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“‘全碳气凝胶’的构造类似于‘碳海绵’，哪怕将一个马克杯大小的气凝胶放在狗尾草上，纤细的草须也不会被压弯。”高超说。虽然看上去“脆弱不堪”，但“全碳气凝胶”在结构韧性方面却十分出色，它可以在数千次被压缩至原体积的20%之后迅速复原。此外，“全碳气凝胶”还是吸油能力最强的材料之一。现有的吸油产品一般只能吸收自身质量10倍左右的有机溶剂，而“全碳气凝胶”的吸收量可高达自身质量的900倍。 3月19日，浙江大学高分子科学与工程学系高超教授展示制造出的“全碳气凝胶”的固态材料。近日，浙江大学的科学家们研制出了一种超轻材料，这种被称为“全碳气凝胶”的固态材料密度仅每立方厘米0．16毫克，是迄今为止世界上最轻的材料。“气凝胶”是半固体状态的凝胶经干燥、去除溶剂后的产物，外表呈固体状，内部含有众多孔隙，充斥着空气，因而密度极小。浙江大学高分子科学与工程学系高超教授的课题组将含有石墨烯和碳纳米管两种纳米材料的水溶液在低温环境下冻干，去除水分、保留骨架，成功刷新了“最轻材料”的纪录。此前的“世界纪录保持者”是由德国科学家在2012年底制造的一种名为“石墨气凝胶”的材料，密度为每立方厘米0．18毫克。据介绍，“全碳气凝胶”还是吸油能力最强的材料之一。现有的吸油产品一般只能吸收自身质量10倍左右的有机溶剂，而“全碳气凝胶”的吸收量可高达自身质量的900倍。据介绍，气凝胶是入选吉尼斯世界纪录的最轻的一类物质，因其内部有很多孔隙，充斥着空气，故而得名。1931年，美国科学家用二氧化硅制得了最早的气凝胶，外号 “凝固的烟”。2011年，美国HRL实验室、加州大学欧文分校和加州理工学院合作制备了一种镍构成的气凝胶，密度为毫克/立方厘米，创下了当时最轻材料的纪录。把这种材料放在蒲公英花朵上，柔软的绒毛几乎没有变形——这张照片入选了《自然》杂志年度十大图片，也给高超留下了深刻印象：能不能制备出一种材料，挑战这个极限？我国的石墨储备非常丰富，占全世界的2/3。科学家一直在探索石墨高效利用的方法。“把石墨变成石墨烯（一种由碳原子构成的单层片状结构），其价值可以上升数千倍。”高超的课题组经过五六年的探索，制备出了一维的石墨烯纤维和二维的石墨烯薄膜。这次，他们打算把石墨烯做成三维多孔材料来冲击这一纪录。 形状、尺寸可任意调节，大规模制造成可能在实验室，记者看到了一个个大小不等的“碳海绵”：它们大的如网球，小的如酒瓶塞。在电子显微镜下，碳纳米管和石墨烯共同支撑起无数个孔隙。“就像体育场馆等大型空间结构，用钢筋做支架，用高强度的薄膜等做墙壁，材料整体既轻且强。”课题组博士生孙海燕说，“在这里，碳纳米管就是支架，石墨烯就是墙壁。”在已报道的成果中，高超课题组制备的“碳海绵”仍是最轻纪录保持者——可达到毫克/立方厘米，低于氦气的密度。相关论文2月18日在线发表在《先进材料》上。但课题组对申报吉尼斯世界纪录兴趣不大，“‘轻’并不是它最大的新意所在”。高超解释：它的价值在于其简便的制备方法，以及材料所展现出来的优越性能。科学家介绍说，气凝胶的基本制备原理是除去凝胶中的溶剂，让其保留完整的骨架。在以往制备气凝胶的案例中，科学家主要采用溶胶—凝胶法和模板导向法。前者可以批量合成，但是可控性差；后者能产生有序的结构，但依赖于模板的精细结构和尺寸，难以大量制备。高超课题组另辟蹊径，探索出无模板冷冻干燥法：将溶解了石墨烯和碳纳米管的水溶液在低温下冻干，便获得了“碳海绵”，并且可以任意调节形状，令生产过程更加便捷，也使这种超轻材料的大规模制造和应用成为可能。“不需要模板，只与容器有关。容器多大，就可以制备多大，可以做到上千立方厘米，甚至更大。”高超说。 高弹性、强吸附，应用前景广阔《自然》杂志点评的标题是：《固体碳：弹性而轻盈》，认为这一新生事物的性能令人惊喜。据介绍，“碳海绵”具备高弹性，被压缩80%后仍可恢复原状。它对有机溶剂具有超快、超高的吸附力，是迄今已报道的吸油力最高的材料。现有的吸油产品一般只能吸自身质量10倍左右的液体，而“碳海绵”的吸收量是250倍左右，最高可达900倍，而且只吸油不吸水。“大胃王”吃有机物的速度极快：每克这样的“碳海绵”每秒可以吸收克有机物。这让人想到用它来处理海上的漏油，“可以把它们撒在海面上，就能把漏油迅速地吸收进来，因为有弹性，吸的油能够被压出来回收利用，‘碳海绵’也可以重新使用。”科研人员表示。目前，实验室正在对这一材料的吸附性能进行进一步的应用性研究。科研人员说，“碳海绵”还可能成为理想的相变储能保温材料、催化载体、吸音材料以及高效复合材料。不过，这一新生材料就如呱呱坠地的婴儿，科学家还很难准确预计其应用领域与前景，还得依靠社会以及产业界的想象力，让这个新材料走出实验室，实现应用价值。
气凝胶最早由美国科学工作者在1931年制得的一种低密度、高孔隙率的纳米多孔材料，早在1993年美国宇航局NASA就将气凝胶应用到航空航天领域。是目前公认热导率最低的固态材料，也是目前最轻的固体；其优异的理化性能打破了十余项吉尼斯世界纪录，被誉为改变21世纪的十大材料之一。由于它的特殊性能被应用到了很多领域。
（1）军事及航空航天领域
与传统绝热材料相比，气凝胶材料可以用更轻的质量、更小的体积达到等效的隔热效果。这一特点使其在航空、航天应用领域具有举足轻重的优势，目前主要应用在太空服的绝缘材料和飞行器隔热等；
（2）工业及建筑绝热领域
在电力、石化、化工、冶金、建材行业以及其他工业领域，热工设备大量存在。其中由于一些设备的特殊部位和环境，受到重量、体积或空间的限制，都需要用到这种高效的超级绝热材料；
（3）太阳能热水器领域
太阳能热水器及其他集热装置的高效保温是进一步提高太阳能装置的能源利用率和其实用性的关键因素。将气凝胶材料应用于热水器的储水箱、管道和集热器等，比现有太阳能集热效率更高，更有效。
由于气凝胶材料的优异性能，已经被应用到了很广泛的领域，那到底这种材料有没有缺点？国内外的科研工作者一直在研究如何将气凝胶更好地应用到日常服装领域，气凝胶本身柔韧性较差、易碎，目前应用到服装领域的气凝胶是将气凝胶颗粒或粉末与无机纤维或有机纤维结合在一起制成气凝胶毡，这种气凝胶复合材料的保暖性很好，但是克重较重，柔韧性较差，而且在使用过程中气凝胶粉末会逐渐的逸出，体验效果不够理想。
而这一“世纪性难题”终于在2018年得到了解决。据资料显示，国内最早开发出来的纺织专用气凝胶复合材料是由疏博纳米研发出来的，解决了气凝胶材料固有的易碎、掉粉等缺陷，最先开发出了颠覆传统的纺织专用气凝胶复合保暖材料，在保留了气凝胶最轻、最隔热的特点同时将气凝胶真正地做到了柔性可穿戴，并将其应用在服饰中，真正做到了让科技造“服”于人。
气凝胶（aerogel）是一种纳米多孔网状结构的固体材料，是目前已知隔热保温性能最好的固体材料，1931年由美国.发明，因轻若薄雾颜色泛蓝，又被称为“蓝烟”、“冻结的烟”，创下15项吉尼斯纪录，与石墨烯、富勒烯等被共誉为改变世界的十大新材料之一，也是世界上最轻的固体材料，在热学、光学、电学、力学、声学等领域具备突出性能，列入20世纪90年代以来10大热门科学技术之一，是具有巨大应用价值的军民两用技术。目前国内研究单位主要有中凝科技等高新技术企业。
（1）全球气凝胶市场情况
Allied市场研究公司2014年6月发布的报告称，全球气凝胶的市场价值在2013年亿美元，估计到2020年可达亿美元，在预测期内（从2014–2020）的年复合增长率为。随着气凝胶材料在新的应用领域探索的持续进步，市场预计，随着时间的推移市场增长的动力会进一步增强。
