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工业产品造型设计，是指对产品立体和平面的几何形状设计，产品外观的设计必须按照美学的原则符合人们对美的需求，并且要依据人机工程学对产品外观进行具体设计，以符合人们使用的视觉化形象。下文是我为大家整理的关于工业产品造型设计论文的内容，欢迎大家阅读参考!

浅谈工业产品造型设计技术

摘要：首先介绍工业产品造型设计技术的内涵、意义、地位和作用，即此设计是解决人造物与人之间的关系问题。本文对此设计技术的前沿和发展趋势进行论述。最后简述此技术具有可实现综合性产品开发软件环境和周期短、造型风格多等发展特点。

关键词：造型设计技术数字化技术高感情设计 文化 力

1.概述

1.1工业产品造型设计技术的内涵

所谓工业产品造型设计技术是工业设计技术的核心，其内涵和意义随工业设计技术而发展。从技术领域的角度看，工业产品造型设计是解决人造物与人之间的关系问题，例如汽车的安全性、舒适性、美观性和工作、生存环境与空间的合理性等。

工业产品造型设计是从人造物与人的关系出发，尤其是从人的需求、市场的需求，从人的生活和工作方式与质量的角度出发，全面提高产品的设计质量。而不向工程设计那样，主要是解决人造物中“物与物”之间的关系问题(如机械、设备、交通工具的结构设计，具体地说：如汽车的汽缸与活塞、机床的刀具与工件等之间的运动关系等)。

工业产品造型设计技术是指一个构思与表达的过程。设计构思是受 市场营销 学、普通心理学、消费心理学、人机工程学、技术美学和现代科学技术等因素的约束而形成的。表达设计即传达设计思想的 方法 为表现技法：可以从简单、传统手工绘制的效果图和外观模型到复杂的计算机辅助设计效果图、电子模型和以快速成型方式完成的精确效果模型。同时此技术是典型的多方案设计技术。技术应用的成效取决于设计技术和手段的完善以及设计师的设计创新能力和文化艺术修养等。

1.2意义、地位和作用

工业设计是我国一门新兴的、综合性的应用科学，是科学与艺术浑然一体的专业技术，在促进产品升级换代，提高国际国内市场占有率，树立产品形象、企业形象和创造知名品牌等方面起着不可替代的重要作用。对于当今我国建立与国际接轨的设计技术体系，创造中国自己的知名品牌和知名企业，树立中国产品形象的地位，发展具有中国文化特色的设计造型风格，参与国际国内市场竞争，有着特别重要的意义。

将工业产品造型设计技术最先应用于大规模制造业的，是美国的一些大型公司企业：如通用电器(GE)、柯达(KODAK)、福特(FORD)、波音(BOEING)等。到上世纪90年代，在一些工业发达国家，工业产品造型设计技术和工业设计 教育 已形成体系，并为工业制造业和跨国公司竞争提供了相关的技术和人才，为此受到各国政府和私人企业的重点资助。由于工业产品造型设计是解决人造物与人之间的关系问题，从其技术内涵来看，工业产品造型设计的工业产品不仅是工程技术的载体，而且是文化艺术的载体，因此，该设计不是一个可有可无的工作，而是与人类生存休戚相关的重要设计内容。

工业产品造型设计技术既有独特性又有与 其它 技术的相关性。因此该技术的应用和发展需要不断完善与相关技术的配套和协调，从而构成有效的设计体系。

2.工业产品造型设计技术前沿分析

2.1当前需要

影响现代工业产品造型设计技术的基本因素包括：现代技术条件、现代生产条件、现代经济和市场状况、现代文化艺术风格和现代社会价值标准等。因此当前对工业产品造型设计技术的需求将取决于我国现代化的进程。

现代世界经济的主要特征是市场调节与市场竞争，工业产品造型设计则是面向人和面向市场的技术。世界各大跨国公司以其雄厚的才力物力和世界知名品牌的优势，迫使我国务必要全面提高设计品质，以在全球竞争中得以生存和发展。为此工业产品造型设计技术起着不可替代的重要作用。

2.2发展趋势

工业产品造型设计发展特别注重设计方法及设计手段的现代化，现代工业产品造型设计方法和设计技术是建立在电脑技术、人机工程、价值工程、技术美学、设计方法学和设计管理等学科基础上的。特别是计算机辅助工业设计(CAID)将成为该设计不可缺少的工具。

CAID 的基础是对现代设计技术的深入研究。科学方法特别是数理统计(如多元分析)方法将大量应用于设计分析和市场分析，如大众审美模型、舒适性模型、色彩形象尺度模型和用户模型等。

