前言:想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎?我們特意為您整理了5篇日常生活中的納米技術范文,相信會為您的寫作帶來幫助,發現更多的寫作思路和靈感。
想要考研的你,提及納米科學與技術專業,是否會列出“神秘”“高薪”“高就業率”“高科技”這一系列關鍵詞呢?
真正的“高富帥”專業
如果一定要用一個詞來形容納米專業,那就是“高富帥”。
說它“高”,是因為它的的確確是高科技的產物。1納米是1米的十億分之一,20納米也僅相當于1根頭發絲的三千分之一。也正是這么小的尺寸,才能夠用來做材料。不僅如此,納米材料還都帶著“特異功能”,具有奇異的化學物理特性。納米雖小,用途卻大,小尺寸成就大空間,真是高不可測。而研究生階段需要學的課程也很“高”:納米材料的結構、尺寸和形貌的表征技術、納米粉體材料的制備與表面修飾、一維納米材料的制備、納米復合材料的制備、納米結構材料的制備、納米材料的物理特性與應用、納米電子器件的基本原理和微加工技術、納米材料與納米技術的最新進展和發展趨勢等都是該專業的主干課。是研究生的必修課,而新專業的科研空間更加廣闊,所以發SCI的概率大大增加。想要寫好論文,你就要了解納米材料與技術的最新學科發展動向、理論前沿、應用前景等。而如果你打算游學海外,就更要在研究生階段狂抓英語了。這一專業的專業英語詞匯非常龐雜,有醫學、化學、物理、材料學等諸多領域,需要系統地學習。筆者碩士一年級的時候大家每周都會用英報告,這樣能有效提高英文水平,即使不打算出國,閱讀國外文獻也會非常流暢,開闊視野。納米專業確實很“高”,但當你真正鉆研進去,就會發現它的樂趣。
說它“富”,一點也不夸張。納米技術、信息技術及生物技術被譽為本世紀社會經濟發展的三大支柱。納米從20世紀80年代末,90年代初開始起步,經歷二十多年的發展,現在已經成為突飛猛進的前沿、交叉性新型學科。納米技術作為朝陽產業,將在生物醫學、航空航天、能源和環境等領域“大顯身手”。美國國家科學基金會的納米技術高級顧問米哈伊爾·羅科甚至預言:“由于納米技術的出現,在今后30年中,人類文明所經歷的變化將會比過去的整個20世紀都要多得多?!比绱丝磥?,納米技術必將創造巨大的經濟價值,同時也能為該專業的同學提供良好的職業發展平臺。
說它“帥”,是因為它有獨到魅力,吸引青年學子投其懷抱。其實,大部分工科生的研院生活都是相同的,讀文獻、做實驗、組會、聽報告,這些幾乎就是我們讀研生活的全部。想學好納米專業,你首先要做個雜家。在研究生階段,你要掌握數學、物理、化學等方面的基本理論和基本知識,學習環境納米材料的綠色制備及其規?;嫦颦h境檢測的納米結構與器件的構筑原理、方法,并且了解納米材料與納米結構性能與機理。而做到這些還遠遠不夠,因為理工科專業的直接目標在于應用,因此還需要學習納米材料在污染治理中的應用原理、技術與裝置研發、納米材料的環境效應與安全性評估、納米材料在節能和清潔能源中的應用等,掌握材料學的工藝裝備、測試手段與評價技術,具備相應的科研能力,具有從事科學研究和解決工程中局部問題的能力。運用納米技術解決這些問題和一般的常規思路有著很大的不同,有著前路未知的期盼和發現時的狂喜,為此我們都成為典型的“技術宅”,大部分時間會宅在實驗室里,在外人看來,可能是只顧科研無心生活的“苦行僧”,而只有我們才能體會到納米的“帥”及給我們生活所帶來的樂趣。
想要學好納米專業,團結協作的能力必不可缺。其學習都是以課題組和實驗室為單位,很多作業和項目都是大家集體完成,比如開發一種新型的納米材料,大家都有不同的分工,這就需要我們能緊密地合作與溝通,分擔辛苦分享成功。
同時,我們還需要有極強的表達能力和動手實踐的能力。我們學校經常舉辦學術沙龍,需要大家上臺演講,不僅本專業的導師在場,其他專業的學生和老師也會來聽,并從不同角度提出意見,所以我們要足夠有氣場才能HOLD住場面。而實踐方面,我們都有做老師科研助理的機會,同時開展自己的課題研究,不僅要寫得好論文,還要做好實驗。想讀納米專業,要做的功課非常多,你只有都嘗試了,才能體會到這個專業的巨大魅力,才會在科技的海洋里盡情遨游。
就業面窄是誤區
對于納米科學與技術專業,很多人對它的認識存在誤區。很多人認為,納米作為高精尖技術與日常生活相距太遠,所以想當然地認為其就業難。
其實,納米真實地存在于我們的日常生活中,而隨著科技的發展,未來有一天我們的衣食住行都將離不開納米技術。所以如果你能有幸就讀該專業研究生,并在學術上有所造詣,愿意將所學學以致用,那么你的就業前景無限光明!
那么納米技術到底是怎樣和實際生活聯系起來的呢,而我們工科生,又將以何種方式參與這種科技改變人們生活的進程呢?
