时间：2023-04-01 10:30:25
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构成物质的原子包含原子核及核外电子，而物质的化学性质由核外电子的结构及电子-离子、电子-电子之间的相互作用决定。因此，研究电子的行为对材料研究具有重要意义。量子力学原理为描述电子的行为提供了理论依据。量子力学的模拟方法是通过求解薛定谔方程来实现的，该方法对单电子体系(如氢原子)行之有效，但对于复杂的多电子体系就无能为力了，原因在于无法求解复杂体系的薛定谔方程。但是，通过一些近似处理便可以得到薛定谔方程解。这些方法习惯上称为第一性原理。最为著名的近似方法有Hartree-Fock近似、密度泛函理论(DensityFunctionalTheory，DFT)和量子蒙特卡罗方法(QuantumMonteCarlo)。其中，应用最为广泛的是由Hohenberg，Hohn和Sham于20世纪60年代提出的DFT方法。DFT方法的优点在于通过电子密度分布来表示系统能量，将多电子问题转化为单电子问题，从而简化了求解过程。经过不断完善，DFT方法已成为计算固体物性的首选方法。此外，基于DFT原理，研究人员还发展了第一性原理分子动力学理论及含时密度泛函，拓展了第一性原理的应用范围，使其在材料、医学、生物等方面的研究中起到举足轻重的作用。
2材料原子结构建立过程
在已知晶体结构信息条件下，在MS中可采用多种方法建立原子的构型。晶体结构的信息可以通过晶体结构数据库软件查询，对于一些复杂的晶体结构，可通过日本国立材料研究中心数据库(NIMS)等查询。
MS中构建晶体结构一般需要用到的信息有：晶格常数，晶体结构所属空间群或空间群号，晶胞中的原子占位。纳米二氧化钛作为一种新型多功能材料，性质非常优良，应用十分广泛，目前国内外的许多研究选用其作为研究对象。它主要包括金红石型、锐钛矿型和版钛型三个晶型。其中锐钛矿型纳米二氧化钛在常温下是稳定的，主要应用在环保及新材料方面，工业应用前沿广阔。笔者以锐钛矿型TiO2能带计算过程为例，介绍其建立过程。锐钛矿型TiO2为四方晶系，空间群为I41/AMD。每个锐钛矿型TiO2原胞由2个钛原子和4个氧原子组成，初始原胞1×1×1为长方体，如图1a所示。首先选取锐钛矿TiO2晶体2×2×2超级原胞，然后通过计算得到体系的最小化电子能量和原子结构的稳定构型，从而对其进行结构优化。经分析，优化后计算得到的TiO2晶体的晶格参数a，b和c与文献报道实验测试值及其他理论计算值相似(见表1)。为了考查TiO2表面原子与吸附氧之间的反应过程，在完成块体优化后，我们切出了TiO2的三个主要的低指数面(100)，(001)和(101)(如图1所示)。其中(101)面为锐钛矿型TiO2的最稳定晶面，亦为锐钛矿TiO2中最主要的晶面，约占94%以上[11-13]，对该表面的研究具有重要意义。(101)面的性能，在一定程度上可反映出锐钛矿TiO2体相材料的性能。因此，我们主要考虑的锐钛矿TiO2表面模型为(101)面。
对于(101)表层，分别将具有5配位和6配位的两种钛原子表示为Ti5C和Ti6C，具有面氧和桥氧两种氧原子表示为O2C(brightoxygen)和O3C(planeoxygen)(如图1所示)。为了避免交换关联影响，选择真空层厚度为10Å。通过MS软件进行计算。基于DFT理论，采用超软赝势描述价电子的相互作用，采用广义梯度近似(GGA)修正交换关联能，对构建的(101)面进行结构松弛优化。在动能截止能量为340eV及K点值为6×6×1的条件下，进行赝势和电荷密度的自洽迭代循环。计算过程中的能量收敛精度为2×10-5eV，作用在每个原子上的力小于等于0.01eV/nm，内应力小于等于0.1GPa。
除了构建原子模型之外，我们还得到了直观能带结构图(如图2所示)。在教学过程中，运用MS软件，计算过程只需要2～5分钟，学生即可得到能带结构图。横坐标为在模型对称性计算中设定的K点，K点就是倒格空间中的几何点。按照对称性，取纵坐标为能量。因此，能带结构图表示在研究体系中，各个具有对称性位置的点的能量。各个点能量的加和就是整个体系的总能量。采用MS得到的能带结构图，简单易懂、清晰明了，可清楚地看到价带、导带及带隙等具置、形状及长度等。在Castep里，通过给scissors赋值，可增加价带和导带之间的空间，使绝缘体的价带和导带清楚地区分出来。有助于学生更深层次地了解能带结构信息，为更深入的研究提供基础和引导。
3结束语
关键词：纳米涂层；场发射；电子强关联；软凝聚态物质
2003年在国际和中国都发生了具有突发性的灾难事件，但中国的GDP仍以9.1％的高速度在增长，达到了人民币11.6万亿元，其中第二产业贡献4万多亿元。中国现今的第二产业主要领域是冶金、制造和信息，在世界的地位是大加工厂，也是大市场。在国际竞争中所以有优势是中国的劳动力廉价，这个优势我们能保持多久?我们还注意到与化工有关的产品中，我们的生产效率是国际发达国家的5％，能耗是3倍，环境的破坏是9倍。这就是我们所付出的代价。不论形势如何严峻，21世纪是中华民族振兴的机遇期，制造业绝对是一个极其重要的领域，是个急速发展变化的领域。2003年3月国际真空学会执委会在北京举行，会议上讨论了将原来的冶金专委会改名为“表面工程专委会”，当时也考虑了另一个名字“涂层专委会”，我想用涂层材料更合适，含有继承性和变革性。20世纪70年代曾经说成是塑料年代，此后塑料科技和工业迅速崛起，极大地改变了人类社会。继而是信息时代，通信网、计算机网、万维网、智能网，信息流，日新月异地改变着人类的生活和观念。我们这个时代是高速发展的时代，技术和观念都在与时俱进地改变着。
本世纪初兴起了纳米科技，促进其到来的是由于微电子小型化的发展趋势，推动科技发展进入纳米时代[1]，不仅电子学将进入纳电子学领域，物理学进入介观物理领域，各类科技，包括生物医学等都在探索纳米结构与特性。涂层和表面改性越来越多地增加了纳米科技的内容，这是一种低维材料的制造和加工科技，将是制造技术的主流，将迅速地改变传统制造技术的方法、理论和观念，作为现今国际上的制造大国，世界加工厂，我们更应该注意研究制造技术的发展和未来。
1突破传统制造技术的观念
纳米科技研究的内容主要是在原子、分子尺度上构造材料和器件，测量表征其结构和特性，探索、发现新现象、新规律和应用领域。与我们熟悉传统的相比，纳米材料和器件具有显著的维数效应和尺寸效应。近几年来，在纳米材料制造方面做了大量的研究工作，在纳米粒子粉材的制造，以及材料结构和特性测量、表征上取得了显著成果[2～7]。接下来深入到纳米线、纳米管和纳米带的研究[8～14]，出现了一些成功有效的制造方法，发现了一些惊人的结构和特性。在此基础上，发展了纳米复合材料的研究，展现了非常有希望的应用前景[15～17]。近来人们在纳米科技初期成果的基础上挑战某些产品的传统加工技术，比如Al组件的快速加工。
T.B.Sercombe等人报道了快速加工铝(Al)组件的新方法[18]，这个方法的主要特征是用快速成型技术先形成树脂键合件，然后在氮气氛中分解其键和第二次渗入铝合金。在热处理过程中，铝与氮反应形成氮化铝骨架，在渗透过程中得到刚体结构。与传统制造工艺相比，这个过程是简单的快速的，可以制造任何复杂组件，包括聚合物、陶瓷、金属。图1是过程示意和原型样品，(a)是尼龙巾镶嵌铝粒子的SEM像，中心有结构细节的是Mg粒子，白色是Al粒子，加入少量的Mg是为还原氧化铝，它将不是铸件中的成分。在尼龙被烧去时，这个结构基本保持不变。(b)是氮化物骨架，围绕Al粒子的一些环状结构的光学显微镜像，再渗入Al时将形成密实结构。(c)是烧结的氮化铝和渗铝组件，小柱的厚为0.5mm其密度和强度都达到了传统铸造技术的水平。他们还制作了公斤重量多种结构的样品。这是一种冶金技术的探索，开辟了一种新的冶金和制造技术途径。
2纳米材料的完美定律
描述材料结构的常用术语是原子结构和电子结构。原子结构的主要参量是晶格常数、键长、键角；电子结构的主要参量是能带、量子态、分布函数。对于我们熟悉的宏观体系，这些参量多是确定的常数，但对于纳米体系，多数参量随着原子数量的改变而变化。这是纳米材料和器件的典型特征，它决定了纳米材料的多样性。其中有个重要规律，我们称之为纳米材料的完美定律，用简单语言表述：“存在是完美的，完美的才能存在”。它包括了纳米晶粒的魔数规则，即含有13、55、147…等数量原子的原子团是稳定的，对于富勒烯碳60和碳70存在的几率最大，而对于碳59或碳71等结构体系根本不存在。这就是为什么斯莫利(Smmolley)他们当初能在大量的富勒烯中首先发现碳60和碳70，从而获得了诺贝尔奖。对于一维纳米结构，包括纳米管和纳米线，存在类似的规则。可以模型上认为是由壳层构成的，每个壳层中更精细的结构称为股，每一股是一条原子链，中心为1股包裹壳层为7股的表示为7-1结构，再外壳层为11股的，表示为11-7-1结构，等等，构成最稳定的结构，这是一维纳米结构的魔数规则。对二维纳米膜存在类似的缺陷熔化规则，即不容许存在很多缺陷，一旦超过临界值，缺陷自发产生，完全破坏二维晶态结构。上述这些低维结构特征是完美定律的具体表述，进步普遍表述理论是正在研究中的课题。
完美定律是我们讨论涂层材料的出发点，因为纳米材料有更多的人造品格，是大自然很少存在或者不存在的，需要人工大量制造。在制造过程中，方法简单、产额高、成本低是最有竞争力的。可以想象，制造成本很高的材料和器件能有市场，一定是不计成本的特殊需要，有政治背景或短期的社会需求。因此在我们探索纳米材料制造时，首先考虑的应是满足完美定律的技术，如用甲烷电弧法制备纳米金刚石粉技术[1]，电化学沉积法制备金属纳米线阵列技术[19]，以及电炉烧结法制造氧化物纳米带技术[20]等等。
3涂层纳米材料将给我们带来什么?