工业产品造型设计方法的技术对象将从单个产品的造型设计发展为产品的研发(Research &Development)策划技术，使产品开发始终围绕市场和人的需求，特别注重企业无形资产的开发，如品牌、形象等。

3.工业产品造型设计技术的发展特点

第一，计算机辅助工业设计是工业产品造型设计领域的前沿，这不仅意味着设计手段的改变，同时改变了工业产品造型设计的 思维方式 。特别是国际上的一些软件公司推出一批操作简便，功能强大的 CAD 软件。这些软件大都能完成三维造型、上色、赋予材料质感、三维动画、工程制图、工程分析、CAD/CAM 转换等功能等，为工业产品造型设计提供了良好的软件平台。在这些工作平台上开发的应用软件，可进行各类机械产品的设计，实现从产品概念、零部件设计、结构设计、机构设计、装配、外观造型及动画演示直到工程制造全部过程计算机化。因此，在此类软件平台上实现 CAID/CAE/CAM 三位一体的综合性产品开发软件环境是工业产品造型设计技术发展的重要特点。

第二，工业产品造型设计技术发展的另一个特点是，设计周期越来越短，造型风格多样化。因此，对“市场的快速响应”要求更详细的市场定位，更大规模的数据库和更快速的信息传递。

参考文献：

[1]陈洁，刘垂玖，杨秀梅.虚拟技术在产品造型设计中的应用研究[J].重庆科技学院学报(自然科学版)，2005，(2).

[2]张荣强.产品造型设计特征建模技术分析[J].机械设计与制造，2005，(12).

[3]王琪，刘永贤，刘彪.协同设计环境下的产品造型技术[J].制造技术与机床，2006，(9).

[4]何风梅，赵灿.快速原型制造技术在工业产品造型设计及制造中的应用[J].机械设计与制造，2006，(11).

[5]王伟.基于产品工艺性的造型设计方法分析[J].机械研究与应用，2007，(3).

[6]郭琦，赵江洪.产品造型设计中理性与感性结合的设计方法研究[J].艺术与设计(理论)，2007，(5).

浅析产品造型设计三要素

工业产品造型设计，是指对产品立体和平面的几何形状设计，产品外观的设计必须按照美学的原则符合人们对美的需求和依据人机工程学对产品外观进行具体设计以符合人们使用的视觉化形象。影响产品外观的因素很多，例如产品的加工工艺、构造、材料、形态、色彩、结构等都可以决定产品的外观，所以对产品进行外观造型设计时必须综合考虑以上要素。

产品设计是形式与功能的统一，产品是功能的载体，产品失去功能就失去了它存在的意义，也就是形式必须依据功能而存在，在现代产品设计中，产品造型设计师必须掌握巧妙的将产品的功能与形式结合才能设计出完美的产品造型。

一般而言，产品的形式也可以理解为造型，产品造型设计师的主要职责是在现代技术的基础上结合运用美学原理给用户带来最佳的问题解决方案，产品造型设计正是在综合考虑设计材料、色彩及形态前提下，结合运用现代美学、人机工程学等学科，秉着以人为本的设计理念，旨在为客户提供最佳的问题解决方案。

一、设计材料

产品造型设计首要要素是与产品造型存在很大关系的设计材料，设计材料作为产品造型的基础和根本，一个合格的产品造型设计不是单单的产品形态上的设计，同样包括造型设计能不能达到设计的目的，材料的选择能不能满足产品的功能。例如，用于高温环境中的产品与用于常温环境中的产品在设计材料选择上就应该不同。作为一个合格的产品设计师在进行产品造型设计时就应该综合考虑如何选择设计材料，材料的加工工艺，成型技术的应用，这些要素会直接影响到产品的外观，在目前科技高速发展的背景下，设计材料也日新月异，材料的特性及材料的加工方式越来越多，这就要求产品设计师要掌握各种不同材质的特性及加工方式。

同时，材料自身的质感对产品设计的造型装饰起决定性的作用，很多产品造型设计往往就是运用设计材料的自身材质特性达到实用和美观的设计目的。例如，时下流行的很多设计为不锈钢设计，不锈钢材质本身强烈的明暗对比，突显产品的豪华，使得它成为了造型设计的第一设计材料，同时，对不锈钢材料的加工制作相对而言比较简单。如对需要加工的不锈钢板可采用冲孔、弯曲、铆接、冲压、腐蚀、激光 雕刻 、切割、表面处理(氧化、喷砂、抛光、涂饰、拉丝)等手段加工工艺，就会使产品的表面形成不同的产品形象的视觉效果。