衣:在紡織和化纖制品中添納米微粒,可以除味殺菌?;w布結實耐磨,但會產生靜電現象,加入少量金屬納米微粒就可消除靜電,穿起來非常舒適。
食:利用納米材料,冰箱的抗菌能力大大增強。納米材料做的無菌餐具、無菌食品包裝用品已經進入市場。利用納米粉末,可以使廢水有效凈化,完全達到飲用標準,納米食品色香味俱全,還對健康大有裨益。
住:對于我們這代人而言,居家做家務、清理房間是一大愁事,納米技術的應用可以省下我們很多力氣。通過納米技術,墻面涂料的耐洗刷性可提高10倍。玻璃和瓷磚表面涂上納米薄層,可以制成自潔玻璃和自潔瓷磚,完全不需要擦洗。含有納米微粒的建筑材料,還可以吸收對人體有害的紫外線。既省時省力又對身體好。
行:在出行方面,納米材料可以提高和改進交通工具的性能指標。納米陶瓷有望成為汽車、輪船、飛機等發動機部件的理想材料,可以大大提高發動機效率、工作壽命和可靠性。納米球添加劑可以在機車發動機加入,起到節省燃油、修復磨損表面、增強機車動力、降低噪音、減少污染物排放、保護環境的作用。納米衛星可以隨時向駕駛人員提供交通信息,幫助其安全駕駛。
而這些,只是納米科技應用在生活中的很小一部分,納米技術興起晚,發展態勢迅猛,更多的核心技術需要我們這一代去發掘,以期使之更好地為民生服務。可見納米技術在日常生活中無處不在,各行各業都需要擁有高技術高學歷的納米技術專業人才,所以就業前景廣闊。
具體的就業方向,男生、女生之間相差很大。納米專業的大部分女碩士,特別是女博士一般選擇到大學或科研院所做研究。研究領域涵蓋納米材料、黏合劑、涂料、電鍍、陶瓷等相關領域,從事相關產品開發、生產和檢測等方面。大部分男生會去納米材料行業企業或傳統材料相關企業供職??梢詮氖录{米材料表征、石墨烯及碳納米材料研發、納米材料改性、納米材料合成、無機納米材料制備以及交叉學科納米材料應用的相關工作。
跨專業報考受青睞
納米科學與技術是一個技術性很強的專業,不過并不限制跨專業報考,納米科學與技術專業不僅不是個排外的“高富帥”,反而非常歡迎跨專業的學生融入其中,共同搭建納米專業的大舞臺。納米科學與技術專業在工科或理科門類招生,不同學校有所不同,但都非常歡迎與之類似的材料專業同學報考,因為都涉及材料學的基礎知識,所以學起來會得心應手。同時,理工科專業背景如物理、化學甚至數學這類基礎學科出身的學生,也很受該專業歡迎。
在報考納米科學與技術專業的學生中,也有一部分醫學生。未來納米技術應用于醫學領域是大勢所趨。利用納米技術制成的微型藥物輸送器,可將適當劑量的藥物,通過體外電磁信號的引導準確送達病灶部位,有效地起到治療作用,同時可以減輕藥物的不良的反應。用納米制造成的微型機器人,它的體積可是小于紅細胞的,你能想象到嗎?通過它向病人血管中注射,能疏通腦血管的血栓,清除心臟動脈的脂肪和沉淀物,還可“嚼碎”泌尿系統的結石等。而隨著納米技術的發展,它與醫學還會有更多的交叉。
院校介紹
對納米科學與技術這種新興學科來說,每個學校都有自己的特色和側重,所以這里重點介紹一下。而通過這些不同院校的專業方向設置,我們也可以多角度地了解這一專業。
國家納米科學中心
國家納米科學中心是中國科學院與教育部共同建設并具有獨立事業法人資格的全額撥款直屬事業單位,自2005年開始招收研究生?,F有博士學科專業點3個:凝聚態物理、物理化學和材料學;碩士學科專業點3個:生物物理、生物工程和材料工程。鑒于納米科學與技術學科的前沿交叉特性,在招生階段,現將該學科掛靠在物理學、化學、材料科學與工程和生物學4個一級學科下,并相應產生4個專業代碼。涉及納米科技系列進展、納米檢測系列講、文獻信息利用、人文系列講座、納米功能材料等課程。
國家納米科學中心2013年在7個專業招收碩士研究生35人,專業包括納米科學與技術、凝聚態物理、物理化學、材料學、生物物理學、材料工程和生物工程,研究方向涵蓋高分子納米功能材料、生物納米結構、納米醫學、納米復合材料、納米電子學等幾十個方向,方向非常細化,具有材料、半導體、物理、化學、微電子、生物、醫藥等專業背景的學生都可以報考。相信有志于納米專業的學生,一定會在這里找到適合自己的研究方向。