涂层纳米材料是纳米科技领域具有代表的材料，或是低维纳米材料的有序堆积结构，或者是低维纳米材料填充的复合结构。两者都比传统材料有惊人的结构和特性。如新型高效光电池[21]、各向异性结构材料[19]、新型面光源材料[22]等，这里举例介绍基于热电效应的新型纳米热电变换材料。
热电效应器件的代表是热电偶，即利用不同导体接触的温差电现象进行温度测量的器件。基于热电效应可以制成两类器件：热产生电和电产生温差。前者可以用于制造焦电器件，即用热直接发电，如将焦电材料涂于内燃机缸表面，利用缸体温度高于环境几百度的温差发电，将余热变作电能回收。后者可以做成电致冷器件。这类的直接热电变换器件具有无污染，没有活动部件，长寿命，高可靠性等优点，但块体材料制成器件的效率低，限制了它的应用。纳米科技兴起以后，人们探索利用纳米晶或纳米线结构能否解决热电效应的效率问题。认为用量子点超晶格材料有希望显著提高热电器件的效率，这是由于纳米材料显著的能级分裂，有利于载流子的共振输运和降低晶格热传导，从而提高了器件的效率。T.C.Harman等人[23]报告了量子点超晶格结构的热-电效应器件，他们制备了PbSeTe／PbTe量子点超晶格(QDSL)结构，用其制造了热电器件(Thermo-electrics，TE)，图2(a)是纳米超晶格TE致冷器件的结构和电路图，(b)电流-温度曲线。将TE超晶格材料，其宽11mm，长5mm，厚0.104mm，n-型的TE片，一端置于热槽，另一端置于冷槽，为了减小冷槽热传导而形成这同结接触，用一根细金属线与热槽连接。当如图2(a)所示加电流源时，将致冷降温。对于这种纳米线超晶格结构，由于量子限制效应，发生间隔很大的能级分裂，从而得到很高的热电转换效率。图2(b)是TE器件的电流-温度曲线，实验点标明为热与冷端温差(T)与电流(I)关系，电流坐标表示相应通过器件的电流。■为热端温度Th与电流I的关系，其温度对于流过器件的电流不敏感。为冷端温度Tc与电流I的关系，其温度对于电流是敏感的。图中A是测得的最大温差，43.7K，B是块体(Bi，Sb)2(Se，Te)3固溶合金TE材料最大温差，30.8K。从图中可以看出，在较大电流时，冷端温度趋于饱和。采用这种致冷器件由室温降至一般冰箱的冷冻温度是可能的。
电热效应的逆过程的应用就是焦电器件，即利用热源与环境的温差发电。对于内燃机、锅炉、致冷器高温热端等设备的热壁，涂上超晶格纳米结构涂层，利用剩余热能发电，将是人们利用纳米材料和组装技术研究的重要课题。
类似面致冷、取暖，面光源，面环境监测等涂层功能材料，将给家电产业带来革命性的影响，将会极大地改变人类的生活方式和观念。
4含铁碳纳米管薄膜场发射
碳纳米管阵列或含碳纳米管涂层场发射被广泛研究，以其为场发射阴极做成了平板显示器。研究结果表明碳管的前端有较强的场发射能力，因此碳管涂层膜中多数碳管是平放在基底上的，场电子发射能力很差。我们制备了含有铁(Fe)纳米粒子的碳纳米管，它的侧向有更大的场发射能力，有利于用涂层法制造平板场发射阴极。图3(a)是含铁粒子碳纳米的TEM像，碳管外形发生显著改变。(b)是碳管场发射I-V特性曲线，I是CVD生长的竖直排列碳纳米管的场发射曲线，II是含铁粒子碳纳米管竖直阵列的场发射曲线，III是含粒子碳纳米管躺在基底上的场发射曲线，有最强的场发射能力。根据此结果，将含铁的碳纳米管用作涂层场发射阴极，有利于研制平板显示器。
5电子强关联体系和软凝聚态物质
上面所讲到的涂层纳米功能材料和器件是当今国际上研究的热门课题，会很快取得重要成果，甚至有新产品进入市场。当我们在讨论这个纳米科技中的重要方向时，不能不考虑更深层的理论问题和更长远的发展前景。这就涉及到物理学的重要理论问题，即电子强关联体系(electronstrongcorrelationsystem)与软凝聚态物质(softcondensationmatter)。
在量子力学出现之前，金属材料电导的来源是个谜，20世纪初量子力学诞生后，解决了金属导电问题。基于Bloch假设：晶体中原子的外层电子，适应晶格周期调整它们的波长，在整个晶体中传播；电子-电子间没有相互作用。这是量子力学的简化模型，没有考虑电子间的相互作用，特别是在局域态电子的强相互作用。2003年又有人提出了金属导电问题，Phillips和他的同事以“难以琢磨的Bose金属”为题重新讨论了金属导电问题[24]。当计入电子间的相互作用时，可能产生的多体态，超导和巨磁阻就是这种状态。晶体中的缺陷破坏了完善导体，导致电子局域化。电子与核作用的等效结果表现为电子间的吸引作用，导致电荷载流子为Cooper对。但这个对的形成，不是超导的充分条件。当所有Cooper对都成为单量子态时，才能观察到超导性。这样，对于费米子由于包利(Paulii)不相容原则，不可能产生宏观上的单量子态。Cooper对的旋转半径小于通常两个电子相互作用的空间，成为Bose子。宏观上呈现单量子态，Bose子的相干防止了局域量子化。在局域化电子范围内，超导性可能认为是玻色-爱因斯坦凝聚，这个观点现今被很多人接受。从20世纪初至今，对于基本粒子的量子统计有两种，一是Fermi统计，遵从Paulii不相容原理，即每个能量量子态上只能容纳自旋不同的2个电子，而Bose子则不受这个限制。在凝聚态物质中有两个基态：即共有化Bose子呈现超导态，局域化Bose子呈现绝缘态。然而，在几个薄合金膜的实验中，观察到金属相，破坏了超导体和绝缘体之间直接转换。经分析认为这是玻色金属态，参与导电的是Bose子。推断这个金属相可能是涡流玻璃态，这个现象在铜氧化物超导体中得到了验证。
软凝聚态物质研究的对象是原子、分子间不仅存在短程作用力，而且存在长程作用力，表观上呈现的粘稠物质形态，称为软凝聚态。至今，人类对于晶体和原子存在强相互作用的固体已经知道得相当透彻了，但对软凝聚态的很多科学问题还没有深入研究，21世纪以来，引起了科学家的极大兴趣。软凝聚态物质包括流体、离子液体、复合流体、液晶、固体电解、离子导体、有机粘稠体、有机柔性材料、有机复合体，以及生物活体功能材料等。这其中的液晶由于在显示器件上的很大市场需求，是被研究得相当清楚的一种。其他软凝聚态结构和特性的科学问题和应用前景是目前被关注的研究课题。这其中主要有：微流体阀和泵、纳米模板、纳米阵列透镜、有机半导体、有机陶瓷、流体类导体、表面敏感材料、亲水疏水表面、有机晶体、生物材料(人造骨和牙齿)、柔性集成器件，以及他们的复合，统称为分子调控材料(materialsofmolecularmanipulation)。其主要特征是原子结构的多变性和柔性，研究材料的设计、制造、结构和特性的测量、表征，追求特殊功能；理论上探讨原子结构的稳定体系，光、电、热、机械特性，以及载流子及其输运。关于软凝聚态物质，有些早已为人类所用，电解液、液晶等，但对其理论研究处于初期阶段。科学的发展和应用的需求促进深入的理论研究，判断体系稳定存在的依据是自由能最小，体系自由能可表示为F=E-TS，其中S是熵。对于软凝聚态物质体系，S是重要参量。其中更多的缺陷，原子、分子运动的复杂行为，更多的电子强关联，不再是单粒子统计所能描述，需要研究粒子间存在相互作用的统计理论。多样性是这个体系的突出特征，因此其理论涉及广泛、复杂问题。
物理学是探索物态结构与特性的基础学科，是认识自然和发展科技的基础，其中以原子间有较强作用的稠密物质体系为主要研究对象的凝聚态物理近些年有了迅速进展，研究范围不断扩大，从固体结构、相变、光电磁特性扩展到液晶、复杂流体、聚合物和生物体结构等。几乎每一二十年就有新物质状态被发现，促进了人类对自然的认识和对其规律把握能力，推动了科学和技术的发展。21世纪仍有一些老的科学问题需要深入研究，一些新科学问题已提到人们的面前。特别是低维量子限域体系和极端条件下的基本物理问题。20世纪80年代出现的介观物理，后来发展成为纳米科技所涉及的学科领域。与宏观体系和原子体系相比，低维量子限域体系，还有很多物理问题有待解决，人们熟悉的宏观体系得到的规则和结论有些不再有效，适用于低维量子限域体系的处理方法和理论需要探索，特别是将涉及到多层次多系统问题的描述和表征，将会有更多的新现象、新效应、新规律被发现。在纳米尺度，研究原子、分子组装、测量、表征，涉及有机材料、无机／有机复合材料和生物材料，这将大大的扩展了物理学研究的范围和深度。涉及的重大科学前沿问题和重点发展方向有①强关联和软凝聚态物质，及其他新奇特性凝聚态物质；②低维量子限域体系的结构和量子特性，包括纳米尺度功能材料和器件结构和特性；③粒子物理，描述物质微观结构和基本相互作用的粒子物理标准模型和有关问题，以及复杂系统物理；④极端条件下的物理问题，探索高能过程、核结构、等离子体、新物理现象和核物质新形态等；⑤生命活动中的物理问题，物理学的基本规律、概念、技术引入生命科学中，研究生物大分子体系特征、DNA、蛋白质结构和功能等，其研究关键将在于定量化和系统性，必然是多学科的交叉发展，成为未来科学的重要领域。
6结论
本文讨论了纳米线涂层的结构和特性，重点是纳米线的复合涂层和其电学特性、光电特性。其中包括制造技术新观念，纳米材料的完美定律，纳米涂层的热-电效应，碳纳米管的侧向场发射，以及电子强关联体系和软凝聚态物质，展示了涂层科学与技术的发展前景。
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关键词:梯度功能材料,复合材料,研究进展
Abstract:Thispaperintroducestheconcept，types，capability，preparationmethodsoffunctionallygradedmaterials.Baseduponanalysisofthepresentapplicationsituationsandprospectofthiskindofmaterialssomeproblemsexistedarepresented.ThecurrentstatusoftheresearchofFGMarediscussedandananticipationofitsfuturedevelopmentisalsopresent.