在产品造型设计过程中，设计师惯用的手法是采用材质本身的质感完成功能与美观结合，例如，材质的冷暖(不锈钢与木材的结合)、材质的软硬(皮革与金属的结合)、材质的光滑与粗糙(橡胶与玻璃的结合)等，这样的设计在我们现实生活中时常可以发现。

作为优秀的设计师必须掌握设计材料的选择原则：一、从产品的功能和性能方面出发，有的产品造型对设计材料要求比较高，有的产品造型对设计材料要求比较低，这些要求设计师从材料的寿命、物化性能、加工工艺等方面综合考虑选择合适的材料;二、从产品的视觉表现因素而定，如对产品形态要求，有的材料加工成型简单，有的材料加工不容易成型。例如，金属加工相对而言难以曲面成型，所以我们很少看到运用金属加工成多曲面的成品，而塑料作为产品造型设计的主要设计材料，它加工相对简单通过模具能出复杂的曲面，故目前看到的复杂曲面产品几乎全是塑料制品，这就是为什么塑料成为了工业造型设计的第一设计材料。

忽略产品的功能和性能，单纯从产品的视觉效果来看，同一产品可以选用不同的材质，然后通过后期的处理可以达到相同效果。这就是产品造型设计的要素二色彩的美观作用。

二、色彩

色彩在产品形象设计中起到非常重要的作用，在视觉传达中它更快速、更感性和更直接，它通过消费者的感官直接将设计师的设计信息传达给消费者，对消费者是否想占有产品起到根本的作用。

色彩在产品造型设计中主要通过使用涂料来获得，包含在产品成型加工过程中添加颜料和后期的涂装。

色彩在产品造型设计中发挥的作用主要有保护材料和对产品造型的装饰，在工业造型中，很多产品的造型采用金属和塑料，金属材料在外界环境中的作用下，很容易被氧化、侵蚀和腐蚀，塑料材料长期受到阳光的照射而老化、变脆、很容易被破坏，因此，作为造型设计的主要设计材料，金属和塑料都要通过涂料来保护，以到达延长产品使用寿命的目的。工业产品造型的美观程度除了产品造型形态外，色彩的运用对产品造型美观程度起到很大的作用，色彩在现代产品造型设计中已经成为人类情感的需求，它美化产品，美化人类心理，所以在产品造型设计过程中，要很好的利用色彩，灵活多样的色彩组合设计，使得一款产品对消费者而言有了更多的选择，从而，增加了产品的竞争力。

色彩的手法主要有刷涂、擦涂、喷涂、浸涂、淋涂、电泳涂、粉末涂等，不同的涂装方法在产品形象设计中形成和产生不同的视觉，例如：刷涂工艺，工效较低，涂装效果较差，表面色彩附着力弱，容易剥落;喷涂工艺，产品的表面色彩着色比较均匀细腻，色彩附着力弱，容易剥落;浸涂工艺使产品表面色彩光滑，但由于加工工艺的原因，涂料上色不均匀，有波纹状;淋涂工艺能使产品表面色彩质感厚重;电泳涂装工艺可以使产品的涂装色彩产生较强的附着力，获得细致、精密、光亮的表层外观;粉末涂工艺可以使产品的色彩具有与电泳涂装工艺相同的具有较强的附着力，还可以出一些其他涂装工艺达不到的效果，例如，增加产品表面的粗糙度等。

产品造型设计中的色彩选择原则：满足产品功能的需求，例如校车为了强调安全，选用黄色作为主色调，黄色鲜明，在很远处就能引起人的注意;满足人机工程学，色彩设计应使操作者心情愉快、有安全感，我们就要从人机出发，考虑使用者在使用过程中的心情，如色彩搭配不当，很容易造成较差的效果。

例如，医疗设备，很多场合是要为病人提供相对平静的心态所以很多医疗器械是白色或蓝色，如果采用红色会造成病人心情紧张反而不利于治疗;满足产品使用环境的要求，产品是在一定的环境中使用的，从产品系统设计角度出发，我们的设计就必须与环境相协调，但不是一味的不考虑产品的实际使用环境，单独对产品进行设计，毕竟产品要被使用才能实现设计的价值;

