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化學(xué)材料科學(xué)與工程范文第1篇

【關(guān)鍵詞】化工原理實驗 實驗教學(xué) 教學(xué)改革

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）04-0170-02

一、材料科學(xué)與工程專業(yè)化工原理實驗教學(xué)目的與要求

1.化工原理實驗教學(xué)目的

該實驗課程主要講述化工原理中單元操作所涉及的各種設(shè)備，以鞏固學(xué)生加深對化工實際生產(chǎn)的理解，由實驗數(shù)據(jù)和實驗現(xiàn)象得出結(jié)論并提出自己的見解，增強(qiáng)創(chuàng)新意識，同時，對學(xué)生的科學(xué)研究能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也起著十分重要的作用[1-5]。

2.化工原理實驗教學(xué)要求

通過實際操作使學(xué)生驗證有關(guān)化工單元操作的理論，熟悉實驗裝置的結(jié)構(gòu)、性能、工藝流程，掌握化工單元操作方法，培養(yǎng)學(xué)生從事實驗研究的能力，其中包括：分析和觀察實驗現(xiàn)象的能力、正確選擇和使用測量儀表的能力、利用實驗的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以獲得實驗結(jié)果的能力、運(yùn)用文字表達(dá)技術(shù)報告的能力[4-5]。

二、化工原理實驗中存在的不足

1.人數(shù)較多，儀器裝置較少，學(xué)生動手能力受到限制，由于連年的擴(kuò)招，每個班的學(xué)生人數(shù)基本都是35人以上，而實驗儀器的臺套數(shù)并沒有增加， 7-8個學(xué)生用一臺裝置的現(xiàn)象非常普遍，個別學(xué)生根本沒有機(jī)會動手操作儀器。

2.學(xué)生被動的做實驗，完全按照實驗書上的照搬照抄，“照單抓藥”式的教學(xué)，學(xué)生花大量的時間寫預(yù)習(xí)報告，來到實驗室也不知道到底為什么做實驗，怎么做實驗。

3.學(xué)生工程實踐性意識淡薄，不知道化工原理實驗的重要性，只是為了學(xué)分被動的做實驗，達(dá)不到理論聯(lián)系實踐的作用。

三、化工原理實驗的教學(xué)改革與思考

1.化工原理實驗教學(xué)模式的改革與思考

針對“僧多粥少”的問題的教學(xué)模式，材料科學(xué)與工程專業(yè)化工原理實驗充分打破以往“大水漫灌”、“放羊”式的教學(xué)模式，分小班、小組教學(xué)，每一個小組為3-4人，每一位同學(xué)在實驗中都有不同的分工， 比如過濾實驗（恒壓過濾），一個學(xué)生要負(fù)責(zé)壓力閥、料漿閥、料液閥的暢通，一個學(xué)生負(fù)責(zé)記時，一個學(xué)生要看濾液量和記錄，大家還要共同清洗濾布，傾倒濾渣，每組學(xué)生只有默契合作，才能將實驗做完，這樣就充分調(diào)動了學(xué)生的積極性、參與性和團(tuán)隊合作意識，老師再根據(jù)實驗操作和小組合作進(jìn)行現(xiàn)場打分，教學(xué)效果明顯提高。

2.化工原理實驗教學(xué)方式的改革和思考

每次課授課之前，給學(xué)時留20-30min的時間熟悉實驗裝置的結(jié)構(gòu)、性能、工藝流程，掌握化工單元操作方法，正式講課時，以分組提問的方式讓學(xué)生自己講解工藝流程和操作步驟，以引導(dǎo)的方式把理論課本上講解的內(nèi)容和實際操作中遇到的問題相結(jié)合，比如傳熱實驗（強(qiáng)化管傳熱），改變原來只做實驗、測數(shù)據(jù)的單一教學(xué)手段，通過強(qiáng)化管的強(qiáng)化方法，引申到化工中常見的傳熱設(shè)備的改進(jìn)方法，討論如何從材料的角度降低成本，從傳熱的角度提高傳熱速率等，學(xué)生積極參與發(fā)言，各抒己見，當(dāng)實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象和理論不符時，引導(dǎo)學(xué)生從實驗的源頭到實驗過程中分析誤差，充分解決“照單抓藥”式的教學(xué)模式。

3.化工原理實驗教學(xué)內(nèi)容的改革與思考

充分聯(lián)系課本理論知識，讓學(xué)生感覺化工原理實驗非常實用。比如傳熱實驗，告訴學(xué)生熱電偶溫度計的測溫原理，溫度計冷端溫度補(bǔ)償?shù)暮x，用電腦記錄數(shù)據(jù)的方法，通過數(shù)據(jù)處理，雙對數(shù)作圖、線性回歸等方法，了解計算機(jī)技術(shù)在化工原理實驗中的重要性，實驗結(jié)束后，學(xué)生要對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，還要總結(jié)和分析，分析實驗數(shù)據(jù)誤差產(chǎn)生的原因等，根據(jù)實驗報告上的數(shù)據(jù)處理為依據(jù)，數(shù)據(jù)處理主要以電腦處理為主，可以鍛煉學(xué)生應(yīng)用Word、Excel、Origin等辦公軟件的能力。