Keywords:FGM；composite；theAdvance
0引言
信息、能源、材料是现代科学技术和社会发展的三大支柱。现代高科技的竞争在很大程度上依赖于材料科学的发展。对材料,特别是对高性能材料的认识水平、掌握和应用能力,直接体现国家的科学技术水平和经济实力,也是一个国家综合国力和社会文明进步速度的标志。因此,新材料的开发与研究是材料科学发展的先导,是21世纪高科技领域的基石。
近年来,材料科学获得了突飞猛进的发展[1]。究其原因,一方面是各个学科的交叉渗透引入了新理论、新方法及新的实验技术;另一方面是实际应用的迫切需要对材料提出了新的要求。而FGM即是为解决实际生产应用问题而产生的一种新型复合材料，这种材料对新一代航天飞行器突破“小型化”，“轻质化”，“高性能化”和“多功能化”具有举足轻重的作用[2]，并且它也可广泛用于其它领域，所以它是近年来在材料科学中涌现出的研究热点之一。
1FGM概念的提出
当代航天飞机等高新技术的发展，对材料性能的要求越来越苛刻。例如：当航天飞机往返大气层，飞行速度超过25个马赫数，其表面温度高达2000℃。而其燃烧室内燃烧气体温度可超过2000℃，燃烧室的热流量大于5MW/m2,其空气入口的前端热通量达5MW/m2.对于如此大的热量必须采取冷却措施，一般将用作燃料的液氢作为强制冷却的冷却剂，此时燃烧室内外要承受高达1000K以上的温差,传统的单相均匀材料已无能为力[1]。若采用多相复合材料,如金属基陶瓷涂层材料,由于各相的热胀系数和热应力的差别较大,很容易在相界处出现涂层剥落[3]或龟裂[1]现象，其关键在于基底和涂层间存在有一个物理性能突变的界面。为解决此类极端条件下常规耐热材料的不足，日本学者新野正之、平井敏雄和渡边龙三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念[1]，即以连续变化的组分梯度来代替突变界面,消除物理性能的突变,使热应力降至最小[3]。
随着研究的不断深入，梯度功能材料的概念也得到了发展。目前梯度功能材料(FGM)是指以计算机辅助材料设计为基础，采用先进复合技术，使构成材料的要素（组成、结构）沿厚度方向有一侧向另一侧成连续变化，从而使材料的性质和功能呈梯度变化的新型材料[4]。
2FGM的特性和分类
2.1FGM的特殊性能
由于FGM的材料组分是在一定的空间方向上连续变化的特点如图2,因此它能有效地克服传统复合材料的不足[5]。正如Erdogan在其论文[6]中指出的与传统复合材料相比FGM有如下优势:
1)将FGM用作界面层来连接不相容的两种材料,可以大大地提高粘结强度;
2)将FGM用作涂层和界面层可以减小残余应力和热应力;
3)将FGM用作涂层和界面层可以消除连接材料中界面交叉点以及应力自由端点的应力奇异性;
4)用FGM代替传统的均匀材料涂层,既可以增强连接强度也可以减小裂纹驱动力。
2.2FGM的分类
根据不同的分类标准FGM有多种分类方式。根据材料的组合方式，FGM分为金属/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多种组合方式的材料[1]；根据其组成变化FGM分为梯度功能整体型（组成从一侧到另一侧呈梯度渐变的结构材料），梯度功能涂敷型（在基体材料上形成组成渐变的涂层），梯度功能连接型（连接两个基体间的界面层呈梯度变化）[1]；根据不同的梯度性质变化分为密度FGM，成分FGM，光学FGM，精细FGM等[4]；根据不同的应用领域有可分为耐热FGM，生物、化学工程FGM，电子工程FGM等[7]。
3FGM的应用
FGM最初是从航天领域发展起来的。随着FGM研究的不断深入,人们发现利用组分、结构、性能梯度的变化,可制备出具有声、光、电、磁等特性的FGM,并可望应用于许多领域。
功能
应用领域材料组合
缓和热应
力功能及
结合功能
航天飞机的超耐热材料
陶瓷引擎
耐磨耗损性机械部件
耐热性机械部件
耐蚀性机械部件
加工工具
运动用具:建材陶瓷金属
陶瓷金属
塑料金属
异种金属
异种陶瓷
金刚石金属
碳纤维金属塑料
核功能
原子炉构造材料
核融合炉内壁材料
放射性遮避材料轻元素高强度材料
耐热材料遮避材料
耐热材料遮避材料
生物相溶性
及医学功能
人工牙齿牙根
人工骨
人工关节
人工内脏器官:人工血管
补助感觉器官
生命科学磷灰石氧化铝
磷灰石金属
磷灰石塑料
异种塑料
硅芯片塑料
电磁功能
电磁功能陶瓷过滤器
超声波振动子
IC
磁盘
磁头
电磁铁
长寿命加热器
超导材料
电磁屏避材料
高密度封装基板压电陶瓷塑料
压电陶瓷塑料
硅化合物半导体
多层磁性薄膜
金属铁磁体
金属铁磁体
金属陶瓷
金属超导陶瓷
塑料导电性材料
陶瓷陶瓷
光学功能防反射膜
光纤;透镜;波选择器
多色发光元件
玻璃激光透明材料玻璃
折射率不同的材料
不同的化合物半导体
稀土类元素玻璃
能源转化功能
MHD发电
电极;池内壁
热电变换发电
燃料电池
地热发电
太阳电池陶瓷高熔点金属
金属陶瓷
金属硅化物
陶瓷固体电解质
金属陶瓷
电池硅、锗及其化合物
4FGM的研究
FGM研究内容包括材料设计、材料制备和材料性能评价。
4.1FGM设计
FGM设计是一个逆向设计过程[7]。
首先确定材料的最终结构和应用条件,然后从FGM设计数据库中选择满足使用条件的材料组合、过渡组份的性能及微观结构,以及制备和评价方法,最后基于上述结构和材料组合选择,根据假定的组成成份分布函数,计算出体系的温度分布和热应力分布。如果调整假定的组成成份分布函数,就有可能计算出FGM体系中最佳的温度分布和热应力分布,此时的组成分布函数即最佳设计参数。
FGM设计主要构成要素有三:
1)确定结构形状,热—力学边界条件和成分分布函数;
2)确定各种物性数据和复合材料热物性参数模型;
3)采用适当的数学—力学计算方法,包括有限元方法计算FGM的应力分布,采用通用的和自行开发的软件进行计算机辅助设计。
FGM设计的特点是与材料的制备工艺紧密结合,借助于计算机辅助设计系统,得出最优的设计方案。
4.2FGM的制备
FGM制备研究的主要目标是通过合适的手段,实现FGM组成成份、微观结构能够按设计分布,从而实现FGM的设计性能。可分为粉末致密法:如粉末冶金法(PM),自蔓延高温合成法(SHS);涂层法:如等离子喷涂法,激光熔覆法,电沉积法,气相沉积包含物理气相沉积(PVD)和化学相沉积(CVD);形变与马氏体相变[10、14]。
4.2.1粉末冶金法(PM)
PM法是先将原料粉末按设计的梯度成分成形,然后烧结。通过控制和调节原料粉末的粒度分布和烧结收缩的均匀性,可获得热应力缓和的FGM。粉末冶金法可靠性高,适用于制造形状比较简单的FGM部件,但工艺比较复杂,制备的FGM有一定的孔隙率,尺寸受模具限制[7]。常用的烧结法有常压烧结、热压烧结、热等静压烧结及反应烧结等。这种工艺比较适合制备大体积的材料。PM法具有设备简单、易于操作和成本低等优点,但要对保温温度、保温时间和冷却速度进行严格控制。国内外利用粉末冶金方法已制备出的FGM有:MgC/Ni、ZrO2/W、Al2O3/ZrO2[8]、Al2O3-W-Ni-Cr、WC-Co、WC-Ni等[7]。
4.2.2自蔓延燃烧高温合成法(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis简称SHS或CombustionSynthesis)
SHS法是前苏联科学家Merzhanov等在1967年研究Ti和B的燃烧反应时,发现的一种合成材料的新技术。其原理是利用外部能量加热局部粉体引燃化学反应,此后化学反应在自身放热的支持下,自动持续地蔓延下去,利用反应热将粉末烧结成材，最后合成新的化合物。其反应示意图如图6所示[16]：
SHS法具有产物纯度高、效率高、成本低、工艺相对简单的特点。并且适合制造大尺寸和形状复杂的FGM。但SHS法仅适合存在高放热反应的材料体系,金属与陶瓷的发热量差异大,烧结程度不同,较难控制,因而影响材料的致密度,孔隙率较大,机械强度较低。目前利用SHS法己制备出Al/TiB2,Cu/TiB2、Ni/TiC[8]、Nb-N、Ti-Al等系功能梯度材料[7、11]。
4.2.3喷涂法
喷涂法主要是指等离子体喷涂工艺,适用于形状复杂的材料和部件的制备。通常,将金属和陶瓷的原料粉末分别通过不同的管道输送到等离子喷枪内,并在熔化的状态下将它喷镀在基体的表面上形成梯度功能材料涂层。可以通过计算机程序控制粉料的输送速度和流量来得到设计所要求的梯度分布函数。这种工艺已经被广泛地用来制备耐热合金发动机叶片的热障涂层上,其成分是部分稳定氧化锆(PSZ)陶瓷和NiCrAlY合金[9]。
4.2.3.1等离子喷涂法(PS)
PS法的原理是等离子气体被电子加热离解成电子和离子的平衡混合物,形成等离子体,其温度高达1500K,同时处于高度压缩状态,所具有的能量极大。等离子体通过喷嘴时急剧膨胀形成亚音速或超音速的等离子流,速度可高达1.5km/s。原料粉末送至等离子射流中,粉末颗粒被加热熔化,有时还会与等离子体发生复杂的冶金化学反应,随后被雾化成细小的熔滴,喷射在基底上,快速冷却固结,形成沉积层。喷涂过程中改变陶瓷与金属的送粉比例,调节等离子射流的温度及流速,即可调整成分与组织,获得梯度涂层[8、11]。该法的优点是可以方便的控制粉末成分的组成,沉积效率高,无需烧结,不受基体面积大小的限制,比较容易得到大面积的块材[10],但梯度涂层与基体间的结合强度不高,并存在涂层组织不均匀,空洞疏松,表面粗糙等缺陷。采用此法己制备出TiB2-Ni、TiC-Ni、TiB2-Cu、Ti-Al[7]、NiCrAl/MgO-ZrO2、NiCrAl/Al2O3/ZrO2、NiCrAlY/ZrO2[10]系功能梯度材料
4.2.3.2激光熔覆法
激光熔覆法是将预先设计好组分配比的混合粉末A放置在基底B上,然后以高功率的激光入射至A并使之熔化,便会产生用B合金化的A薄涂层,并焊接到B基底表面上,形成第一包覆层。改变注入粉末的组成配比,在上述覆层熔覆的同时注入,在垂直覆层方向上形成组分的变化。重复以上过程,就可以获得任意多层的FGM。用Ti-A1合金熔覆Ti用颗粒陶瓷增强剂熔覆金属获得了梯度多层结构。梯度的变化可以通过控制初始涂层A的数量和厚度,以及熔区的深度来获得,熔区的深度本身由激光的功率和移动速度来控制。该工艺可以显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热及电气特性和生物活性等性能,但由于激光温度过高,涂层表面有时会出现裂纹或孔洞,并且陶瓷颗粒与金属往往发生化学反应[10]。采用此法可制备Ti-Al、WC-Ni、Al-SiC系梯度功能材料[7]。