色彩的选择要符合美学的原则，设计过程中要讲色彩的对比与协调、稳定与均衡、节奏与韵律等原则有效的运用;符合大众时代的审美要求，一个产品从很多方面反映产品设计时代的信息，我们可以从众多方面了解产品的时代审美观念，作为产品造型设计师要紧跟时代特征，将时代信息融入到设计过程中，包含于产品造型中，把色彩作为产品造型反映时代信息的主要因素，时代变化导致人们对色彩的审美标准也随之变化，没有绝对的时代色，只有变化的时代主色;色彩的选择要与色彩工艺加工成本相联系，现代的产品造型设计一般只有一到二种色彩(不考虑 儿童 产品的造型设计)，主要原因与工艺和成本有关，例如，注塑成型的产品，一个色彩就需要一套模具，一套模具的成本就很高，所以从制造商角度出发，节约制作成本也就是尽可能使用一种或者两种色彩来完成产品，这是受制约于加工工艺的原因。

通过采用以上这些原则使得产品色彩的搭配能满足大众的心理需求，符合绝大部分消费者的喜爱，降低产品设计研发的成本，从而有效的提高产品竞争力。

三、形态

产品造型设计的核心是产品的形态美设计，它是在设计师系统地对市场调研材料分析的前提下，对产品造型设计精确定位的基础上开展的设计，虽然对设计而言，设计手段多种多样，但它遵循美学特点和规律，例如：

稳定性，产品设计的一个重要原则就是稳定性，一个产品如果从视觉上存在头重脚轻的感觉，给顾客的第一反应自然是产品不可靠，通常在进行产品设计时，我们通常通过加大、加宽、加重底盘的方式来降低产品的物理中心和视觉中心，从而让产品更稳定、更可靠;

独创性，旨在强调在进行产品造型设计时不是一味的去模仿复制，而是在科学、合理的基础上使得产品给人独特新颖的感觉，它通常在形态、材料、结构等方面反应;秩序性，在统一中寻找变化，在变化中追求统一，在开展工业造型设计从产品形态变化的要素中找到统一，它强调是一种整体美，我们常见的有组合化设计;

体量感，产品造型设计的出发点是人机工程学，它强调产品必须符合使用者的要求，让使用者使用更方便，更舒适，很多产品的设计受到体量感的限制，譬如，一个手握式的操作方式的产品操作部位就不超过手的活动范围，一旦超过范围使用者就不能舒适的使用;动感性，产品形态的设计往往被设计师赋予很强的动感，目前很多产品采用流线型设计，小到鼠标大到飞机，流线型设计越来越广泛很大一部分原因是出于动感，这里不排除其他要素，例如，飞机的流线型出于空气动力的需求。

产品造型形态设计可采用基本的造型规律：分割、聚集(组合)，分割是以基本几何体为母体，对立体表面的分割产生新的形态，而聚集(组合)是通过将各种基本体进行集聚以产生新的几何状物体，它可以使用相同或相似的基本体，也可以使用完全不同的基本体进行集聚。

结语

工业产品造型设计不再是简单的脱离实际的纯艺术、纯美术，它是运用与工业生产对产品的设计和加工提供一个可行、可靠的技术方案，也就是“能设计出就能生产出”，毕竟产品造型设计源于生产，高于生产，如果产品造型脱离以上要素，它将不再是纯粹意义上的工业造型设计，而是纯美术，对实际的工业生产和加工不提供有效的信息，也就失去了它存在的意义。

参考文献：

[1]桂元龙,徐向荣.工业设计材料与加工工艺[M].北京理工大学出版社,2007.

[2]刘国余,沈杰.产品基础形态设计[M].中国轻工业出版社,2000.

[3]李瑞姣.产品外观设计三要素[J].时代内刊,2010(2).

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在材料学科上，要求学生掌握坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识，了解材料科学的发展前沿。下文是我为大家搜集整理的有关材料学的论文范文的内容，欢迎大家阅读参考!

论高电化学性能聚苯胺纳米纤维/石墨烯复合材料的合成

石墨烯是一种二维单原子层碳原子SP2杂化形成的新型碳材料，因其非凡的导电性和导热性、极好的机械强度、较大的比表面积等特性，引起了国内外研究者极大的关注.石墨烯已经被探索应用在电子和能源储存器件、传感器、透明导电电极、超分子组装以及纳米复合物[8]等领域中.而rGO因易聚集或堆叠而导致电容量较低(101 F/g)[9]，这限制了其在超级电容器电极材料领域的应用.