國家納米中心是比較典型的科研所,其吸引考生的除了實力,很重要的一點就是待遇優厚。該中心不需學生繳納學費,如遇國家政策調整還會有高額的獎學金返還制度,碩士研究生根據不同年級,每個月可以拿到1300~2500元的獎學金,博士會拿到3100~4500元的獎學金。此外,還會有其他生活補助等。研究生公寓已經完全賓館化管理,非常舒適。在國家納米中心深造,沒有經濟上的后顧之憂,這樣你才可以將全部精力投入到學習中去。
大連理工大學
大連理工大學的工程力學系開設生物與納米力學專業,已然在行業內一枝獨秀。該學科依托于工程力學系和工業裝備結構分析國家重點實驗室,軟硬件條件優越,擁有先進的實驗設備和儀器。學生有充足的動手實踐機會,能在宏觀、微觀等不同層次上,進行跨學科的數值模擬和力學實驗。同時,也有國家自然科學基金、重點基金、“863”“973”等眾多項目和基金支持。
該專業現在有生物器官生物力學模型及新材料應用研究、分子模擬和計算機輔助藥物分子設計、微納米與多尺度力學研究、生物材料的力學行為及其多功能化4個研究方向,涉及到力學、醫藥、生物、機械、材料、電子、控制、測量、微納科技等領域。
大連理工大學這個專業的直博生學制是4年,而一般的直博生需要學習5年時間,而分開讀碩士和博士一般需要6至7年,這吸引了不少學生報考,因為可以節約1~3年時間。當然,在4年的時間里完成碩士和博士學業,是一件很具挑戰的事情,需要最大限度地提升效率。
蘇州大學
蘇州大學納米科學技術學院是蘇州大學、蘇州工業園區政府、加拿大滑鐵盧大學攜手共建的一所高起點、國際化的新型學院。該學院建立于2010年,由全球著名納米與光電子材料學家、中國科學院院士、第三世界科學院院士李述湯教授擔任院長,教學科研實力雄厚,是國內高校中為數不多的專門的納米科學學院。招生方向涵蓋納米生物化學、納米技術工程、納米材料、有機無機復合納米材料等。有關納米的專業在物理、化學、生物學、材料科學與工程4個學科下招收學術型研究生,相關專業學生都可以報考。
需要提醒大家的是,蘇州大學納米科學技術學院初試提供詳細的輔導書和真題,有意報考的同學要多關注學院的網站,以獲得第一手信息。
武漢大學
武漢大學的納米科學與技術專業在物理科學與技術學院和化學與分子科學學院均有招生,各有側重。前者分為納米復合材料、納米光催化材料與技術、納米光電子學、納米管線陣列及其智能傳感器、納米材料制備與表征和納米尺度結構與性能關系6個方向。后者在納米催化、納米生物醫學、納米材料分離分析、微納傳感技術和高分子納米藥物載體。很多方向在國內上處于領先地位,每年也有大量學生報考,競爭力較強。
武漢大學與國外多所大學有合作關系,大家如果在武大讀研,出國交流、學習的機會比較多。
華中科技大學
華中科技大學是典型的工科學校,其納米專業當然也首屈一指。華科的納米專業同樣是熱門,除去每年招收本校內推的學生,考研的競爭非常激烈。
在培養模式方面,華科非常重視學、研、產相結合,科研成果轉化率非常高。在就業方面,很多碩士研究生在各科研機構及高校任職。如果你求學在華科,就不用愁生活保障的問題,學校的獎勵機制非常完善。學院對每位研究生在校期間將發放生活津貼,并設立各類獎學金以獎勵優秀的研究生,其獎勵比例達80%。
關鍵詞:化學工藝;化學;生命科學;納米技術;環境;高分子材料
中圖分類號:O63 文獻標識碼:A 文章編號:1001-828X(2013)02-0-01
前言
化學,從古代時就引起了重視。古代帝王的煉丹術,就是一種化學工藝,也是從那時起,化學教育起步了。對于當時而言,煉丹術就是一種新的化學工藝,隨著歷史的車輪,現在世界與那時相比較,進步的太多了,可是,化學的新工藝還是如雨后春筍一般地出現,我們要想取得更加輝煌的成就,就應該清楚地掌握現在化學新工藝的發展情況,然后再分析它的發展前景,這樣才能讓化學這一門科學更好地為人們所用。
一、重視化學的必要性
化學早已作為一門中學的必修課了,從這里就可以看出化學的重要程度。諾貝爾化學獎獲得者H.W.Kroto曾經說過,二十一世紀雖然是一個以生命與信息為主要技術的時代,但是化學的地位非但沒有降低,反而走上了新的高度,這是因為化學本身就是一門過渡的、集多種新興技術于一身的學科。化學的發展已經引起世界各國的注意了,化學是一門可以引起質變的學科,為人類的不斷發展起到了保駕護航的作用,世界的經濟、社會發展都與之有相當密切的關系。以我國為例子,這幾年化學研究方面取得了飛速的發展,相關的論文、期刊,不僅數量在增多,文章的質量也顯著提升,這都是化學發展的客觀反映。在如此大好的局勢下,我們更應該抓住機遇,分析研究化學新工藝的發展情況與前景,從而推動化學的進一步發展。