据了解，美国Aspen公司2008～2013年的复合增长率为，Allied公司的报告可以认为是主要基于美国Aspen公司业绩情况的较为保守的预测报告，实际上随着亚太市场的发展，特别是中国气凝胶企业的崛起，气凝胶行业未来的发展将显著加快。
据Freedonia研究公司报告，在2010年，全球绝热材料市场估计规模为321亿美元，未来年增长率为，到2019年可达556亿美元。其中工业和设备领域约占总份额三分之一，建筑领域占总分额的三分子二。
气凝胶材料目前占据了整个绝热材料市场金字塔模型的塔尖部分，目前在整个绝热材料市场中的规模几乎是微不足道，这一方面说明气凝胶产业仍然处于早期起步阶段，同时又预示着其未来巨大的发展空间。
（2）国内气凝胶市场情况
国内市场起步较晚，前期主要是国外气凝胶产品在销售，价格较昂贵，市场推广力度也较小，近年来随着国内气凝胶企业逐步增多，实力不断增强，成本不断下降，规模不断扩大，再得益于国内节能减排政策推行和经济体量的的迅速扩大，气凝胶行业驶入了快速发展通道。2015年是国内气凝胶规模的突变之年，预计2020年将达到亿元，2015年到2020年的复合增长率约达。
目前国内军品领域需求主要集中在航天、兵器及舰艇等领域；中凝科技气凝胶毡可用于民用领域的石油化工、轨道交通、电力工业、矿用井下救生舱和城镇热力管网已经形成一定的市场规模并继续快速增长，特种服装和帐篷、LNG管线、建筑节能领域应用也开始少量试用后期市场巨大。预计进入“十三五”节能环保产业将继续获得快速发展。预计2015年到2020年气凝胶材料将在工业和设备领域获得大批量应用，2020年开始全面替换传统工业保温材料，分享国内每年约500多亿的市场。预计2020年开始，气凝胶材料在建筑领域将开始大规模的应用，2025年将全面替代传统建筑保温材料，分享国内每年1000多亿的市场。
目前气凝胶及其复合材料在节能保温板块已具备产业化能力和广阔市场前景。其综合性能和成本均优于传统保温材料，在工业领域，通过大幅降低散热损失，从而减少了源头能源消耗，也减少了碳排放量，不仅为客户创造了节能经济效益，也为环保贡献了一份力量。随着国家节能标准的提高，气凝胶产业化的逐步深入，这种被公认为最先进的隔热保温材料，将逐步替代传统的隔热保温材料，分享千亿级别的隔热保温市场。
近期， 武汉 科技 大学“超分子材料与分子纳米器件团队”梁峰教授课题组 以合成化学作为基础和核心，积极拓展与相关学科和领域的交叉融合，在新材料精准化制备和应用研究方向取得进展，发表了多篇高水平研究论文。
利用金纳米颗粒的可塑性， 梁峰教授课题组可控制备了低钯含量的星状金钯双金属纳米颗粒 。通过对金钯双金属纳米星的中间产物的系列表征， 提出了金钯纳米星“两步法”的生长机理：即先形成单金属金纳米球，再以此为核心形成双金属金钯纳米星。 由于纳米颗粒中钯元素的加入，该纳米颗粒不仅能够高效催化对硝基苯酚（工业废料）还原为对氨基苯酚（工业原料），还能够有效催化Suzuki偶联反应， 实现催化剂的多功能化 。研究成果 “ Au-Pd nanostars with low Pd content : controllable preparation and remarkable performance in catalysis ”在《 The Journal of Physical Chemistry C 》杂志发表。化学与化工学院2017级博士研究生马涛是该论文的第一作者。
金钯双金属纳米颗粒的可控制备及多功能催化示意图
通过将石墨烯气凝胶引入掺杂有聚多巴胺纳米颗粒（PDA-NPs）的聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）网络中，梁峰教授课题组与国家纳米科学中心韩东研究员课题组合作，制备出了一种多功能水凝胶 。除了增强的机械性能、良好的导电性能和自粘附性能， 制备得到的水凝胶还表现出近红外和温度双响应性能，可以根据需要释放药物；并且，在药物释放过程中，水凝胶的电阻也随之变化，因此可以利用电阻变化来实时监测药物的释放浓度。 这使得其在药物可控载释和精准医疗等领域具有潜在的应用价值。研究结果“ Temperature/Near-Infrared-Responsive Conductive Hydrogel for Controlled Drug Release and Real-Time Monitoring ” 在《 Nanoscale 》杂志发表。化学与化工学院2016级博士研究生朱玉亭是该论文的第一作者。
在以农药为主的农业化学品的实际应用中，促进药液喷雾在目标作物上的铺展和沉积对提高农药使用效率，降低对环境影响具有重要意义。柱芳烃(Pillar[n]arene)是一类新型大环超分子主体。与传统的大环结构相比，柱芳烃具有高度对称的刚性骨架结构和独特的富电子空腔并易于衍生化，在超分子化学领域表现出了重要的应用价值。 梁峰教授课题组与华中师范大学李海兵教授课题组合作 ， 利用柱芳烃与农药分子间的主-客相互作用成功实现了农药分子矮壮素液滴在疏水表面上的铺展和沉积，并表现出优异的选择性 。这一研究 探索 了超分子化学在农业领域的应用，并对实现农药的精细利用具有指导意义。研究结果“ Pillar[5]arene promoted selective spreading of chlormequat droplets on hydrophobic surface ”在《 Langmuir 》杂志发表。化学与化工学院2017级硕士研究生余胜是该论文的第一作者。
此外，该团队硕士研究生王娇（导师为陈荣生教授）和曾艳教授团队合作研究的论文“ Catalyst-free fabrication of one-dimensional N-doped carbon coated TiO2 nanotube arrays by template carbonization of polydopamine for high performance electrochemical sensors ”在《 Applied Surface Science 》杂志发表。博士后张雄志（合作导师为刘思敏教授）等的研究论文“ Host-guest interaction-mediated fabrication of hybrid microsphere-structured supramolecular hydrogel showing high mechanical strength ”在《 Soft Matter 》杂志发表。
上述论文的第一单位为武汉 科技 大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室。研究工作得到国家高层次人才计划、国家自然科学基金、湖北省楚天学者计划、湖北省高等学校优秀中青年 科技 创新团队项目、省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室、煤转化与新型炭材料湖北省重点实验室、武汉 科技 大学优秀博士论文培育项目的资助。
来源 武汉 科技 大学
