作，需要結合多方面的理論知識和技能，才能夠順利完成。綜合型實驗既能夠訓練學生綜合運用所學理論和實踐的技能，又能培養(yǎng)和提高其發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。在綜合型實驗訓練過程中，學生主動思考，敢于提出問題、分析問題和解決問題，學生的科學思考和創(chuàng)新意識獲得很大的提升。
五、開設研究型實驗
學生經(jīng)過綜合型實驗的基本訓練后，實驗理論知識和專業(yè)實驗技能都有了一定程度的提高。為了使學生了解高分子科學學科前沿、激發(fā)學生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新的動機，教師允許學生采取自愿組合的方式組成若干個科研興趣小組。通過查閱文獻資料，小組討論提出實驗方案，并與指導老師討論方案的可行性，最后開展實驗。結束時，上交實驗記錄由指導教師批閱給出評價，并討論實驗的得失。整個過程中，要求學生提交文獻綜述、可行性方案、實驗報告或科研論文，鍛煉寫作科研論文的能力。顯然研究型實驗需要教師付出更多的勞動，為學生創(chuàng)造一個獨立完成、接近實際科學研究的環(huán)境。研究型實驗有利于提升學生分析問題、解決問題、獨立工作、團隊精神及創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新等方面的綜合能力。
六、改革實驗成績的考核方式
一個好的實驗成績考核方式要能夠反映學生在實驗教學過程中各個環(huán)節(jié)的表現(xiàn)。僅憑一份實驗報告來評定學生的成績是遠遠不夠的，學生在預習實驗、搭建裝置、清洗儀器設備、打掃衛(wèi)生等方面的工作都將得不到很好的體現(xiàn)，缺乏客觀性和公正性。因此，可以借鑒無機、有機化學實驗的考核方式，將實驗成績的評定方式細化：平時實驗成績60分，包括書寫預習10分、統(tǒng)一服裝5分、裝置搭建10分、規(guī)范操作10分、衛(wèi)生情況5分和提交報告20分；期末實驗操作考試40分（隨機抽?。?。將實驗成績的評定標準在開課前公布，使學生不得不復習鞏固所有開設的實驗，從而達到熟練掌握各項實驗技能的教學目標。
七、結束語
高分子材料作為我校材料化學專業(yè)一個重要的培養(yǎng)方向，《高分子化學》成為材料化學專業(yè)的優(yōu)秀課程，直接影響《高分子物理》《高分子材料加工工藝學》等后續(xù)課程的學習。我校材料化學教研室已通過對高分子化學實驗教學的改革，在激發(fā)學生學習高分子化學科學的興趣，提高學生的實踐技能、創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)意識等方面有所收獲。2015年3月5日，全國人民代表大會第十二屆第三次會議開幕，國務院總理同志在作政府工作報告中提及 “大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”。今后，我們將秉成這一新理念，繼續(xù)深入研究與探索，使高分子化學教學不斷適應社會發(fā)展的要求，為培育更多材料化學領域的優(yōu)秀人才做不懈的努力。
【摘 要】利用量子化學半經(jīng)驗方法可以研究電致發(fā)光材料的電子機構、幾何構型、光譜性質等等?？蔀殡娭掳l(fā)光材料的合成和選用提供諸多指導性建議。本文通過對最近量子化學在電致發(fā)光材料合成和分析的應用類文章進行了歸納總結，粗略地說明了量子化學在電致發(fā)光材料合成中所起的作用。
【關鍵詞】量子化學；電致發(fā)光材料；合成
0 引言
有機及配合物電致發(fā)光（EL）和非線性光學材料在高新技術中的廣泛應用，受到人們的關注并得到積極的研究[1-3]。近30年來，隨著量子化學計算方法和分子模擬技術、以及計算機技術的飛速發(fā)展，對材料科學的發(fā)展產(chǎn)生了深刻影響。利用量子化學計算方法方法研究EL材料的電子結構和光譜性質，以全自由度優(yōu)化幾何結構為基礎，計算化合物的電子光譜。對研究此類材料的性質及合成有指導性意義計算結果是實驗結果基本吻合。本文主要介紹量子化學在EL材料研究中的應用及進展。
1 量子化學研究EL材料的方法及原理
就量子化學的幾種計算方法來看，從頭算法雖然有嚴謹?shù)睦碚撝С?，能得到較好的計算結果，但是當遇到諸如酶、聚合物、蛋白質等大分子體系時，計算很耗時，其計算代價無法承受[4]。為了在計算時間和計算精度上找到一個平衡點。采用量子化學半經(jīng)驗方法AMI進行了理論計算包括構型優(yōu)化、振動分析電子光譜計算?？茖W家們以從頭算法為基礎，忽略一些計算量極大，但是對結果影響極小的積分，或者引用一些來自實驗的參數(shù)，從而近似求解薛定諤方程，就誕生了半經(jīng)驗算法。如：AM1，PM3，MNDO，CNDO，ZDO 等[5，6]。目前，對多類EL材料的研究大部分都是基于量子化學的半經(jīng)驗方法。
2 光譜性能的量子化學半經(jīng)驗計算
EL材料的發(fā)光顏色與材料的熒光光譜有密切的關系，熒光即是電子由第一激發(fā)單重態(tài)躍遷回基態(tài)所產(chǎn)生的降級輻射。目前對光譜性能的量子化學計算多半基于量子化學半經(jīng)驗方法PM3和AM1，先對化合物的幾何構型進行了全參數(shù)優(yōu)化， 得到其穩(wěn)定構型，再進行振動分析，在此基礎上利用單激發(fā)態(tài)組態(tài)相互作用方法（CIS）計算它們的電子光譜。
比如蘇宇，廖顯威[7]等人采用量子化學半經(jīng)驗方法PM3對三種黃酮類化合物的熒光光譜進行了理論研究。對各化合物優(yōu)化后的構型作了振動分析，均未出現(xiàn)虛頻率。在此基礎上，采用單激發(fā)組態(tài)相互作用方法（CIS） 計算熒光光譜，所有計算結果與實驗值基本吻合。廖顯威，李來才[8]采用單激發(fā)組態(tài)相互作用（CIS）方法，分別計算了4 種稠環(huán)芳烴的電子光譜，選了801個組態(tài)進行計算，所得結果與實驗值基本吻合。他們還對幾種含氮芳烴化合物有機EL材料，對FL-4、 FL-7、FL-10 和FL-12的光譜進行研究，計算結果與實驗值基本相符合。薛照明，張宣軍[9]等用PM3/SCI方法計算了三個分子的電子吸收光譜，測定了三個分子的電子吸收光譜和熒光光譜（DMF溶液）。結果表明理論計算值與實驗值相當吻合。高洪澤，石紹慶等利用量子化學半經(jīng)驗AM1及INDO/SCI方法研究了B與8-羥基喹啉的螯合（LiBq4）的電子結構和光譜性質，計算得到基態(tài)到各激發(fā)態(tài)的垂直躍遷能和振子強度，獲得電子光譜。分析出由于配體中苯酚環(huán)、吡啶環(huán)對不同前線軌道的貢獻不一樣，所以在吡啶環(huán)和苯酚環(huán)上引入取代基會對光譜發(fā)生影響，為分子設計提供理論指導。
3 量子化學對EL材料結構的分析
結構與性能的關系一直是量子化學的主要研究領域，它涉及的范圍非常廣泛，從無機小分子、有機分子到高聚物和生物大分子，從人為設計的理想模型分子到實用的藥物分子和材料分子等[10]。通過結構與性能的研究，人們可以逐類地對一些化學現(xiàn)象進行統(tǒng)一的解釋，得出一般性的規(guī)律，進而預言一新的化學事實，指導設計新的實驗。目前國際上關心的課題主要有：重要新型無機分子、有機分子和原子簇化合物的化學鍵本質的研究；重金屬、稀土元素化合物的成鍵規(guī)律；（半）導體材料、磁性材料、光電材料等。
高洪澤，石紹慶[11]等通過量子化學半經(jīng)驗方法研究了藍色有機薄膜電致發(fā)光材料LiBq4 電子結構，國外研究人員在這方面已做了不少努力，合成了很多類型的藍色發(fā)光材料并且制備了相關器件[12-15]，但多數(shù)都沒有獲得突出的結果。由于LiBq4體系相對分子質量較大，迄今未見有對其進行理論研究的報道.他們通過計算結果表明，各個喹啉環(huán)基本保持各自的面共軛結構。計算得到的穩(wěn)定幾何結構和的主要鍵長。為探討其發(fā)光機理及B和Li 元素在其中所起的作用及M ―N鍵的共價性、離子性對發(fā)光的影響，為進一步探索合成與設計具有優(yōu)良性能的藍色發(fā)光材料提供理論依據(jù)和指導。