4.2.3.3热喷射沉积[10]
与等离子喷涂有些相关的一种工艺是热喷涂。用这种工艺把先前熔化的金属射流雾化,并喷涂到基底上凝固,因此,建立起一层快速凝固的材料。通过将增强粒子注射到金属流束中,这种工艺已被推广到制造复合材料中。陶瓷增强颗粒,典型的如SiC或Al2O3,一般保持固态,混入金属液滴而被涂覆在基底,形成近致密的复合材料。在喷涂沉积过程中,通过连续地改变增强颗粒的馈送速率,热喷涂沉积已被推广产生梯度6061铝合金/SiC复合材料。可以使用热等静压工序以消除梯度复合材料中的孔隙。
4.2.3.4电沉积法
电沉积法是一种低温下制备FGM的化学方法。该法利用电镀的原理,将所选材料的悬浮液置于两电极间的外场中,通过注入另一相的悬浮液使之混合,并通过控制镀液流速、电流密度或粒子浓度,在电场作用下电荷的悬浮颗粒在电极上沉积下来,最后得到FGM膜或材料[8]。所用的基体材料可以是金属、塑料、陶瓷或玻璃,涂层的主要材料为TiO2-Ni,Cu-Ni,SiC-Cu,Cu-Al2O3等。此法可以在固体基体材料的表面获得金属、合金或陶瓷的沉积层,以改变固体材料的表面特性,提高材料表面的耐磨损性、耐腐蚀性或使材料表面具有特殊的电磁功能、光学功能、热物理性能,该工艺由于对镀层材料的物理力学性能破坏小、设备简单、操作方便、成型压力和温度低,精度易控制,生产成本低廉等显著优点而备受材料研究者的关注。但该法只适合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]
4.2.3.5气相沉积法
气相沉积是利用具有活性的气态物质在基体表面成膜的技术。通过控制弥散相浓度,在厚度方向上实现组分的梯度化,适合于制备薄膜型及平板型FGM[8]。该法可以制备大尺寸的功能梯度材料,但合成速度低,一般不能制备出大厚度的梯度膜,与基体结合强度低、设备比较复杂。采用此法己制备出Si-C、Ti-C、Cr-CrN、Si-C-TiC、Ti-TiN、Ti-TiC、Cr-CrN系功能梯度材料。气相沉积按机理的不同分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两类。
化学气相沉积法(CVD)是将两相气相均质源输送到反应器中进行均匀混合,在热基板上发生化学反应并使反映产物沉积在基板上。通过控制反应气体的压力、组成及反应温度,精确地控制材料的组成、结构和形态,并能使其组成、结构和形态从一种组分到另一种组分连续变化,可得到按设计要求的FGM。另外,该法无须烧结即可制备出致密而性能优异的FGM,因而受到人们的重视。主要使用的材料是C-C、C-SiC、Ti-C等系[8、10]。CVD的制备过程包括：气相反应物的形成；气相反应物传输到沉积区域；固体产物从气相中沉积与衬底[12]。
物理气相沉积法(PVD)是通过加热固相源物质,使其蒸发为气相,然后沉积于基材上,形成约100μm厚度的致密薄膜。加热金属的方法有电阻加热、电子束轰击、离子溅射等。PVD法的特点是沉积温度低,对基体热影响小,但沉积速度慢。日本科技厅金属材料研究所用该法制备出Ti/TiN、Ti/TiC、Cr/CrN系的FGM[7~8、10~11]
4.2.4形变与马氏体相变[8]
通过伴随的应变变化,马氏体相变能在所选择的材料中提供一个附加的被称作“相变塑性”的变形机制。借助这种机制在恒温下形成的马氏体量随材料中的应力和变形量的增加而增加。因此,在合适的温度范围内,可以通过施加应变(或等价应力)梯度,在这种材料中产生应力诱发马氏体体积分数梯度。这一方法在顺磁奥氏体18-8不锈钢(Fe-18%,Cr-8%Ni)试样内部获得了铁磁马氏体α体积分数的连续变化。这种工艺虽然明显局限于一定的材料范围,但能提供一个简单的方法,可以一步生产含有饱和磁化强度连续变化的材料,这种材料对于位置测量装置的制造有潜在的应用前景。
4.3FGM的特性评价
功能梯度材料的特征评价是为了进一步优化成分设计,为成分设计数据库提供实验数据,目前已开发出局部热应力试验评价、热屏蔽性能评价和热性能测定、机械强度测定等四个方面。这些评价技术还停留在功能梯度材料物性值试验测定等基础性的工作上[7]。目前,对热压力缓和型的FGM主要就其隔热性能、热疲劳功能、耐热冲击特性、热压力缓和性能以及机械性能进行评价[8]。目前,日本、美国正致力于建立统一的标准特征评价体系[7~8]。
5FGM的研究发展方向
5.1存在的问题
作为一种新型功能材料,梯度功能材料范围广泛,性能特殊,用途各异。尚存在一些问题需要进一步的研究和解决,主要表现在以下一些方面[5、13]:
1）梯度材料设计的数据库（包括材料体系、物性参数、材料制备和性能评价等）还需要补充、收集、归纳、整理和完善；
2）尚需要进一步研究和探索统一的、准确的材料物理性质模型，揭示出梯度材料物理性能与成分分布，微观结构以及制备条件的定量关系，为准确、可靠地预测梯度材料物理性能奠定基础；
3）随着梯度材料除热应力缓和以外用途的日益增加，必须研究更多的物性模型和设计体系，为梯度材料在多方面研究和应用开辟道路；
4）尚需完善连续介质理论、量子（离散）理论、渗流理论及微观结构模型，并借助计算机模拟对材料性能进行理论预测，尤其需要研究材料的晶面（或界面）。
5)已制备的梯度功能材料样品的体积小、结构简单,还不具有较多的实用价值;
6)成本高。
5.2FGM制备技术总的研究趋势[13、15、19-20]
1）开发的低成本、自动化程度高、操作简便的制备技术；
2）开发大尺寸和复杂形状的FGM制备技术；
3）开发更精确控制梯度组成的制备技术（高性能材料复合技术）；
4）深入研究各种先进的制备工艺机理，特别是其中的光、电、磁特性。
5.3对FGM的性能评价进行研究[2、13]
有必要从以下5个方面进行研究：
1）热稳定性，即在温度梯度下成分分布随时间变化关系问题；
2）热绝缘性能；
3）热疲劳、热冲击和抗震性；
4）抗极端环境变化能力；
5）其他性能评价，如热电性能、压电性能、光学性能和磁学性能等
在微流控技术中，根据微流控装置制备乳液的几何结构以及液相流体流动方向的不同，乳液有不同的产生形式，据此可以将微流控装置主要分为：同向流动型（co-flow）、T形交叉流动型（T-junctioncross-flow）和流动聚焦型（flow-focusing）。如图1(a)所示为典型的同向流动型微流控装置几何结构。在该装置中，作为分散相的内相液体（innerfluid）和作为连续相的外相液体（outerfluid）分别在内、外通道中同向流动，并在注射管锥口处相遇，此时内相液体受到与其互不相溶的外相液体的剪切力作用而在收集管中断裂成为尺寸均一的单乳液滴。典型的T形交叉流动型微流控装置几何结构，该装置中内相液体和外相液体主要呈相互垂直流动，并在T形流道的交叉口处相遇，此时内相液体受到外相液体的剪切和挤压作用而分散断裂成液滴。流动聚焦型微流控装置几何结构的典型结构，该装置中中间通道内流动的内相液体受到两侧通道中流动的外相液体的作用，并一同流向下游处紧临的缩口小孔；此时，在外相液体产生的压力和黏性应力的作用下，内相液体变为一股细小的喷射流，并在小孔下游处断裂成液滴。在上述装置中，同向流动型微流控装置几何结构主要由玻璃毛细管组装构建而成，而T形交叉流动型和流动聚焦型微流控装置几何结构则可由微加工技术[如软光刻技术(softlithography)]在聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、玻片等材料上构建。
上述微流控技术均能产生具有良好单分散性（一般CV值小于5%）、且尺寸可精确调控的乳液液滴。在产生乳液的过程中，液相流动的稳定性是决定乳液液滴单分散性的主要因素，而微通道的尺寸以及液相的流速则是调控乳液液滴尺寸的关键因素。除了可以控制所产生液滴的尺寸和单分散性外，微流控技术另一大优点是其良好的可升级特性，即可以通过将上述3种类型的微流控装置几何结构相互结合而实现对结构复杂的多重乳液的可控制备。Chu等通过将两个同向流动型微流控装置几何结构串联组装，得到了两级同向流动型微流控装置，以用于产生具有液滴嵌套液滴结构的双重乳液。当第一级微流控几何结构中内相液体被中间相液体剪切产生单乳液滴后，携带有该单乳液滴的中间相液体将进一步地在第二级微流控装置几何结构中被同向流动的另一股外相液体剪切，从而使得单乳液滴被封装在所形成的中间相液体液滴中，形成了双重乳液。由于微流控技术对各级液滴产生单元所产生液滴的优良控制性，使得该双重乳液也具有良好的单分散性。基于微流控装置这种优良的可升级特性，Chu等进一步组装得到了三级玻璃毛细管微流控装置，并成功可控制得了具有更多层嵌套结构的单分散三重乳液。在上述多重乳液中，乳液内部各层所含液滴的数目和尺寸均精确可控，展现出了微流控技术在可控制备多重乳液方面的巨大优势。Wang等进一步通过设计液滴产生组件、液滴汇集组件、液体提取组件等微流控功能单元用于组装微流控装置，从而可控制得了结构更加多样化，且内部可以同时包含不同组分液滴的多组分多重乳液，对上述层层嵌套式多重乳液的结构做了进一步地扩展。这些多组分多重乳液内部各层不同组分液滴的种类、尺寸、数目、比例均精确可控。其中，液滴的种类主要取决于用于产生不同液滴的液滴产生组件的数目；液滴的尺寸主要取决于通道的尺寸以及液相流速；而多重乳液内部不同液滴之间的数目和比例则取决于不同液滴的产生频率，该频率主要也是通过匹配液相流速来进行调控。微流控技术所制备出的尺寸和结构高度可控的单分散乳液液滴，为具有多样化结构的新型微颗粒功能材料的设计和制备提供了优良的模板。
2以单乳液滴为模板制备单分散功能微颗粒
以微流控技术制得的单分散乳液液滴作为合成模板，可以制备得到尺寸均一的单分散微颗粒功能材料，并且可以通过改变液滴尺寸在较宽微尺度范围内实现对微颗粒尺寸的精确调控。此外，该方法还具有很强的通用性。如以油包水型（W/O）乳液或水包油型（O/W）乳液作为模板的微流控合成方法可以分别用于不同种类的基于水溶性单体或油溶性单体的聚合物微颗粒的制备，并且可以方便地通过改变模板液滴中的组分来实现对微颗粒化学组成的调节和优化，从而实现对微颗粒功能的调控。此外，微流控技术在微通道中连续制备和操控乳液液滴的独特工艺，还使得其可以与各种设备相结合，以提供多样化的合成条件用于球形甚至非球形微颗粒的连续可控生产。
2.1球形功能微颗粒的微流控制备