以上教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革充分調(diào)動了學(xué)生的實驗積極性，增強(qiáng)了工程觀念，充分做到了理論聯(lián)系實際。

參考文獻(xiàn)：

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化學(xué)材料科學(xué)與工程范文第2篇

論文摘要：將量子化學(xué)原理及方法引入材料科學(xué)、能源以及生物大分子體系研究領(lǐng)域中無疑將從更高的理論起點來認(rèn)識微觀尺度上的各種參數(shù)、性能和規(guī)律，這將對材料科學(xué)、能源以及生物大分子體系的發(fā)展有著重要的意義。

量子化學(xué)是將量子力學(xué)的原理應(yīng)用到化學(xué)中而產(chǎn)生的一門學(xué)科，經(jīng)過化學(xué)家們的努力，量子化學(xué)理論和計算方法在近幾十年來取得了很大的發(fā)展，在定性和定量地闡明許多分子、原子和電子尺度級問題上已經(jīng)受到足夠的重視。目前，量子化學(xué)已被廣泛應(yīng)用于化學(xué)的各個分支以及生物、醫(yī)藥、材料、環(huán)境、能源、軍事等領(lǐng)域，取得了豐富的理論成果，并對實際工作起到了很好的指導(dǎo)作用。本文僅對量子化學(xué)原理及方法在材料、能源和生物大分子體系研究領(lǐng)域做一簡要介紹。

一、在材料科學(xué)中的應(yīng)用

（一）在建筑材料方面的應(yīng)用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計算量子化學(xué)開始廣泛地應(yīng)用于許多水泥熟料礦物和水化產(chǎn)物體系的研究中，解決了很多實際問題。

鈣礬石相是許多水泥品種的主要水化產(chǎn)物相之一，它對水泥石的強(qiáng)度起著關(guān)鍵作用。程新等[1,2]在假設(shè)材料的力學(xué)強(qiáng)度決定于化學(xué)鍵強(qiáng)度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學(xué)強(qiáng)度的大小差異。計算發(fā)現(xiàn)，含Ca鈣礬石、含Ba鈣礬石和含Sr鈣礬石的Al-O鍵級基本一致，而含Sr鈣礬石、含Ba鈣礬石中的Sr，Ba原子鍵級與Sr-O，Ba-O共價鍵級都分別大于含Ca鈣礬石中的Ca原子鍵級和Ca-O共價鍵級，由此認(rèn)為，含Sr、Ba硫鋁酸鹽的膠凝強(qiáng)度高于硫鋁酸鈣的膠凝強(qiáng)度[3]。

將量子化學(xué)理論與方法引入水泥化學(xué)領(lǐng)域，是一門前景廣闊的研究課題，它將有助于人們直接將分子的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能聯(lián)系起來，也為水泥材料的設(shè)計提供了一條新的途徑[3]。

（二）在金屬及合金材料方面的應(yīng)用

過渡金屬(Fe、Co、Ni)中氫雜質(zhì)的超精細(xì)場和電子結(jié)構(gòu)，通過量子化學(xué)計算表明，含有雜質(zhì)石原子的磁矩要降低，這與實驗結(jié)果非常一致。閔新民等[4]通過量子化學(xué)方法研究了鑭系三氟化物。結(jié)果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結(jié)合能計算值與實驗值定性趨勢一致。此方法還廣泛用于金屬氧化物固體的電子結(jié)構(gòu)及光譜的計算[5]。再比如說，NbO2是一個在810℃具有相變的物質(zhì)(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結(jié)構(gòu)和光譜也是通過量子化學(xué)方法進(jìn)行的計算和討論，并通過計算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質(zhì)方面存在的差異[6]。

量子化學(xué)方法因其精確度高，計算機(jī)時少而廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)中，并取得了許多有意義的結(jié)果。隨著量子化學(xué)方法的不斷完善，同時由于電子計算機(jī)的飛速發(fā)展和普及，量子化學(xué)在材料科學(xué)中的應(yīng)用范圍將不斷得到拓展，將為材料科學(xué)的發(fā)展提供一條非常有意義的途徑[5]。

二、在能源研究中的應(yīng)用

（一）在煤裂解的反應(yīng)機(jī)理和動力學(xué)性質(zhì)方面的應(yīng)用

煤是重要的能源之一。近年來隨著量子化學(xué)理論的發(fā)展和量子化學(xué)計算方法以及計算技術(shù)的進(jìn)步，量子化學(xué)方法對于深入探索煤的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性之間的關(guān)系成為可能。