4 振動分析
判斷分子是否處于穩(wěn)定構型的一個重要方法是看它的振動光譜是否出現(xiàn)虛頻率[16]。劉芳玲，張紅梅[17]等對萘及其鹵代化合物在B3LYP /6-31G水平下優(yōu)化了4種化合物的幾何構型， 在振動分析中，其振動光譜均未出現(xiàn)虛頻率， 說明構型優(yōu)化基本合理性。
5 前景與展望
近些年來雖然量子化學在研究和分析EL材料方面，解釋了一些實驗現(xiàn)象，揭示了不少前期未被理解的機理，甚至預期了一些結構性能關系。但量子化學的應用遠不止這些。隨著量子化學理論不斷發(fā)展和應用領域的逐漸拓寬，研究方法的不斷創(chuàng)新，今后將對電致發(fā)光材料的合成和選擇提供更好的理論依據(jù)和指導。將量子化學與EL材料的性質分析結合起來，才能更好的選擇EL材料的構成，合成性能更好的EL材料。
[摘 要]目前我國國家經(jīng)濟發(fā)展迅速，隨之，化學化工的發(fā)展在科學領域也呈現(xiàn)出強勁勢頭，化學化工材料憑借自己獨特的優(yōu)勢不僅在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用，在人們的日常生活中也可以隨處可見化學化工材料的身影?；瘜W化工材料已經(jīng)在各個領域范圍內(nèi)受到了人們的認可，化工材料的應用技術也日新月異，呈現(xiàn)出迅猛的趨勢。隨著化學化工材料的蓬勃發(fā)展，在科學領域不斷出現(xiàn)新的學科和新的概念。本文就化學化工材料的應用技術研究為大家進行闡述。
[關鍵詞]化工材料 科學技術 應用
隨著化學化工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，各個行業(yè)對化學化工材料的應用也有了更為廣泛的要求，如何在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈中謀求創(chuàng)新和突破，也成為了化學化工應用技術發(fā)展的主要方向，目前，現(xiàn)代建筑業(yè)以及新型農(nóng)業(yè)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)都對化學化工材料提出了綠色環(huán)保的要求。那么化學化工材料在現(xiàn)代建筑業(yè)以及新型農(nóng)業(yè)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中的應用具體情況是怎樣的呢，現(xiàn)在本文一一闡述。
一、化學化工材料在現(xiàn)代建筑業(yè)上的應用
從2008年北京成功舉辦奧運會開始，世界開始進一步矚目中國，同時，綠色化工材料也被人們更為廣泛的認同。從某個意義上來說，綠色奧運的北京奧運會環(huán)保理念，拉開了綠色化工材料在我國建筑行業(yè)的應用新紀元。雖然奧運會短暫的過去了，但是綠色化學化工材料在我國的應用還有廣闊的市場。
奧運會以來，在“水立方”等奧運場館中采用的零揮發(fā)性有機化合物和低揮發(fā)性有機化合物水性涂料更為廣泛的在現(xiàn)代建筑業(yè)中得到應用。其中水性聚氨酯涂料有著粘合持久、無污染、干燥快的性質，維護起來也更為容易，同時，水性聚氨酯涂料還具有阻燃性，防火性能首屈一指。在“鳥巢”鋼結構中使用的氟碳涂料，也是值得現(xiàn)代建筑業(yè)關注的化學化工材料的一種綠色涂料。它不但耐溶劑、耐候，還有耐酸堿性的優(yōu)勢。并且其涂刷后性質高度穩(wěn)定，無害無毒，是當之無愧的“涂料之王”。
談到化學化工材料在現(xiàn)代建筑業(yè)上的應用，不得不說的就是隔熱保溫材料。像“鳥巢”建筑過程中采用的聚氨酯硬泡材料，其具有保溫節(jié)能、防止噪音和綠色環(huán)保的功能。是現(xiàn)代建筑業(yè)中不可或缺的化工材料之一。同樣，在奧運場館座椅上采用的聚丙烯材料，具有阻燃和耐候的特性，同樣可以實現(xiàn)回收再次利用。還有值得關注的膜材料。在“水立方“建筑上廣泛使用的新型化學化工材料：乙稀-四氟乙烯共聚物。它主要用于膜材料，有著節(jié)能、保溫隔溫、自我清潔的功能。在控制溫度方面，其節(jié)能效果更為顯著，曾為“水立方”節(jié)省百分之三十的電能。對于新型建筑產(chǎn)業(yè)來說有突破性的建樹。
應該說，化學化工材料的應用滲透到了整個現(xiàn)代建筑行業(yè)，在綠色環(huán)保節(jié)能創(chuàng)新方面給現(xiàn)代建筑業(yè)帶來了新的春天。
二、化學化工材料在新型農(nóng)業(yè)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中的應用
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們在消費農(nóng)產(chǎn)品時不再單單重視產(chǎn)品的質量和價格，而是更加注重對品味、特色和安全保健等感性的因素。因此，為了適應這一要求，新型農(nóng)業(yè)應運而生，要想滿足新型農(nóng)業(yè)的要求，就要求化學化工材料在微生物肥和生物農(nóng)藥研發(fā)上進一步發(fā)展。然而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)并不是一朝一夕的事，也并不是滿足了一代人就可以了，它是關系著我們下一代的發(fā)展問題。所以，持續(xù)性、發(fā)展性以及可循環(huán)性就成為了新型農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個重要特性。而要想能持續(xù)發(fā)展，與自然和諧共存，就需要化學化工材料應用技術著眼長遠，從可持續(xù)發(fā)展角度進行應用和推廣。
傳統(tǒng)農(nóng)藥的害處不言而喻，因此綠色農(nóng)藥在新型農(nóng)業(yè)中的應用就越來越為重要?！笆晃濉币詠恚訌姯h(huán)境保護成為新的主要目標之一。大力發(fā)展“安全、低毒、高效”的環(huán)保型農(nóng)藥，保持生態(tài)平衡，保障農(nóng)業(yè)產(chǎn)品安全環(huán)保成為國家以及人民對農(nóng)業(yè)的更新要求。從而，有機農(nóng)藥應運而生。有機農(nóng)藥中重要的一種腐殖酸類的農(nóng)藥作用更為突出，一方面，腐殖酸類農(nóng)藥產(chǎn)自大自然，并沒有傳統(tǒng)農(nóng)藥的毒副作用。同時，大自然有豐富無窮的資源，使得有機農(nóng)藥豐富廣泛，是可持續(xù)發(fā)展的前提之一。另一方面，此類有機農(nóng)藥的經(jīng)濟效益可觀，又無毒無害，所以深受現(xiàn)代農(nóng)業(yè)好評。是發(fā)展前景大好的新型農(nóng)藥之一。
當然，要想農(nóng)作物增產(chǎn)豐收，還需要一些促進農(nóng)作物生產(chǎn)效率的有機農(nóng)藥。而這些增效方法可分為物理增效、化學增效、生物增效以及綜合增效四類。物理增效，就是不改變農(nóng)作物的分子，在農(nóng)作物的細胞間進行各種性能的增效和提升。主要改善農(nóng)作物的細胞通透性、滲透性和表面活性和粘著性等。化學增效，就是在分子間進行組合和作用，以達到改善農(nóng)作物的生長形態(tài)的方法。生物增效，就是利用生物酶在農(nóng)作物之間進行調(diào)整，進而增加農(nóng)作物的生長效率。而綜合增效就是利用以上各種方法，在不同要求下使用兩個以上的增效方法對農(nóng)作物進行增效生長，以達到增產(chǎn)增收的效果。