另一方面，PANI作为典型的导电高分子之一，由于合成容易，环境稳定性好和导电性能可调等特性备受关注.具有纳米结构的导电材料，由于纳米效应不但能提高材料固有性能，并开创新的应用领域.PANI纳米结构的合成取得了许多的成果.PANI作为超级电容器电极材料因具有高的赝电容，其电容量甚至可高达3 407 F/g[10];然而，当经过多次充放电时PANI链因多次膨胀和收缩而降解导致其电容损失较大.碳材料具有高的导电性能和稳定的电化学性能，为了提高碳材料的电化学电容和PANI电化学性能的稳定性，人们把纳米结构的PANI与碳材料复合以期获得电容较高且稳定的超级电容器电极材料[11].

作为新型碳材料的石墨烯和PANI的复合引起了极大的关注[12].但是用Hummers法合成的GO直接与PANI复合构建PANI/GO复合电极因导电率低而必须还原GO，化学还原剂的加入虽然还原了部分GO而提高了导电性能，但也在一定程度上钝化了PANI [13]，另外排除还原剂又对环境造成一定程度的污染.因而开拓一条简单且环境友好的制备PANI/rGO复合材料作为超级电容器的电极路线仍然是一个难题.

基于以上分析，首先使PANI和GO相互分散和组装，借助水热反应这一绿色环境友好的还原方法制备PANI/rGO复合材料，以期获得高性能的超级电容器电极材料.

1实验部分

1.1原材料

苯胺(AR， 国药集团)，经减压蒸馏后使用;氧化石墨烯(自制);过硫酸铵(APS， AR， 湖南汇虹试剂);草酸(OX， AR， 天津市永大化学试剂);十六烷基三甲基溴化铵(CTAB， AR， 天津市光复精细化工研究所).

1.2PANIF的制备

PANIF的制备按我们先前提出的方法 [14]，制备过程如下：把250 mL去离子水加入三口烧瓶后，依次加入1.82 g CTAB，0.63 g 草酸以及0.9 mL苯胺，在12 ℃水浴上搅拌8 h;随后，往上述溶液中一次性加入20 mL含苯胺等量的过硫酸铵水溶液，同样条件下使反应保持7 h.所制备的样品用大量去离子水洗涤至滤液为中性，随后30 ℃真空干燥24 h. 1.3GO的制备

采用Hummers法制备GO，具体过程如下：向干燥的2 000 mL三口烧瓶(冰水浴)中加入10 g天然鳞片石墨(325目)，加入5 g硝酸钠固体，搅拌下加入220 mL浓硫酸，10 min后边搅拌边加入30 g高锰酸钾，在冰水浴下搅拌120 min，再将三口烧瓶移至35 ℃水浴中搅拌180 min，然后向瓶中滴加460 mL去离子水，同时将水浴温度升至95 ℃，保持95 ℃搅拌60 min，再向瓶中快速滴加720 mL去离子水，10 min后加入80 mL双氧水，过10 min后趁热抽滤.将抽干的滤饼转移到烧杯中，加大约800 mL热水及200 mL浓盐酸，趁热抽滤，随后用大量去离子水洗涤直至中性.所得产品边搅拌边超声12 h后5 000 r/min下离心10 min，得氧化石墨烯溶液.

1.4PANIF/rGO复合材料制备

按照一定比例将含一定量的PANIF液与一定量的6.8 mg/mL 的GO溶液混合，使混合液总体积为30 mL， GO在混合液中的最终浓度为0.5 mg/ mL，磁力搅拌10 min后，将混合液转移到含50 mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行水热反应，在180 ℃保温3 h;待反应釜自然冷却至室温后取出，用去离子水洗涤产物直至洗液无色后，于60 ℃真空干燥24 h，待用.按照上述步骤制备的PANIF与GO的质量比分别为5，10以及15，相应命名为PAGO5，PAGO10和PAGO15，对应的PANIF质量为75 mg，150 mg和225 mg.

1.5仪器与表征

用日本日立公司S4800场发射扫描电镜(SEM)分析样品的形貌;样品经与KBr混合压片后，用Nicolet 5700傅立叶红外光谱仪进行红外分析;用德国Siemens公司Xray衍射仪进行XRD分析;电化学性能测试使用上海辰华CHI660c电化学工作站.

电极制备和电化学性能测试：将活性物质(PANIF或PANIF/rGO)、乙炔黑以及PTFE按照质量比85∶10∶5混合形成乳液，将其均匀地涂在不锈钢集流体上，在10 MPa压力下压片，之后烘干得工作电极.在电化学性能测试过程中，使用饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，铂片(Pt)作为对电极，在三电极测试体系中使用1 M H2SO4作为电解液进行电化学测试，电势窗为-0.2～0.8V.