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一种特殊的分散体系，其中胶体颗粒或高聚物分子相互连接，搭成架子，形成空间网状结构，液体或气体充满在结构空隙中。其性质介于固体和液体之间，从外表看，它成固体状或半固体状，有弹性；但又和真正的固体不完全一样，其内部结构的强度往往有限，易于破坏。分类 凝胶是个总的名称，根据分散相质点的性质(刚性还是柔性)和形成结构时质点间连接的性质(结构的强度)，可分为刚性凝胶与弹性凝胶两大类。多数的无机凝胶，如二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛、五氧化二钒等属于前者；而柔性的线型高聚物分子形成的凝胶，如橡胶、明胶、琼脂等属于后者。也可将凝胶分为可逆凝胶与不可逆凝胶两大类。制备 溶液或固体(干凝胶)都能形成凝胶。从固体制备凝胶比较简单，干胶吸收液体膨胀即成，通常为弹性凝胶。从溶液制备凝胶须满足两个基本条件：①降低溶解度，使固体物质从溶液中成“胶体分散态”析出；②析出的固体质点既不沉降，也不能自由移动，而是搭成骨架形成连续的网状结构。具体的制备方法可以有；①冷却胶体溶液，产生过饱和溶液。如％琼脂溶液冷到35℃就形成固体状胶冻；②加入非溶剂，例如果胶水溶液加入酒精后就形成凝胶；③加入盐类，适量的电解质加入到胶粒的亲水性较强尤其是形状不对称的疏液溶胶中，即可形成凝胶，如五氧化二钒、氢氧化铁等；④化学反应，利用化学反应产生不溶物，并控制反应条件可得凝胶，如硅胶的制备。性质 凝胶的膨胀作用 弹性凝胶由线型高分子构成，因分子链有柔性，故吸收或释出液体时很易改变自身的体积，其吸收液体使自身体积增大的现象称为膨胀作用。这种作用具有选择性，只能吸收对它来讲是亲合性很强的液体。其膨胀可以是有限的，也可以是无限的，与其内部结构连接的强度有关，改变条件也可使有限膨胀变成无限膨胀，即膨胀的结果是完全溶解和形成均相溶液。根据膨胀机理的研究，可以认为膨胀过程分为两个阶段，第一阶段是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互作用形成溶剂化层，此过程时间很短，速度快；第二阶段是液体的渗透作用，此过程中凝胶吸收大量液体，体积大大增加。在膨胀过程中由于溶剂分子进入凝胶结构中的速度远大于大分子扩散到液体中的速度，使凝胶内外溶液浓度有很大差值，即溶剂的活度有很大差异，产生膨胀压。此值很可观，例如明胶浓度为50％时，膨胀压为13千克力／厘米2，66％时为45千克力／厘米2。古代埃及人曾利用木头吸水时产生很大的膨胀压来开采建造金字塔的石料，即所谓湿木裂石。凝胶的脱水收缩作用 凝胶在老化过程中会发生特殊的分层现象，称为脱水收缩作用或离浆作用，但析出的一层仍为凝胶，只是浓度比原先的大，而另一层也不是纯溶剂，是稀溶胶或高分子稀溶液。一般来说，弹性凝胶的离浆作用是个可逆过程，它是膨胀作用的逆过程；刚性凝胶的离浆作用是不可逆的。脱水收缩现象的实际例子很多，如人体衰老时皮肤的变皱、面制食品的变硬、淀粉浆糊的“干落”等。凝胶中的扩散与化学反应 凝胶和液体一样，作为一种介质，各种物理过程和化学过程都可在其中进行。物理过程主要是电导和扩散作用，当凝胶浓度低时，电导值与扩散速度和纯液体几乎没有区别，随着凝胶浓度的增加，两者的值都降低。利用凝胶骨架空隙的类似分子筛的作用，可以达到分离不同大小分子的目的，这就是近年来发展很快的凝胶电脉与凝胶色谱法。凝胶中的化学反应进行时因没有对流存在，生成的不溶物在凝胶内具有周期性分布的特点。自然界中有许多类似的现象，如玛瑙和玉石的周期性结构；植物体与动物体中也常遇到，如胆结石。应用 凝胶在国民经济与人们日常生活中占有重要地位。工业上，橡胶软化剂的应用，皮革的鞣制，纸浆的生产，吸附剂、催化剂和离子交换剂的使用；生物学和生理学中有重要意义的细胞膜，红血球膜和肌肉组织的纤维都是凝胶状物体。不少生理过程，如血液的凝结、人体的衰老等都与凝胶作用有关。
张立同从事航空航天高温陶瓷及其复合材料研究，在氮化硅结合碳化硅、自增韧碳化硅、定向自生共晶硼化物复合材料、硅炭氮纳米吸波材料以及连续纤维增韧钡长石复相玻璃陶瓷复合材料等方面均取得新突破。特别在连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料及其制造技术方面，打破国际封锁，建立了具有中国自主知识产权的制造技术与设备体系。 1980年，在张立同的科研理论指导下，中国首次采用铜川上店土型壳材料铸造成功了第一批高精度、低粗糙度的斯贝低压一级无余量空心导向叶片。新铸叶片的尺寸精度及内部质量与国际著名的罗罗发动机公司的斯贝发动机叶片相当，表面粗糙度还略低于英国叶片。斯贝发动机的引进，使张立同的研究进入到向国际先进行列看齐的新阶段。 张立同主持研究的“无余量熔模铸造技术”，不仅将中国的熔模铸造水平推向了国际先进行列，而且还为发展中国新型发动机复杂内腔叶片及薄壁复杂整体构件奠定了理论和工艺基础。铜川上店土型壳材料，也被正式命名为“中华高岭土型壳材料”。 2000年和2008年先后创建超高温结构复合材料国防重点实验室和陶瓷基复合材料工程中心，为中国陶瓷基复合材料研究与工程转化搭建平台，工程化成果广泛用于航空航天领域，并向民用领域拓展。 张立同合著专著二部，授权国家发明专利50余项，发表SCI和EI收录论文400余篇。 专著 序号名称出版源年份备注1自愈合陶瓷基复合材料制备与应用基础化学工业出版社2015张立同编著2纤维增韧碳化硅陶瓷复合材料 模拟、表征与设计化学工业出版社2009张立同主编3复合材料手册化学工业出版社2009益小苏 ，张立同主编4近净形熔模精密铸造理论与实践国防工业出版社2007张立同参编5中国材料工程大典 第10卷 复合材料工程化学工业出版社2005益小苏 ，张立同主编期刊论文 序号名称出版源年份作者1化学气相渗透制备SiC_w/SiC层状结构陶瓷科学通报2015成来飞，张立同等2SiC_w/SiC层状结构陶瓷的制备及其应用中国材料进展2015解玉鹏，成来飞，张立同等3碳/碳化硅复合材料摩擦磨损性能分析航空材料学报2005张亚妮，徐永东，张立同等4碳陶刹车材料的研究进展航空制造技术2014徐兴亚，张立同，范尚武等5吸波型SiC陶瓷材料的研究进展航空制造技术2014张亚君，殷小玮，张立同6化学气相沉积层状BCx/SiC涂层自愈合机制复合材料学报2013张伟华，成来飞，张立同等7Si-B-C陶瓷涂敷2D C/SiC复合材料的抗氧化性能复合材料学报2013左新章，张立同等8液硅渗透法制备Ti3SiC2改性C/C-SiC复合材料复合材料学报2012范晓孟，殷小玮，张立同等9新型碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展航空制造技术2003张立同，成来飞，徐永东10高温透波材料研究进展航空材料学报2003韩桂芳，陈照峰，张立同等11连续纤维增韧陶瓷基复合材料可持续发展战略探讨复合材料学报2007张立同，成来飞12陶瓷基复合材料在火箭发动机上的应用固体火箭技术2000邹武，张康助，张立同13连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料研究硅酸盐学报2002徐永东，成来飞，张立同14CVI法制备连续纤维增韧陶瓷基复合材料硅酸盐学报1995徐永东，张立同，成来飞15高温陶瓷基复合材料制备工艺的研究材料工程2000肖鹏，徐永东，张立同16CVI法制备三维碳纤维增韧碳化硅复合材料硅酸盐学报1996徐永东，张立同等17层状Ti3SiC2陶瓷的组织结构及力学性能复合材料学报2002李世波，王东，张立同等18高温结构陶瓷材料的设计准则硅酸盐通报1997徐永东，张立同，韩金探 张立同培养博、硕研究生近百名，获国家教学成果二等奖1项。 