隨著化學化工材料的不斷發(fā)展，人們也在嘗試將化學化工材料應用到生物菌劑中。在生物菌劑的應用構成中，研究在實驗室內(nèi)取得了較為明顯的效果，但是當將這些研究完成的生物菌劑應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)田中，還是遇到了一些問題，因為農(nóng)田環(huán)境對生物菌群的發(fā)展環(huán)境有所破壞，使得菌劑不能發(fā)揮在實驗室中的效果。然而，當將化學化工材料與生物菌劑經(jīng)過合理配比后，再應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，我們可喜的發(fā)現(xiàn)了生物菌劑的完美優(yōu)勢，從而完成了生物菌劑與化學化工材料的完美組合，對控制土壤中的農(nóng)作物病原菌起到了顯著的作用。
我國針對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對農(nóng)藥的要求，通過農(nóng)藥企業(yè)在技術上進行創(chuàng)新和改革，以達到農(nóng)業(yè)企業(yè)發(fā)展多元化。這也要求化學化工材料應用技術得到更為多元化以及多方面更為全面的研究，尤其是在現(xiàn)代農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)方面，對化學化工材料的應用技術也要求更為系統(tǒng)和全面的研究和發(fā)展。現(xiàn)在，國家對農(nóng)業(yè)化工材料應用和建筑化工材料應用越來越為重視，經(jīng)過文章的深入分析，希望能對我國化學化工材料的應用和發(fā)展起到積極的影響。雖然現(xiàn)在我國的農(nóng)藥生產(chǎn)已經(jīng)有了一百萬噸的突破，但還是不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的需求，同時，進出口業(yè)務的發(fā)展，也使得化學化工材料的應用技術優(yōu)勢更為突出，在平穩(wěn)中促進全國乃至全球化工化學材料的全面發(fā)展。
三、結語
在現(xiàn)代建筑業(yè)和新型農(nóng)業(yè)的發(fā)展過程中，新型創(chuàng)新性化學化工材料得到了廣泛的應用和重視，當然，在全球經(jīng)濟不斷升溫的今天，只著眼眼前的化學化工材料應用技術是遠遠不夠的，我們還要不斷的研究和實驗，使化學化工材料的應用技術更為全面和多元化，應用到生產(chǎn)生活的各個領域，從而給我們的日常生活帶來更為專業(yè)、健康的產(chǎn)品和服務。相信只要通過不斷的追求和謹慎的研究，化學化工材料的應用技術一定會得到進一步的完善和升華。
作者簡介
李俊鬧（1994.1），女，云南昆明人，中南民族大學化學與材料科學學院2012級本科生，材料化學專業(yè)
摘 要： 通過水熱法合成并使納米粒子附著在表面，形成復合光催化劑，通過兩種半導體材料之間的相互協(xié)同作用，提高復合材料的光催化性能及其光致穩(wěn)定性。并通過XRD、TEM、XPS、FT-IR等表征方法對光催化劑進行分析；在可見光下以RhB （羅丹明B）和MB（亞甲基藍）為目標污染物，高壓汞燈為光源，評估復合光催化劑的性能，并運用XRD、紅外、DRS等表征了其結構特征。通過實驗可使學生初步了解納米材料的基本知識，常用的表征分析方法，以及環(huán)境污染物降解處理方法。實驗內(nèi)容涵蓋材料化學、環(huán)境化學、無機材料合成、儀器分析、光催化性能測試等方面。實驗內(nèi)容設置有助于培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)造能力。
關鍵詞： 環(huán)境化學 污染學習降解
隨著全球對環(huán)境問題關注程度的日益提高，對從事環(huán)境研究人才的要求越來越高。 為了適應社會及經(jīng)濟發(fā)展的需求，培養(yǎng)理論實踐相統(tǒng)一的應用復合型人才，要特別加強與重視實驗教學。環(huán)境化學實驗設計應反映新的科研成果，以提高學生的創(chuàng)新能力和科研能力，旨在使學生在實驗教學中得到更好的綜合能力訓練。
近年來，半導體光催化技術在凈化環(huán)境污染物領域的研究得到了廣泛關注。因其獨特的半導體能帶結構和化學熱穩(wěn)定性，作為一種非金屬型可見光光催化劑被應用于光催化領域，包括光解水制取氫氣、光催化降解環(huán)境有機污染物和光催化合成等，引起國內(nèi)外學者的廣泛關注[1-2]。不僅廉價易得，而且其化學組成和能帶結構可調(diào)控，因此成為光催化材料研究領域研究的熱點。但是，單體材料仍然存在缺陷，為解決該問題，本文采用的復合改善單體的光催化性能。
1.實驗部分
1. 1 試劑和儀器
2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪、三聚氰胺、乙腈、釩酸鈉、硝酸銀和亞甲基藍（MB） （國藥集團化學試劑有限公司）；電子分析天平（北京賽多利斯儀器有限公司）；Avatar360型FI-IR 光譜儀（美國Nicolet 公司）；紫外可見分光光度計（島津 UV-2450）；X射線粉末衍射儀（D/max2500PC）。
1.2 光催化劑的制備
g-C3N4的合成： 稱取一定量的2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪和乙腈放入反應釜中攪拌，然后加入三聚氰胺攪拌。將反應釜置于140℃烘箱中反應，反應結束后，反應釜自然冷卻至室溫。溶液離心分離，蒸餾水洗滌，干燥，所得粉末即為。
的合成： 將含有的水溶液超聲后加入于25℃下攪拌。將準備好的NaVO?12HO水溶液逐滴加入上述溶液。攪拌反應后，溶液離心分離，蒸餾水洗滌，60℃干燥，所得粉末即。
1. 3 光催化降解實驗方法
在可見光照射下，30℃條件下測量光催化材料的光催化性能。反應光源為模擬太陽光燈源。實驗中，將光催化劑和MB （10 mg/L）或者RhB （10 mg/L）水溶液加入光催化反應玻璃瓶中，并通過循環(huán)水冷卻消除熱催化的影響。在光照之前，先將懸浮液在暗處磁力攪拌1 h，使MB （或RhB）染料與光催化劑混合均勻，達到物理吸附平衡。在光反應過程中，MB （或RhB）光催化劑溶液連續(xù)磁力攪拌，每5 min （或15 min）取懸浮液，離心去除光催化劑粒子，取上清液測試。使用島津UV-2450分光光度計，通過測定最大吸收波長確定其濃度，MB （或RhB）的最大吸收波為664 nm （或553 nm）。根據(jù)朗伯-比爾定律，溶液的吸光度與濃度成正比，因此可用吸光度代替濃度計算去除率，以此為MB溶液的去除率。計算公式：降解率=（1-）×100%=（1-）×100%，其中C、C分別為光催化降解前后的濃度，A、A分別是降解前后的吸光度值。
2. 結果與討論
經(jīng)過XRD、IR、DRS表征發(fā)現(xiàn)，合成的為。光催化活性考察表明合成的具有較高的光催化降解活性。
學生在本實驗過程中可以學習光催化劑的合成方法，鞏固掌握稱量固體、液體量取、催化劑洗滌等基本化學實驗操作技能，并學習紫外可見分光光度計、紅外光譜和DRS的操作方法。學習標準曲線建立的方法。材料的光催化活性最好，光照90 min后RhB的去除率達到85%，光催化降解速率常數(shù)最大，說明的存在能夠顯著提升基體的光催化降解性能。
3.結語
光催化技術已經(jīng)在制氫、還原，污染物降解等多個領域具有廣泛應用。半導體光催化劑是目前應用廣泛的環(huán)境和能源保護功能性材料之一。本實驗可以讓學生了解環(huán)境污染物控制的新方法，使學生扎實環(huán)境化學基礎知識的同時，能關注環(huán)境領域科技前沿信息， 將最新的科技知識融入基礎知識學習中，提高自身的專業(yè)技能。