比电容计算依据充放电曲线，按式(1)[15]计算：

Cs=iΔtΔVm.(1)

式中：i代表电流，A;Δt代表放电时间，s;ΔV代表电势窗，V;m代表活性物质质量，g.

2结果与讨论

2.1形貌表征

图1为PANIF和PAGO10形貌的SEM图.低倍的SEM(图1(a))显示所制备PANIF为大面积的纳米纤维网络;高倍的图1(b)清晰地显现该3D纳米纤维网络结构含许多交联点.PANIF和PAGO10混合液经过水热反应后，从低倍的SEM(图1(c))可以看出，PAGO10复合物具有交联孔状结构;提高观察倍数(图1(d)和图1(e))后可以发现样品中rGO 与PANIF共存;而高倍的图1(d)清晰地显示出了rGO与PANIF紧密结合，且合成的褶皱rGO因层数较少而能观察到其遮盖的PANIF.从图1可知：成功合成了大面积的PANIF以及互相均匀分散的PANIF/rGO复合材料.

2.2FTIR分析

图2为PANIF，GO以及PAGO10 3种样品的FTIR图.图2中a曲线在1 581 cm-1，1 500 cm-1，1 305 cm-1，1 144 cm-1，829 cm-1等波数处展现的尖锐峰为PANI的特征峰，它们分别对应醌式结构中C=C双键伸缩振动、苯环中C=C双键伸缩振动、C-N伸缩振动峰、共轭芳环C=N伸缩振动、对位二取代苯的C-H面外弯曲振动.图2中b曲线为GO的红外谱图，在3 390 cm-1， 1 700 cm-1的峰分别对应-COOH中的O-H，C=O键振动，1 550～1 050 cm-1范围内的吸收峰代表COH/ COC中的C-O振动[16]，可以看出，GO中存在大量的含氧官能团.图2中c曲线为PAGO10复合物红外吸收谱图，与GO，PANIF谱图比较， 可以发现PAGO10中的GO特征峰不太明显而PANI的特征峰全部出现，这个结果归结于GO含量少以及GO经水热反应后形成了rGO，另外也表明水热反应对PANI品质无大的影响.

2.4电化学性能分析

图4为样品的CV曲线，其中图4(a)为不同样品在1 mV/s扫描速率下的CV图，可以看出，4个样品均出现明显的氧化还原峰，这归因于PANI掺杂/脱掺杂转变，表明PANIF以及复合物显示出优良的法拉第赝电容特性.图4(b)为PAGO10在不同扫描速率下的CV曲线，由图可知PAGO10电极的比电容随着扫描速率减小而稳步增加，在扫描速率为1 mV/s时，PAGO10电极的比电容为521.2 F/g.

图5为PANI，PAGO5，PAGO10和PAGO15的充放电曲线以及交流阻抗图.图5(a)为电流密度为1 A/g时样品的放电曲线图，由图可知：4种样品均有明显的氧化还原平台，这与前述CV分析中的结果相吻合.根据充放电曲线，借助式(1)，计算了4种样品在不同电流密度下的比电容，结果如图5(b)所示，很明显，相同电流密度下PAGO10比电容最大，当电流密度为1 A/g时，其比电容为517 F/g，这个结果表明PAGO10的电化学性能明显优于PANI/石墨烯微球和3D PANI/石墨烯有序纳米材料(电流密度为0.5 A/g时，比电容分别为 261和495 F/g)[18-19]， 而PANIF比电容最小，仅为378 F/g;且在10 A/g电流密度下PAGO10的比电容仍保持在356 F/g 左右，这表明PAGO10电极具有优异的倍率性能.该复合材料比电容以及倍率性能得到极大提高源于rGO与PANIF两组分间的协同效应.在充放电过程中连接在PANIF间的rGO为电子转移提供了高导电路径;同时，紧密连接在rGO上的PANIF有效阻止水热还原过程中石墨烯的团聚，增加了电极/电解质接触面积，从而提高了PANIF的利用率而使得容量增加. 为了更清晰地了解所制备材料的电子转移特点以及离子扩散路径，对样品进行了交流阻抗测试，图5(c)为4个样品的Nyquist图.从图5(c)可知：在高频区、低频区均分别具有阻抗弧半圆、频响直线.在高频区，电荷转移电阻Rct大小顺序为RPAGO5

值说明rGO的加入提高了电极材料的导电性.在低频区，直线形状反映了样品电化学过程均受扩散控制，并且PAGO5所展现的直线斜率最大，说明其电容行为最接近理想电容，即频响特性最好，这也是源于rGO的加入提高了材料导电性以及复合物的独特微观结构.