据中国科学技术信息研究所、国家工程技术数字研究馆信息：1995年至2004年期间，张立同共培养8名学生获得博士学位，基本情况如下 ：【曾庆丰】 学位类别：博士；授予学位日期 2004年04月01日； 授予学位单位：西北工业大学；学位论文：C/SiC复合材料优化设计【邹武】 学位类别：博士；授予学位日期 2001年11月01日； 授予学位单位：西北工业大学；学位论文：三维编织C/SiC复合材料的制备及其性能研究【殷小玮】 学位类别：博士；授予学位日期 2001年03月01日； 授予学位单位：西北工业大学；学位论文：3DC/SiC复合材料的环境氧化行为【肖鹏】 学位类别：博士；授予学位日期 2001年10月01日； 授予学位单位：西北工业大学；学位论文：CSCVI法制备C/SiC的过程特征及其模拟【王汝敏】 学位类别：博士；授予学位日期 1991年12月01日； 授予学位单位：西北工业大学；学位论文：改性双马来酰亚胺树脂基体研究【刘晓辉】 学位类别：博士；授予学位日期 1997年12月01日； 授予学位单位：西北工业大学；学位论文：高抗冲复合材料的研究【成来飞】 学位类别：博士；授予学位日期 1997年12月01日； 授予学位单位：西北工业大学；学位论文：1650℃长寿命碳/碳复合材料防氧化涂层研究【杨觉明】 学位类别：博士；授予学位日期 1995年09月01日； 授予学位单位：西北工业大学；学位论文：用溶胶凝胶法制备热强BAS玻璃陶瓷的工艺理论基础及其材料性能研究
作者 | 张晴丹
你能想象克的“绳子”可以提起5公斤重的物体吗？
没开玩笑，这是科研人员创造出的一种力学性能惊人的新材料。它不但具有很好的拉伸性能，拉伸长度能达600%，而且还非常坚韧。
近日，美国北卡罗来纳州立大学Dickey实验室博士后王美香以第一作者的身份，在Nature Materials上发表论文，介绍了这款新材料。它属于离子液体凝胶的一种，在抗拉伸性能和韧性上创造了这类材料的最高纪录，也展现出比水凝胶更广阔的应用前景。
评审专家之一、麻省理工学院教授赵选贺认为，“这些透明的离子液体凝胶具有非常坚韧的机械性能，而且最大的亮点是制作简单，易于使用。”
1+1 10，凝胶界的“佼佼者”
“通常凝胶的机械性能很弱，比如豆腐。但在自然界中也有例外，比如人体内的软骨。一些研究人员一直在努力制造坚韧的凝胶，这启发了我们。”论文共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学Dickey实验室负责人Michael D. Dickey告诉《中国科学报》。
此次创造出的离子液体凝胶含有超过60%的离子液体，主要包含丙烯酸和丙烯酰胺两种物质，前者是用于婴儿尿不湿吸水的主要材料，后者是用于隐形眼镜的主要材料。最后，混合材料兼具了聚丙烯酰胺和聚丙烯酸离子液体凝胶的优点，实现了1+1 10的效果。
王美香介绍，新材料透明度达90%以上，其内部的聚合物网络微结构使凝胶拥有极高的力学性能，可拉伸而且非常坚韧。拉伸的长度能达600%，模量有约50个兆帕，断裂强度约有13个兆帕。这是目前离子液体凝胶界的最高纪录。
论文中展示的是用克的离子液体凝胶材料，轻松提起1公斤重量的物体。事实上提起5公斤的重量也不在话下，但因实验室没有5公斤的标准件，他们后来用5公斤的水桶做了实验，材料本身不会有任何破损。
离子液体这个溶剂本身不挥发，且具有很高的热稳定性和导电性。因此，创造出的这款离子液体凝胶具有广阔的应用前景。“可用于电池、传感器、3D打印、致动器和柔性电子设备等。”Michael D. Dickey说。
可穿戴柔性电子器件是当下科学研究的热门之一，要同时满足可弯折、扭曲、拉伸等需求，所以对材料的要求极高。以往做展示用的较多的是传统柔性材料——水凝胶，但水凝胶稳定性是个大问题，长期暴露在空气中会导致水分蒸发、性能受损。
“离子液体凝胶完全可以替代水凝胶在可穿戴柔性电子器件上的应用。首先它很稳定不挥发，不需要任何包覆；其次具有高导电性，不需要额外添加导电介质；可穿戴设备往往需要大变形，离子液体凝胶还可以用来开发应变传感器。”王美香说，“还有一点，它具有自愈合和形状记忆的特性。”
一步法轻松做成
长期以来，在凝胶材料领域最火的，非水凝胶莫属。
实际上，水凝胶在生活中已相当常见。比如，隐形眼镜、果冻、龟苓膏等都是水凝胶的“产物”。自62年前水凝胶横空出世，科研人员便绞尽脑汁地挖掘其力学性能，涌现了无数重大成果。
但同为凝胶材料，离子液体凝胶领域的研究则发展较慢。例如力学性能研究还是一块空白，很难把它的力学性能做到与高强度水凝胶相媲美的程度。
在这篇论文发表之前，合成高强度离子液体凝胶的方法并不易。为了提高材料的力学性能，一些研究人员采用多步法或者溶剂交换，整个过程耗时长、成本高，而且浪费资源。
挑战不可能，这是科研工作者骨子里的基因，恰好离子液体这个溶剂的“72般变化”也让王美香着迷。
“顾名思义，水凝胶用的溶剂只有一种，就是水，而离子液体凝胶用的溶剂是离子液体，有成千上万种，这正是它的魅力所在。”王美香对《中国科学报》说。离子液体在室温下是一种液态的熔融盐，里面含有正离子和负离子，只要熔融盐里的正负离子不一样，就可以实现离子液体的千变万化。
研究选材是从聚丙烯酸和聚丙烯酰胺的单体开始。
最初，王美香把两种材料分开来做。当把丙烯酰胺融到离子液体后，产生的凝胶跟她预想的完全不一样，不透明、发白，就像晒干的面条一样特别脆，一碰就断。随后她又试了丙烯酸，做出来的凝胶则超级软，透明度达到百分百。
完全就是两种极端！这让她无比兴奋，如果把三者混在一起，会擦出什么样的火花呢？
“把丙烯酰胺和丙烯酸融到离子液体里，再加入引发剂和交联剂，然后混匀，用高功率紫外灯照射，3分钟就能制作出论文中这种新型混合材料。”王美香说，“就是这么简单。”
一步法就这样诞生了！它为离子液体凝胶研究开启了新世界的大门。
为实验蓄能，把理论变为现实
王美香在西安交通大学读博期间，就一直从事水凝胶研究。但她看到了离子液体凝胶材料的巨大潜力，因此萌生了调整研究方向的想法。
2018年12月，王美香从西安交通大学获得材料科学与工程博士学位后，进入北卡罗来纳州立大学Dickey实验室做博士后，主要致力于高机械性能凝胶材料的设计和制备，以及研究其在可穿戴柔性电子器件、全固态电池以及超级电容器、传感器和驱动器等领域的应用。
在新的平台，王美香也顺利转换到新赛道，开始离子液体凝胶材料研究。
但是，王美香刚进入北卡罗来纳州立大学，新冠疫情就来了，一下打乱了研究计划，学校封闭，无法进入实验室。
她便利用这段时间查阅文献，为实验蓄能。在家“闭关”三个月后，终于等来复工的消息。王美香便一头扎进实验里，每天在实验室待八个小时，把实验过程中看到的现象记录下来，晚上回家查资料来分析这些现象的成因。
幸运的是，这项工作从始至终都比较顺利，这篇论文投给期刊也很快被接收。并且，评审专家都对该成果给了很高的评价。
“接下来，我们将会做应用方面的拓展，想把离子液体凝胶与3D打印技术相结合，用于开发新型柔性机器人。”王美香说。
参与这项研究的一共有9位作者，其中华人学者就有4位。除了王美香，另外3位分别是论文共同通讯作者、西安交通大学教授胡建，西安交通大学硕士生张鹏尧，以及美国内布拉斯加州大学林肯分校研究助理教授钱文。