摘 要：材料是社會現(xiàn)代化的物質基礎與向導，是一切科學和技術發(fā)展必不可少的基石，是人類社會進步的里程碑。而材料化學是材料化學專業(yè)的基礎課程和主干課程，是由材料科學與化學兩大類學科交叉形成的。本文通過分析材料化學教學中存在的問題，針對材料科學學科特征和研究內(nèi)容、任務，探討了材料化學教學的改革趨勢，希望能夠提高材料化學教學質量，提高學生綜合素質。
關鍵詞：材料化學；教學問題；改革趨勢
材料化學是材料化學專業(yè)的一門基礎課程以及主干課程，是在化學學科、材料科學的相互交叉、滲透的過程中，形成、發(fā)展起來的，屬于新興的交叉、邊緣學科。我們所采用的材料化學課程包括了晶體學基礎、金屬材料、有機高分子材料等等內(nèi)容。材料化學的課程目的是為了使學生具有初步分析、解決材料中的化學問題的能力，通過該課程的學習，使學生熟悉材料的合成方法、表征手段，使學生掌握材料結構的基礎理論，熟悉材料應用領域中的一系列知識，掌握材料性質與結構的關系等。并且為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，通過對材料化學課程的系統(tǒng)學習，能夠提高學生的綜合素質。
1 材料化學教學中存在的問題
隨著新材料、新技術、新理論等的出現(xiàn)，材料化學的快速發(fā)展要求教材不斷更新，材料科學具有了新的生命力和發(fā)展前景。材料科學與工程技術日益融合，材料科學研究已經(jīng)深入到源自尺度，發(fā)生了深刻的變化，并開拓了新的研究領域，如：微納結構材料等等。并且材料化學是一門實踐性很強的學科，作為教材，在日新月異發(fā)展的同時，需要具備基礎性、前沿性和應用性特征。但是目前，教材對學科的原理、規(guī)律等難以闡明，缺乏較強的理化基礎，根本無法適應學科的發(fā)展變化。一些大學畢業(yè)生就算具備很好的理論基礎，也缺乏適應能力，后勁不足的缺點。對于材料化學研究的目的來說，教材具備應用型能夠學以致用，目的明確；而教材具備前沿性，能夠有利于學生較快地適應日后的科研工作，能夠恰當?shù)胤从巢牧峡茖W發(fā)展。隨著科技的不斷發(fā)展，新型材料的研發(fā)已經(jīng)成了高科技中作為活躍的部分，從實驗開發(fā)到工業(yè)應用，材料研究的周期大大縮短，因此，在材料化學的教材中，需要有意識的突出這一特征。另外，材料化學學科發(fā)展實踐短，研究范圍廣，是一門新興學科，課程參考教學資料少，存在本學科中的新理論、新技術不能及時充實到教材中的現(xiàn)象，對教材編著人員素質要求高，因此，材料化學課程教學內(nèi)容要體現(xiàn)出與時俱進的理念，要進行很好的選取、改革和優(yōu)化。
2 材料化學教學內(nèi)容的改革趨勢
2.1 材料化學課程教學內(nèi)容的選取
在內(nèi)容選取上，材料化學課程教學內(nèi)容要根據(jù)兩條原則。首先，材料化學課程教學的目標是“加強基礎、突出應用、提高素質”，因此，要根據(jù)材料化學課程的研究內(nèi)容和課程特征，處理好與其他學科的關系，材料化學專業(yè)的材料化學課程強調(diào)基礎理論，適當?shù)亟榻B一些傳統(tǒng)材料，適當?shù)丶尤胍恍﹥?nèi)容，如：晶體理論、能帶理論、熱力學基礎、金屬結構近似模型等等。其中晶體理論包括晶體缺陷、X射線衍射基本原理、晶體結構對稱性等等，不能有物沒有理論，也不能有理論沒有物理，并且還要適當?shù)慕榻B一些新型功能材料結構、使用性能等。同時，還要突出其基礎理論性，要與金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料等聯(lián)系起來又區(qū)別開來，突出材料合成條件、結構性能的關系。其次，要根據(jù)學校學科特點，遵循教學內(nèi)容的選取原則，如：整體優(yōu)化、精選內(nèi)容、跟蹤前沿等，根據(jù)教師的特長及科研成果，體現(xiàn)出課程內(nèi)容的前沿性，實現(xiàn)課程內(nèi)容的廣度和深度，力求能夠反映出當代材料化學新成就、新工藝等，讓學生充分了解到材料化學發(fā)展趨勢，如：納米材料、能源材料等新材料，擴大學生的視野，培養(yǎng)學生的學習興趣。
2.2 選取與優(yōu)化材料化學課程內(nèi)容的要求
首先，要了解化學在材料科學總的地位，熟悉材料化學的定義、材料類型、材料應用，了解與材料科學有關的期刊，了解新型材料的制備方法、功能、用途。材料化學結構理論要求掌握晶體結構的周期性、對稱性概念與性質，主要包括點陣理論和晶體結構、原子結構等。要求要了解常見的對稱元素系、瘋子的幾何構型等等，熟悉金屬、離子化合物晶體，了解群的定義，常見分子點群，了解描述晶體結構的表達方法，掌握金屬鍵能帶理論、金屬單質結構的近似模型，了解晶體學語言轉變?yōu)榛瘜W語言等的方法，熟悉分子之間作用力等，了解不同化學元素等對材料性能的影響，了解不同材料的本質區(qū)別。材料化學合成原理與技術，要掌握材料制備技術，如：無定型材料的制備和晶體材料的制備等，熟悉無機材料制備基礎理論，如：化學熱力學、動力學等，熟悉高分析材料合成原理與方法。如：自由基聚合、高分子化學反應等。并且要熟悉晶體X射線衍射原理等等。其次，要加深理解各種傳統(tǒng)材料結構決定性能的觀點，熟悉幾類重要材料，如：玻璃與陶瓷、聚合物等。另外，要熟悉納米材料概念、技術等應用前景，了解光學功能材料、電性能材料等。
2.3 材料化學課程教學內(nèi)容選取措施
一為了幫助學生順利抵學習材料化學的基本原理，要重視由表入里、由淺入深的認知過程，處理好材料結構與性能、宏觀與微觀的關系。
二為了貫徹少而精、精而新、新而優(yōu)的原則，在講解課程基礎知識的同時，要注重理論的連貫性，注意適當穿插新的研究成果，處理好課程內(nèi)容更新與精選、更新與基礎的關系，拓寬學生的知識面，注重其他課程和學科的滲透、促進作用。
三為了鞏固學生學到的知識，要充分發(fā)揮例題習題的作用，使學生運用所學的知識去分析、解決問題。加強學生的練習，拓展并深化對基本概念、原理的理解，檢查學生對課程內(nèi)容的理解和掌握程度，提高其分析問題和解決問題的能力。
四為了訓練學生演繹法和歸納法兩種思維方式，要重視演繹法和歸納法的學習、運用，為化學理論提供一種思維體制，總結更新知識，培養(yǎng)學生觀察、分析、推理等能力。
五為了提高學生的創(chuàng)新意識和綜合素質，要注重理論聯(lián)系實際，注重實驗技能的訓練，處理好理論教學與實驗內(nèi)容的關系，通過實驗教學加深對原理的理解。
摘要：關于建筑裝飾裝修材料有害物限量，我國雖制定了系列標準及規(guī)范，但目前市場上的產(chǎn)品仍是魚龍混雜，一般消費者很難鑒別這些材料或物品的環(huán)保程度，導致一些高污染的裝飾裝修材料、物品進入家庭，引發(fā)室內(nèi)空氣污染問題，危害居住者健康。
關鍵詞：建筑裝修；室內(nèi)裝修；室內(nèi)污染；防治對策
一、建筑裝修工程施工過程的特點
建筑裝修工程指的是通過相應的施工操作，在原有的建筑物主體上添加一層裝修層，實現(xiàn)建筑物的美觀和整潔，提高建筑物業(yè)主的居住環(huán)境質量。在建筑裝修工程施工過程之中，其主要是依托于建筑物的承重墻等結構主體的支持才能夠進行相關的裝修操作。而在裝修的過程中，所使用的漆料和木板由于經(jīng)過了相應的化學加工處理，很有可能含有甲醛等對人體有危害的氣體，可能對人民群眾的身體造成危害，在加工的過程之中，也有可能或產(chǎn)生粉塵，影響到人民群眾的身體健康。
在建筑裝修工程施工過程之中，由于建筑物的施工環(huán)境限制，整個建筑裝修工程施工只能在一個有限的建筑物空間之內(nèi)進行，這就很有可能發(fā)生建筑裝修工程施工和其他建筑物施工過程的平行交叉施工，這就導致在建筑裝修工程施工過程中會產(chǎn)生一些不安全的因素，導致一些質量問題的產(chǎn)生。與此同時，由于建筑物業(yè)主的具體要求不盡相同，這也就導致進行裝修使用的過程中所要進行施工操作也不盡相同。除此之外，進行建筑裝修工程施工的材料的類別也很多，這些材料所蘊含的各種物質可能造成對建筑物內(nèi)部的污染的效果也各不相同，其可能含有的污染物的種類就具有甲醛、粉塵等物質。具體的說，就是在進行建筑裝修工程施工的時候，建筑團隊要選取不同的施工工藝來進行施工，在保證建筑物室內(nèi)美觀的基礎上，保證室內(nèi)的環(huán)境不受污染。
