高分子材料导论(6篇)

高分子材料导论篇1

一、21世纪物理学的几个活跃领域

蒸蒸日上的凝聚态物理学

自从80年代中期发现了所谓高临界温度超导体以来,世界上对这种应用潜力很大的新材料的研究热情和乐观情绪此起彼伏,时断时续。这种新材料能在液氮温区下传导电流而没有阻抗。高临界温度超导材料的研究仍是今后凝聚态物理学中活跃的领域之一。目前,许多国家的科学工作者仍在争分夺秒,继续进行竞争,向更高温区,甚至室温温区超导材料的研究和应用努力。可以预计,这个势头今后也不会减弱,此外,高临界温度的超导材料的机械性能、韧性强度和加工成材工艺也需进一步提高和解决。科学家们预测,21世纪初,这些技术问题可以得到解决并将有广泛的应用前景,有可能会引起一场新的工业革命。超导电机、超导磁悬浮列车、超导船、超导计算机等将会面向市场,届时,世界超导材料市场可望达到2000亿美元。

由不同材料的薄膜交替组成的超晶格材料可望成为新一代的微电子、光电子材料。超晶格材料诞生于20世纪70年代末,在短短不到30年的时间内,已逐步揭示出其微观机制和物理图像。目前已利用半导体超晶格材料研制成许多新器件,它可以在原子尺度上对半导体的组分掺杂进行人工“设计”,从而可以研究一般半导体中根本不存在的物理现象,并将固态电子器件的应用推向一个新阶段。但目前对于其他类型的超晶格材料的制备尚需做进一步的努力。一些科学家预测,下一代的电子器件可能会被微结构器件替代,从而可能会带来一场电子工业的革命。微结构物理的研究还有许多新的物理现象有待于揭示。21世纪可能会硕果累累,它的前景不可低估。

近年来,两种与磁阻有关的引起人们强烈兴趣的现象就是所谓的巨磁阻和超巨磁阻现象。一般磁阻是物质的电阻率在磁场中会发生轻微的变化,而巨磁和超巨磁可以是几倍或数千倍的变化。超巨磁现象中令人吃惊的是,在很强的磁场中某些绝缘体会突变为导体,这种原因尚不清楚,就像高临界温度超导材料超导性的原因难以捉摸一样。目前,巨磁和超巨磁实现应用的主要障碍是强磁场和低温的要求,预计下世纪初在这方面会有很大的进展,并会有诱人的应用前景。

可以预计,新材料的发展是21世纪凝聚态物理学研究重要的发展方向之一。新材料的发展趋势是:复合化、功能特殊化、性能极限化和结构微观化。如,成分密度和功能不均匀的梯度材料;可随空间时间条件而变化的智能材料;变形速度快的压电材料以及精细陶瓷材料等都将成为下世纪重要的新材料。材料专家预计,21世纪新材料品种可能突破100万种。

等离子体物理与核聚变

海水中含有大量的氢和它的同位素氘和氚。氘既重氢,氧化氘就是重水,每一吨海水中含有140克重水。如果我们将地球海水中所有的氘核能都释放出来,那么它所产生的能量足以提供人类使用数百亿年。但氘和氚的原子核在高温下才能聚合起来释放能量,这个过程称为热核反应,也叫核聚变。

核聚变反应的温度大约需要几亿度,在这样高的温度上,氘氚混合燃料形成高温等离子体态,所以等离子体物理是核聚变反应的理论基矗1986年美国普林斯顿的核聚变研究取得了令人鼓舞的成绩,他们在TFTR实验装置上进行的超起动放电达到20千电子伏,远远超过了“点火”要求。1991年11月在英国卡拉姆的JET实验装置上首次成功地进行了氘氚等离子体聚变试验。在圆形圈内,2亿度的温度下,氘氚气体相遇爆炸成功,产生了200千瓦的能量,虽然只维持了1.3秒,但这为人类探索新能源——核聚变能的实现迈进了一大步。这是90年代核能研究最有突破性的工作。但目前核聚变反应距实际应用还有相当大的距离,技术上尚有许多难题需要解决,如怎样将等离子加热到如此高的温度?高温等离子体不能与盛装它的容器壁相接触,否则等离子体要降温,容器也会被烧环,这就是如何约束问题。21世纪初有可能在该领域的研究工作中有所突破。

纳米技术向我们走来

所谓纳米技术就是在10[-9]米(即十亿分之一米)水平上,研究应用原子和分子现象及其结构信息的技术。纳米技术的发展使人们有可能在原子分子量级上对物质进行加工,制造出各种东西,使人类开始进入一个可以在纳米尺度范围,人为设计、加工和制造新材料、新器件的时代。粗略的分,纳米技术可分为纳米物理、纳米化学、纳米生物、纳米电子、纳米材料、纳米机械和加工等几方面。

纳米材料具有常规材料所不具备的反常特性,如它的硬度、强度,韧性和导电性等都非常高,被誉为“21世纪最有前途的材料”。美国一研究机构认为:任何经营材料的企业,如果现在还不采取措施研究纳米材料的开发,今后势必会处于竞争的劣势。

纳米电子是纳米技术与电子学的交叉形成的一门新技术。它是以研究纳米级芯片、器件、超高密度信息存储为主要内容的一门新技术。例如,目前超高密度信息存储的最高存储密度为10[12]毕特/平方厘米,其信息储存量为常规光盘的10[6]倍。