氧化还原反应的发生，导致PANIF具有十分高的赝电容，但由于在大电流充放电过程中高分子链重复膨胀和收缩，导致其循环稳定性差而限制了其实际应用.为此，对ANIF和PAGO10进行循环稳定性分析.图6显示，PAGO10在5 A/g电流密度下经过1 000次充放电后，电容保持率为77%，而不含rGO的PANIF电极在2 A/g电流密度下充放电1 000次电容保持率仅为54.3%，这个结果表明PANIF循环稳定性较差;另外，rGO的加入形成的PANIF/rGO紧密的连接，降低了PANI链在充放电过程中的膨胀与收缩，使得链段不容易脱落或者断裂，从而PAGO10具有出色的循环稳定性.

3结论

采用自组装的方法，经水热反应，制备了PANIF/rGO复合电极材料.研究发现，rGO与PANIF紧密连接;而且，当PANIF与GO质量比为10∶1时，复合材料展现了最佳的电化学性能，当电流密度为1和10 A/g时，其比电容分别为517， 356 F/g.从上可知：合成的PAGO10具有高的比电容、较好的倍率性能和稳定性能，从而有望作为超级电容器电极材料在实践中应用.

浅谈水泥窑用新型环保耐火材料的研制及应用

1 概述

随着新型干法水泥生产技术在我国的迅速普及，我国水泥工业得到飞速发展，2012年，水泥总产量达21.8亿吨，占世界总产量55%左右。在20世纪六、七十年代，镁铬质耐火材料因具有良好的挂窑皮和抗水泥熟料的化学侵蚀性能，而被广泛应用于新型干法水泥窑的烧成带[1]，并取得了良好的使用效果，但由于镁铬砖在使用过程中砖内的Cr2O3组分与窑气、窑料中的碱、硫等相结合，形成有毒的Cr6+化合物[2]。再加上原燃料中所带入的硫，碱与硫共存时形成另一种水溶性Cr6+有毒性致癌物质：R2(Cr，S)O4。水泥窑在正常运转中，其窑衬中镁铬砖内的一部分Cr6+化合物随着窑气和粉尘外逸，飘落在厂区及周边环境中，造成厂区大气的污染; 另一部分则残留在拆下的废砖中，废弃的残砖一遇到水就会造成地下水的污染;更直接的危害是在水泥窑折砖和检修作业时，窑气和碎砖粉尘中的Cr+6会给现场人员造成毒害，据有关专家论证，Cr6+腐蚀皮肤，使人易患上大骨病，进而致癌。因此，镁铬质耐火材料作为水泥窑内衬会对环境和人类造成长期污染和公害。

发达工业国家在水源、环境和卫生方面有着一系列配套的规范，其中德国对水泥厂预防“铬公害”的规定最普遍，执行也是最严格的，具体内容如表1所示：

我国于1988年4月颁布国家标准GB3838-88，对地面水中Cr6+含量进行明确规定，如表2所示：

这就使得水泥企业在使用镁铬砖做水泥窑内衬投入的环保费用加大，特别是用过镁铬残砖处理费用非常昂贵，因此，水泥窑用耐火材料无铬化是必然的发展趋势。

2 水泥窑烧成带新型环保耐火材料的研制

2.1 研制思路

目前，用于水泥回转窑烧成带的无铬环保耐火材料主要有镁白云石砖和镁铝尖晶石砖。镁白云石砖对水泥熟料具有良好的化学相容性和优良的挂窑皮性，但是抗热震性差，抗水化性差;镁铝尖晶石砖具有良好的抗热震性和抗侵蚀性，但是挂窑皮性差[3，4]。镁砖中引入铁铝尖晶石制成的第二代新型环保耐火材料―新型环保耐火材料，结构韧性好，抗碱盐及水泥熟料侵蚀能力强，具有良好的挂窑皮性能，在烧成带能有效延长使用寿命，是目前适合我国国情的新一代水泥窑烧成带用无铬耐火材料。但该产品的关键是铁铝尖晶石原料的合成、加入量、加入方式及有关工艺条件对制品性能的影响。