二、建筑裝修材料中主要污染物及影響因素
1、涂料
目前室內(nèi)裝飾裝修主要用到的有衛(wèi)生間或陽臺的防水涂料、內(nèi)墻涂料和木器涂料。一般廚衛(wèi)用的防水涂料主要兩大類：聚氨酯類防水涂料和聚合物水泥基防水涂料，早期的聚氨酯類防水涂料因含有煤焦油或瀝青，屬于嚴重污染環(huán)境損害健康的產(chǎn)品，已經(jīng)被淘汰，此外，聚氨酯防水涂料普遍使用的交聯(lián)劑是莫卡（MOCA），也屬于可疑致癌物，目前使用的新型聚氨酯類防水涂料為水固化型聚氨酯防水涂料以水為固化擴鏈劑，不需交聯(lián)劑莫卡（MOCA），而且不含苯、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯酯等有害有毒溶劑，屬于環(huán)保產(chǎn)品。另外，內(nèi)墻涂料中以合成樹脂乳膠漆為主，屬水性涂料，內(nèi)墻膩子的主要成分也屬于無機成分，健康危害風險較低，但鑒于市場中很多淘汰工藝或禁用產(chǎn)品的盛行，需注意以下幾點：第一、合成樹脂乳膠漆屬水性涂料，雖然環(huán)保性較溶劑型涂料高，但乳膠漆的添加助劑較多，注意表面活性劑、成膜助劑、防霉殺菌劑、防凍劑中是否含有禁用物質（烷基酚類、乙二醇醚和乙二醇酯、乙二醇）或強溶劑等；第二、內(nèi)墻膩子主要為無機成分，嚴禁添加建筑膠（107、108、801、901膠水），以免帶來化學污染；第三、防水涂料中目前使用的濕氣固化聚氨酯防水涂料和聚合物水泥基防水涂料屬環(huán)保型產(chǎn)品，嚴禁使用含煤焦油或含瀝青的聚氨酯涂料。
2、膠黏劑
與涂料組成類似，膠黏劑也是以高分子材料為主料，配合各種固化劑、增塑劑、填料、溶劑、防腐劑、穩(wěn)定劑和偶聯(lián)劑等助劑配制而成。高分子材料有熱塑性樹脂、熱固性樹脂、合成橡膠、天然高分子物質等；溶劑有脂肪烴、酯類、醇類、酮類、鹵代烴類、醚類等；增塑劑用的較多的是鄰苯二甲酸酯類；固化劑種類有脂肪族多胺、芳香族多胺、芳環(huán)脂肪族多胺、脂環(huán)族多胺、低分子聚酰胺、有機酸酐、咪唑類等；顏填料則包括氧化鐵紅、氧化鐵黃、云母氧化鐵、三氧化二鉻等。根據(jù)膠粘劑的原料組成，造成室內(nèi)污染的成分主要來源于溶劑中的揮發(fā)性有機化合物、有毒固化劑與增塑劑以及其他助劑等。
3、氨氣
氨氣是室內(nèi)裝修污染的污染源之一，是一種具有強烈刺激性氣味的氣體。建筑物的混凝土外加劑會造成氨氣污染，有的建筑單位為了縮短工期，使用了高堿混凝土，這些混凝土中含有大量的氨類物質，隨著環(huán)境溫度、濕度等的變化，這些物質會還原成氨氣，并從墻體中緩慢釋放，進而造成室內(nèi)空氣中氨的濃度不斷增高。氨氣對人體的主要危害在于它會削弱人體的免疫能力。氨氣被人體吸入后，會與人體血液中的血紅蛋白結合，進而破壞血紅蛋白的輸氧功能，長期大量吸入氨氣會出現(xiàn)流淚、咽疼、聲音嘶啞、咳嗽、痰中帶血、胸悶和呼吸困難等一系列呼吸道疾病。
三、室內(nèi)建筑裝修危害的防止
1、嚴控建筑裝修工程施工材料質量
施工團隊在引進施工材料的時候，要仔細地審查材料的性能，并根據(jù)工程的具體需要進行裝修材料的選取工作。因為，只有保證了建筑裝修工程施工材料質量滿足相應的質量檢驗標準，才能夠保證建筑材料之中所蘊含的的有毒害物質的組分控制在一定的范圍內(nèi)，才能夠保證建筑裝修工程的室內(nèi)環(huán)境控制達到相應的水平。需要通過這樣的方式，以有效地保證建筑裝修工程的室內(nèi)環(huán)境。但是，截止目前為止，我國還沒有形成一個監(jiān)督管理嚴格，價格符合統(tǒng)一標準的建筑材料市場，這就導致很多質量并不符合國家相關規(guī)定的材料的流入。這就需要建筑團隊組織相關的專業(yè)技術人員，進行對建筑材料的嚴格檢查，確保建筑裝修工程施工過程之中使用的建筑材料都是性價比高、綠色無污染、符合可持續(xù)發(fā)展原則的建筑裝修施工材料。具體地來說，就要求施工團隊仔細審查建筑裝修材料的規(guī)格性能、建筑裝修材料的環(huán)保性能。針對目前越來越嚴重的環(huán)境污染問題，建筑團隊在進行建筑材料選取的時候，必須嚴格遵守《民用建筑室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》的相關規(guī)定，使用綠色無污染的建筑物裝修材料。在建筑裝修工程施工過程之中，如果建筑團隊想要更改施工的建筑裝修材料，必須要申報監(jiān)督管理部門，經(jīng)過認可之后才能夠更改建筑裝修施工材料。
2、簡化裝修模式，增添綠色植物
家居裝修應以實用、簡約為主，過度裝修會引發(fā)污染的“疊加效應”。綠色植物可起到凈化室內(nèi)空氣的作用，比如蘆薈、常春藤、龍舌蘭、月季和玫瑰等，這些植物可吸收室內(nèi)裝修產(chǎn)生的有害物質。
3、進行必要的室內(nèi)環(huán)境檢測和空氣處理
室內(nèi)污染，其實是化學污染，所以，不能簡單地憑氣味感覺來判斷，必須借助于專業(yè)設備由專業(yè)人員進行分析處理。裝修后的房屋不要急于入住，應該先找室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測部門進行檢測，聽取專家的意見，選擇合適的入住時間。
4、建立健全相關的法律法規(guī)
通過立法的方式可使室內(nèi)裝修污染物的防治控制有法可依、有章可循。應從源頭抓起，政府部門要加強裝飾、裝修材料質量標準的細化工作，各級質量技術監(jiān)督部門應將建筑材料的環(huán)保性能作為一項重要內(nèi)容，并加對大建筑材料違法行為的懲處力度。各級的工商、質量技術管理監(jiān)督部門應加大聯(lián)合執(zhí)法的力度，在流通領域開展有效的監(jiān)督管理。
結束語
室內(nèi)裝修造成的室內(nèi)空氣污染及其防治措施是一個常新的研究課題，室內(nèi)裝飾污染的防治應以事前控制為主，事后處理為輔，雙管并重，雙管齊下。通過施工團隊和質量監(jiān)督單位的共同努力，實現(xiàn)建筑裝修環(huán)境的有效提升，保證人民群眾不受裝修污染的干擾。
[摘 要]采用紅外光譜、氣質聯(lián)用儀對一種涂料的化學成分進行檢測分析，對涂料的紅外光譜進行解析、綜合定性，并用氣質聯(lián)用數(shù)據(jù)進行驗證，確定出涂料的溶劑及基料。
[關鍵詞]涂料；溶劑；紅外光譜；氣質聯(lián)用；分析
隨著現(xiàn)代生活水平的不斷提高，對居室進行不同程度的裝修在城市居民中已成為一種趨勢。在裝修中必然要用到大量的油漆和涂料，由此帶來的室內(nèi)空氣污染問題也日益突出，尤其是涂料中揮發(fā)性有機化合物在室內(nèi)不斷釋放，會引起不良建筑物綜合征，其對健康的影響已引起了人們的極大關注。揮發(fā)性有機化合物主要存在于涂料的溶劑中，因此關注涂料溶劑成分就顯得勢在必行。
1 實驗部分
1.1 實驗儀器、設備及溶劑
分析采用Bruker公司的TENSOR27傅立葉變換紅外光譜儀；HP6890GC-5975BMS型氣相色譜-質譜聯(lián)用儀（Angilent公司）；上海安亭科學儀器廠80-28型離心機；甲醇：天津市科密歐化學試劑有限公司，分析純；二甲苯：天津市科密歐化學試劑有限公司，分析純。
1.2 實驗內(nèi)容
1.2.1溶劑的鑒定
由于樣品是液狀涂料，考慮到其中含有一定量的溶劑或水，先對樣品進行蒸餾，在圓底燒瓶中放入23.0g涂料樣品，采用常壓蒸餾裝置，用電熱套加熱，緩慢升溫，當外部溫度計達到140℃時開始有無色液體餾出，該液體有芳香烴的氣味，蒸餾得到的餾分共重7.3g，計算可知溶劑所占比例為31.7%。