Weitz研究组利用微流控技术产生的单分散W/O乳液作为模板，通过将溶解在水滴中的N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）单体聚合，制备得到了尺寸均一的温敏型聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）水凝胶微颗粒。该温敏型PNIPAM水凝胶微颗粒具有良好的单分散性，且具有优良的温敏体积相变特性。当温度在其体积相转变温度（VPTT）（约32℃）附近变化时，该PNIPAM水凝胶微颗粒能展现出高温收缩、低温溶胀的可逆体积相变行为。类似地，Kumacheva研究组利用单分散的O/W乳液作为模板，通过紫外光照引发油滴中含有的油溶性单体聚合，制备得到了不同组分的单分散聚合物微颗粒。以上研究工作均显示出了微流控法在制备单分散微颗粒功能材料方面的优势
2.2非球形功能微颗粒的微流控制备
微颗粒材料的功能除了取决于其化学组成外，颗粒的形状也对其功能和应用前景具有很大的影响。然而，由于界面张力的作用总是使液滴尽可能地保持球形，因此传统的分批聚合方法通常难以得到尺寸均一的非球形颗粒。而微流控技术对于微通道中液滴的精确操控能力，则为可控制备单分散的非球形颗粒提供了一个优良的平台。Xu等通过设计微流控装置中通道的结构和尺寸，使得流入通道中的含有单体溶液的液滴在受限空间中变形为非球形形状，再将该变形的液滴经UV光照聚合进行原位固化后，从而制得了尺寸均一的棒状和扁平状非球形高分子聚合物微颗粒。在该方法中，由于微流控产生的单分散模板液滴的体积是一定的，因此该液滴在相同的微通道中变形后所形成的非球形液滴的形状和尺寸也是一定的，从而使得聚合后可以得到均一的非球形颗粒。此外，由于在聚合过程中单体溶液由液态转变为固态会发生一定程度的体积收缩，并且得到的固体颗粒表面仍具有一层连续相液体构成的浸润液层使之与微通道之间隔离，因此有效避免了固体微颗粒对微通道的堵塞。基于这种方法，研究者还制备得到了塞子状和圆盘状的聚合物微颗粒，以及不同形状的非球形磁性水凝胶微颗粒，展现出了微流控方法在可控制备单分散非球形微颗粒功能材料方面所具有的多样化特点。
2.3Janus形功能微颗粒的微流控制备
Janus形功能微颗粒是一种两面具有截然不同的物理或化学性质（如不同的表面浸润性、磁性、光电性质等）的颗粒，目前已在自组装研究以及乳液稳定剂和光学器件开发等方面展现出了独特的优势。微流控技术对于层流条件下运行的液滴的精确操控，使得其为Janus形微颗粒的制备提供了一个便利且易于工艺放大的优良技术平台。微流控技术用于制备Janus形微颗粒，主要是利用了两种同向流动的液相流体被剪切成为一个乳液液滴后，短时间内仍能在液滴内部相互保持层流而不至于混合这一特点。这样，利用该含有两种液相的Janus形液滴作为模板，经过快速原位聚合，便可得到两面具有不同性质的单分散Janus形微颗粒。此外，通过改变微通道形状尺寸使Janus形液滴在受限空间变形为非球形形状，还可以进一步制备得到具有非球形结构的Janus形微颗粒。
3以复乳液滴为模板制备单分散功能微颗粒
具有内部腔室结构的微颗粒功能材料由于其为物质的封装提供了一个受保护的内部空间，因此在药物传送与控释、活性物质保护、生物大分子合成、化学催化以及生化分离等领域应用非常广泛。以微流控复乳液滴，如油包水包油型（O/W/O）和水包油包水型（W/O/W）双重乳液，可以通过将其内部液滴作为微颗粒内部腔室，而将外部液层经反应后作为微颗粒壳层，从而实现对新型腔室型微颗粒的可控设计和制备。在该方法中，借助微流控技术对乳液尺寸、形状、单分散性和结构的精确控制，可以对腔室型微颗粒的壳层尺寸和厚度，以及内部腔室的尺寸和数目等进行精确调控。而O/W/O和W/O/W双重乳液的中间水层和油层使得该方法可广泛适用于多种水溶性和油溶性材料，以及可以良好分散的有机、无机纳米颗粒材料等以用于构造多样化的微颗粒。此外，O/W/O和W/O/W双重乳液的内部油滴和水滴结构还分别为油溶性和水溶性物质的封装提供了具有更好溶解性的内部环境。微流控复乳液滴能够实现对内部液滴的高封装率（约100%），这也为活性物质或药物等在制备微颗粒过程中的同步、高效率的封装提供了可能性。
3.1中空功能微颗粒的微流控制备
Zhang等利用O/W/O双重乳液作为模板，通过将具有温敏特性的NIPAM、具有葡萄糖识别特性的3-丙烯酰胺基苯硼酸，以及亲水性丙烯酸单体加入其中间水层中并由紫外光照引发聚合，再使用有机溶剂将内部油滴洗去后，制得了具有中空腔室结构的单分散葡萄糖响应型水凝胶微颗粒。该中空微颗粒的内部空腔可用于包载胰岛素，而其水凝胶壳层可在37℃条件下响应葡萄糖浓度变化以实现胰岛素的自律式控制释放。当葡萄糖浓度升高时，水凝胶壳层溶胀使得其交联网络结构的网孔变大，从而内部包载的胰岛素可以透过壳层快速扩散释放；而当葡萄糖浓度降低时，水凝胶壳层收缩使得交联网络结构的网孔变小，从而胰岛素扩散减慢、释放速率降低。这种葡萄糖响应型中空功能微颗粒为设计和开发新型自律式控释载体以用于糖尿病治疗提供了新的模型和理论指导。基于这种微流控制备方法，研究者通过灵活调节中间水层中的功能组分为其他水溶材料如N,N-甲基丙烯酸二甲氨基乙酯或者NIPAM和苯并-18-冠-6-丙烯酰胺，还成功制得了能够响应pH变化或者铅离子浓度变化以实现壳层溶胀收缩的中空水凝胶微颗粒，以期用于不同需求情况下物质的控制释放。
3.2核-壳型功能微颗粒的微流控制备
Wang等通过将均匀分散有超顺磁性Fe3O4纳米颗粒的NIPAM单体溶液作为中间水相，大豆油作为内、外油相，由微流控装置制得O/W/O双重乳液作为模板后，再由紫外光照引发其中间水层聚合，制得了具有热引发自爆突释功能的核-壳型（油核-水凝胶壳层）水凝胶微颗粒。该微颗粒的内部油核可用于封装油溶性的药物；而其PNIPAM水凝胶壳层的温敏体积相变特性以及壳层中镶嵌的超顺磁性纳米颗粒的磁响应特性，使得该微颗粒可先在外加磁场引导下定向运输到某一特定的位点，然后在升温作用下使壳层收缩从而挤压内部油核至壳层破裂，并最终将内部油核连同其中所溶解的物质一起快速突释出来，从而在短时间内达到较高的局部药物浓度。这种具有磁靶向运输和自爆式突释功能的核-壳型水凝胶微颗粒为新型药物传送系统的设计和研制提供了一种新的途径。基于这种微流控制备方法的通用性，研究者通过改变O/W/O双重乳液模板的中间水层组分以调节微颗粒壳层的功能，还成功研制出了一系列能够响应外界环境刺激如钾离子、乙醇、没食子酸乙酯等浓度变化来实现自爆式突释功能的新型微颗粒。此外，Liu等通过使用均质乳化剂制备的W/O乳液作为内部油相来构造O/W/O双重乳液，成功制备得到了内部油核中分散有水滴的自爆式水凝胶微颗粒，实现了自爆式微颗粒对水溶性药物或者纳米颗粒的封装运输。在升温条件下，微颗粒水凝胶壳层不断收缩挤压内部油滴，从而使得内部油滴连同封装有纳米颗粒的最内部水滴一并被快速释放到外部环境中，达到了很好的突释效果。除了上述自爆式核-壳型微颗粒外，研究者还利用O/W/O双重乳液研制出另一类具有突释功能的核-壳型微颗粒。Liu等通过将壳聚糖加入中间水相、交联剂对苯二甲醛加入内部油相，由微流控装置制得O/W/O双重乳液后，内相中对苯二甲醛扩散进入中间水层使壳聚糖交联形成壳层，从而制得了内含油核的核-壳型微颗粒。该微颗粒的交联壳聚糖壳层可以在较低的pH条件下降解，从而使得壳层溶解消失并将内部油核释放出来。
3.3孔-壳型功能微颗粒的微流控制备
具有封闭壳层的中空微颗粒和核-壳型微颗粒在物质封装方面展现出了高效的性能。然而，其内部所封装的物质分子通过微颗粒壳层（如上述微颗粒的水凝胶壳层）的传质往往是一个比较缓慢的过程。通过在微颗粒壳层上构造孔结构，可以促进物质分子穿过壳层的传质过程；并且，通过对孔结构进行调控，还可以进一步通过孔的尺寸和功能性控制物质的封装和控释过程，从而使微颗粒功能更加多样化。Wang等基于微流控W/O/W双重乳液，通过调节中间油层组分以控制内相水滴与外部水相之间的黏结以控制双重乳液的结构变化，并以此为模板制得到了壳层表面具有单个通孔结构的孔-壳型微颗粒。该方法中使用了光聚合树脂乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（ETPTA）和有机溶剂苯甲酸苄酯（BB）的混合溶液作为中间油相，并使用聚甘油蓖麻醇酯（PGPR）作为乳化剂。由于ETPTA单体对PGPR的溶解度较差，因此降低了中间油相对PGPR的溶解能力，导致内相水滴与中间油层之间的W/O界面以及中间油层与外部水相之间的O/W界面趋向于黏结，从而使得双重乳液由核壳型可控演化成橡子型结构。通过改变中间油相中ETPTA的比例，可以控制W/O/W双重乳液的演化程度。以这些可控演化后的双重乳液作为模板，便可以制得壳层表面具有单个通孔结构，且通孔尺寸和内部空腔的结构均精确可控的孔-壳型微颗粒。此外，基于微流控技术对双重乳液内部液滴数目和尺寸的精确控制，还可以对微颗粒中孔-壳型结构的数目以及尺寸进行调控。这种具有可控孔-壳型结构的微颗粒可以用于基于尺寸匹配的“lock-key”式颗粒捕获；也可以用于从不同尺寸的混合颗粒中选择性地装载小颗粒，从而实现基于颗粒尺寸的选择性筛分
3.4多腔室型功能微颗粒的微流控制备
能够分隔封装不同组分的物质，并可以实现对所封装物质的按需释放的多腔室微颗粒，在作为传送载体用于不相容活性物质的协同运输，以及作为微反应容器用于不同反应物的微反应等方面具有重要的意义。多腔室微颗粒的传统制备方法通常是采用内含多个液滴的双重乳液作为模板进行合成，或者是逐步将一个腔室型微颗粒封装到另一个腔室型微颗粒中；但是这些方法往往工艺复杂，并且难以独立、精确地控制内部各个腔室的结构。而微流控多组分多重乳液则为多腔室功能微颗粒的设计和制备提供了独特的模板，其内部不同组分的液滴可作为独立的腔室用于不同组分物质甚至不相容物质的隔离封装。并且，通过精确控制其内部不同组分液滴的尺寸、数目和比例，可以实现对内部各个腔室的独立调控、以及对不同组分封装剂量的优化。Wang等利用内含两种不同组分油滴的O/W/O四组分双重乳液作为合成模板，通过紫外光照聚合中间水层中含有的NIPAM单体，从而一步可控制得了内含不同组分油滴且其数目和比例均精确可控的多腔室型微颗粒。当温度升至微颗粒PNIPAM壳层的VPTT以上时，微颗粒会因为壳层剧烈收缩而将内部不同组分的油滴连同所封装的物质一同释放出来。这种共封装和释放模式使得该微颗粒有望用于协同运输和释放不同组分药物或反应物以用于协同治疗或触发式按需反应。微流控多组分多重乳液能够封装不同组分液滴的特点，也为将具有不同功能的材料整合到同一个微颗粒中以获得多功能特性提供了可能。Liu等利用O/W/O四组分双重乳液作为模板成功制得了同时具有磁靶向响应特性和铅离子响应特性的多功能水凝胶微颗粒。该乳液模板的外部水滴中溶解有NIPAM和苯并-18-冠-6-丙烯酰胺单体，水滴内部封装有一个含有磁性纳米颗粒和聚苯乙烯高分子（PS）的乙酸异戊酯液滴以及一个大豆油滴。首先，磁性纳米颗粒和聚苯乙烯经乙酸异戊酯挥发后沉积下来形成固体PS磁核；然后，水滴中的单体经紫外光照聚合后形成包含有PS磁核和大豆油滴的水凝胶，再经过有机溶剂洗去大豆油核后，得到了具有PS磁核和空腔的水凝胶微颗粒。该微颗粒可以在外加磁场引导下进行定向运动，并且其水凝胶壳层可以响应外界环境中铅离子的浓度变化而发生溶胀或者收缩，从而有望用作受铅离子污染的微环境中的微型传感器或执行器。