问题一：壳聚糖是什么 甲壳质又名甲壳素，壳多糖，触丁质，是一种天然氨基多糖高分子物质，分子式为(C8H13NO5)N，分子量在一百万左右，化学名称为(1，4)聚-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡聚糖，性质稳定，具有良好的生物可降解性和相容性，毒性极小(LD50 16g/kg)，且来源广泛.它是自然界罕见的带正电荷纤维结构化合物，不溶于水，在酸性水溶液中产生水合作用而逐渐溶胀形成球状胶囊， pH增大时转变为线形，同时粘度增大，可溶于浓盐酸，硫酸，硝酸中，发生裂解，聚合度降低，如在浓盐酸中加热100摄氏度可分解为D-胺基葡糖，在浓硫酸中可产生磺酸酯化反应，得到肝素样作用物质，与浓硝酸则产生硝化甲壳质.在稀碱中不溶，在浓碱(>40%氢氧化钠或氢氧化钾)中加热可使分子中乙酰基脱去65%-95%.在氯仿，乙醇等不溶，可溶于浓HAC，甲酸，石酒酸等.不同原料和制备方法不同，产品理化性质(溶解度，分子量，乙酰基含量，比旋度，粘度)有一定差异.甲壳质在虾，蟹，龙虾甲壳中含量较高(约含10%-30%)，其为1000-2000个1，4连接-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡糖(C8H13NO5)N的直接聚合物，分子量100-200万，N2含量。 问题二：什么是壳聚糖？ 壳聚糖是甲壳质经脱乙酰反应后的产品,脱乙酰基程度()决定了大分子链上胺基(NH2)含量的多少,而且增加,由于胺基质子化而使壳聚糖在稀酸溶液中带电基团增多,聚电解质电荷密度增加,其结果必将导致其结构,性质和性能上的变化,至今壳聚糖稀溶液性质方面的研究都忽略了值对方程的影响.VANDUM等人曾研究了不同离子强度对壳聚糖在稀溶液中的分子尺寸和粘度的影响.结果认为离子强度不同会改变无规线团的膨胀度进而改变分子尺寸和特性粘度,通过对不同壳聚糖进行MARK-HOUWINK方程常数的测定,结果表明K,A值随值的变化.从而由MARK-HOUWINK方程常数K,A有规律地依赖于壳聚糖的脱乙酰度而变化,而且在相同分子量时,随着脱乙酰度的增加,壳聚糖在稀溶液中分子尺寸,特性粘度和扩张因子等增加,而特性比和空间位阻因子随着脱乙酰度的增加而减少.从而在适用范围内的任意一个壳聚糖样品通过比较简单的特性粘度测量,即可计算其平均分子量,从而可积累一些基础数据用于进一步的研究工作.由于壳聚糖和甲壳质具有高化学反应活性并且易于被一些化学试剂修饰,因此这方面的研究工作进行的较多,也取得了可喜的成果.从而通过各种方法对壳聚糖进行了性质改良.国外通过冰冻氢氧化钠-十二烷基硫酸钠系统的简单步骤制备成功了烷基-CHITIN纤维.烷基化产生了各种不同链长和体容度的烷基卤素化合物,对水或甲酸的亲合性的增加,这种亲合性的增加是由于部分分子晶体结构破坏而产生的.核磁共振的研究表明C6位置上的羟基优于C3位置被取代.同时也制备了烷基-CHITIN纤维和薄膜.这种亲合性质的改善,在以后的壳聚糖应用中有良好的价值.另外还制备出了壳聚糖多孔小珠,对重金属有螯合作用,也可以用于生物材料的固定化反应.通过碘化卤化制备了壳聚糖移植共聚物.卤化与碘化的方法主要进行壳聚糖功能集团的改造,其中碘化条件温和,并可以产生各种反应的前体.该反应易于发生在C6位值上,另外用于制备阳离子移植共聚物.其反应条件在室温和紫外光308NM处进行.对壳聚糖各种功能集团的改造还包括制备羟基壳聚糖.目前国内用甲醛和乙酸酐为交联剂,制备了以壳聚糖为母体的壳聚糖凝胶LCM-X(LCM1,LCM2).并对其性质进行研究.国内外关于壳聚糖凝胶的研究及应用报导较少.该论文对此进行了探索.制备LCM-X既不溶于水,稀酸和碱溶液,也不溶于一般的有机溶剂,但是LCM-X是具有活性基团(NH2)的凝胶,并且具有较好的机械强度和化学性质稳定性等优良性能且不需特殊处理,即带有活性基团(NH2),以及其母体几丁质资源丰富,价格低廉,是一种很有应用前景的生物多聚物.但是由于目前尚未找到适宜的分散剂,致使LCM-X未能形成颗粒化的产品,应用受限制.这一点有待于进一步研究解决.国内外对水凝胶的方面的研究很重视,开发新的水凝胶资源是主要的任务之一,水凝胶具有优良的生物相容性,抗凝血性,吸水溶胀性和良好的光学性能.在固定化酶,细胞分离,蛋白制备,缓释药物,较接触旋的制造以及人工脏器的研究中具有重要的作用.但是目前在国内外见详细的报导有关壳聚糖水凝胶性质的研究,国内仅对水凝胶的初步性质进行了探索,结果认为水凝胶以甲醇为成胶介质凝胶的吸胀性最强,交链度与壳聚糖水凝胶的RV值成反比.关于壳聚糖凝胶的研究有待于进一步开展.壳聚糖的生物相容性良好，在生物医学及制药等方面的应用极其广泛，可用作烧伤敷料及伤口愈合剂，包扎纱布用壳聚糖处理后，伤口愈合速度可提高75％。用壳聚糖制成的可吸收性手术缝线，机械强度高，可长期贮存，能用常......>> 问题三：壳聚糖有什么功能？ 壳聚糖的生物相容性良好，在生物医学及制药等方面的应用极其广泛，可用作烧伤敷料及伤口愈合剂，包扎纱布用壳聚糖处理后，伤口愈合速度可提高75％。用壳聚糖制成的可吸收性手术缝线，机械强度高，可长期贮存，能用常规方法消毒，可染色，可掺入药剂，能被组织降解吸收，免除患者拆线的痛苦。壳聚糖能抑制胃酸和溃疡，具有降解胆固醇及三甘油脂的作用。肝素是一种带有磺酸基、羧基的极有效的抗凝血剂，硫酸酯化的壳聚糖在结构上与肝素相似，这种类肝素衍生物一般具有相当甚至超过肝素活性，为提供合成廉价的抗凝血剂提供了有效的途径。此外，壳聚糖还可用于制作人工肾透析膜和隐形眼镜。由壳聚糖制备出的微胶囊，是一种生物降解型的高分子膜材料，是优良且极具发展前途的医用缓释体系 此外，壳聚糖在食品上可用作保鲜膜。将其水溶液涂于果蔬表面，可人为在果蔬表面形成一个低氧高二氧化碳的密闭环境，抑制果蔬呼吸，同时抑菌繁殖，提高果蔬光泽度，提高果树的感官品质。 问题四：壳聚糖的功效是什么？ 给你介绍一下清大卫仕壳聚糖吧，别的咱不了解，不乱说。 产品简介: 壳聚糖能妨碍脂类的消化吸收，促进胆固醇的转化，升高高密度脂蛋白和降低低密度脂蛋白，增加外围组织胆固醇向肝脏的转移，有效降低胆固醇的浓度。胰岛素的活性与人体内的PH值有关，若PH值上升，则胰岛素的活性上升30%。壳聚糖能有效调节人体内酸碱平衡，提高胰岛素的活性；同时壳聚糖还能调节内分泌系统，使胰岛素分泌正常，从而起到降低血糖的作用。 产品说明: 清大卫仕壳聚糖胶囊具有免疫强化、抑制衰老、预防疾病、促进疾病痊愈、调节人体生理机能等多种功能。 一补：补充人体必需的生命要素 壳聚糖是继蛋白质、脂肪、糖、维生素、矿物质五大主要营养要素之后人体所必需的第六生命要素。 三调：调节免疫，调节PH值，调节内分泌 临床实验表明，壳聚糖能增强吞噬细胞、自然杀伤细胞(NK细胞)、细胞因子活化细胞(LAK细胞)的活性，促进白介素Ⅰ、Ⅱ的生成，增加血清溶血素的含量。调节人体酸碱平衡，将人体的非健康酸性体质调节成弱碱性健康状态。调节植物神经系统和内分泌系统，促进男、女性激素的分泌，从而增强机体活力，恢复青春，延缓衰老。 三排：排除有害胆固醇，排除重金属，排除体内毒素 神奇的“电粉”能吸附体内的毒素和有害的重金属离子随代谢排出体外。特别是对儿童铅中毒、水果蔬菜的农药污染，有防治作用。 三降：降血脂、降血糖、降血压 壳聚糖能妨碍脂类的消化吸收，促进胆固醇的转化，升高高密度脂蛋白和降低低密度脂蛋白，增加外围组织胆固醇向肝脏的转移，有效降低胆固醇的浓度。胰岛素的活性与人体内的PH值有关，若PH值上升，则胰岛素的活性上升30%。壳聚糖能有效调节人体内酸碱平衡，提高胰岛素的活性；同时壳聚糖还能调节内分泌系统，使胰岛素分泌正常，从而起到降低血糖的作用。 