二、國內外化學新工藝的發展現狀
就國內而言,我們單單從近年來化學工作者所獲得的獎勵情況就可以看出化學新工藝的發展是多么迅猛:如侯建國等的“單分子結構與電子態的理論和實驗研究”、陳新滋等的“新型手性配體的設計、制備及其在不對稱催化反應中的應用”等獎項,都是高水平工藝的代表。下面就國內的化學新工藝中比較突出的幾點現狀做一簡要介紹:
首先,出現了很多與生命科學融合的化學新工藝,比如化學與生物醫學的聯系,生物醫用高分子材料就是一種化學上的新工藝,一般來講,這種高分子材料分為體外應用與體內應用兩大類,比較新的工藝是體內應用的生物可吸收或可降解的高分子材料。這些材料可以用于手術縫合、體內固定件等處。制造這些高分子的材料主要來源于膠原蛋白與一些人工合成的高分子,比如外消旋聚乳酸等物[1]。將化學與生命科學融合所取得的成績是很顯著的,成功地解決了一些醫學上的難題,造福于人類。其次,相對重視與國民經濟的結合,這一點是很容易理解的,正如我國始終把發展生產力、提高人民的生活水平作為基本一樣,只有經濟發展了,社會才能進步,因此,化學作為一門很重要的學科,當然也要重視促進經濟的發展。并且在這一點上,我國取得了很多成績,比如稀土鎂合金的成功應用為神州6號飛船減重13kg,滿足了國家的重大需求,再比如四川攀西礦高效、清潔稀土的分離流程,經專家鑒定一致認為“該流程達到國際領先水平”,這些都體現了化學新工藝與國民經濟結合的密切性。再次,現在的化學新工藝的發展很重視創新,最具有代表性的就是納米技術,納米技術的應用范圍很廣泛,幾乎涉及到了各個領域。比如應用納米技術創建了一些高敏感度、高選擇性的酶電化學傳感器,可以用于醫學[2]。再比如利用納米技術制造了一些靈敏度高的、穩定的化學傳感器,除此之外,納米技術在研究高分子的工作中也有重要作用,比如楊柏等相關工作者,通過帶烷基季銨化聚苯乙烯共聚物與巰基取代羧酸包覆的納米晶復合,實現了其可加工性,能形成環狀、螺環和纖維狀的單色或多色微球,還能形成納米圖案化,在高含量化合物半導體量子點納米粒子聚合物復合材料制備方面進展明顯,這些成果對相關的科研、工業等領域都有很重要的作用。最后,將化學新工藝用于緩解環境污染也是一個新的嘗試,這種嘗試具有很高的實踐性,并且已經取得了不錯的效果。比如在水處理方面,科研人員將生物與化學工藝結合,研究出多種方法。比如BC法,這種方法既經濟有效,又減少了投藥量[3]??梢哉f是很重要的發現,而在對環境污染比較嚴重的方面,比如有毒物質的轉移、水體沉淀物中的有機污染物降解等,相關的科研人員都進行了大量的實驗研究,同樣也取得了令人欣慰的成就,環境污染問題是關乎每一個人利益的事情,因此國際上對此的重視程度很高,運用化學工藝改善環境、減少污染,是一項需要一直堅持的事業。
以上只是化學新工藝目前為止在國內的較為典型的發展情況,對于國外而言,這些方面都有發展,并且相關工藝比國內要先進,比如對生活垃圾的處理,國外早就采取了一些生物化學的方法,可是這一技術在我國還并沒有普及,我們應該加強與外國的聯系,相互交流,促進化學的發展。
三、化學新工藝的發展前景
立足于有利于我國發展的長遠角度來看,我認為化學新工藝的發展前景還是相當廣闊的,化學是一門綜合性學科,尤其是現在國際上的學術發展呈現出一種多元化的現象,越來越注重學科之間的相互融合,在這樣的背景下,化學的地位愈加顯現,通過化學,學者們可以把多個學科相貫通,這樣也許就會產生一些新的思想、新的成就。尤其在一些納米技術、材料技術、環境科學、航天科學、核技術方面,化學的新工藝已經取得了比較矚目的成績,相信在這些工藝的發展下,會在很大程度上推動社會科學的進步。
四、結束語
本文通過簡要的分析了化學相關新工藝的發展現狀與發展前景,體現出了化學的重要性,如今在日常生活中的方方面面都有可能應用到化學,化學已經具有不可替代的地位了,這不僅僅對相關的化學工作者提出了更高的要求,也對整個社會甚至整個國家提出了要求,從國家來講,一定要營造一種學術的氛圍,而對于個人,要積極地學習、研究,發現更多新的工藝,更好地造福于人類。
參考文獻:
[1]范如霖.新藥研發中的化學和工藝戰例九則[M].華東理工大學出版社,2008.