蒸餾出的溶劑先進行有無水測試，結果顯示溶劑中不含水。將溶劑的原樣涂在干凈、平整、透明的NaCl晶片上，做紅外光譜，如圖1所示。
圖1所示的紅外光譜反映該溶劑是一個混合溶劑，3030cm-1和1606cm-1分別為苯環(huán)的C-H伸縮振動和C=C伸縮振動，說明有芳香烴化合物；1377cm-1是-CH3對稱變形震動峰，是-CH3的特征吸收峰，900～650cm-1有芳基的3種取代類型的數(shù)據(jù)，說明溶劑中可能含有領、間及對位3種二甲苯。1241cm-1為羰基的伸縮振動峰，說明溶劑中可能含有酸類或脂類。
為了證實溶劑的成分，采用GC-MS分析方法進行驗證。GC條件：IIP-5MS5%PhenglMethySikloxane型彈性石英毛細管柱（30.0m×250um×0.25um），模式為恒定流量，初始流量為0.8ml/min，額定初始壓力為55.227KPa，平均速率為34cm/sec，分流進樣，分流比為125：1，分流流量81.1ml/min，進樣口溫度230℃。升溫程序：初始溫度40℃，保持2min，以2℃/min升至50℃，保持3min，再以2℃/min升至75℃，保持3min，再以2℃/min升至100℃，保持3min。進樣量0.2ul。MS條件：EI源，離子源溫度230℃；接口溫度280℃；電子能量69.922EV；倍增器電壓1152V；四級桿溫度150℃；溶劑延遲0min；掃描范圍30～400amu。按照上述實驗方法對樣品進行分析，獲得了涂料溶劑成分的總離子流圖，如圖2所示。通過G1701BA化學工作站數(shù)據(jù)處理，檢索NIST05譜庫，確定樣品的組成；采用面積歸一化法計算出各組分的相對百分含量。
經(jīng)NIST05普庫檢索，共鑒定出6種化合物，結果見表1。GC-MS分析結果證實溶劑系統(tǒng)由甲苯、二甲苯、乙苯、乙酸丁酯等組成，證實了紅外光譜圖的分析結果。
1.2.2成膜物的鑒定
在離心管中裝入涂料約1g，用二甲苯溶解，溶解的涂料做離心分離，將第一次離心得到的上層清液倒入干凈的錐形瓶中待用。取下層渾濁液用二甲苯洗滌重復離心6～8次，始終無沉淀出現(xiàn)，說明該涂料無無機涂料，開始的渾濁為未溶解的涂料樣品。將錐形瓶中的上層清液在紅外燈下濃縮至少量，用甲醇做沉淀劑，得到成膜物的沉淀，過濾，洗滌，將沉淀烘干至恒重，稱量得到0.58g。計算得成膜物的質量分數(shù)58%。將烘干的成膜物做紅外光譜圖，如圖3.該譜圖與紅外標準圖對照[4]，可知該成分為短油醇酸樹脂。1730cm-1、1602cm-1、1581cm-1、1283cm-1和741cm-1為醇酸樹脂的特征吸收峰，其中1602-1和1581cm-1為弱的雙吸收峰。
由此粗略判斷該涂料為醇酸樹脂涂料，但考慮到氨基樹脂（由尿素或三聚氰胺與醛縮聚而成）和醇酸樹脂可以混合成氨基樹脂涂料，檢查譜圖中并無氨基樹脂的特征值1552cm-1和815cm-1及908cm-1或849cm-1或826cm-1[5]，所以可以判斷該涂料為醇酸樹脂涂料。
2 結論
該醇酸涂料的成膜物為短油醇酸樹脂，溶劑為甲苯、二甲苯及乙苯等毒性較大的揮發(fā)性化合物。揮發(fā)性有機化合物（volatileorganiccompoubds，VOC）常見的有脂肪烴混合物、萜烯類、芳香烴類、醇類、酮類、醚類、醚醇類等，是造成室內(nèi)空氣污染的主要原因之一。有機溶劑大多揮發(fā)性有機化合物，裝飾裝修材料中的有機溶劑揮發(fā)到空氣中污染空氣后，可直接對人體造成各種嚴重損害，甚至中毒死亡。該涂料中的揮發(fā)性VOC比重較大不能用于室內(nèi)裝修。
[摘 要]采用高溫固相法合成了鋰離子電池正極材料LiMn2O4，并采用溶膠凝膠法在其表面進行了CeO2包覆。用XRD、SEM和循環(huán)測試分別對包覆后粉體的晶體結構、形貌和電化學性能進行了研究。結果表明：通過LiMn2O4表面包覆CeO2，其電化學性能得到顯著提高。綜合分析，當LiMn2O4表面包覆CeO2為3.0%時，其綜合電化學性能最優(yōu)，首次放電容量可達120.9mAh/g，在20周循環(huán)后容量保持率仍為94.0%。
[關鍵詞]鋰離子電池；正極材料；CeO2包覆；LiMn2O4；性能
0 引言
目前對于尖晶石型LiMn2O4作為鋰離子電池正極材料的研究較多，主要因為其具有無毒、價格低廉、安全性高等特點。但是尖晶石型LiMn2O4在充放電過程中會發(fā)生錳在電解液中的溶解[1]，造成在反復的充放電過程中有明顯的容量衰減現(xiàn)象，大大降低了電池的比容量及循環(huán)壽命。國內(nèi)外研究表明，表面包覆可以有效地改善鋰離子電池正極材料的性能。當前，包覆物質主要有C、CaF2、TiO2、Al2O3、Li3PO4[2～5]等。本文通過CeO2表面包覆LiMn2O4，研究不同CeO2包覆量LiMn2O4的結構、形貌、包覆量及電化學性能，分析不同CeO2包覆量LiMn2O4的循環(huán)性能。
1 實驗
1.1 CeO2改性LiMn2O4的合成
采用高溫固相法合成LiMn2O4，將摩爾比為1.05：4的Li2CO3（分析純）和電解MnO2（分析純）混合均勻，在800℃條件溫度下保溫9小時，冷卻到室溫，得到LiMn2O4正極材料。用合成的LiMn2O4正極材料作為包覆目標，Ce（NO3）2?6H2O（分析純）為包覆原料，制備包覆量為1.0%，3.0%，5.0% CeO2的正極材料。分別取計量比的Ce（NO3）2?6H2O溶于去離子水中，攪拌溶解后，加入一定量的檸檬酸溶解。再取2.0g的LiMn2O4加入到混合溶液中，在75～85℃下攪拌至水分蒸發(fā)呈凝膠狀。將凝膠在100℃下真空干燥8h，再在750℃下熱處理6h，得到包覆量為1.0%，3.0%，5.0% CeO2的LiMn2O4正極材料。
1.2 電池制備
將制備的正極材料與乙炔黑、聚四氟乙烯按70：15：15的物質量比均勻混合，配制成鋰離子電池的正極，用鋰片做負極， 隔膜為Celgard 2300，采用1mol/L的LiClO4/PC（碳酸丙烯酯）+DMC（碳酸二甲酯）+EMC（碳酸甲乙酯）（體積比為1：1：1）做為電解液，在德國M.Braun公司生產(chǎn)的LAB Master氬氣手套箱內(nèi)組裝成雙電極試驗模擬電池。
1.3 材料結構分析及電化學性能測試
采用日本理學D max-RD12kw旋轉陽極衍射儀進行XRD分析材料的微觀結構，測試條件：CuKα輻射，40kV管電壓，100mA管電流，掃速為8°/min；采用JSM-6390LA掃描電子顯微鏡分析材料形貌。電池組裝完畢靜置放置10h后，在室溫下，采用CT2001A Land電池測試儀進行恒流充放電測試。以0.1C倍率進行恒流充放電測試，充放電區(qū)間為2.8～4.4V。
2 結論分析
2.1 LiMn2O4/ CeO2正極材料結構
由圖1可知，當CeO2包覆量達到3.0%后，LiMn2O4的XRD圖譜出現(xiàn)了CeO2的雜峰；隨著包覆量達到3.0%，該衍射峰變得更強。但包覆后，LiMn2O4的晶格常數(shù)并沒有明顯的變化，說明CeO2在LiMn2O4顆粒表面是作為一個獨立相存在的。
通過未包覆和包覆3.0%CeO2的LiMn2O4的SEM圖可知，采用高溫固相合成法制備的LiMn2O4顆粒尺寸主要在2～6μm之間，而包覆3.0%CeO2的LiMn2O4顆粒尺寸主要集中在3～5μm之間，其均勻度明顯優(yōu)于未包覆的LiMn2O4，有益于鋰離子的脫嵌。未包覆材料的LiMn2O4單晶顆粒形成完整，單個顆粒呈現(xiàn)立方結構；表面包覆3.0%CeO2的LiMn2O4，樣品顆粒均勻性較好，表面較為光滑，顆粒之間存在明顯的邊界，沒有較大的團聚現(xiàn)象發(fā)生。
2.2 電化學性能
圖2是包覆0、1.0%、3.0%、5.0% CeO2的LiMn2O4在室溫條件下的首次充放電曲線。從圖中可以看出，未包覆的LiMn2O4首次放電容量為125.0mAh/g，比包覆CeO2的LiMn2O4首次放電容量要高，這可能是包覆后材料未完全活化的原因。隨著CeO2包覆量的增加，材料的首次放電容量有所減小，但減小幅度不大。當CeO2的包覆量為3.0%時，其首次放電容量顯著減小。