量子化學(xué)計算在研究煤的模型分子裂解反應(yīng)機(jī)理和預(yù)測反應(yīng)方向方面有許多成功的例子,如低級芳香烴作為碳/碳復(fù)合材料碳前驅(qū)體熱解機(jī)理方面的研究已經(jīng)取得了比較明確的研究結(jié)果。由化學(xué)知識對所研究的低級芳香烴設(shè)想可能的自由基裂解路徑，由Guassian98程序中的半經(jīng)驗方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的從頭計算方法和考慮了電子相關(guān)效應(yīng)的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法對設(shè)計路徑的熱力學(xué)和動力學(xué)進(jìn)行了計算。由理論計算方法所得到的主反應(yīng)路徑、熱力學(xué)變量和表觀活化能等結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)對比有較好的一致性，對煤熱解的量子化學(xué)基礎(chǔ)的研究有重要意義[7]。

（二）在鋰離子電池研究中的應(yīng)用

鋰離子二次電池因為具有電容量大、工作電壓高、循環(huán)壽命長、安全可靠、無記憶效應(yīng)、重量輕等優(yōu)點，被人們稱之為“最有前途的化學(xué)電源”，被廣泛應(yīng)用于便攜式電器等小型設(shè)備，并已開始向電動汽車、軍用潛水艇、飛機(jī)、航空等領(lǐng)域發(fā)展。

鋰離子電池又稱搖椅型電池，電池的工作過程實際上是Li+離子在正負(fù)兩電極之間來回嵌入和脫嵌的過程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機(jī)理對進(jìn)一步改善鋰離子電池的性能至關(guān)重要。Ago等[8]用半經(jīng)驗分子軌道法以C32H14作為模型碳結(jié)構(gòu)研究了鋰原子在碳層間的插入反應(yīng)。認(rèn)為鋰最有可能摻雜在碳環(huán)中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子軌道法對摻鋰的芳香族碳化合物的研究表明，隨著鋰含量的增加，鋰的離子性減少，預(yù)示在較高的摻鋰狀態(tài)下有可能存在一種Li-C和具有共價性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子軌道計算法，對低結(jié)晶度的炭素材料的摻鋰反應(yīng)進(jìn)行了研究，研究表明，鋰優(yōu)先插入到石墨層間反應(yīng)，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。

隨著人們對材料晶體結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步認(rèn)識和計算機(jī)水平的更高發(fā)展，相信量子化學(xué)原理在鋰離子電池中的應(yīng)用領(lǐng)域會更廣泛、更深入、更具指導(dǎo)性。

三、在生物大分子體系研究中的應(yīng)用

生物大分子體系的量子化學(xué)計算一直是一個具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學(xué)可以在分子、電子水平上對體系進(jìn)行精細(xì)的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關(guān)酶的催化作用、基因的復(fù)制與突變、藥物與受體之間的識別與結(jié)合過程及作用方式等，都很有必要運(yùn)用量子化學(xué)的方法對這些生物大分子體系進(jìn)行研究。毫無疑問，這種研究可以幫助人們有目的地調(diào)控酶的催化作用,甚至可以有目的地修飾酶的結(jié)構(gòu)、設(shè)計并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘,進(jìn)而調(diào)控基因的復(fù)制與突變，使之造福于人類；可以根據(jù)藥物與受體的結(jié)合過程和作用特點設(shè)計高效低毒的新藥等等，可見運(yùn)用量子化學(xué)的手段來研究生命現(xiàn)象是十分有意義的。

綜上所述，我們可以看出在材料、能源以及生物大分子體系研究中，量子化學(xué)發(fā)揮了重要的作用。在近十幾年來，由于電子計算機(jī)的飛速發(fā)展和普及，量子化學(xué)計算變得更加迅速和方便?？梢灶A(yù)言，在不久的將來，量子化學(xué)將在更廣泛的領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262

化學(xué)材料科學(xué)與工程范文第3篇

2011年的3月，一直埋頭研發(fā)新型3D打印機(jī)耗材的許小曙突然被尖厲的“紅色警報”驚醒。這位當(dāng)時已經(jīng)57歲的應(yīng)用數(shù)學(xué)與材料科學(xué)博士，發(fā)現(xiàn)自己雄心勃勃創(chuàng)建的華曙高科，陷入危急時刻——全新3D打印機(jī)和耗材都未能研發(fā)成功；公司運(yùn)行一年半以來幾乎沒有任何收入，但已燒掉約1200萬元現(xiàn)金；來自房地產(chǎn)行業(yè)的投資者已經(jīng)失去信心，決定撤資。