關鍵詞: 納米科技;壓電發電;壓電效應;氧化鋅
中圖分類號:O482.41 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2011)1210038-01
納米技術作為21世紀的一個重要新興科技領域,在理論與實踐上正經歷著高速的發展。隨著大量新型納米材料與器件不斷被開發出來,納米科技在材料科學、凝聚態物理學、信息科學、電子技術、生物遺傳、生物醫學、高分子化學以及國防和空間技術等眾多領域中展現出前所未有的應用前景。納米級的傳感器敏感度高,功耗低、體積微小,它們可以用于檢測某種疾病血液中的分子信號,記錄空氣中的有毒氣體含量,追溯食物中污染物的來源等等。但這種傳感器的運行必須有電池和集成電路的支持,這使得它們很難達到完全的最小化。目前正在研究的微電池包括太陽能微電池、鋰離子電池、燃料電池等。太陽能電池可對安放在室外工作的無線傳感節點或航空航天設備上的微型傳感器實現長期供電,但其受天氣、應用場所限制,對于植入系統(如心臟起搏器,植入式檢測傳感器等)難以實現供能要求。燃料電池和鋰離子電池能量密度較低,電池壽命有限。MEMS器件的微型化、集成化發展要求工作壽命不斷延長,使用數量迅速增加,使得給獨立電源微器件更換電池或充電較為困難[1]。因此開發出將運動、振動、流體等自然存在的機械能轉化為電能給自己提供電源的器件,從而實現無需外接電源的納米器件,達到器件和電源的同時小型化將會是一個必然趨勢。這一技術在大大減小電源尺寸的同時提高能量密度與效率,在集成納米系統的微型化方面將產生深遠的影響。本文簡述了納米壓電發電的技術背景和國內外的研究現狀,介紹了納米壓電發電的工作原理并例舉了壓電發電的應用,這對我國開展自備電源的相關研究有較大借鑒價值。
1 國內外研究狀況
從1880年居里兄弟在石英晶體中發現了壓電效應開始,人們便一直致力于將機械能轉換成為電能的研究。近幾十年來,利用壓電材料將環境中的機械能轉換為電能的研究越來越受人們的重視,國內外許多科學家對壓電材料的實驗研究都已經證明壓電材料有著廣泛的用途,對壓電材料特性的研究和發電能力的研究與探討也已經獲得了實質性的效果,這些為實現壓電材料發電在實際中的應用打下了堅實的基礎。目前,關于壓電發電與能量存儲技術的研究在美國、日本、荷蘭、以色列、西班牙等許多國家已經逐步深入,并且取得了一定的實驗成果,但國內壓電發電技術的研究尚處于起步階段[2]。近年來,壓電材料向更微觀的尺度發展,半導體和壓電學結合新生出了納米壓電電子學,使自供電納米發電機有了相關的理論基礎。然而對于在體積上有更高要求的納米壓電發電技術現在還處于萌芽階段,2009年韓國三星綜合技術研究院的科學家在《先進材料》上發表了相關報道。2011年美國和我國的科學家合作研究并報道了以氧化鋅納米線為基礎的一種壓電納米發電機,實現了在納米尺度上把機械能轉化為電能。日、美、歐等發達國家對于壓電發電自助供電系統進行了多年研究,取得了良好進展,尤其是日本在應用方面走在世界前列。該納米發電機的理論發電效率可達到17%~30%,具有較高的能量密度和轉換效率,易于實現真正的微型化,這為利用人體運動進行活體體內發電開辟了技術路線。
2 納米壓電發電的工作機理――壓電效應
壓電效應分為正壓電效應和逆壓電效應。對某些電介質施加機械力使其形變,會引起其內部正負電荷重心相對位移而產生極化,導致介質兩端表面出現符號相反的束縛電荷,其電荷密度與外力成比例。當外力去掉后,它又會恢復到不帶電的狀態,這種現象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時,電荷的極性也隨之改變。相反,當在電介質的極化方向上施加電場,這些電介質也會發生變形,電場去掉后,電介質的變形隨之消失,這種現象稱為逆壓電效應,或稱為電致伸縮現象[3]。而準確地說,納米壓電發電技術是利用壓電材料(氧化鋅)的正壓電效應,將機械振動能量轉變為電能,實現發電的功能。
氧化鋅納米線具有壓電效應以及半導體的雙重特性,第一種特性使它們能對機械壓力產生電反應,這便使它們能像機械傳感器一樣工作。而第二種特性意味著它們可以作為集成電路中的基本元件,包括晶體管和二極管。它們能與金屬形成具有單向導電性質的肖特基勢壘,實現電荷的積累到釋放。獨特的雙重特性使納米壓電器并不需要額外的電能,它們能夠將所偵測到的機械壓力轉化為電能而為自己供能,從而完成機械能到電能的高效轉變。常規的壓電材料如PTZ等,通常為絕緣體。盡管將它們彎曲或壓縮也能產生電勢變化,但由于它們無法與金屬形成具有單向導電性質的肖特基勢壘,因而無法實現電荷積累到釋放這一轉變過程。因此目前研究的利用常規壓電材料作電源都需要一個復雜的外接電路來實現電荷的積累,很難達到器件真正的微型化。更重要的是,常規壓電材料由于化學成分及晶體結構較復雜,很難合成出高質量的具有納米尺度的結構。而氧化鋅作為一種新型半導體壓電材料,具有比較簡單的化學成分與晶體結構,能夠合成出一系列不同形貌的氧化鋅納米結構,并能較好地控制其純度、尺寸、形貌以及晶體結構[4]。