4总结与展望
关键词：相变；保温材料；建筑；节能；工程
一、前言
在建筑施工过程中随着新工艺和新技术的不断发展，保温材料在建筑中的应用也越加的广泛，在建筑施工过程中相变保温材料作为一种新的保温材料正在被广泛的使用。
二、保温材料特点
1、真空隔热板。在以往建筑工程项目的建设过程中，所用的保温材料，其厚度相对比较大，易减少层和层之间的距离，出现窗洞不断加深等各种问题，为有效地解决这些问题，出现了一种新的保温材料，即真空隔热板，该材料自身较薄，同时所排放的CO量也较小，在其外表面裹有相应的纸质与金属外壳，在壳间形成真空，且填充了纤维、压缩硅酸盐与泡沫塑料等，其中所填充的这种纤维为多孔。真空隔热板作为一种高效且新型的材料，其应用前景非常广泛。
2、复合型硅酸岩保温材料。该材料含有硅酸盐、铝以及镁等物质，是一种非金属的矿物基料，通过添加相应的辅助原料与化学添加剂，借助于新技术以及新工艺的应用制造而成。纵观我国当前建筑材料市场，这种材料是当前最为理想的一种保温材料，其导热系数相对较低、用料厚度也比较少且热损也比较小，具有无毒特性，不会对设备造成腐蚀，也不会对环境造成污染，属于一种高效保温且轻质性的材料。除此之外，相对于其他类型的保温材料而言，该材料还具有无粉尘与无刺激等特点，能够对其进行任意地裁剪，便于施工等。
三、外墙保温特点
不同的建筑在节能上的要求不同，根据节能标准在施工时将保温材料同墙体固定复合，通过该种方式降低建筑墙体的导热系数，达到隔热的目的，使得建筑具有更好的保温能力。保温材料大多为导热系数较低的块材或者松散材料，可以通过直接粘附于墙上的办法进行安装，也可以将材料同外装饰一齐挂在墙面上。外墙保温分为三种：外保温、夹心保温以及内保温，就保温效果而言，外保温效果最佳。以下就外保温特点展开叙述：
1、外保温能够消除热桥效应。
2、建筑采用外保温的形式后，能够使得室内贮存更多热量，这是由于保温材料内部实体墙热容较大，因而可以达到保温的目的。
3、对外保温加强后，以室内热环境保持为前提对室温做适当的降低，不但能够保证室内环境温度的适宜，同时还能够降低能耗，以此节约能源减少采暖负荷。
4、由于墙体外添加了外保温材料，因此建筑内部的主体墙温度会相对较高，从而湿度相对较低。由于保温材料的导热系数较小因此主体墙热应力减小，因而裂缝、变形以及破损等主体墙的病害出现几率就会相对降低。
5、外墙保温优点概述：
（1）外墙保温从技术结构上分析能够减少外界环境（降水、紫外线、温度等）对主体结构造成的不良影响。
（2）扩大使用空间。由于外墙保温材料设置在外部，因此会节约内部空间。
（3）在旧房改造中能够发巨大的优势，且不会干扰人们的正常生活。
四、相变保温材料在建筑工程节能技术中的应用
1、相变保温材料在建筑工程中的应用特点
在建筑工程的施工建设中，采用相变保温材料能够大大提升工程的施工效率、促进工作进度和增加工程效益，这也给我国的可持续发展和建设和谐社会提供了新的途径，同时这也是可持续发展观念和建设和谐社会主义目标的主要途径。变形保温材料在建筑工程中的主要特点有如下几点。
（1）新型保温材料
一些性能良好的节能保温材料对于建筑的保温起到了很好的作用，这也让现代建筑实现了大规模的节能目标。且在国外，一些发达国家已经在建筑节能保温材料方面取得了突破性的成果。
（2）红外热反射技术
红外热反射技术是最近新兴保温技术，它的工作原理是通过在建筑物的内部或者外表以及护结构的空气间层中通过采用高纯度的铝箔或者其他的一些高效热反射材料，将绝大部分的红外线反射回去，从而达到隔绝建筑物内部热量的散失、提高居住环境的舒适程度的目的。
2、配制浆料
保温浆料需要专业人员来配制，这样才不会出现搅拌不匀而出现保温效果失常的情况。
3、抹底层相变节能材料
保温层应当分成三次涂抹，且每一次的厚度应当控制在10～12mm左右。每次涂抹的间隔时间也不能太短，这样才能够保证涂抹层的稳定性。
五、相变材料与隔热材料的具体应用
节能环保意识的逐渐增强，促使人们对房屋建筑质量在节能环保方面的要求有所提高，建筑市场对保温隔热型环保材料的应用也变得更加重视。随着深入探索与实践，隔热保温材料在墙体中的应用理论和技术日益完善和成熟。外墙保温材料的应用主要分为三类：内保温、外保温以及空夹心复合型墙体保温。外墙保温材料的应用使得建筑节能环保效果有了大幅度的提高。由于保温隔热材料自身导热系数低、构成材质强，热稳定性极佳，同时耐火、耐气候性强等特点，因此较之一般材料，具有非常显著的优越性。特别是保温隔热材料具备良好的抗压性、耐火性，极其适合现代建筑的实际需求。目前市场中还有一些玻璃材料，具有非常良好的保温效果，而且种类日益繁多，比如吸热玻璃、调光玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃等，在实现环保节能、降低污染的同时，还能充分满足人们的个性化需求，因此在现代建筑中可以广泛利用。
基于标准房间热过程模拟的非稳态传热模型，并采用专用气象数据对相变材料的两种不同应以北京的建筑为例，就外墙的保温节能工程进行阐述。
对于被动式建筑，可充分利用白天太阳能和夜间冷风自然资源，将相变材料应用于被动式建筑中，在夏天材料可吸收室内多余热温，进而降低室内温度波动幅度，可蓄存夜间冷风量，使室内始终保持较好的舒适度。通过对北京地区建筑有外保温和无外保温、内墙为相变墙体和普通墙体的夏季室内温度变化情况进行分析发现，当内墙采用相变墙体且墙体熔点合适时，被动式建筑房间的温度在整个夏季都会满足舒适度要求，而应用隔热材料则不利于夜间散热，其降低室温的效果不明显，在某种情况下甚至会出现室外温度较低但室内温度却较高的情况。通过对冬季有外保温和无外保温、内墙为相变墙体和普通墙体的室内温度逐时变化情况进行分析发现，当被动式建筑采用的内墙为相变墙体时对室内温度的影响较小，只有在室温接近墙体熔点时才会发生相变，相变材料作用无法得到有效发挥，而隔热材料却具有良好的保温效果。综合考虑冬季、夏季外保温和相变墙体对被动式建筑室内温度的影响时，无法选择较为合适熔点的相变墙体同时满足北京地区建筑对冬夏两季舒适度的要求，虽然外保温在夏季无法发挥作用，但是在冬季具有良好的保温效果，所以采用隔热材料来提高被动式建筑舒适度更为合理。
对于相变材料与隔热材料在主动式建筑中的应用则可通过空调、采暖运行过程中的耗电量来对两者应用效果进行比较分析。主动式建筑在冬季采暖期间，采用相变蓄能式电加热地板采暖系统，白天耗电量较低，只是普通房间的20%左右，这有利于缓解白天供电紧张的情况，同时也可大大节约采暖费，而采用隔热材料时不仅耗电量低，采暖费的节约率也更高。在夏季，主动式建筑北墙采用相变墙体时，其单位面积空调冷耗量最小，相较于普通房间要低约16%，而在墙体内设置保温层或是添加相变材料空调降耗效果并不明显。虽然夏季使用相变墙体能够降低冷耗量，但是针对北京地区气象条件，其冬季采暖比重更高，由此可以推断，若综合考虑全年空调采暖耗量，选择外保温比较合适。
六、结束语
在建筑设计施工过程中我们要不断的提高节能意识，在建筑施工中应用新工艺和新技术来提高节能效果。
参考文献：
阴极过程试验结果显示，当镀液中加入SiC微粒和稀土后，复合材料的阴极沉积电流密度增加，有利于Ni-W-P合金在阴极沉积，并形成Ni-W-P-SiC或RE-Ni-W-P-SiC复合材料。而在镀液中加入PTFE后，却降低复合材料镀层的阴极沉积电流密度。当稀土的添加量为7~9g/l时，复合材料镀层的阴极沉积电流密度增加并不明显；随着稀土添加量的增加，复合材料镀层的阴极沉积电流密度增加较明显，当添加量达到11~13g/l时，镀层的阴极沉积电流密度增加达到最大值；若进一步增加稀土用量，则阴极沉积电流密度有所下降。SiC微粒与Ni-W-P合金共沉积的机理是：SiC微粒本身带负电荷，当加入到镀液中，它会吸附周围的正电荷，在流体动力学和电场力的作用下，迁移到阴极表面形成弱吸附；其次，到达阴极表面的SiC微粒在静电场力的作用下脱去水化膜与阴极直接接触而形成强吸附；第三，吸附到阴极表面的SiC微粒被Ni-W-P合金捕获一起沉积到镀层中。
RE-Ni-W-P-SiC复合镀层在不同浓度的硫酸、盐酸、磷酸和氯化铁等溶液中的腐蚀试验结果表明，以Ni-W-P合金为基体的复合材料镀层在镀态或热处理条件下在硫酸,磷酸,盐酸和氯化铁溶液中具有较好的耐蚀性,其耐蚀性优于316L不锈钢;Ni-W-P-SiC复合镀层在盐酸、硫酸和氯化铁溶液中的耐蚀性优于Ni-W-P合金镀层和RE-Ni-W-P-SiC复合镀层，而RE-Ni-W-P-SiC复合镀层在磷酸溶液中的耐蚀性又优于Ni-W->:请记住我站域名/
复合材料镀层的硬度和耐磨性试验结果表明，随着加热温度的提高，复合材料镀层的硬度增加，在400℃时达峰值，加热温度继续升高，镀层硬度呈下降趋势；此外，阴阳极相互垂直所得复合镀层的硬度高于阴阳极相互平行的硬度；镀态时复合镀层的磨损率均最高，随着热处理温度的提高，磨损率呈下降趋势，在400℃时磨损率最低，耐磨性最好。继续升高温度，磨损率有所上升。另外，随着镀层中磷含量的增加，其耐磨性改善。在400℃热处理条件下，随着热处理时间的延长，复合镀层的硬度和耐磨性增加，当热处理时间达到3小时时，镀层硬度和耐磨性达到最佳值；若继续延长时间，镀层的硬度和耐磨性将降低。随着镀液中SiC浓度的增加，RE-Ni-W-P-SiC复合材料镀层的硬度增加，同时镀层的耐磨性能也增强。镀液中钨酸钠浓度对RE-Ni-W-P-SiC多功能复合材料硬度及耐磨性的影响规律与镀液中SiC浓度对RE-Ni-W-P-SiC复合材料硬度及耐磨性的影响规律基本一致，即随着钨酸钠浓度的升高，RE-Ni-W-P-SiC复合镀层的硬度和耐磨性均提高。随着镀液中次亚磷酸钠浓度的升高，镀层的硬度和耐磨性均降低。