纳米机械和加工,也称为分子机器,它可以不用部件制造几乎无任何缝隙的物体,它每秒能完成几十亿次操作,可以做人类想做的任何事情,可以制造出人类想得到的任何产品。目前采用分子机器加工已研制出世界上最小的(米粒大小)蒸汽机、微型汽车、微型发电机、微型马达、微型机器人和微型手术刀。微型机器人可进入血管清理血管壁上的沉积脂肪,杀死癌细胞,修复损坏的组织和基因。微型手术刀只有一根头发丝的百分之一大小,可以不用开胸破腹就能完成手术。21世纪的生物分子机器将会出现可放在人脑中的纳米计算机,实现人机对话,并且有自身复制的能力。人类还有可能制造出新的智能生命和实现物种再构。

“无限大”和“无限斜系统物理学

“无限大”和“无限斜系统物理学是当今物理学发展的一个非常活跃的领域。天体物理和宇宙物理学就属于“无限大”系统物理学的范畴,它从早期对太阳系的研究,逐步发展到银河系,直到对整个宇宙的研究。热大爆炸宇宙模型作为本世纪后半叶自然科学中四大成就之一是当之无愧的。利用该模型已经成功地解释宇宙观测的最新结果。如宇宙膨胀,宇宙年龄下限,宇宙物质的层次结构,宇宙在大尺度范围是各向同性等重要结果。可以说具有暴胀机制的热大爆炸宇宙模型已为现代宇宙学奠定了一定的基矗但是到目前为止,关于宇宙的起源问题仍没有得到解决,暴胀宇宙论也并非十全十美,事实上想一次就能得到一个十分完善的宇宙理论是很困难的,这还有待于进一步的努力和探索。

“无限大”系统物理学还有两个比较重要的问题是“类星体”和“暗物质”。“类星体”是1961年发现的,一个类星体发出的光相当于几千个星云,而每个星云相当于1万亿个太阳所发出的光,所以对类星体的研究具有十分重大的意义。60年代末,科学家们发现一个编号为3C271的类星体,一天之内它的能量增加了一倍,到底是什么原因使它的能量增加如此迅速?有待于21世纪去解决。“暗物质”是一种具有引力,看不见,什么光也不发射的物质。宇宙中百分之九十以上的物质是所谓的“暗物质”,这种“暗物质”到底是什么?我们至今仍不清楚,也有待于下世纪去解决。

原子核物理和粒子物理学则属于“无限斜系统物理学的范畴,它从早期对原子和原子核的研究,逐步发展到对粒子的研究。粒子主要包括强子(中子、质子、超子、л介子、K介子等)、轻子(电子、μ子、τ轻子等)和媒介子(光子、胶子等)。强子是对参与强相互作用粒子的总称,其数量几乎占粒子种类的绝大部分;轻子是参与弱相互作用和电磁相互作用的,它们不参与强相互作用;而媒介子是传递相互作用的。目前,人们已经知道参与强相互作用的粒子都是由更小的粒子“夸克”组成的,但是至今不能把单个“夸克”分离出来,也没有观察到它们可以自由地存在。为什么“夸克”独立不出来呢?还有一个不能解释的问题是“非对称性”,目前我们已有的定理都是对称的,可是世界是非对称的,这是一个有待于解决的矛盾。寻找独立的夸克和电弱统一理论预言的、导致对称性自发破缺的H粒子、解释“对称”与“非对性”的矛盾,是21世纪粒子物理学研究的前沿课题之一。

从表面上看“无限大”系统物理学与“无限斜系统物理学似无必然的联系。其实不然,宇宙和天体物理学家利用广义相对论来描述引力和宇宙的“无限大”结构,即可观察的宇宙范围;而粒子物理学家则利用量子力学来处理一些“无限斜微观区域的现象。其实宇宙系统与原子系统在某些方面有着惊人的相似性。预计21世纪“无限大”系统物理学将会与“无限斜系统物理学结合得更加紧密,即宏观宇宙物理学和微观粒子物理学整体联系起来。热大爆炸宇宙模型就是这种结合的典范,实际上该模型是在粒子物理学中弱电统一理论的基础上建立起来的。可以预计,这种结合对科技发展和应用都会产生巨大的影响。

二、跨世纪科学技术的发展趋势

科学技术能否取得重大突破的关键取决于基础科学的发展。所以,首先必须重视基础科学的研究,不能忽视更不能简单地以当时基础科学成果是否有用来衡量其价值。相对论和量子力学建立时好像与其他学科和日常生活无关,直到20世纪中期相对论和量子力学在许多科学领域中引起深刻的变革才引起人们的足够重视。可以说,20世纪几乎所有的重大科技突破,像原子能、半导体、激光、计算机等,都是因为有了相对论和量子力学才得以实现。可以说,没有基础科学就没有科学技术、社会和人类的发展。

20世纪重大科技成果的成功经验证明,不同学科间的互相交叉、配合和渗透是产生新的发明与发现,解释新现象,取得科学突破的关键条件之一。例如,核物理与军事技术的交叉产生了原子弹;半导体物理与计算技术的交叉产生了计算机。可以预计,21世纪待人类掌握核聚变能的那一天,一定是核物理、等离子体物理、凝聚态物理和激光技术等学科的交叉和配合的结果。这也是21世纪科学技术的发展趋势之一。

高分子材料导论篇2

关键词：高分子材料与工程；应用型转变；人才培养

中图分类号：G642

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）09024202

1引言

2015年10月21日，教育部、国家发展改革委、财政部联合了《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》（教发[2015]7号），至此地方高校转型发展成为国家深化高等教育领域综合改革的一项重要部署[1]。鉴于高校转型发展的新形势，辽宁省于2015年确定首批10所高校116个专业开展应用型转型试点工作，辽宁石油化工大学高分子材料与工程专业为其中试点之一，作为以“工科为主、石油化工为特色”的辽宁省属综合性重点大学以及卓越工程师教育培养计划试点高校，辽宁石油化工大学率先迈出了应用型本科转型改革的步伐，积极响应我国高等教育改革方针，明确了该校应用型人才的培养目标。高分子材料与工程专业针对应用型转变下，如何加快应用技术人才培养，以提升高校服务经济社会发展能力，开展了一系列的改革与探索。