這樣糟糕的狀況與許小曙之前的設(shè)想完全不同。2009年從全球規(guī)模最大的3D打印設(shè)備制造商3D Systems辭去技術(shù)總監(jiān)職務(wù)后，許小曙孤身一人回國創(chuàng)建了華曙高科。他堅信華曙高科將成為全球最重要的3D打印機(jī)公司之一，在全球市場成為3D Systems最有力的競爭對手。許小曙不能允許自己的夢想就這樣破滅。

經(jīng)過冷靜分析，許小曙決定首先解決產(chǎn)品研發(fā)的問題。一旦3D打印機(jī)和打印耗材盡快推出，不僅能夠提振士氣，讓投資者看到公司發(fā)展的未來，還能讓公司在短期內(nèi)改善財務(wù)狀況。

當(dāng)時3D打印機(jī)的開發(fā)已進(jìn)入后期，許小曙有90%的把握盡快拿出最終產(chǎn)品。真正的技術(shù)難題是從公司成立第一天就開始研發(fā)的3D打印機(jī)耗材。這種類似于“墨汁”的打印耗材才是華曙高科的核心產(chǎn)品，但其研發(fā)工作卻陷入一團(tuán)亂麻。根據(jù)3D打印的工作原理，這種“激光粉末燒結(jié)”技術(shù)使用的材料，是一種粉末狀材料。這些粉末在一定熔點下融化，按照數(shù)字控制技術(shù)疊加成需要“打印”成型的物品。但在研發(fā)過程中，這種材料的熔點總是忽高忽低無法控制。第一批制造出來的耗材熔點為178攝氏度，一個月后第二批生產(chǎn)的耗材熔點就漲到186攝氏度。不僅如此，某些批次試制出的耗材在力學(xué)性能上也無法達(dá)到要求。

許小曙決心從頭梳理打印機(jī)耗材的研發(fā)過程，查找可能影響產(chǎn)品性能的重要問題。這種打印機(jī)粉末耗材，是一種化學(xué)聚合物。研發(fā)之初，為保證材料質(zhì)量，許小曙特意從經(jīng)銷商那里購買了最好的進(jìn)口化學(xué)材料作為母材。但最終他發(fā)現(xiàn)，恰恰是這些進(jìn)口材料差點拖垮了他的公司。

事實上，因為大多數(shù)國內(nèi)用戶對價格很敏感，一些材料經(jīng)銷商就會進(jìn)口一批質(zhì)量有瑕疵的“尾貨”降低成本。這些“尾貨”材料因為生產(chǎn)批次不同，所以材料的質(zhì)量瑕疵也各不相同。這就導(dǎo)致了許小曙在材料開發(fā)過程中，總會遇到?jīng)]有規(guī)律的性能問題。即便當(dāng)初他曾擔(dān)心過材料問題，特意更換過幾家經(jīng)銷商，也沒能擺脫原材料質(zhì)量帶來的問題。

于是許小曙決心嘗試用國產(chǎn)化工材料開發(fā)產(chǎn)品，由于國內(nèi)并不能生產(chǎn)他需要的尼龍材料，這就迫使許小曙尋找新材料來代替。“我決定干脆不搞尼龍絲材料了，而是尋找一種類似尼龍的材料，反而走出一條新路。”許小曙告訴《時間線》，“從專利和知識產(chǎn)權(quán)方面來說，這種材料與很多現(xiàn)有產(chǎn)品沒有任何沖突。我們?yōu)橛脩籼峁┝艘环N新材料。這款材料又是以蓖麻油為原料，是一種可再生能源?！?/p>

這種原材料的開發(fā)也耗費(fèi)了許小曙很多精力。因為許小曙需要的這種化工原材料，需要一種全新成份的配比，這是合作材料制造商從來沒有生產(chǎn)過的。華曙高科的技術(shù)人員和材料制造商一起經(jīng)過反復(fù)試驗才把材料配比確定下來。與此同時，許小曙不僅與合伙人幾次面對面詳細(xì)溝通解釋公司的發(fā)展前景和商業(yè)模式，還利用自己的政府資源和朋友關(guān)系，讓合伙人相信公司的發(fā)展前景?？吹?D打印機(jī)和耗材都即將研發(fā)成功，合伙人最終選擇留下來。許小曙用了近一年的時間終于把自己的公司從崩盤邊緣拉了回來。

新冒險

許小曙1990年畢業(yè)于美國科羅拉多礦業(yè)大學(xué)，獲得了應(yīng)用數(shù)學(xué)與材料科學(xué)博士學(xué)位。1997至2009年先后在美國Trilogy、3D Systems、Solid Concepts公司擔(dān)任軟件開發(fā)總工程師和技術(shù)總監(jiān)等職務(wù)。在3D Systems，許小曙參與了SLS（選擇性激光粉末燒結(jié)）技術(shù)的開發(fā)，是該技術(shù)最終實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化過程中最為重要的原創(chuàng)者之一，他也因此成為3D打印技術(shù)全球頗具權(quán)威的技術(shù)專家。