现代医学研究认为，血压升高与人体内氯离子含量升高有关。壳聚糖被分解后基本单位能与氯离子结合并排出体外，使体内氯离子水平降低，使血管紧张素Ⅱ形成减少，体内缓激肽增加，血管扩张，起到降压作用。并且壳聚糖能减轻降血压西药的副作用，加强其它的功效，起协同作用。 三抑：抑制癌细胞防止癌症的复发 抑制癌症的转移 抑制癌毒素 无癌变的正常细胞表面电荷处于动态平衡，而癌变的非正常细胞表面带有更多的负电荷，形成细胞表面电荷失平衡，使细胞之间粘附力下降，组织遭破坏。壳聚糖是带正电荷的阳离子集团，能吸附到癌变的细胞表面，并使电荷中和，从而抑制癌细胞的生长。 壳聚糖具有和血管内皮细胞表面粘附分子附着的特性，可封锁肿瘤细胞对血管内皮细胞的粘附和移动，并抑制癌组织毛细血管内皮细胞的生成，防止癌组织向周围的扩散，从而起到抑制和防止肿瘤扩展和转移的作用。 清大卫仕壳聚糖临床功效 (一)防治心脑血管疾病 壳聚糖的治疗机理为活化血管细胞，使血管恢复弹性，并修复破损的血管壁；同时还可以有效降低血液粘度，加速血液流通。调节血脂和血压 (二)抑制癌细胞的活性，防止癌细胞扩散转移 1、全面提升人体免疫力； 2、杜绝癌细胞的养分供应； 3、减少癌细胞代谢产生的酸性废弃物； 4、减少癌细胞向周围释放各种酶。 (三)调节血糖 1、壳聚糖能促进胰岛β细胞分泌胰岛素； 2、壳聚糖能调节PH值到弱碱性，提高胰岛素利用率； 3、壳聚糖能活化肝脏机能,保证糖元储备。 (四)保肝护肝 壳聚糖，可活化肝脏机能，增强醛脱氢酶的活力。对急慢性肝炎、酒精肝均有良好效果，并且能够预防肝硬化。可促使产生肝炎病毒抗体，提高疗效......>> 问题五：壳聚糖是什么? 是一种甲壳素的加工产物，是一种常用的食品添加剂 具有一些生理活性，起到一些保健作用 问题六：壳聚糖是什么，有什么功效 壳聚糖是由甲壳素经脱乙酰反应后的产物，是自然界中发现的唯一带正电荷的碱性多糖体，也是一种含有氨基的带阳离子的天然高分子动物食物纤维，具有调节人体酸碱平衡，营养、活化、修复细胞，提升人体自愈力，可以吸附并排出人体内各种病原物质。 问题七：请问壳聚糖的成份是什么？哪个牌子比较好 壳聚糖是甲壳素降解物，取自虾蟹外壳或者头足，对人体降三高和保肝护肝很有帮助，牌子呢，有好多，我服用的是蓝湾的，因为这个牌子的壳聚糖脱乙酰度高，质量也好，虽然价格不怎么低，但是效果真的很好，钱再贵也贵不过生命啊、、、、 问题八：壳聚糖有什么功效？哪个牌子好 壳聚糖是天然的高分子动物食物纤维，有很强的吸附能力，能吸附体内毒素、多余的脂肪糖分等，能够辅助调节高血脂、高血压、高血糖和痛风，壳聚糖质量标准看它的脱乙酰度，脱乙酰度越高的质量越好，福建有家企业蓝l湾科技做的壳聚糖质量不错。
一项由中外科学家互相配合的研究表明了空气污染对全球变暖的危害，强调人类活动排出造成的气溶胶颗粒物环境污染对地球上有降温功效，能够 一部分相抵空气污染物造成的全球变暖。有关研究成效发布在《科学》杂志期刊。
云的微物理学构造非常大水平上由气溶胶决策,气溶胶作为云凝结核，当气体上升和冷却时，水蒸气凝固在气溶胶颗粒物上并产生云滴。“当空气中存有很多气溶胶细颗粒物，所产生的云是由很多的小云滴构成的，云滴越小根据碰并造成云滴的时间越长。因而，被环境污染的云带有大量的缘溪、存有时间更长、覆盖面积更高，进而将大量来源于太阳光的动能反射面回外太空，造成 地球上降温效应”。该毕业论文一同通讯作者、浙大专家教授俞绍才说
在此项研究以前，因为没法将云的上升危害与决策云的特性的气溶胶的危害分离出来，造成 没法精确评定气溶胶对云的危害所造成的气候效应。研究精英团队开发设计了与此同时测算云的上升速率和云微物理学主要参数的通讯卫星反演算法，并将这种反演算法运用于地球赤道和南纬40度中间的海洋性气候矮层云高发地区。
在研究中，科学家根据新发展的云滴数浓度值和云底升高速率的逆变技术方式，获得了在云底过对比度下相匹配的云凝结核（CCN）浓度值，恰当地解决了早期应用气溶胶电子光学数据信号来研究气溶胶—云相互影响的艰难；根据应用气象条件对云开展归类，随后在每种中研究CCN对云的危害，那样比较合理地清除了气象条件对结果的影响。
研究发觉气溶胶造成 缘溪成分和云区覆盖面积显着提升，缘溪途径对东半球水域的云凝结核转变十分比较敏感。该成效揭露在给出气象要素下，根据危害缘溪途径和运输量，云凝结核的转变能够 表述深海低云辐射源逼迫的绝大多数转变。
毕业论文第一作者、非洲希伯来大学专家教授DanielRosenfeld表明，在全球变暖的大情况不会改变的状况下，假如气溶胶的确造成 比此前可能更高的冷却效应，为了更好地相抵这一部分冷却效应，那麼当今空气污染物的转暖效应也应当比此前的可能更高。除此之外，他还明确提出了一种更有可能但并未确认的概率——浓厚云和高云产生的加温效应也很有可能相抵了低云的冷却效应。
该研究能够 更精确地量化分析评定气溶胶危害云而产生的气候效应，提升 将来气侯预测分析的精确性。俞绍才说：“大家的发觉表明了空气污染很有可能相抵全球变暖的一线希望，气溶胶明显的冷却效应说明，在深海云彩中添加气溶胶的地球上工程项目方式可能是一种合理人为因素地减少全世界温度的方式。殊不知，除非是大家遭遇气侯紧急状况，如因为北极冰层融化造成 水平面忽然升高，不然不应该那样做。”
这是因为空气被污染了之后，会抑制冷空气或者是冷空气的袭来，这样的话气温也比较稳定，这样的话也不会导致全球变暖。
可能是因为污染的情况比较严重，所以会使大气圈中的整个趋势发生变化，才会导致这样的情况。
主要是因为空气受到污染的时候也就是会排放出一种特殊的污染颗粒，然后对地球有着降温的作用，所以就相当于空气污染对地球变暖有着抑制作用。
对建筑节能的几点看法 论文 随着科学技术的日新月异,能源短缺已不容忽视，节约能源已受到世界性的普遍关注,在我国亦不例外。目前，全世界有近30%的能源消耗在建筑物上，长此以往，将严重影响世界经济的可持续发展。因此，能源问题将成为本世纪的热门话题，我们必须从可持续发展的战略出发，使建筑尽可能少地消耗不可再生资源，降低对外界环境的污染，并为使用者提供健康、舒适、与自然和谐的工作及生活空间。中国建筑能耗基本情况我国的建筑能耗量约占全国总用能量的1/4，居耗能首位。近年来我国建筑业得到了快速的发展，需要大量的建造和运行使用能源，尤其是建筑的采暖和空调耗能。据统计，1994年全国仅住宅建筑能耗在基本上不供热水的情况下为×108t标准煤，占当年全社会能源消耗总量×109t标准煤的。目前每年城镇建筑仅采暖一项需要耗能×108t标准煤，占全国能源消费总量的左右，占采暖区全社会能源消费的20%以上，在一些严寒地区，城镇建筑能耗高达当地社会能源消费的50%左右[1]。与此同时，由于建筑供暖燃用大量煤炭等矿物能源，使周围的自然与生态环境不断恶化。在能源的利用过程中，化石类燃料燃烧时排放到大气的污染物中，99%的氮氧化物、99%的CO、91%的SO2、78%的CO2、60%的粉尘和43%的碳化氢是化石类燃料燃烧时产生的，其中煤燃烧产生的占大多数。燃煤产生的大气污染物中SO2占87%、氮氧化物占67%，CO2占71%，烟尘占60%[2]。由于我国是主要以煤而不是以油、气等优质能源作为主要能源消耗的国家，每年由于燃烧矿物燃料向地球大气排放的二氧化碳仅次于美国居世界第二，预计到2020年，中国将取代美国成为世界二氧化碳排放第一大国。因此，中国对于全球气候变暖承担着重大的责任，而作为耗能大户的建筑，其节能也就成为关系国计民生的重大问题。我国节能工作与发达国家相比起步较晚，能源浪费又十分严重。