2辽宁石油化工大学应用型人才培养定位

应用型本科教育本着立足地方、面向全国、依托行业、服务区域经济发展的原则，以行业需求为人才培养目标[2]。与研究型大学以及高职高专的定位不同，该校立足于打造高水平应用型大学，高分子材料与工程专业的人才定位为“创新应用”型人才，即培养的学生不仅能胜任操作生产设备等一线生产工作，而且还具备较高的创新知识能力。为达到此目标，在大学四年的培养教育过程中，学习理论知识、培养实践动手能力以及实践科技创新方面要三管齐下，使学生具备完整的理论知识体系，运用学科专业知识应用于实际的能力以及创新的逻辑思维。其就业领域主要面向国内外大中型科技生产企业的一线生产、检测及产品研发岗位，经过一定时间的锤炼并最终走上各企业的中高层核心岗位，并成为企业骨干力量。

3“创新应用”型人才培养模式改革

针对以上定位，在课程体系，实践环节以及本科生科技创新方面开展了一系列的探索与改革。

3.1课程体系和教学方法改革

由于高分子材料种类繁多、来源丰富，而且各高校开设此专业的背景以及所依托的优势学科也不尽相同，所以其培养模式和教学内容侧重点均有所不同[3～6]。专业核心课程是人才培养的核心要素，我校依据自身优势，设置的专业核心课程有《有机化学》、《物理化学》、《材料科学与工程基础》、《高分子化学》、《高分子物理》、《聚合物流变学》、《高分子材料研究方法》、《高分子材料成型加工原理》、《聚合物共混改性》、《高聚物合成工艺学》。通过对这些课程的学习，学生具有拓展自己知识和创业的能力，具有较扎实的自然科学基础、材料科学与工程的基础理论和高分子材料与工程的专业知识。同时，在教学过程中高校教师要避免填鸭式教学，大力推广启发式、案例式和研讨式教学，让学生更多地参与到课堂教学中去，在分析、讨论和解决问题的过程中理解、应用所学到的专业知识，并且能够识别、表达高分子材料成型加工与改性相关的工程问题，最终利用科学基本原理进行合理分析。对于一些专业核心课程，我们还进行了慕课的建设以及推广校际课程学习，全面利用课上和课下时间，结合网络，调动学生全过程学习的积极性。

3.2实践环节改革

实践教学环节是培养学生动手能力的关键环节，我们主要开展的实践性教学环节包括工程训练、生产实习、计算机在材料科学中的应用、课程设计、高分子材料创新实验、毕业设计（论文）等，共计36学分。①计算机在材料科学中的应用和课程设计模块，运用理论知识进行综合性训练；②通过工程训练与生产实习进入高分子材料相关企业检测、生产岗位，熟练生产设备与职业技能、感受企业文化生活；③在高分子材料创新实验，毕业论文环节进入学术课题组，以中高级职称教师作为指导教师，参与部级，省级以及企业工艺改进、产品研发等项目，培养学生的应用能力；④积极开展校企联合，邀请相关高分子材料优秀企业的工程师来校分享企业生活，开展技术专题报告。经过多层次、多维度的能力培养及实践教学环节，学生能逐步将专业理论知识与实际应用相结合，最终转变成牢固的职业技能，并可以进一步提升。

3.3科技创新教育开展

“创新应用”型人才培养的最终目标是使学生具备创新能力，具有开拓精神，因此，我们开放实验平台，以大学生挑战杯、大学生创新创业大赛、大学生工业设计大赛、以及各个教师的国家省级科研项目等为依托，鼓励学生参与，在导师的指引下，完成项目应用专业知识，并获得各种荣誉或专利等，经过此过程的培训，学生的创新能力会得到大幅度的提高。

4结语

高分子材料与工程专业“创新应用”型人才具有应用和创新能力的双重保障，在职业发展上有更大的空间，既符合用人市场对人才的需求，又符合学生成长的长远规划。以学生为本，是高校的发展之基，也是满足社会经济发展对专业人才培养的需求，应用型转变应以促进学生能力的培养和行业对人才需求之间形成良性循环为主旨，而我国地方普通本科高校向应用型转变仍需在探索中不断前行。

参考文献：

[1]张威.地方高校转型发展政策的制定与实施路径[J].教育与职业，2016（8）：26～27.

[2]李宏胜，陈桂.应用型本科人才培养方案制定过程的思考[J].中国现代教育装备，2011（21）：108～110.

[3]张宝莲，魏冬青，杨学稳，等.材料化学专业定位及课程体系的思考[J].高等建筑教育，2007，16（4）：93～95.

[4]文胜，龚春丽，郑根稳，等.材料化学专业课程体系的改革与建设[J].孝感学院学报，2010，30（3）：109～112.

[5]董秋静，罗春华，韩燕，等.教学型高校材料化学专业定位及课程体系思考[J].广东化工，2009，37（9）：228～230.