圖3是包覆0、1.0%、3.0%、5.0%CeO2的LiMn2O4在0.1C放電倍率下的循環(huán)性能。從圖中可以看出，在室溫下充放電20周后，未包覆的LiMn2O4容量衰減最快，為初始容量的81.3%。當CeO2包覆量從0增加到3.0%時，LiMn2O4的放電容量降低的幅度較小，但循環(huán)能力明顯提高。當包覆量為3.0%時，其具有最佳的電化學性能，首次放電容量可達到120.9mAh/g，循環(huán)20周后容量保持率可達到94.0%。盡管包覆量為5.0%的試樣也表現(xiàn)出較好的循環(huán)能力，但包覆較多的CeO2使得離子通過CeO2和LiMn2O4界面的阻力增大，使得其放電容量較低。綜合考慮，CeO2最佳的包覆量為3.0%。
3 結論
（1）隨著CeO2包覆量的增加，LiMn2O4的放電容量雖逐漸降低，但幅度較小，其循環(huán)能力明顯提高，說明LiMn2O4表面包覆CeO2可顯著提高它的電化學性能。
（2）綜合考慮不同CeO2包覆量LiMn2O4的首次放電容量和循環(huán)性能，當CeO2表面包覆量為3.0%時，其具有最優(yōu)的電化學性能，首次放電容量可達121.1mAh/g，在20周循環(huán)后容量保持率仍為94.0%。
作者簡介：呂斌（1987―― ），男，陜西咸陽，助理工程師，主要從事鋰離子電池正極材料研究。
[摘 要]金屬材料化學成分的含量及形態(tài)決定著金屬的性能，準確分析金屬材料的化學成分對鑒別材料性能及用途起著重要作用。利用傳統(tǒng)化學法進行成分分析存在著過程復雜、效率低下的缺點，本文主要介紹紫外可見分光光度法、原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、原子發(fā)射光譜法、X射線熒光光譜法等常見儀器分析方法在金屬材料化學成分分析中的應用。
[關鍵詞]金屬材料，化學成本，儀器分析
金屬材料的化學成分是決定材料性能和質量的重要因素，現(xiàn)行國家、行業(yè)標準對絕大多數(shù)的金屬材料都規(guī)定了其必須保證的化學成分，有的甚至作為質量、品種的指標。金屬材料的化學成分分析依據(jù)分析原理和分析條件不同，分為化學法和儀器法?；瘜W法主要根據(jù)金屬成分的化學反應來確定金屬材料的組成成分，這種方法能夠準確定性及定量分析金屬化學成分，但存在著試劑消耗量大、過程復雜、效率低下的缺點。儀器分析法則根據(jù)元素的的光學、電學等化學性質，利用分析設備為依托，準確快速地實現(xiàn)成分分析。隨著儀器分析學科的發(fā)展和越來越多先進分析設備的問世，紫外可見分光光度法、原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、原子發(fā)射光譜法以及X射線熒光光譜法等儀器分析方法在金屬材料分析領域應用越來越成熟。
一、 紫外可見分光光度法
分光光度法的原理是利用重金屬與顯色劑發(fā)生絡合反應，生成有色的分子團，反應后溶液的顏色深淺與濃度成正比。在特定的波長下與標準樣品比色檢測。目前分光光度分析主要有兩種，一種是利用物質本身對紫外及可見光的吸收進行測定，另一種是生成有色化合物，即“顯色”，然后測定。雖然不少無機離子在紫外和可見區(qū)都有吸收，但因一般強度較弱，所以直接用于分析的較少。加入顯色劑使待測物轉化為紫外和可見光區(qū)有吸收的化合物來進行光度測定，是目前金屬材料分光光度分析方法最廣泛的手段。通過分光光度法，可測定金屬材料中的Mn、P、Si、Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、V、Al、W、Nb、Mg等化學成分。與傳統(tǒng)化學法相比，紫外可見分光光度法具有靈敏度高，儀器設備操作簡單，操作便捷、快速的有點，能夠廣泛應用在各種金屬材料的化學成分分析中，但是相比較于化學法以及其他儀器分析方法，存在著樣品需要顯色處理、準確度不高的不足。
二、 原子吸收光譜法
原子吸收光譜法是20世紀50年代創(chuàng)立起來的一種新型儀器分析方法，依據(jù)金屬材料中被分析的目標元素能夠吸收特定波長的特征譜線，根據(jù)特定元素對光吸收量的多少從而利用朗博比爾定律去進行定量分析，實現(xiàn)金屬材料中元素含量的分析。該種方法能夠實現(xiàn)金屬材料中70多種微量元素的成分分析。分析靈敏度根據(jù)原子化方式的不同有所不同，火焰原子吸收光譜法測定的金屬材料相對靈敏度為1.0×10-8～1.0×10-10g?mL-1，非火焰原子吸收分光光度法的絕對靈敏度為1.0×10-12～1.0×10-14g。原子吸收光譜法作為一種成熟且應用廣泛的分析方法，應用在金屬材料化學分析領域具有不可替代的優(yōu)點：首先，該方法分析范圍廣，能夠分析金屬材料中70多種主次微含量的元素；其次，原子吸收光譜法采用的是銳線光源，減少了目標元素之外的其他元素光譜干擾，有利于得到更為準確的分析結果，測定微、痕量元素的相對誤差可達0.1%～0.5%，這點在基體復雜的金屬材料分析中尤為明顯；再次，該方法具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，精密度好，一般的儀器分析結果相對標準偏差為1%～2%，性能好的儀器可達0.1%～0.5%。第四，該方法分析的速度快，分析一個樣品只需要數(shù)十秒至幾分鐘?；谝陨蟽?yōu)點，該方法已經(jīng)成為金屬材料化學成分分析的主要手段。但是該法也存在每次測試只能分析一個目標元素，分析多元素時樣品用量大，以及只能分析液體樣品，金屬材料需要化學前處理的不足。
三、原子熒光光譜法
原子熒光光譜法是1964年以后發(fā)展起來的，是通過測量待測元素的原子蒸汽在特定頻率能激以下所產(chǎn)生的熒光發(fā)射強度，以此來測定待測元素含量的方法。原子熒光主要有5種基本類型：共振熒光、直躍線熒光、階躍線熒光、敏化熒光和多光子熒光。大部分儀器分析工作時使用的是共振熒光因其躍遷的概率最大且普通線光源即可獲得相當高的輻射密度。原子熒光光譜法在金屬材料化學分析中應用最成功的是金屬材料中易形成氣態(tài)氫化物的As、Sb、Bi、Se、Ge、Pb、Sn、Te和Hg等8種元素的痕量分析，到20世紀末，又增加了Cd和Zn兩種元素。目前有些國家標準中已經(jīng)將原子熒光光譜法指定為金屬材料中個別元素分析的標準方法。原子熒光光譜法分析金屬材料，具備以下幾個方面的優(yōu)點：1、分析元素能夠與可能引起干擾的樣品基體分離，消除干擾；2、與溶液直接噴霧進樣相比，氫化物法能夠將待測元素充分預富集，進樣效率接近100%；3、連續(xù)氫化物發(fā)生裝置易于實現(xiàn)自動化；4、不同價態(tài)的氫化物發(fā)生條件不同，可進行金屬材料中痕量元素的價態(tài)分析。但是基于原子熒光光譜法的原理，能夠形成氣態(tài)氫化物的元素有限，所以原子熒光光譜法僅能夠實現(xiàn)金屬材料中部分元素的分析，而不能實現(xiàn)所有成分元素的測定，存在一定的局限性。
四、原子發(fā)射光譜法
原子發(fā)射光譜法與原子吸收光譜法相輔相成，是金屬材料中無機元素定性和定量分析的主要手段。分析的原理是依據(jù)處于激發(fā)態(tài)的待測元素原子回到基態(tài)時發(fā)射的特征譜線，對元素進行定性和定量分析。該方法分析目前最主要的儀器為ICP-AES，此類儀器可實現(xiàn)70多個元素的微量、痕量分析。與原子吸收光譜法不同，使用該儀器分析方法分析金屬材料時，一個樣品一經(jīng)激發(fā)，樣品中各元素都各自發(fā)射出其特征譜線，從而可以實現(xiàn)一個金屬材料樣品同時測定其中的多個元素含量。使用原子發(fā)射光譜法分析的試樣，大多數(shù)不需經(jīng)過化學處理就可分析，且固體、液體試樣均可直接分析，若用光電直讀光譜儀，還可在幾分鐘內(nèi)同時做幾十個元素的定量測定。對于批量金屬材料的分析，體現(xiàn)出了快速和樣品使用量較少的優(yōu)點。原子發(fā)射光譜法的儀器大多都具備檢出限低，穩(wěn)定性及重現(xiàn)性好的優(yōu)點，但也存在一定的不足，在金屬材料分析中，由于各個元素的發(fā)射譜線眾多，各個目標元素有時會出現(xiàn)相互干擾的情況，影響結果準確性；分析金屬材料中主元素含量時，由于含量過高，分析的準確性會變差；該類儀器分析方法，只能分析金屬材料中的元素含量，而不能分析金屬材料中的化合物含量或者元素的形態(tài)；雖然缺點明顯，但是原子發(fā)射光譜法還是以其無法比擬的優(yōu)點贏得眾多金屬材料化學成分分析者的歡迎，成為金屬材料化學分析的首選手段。