RE-Ni-W-P-SiC复合材料镀层的组织与结构分析表明，复合镀层在镀态下为非晶态，当热处理温度升到200℃时，镀层开始晶化并析出Ni3P相；当温度达到500℃时，镀层晶化完毕，产生新相g-(FeNi)。因此，整个镀层的显微结构随温度的变化过程是：非晶态混晶态晶态；稀土元素对复合镀层的显微组织无影响，但可以提高复合镀层中SiC微的含量；镀液中钨酸钠和柠檬酸的浓度对复合材料镀层的结构影响不大，复合材料中的磷含量是镀层非晶化的主要决定因素；镀液中钨酸钠和柠檬酸的浓度对复合材料镀层的表面形貌影响较大，当钨酸钠的浓度为90—150g/L和柠檬酸的浓度为150—170g/L时，复合材料镀层表面颗粒细小，而且平整光滑。
复合材料镀层的抗高温氧化试验结果表明，在高温氧化过程中,纯镍镀层、Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-SiC复合镀层的氧化膜重量和氧化时间的关系,在氧化时间小于60min时，氧化膜的增长规律近似于直线方程；而在氧化时间大于60min后,它的增长规律可以用幂函数方程表示。四种镀层氧化速率的大小顺序是Ni>Ni-W-P>Ni-W-P-SiC>RE-Ni-W-P-SiC。在高温氧化过程中,Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-三种镀层的氧化膜重量随着氧化温度的升高而呈指数型增加。RE-Ni-W-P-SiC复合镀层与Ni-W-P合金层相比,它的高温抗氧化性能可以提高2-3倍。镀层的截面形貌表明,经500℃下氧化，Ni-W-P合金已向基体扩散,与基体之间没有明显的分界线；Ni-W-P-SiC复合镀层与基体之间有分界线,但不明显；而RE-Ni-W-P-SiC复合镀层在此温度下有明显的分界线。经800℃下氧化后,除RE-Ni-W-P-SiC复合镀层与基体有明显分界线外,其它两种镀层均无分界线。Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-SiC三种镀层经800℃下氧化后的X-射线衍射图同样显示,RE-Ni-W-P-SiC复合镀层具有更好的抗高温氧化能力。
对电沉积RE-Ni-W-P-SiC多功能复合材料进行了日处理5平方米的中试试验，结果表明，用该工艺处理的多种零部件在磷化工、制糖和卷烟等工业中应用，其寿命明显高于国产零部件，接近或超过进口件的水平，并取得了一定的经济效益。
关键词：电沉积，RE-Ni-W-P-SiC复合材料镀层，硬度与耐磨性，耐蚀性，抗高温氧化性，组织与结构，应用。
Atract
ProceandbasictheoryofelectrodepositedRE-Ni-W-P-SiCmultifunctionalcompositecompositecoatinghavebeenstudied，includingsomecontentsasfollows：
E-pHpatterofNi-P-H2OandNi-C-H2Osystemsweredrownoutonthebasisofthermodynamicanalysis，andresultsshowthatNiandPcanco-depositonthecathodeintheformofNi3P；therearesomeNi3Cphasesinthecoating，andCcomesfromorganiccompoundwhichwasaddedinthebathandCO2intheairthatwasdiolvedinwater.
ExperimentalresultsofproceparametersindicatethataseriesofRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingswithdifferentcontentswereobtainedbymeaofaropriateparameters，andcomponentscopesofthecoatingsareSiC5~30wt，Ni50~60wt，W10~25wt，P5~15wtandRE5~10wt.ThecontentsofW，PandSiCi nthecompositecoatingswereincreasedwhenchloride，oxideandsulfaterareearthwasaddedinthebathreectivelyortogether.Theadditionofsodiumhypophohatemustbearopriate，ifaddedmuch，WandSiCcontentsinthecoatingsweredecreased，Sotheadditionofsodiumhypophohatemustbecontrolled10~15g/l.Currentdeity，temperatureandpHvaluehavecoiderableeffectsonthecontentsofW，PandSiCinthecompositecoatings.Generally，currentdeity（Dk）mustbecontrolled5~10A/dm2，pH6.0~6.5andtemperature55~65oC.Besides，DkandpHhaveagreateffectonthesurfacemorphologiesofthecoatings，andthecompositecoatingsgetcoarsewhenDkandpHwerehigh，onthecontrary，thecompositesgainfinecrystalwhenDkandpHwerelow.TheagitatingintervaltimehaslittleeffectonNi，WandPcontents，whileithascoiderableeffectonSiCcontentinthedeposits.ExteionofagitationandintervaltimewilldecreaseSiCcontentinthecomposites，sointervalandagitatingtimemustbecontrolled3miand4~5mireectively.
CurvesofcathodicpolarizationdilaythatwhenSiCparticlesandrareearth（RE）wereaddedinthebath，cathodicdepositingcurrentdeityofthecompositesincreases，anditisprofitableforNi-W-Pcoatingtodepositinthecathode，formingNi-W-P-SiCandRE-Ni-W-P-SiCcomposites.Onthecontrary，theadditionofPTFEinthebathdecreasescathodicdepositingcurrentdeityofthecoatings.Thecurrentdeityincreasesalittlewhentheamountofrareearth（RE）is7~9g/l；however，thedeityincreasesgreatlywithincreasingamountofRE，anditreachespeakvaluewhentheamountofREis11~13g/l.ButiftheamountofREisraisedfurther，thecurrentdeitydecreases.MechanismofSiCparticlesandNi-W-Pcoatingco-depositionis:SiCparticlescarryaboutnegativeelectricchargeitself,andtheymayadsorbpositiveelectricchargearoundwhenSiCparticlesareaddedinthebath.Theymovetothesurfaceofcathodeandformweakadsorptionundertheeffectsoffluiddynamicsandelectricfieldforce;secondly,SiCparticlesonthecathodicsurfacedehydrateundertheeffectoftheelectrostaticfieldforceandformstrongadsorptiothirdly,SiCparticlesadsorbedonthecathodicsurfacearecapturedbyNi-W-Pcoatinganddepositedinthecomposite.
CorrosionexperimentsofRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatinginH2SO4，HCl，H3PO4andFeCl3solutioshowthatthecompositecoatingsonthebaseofNi-W-PcoatingshavebettercorrosionresistanceinH2SO4，HCl，H3PO4andFeCl3solutioatas-depositedorheattreatment，andtheircorrosionresistanceissuperiortothatof316Lstainlesteel；thecorrosionresistanceofNi-W-P-SiCcoatinginHCl，H2SO4andFeCl3solutioismuchbetterthanthatofNi-W-PandRE-Ni-W-P-SiCcoatings；however，thecorrosionresistanceoftheRE-Ni-W-P-SiCcompositeinH3PO4solutionissuperiortothatofNi-W-P-SiCandNi-W-Pcoatings.ThecorrosionmechanismofRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatinginH2SO4andH3PO4solutioisgapandintergranularcorrosion，andinHClandFeCl3solutioispointandintergranularcorrosion.