如我国的建筑采暖耗热量:外墙大体上为气候条件接近的发达国家的4～5倍，屋顶为～倍，外窗为～倍;门窗透气性为3～6倍;总耗能是3～4倍[4]。如果听任高耗能建筑大行其道，建筑能耗增长的速度将远远超过我国能源生产可能增长的速度，国家的能源生产势必难以长期支撑这种浪费型需求，从而不得不组织大规模的旧房节能改造，将耗费更多的人力、物力。另外，每年新建和改建的几千万栋建筑要消耗掉几十亿吨林木、砖石和矿物材料，造成森林的过度砍伐，材料资源的大量开采，带来土地的破坏，植被的退化，物种的减少和自然环境的恶化。 几种节能途径1.墙体节能墙体是建筑外围护结构的主体,其所用材料的保温性能直接影响建筑的耗热量。我国以实心粘土砖为墙体材料,保温性能不能满足设计标准。以外墙为例,JGJ26-1995标准规定,在建筑物形体系数(建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值)小于时,北京地区传热系数不超过Ｗ/(m2·Ｋ),而目前常用的内抹灰砖墙,传热系数都大于上述节能标准数值。因而在节能的前提下，应进一步推广空心砖墙及其复合墙体技术。2.门窗节能外门窗是住宅能耗散失的最薄弱部位，其能耗占住宅总能耗的比例较大，其中传热损失为1/3，冷风渗透为1/3，所以在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下，尽量减小住宅外门窗洞口的面积，提高外门窗的气密性，减少冷风渗透，提高外门窗本身的保温性能，减少外门窗本身的传热量。其节能措施有:（1）控制住宅窗墙比。住宅窗墙比是指住宅窗户洞口面积与住宅立面单元面积的比值，JGJ26-1995《民用建筑节能设计标准（采暖居住部分）》对不同朝向的住宅窗墙比做了严格的规定，指出“北向、东向和西向、南向的窗墙比分别不应超过20%、30%、35%”。（2）提高住宅外窗的气密性，减少冷空气渗透。如设置泡沫塑料密封条，使用新型的、密封性能良好的门窗材料。而门窗框与墙间的缝隙可用弹性松软型材料（如毛毡）、弹性密闭型材料（如聚乙烯泡沫材料）、密封膏以及边框设灰口等密封;框与扇的密封可用橡胶、橡塑或泡沫密封条以及高低缝、回风槽等;扇与扇之间的密封可用密封条、高低缝及缝外压条等;扇与玻璃之间的密封可用各种弹性压条等。（3）改善住宅门窗的保温性能。户门与阳台门应结合防火、防盗要求，在门的空腹内填充聚苯乙烯板或岩棉板，以增加其绝热性能;窗户最好采用钢塑复合窗和塑料窗，这样可避免金属窗产生的冷桥，可设置双玻璃或三玻璃，并积极采用中空玻璃、镀膜玻璃，有条件的住宅可采用低辐射玻璃;缩短窗扇的缝隙长度，采用大窗扇，减少小窗扇，扩大单块玻璃的面积，减少窗芯，合理地减少可开启的窗扇面积，适当增加固定玻璃及固定窗扇的面积。（4）设置“温度阻尼区”。所谓温度阻尼区就是在室内与室外之间设有一中间层次，这一中间层次象热闸一样可阻止室外冷风的直接渗透，减少外墙、外窗的热耗损。在住宅中，将北阳台的外门、窗全部用密封阳台封闭起来，外门设防风门斗，防止冷风倒灌，楼梯间设计成封闭式的，对屋顶上人孔进行封闭处理等措施均能收到良好的节能效果。3.屋面节能在不断改进建筑外墙、外窗的保温性能后，还必须进一步加强屋面保温隔热的研究。屋面节能措施的要点，其一是屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料，以免屋面重量、厚度过大;其二是屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果，如选用吸水率较高的保温材料，屋面上应设置排气孔以排除保温层内不易排出的水分。现在，高效保温材料已经开始应用于屋面，一些建筑的屋面保温，采用膨胀珍珠岩保温芯板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥珍珠岩做法，就克服了常规作法的诸多缺点。这种保温芯板施工方便、价格低廉、不污染环境;芯板为柔性制品，不仅适用于具有平面的屋面，也可用于带有曲面的屋面，其保温工程更可显示出它的优越性。其主要技术指标，表观密度为110～150kg/m3;导热系数为～·K;蓄热系数为～·K。抗压强度大于;吸水率小于;蒸汽渗透系数为×10-7g/[5]。这些指标充分体现了膨胀珍珠岩密度较小，导热系数较低，而且吸水率和蒸汽渗透系数也都很低。这是保温性能好的材料所必须具备的。2001年已经在西宁污水处理厂的数百平方米屋面工程中使用，收到了好的技术经济效果。4.利用太阳能地球拦截的太阳辐射能相当于目前全球电力消费量的1500倍。而在现有技术、经济条件下可供开发利用的太阳能，只占理论资源量的很小一部分。据美国能源部评估，1990年美国太阳能经济可开发资源量约为22Mtce/年，仅为技术可开发量的。所以，太阳能的开发利用有巨大的潜力。太阳能作为一种可再生的洁净能源，是建筑上很具有利用潜力的新能源之一。太阳能在建筑上的利用方式主要有，被动式太阳能采暖、太阳能供热水、主动式太阳能采暖与空调、以及太阳能发电等等。我国太阳能资源丰富，陆地每年接受的太阳辐射能，相当于×1012tec，2/3国土面积的太阳能总辐射量超过[6]。如果将太阳能源充分加以利用，不仅有可能节省大量常规能源，而且有可能在某些区域完全利用太阳能采暖。5.夜间通风夜间通风方法的原理是在夜间引入室外的冷空气，通过冷空气与作为蓄热材料的建筑维护结构接触换热，冷却建筑材料，达到蓄冷目的。在夏季，为了获得舒适的室内环境，则需要空调供冷系统。而此时，因为夜间的室外空气温度比白天低得多，所以夜间室外冷空气则可以作为一种很好的自然冷源加以利用。严格地说，只要室外空气温度低于室内空气温度，此时的室外冷空气就可视为可利用的自然冷源。
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我国新能源的发展历程及现状 自1973年发生的石油危机以来，西方国家为减少对世界不稳定地区石油供应的过分依赖和出于环境保护的要求，都把提高能源系统的效率、节约能源作为其能源战略的重要目标和措施。在这一过程中，信息通信技术始终作为一个重要的辅助手段被应用于节能的方方面面。为了避免污染，同时为了避免未来的能源危机，人们开始寻找更清洁、可再生的能源。国家在“十一五”期间将把新能源作为重点产业加以发展，中共中央在《十一五规划建议》中明确提出：“加快发展风能、太阳能、生物质能等可再生能源。”80年代起步阶段新能源的发展从国家的支持来讲，是从我国的“六五”计划期间，也就是上世纪80年代初期，新型可再生能源技术开始列入国家重点科技攻关计划，由中央政府拨给资金。这是在国家科委组织的能源战略研究中第一次把新能源、可再生能源作为未来国家发展的一个战略组成部分。虽然中国也把新能源作为我国的一个能源发展战略，但是由于中国当时的煤炭等整个的资源和能源相对来讲还比较丰富，再加上当时新能源的开发还处在研究开发的起步阶段，技术还不成熟，成本也比较高，无法实现大规模应用。在当时还很难对经济和社会产生重要影响，主要处在研究开发和应用示范的阶段。当时我们提出要“近有实效、远有前景”，所谓“近有实效”主要是指发展农村的小沼气、小水电，特别是生物质能。这对解决当时我国农村的好多地区，特别是缺少商品能源供应的地区起到了很大作用。当时新能源的发展规模，由于财力有限而没有发展大型项目。国家“六五”计划的第一个攻关项目，仅拨给新能源部300万人民币。由于经费有限，技术力量薄弱，所以风电主要是发展小型风力发电机，目标是解决内蒙流动的蒙古包的用电问题，围绕这个组织攻关。