在3D Systems工作多年后，許小曙與公司管理層在產(chǎn)品策略上出現(xiàn)了很大的分歧。3D Systems長期以來一直以銷售工業(yè)級設(shè)備為主，隨著公司的產(chǎn)品線和規(guī)模逐漸增大，管理層決定效仿打印機(jī)市場，在自己的設(shè)備上通過芯片監(jiān)控等技術(shù)，強(qiáng)制3D打印機(jī)用戶們只能使用3D Systems銷售的打印耗材，從而通過售價不菲的打印耗材賺錢了豐厚利潤。

“從用戶的角度來看，這樣做并不好，并且限制了市場的競爭、限制了3D打印技術(shù)的發(fā)展。不應(yīng)該在現(xiàn)有市場里考慮怎么多賺用戶的錢，而是應(yīng)該想辦法把這個市場規(guī)模擴(kuò)大?！痹S小曙告訴《時間線》，“現(xiàn)在限制3D打印發(fā)展的主要因素，并非技術(shù)方面的不足，而是成本過高。設(shè)備和材料成本降下來，才能推動市場的發(fā)展?！钡捎诠疽言诩{斯達(dá)克上市，3D Systems管理層更關(guān)心的是財務(wù)數(shù)據(jù)如何能變得更好看，所以認(rèn)為這樣的銷售策略十分正確。

許小曙回憶，3D Systems一些3D打印機(jī)中的零件，樣機(jī)制造時都使用公司自己的3D打印機(jī)打印生產(chǎn)的。但當(dāng)產(chǎn)品正式上市時，因為打印成本過高，公司還是要去開模具進(jìn)行傳統(tǒng)制造。要知道這種工業(yè)級3D打印機(jī)的產(chǎn)量并不大。而像航空、醫(yī)療等行業(yè)的企業(yè)用戶，正是需要3D打印機(jī)來直接小批量生產(chǎn)零件。根據(jù)許小曙的估算，目前國際市場中，使用3D Systems 3D打印機(jī)的情況下，耗材在打印成本中的占比達(dá)到1/3。這種情況使得不少企業(yè)用戶與3D Systems等3D打印機(jī)制造商產(chǎn)生了矛盾。許小曙也正是從用戶對現(xiàn)狀的不滿中看到了市場機(jī)會。

2008年許小曙回到老家長沙參加母校湘潭大學(xué)50周年校慶，很多同學(xué)知道他在3D打印領(lǐng)域的成就后，都勸他利用中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型的機(jī)會在中國創(chuàng)建自己的公司。當(dāng)時全家都已遷至美國的許小曙并沒有回國創(chuàng)業(yè)的想法，笑著同意讓同學(xué)們幫助尋找投資者。2009年3月許小曙利用假期到湘潭大學(xué)進(jìn)行講座，就在返美前一天，一位同學(xué)打電話告訴許小曙，有人想投資他在國內(nèi)創(chuàng)辦3D打印機(jī)公司。抱著試試看的心態(tài)，許小曙趕去和他們見面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對方是一位希望進(jìn)軍科技行業(yè)的房地產(chǎn)公司的老板，對技術(shù)一竅不通。于是許小曙只是大致介紹了一下3D打印技術(shù)，并留給他一些相關(guān)資料。第二天他就匆匆返回了美國。

在許小曙離開后，這位房地產(chǎn)公司老板帶著拿到的資料，到清華大學(xué)等不少高校找專家咨詢了3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀和市場前景。在總體上得到了積極正面的反饋后，他打電話給許小曙希望兩人一起在國內(nèi)創(chuàng)業(yè)。此時許小曙動心了。

決心創(chuàng)業(yè)的許小曙很快就回到長沙，約見了4、5個投資者。而在這段大約兩周的時間里，之前希望與許小曙合作的房地產(chǎn)老板也趕到長沙，天天晚上和許小曙一起吃飯、討論3D打印的市場狀況和前景。許小曙被打動了，他最終同意與這位不懂技術(shù)但態(tài)度誠懇的房地產(chǎn)商共同創(chuàng)建3D打印機(jī)公司。于是華曙高科在2010年9月正式注冊成立，第二年1月許小曙辭去了美國所有工作在長沙開始了自己新冒險。