五、結語
使用儀器分析方法進行金屬材料的化學成分分析，每種方法適用的樣品類型以及分析的目標不一致，優(yōu)缺點明顯。如何根據(jù)金屬材料的性質以及分析的目標選取適當經(jīng)濟的分析方法，才是做好金屬材料化學分析的關鍵。隨著化學分析技術的進步以及儀器性能的不斷提高，儀器分析手段將會更加廣泛地應用到金屬材料化學分析中。
【摘 要】材料化學是從化學的角度研究金屬、非金屬等多種材料的科學，課程內(nèi)容涉及面廣。以晶體學為主線的材料化學課程教學，通過對材料結構的解析和比較使學生明確各類材料在合成、性能和應用方面的異同，體現(xiàn)了基礎理論和應用的結合。
【關鍵詞】晶體學；材料化學；課程模塊
現(xiàn)代科學技術賴以發(fā)展的各種材料主要以固態(tài)形式存在。按照基本粒子排列的有序程度，固態(tài)物質可以分為晶態(tài)、非晶態(tài)和準晶態(tài)。鑒于大多數(shù)材料只存在于晶態(tài)之中且晶態(tài)材料具有特殊的規(guī)則性，在近代自然科學體系中，通過晶態(tài)獲得微觀立體結構信息已成為極其重要的研究渠道。因此，晶體學是材料科學發(fā)展的重要支柱。
材料化學是材料科學的重要分支，是一門研究材料的制備、組成、結構、性質及其應用的科學[1-2]。在材料化學的課程學習中，對于材料結構的認識尤為重要[3]。本文結合本科教學實踐，分析了《材料化學》課程的特點和存在的問題，闡述了以晶體學為主線的課程設計及教學方法。
1 《材料化學》課程的特點及存在的問題
首先，《材料化學》是材料類專業(yè)的重要專業(yè)基礎課，課程內(nèi)容多，涵蓋了材料的制備、結構、性能及應用。從所涉及的材料來看，包括金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料、納米材料、功能材料等。這就要求《材料化學》授課教師的知識面廣，在內(nèi)容組織上不僅能體現(xiàn)不同材料各自的特點，還要強調(diào)它們之間的聯(lián)系。
其次，不同于《無機化學》等課程，作為一個較新的學科和課程，《材料化學》不具備經(jīng)典、權威教材。目前，各大出版社的《材料化學》教材內(nèi)容各不相同，有些甚至差別較大。此外，新材料的開發(fā)、傳統(tǒng)材料的升級一直是研究熱點。因此，材料相關的理論和知識日新月異。如何將新技術、新成果引入到《材料化學》課程中，做到知識與時俱進，是課程教學中面臨的一個重要問題。
2 以晶體學為主線的《材料化學》課程教學
2.1 課程內(nèi)容模塊化
按照材料化學專業(yè)培養(yǎng)目標及山東科技大學人才培養(yǎng)的特點，材料化學課程選用李奇教授編寫的《材料化學》作為教材。根據(jù)對本課程的理解，以晶體學基本原理為主線，將課程內(nèi)容進行模塊化整合，分為背景模塊、晶體學原理模塊、金屬材料模塊、無機非金屬材料模塊、高分子材料模塊和學科前景模塊。
2.2 課程設計及教學方法
背景模塊主要介紹材料化學課程在材料科學中的地位、材料化學課程內(nèi)容、學習目的及學習方法，結合實際例子（如摔不碎的納米陶瓷刀，“敲不碎、砸不爛”的“玻璃之王”――金屬玻璃等）激發(fā)學生對課程的興趣。
晶體學原理模塊中以晶體的周期性和對稱性為教學重點，結合宏觀實例解釋微觀的概念和原理。鑒于晶體學原理模塊內(nèi)容較為抽象，在教學過程中采用多媒體與模型（主要是球棍模型）相結合的方式，通過對比教學加強學生對基本概念和原理的掌握。從晶體與非晶體的異同入手引出晶體的周期性和對稱性，從晶棱、晶面和晶胞三個層次分析晶體的特點，結合X射線衍射完整講解晶體學知識，引導學生構建完整的晶體學理論框架。
在學習晶體學知識的基礎上，金屬材料模塊、無機非金屬材料模塊和高分子材料模塊分別從三大類材料各自的結構出發(fā)結合制備方法引出材料的性能及應用。在金屬材料模塊的教學中，結合前期《無機化學》中有關金屬晶體的知識，引出“等徑圓球密堆積”的模型，從而分析金屬單質一維、二維和三維密堆積的基本形式。為了使學生更好的理解二維密堆積中四面體空隙和八面體空隙的產(chǎn)生，在教學中將學生分成若干小組，每組發(fā)放一定數(shù)量的乒乓球（代表金屬單質原子），請學生動手排出密堆積的形式。另外，準備已組合好的模型，讓學生從不同角度觀察二維密堆積，查找四面體空隙和八面體空隙的位置。通過二維密堆積的詳細講解和學生的動手組裝，使學生更好的理解密堆積，為后續(xù)金屬單質的三維密堆積和合金結構的學習打下良好的基礎。
在金屬材料中除了金屬晶體之外，還涉及到準晶這一特殊的結構。與晶體的長程有序不同，準晶具有長程準周期性平移序和非晶體學旋轉對稱性。這部分的教學中著重強調(diào)準晶與晶體在結構上的不同，并由此引出其制備和性能的特殊性。
在無機非金屬材料模塊的教學中，引導學生從比較離子晶體與金屬晶體的結構區(qū)別入手，結合球棍模型的組裝，使學生掌握離子晶體結構的解析方法。著重強調(diào)離子晶體結構分析中以往學生經(jīng)常出現(xiàn)的錯誤。例如氯化銫（CsCl）晶體的解析，學生在根據(jù)晶體結構示意圖（圖1）進行分析時往往得出其為體心立方結構，但實際上CsCl晶體應該是簡單立方結構。該錯誤的出現(xiàn)是因為學生并未掌握離子晶體結構分析要點。在離子晶體的結構解析中，應首先分析負離子（或正離子）的排列方式，然后查找正離子（或負離子）的位置及其占據(jù)的空隙類型，最后分析正負離子的配位數(shù)以及每個晶胞中所含正負離子個數(shù)。只有按照這樣的分析方式才能正確得出晶體結構。在學生熟悉無機材料典型的晶體結構后，引出無機材料的經(jīng)典制備方法，并比較各種方法間的差異，由此得出材料的性能和應用。在晶態(tài)無機材料的教學中，穿插近代科研中比較熱門的碳材料（如碳納米管、石墨烯等）和分子篩材料，分析這些材料的特殊結構及由此衍生出的特殊性質和應用。例如，分子篩材料特殊的孔道結構使其具有擇形催化性能并在石油化工領域中有著非常重要的應用。
另一方面，在無機非金屬材料中還涉及到非晶態(tài)材料。教學過程中通過晶體結構的周期性和對稱性，引出非晶態(tài)材料（如玻璃等）的結構特點，注重新興非晶態(tài)材料（如金屬玻璃）的合成及性能。
在高分子材料模塊的教學中，引導學生總結高分子與小分子在結構上的差異，引出高分子的晶態(tài)、非晶態(tài)、液晶態(tài)和取向態(tài)。結合偏光顯微鏡對球晶的觀察，使學生進一步明確晶態(tài)高分子與金屬晶體、離子晶體等的區(qū)別。通過高分子材料的晶態(tài)沒有小分子完善，而其非晶態(tài)的有序性卻高于非晶態(tài)小分子，引出高分子材料具有小分子所不具備的特殊性能和應用。
在前景展望模塊，主要從化學的角度針對材料的發(fā)展進行分析，使學生認識到材料的特殊魅力。結合材料化學的發(fā)展前沿，提高學生對材料學科今后發(fā)展趨勢的認識，為學生成為材料專業(yè)技術人才奠定堅實的基礎。
3 結語在材料化學課程教學中，以晶體學為主線將金屬材料、無機非金屬材料和高分子材料串聯(lián)在一起。采用比較式教學、多媒體和模型相結合的教學手段，加深學生對材料結構、制備、性能和應用的理解和認識，提升學生分析解決問題的能力。