而当时国际上已经开发了相当大的风电设备。生物质能方面主要是开发沼气，进一步提高它的商品化程度，提高产气率。当时也开发了一些像沼气发电这样的技术，以及后来的沼气汽化技术。当时太阳能电池厂全国只有两家，分别位于开封和宁波，这两家的生产能力加在一起还不到一个兆。这是很低的生产水平，而且当时也没有什么应用，其原料就是用半导体厂的废旧单晶硅来做。热用当时与德国政府开展了国际合作，在北京大兴区建立了中国第一个新能源村，在这项中德科技合作计划里，第一个合作的项目就是建立新能源示范村，就是把德国的技术综合地拿到这个村，做了新能源的示范点，通过这个村让人们了解新能源具体能发挥什么样的作用、怎么来应用。可持续发展阶段随着我国科技的不断进步和经济实力的不断增强，进入九十年代，国家在这方面的投入力度也越来越大。这个阶段的显著标志是在1992年召开的联合国环境与发展大会上，第一次提出了可持续发展的问题，提出了环境与发展二者的关系问题是人类面临的一个重要挑战，而要解决可持续发展就要改变能源的结构，并再次提出发展清洁能源、发展可再生能源。由于第一次提出后国际上石油危机得到缓解，油价很低，所以人们就不可能再去搞高成本的可再生能源，而只停留在研究阶段。到了1992年第二次提出是从可持续发展的角度，不仅是解决当前的能源问题，还要实现人类的可持续发展，解决由能源和发展带来的环境问题。可再生能源是清洁的、没有污染的能源，因此各个国家都在加大发展力度。特别在1997年旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的《京都议定书》通过后，欧美等发达国家由于承担了减排的义务，因此，他们必须把发展可再生能源作为常规能源的替代品，这样除了在减排上就起到了明显的效果，同时这样做也在客观上推动了西方国家的再生能源技术发展。在此期间，我国通过国内研发、组织国际合作等方式积极发展可再生能源，与美国、欧洲等很多国家合作，在中国建立了再生能源试验项目，如内蒙的风能、太阳能等做了很多研究，也引进了一些国外先进技术，包括我国在与欧盟委员在浙江大陈岛成功建成的风能、太阳能、潮汐能和生物质能的综合性可再生能源示范基地。21世纪发展现状到了二十一世纪，我们面临的能源问题更加凸显，也就是能源环境问题已成为制约未来经济发展的一个重大因素。在这种情况下，国家就更加把再生能源放在一个战略地位。2006年中国通过并实施了《可再生能源法》，通过立法形式确立了可再生能源在未来中国经济发展、可持续发展和能源发展的战略地位，也确定了它发展的重点和配套的相应的政策法规。在此之后，发改委和相关政府部门也陆续制定了一些配套政策，来完善和实施这项法律。另外，在2007年国家也制定了相应的《可再生能源中长期发展规划》，规定了我国可再生能源发展的目标，即力争到2010年使可再生能源消费量占到能源消费总量的10%，2020年提高到15%。具体目标包括到2020年建成水电3亿千瓦、风电3000万千瓦、生物质发电3000万千瓦、太阳能发电180万千瓦。在节能减排及应对全球环境变化方面，我国也把发展可再生能源作为一项重点任务，比如我们的节能工程，其实质就是通过节能来实现减少化石能源的消耗。特别是党的十七大报告中提出的2020年全面小康社会目标，其中一条就是要建设生态文明。建设生态文明的一个具体内容就是显著提高可再生能源的比重，进一步大力发展可再生能源。在节能减排方面也明确了要积极利用可再生能源，所以十七大报告也在事实上再次确立了可再生能源的地位。在这些政策前提下，从党中央国务院到发改委、财政部和地方各部门都相应制定了很多政策，包括财政部建立了可再生能源发展基金，确定一些基金的管理使用办法，来鼓励企业、地方政府和各方面更多地利用可再生能源。发改委也在大的产业项目上减免税收等。因此这几年我国的新能源产业发展很快，我们现在风能的发电装机到目前已超过600万千瓦，到今年年底有可能达到一千万千瓦，提前实现“十一五”计划的目标。在太阳能方面，中国目前是世界上生产真空管太阳能热水器最多的国家，我们一年大概生产能力超过一千八百万平方米。在太阳能发电方面，我国已成为世界上最大生产光伏电池的国家。生物质能方面，我国提出“不与人争粮，不与粮争地”的方针。在这个基础上，进一步开发生物燃料。通过发展非粮作物和植物发展生物燃料，做到不占用粮田，不影响粮食安全。以上大体是我国目前可再生能源的现状：我们确定了中长期发展计划和相应的正在完善中的政策，并形成了一些科技成果，但总体来讲，创新能力还不足，许多核心技术仍没有掌握，还走在发达国家后头。另外各项具体新能源的政策体系还不健全、很多大型设备还需要进口、人才缺乏，教育还没有为再生能源的发展提供强有力的支撑。综上，我们在政策、培养人才、国际合作和组织好示范这些方面应该加强。新能源产业化离不开信息技术在信息技术的应用方面，虽然信息化技术已经在规模较大的企业中应用，但目前整体上在可再生能源产业的应用还相对滞后于其他成熟的产业。从长远来讲，可再生能源的发展离不开信息技术，如风力发电。因为现在大部分的风力发电都是无人值守自动运行的，它怎么并网与电网更好地匹配，就需要采用控制技术和网络管理技术。在太阳能光电方面，特别是进入电缆的数据采集、整理、分析都需要采用IT手段。另外，太阳能电池制造过程中也需要设计开发的系统软件。新能源产业化，离不开IT技术，离不开信息化手段。“智能电网”是目前电力企业说得比较多的词。它的意义并不限于优化电力公司的管理那么简单。事实上，它还对“清洁科技”有着重要的作用。由于各国政府对于环境的日益重视，以及能源紧缺的压力，通过“清洁科技”生产的可再生的“清洁能源”有着广阔的发展前景，如风能、太阳能、燃料电池等等。而有了各种各样的清洁能源，原来的电网要和这些能源有机地结合，就需要电网网络更加智能化，使得能源从生产、传送到最后使用的过程受到集中监控和管理。如果能通过成本核算进行更好的定价，清洁能源就能从中获益，从而更快地发展。而要进行更好的定价，就得依赖于更多的数据收集和更好的数据分析处理，这里智能技术就有了用武之地。
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1）引言：引言又称前言、序言和导言，用在论文的开头。 引言 一般要概括地写出作者意图，说明选题的目的和意义, 并指出论文写作 的范围。引言要短小精悍、紧扣主题。 〈2）论文正文：正文是论文的主体，正文应包括论点、论据、 论 证过程和结论。主体部分包括以下内容： a.提出问题-论点； b.分析问题-论据和论证； c.解决问题-论证方法与步骤； d.结论。 6、参考文献 一篇论文的参考文献是将论文在研究和写作中可参考或引证的主要 文献资料，列于论文的末尾。 中文：标题--作者--出版物信息（版地、版者、版期） 书讲的1.纳米材料 （1）洗衣机桶表面经过纳米技术处理可放菌 （2）领带表面经纳米技术处理后防水防油 （3）用纳米陶瓷粉制陶瓷有韧性，制造发动机可提高性能 2.“绿色”能源 （1）干电池轻便但只能用一次且污染环境，铅电池太重，锂电池密度小，所以它体积小、质量轻、能多次充电、对环境污染小。 （2）硅光电池可把太阳能转化成电能，可用于人造卫星。 3.记忆合金 （1）记忆合金主要成分镍和钛，记忆合金独有物理特性：当温度达到某一数值时，材料内部的晶体结构会发生变化。 （2）记忆合金可用于外科手术，还可装在热水器的出水阀门内，防止烫人
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