華曙高科創(chuàng)建時包括許小曙在內(nèi)一共只有6位員工，在一間80平米的寫字樓房間開始了新材料的研發(fā)工作。后來隨著研發(fā)的推進(jìn)，需要購買一些試驗和生產(chǎn)設(shè)備，許小曙就在長沙找到一間廠房，在其中隔出一塊場地用來進(jìn)行試驗。3D打印技術(shù)對技術(shù)人員的要求較高，需要有機(jī)械、電子、光學(xué)、熱學(xué)、化工等多方面的綜合知識，當(dāng)時華曙高科這家小公司很難找到適合的人才。于是許小曙就全部招聘本科、碩士應(yīng)屆畢業(yè)生，白天一起進(jìn)行研發(fā)工作，晚上他就給這些年輕人上課培訓(xùn)。在辦公室、廠房等方面控制成本的許小曙，在人才培養(yǎng)方面舍得花錢。他邀請很多外國專家到公司給年輕人講課。最夸張的一次是請一位機(jī)械控制領(lǐng)域的美國專家在公司開課50天。這位專家每天的價格是1000美元。當(dāng)時正好是華曙高科3D打印機(jī)第一臺測試樣機(jī)的組裝、調(diào)試階段，這位機(jī)械控制專家和華曙高科的年輕人一起完成了最后階段的工作。

材料為王

許小曙認(rèn)為真正推動3D打印技術(shù)發(fā)展的是打印所用的材料，尼龍絲、金屬粉末……每次新類型打印耗材的出現(xiàn)都使3D打印技術(shù)實現(xiàn)跨越。而他自己正是在粉末燒結(jié)技術(shù)方面有很多積累。但想要從3D Systems手中搶奪用戶，僅僅有新型材料是不夠的。許小曙還需要提供可以使用新型材料的3D打印機(jī)。而且很多企業(yè)用戶正對現(xiàn)有的封閉3D打印機(jī)系統(tǒng)心懷不滿。所以許小曙的商業(yè)模式就是銷售開放式的3D打印機(jī)和耗材整套產(chǎn)品，華曙高科的3D打印機(jī)屬于工業(yè)級產(chǎn)品，一臺售價近200萬元人民幣，除了自己制造的打印耗材外，也可以使用其他公司生產(chǎn)的耗材。華曙高科2013年3D打印機(jī)的銷量目標(biāo)是30臺?！澳壳皝碚f，技術(shù)比較簡單的桌面系統(tǒng)不是我的強(qiáng)項。華曙高科的3D打印機(jī)是工業(yè)級別，直接為醫(yī)療、航空等行業(yè)服務(wù)的設(shè)備。這是我的目標(biāo)?！痹S小曙對《時間線》表示。

事實上，美國很多大公司都喜歡在3D打印機(jī)上使用自己研發(fā)材料。不僅可以降低成本，更重要的是可以和公司的應(yīng)用要求緊密結(jié)合。例如波音公司，對3D打印材料就有特殊的防火性能要求。華曙高科的3D打印機(jī)的一大賣點就是開放性。目前在工業(yè)級市場中，許小曙認(rèn)為國內(nèi)他沒有競爭對手，而國際市場中，只有華曙高科的3D打印機(jī)是開放系統(tǒng)，幾乎壟斷該市場的兩家大公司產(chǎn)品都是封閉的，而且3D打印機(jī)和打印耗材的價格都約是華曙高科的一倍。

許小曙向所有客戶承諾，這家公司的產(chǎn)品永遠(yuǎn)保持開放，并因此贏得了不少企業(yè)用戶的青睞。華曙高科的第一臺3D打印機(jī)已被一家美國公司買走。如今公司規(guī)模已有62人，其3D打印機(jī)2012年9月上市銷售，3個月內(nèi)就賣掉了4臺?；ぞ揞^巴斯夫也已表現(xiàn)出購買意向，因為這種開放式打印機(jī)可以讓它擺脫限制，通過華曙高科的打印機(jī)來開發(fā)各種適用于3D打印機(jī)的耗材材料。

目前華曙高科的訂單主要來自美國，國內(nèi)公司對華曙高科的3D打印機(jī)感興趣的很多，但真正下單寥寥無幾。許小曙表示，對此他早有思想準(zhǔn)備。他知道一種全新技術(shù)，在取代傳統(tǒng)成熟技術(shù)的過程中，用戶都會有從觀望、嘗試到購買的過程。為此，華曙高科特意成立一個規(guī)模較大的打印服務(wù)部門。對于那些對3D打印感興趣但尚存疑慮的用戶，華曙高科就讓對方先把圖紙發(fā)過來，然后免費(fèi)幫助他們打印價格，用最終的產(chǎn)品逐步說服客戶。

化學(xué)材料科學(xué)與工程范文第4篇

關(guān)鍵詞：砼裂縫；原因；防治措施

Abstract: With the development of society and economy, the concrete project of domestic construction engineering volume increasing, concrete is one of the most widely used construction materials. In building engineering, concrete crack is the practical engineering problems. Based on the analysis of the causes of concrete cracks on, focuses on how to control the concrete crack is discussed research, only for reference.