高分子材料导论篇3

关键词：热电材料；低维材料；纳米复合材料

中图分类号：TB34文献标识码：A文章编号：1006-8937（2013）12-0096-01

随着世界经济的发展，全球的能源需求量逐渐增大，世界所面临的能源危机和环境污染两大问题也日益严重。目前市场上的热电发电器件的转化效率约为5%。Bi2Te3、PbTe、Si1-xGex等热电材料的ZT最大值只有1左右，而只有当ZT>2的时候热电材料才有可能得到广泛的应用。近年来纳米结构的热电材料如超晶格、纳米线、量子点和纳米复合材料在热电优值ZT上有了很大的提高。本文将着重综述近几年来纳米尺寸或者说纳米结构的热电材料所取得的重大进展，并对热电性能提高的理论基础作出阐述。

1热电材料研究进展

1.1声子玻璃电子晶体类型的热电材料

Slack提出了最佳热电材料的类型，即“声子玻璃电子晶体”，这种材料同时具备类似玻璃的热导率和类似晶体的电导率，一般来说，这种材料分布着着大量的由原子构成的笼状大型状孔隙，异质元素的原子以弱束缚状态存在于这些大型状孔隙中。异质原子在孔隙中能够产生一种居于化程度很大的非简谐振动，被称为“振颤子”，由于这种振动相对于晶体中的其它原子是完全独立的，它能在保证材料电导率的前提下有效地降低热导率。典型的声子玻璃电子晶体热电材料有方钴矿，包合物材料和β-Zn4Sb3等。

1.2纳米结构热电材料

低维热电材料被认为相对块材热电材料有着更好的热电性能，因为它的费米能级附近的态密度通过量子限制效应得到了增强从而使塞贝克系数得到了增强，并且低维热电材料中大量的净截面能有效的散射声子，使热导率降低。

1.2.1二维热电材料：量子阱和超晶格

Kicks和Dresselhaus首次通过计算提出Bi2Te3量子阱层间量子限制效应使费米能级附近的态密度增加，从而提高了塞贝克系数。他们还提出如果Bi2Te3层的厚度小于声子的平均自由程，层与层之间的晶界面就会强烈地散射声子从而大幅度地降低热导率。Harman等人在此基础上将PbSe的纳米点嵌入到PbTe的晶格中发展了PbTePbSeTe的量子点超晶格薄膜，最优ZT值达1.6，明显高于相应块材的ZT值（0.34）。Shakouri认为是由于二维结构导致的量子限制效应增加了冷端和热端掺杂能级的差异性，导致了塞贝克系数和电导率的增加。目前基于二维热电材料的薄膜、量子阱和超晶格结构已经可用于小负荷或低发电量的电子激光点设备。

1.2.2一维纳米热电材料：纳米线

理论研究表明，与二维纳米热电材料相比，一维纳米线结构具有更强的量子限制效应和声子散射，热电性能将会得到进一步增强。纳米管结构由于内表面和外表面声子散射作用，晶格热导率相比纳米线将进一步降低。Hochbaum等人采用化学蚀刻的方法制备了直径为50nm的表面粗糙的Si纳米线，由于粗糙表面对声子形成了有效地散射，它的ZT值在室温的时候达到了0.6，是相应块材热电材料的30倍。Boukai等人指出纳米线的热导率随着直径的增加而降低，纳米线的声子拖拽可增加纳米线的塞贝克系数，并制备出直径为20nm表面粗糙的纳米线，ZT值在200k时达到了1。目前悬丝法可用来测试单个纳米线、纳米管、纳米带的热电性能，但纳米线必须以阵列的形势嵌入到基体里才能应用到实际的热电转换中，保证纳米线阵列良好的电接触将是一个很大的难题。

1.2.3纳米复合热电材料

纳米复合热电材料旨在将纳米尺寸的多晶和晶界面引入到块材热电材料里增加声子散射从而降低晶格热导率，提高块材材料的ZT值。由于电子的平均自由程范围远小于声子的平均自由程（声子的平均自由程范围一般在几纳米到几百纳米，电子的平均自由程一般只有几纳米），因此理论上来讲，通过在纳米材料中掺杂不同尺寸的纳米颗粒可有效地降低平均自由程分布较宽范围的声子的弛豫时间，而对平均自由程分布小的载流子影响很小。制备纳米复合材料的方法通常是先是通过高能球磨、湿化学法等方法制得纳米级别的粉末，制备得到的粉体通过热压、放电等离子烧结等制备方法将粉体压制成内部为纳米结构的块材。纳米结构使得块材内部引入了大量的晶界、相界和晶格缺陷，它们能有效地降低材料的热导率。相对传统方法制备的大晶粒晶体或单晶有以下的突出优势：热导率低，功率因子高（晶界处载流子过滤效应），机械性能更好，有着更好的各向同性。常见的低温中温高温热电材料Bi2Te3、PbTe、Si1-xGex均已制备出纳米结构的复合材料，ZT值得到了显著的提升。

2发展趋势与展望

高效的热电性能源于热电材料的内部纳米结构、合成方法和器件组装水平。进一步的研究将会继续围绕在半导体的窄带隙、重掺杂、点缺陷和纳米结构这几个方面。特别是对于热电实际应用来说，合成纳米复合材料的方法必须具备以下特征：高品质，低成本，可大规模生产；可压制成块材，便于机械加工和组装；纳米结构具备热稳定性；热电ZT值高于对应块材。如何获得更合理的制备工艺和最优化的纳米结构需要做进一步的定量分析，以便热电发电和制冷在实际中得到更广泛的应用。

参考文献：

[1]BOTTNERH，CHENGang.VENKATASUBRAMA-NIANR.Aspectsofthin-filmsuperlatticethermoelectricmaterials，devicesandapplications[J].MRSBulletin，2006，31（3）：211-217.