3 納米壓電發電的主要應用
3.1 生物醫學中應用
生物體的各種運動能產生大量的能量。以人為例,血液的流動產生的能量約為0.93mW,呼吸也能產生0.83mW的能量,人行走可以產生67W的能量。人體內血壓的變化,血液的流動,肌肉的伸縮,肺葉的擴張等等均能帶動納米發電機上細小的納米線來回彎曲,從而產生電能。而這些電能則可以直接供給植入人體的其他器件,如心臟起搏器或者其他原位探測傳感器等。由于能量的來源是人體本身的運動,這種電源無需更換,從而可以大大減低患者的痛苦并降低醫療成本。
3.2 路面或地板振動發電
將納米壓電發電裝置鋪設于路面內,通過車輛行走路面振動產生電能。所產生的電能經過電路調整可充當道路燈具和其他設施的工作電源,也可供給儲能裝置加以存儲和利用。2011年5月14日,我國擁有首塊“發電地板”,只要有人在地板上動就會使LED燈點亮 。
3.3 汽車輪胎
壓電發電裝置隨機械振動源振動產生電能,非特定振動源會因振幅與頻率變化范圍太大,輸出的電壓不容易高效率地轉換與收集,因此壓電發電常以特定的振動源為對象。例如汽車行進時車輪的運動頻率與人的行走相比較穩定,配合胎壓計成為免電池式的汽車胎壓監控系統。法國Michelin公司設計的此類產品最先使用于賽車輪胎中,同時已獲得多項專利。即使在頻率變化較大的情況下,汽車輪胎等重負荷物體運動時由于具有相對大的機械能,仍能產生足夠大的電能輸出。
3.4 日常生活中的應用
納米發電機在人們的日常生活中將能夠發揮巨大的作用。納米壓電發電能利用環境中的機械振動發電,如人行走時鞋子的彎曲可以發電從而給腳底保暖。利用衣服的運動從而制造出保暖衣,利用行走時帶動手機振動發電,可以給手機電池充電。維基尼亞科學家HENRY.A SODANO利用壓電材料制作的發電系統給電池充電,得出壓電振子在諧振工作條件下給一個40mAh電池充電時間不到1h,利用隨機頻率充電需要1.5h的結果。
3.5 聲波壓電發電
美國德克薩斯A&M大學教授泰希.卡金的一項最新發明可讓手機用戶在說話時產生的聲波通過微型壓電裝置轉變成電能,從而使手機常用而不斷電。此發現將對開發低耗電的電子產品具有深遠意義,由此可開發出自我供電的手機、筆記本電腦、大量其它與電腦有關的電子產品。
4 結語
壓電發電是一種綠色環保的新能源發電技術,具有很好的發展前景,必定會是將來新能源開發工程中的一個重要部分。而隨著納米技術、器件微型化等領域的發展,納米壓電發電將半導體和壓電學結合是必然的趨勢。納米壓電發電的高效能量轉換功能使納米器件的工作系統和電源供給系統同時微納型化,保持了自備電源的完整、納米系統的微小、可體內植入等特性,無論是在生物、軍事、無線通信、無線傳感方面都具有廣闊的應用前景。
參考文獻:
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[3]張福學、王麗坤,現代壓電學[M].北京:科學出版社,2001:179-193.
1重視教學與實際的連接
高職院校在校學生普遍文化基礎薄弱,且學習習慣不太良好,這直接反應在:學生在課堂聽課時不夠專心,往往老師在上面講,學生在下面做自己的事情。如何激發學生對課堂教學的興趣呢?筆者認為,其關鍵在于使學生體會到“學有所用”,即重視教學與實際的連接。物理學科教學工作者需要認識到:現實生活中大量的抽象知識均能夠通過物理原理的方式加以解釋,這顯然是激發學生學習興趣的一大切入點。舉例來說,教師首先可以引導學生學會以物理學科基本原理的方式,來解釋日常生活中常見的現象。例如,在進行“自感現象”這一知識點的講授過程當中,教師可要求學生應用這一知識點來解釋日光燈的基本構造以及工作原理。在此過程當中,教師還可以以PPT或者是試驗器材的方式,向學生提出以下問題:(1)交流電驅動下的日光燈在直流電驅動下是否能夠繼續照亮;(2)如果日光燈的啟動器發生損壞,如何才能夠安全的啟動日光燈;(3)啟動器不停的閃爍,但始終無法正常啟動日光燈的原因是什么。學生結合上述問題,陷入對“自感現象”基本原理的深入探究當中。進而,教師可以通過演示的方式,引導學生逐步解決問題。按照上述方式,學生不單單能夠深入的體會到“自感現象”的基本定理,同時也能夠具備一定的實踐操作經驗,實現“學有所用”。
2擴展學生學習視野
從心理學的角度上來說,學生在學習過程中呈現出了兩個相互對立的情感特征。結合高職院校的物理學科教學特點來看,學生可能在某個時段,因物理教師的授課精彩、自己的物理學科考試成績比較優秀等原因,而對物理學習產生濃厚的興趣。但與此同時,也有可能在某個時段,因物理教師授課不夠精彩,考試成績不夠優秀等諸多原因,而產生厭學、畏學的情緒。結合這一實際情況來看,就要求物理教師在備課階段,精心收集大量的物理資源,找準時機應用于課堂教學中,將原本枯燥無味的教學環境更加生動與積極的調動起來,達到激發學生學習興趣的目的。距離來說,在講解“納米技術”這一知識點的過程中,除例舉課本上案例以外,教師還可以向學生介紹納米技術在現實生活中的應用(包括應用于衛星上,提高衛星發射質量;應用于藥物中,抑制癌變等等),同時配合展示相應的圖片及視頻資料,加深學生對于納米技術的認識與理解。同樣的方法,在教師講授“牛頓定律”這一知識點的過程當中,不但可以加入對牛頓生平大事件的介紹,同時也可側重收集相關資料,向學生講授我們現實生活中,有哪些東西是建立在牛頓定律基礎之上所產生的。通過此種方式,學生的好奇心被充分的激發了出來,在提高物理學習興趣的同時,也實現了對學生學習視野的拓展。