Key words: concrete cracks; causes; prevention measures

中圖分類號：TU755

1、砼裂縫概述

混凝土是一種以水泥為膠凝材料，普通砂、石為骨料，加水拌成拌合物，經(jīng)凝結(jié)硬化而成的水泥混凝土，屬非均質(zhì)脆性材料。在目前的土木工程施工中，因其取材廣泛，抗扭強(qiáng)度高，環(huán)境污染少，價格低廉等特性而別廣泛應(yīng)用。然而混凝土結(jié)構(gòu)在受各方面原因的影響時，例如設(shè)計和施工不當(dāng)、材料原因、粗細(xì)骨料選配不當(dāng)?shù)?，就會產(chǎn)生裂縫問題，在工程中通常稱為砼裂縫。砼裂縫在施工中是一個普遍的技術(shù)問題，在施工中能夠較好地控制砼裂縫，對保證建筑物的質(zhì)量和外觀美觀性、提高建筑物的耐久性具有十分重要的意義。

2、砼裂縫產(chǎn)生的主要原因分析

砼裂縫產(chǎn)生的形式和種類很多，要根本解決砼裂縫問題，需要從砼裂縫的形成原因入手。砼裂縫產(chǎn)生的原因很多，有變形引起的裂縫：如溫度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫；有外載作用引起的裂縫；有養(yǎng)護(hù)環(huán)境不當(dāng)和化學(xué)作用引起的裂縫等等。

2.1 人為因素。（1） 設(shè)計不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫。為追求建筑物的外觀樣式，建筑物表面存在過多凹凸角，產(chǎn)生的凹角應(yīng)力集中導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫。一些超長建筑物，很易出現(xiàn)伸縮裂縫。此外，因設(shè)計的承重板件厚度太小，剛度減弱，板中受拉鋼筋和受壓混凝土應(yīng)力增大，致使板件出現(xiàn)穿透性裂縫。（2）混凝土材料使用不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫，比如：使用導(dǎo)致混凝土收縮性較高的礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥及水泥標(biāo)號低或水灰比高均易產(chǎn)生裂縫。（3）施工方法不規(guī)范會導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

2.2 客觀原因。（1）溫度應(yīng)力引起裂縫，目前溫度裂縫產(chǎn)生主要原因是由溫差造成的。（2）收縮引起裂縫，收縮有很多種，包括干燥收縮、塑性收縮、自身收縮、碳化收縮等等。這里主要介紹干燥收縮和塑性收縮。

3、裂縫的控制措施

3.1設(shè)計方面設(shè)計中的“抗”與“放”。在建筑設(shè)計中應(yīng)處理好構(gòu)件中‘抗’與‘放’的關(guān)系。所謂‘抗’就是處于約束狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，沒有足夠的變形余地時，為防止裂縫所采取的有力措施，而所謂‘放’就是結(jié)構(gòu)完全處于自由變形無約束狀態(tài)下，有足夠變形余地時所采取的措施。設(shè)計人員應(yīng)靈活地運(yùn)用‘抗一放’結(jié)合、或以‘抗’為主、或以‘放’為主的設(shè)計原則。來選擇結(jié)構(gòu)方案和使用的材料。（1）設(shè)計中應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)斷面突變帶來的應(yīng)力集中。如因結(jié)構(gòu)或造型方面原因等而不得以時，應(yīng)充分考慮采用加強(qiáng)措施。（2）積極采用補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)：常見的混凝土裂縫中，有相當(dāng)部分都是由于混凝土收縮而造成的。要解決由于收縮而產(chǎn)生的裂縫，可在混凝土中摻用膨脹劑來補(bǔ)償混凝土的收縮，實踐證明，效果是很好的。（3）重視對構(gòu)造鋼筋的認(rèn)識：在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)重視對于構(gòu)造鋼筋的配置，特別是于樓面、墻板等薄壁構(gòu)件更應(yīng)注意構(gòu)造鋼筋的直徑和數(shù)量的選擇。（4）對于大體積混凝土，建議在設(shè)計中考慮采用60天齡期混凝土強(qiáng)度值作為設(shè)計值，以減少混凝土單方用灰量，并積極采用各類行之有效的混凝土摻合料。

3.2材料選擇和混凝土配合比設(shè)計方面。（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)的要求選擇合適的混凝土強(qiáng)度等級及水泥品種、等級，盡量避免采用早強(qiáng)高的水泥。（2）選用級配優(yōu)良的砂、石原材料，含泥量應(yīng)符合規(guī)范要求。（3）積極采用摻合料和混凝土外加劑。摻合料和外加劑目標(biāo)已作為混凝土的第五、六大組份，可以明顯地起到降低水泥用量、降低水化熱、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。（4）正確掌握好混凝土補(bǔ)償收縮技術(shù)的運(yùn)用方法。對膨脹劑應(yīng)充發(fā)考慮到不同品種、不同摻量所起到的不同膨脹效果。應(yīng)通過大量的試驗確定膨脹劑的最佳摻量。（5）配合比設(shè)計人員應(yīng)深入施工現(xiàn)場，依據(jù)施工現(xiàn)場的澆搗工藝、操作水平、構(gòu)件截面等情況，合理選擇好混凝土的設(shè)計坍落度，針對現(xiàn)場的砂、石原材料質(zhì)量情況及時調(diào)整施工配合比，協(xié)助現(xiàn)場搞好構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)工作。