[2]SlackG.Handbookofthermoelectric[M].London：CRCPressInc，1995.

[3]L.D.Hicks，M.S.Dresselhaus，Effectofquantum-wellstructuresonthethermoelectricfigureofmerit[J].PhysicalReviewB，1993，（47）：12727

高分子材料导论篇4

关键词本科教育课程改革实验能力创新意识

中图分类号：G642文献标识码：A

高分子材料以其质轻、耐蚀、易加工等性能，正处于迅速发展时期，随着新技术、新工艺、新设备不断涌现，越来越多的企业迫切需要大量创新能力强、综合素质高的高分子材料专业人才。建立面向市场和企业，适应现代高分子材料发展要求，培养具有创新精神和竞争能力强的复合型专业人才，已成为现有高校高分子材料与工程专业所面临的重要问题。①②③④本文结合我校高分子材料与工程近年来的教学实践，提出构建新的实验实践教学体系，实验教学分层次、按模块进行，加强了实验教学的基础性、系统性、综合性和创新性，增加实践教学比重，改变实践教学模式，加强学科平台建设，强化对学生创新性实验能力的培养。

1创新性实验教学改革的必要性

实验和实践教学不同于理论教学，在很长时间里，实验和实践教学得不到应有的重视，实验和实践教学附属于理论教学，在实际教学过程中多是验证性和认知性实验，启发式、设计性以及综合性实验偏少，不利于学生创新能力和工程化能力的培养。高分子材料与工程专业是一门应用性较强的专业，以塑料、橡胶、胶黏剂、纤维、涂料为代表的高分子材料已在国民经济建设中发挥越来越重要的作用，因此培养更多创新能力的从事高分子材料的合成、改性、共混复合、加工成型等方面的高素质人才是社会发展的必然要求。

以高分子材料与工程专业实验课程建设为核心，深化实验教学改革，通过按模块教学，强化学生实验技能，增加以新产品设计开发为导向的创新性实验，兼顾趣味性和挑战性，通过老师的引导，在实验过程中培养学生如何分析问题和解决问题，提高学生工程创新能力。我校高分子材料与工程专业成立于1994年，2005年被批准为湖北省立项建设本科品牌专业，并于2010年通过合格验收，同年被批准为国家特色专业建设点，2012年被批准为湖北省普通高等学校战略性新兴（支柱）产业人才培养计划项目，是我校首批在一本进行招生的专业。高分子材料与工程专业是与湖北省国民经济和社会发展联系紧密的应用型本科专业，在湖北省内乃至中南地区具有较大影响，为地方经济建设培养了大批高层次应用人才，并提供了大量实用型科技成果。

2创新性实验教学的具体措施

2.1构建创新性人才实验培养方案，改革实验课程体系

制定创新性人才实验培养方案。高分子材料与工程专业是培养高分子材料及相关学科的基础理论知识，通过理论学习及实验、实践教学训练，掌握材料的制备、加工、分析测试等基本方法，能从事高分子材料成型加工和改性以及聚合物合成与相关产品的生产设计、研究、开发和技术管理等工作的创新型高级工程技术人才。⑤坚持“夯实理论基础、拓宽专业口径、增强工程和创新能力、提高科学素质”的人才培养思路。⑥注重理论和实践相统一，重视工程创新能力的培养，加强对新材料相关产业和领域发展趋势和人才需求研究，吸纳相关产业、行业和用人部门共同研究课程计划，制定与生产实践、社会发展需要相结合的培养方案。

改革实验课程体系。结合现代高分子材料发展状况，及时完善高分子材料与工程专业实验课程内容，补充高分子材料新技术、新工艺，参考国外知名大学的具体措施，我们在实验课程体系与教学内容等方面进行全面的改革，建立有利于学生实验创新能力培养的教学体系。根据学生认知能力的不同阶段和理论课程进度计划，按模块化设计优化实验教学内容。形成了由“化学基础实验”、“高分子化学与物理基础实验”、“高分子工程实验”和“高分子综合设计实验”四个实验模块组成的高分子材料与工程专业实验教学新体系。其中化学基础实验模块不仅包括无机化学、有机化学、分析化学和物理化学四大基础化学实验，而且还涵盖仪器分析和化工原理实验，在编制新的实验课程体系时，结合高分子材料与工程专业的特点，对传统实验进行有目的的筛选、分类、整合和更新，突出学生基本技能的培养和训练。高分子化学与物理基础实验包含高分子物理和高分子化学实验内容，不仅巩固学生所学的高分子科学实验的基本理论，而且培养学生制备高分子材料、测试材料物理性能及高分子的结构表征和测试等技能。高分子工程实验模块包括橡胶、塑料、胶粘剂、涂料四大实验，从材料加工、成型、性能测试以及应用，独立设计实验内容，旨在培养学生的实际操作能力，分析和解决实际问题的能力。高分子综合设计实验模块是教学的最高层次，结合学生实际情况，有针对性选取实验内容，应体现实验的知识性、综合性和创新性。

2.2加强实践教学建设与改革，强化学生实践创新能力

高分子材料导论篇5

【关键词】高分子材料成型加工教学改革课程设计

【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】1674-4810（2014）14-0010-02

在高分子科学的学科构架中，形成了高分子化学、高分子物理、高分子工程三个基础性分支学科，以及功能高分子及高分子新材料两个综合性研究领域。高分子材料成型加工属于高分子工程研究的范畴，高分子工程的主要研究线索是，研究在外场（剪切力、振动力、温度、压力等）作用下，高分子的链运动、相态及结构的变化规律和控制条件，从而发展聚合物成型的新方法和新技术。