3合理應用賞識教育
高職院校在校學生大多在高考過程中成績不夠理想,因此難免會存在一定的自卑感,缺乏對學習的自信心。與此同時,物理學科又是中學階段難度較大的學科之一,部分學生甚至就是因為物理成績不好,而導致無法進入大學校園。結合這一實際情況來看,要想提高物理學科教學過程中學生的學習興趣,首先需要針對現行物理教材進行合理的優化,適當降低教學難度,在降低知識點難度的同時,教師還需要盡量采取通俗、淺顯的道理來講解相關的知識點,使學生能夠體驗到物理學習中的成功感。不但如此,物理學科教師還需要善于應用賞識教育,在學生克服困難的恰當時機,需要給予學生積極的評價與鼓勵,使學生感受到自己的價值,從而達到調動學生學習主動性與積極性的目的。長此以往,學生勢必會逐步構建起學習物理學科的興趣、以及自信心。
4結束語
通過本文以上分析需要認識到:在高職教育過程中,物理學科有著極為突出的地位。學好物理學科直接關系著學生專業課基礎之上的成與敗。研究發現:物理學習成績較好的學生,在專業知識與理解與應用方面往往更占優勢。這也正是學習物理的價值所在??偠灾?,本文針對有關提高高職院校學生學習物理興趣中所涉及到的相關問題做出了簡要分析與說明,希望能夠引起各方關注與重視。
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最近在法國戛納舉行了國際紡織品涂層及壓層會議。來自9個主要紡織國的100名代表參會,集中討論了如何應對產業變革和挑戰,怎樣對已有技術和工藝進行升級,如從濕整工藝轉變為干整的高效能系統。
紡織行業關鍵領域的轉型
紡織涂層、印染和層壓是該行業對環境影響最大,最受消費者關注,最消耗資源的領域。因此,紡織涂層產業只有不斷改造自身,充分考慮可持續和環境問題,才能更好地滿足消費者需求,也能將更多關注放在供應鏈上,因此西方不斷出現創新和新型的商業模式。作為產業鏈,也只有更好地審時度勢,順應顧客需求。
例如,考慮到環境問題,包括潛在的市場壓力和禁用PU的可能性,世界上一些公司將注意力由溶劑型轉移到水性體系上來。采用新型的配方,完全不同于DMF,它與之前的體系相比有了改善。這對操作工人更安全,污染更少。這種正向思維的創新對產業取得進步和環保,具有非同尋常的意義。
聚亞安酯是但也只是其中一項重要的內容,紡織涂層產業仍需大量的聚合物。美國紡織工業協會負責人為此曾提出,實際上紡織業涂層已覆蓋我們生活的方方面面。在某種程度上紡織產業的市場和應用是相互聯系的。據最近研究表明,88%的涂層面料中用到聚合物。聚氯乙烯(PVC)是最常見之一,它被用于超過40%的涂層產品中。其他種類的涂層聚合物有PU,如許多的橡膠化合物和硅,這些都有特殊的用途。PVC即使在極端環境壓力下其性能依然存在且作用明顯。
PVC價格便宜,用途廣泛,許多用途為人所知,為人所需。它是許多行業的標準和首選。瑞典帕斯托公司以創新方式改進增塑劑,即利用特殊的改變來確保PVC的可用性。這種創新的市場究竟有多大呢?業內認為,近期的研究將此規劃確定為225億美元的市場,且年均復合增長率為3.8%。他們將涂層以金字塔狀,分為三個不同的層次。頂級公司在各個領域處于領先地位;中層生產商是最大的細分市場和行業的中堅;而處于金字塔底端的公司被認為稍低層次,主要由“底層供給商”組成。
而他們面臨的世界市場,只有成功實現轉型才能生存下來。因此它們必須基于市場和需求來改革和變化,構思并使新觀念商業化地融入到新產品和市場。而處于中間地位的公司,也就是最大的市場中堅,它們生產合格的抑或是創新的產品。不能轉型或轉型失敗的底層公司將危在旦夕,他們只能通過并購整合浴火重生,否則在劫難逃。
轉型的規格和原則
最初的一些會涉及許多環境方面的擔憂和工作的完成度,這些主要是歐洲標準的制定者制定規則來確保在生產中限制或者消除對環境有害的物質。歐洲化學品管理局(EUHA)是歐盟負責化學品注冊、評估、許可和限制的管理技術科學和行政方面的部門(REACH認證)。它已確證,DMF用于聚氨酯織物涂層的水溶性溶劑是一種需要引起高度重視的物質。比利時一家稱為維泰(Vetex)的公司對這一問題和用于檢測DMF廣泛用途的程序進行了論述。盡管如此,歐盟的許多監管區域對歐洲所有公司進行有效的監管,但這一系列的規章對進口貨也產生著影響。但因復雜的程序而進度緩慢,也使制造商備受指責。毫無疑問,轉型使PU涂層與DMF漸行漸遠。
國際紡織環保組織(Okeo-tex)的標準和其他審核標準都提出轉型的引導。但要徹底消除陳舊過時的東西,困難重重卻必須做,歐盟國家均須遵守轉型后的規則,否則誰也無法在充滿競爭的全球市場中存活下來。為此,歐洲公司為了搶占市場制高點,已將轉型看作生死存亡的關鍵。