3.3現(xiàn)場操作方面。（1）澆搗工作：澆搗時，振搗捧要快插慢拔，根據(jù)不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時間，避免過振或漏振，應(yīng)提倡采用二次振搗、二次抹面技術(shù)，以排除泌水、混凝土內(nèi)部的水分和氣泡。（2）混凝土養(yǎng)護(hù)：在混凝土裂縫的防治工作中，對新澆混凝土的早期養(yǎng)護(hù)工作尤為重要。以保證混凝土在早期盡可能少產(chǎn)生收縮。主要是控制好構(gòu)件的濕潤養(yǎng)護(hù)，對于大體積混凝土，有條件時宜采用蓄水或流水養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時間為14—28天。

（3）混凝土的降溫和保溫工作：對于厚大體積混凝土，施工時應(yīng)充分考慮水泥水化熱問題。采取必要的降溫措施(埋設(shè)散熱孔、通水排熱等)，避免水化熱高峰的集中出現(xiàn)、降低峰值。澆搗成型后，應(yīng)采取必要的蓄水保溫措施，表面覆蓋薄膜、濕麻袋等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以防止由于混凝土內(nèi)外溫差過大而引起的溫度裂縫。（4）避免在雨中或大風(fēng)中澆灌混凝土。（5）對于地下結(jié)構(gòu)混凝土，盡早回填土，對減少裂縫有利。（6）夏季應(yīng)注意混凝土的澆搗溫度，采用低溫人模、低溫養(yǎng)護(hù)，必要時經(jīng)試驗可采用冰塊，以降低混凝土原材料的溫度。

4、裂縫的處理措施

在修補(bǔ)裂縫前應(yīng)全面考慮與之相關(guān)的各種影響因素，仔細(xì)研究產(chǎn)生裂縫的原因，裂縫是否已經(jīng)穩(wěn)定，若仍處于發(fā)展過程，要估計該裂縫發(fā)展的最終狀態(tài)。砼裂縫的修補(bǔ)措施主要有以下一些方法：表面修補(bǔ)法，灌漿、填充法，結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法，砼置換法，電化學(xué)防護(hù)法以及仿生自愈合法。

4.1表面修補(bǔ)法：表面修補(bǔ)法是一種簡單、常見的修補(bǔ)方法，它主要適用于穩(wěn)定的和對結(jié)構(gòu)承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進(jìn)裂縫的處理。包括表面涂抹和表面貼補(bǔ)法。涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細(xì)而淺的裂縫，深度未達(dá)到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫，不漏水的縫，不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫。表面貼補(bǔ)（土工膜或其它防水片）法適用于大面積漏水（蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置、變形縫）的防滲堵漏。

4.2灌漿法：此法應(yīng)用范圍廣，從細(xì)微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。灌漿法主要適用于對結(jié)構(gòu)整體性有影響或有防滲要求的砼裂縫的修補(bǔ)，它是利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料壓入砼的裂縫中，膠結(jié)材料硬化后與混凝土形成一個整體，從而起到封堵加固的目的。常用的膠結(jié)材料有水泥漿、環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學(xué)材料。

4.3填充法：用修補(bǔ)材料直接填充裂縫，一般用來修補(bǔ)較寬的裂縫，作業(yè)簡單，費(fèi)用低。寬度小于0.3mm，深度較淺的裂縫、或是裂縫中有充填物，用灌漿法很難達(dá)到效果的裂縫、以及小規(guī)模裂縫的簡易處理可采取開V型槽，然后作填充處理。

4.4結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法：因超荷載產(chǎn)生的裂縫、裂縫長時間不處理導(dǎo)致的砼耐久性降低、火災(zāi)造成的裂縫等影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可采取結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法。包括斷面補(bǔ)強(qiáng)法、錨固補(bǔ)強(qiáng)法、預(yù)應(yīng)力法等.

4.5砼置換法。砼置換法是處理嚴(yán)重?fù)p壞混凝土的一種有效方法，先將損壞的砼剔除，置換入新的砼或其他材料。常用的置換材料有普通砼或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物砼或砂漿。

4.6仿生自愈合法。仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法，是模仿生物組織對受創(chuàng)傷部位自動分泌某種物質(zhì)，而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機(jī)能。在砼的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分(如含粘結(jié)劑的液芯纖維或膠囊)，在砼內(nèi)部形成智能型仿生自愈合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，當(dāng)砼出現(xiàn)裂縫時分泌液芯纖維使裂縫重新愈合。