高分子材料是材料领域的后起之秀，它具有许多其他材料不可比拟的突出性能，在尖端技术、国防建设和国民经济各个领域已成为不可缺少的材料。大多数高分子材料需要经过成型加工才能形成制品，无论金属、陶瓷、玻璃还是天然材料，没有哪一种材料能像高分子材料那样，其最终结构与性能都强烈依赖于加工过程。高分子材料加工过程是控制聚合物制品结构和性能的中心环节，内容涉及高分子物理、高分子化学、聚合物流变学、机械、计算机模拟等多学科，其任务是了解高分子材料的加工特性，确定最适宜加工条件，制取最佳性能产品，为合成具有预期性能的高分子材料提供理论依据。

高分子材料成型加工是高分子材料与工程专业最重要的专业核心课程之一。高分子材料成型加工的工程本质决定了它是一门多学科交叉、科学与工程紧密结合的学科。为使学生建立起大工程的观点，理解其精髓，本课程的讲授会涉及以上诸多学科的内容，要使学生在有限的学时内掌握这门课的基本内容，并且通过对高分子材料成型加工课程的学习，具有高分子材料及其制品设计、生产和研究的科学思维以及创新研究素质，无论对授课老师还是学生而言都是一个新的挑战。笔者结合自身讲授高分子材料成型加工课程的教学实践，在课程体系、教学内容、教学方法等方面提出以下几点看法。

一加强课程的横向联系

高分子材料的生产有三大关键要素：适宜的材料组成、正确的成型加工方法、配套的成型机械及成型模具。要生产出一个有使用价值，能够利用现有成型设备进行加工的高分子材料制品，必须同时满足以上三个要素。高分子材料生产三个要素之间相互联系、相互影响，是一个不可分割的有机整体。从这个意义上来看，高分子材料成型加工与成型机械的联系应是非常密切的。

高分子材料成型加工与高分子材料成型机械是高分子材料与工程专业的两门专业基础课，这两门课程在本质上有密切的联系，高分子材料成型加工课程包括原材料树脂、助剂、配方设计、成型设备、成型模具、工艺条件及控制等方面，高分子材料成型设备课程主要讲述不同加工方法所采用的成型设备，如开炼机、密炼机、挤出机、注塑机、压延机、中空吹塑机等，从其包括的课程内容看，成型加工和成型机械相互渗透、相互联系，也有交叉重叠的内容，因此有必要对这两门课程的教学内容从整体的高度重新进行规划。

在这个原则的指导下，教师在教学中可以按照原材料、设备、工艺这三大要素组织教学内容，从而把两门课的知识点有机地融合起来，加强课程的横向联系，打破传统的教学模式，培养学生的大工程观。如在讲授聚氯乙烯（PVC）管材挤出成型工艺这部分内容时，教师首先讲授挤出所用的原材料配方（PVC树脂、各种助剂），由于PVC树脂牌号众多，不同牌号的树脂制备方法不同，树脂的性能也不同，在加工过程中所选用的工艺也会有所差异，因此，教师在开始讲授成型工艺时，有必要使学生具备原材料选择这个意识。然后介绍管材成型所需的设备（包括挤出机类型、机头口模、螺杆结构、螺杆组合、传动系统、控制系统、辅机）。如在讲解螺杆时，可分析各种螺杆结构参数对成型加工的影响，各种不同混合、混炼元件的螺杆组合所具有的加工特性，并结合PVC管材生产工艺特点，讲解生产PVC管材所用螺杆的选用原则。在讲解挤出机机头口模时，可将机头口模流道的设计、口模类型等涉及成型机械的内容引入课堂中，使学生掌握有关机头口模设计的基本原则。最后，讲授PVC管材生产的工艺条件及控制方法（螺杆转速、牵引速度、挤出机及机头温度）及其对制品性能的影响。

教学内容改革是21世纪高等教育教学改革的重点，将高分子材料成型加工与成型机械有机结合起来，重新组织课程内容既有利于教师的教学与学生的学习，增强理论教学的课堂教学效果，同时节约下来的理论教学课时可用于实践教学环节，培养学生的动手能力和创新意识，提高在社会上的竞争力，也符合高分子材料加工行业对本专业毕业生所提出来的越来越高的要求。

二按课程主线组织教学内容

本课程以“材料―成型加工―制品性能”这条高分子材料成型加工的主线组织教学内容，重点了解和掌握高分子材料、成型加工工艺、制品性能三者的关系；材料的不同与成型加工方法的关系；同样的材料用不同的加工工艺方法或加工工艺条件，所得制品的性能为何不同；制品的性能

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*基金项目：广东石油化工学院教育科学研究基金项目

与材料本身的性质有何关系等，强调了成型加工对制品性能的重要性，即高分子材料最终的结构与性能强烈依赖于加工过程这一独特之处，这是本课程的主题思想――高分子材料的工程特征，教师在教学过程中，将这一主题思想贯彻始终是本课程教学的首要目标。

在教学过程中，任课教师应将高分子科学基础理论与实际生产和日常用品的例子相结合，与学生进行分析和讨论，启发学生在学习过程中牢牢抓住本课程的主题思想。对于聚合物来说，具体结构决定了它的性能，同一种链结构的聚合物，由于成型加工条件的不同，分子链的排列与堆砌方式会有所不同，从而形成不同的聚集态结构，聚集态结构不同，制品性能也大不相同。如生产聚丙烯注塑件时，聚丙烯注塑制品最终的物理性能不仅与本身分子量和结晶性等有关，而且与注射工艺条件的控制有关。不同的工艺条件导致聚丙烯具有不同的微观结构，而微观结构又直接影响聚丙烯注塑制品的强度、韧性、硬度以及成型加工等性能。如聚丙烯注塑件的光学性能会受到注射成型条件的影响，聚丙烯注塑件在冷却过程中，由于塑件不同部位的温度场、应力场的分布不同，从而会造成注塑件内不均匀的体积收缩和密度分布，因此严重影响了塑件的光学性能和力学性能。这些例子很好地体现了“高分子材料―成型加工―制品性能”这条高分子材料成型加工的主线。