2.2 试验与研究

2.2.1 铁铝尖晶石的合成。铁铝尖晶石是一种自然界少有的矿物，化学分子式为FeAl2O4，其中含58.66%A12O3和41.34%FeO。铁铝尖晶石为立方体结构，二价阳离子占据四面体位置，三价阳离子填充在由氧离子构成的面心立方中。其理论密度为4.39g/cm3，莫氏硬度为7.5。要形成铁铝尖晶石，必须保证氧化亚铁(FeO或FeOn)是处于其稳定存在的条件下。只有在FeO能稳定存在的区域内，才能保证与Al2O3形成的化合物是FeO? Al2O3尖晶石，而在FeO稳定存在的区域以外的条件下，铁的氧化物与Al2O3作用得到的产物很难说是FeO?Al2O3尖晶石，而可能是含有大量或主要是Fe2O3-Al2O3的固溶体[5]。FeOn- Al2O3的系相图如图1所示：

为了得到高质量的合成铁铝尖晶石，我们特聘请了欧洲知名耐材专家进行专业技术指导，经过大量试验，掌握了烧结合成铁铝尖晶石的关键技术，为生产达到国际水平的新型环保耐火材料打下了良好的基础。在生产中把FeO与Al2O3按一定比例混合均匀后压制成荒坯，在保证“FeO”稳定存在的气氛下，经高温烧成，制得FeO? Al2O3尖晶石含量为97%以上的烧结铁铝尖晶石。产品衍射如图2所示：

2.2.2 原料与制品的性能 ①原料的选择。根据我们的生产经验，结合水泥窑烧成带对耐火材料的要求，我们选用优质镁砂、合成尖晶石为原料，并加入特殊添加剂来强化制品的性能，研制生产出第二代无铬镁尖晶石砖―新型环保耐火材料。所用原料理化指标如表3所示。②制品的性能。将原料破碎成所需的粒度，采用四级配料，经强力混碾、高压成型、高温烧成。产品的显微结构见图3，产品理化指标与国外同类产品对比情况如表4所示。

2.2.3 铁铝尖晶石对制品性能的影响 ①铁铝尖晶石加入量对制品耐压强度的影响。从图4可以看出：随着铁铝尖晶石增加制品的耐压强度呈现出先升后降的趋势，这是由于铁铝尖晶石与镁砂互溶的结果，铁铝尖晶石的加入量在10%时，制品的强度达到最大值。②铁铝尖晶石加入形式对制品抗热震性能的影响。从实验结果表5可以看出：以颗粒形式加入铁铝尖晶石制品的抗热震性比以细粉形式加入铁铝尖晶石制品相对较好。

2.3 产品的性能

2.3.1 结构韧性好、热震稳定性优良。新型环保耐火材料在烧成及使用过程中Fe2+离子扩散进入周边的氧化镁基质中，同时部分Mg2+离子扩散进入铁铝尖晶石颗粒，与铁铝尖晶石分解残留的氧化铝反应生成镁铝尖晶石，这一活化效应使制品在烧成或使用过程中，内部形成大量的微裂纹，重要的是铁铝尖晶石的分解过程、Fe2+离子和Mg2+离子的相互扩散在高温下持续进行，使得MgO-FeAl2O4耐

火材料在整个高温使用过程中，可以形成大量的微裂纹，这些微裂纹的存在有利于缓冲热应力、提高制品的结构柔韧性和热震稳定性。

2.3.2 强度高。从制品显微结构可以看出：制品内部铁铝尖晶石与高纯镁砂互溶，结构非常均匀致密，晶粒发育良好，颗粒与基质间通过晶间尖晶石相连接，结合良好，明显的提高了砖的密度和高温强度。

2.3.3 具有良好的粘挂窑皮性能。在使用过程中，制品中的Fe2O3与Al2O3都易与水泥熟料中的CaO反应生成C2F、C4AF等低熔点矿物，该矿物具有一定的粘度，可牢固粘附在新型环保耐火材料的热面，形成稳定的窑皮。我们把新型环保耐火材料和直接结合镁铬砖分别制成40mm×40mm×60mm样块，用90%水泥生料+5%煤粉+5%K2SO4，压制成Φ30×10mm圆饼，把圆饼放在两个样块中间，放入电炉内加热，温度升到1500℃，保温3小时，冷却后测其抗折强度，二者基本相同。由此可见，新型环保耐火材料粘挂窑皮性能优良。

2.4 产品的应用

新型环保耐火材料自2012年研制成功投放市场以来，通过河北鹿泉曲寨水泥公司、宁夏瀛海天琛水泥公司、内蒙古哈达图水泥公司、陕西尧柏水泥集团、北方水泥集团、河南锦荣水泥公司、新疆天基水泥公司、安阳湖波水泥公司等二十多家大型水泥企业2500t/d、5000t/d、6500t/d水泥窑烧成带应用，寿命周期均达到12个月以上，受到用户认可。

3 结论