數碼涂層優于傳統涂層
在生產領域的轉型期,紡織涂層應有什么樣的影響?比利時根特大學紡織學院針對數碼涂層技術的報告指出,高度發達的噴墨過程的本質的演變不僅僅是用來裝飾織物和打印圖形,實際上是將涂料印在紡織品上。這看似簡單卻醞釀變革的領域包含了豐富的轉型內容。
由于其可塑和可更改性,數碼技術系統展現出巨大而廣泛的用途。既然所有的工作已順理成章準備就緒,那么數碼的力量就可讓紡織生產運作標準以20~75平方米/小時的中擋速度提高到170~450平方米/小時的高擋速度,即每小時生產4000平方米的數碼印染速度。為實現這一目標,西方研究者和生產商正致力于關鍵問題如:噴嘴,油墨,更廣泛的機器和織物,以便在提高生產和專門的應用技術的同時提升處理織物時印墨的融入程度。
為何要將傳統印染轉型為數碼涂層?我們把功能和創新及環保的需求聯系在一起就清楚了。數碼印染和傳統涂層可能還要并行一段時間,但商業涂層打印機的利用,減少了庫存的需求,數碼打印卻無設置成本,且實現了最小程度的浪費。數碼涂層技術在紡織行業商業模式的變革中有巨大的潛力,它已演變成一個大市場。毫無疑問,數碼技術在印染業轉型期中的作用不容小覷。
綠色工藝大行其道
美國綠色主題技術公司負責人蓋瑞?塞爾文一直致力于干燥、非等離子等加工工藝,它所展現的巨大前景給人留下深刻印象。先前他曾努力將大氣等離子商業化,但現在卻覺得將其商業化需要太多的工作,而他的新型熱干燥固化技術卻可實現同一目標,環境友好型和無氟碳屬于可持續發展技術,因此有理由開發和推廣。他認為,這項科技與濕整的成本相比更具有競爭性,它可提供最佳性能的耐久性,無需水洗。由于這項技術是基于化學技術采用了超新型的碳氫化合物,他將其處理后的樣品與現在所用的傳統氟聚合織物的CA6和CA8(碳短鏈和長鏈)進行對比得出了這一結論。
這一過程涉及到單體和交聯體的專用化學溶液,經不到30秒的加熱和等離子體或熱固化的處理實現了聚合過程。與等離子熱處理相比,在布架上處理花費更少,而且更容易讓現有的加工廠整合。聚合轉化率是惰性的,生物可降解而且無多余生產鏈,因此屬于綠色環保。
這一新工藝據說適合所有織物的染整,也使其低成本和低花費,已有專利注冊?,F如今全方位的處理試驗設備能進行織物的處理及評估。綠色主題正在尋求授權合作伙伴和設備制造商。考慮到他發言之后觀眾十分踴躍,因此其商業化已箭在弦上。
在轉型期,專家往往肩負艱巨任務,他們需要通過創新實現更加通用的系統、更短的運行 時間、對環境危害更小、花費更少、沒有或是極少存貨。水的有效利用和低成本加熱在歐洲許多地區過去都頗受詬病。但有了新型化學制劑,單體和低聚物以及UV資源的選擇、材料的涂層系統,所有這些對UV固化的成功都不可或缺。
當然,西方紡織業轉型所面臨的挑戰還有許多,如:氣味,對眼睛和皮膚可能產生的刺激,單體并不是總能得到正確的處理,還有一些粘附和收縮的問題。然而,UV固化持續地提供一種更為環保的過程,將傳統的濕處理變為干整合的過程是加工捷徑,因此必須探索下去。
納米技術在轉型期的應用
納米紡織如今已成為西方最火的話題。德國夫瑯禾費(Fraunhofer)紡織研究所主任將其總結如下:
世界上并不存在單純的納米技術,明白這一點很重要,因為納米技術幾乎已影響到了工業的方方面面。納米工業幾乎從零發展到2014年約30億美元的市場價值,倘若只單純地重視其價值,不看其中一些價值鏈和分支及產品,那么納米技術是沒有意義的。
大多數的技術產品都在不斷演變進化。我們日常生活中的許多產品依靠納米材料、納米結構和納米涂層,且仍有許多機遇還未被探索。相反,納米技術對許多成品的功能性已具有深遠的意義。
例如,納米纖維的特殊紡絲是廣泛的話題,熱塑性聚亞安酯(TPUs)、涂層織物的抗菌劑、紡織涂層的硅、表層等離子體處理等特殊方式、不同的聚合物薄膜的粘接、涂層無紡布交叉層壓技術,新的納米技術領域聚合了可生產多功能的特性,與此同時,引發一系列關于紡織涂層和覆膜機械環保型舉措的討論。由此看來,納米技術是紡織印染工業中不可或缺的中堅力量。
主要紡織國的轉型潛力
在談及中國不斷增長和日趨主導的市場地位時,英國琥珀公司總經理描繪出印度的潛力,涂層織物行業供應商迅猛增加,他們需要應對國內消費和出口。作為世界第二人口大國,印度2012年全國紡織行業市場收入超2230億美元,年均復合增長率為10.1%。然而技術類型的紡織品據說只占10%。在過去的5年中增長了約11.2%,約30%的國內需求必須依賴進口。
印度不像中國,它是個復雜的國度,這使外來者很難融入其中。雜亂的規格和政府的規章以及工業活動使事情更為復雜。琥珀公司之所以能成功地向印度提供紡織機械,是因為其特殊的商業模式,它利用了印度國內外的合作伙伴。該公司有著豐富的經驗、技術,通過其長期的關系,他們成功地進入了印度市場。之后,印度許多大公司也看到了轉型的潛力。印度政府將在未來5年內培養300萬轉型的勞動力,還對某些領域的新興公司包括紡織技術行業提供資金支持。