三对教学方法进行改革

1.多媒体教学

高分子材料成型加工属于专业技术课，教学内容具有很强的理论性和实践性，许多内容涉及成型机械的结构以及具体的操作过程，在学生大多缺少实际感性认识的情况下，单纯依靠文字的板书进行课堂教学，学生难以理解，教学效果不理想。因此，课堂讲授可借鉴国内一些院校的聚合物成型加工精品课程网站的教学资源来制作多媒体课件，通过结合所用的教材，有选择性地将多媒体动画仿真和图片资料补充到电子课件中，不断修改完善课件内容，增加课堂信息量，提高教学效果，激发学生的学习兴趣。为了加深学生对实际生产过程各种机械设备、操作工艺的认识，教师可通过收集各种高分子材料成型加工厂的生产视频，然后在课堂上进行播放讲解，可增加学生对高分子材料成型加工工艺的感性认识。如在讲薄膜的中空吹塑时，大多数学生对旋转机头的工作方式比较陌生，笔者通过给学生播放带有旋转机头口模的中空吹塑生产过程，学生在录像中可以很直观地看到旋转机头在工作中的运行情况，以及旋转机头如何调整薄膜厚度的工作原理，这些都使学生感受到课本的理论知识并不是枯燥的，它来源于生产实际，并对生产实际起到指导作用。

除了在课堂上引入多媒体课件外，教师还可向学生推荐一些著名的专业网站，包括美国塑料工程师学会（SPE）、美国塑料工业协会（SPI）、中国注塑技术论坛、聚合物技术网等，鼓励学生了解加工工程的前沿发展，从而提高学生的学习兴趣。

2.案例教学

为了提高学生分析问题和解决问题的能力，经常以日常生活中常用高分子材料制品进行案例教学，帮助学生认知高分子材料成型加工的整个过程，如日常用到的笔记本外壳、空调外壳、排水管、薄膜、泡沫塑料、汽车轮胎等，启发学生去思考，然后进行讨论，针对常用制品分析所用的原材料、成型方法和工艺，使学生在看得见、摸得着的实例中体会所学知识，这样的教学方法提升了学生学习效率和学习效果。在实际教学中，教师可给学生提供一些案例，如某个工厂某批次的注射件出现了应力开裂现象，试让学生讨论分析其中的原因，并提出解决方案。通过课堂讨论，学生从这一案例中可学到包括原材料、成型方法、成型工艺条件（温度、压力）、制品性能（应力开裂）在内的许多知识点，很好地将高分子材料基础理论与生产实际相结合，学生可以充分理解“高分子材料―成型加工―制品性能”这一课程的主题思想。

3.课程设计

作为大工程观教育理念的一部分，培养具有敏锐工程师意识的学生是工科教学的一个重要目标，高分子材料成型加工课程作为一门实践性很强的学科，可为学生将来走进企业站稳脚跟打下良好的基础，因此，在教学中引入项目教学的理念，让学生利用各种校内外的资源及自身的经验，通过完成给定的工作任务来获得知识与技能。本专业的课程设计是以高分子材料生产流程为主线，实现项目教学，以培养学生的创新能力。

设计内容可以典型的通用高分子材料（如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等）的生产任务为依托建构、设计出一个高分子材料产品生产项目（包括厂址的选择、原料选择、配方设计、高分子材料加工方法、设备的选型以及生产成本的核算等）。它有效地解决了传统教学中理论与实践相脱离的弊端，使理论教学内容与实践教学内容通过课程设计紧密地结合在一起。在设计的过程中，学生通过互联网查找大量的资料、数据，通过到企业调查，掌握了许多第一手资料，在这个过程学生可以概括性地知道所学专业的主要工作内容及其在整个生产过程中所起的作用。

四结束语

高分子材料成型加工是一门实践性很强的专业技术课程。结合该门课程自身的特点，通过采取加强课程间的联系，抓住课程主线教学、改革教学方法等措施，力图改变该课程课堂讲授效果不高、学生学习积极性普遍较低等现象。

在不断深化教学改革的过程中，要想使学生学有所得、融会贯通，首先应提高学生在高分子材料产品的设计、生产和研究等方面的综合应用能力，从而培养具有卓越工程师意识的高分子材料专业技术人才。

参考文献

[1]申长雨、关绍康、张锐.加强课程建设培养创新人才――“高分子材料成型加工”课程建设随想[J].中国大学教学，2008（3）：52～54

[2]胡杰、袁新华、曹顺生.《高分子材料成型加工》课程教学中的几点思考[J].科技创新导报，2010（4）

[3]李宝铭、张星、郑玉婴.高分子材料成型与加工课程建设初探[J].化工高等教育，2010（3）：39～41

高分子材料导论篇6

【关键词】马克思主义哲学；杂化材料；吸附性能研究

辩证唯物主义认为，世界是统一的，物质是世界存在的唯一方式，世界上的一切事物、现象之间是相互联系、相互影响、相互依赖、相互制约的，并在一定条件下相互转化。人类对自然界的研究愈深入，认识就越深入。科学越发展，学科之间的联系越来越紧密，各学科之间呈现出相互联系、相互影响、渗透的关系，但同时也应看到各学科之间的相互交叉、渗透的关系。从哲学的意义上来讲，双金属纳米片-超分子杂化材料技术研究和发展过程是唯物辩证法的思维方法在实际工作中的有效运用。

一、对双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究渗透了世界普遍联系的观点

对双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究需要多学科交叉和综合现代科学的发展，要求各学科相互交叉、渗透。在这种情况下，人们必然会冲破各种学科之间传统的专业壁垒，在相邻甚至相距甚远的学科领域内探索、发掘，使现代科学走上日益整体化的道路。科学知识的整体化既表现为各个科学领域内部成分之间的综合、联系及相互作用的加强（学科内部的综合）；又表现为不同科学知识领域之间同学科之间的综合、联系及相互作用的加强，认识方法的相互渗透和相互补充（学科之间的综合）。这种整体化趋势，改造了原有学科，发展了新学科，从而深化了人类对自然界的认识。

现代科学技术特点之一是任何学科都在吸收和运用其它学科的成果、原理、技术、方法来充实与发展本学科。这实质上也是在进行某种程度的综合。我们可以看到，在科学技术迅猛发展的当今世界，已为技术的综合创造了物质条件。任何一个国家，为了提高其在国际市场上的竞争能力，都必须使本国高技术化。他们常常通过两种以上不同领域的技术，创造出全新的技术领域。

二、对双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究中需要注意结构和功能的辩证思维

唯物辩证法认为，结构是物质形态的普遍属性，是事物的各种要素内在联系与组织方式；功能则是指特定结构的事物在内部与外部的联系与关系中，表现出来的特定能力。我们要研究的机械结构是处于宏观层次上的人工结构，这种结构是以一定的基本加工功能为目的的机械有机组合。

例如，在双金属纳米片-超分子杂化材料的研究和开发过程中，一个极其重要的问题就是要正确处理工艺条件、材料结构和产品性能三者之间辩证关系。在马克思主义哲学指导下用共沉淀的方法制备层状Ni-Ti-LDHs、Fe-Ti-LDHs，并利用剥离-组装或插层的方法而制备纳米片-超分子杂化材料。采用X射线衍射（XRD）、红外光谱（FT-IR）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和热重及差热分析（TG-DTA）等方法对插层柱撑化合物及其焙烧产物结构进行表征。通过吸附染料废水中的活性染料、Cd2+等重离子溶液，探讨改性层状双金属氢氧化物-有机物杂化材料在环境保护方面的应用。

结构与性能是双金属纳米片-超分子杂化材料存在的两种基本属性，是材料内部微观分子运动方式和外部宏观性能表现的充分反映。在自然界中，材料的结构与性能总是不可分割的，它们之间的联系是复杂的和多样性的，同时又是相互制约的。一方面，结构决定性能，有什么样的物质结构就有什么样的与之相联系的特定性能。研究结构与功能的目的，在于正确认识结构和功能之间的辩证关系，从而推动生产的发展，促进科学的进步。在探索结构与功能的过程中，应将理论思维与形象思维结合起来，在把握结构与功能多重属性的基础上，发挥科学想象力与创造力。

三、对双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究中需要注意局部和整体的辩证关系

整体是指构成事物的诸要素和关系的全部总和，是事物的组成、结构、性质、功能及其多样性的联系与相互作用的辩证统一。局部是整体的各种要素和各种关系，可以是某一要素，也可以是某些要素的组合。局部是构成整体的基础，同时又受到整体的制约，以整体为归宿。整体是各个局部的综合，是多种关系的统一与协调，而不是各局部的机械式线性组合。整体与局部不是绝对的，而是相对的，同时也是不断地变化和发展的。

整体与局部之间的辩证关系，在双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究和加工装备设计领域里，主要表现在主要零部件与次要零部件之间的辩证关系。系统的主要特征是其整体性，即以要素为基础的综合性整体。在复杂的机械系统中，要素之间的关系必须明确。

四、对双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究中需要注意理论与实践的辩证关系

理论指导实践，实践检验理论，理论与实践的关系是马克思主义认识论中的一个极其重要的辩证关系。在双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究过程中，也体现了理论与实践的辩证统一关系。理论分析与实验观察是双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究中的两种重要方法，它们是相互联系、互相促进的，脱离或违背实验事实的理论是不合实际的，无法对科研和生产活动起到积极的指导作用；而离开理论指导的实验是盲目的。理论总结实验结果，实验鉴别理论的真伪；理论在实验的基础上产生和发展，实验又在理论的指导下更新设计；它们既是矛盾的、彼此起伏的，又是统一的、相辅相成的。这种既对立又统一的关系，赋予双金属纳米片-超分子杂化材料研究技术不断发展的内在动力。

综上所述，认识和研究双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究的过程，实际上就是运用马克思主义哲学观点（不管是自觉地还是不自觉地），认识和改造客观世界的过程。在双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能的科学研究和开发中，只有以马克思主义哲学基本原理为指导，运用现代科学技术所提供的理论和物质手段，正确分析加工条件、双金属纳米片-超分子杂化材料和制品性能三者之间的辩证关系，整体与局部的辩证关系，结构与功能的辩证关系，理论与实践的辩证关系，才能揭示成型加工技术发展的内在规律，预见其发展趋势，从而从根本上为双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能的科学研究指明方向，这对促进我国双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究的发展，推动现代化建设，将产生深远的影响。

作者简介：

余永亮男汉族（1975年8月---）安徽望江人淮南联合大学思政部讲师，硕士研究生，研究方向为马克思主义理论.