Resultsofhardneandwearresistanceofthecompositecoatingsshowthatthehardneofthecoatingsincreaseswithincreasingheattreatmenttemperature，anditreachespeakvalueat400oC.Butitdecreaseswithincreasingheattreatmenttemperaturecontinually.Besides，thehardneofthecoatingbyverticalhangingbetweencathodeandanodeismuchhigherthanthatofonebyparallelhangingbetweencathodeandanode.Theabrasionrateofthecompositesishighestatas-deposited，whileitdecreaseswiththeriseoftemperature，itcutsdownlowestat400oC.Buttheabrasionrateincreaseswithcontinuingraisingheattreatmenttemperature.Thewearresistanceofthecoatingisraisedwithincreasingthephohoruscontentinthedeposit.Thehardneandwearresistanceofthecompositeincreasewithexteionofheattreatedtimeat400oC，andtheyreachtheirpeakvaluesat3hoursreectively.However，thehardneandwearresistanceofthecoatingdecreasewiththeriseoftheheattreatedtime.ThehardneandwearresistanceoftheRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingincreasewiththeriseofSiCandsodiumtungst ateconcentratiointhebathreectively，whilethehardneandwearresistanceoftheRE-Ni-W-P-SiCcoatingdecreasewithincreasingsodiumhypophohateconcentrationinthebath.
MicrostructureofelectrodepositedRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingwasstudied，andresultsshowthattheRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingisamorphousas-deposited.WhilethecoatingchangesintothecrystalandNi3Pphasesprecipitatewhenheattreatedtemperatureisraisedto200oC；Thecrystalproceofthecoatingisfinishedandnewγ-（FeNi）phaseisproducedwhentemperaturerisesto500oC.Therefore，themicrostructurechangingproceofthecoatingisamorphousmixturecrystal；therareearthhasnoeffectonthemicrostructureofthecoating，whileitcanincreasetheSiCcontentinthedeposits.Sodiumtungstateandcitricacidconcentratiointhebathhavenoeffectsonthemicrostructureofthecomposite，howevertheyhavecoiderableeffectsonthesurfacemorphologiesofthecoatings.Thecoatingswithfinecrystalandsmoothsurfacewillbeobtainedwhensodiumtungstateconcentrationis90~150g/landcitricacidconcentrationis150~170g/l.Thephohoruscontentinthecompositeisadecisivefactorthatenablesthecoatingtochangeintoamorphousstate.
TheresistancetooxidationathightemperatureofthemultifunctionalelectrodepositedRE-Ni-W-P-SiCcompositesisinvestigated.TheresultsshowthatduringhightemperatureoxidationtherelatiohipbetweentheoxidizedfilmweightofpureNi,Ni-W-P,Ni-W-P-SiCorRE-Ni-W-P-SiCcoatingandtheoxidationtimeisamixedcurve,i.e.itisaroximatelyalinearrelatiohipwhentheoxidationtimeislethan60miwhileitisapowerfunctionrelatiohipwhentheoxidationtimeisover60mi.TheoxidationrateorderofthefourcoatingsisNi>Ni-W-P>Ni-W-P-SiC>RE-Ni-W-P-SiC.TheoxidizedfilmweightofNi-W-P,Ni-W-P-SiCorRE-Ni-W-P-SiCcoatingincreasesexponentiallywithariseinoxidationtemperature.Thehightemperature-oxidationresistanceofRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingis3~4timesthatofNi-W-Palloycoating.Thecrosectionmorphologiesshowthatafterheat-treatmentat500oCtheNi-W-Pcoatingdiffusesintothematrix,andthereisnoobviousboundarybetweenNi-W-Pcoatingandmatrix;thereisaboundarybetweentheNi-W-P-SiCandmatrix,butitisnotclear;thereisanobviousboundarybetweenRE-Ni-W-P-SiCcoatingandmatrix.Afterheattreatmentat800oCthereisnoboundarybetweenNi-W-PorNi-W-P-SiCcoatingandmatrixwhilethereisaboundarybetweenRE-Ni-W-P-SiCcoatingandmatrix.X-raydiffractionpatterofNi-W-P，Ni-W-P-SiCandRE-Ni-W-P-SiCcoatingsshowclearlythatRE-Ni-W-P-SiCcoatinghasbetterresistancetohightemperatureoxidation.
《光电材料导论》是我校无机非金属材料专业2013年开设的专业课程。开设这门课程的原因是：（1）国家在十二五规划中提出了重点发展的七大战略性新兴产业，其中之一的的新材料产业包含了功能材料，而光电材料是功能材料的一种；（2）我校的无机非金属材料教研室的很多老师从事光电材料相关的研究，具备开设这门课程的师资力量。所以在课程的教学内容的选材方面，我们会着重从这两个方面考虑。而教学方法会利用现在的多媒体技术，与传统的板书相结合，让学生更加形象生动的加深对知识的理解[1]。
1 教学内容的选材
在教学内容的选材方面，我们综合考虑了以下几个因素：
首先，学生必须能够有所学，开设一门课程才是有意义的。光电材料是功能材料的一种，为了便于学生循序渐进地吸收理解光电材料的专业知识点，教学内容分成三个方面：光功能材料、电功能材料、光电材料及器件。首先，讲解光功能材料和电功能材料方面的知识点，在具有这些知识的基础上，再讲解光电材料及器件方面的知识，学生们就比较容易理解。
其次，我们结合现在的就业情况及研究热点。我们设置的教学内容，既考虑了学生们以后的就业，也考虑到想进一步深造读研究生的学生们的研究工作。光功能材料方面的教学内容包含了激光材料、发光材料、红外材料及光纤材料。电功能材料方面的教学内容包含了导电材料、半导体材料、介电材料、铁电材料及超导材料，其实半导体材料也是一种导电材料，之所以把半导体材料单独作为一个章节，是因为半导体材料是太阳能电池和LED照明灯的核心材料，这也是为后面的光电材料及器件的讲解做铺垫。光电材料及器件方面的教学内容包含了光电子发射材料、光电导材料、透明导电薄膜材料、光伏材料与太阳能电池及光电显示材料。
2 教学方法的探索
光电材料的内容更新很快，现在的学生不仅应该掌握传统基础的材料知识，更应该掌握最新的知识点，更应该了解光电材料的最新研究进展，而使用多媒体教学能够及时地更新课件的内容，使得教学内容能够跟上最新的研究成果[2]，也能让学生及时了解学习最新的材料知识。
多媒体教学还有助于激发学生学习的兴趣[3]，因为它在视觉上能够让学生很直观的学习知识，比如：太阳能电池的工作原理，我们可以在Powerpoint（PPT）上给出太阳能电池工作原理图，然后再对照图给学生详细讲解其原理，学生将更深刻的理解其原理。再比如，在讲解光纤的传输原理时，可以通过多媒体技术使用动画，让学生很直观地了解光纤的原理。
但是多媒体教学应该和传统的板书结合起来，因为有些知识仅仅通过多媒体展示，学生可能比较难理解，还需要老师再次将其中的重点和难点板书出来详细讲解，同时也可以加深同学的印象。
同时，我们在整个的教学过程中，采用的是启发式及提问式的教学方法。通过对学生进行提问，启发学生自主思考，加深学生对知识点的理解。
3 课程考核方式的选择
课程考核的成绩包含两个方面，一个是平时成绩的考核，一个是期末成绩的考核。
平时成绩的考核，我们通过上课提问、课后习题、出勤率等方面进行考核。上课提问可以考查学生对上节课内容的掌握程度，还可以考查学生是否认真听讲、是否认真思考问题。课后习题包括两个方面，一个是对课上内容的考查，帮助学生巩固课上知识，另一个是对课外知识的拓展，督促学生课后查阅文献，培养学生的学习能力。
期末成绩的考核，我们采用撰写科技论文的形式进行考核。《光电材料导论》开设在大四上学期，总共24个课时。因为光电材料的内容更新比较快，而教学课时比较有限，通过撰写科技论文的形式，既可以督促学生去更全面的了解光电材料最新的研究进展，又可以锻炼学生查阅文献的能力，培养学生总结文献的能力，有利于大四学生在下学期更快进入本科毕业论文的工作。
4 需要改进的地方
作为本专业开设的新课，在教学的探索与实践过程中，肯定存在一些不足，有很多地方需要我们去反省和改进。我们自己对此进行了总结，具体包括以下三个方面：
（1）在多媒体教学过程中，我们不仅只是使用了PPT这个软件，还应该引入视频，比如，在讲解使用直拉法制备单晶硅时，就可以引入一段视频，让学生更直观地了解使用直拉法是如何制备单晶硅的。
（2）在教学的过程中，我们还应该出示实物，让学生能够直接接触，加深印象。可以出示实物包括光纤、发光二极管LED，单晶硅片和多晶硅片（这时，还可以教学生从宏观上如何分辨单晶硅片和非晶硅片）、ITO玻璃、闪锌矿及纤锌矿结构模型等，不但增强生学习光电材料的兴趣，而且让他们对光电材料实体有直接的感性认识[4]。
（3）在教学过程中，我们还应该加入两个学时的讨论课，老师布置一个题目，让学生课后准备，几个学生一组，进行资料搜集与整理，然后让一个学生做代表，在讨论课上做PPT报告，其他组的学生进行提问，作报告的学生做解答。同时这个也要纳入平时成绩中，占总成绩的20%。
关键词：课程项目；功能材料；工程教育模式
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2011）35－0090－02
一、引言
我国传统的通识教育过于强调基础科学理论，弱化专业内容和工程实践，企业普遍反映毕业生缺乏创新精神和创新能力。而西方国家针对这一问题开展了大量的研究实践，成果丰富，其中尤以工程教育模式更为突出。它是以工程项目为载体，以从科研到运行为生命周期，让学生主动参与实践，以课程之间有机联系的方式学习工程。“做中学”是工程教育改革的战略之一，中国教育部于2008年开始组织课题组进行试点。
《功能材料》是一门既有一定的理论基础知识，又与实际应用密切相关的多学科交叉的课程。以教师讲解为主的传统教学方式无法充分调动学生的参与积极性，解决实际问题的能力得不到体现。本文就是根据这一实际需要，适应北京石油化工学院（以下简称“我院”）素质教育，满足培养综合性、创新性、应用型人才的要求，就工程教育模式下《功能材料》课程在教学方法、教学手段等方面的教学实践进行探究。
二、工程教育模式应用到《功能材料》课程的依据
将工程教育模式应用到《功能材料》课程，符合高等院校工程教育培养的目标要求。工程教育模式突破了传统教学模式，通过选取项目创设情景，协作学生学习开展教学，通过完成项目达到意义建构，通过解决问题实现学生对知识的掌握，充分体现我院以研究型和应用型人培养为目标的教育特点。
功能材料作为能源、计算机、通讯、电子等现代科学技术研究的基础，近年来已成为材料科学领域中的研究热点之一。种类繁多、功能各异的新型功能材料正在众多不同领域对科技的进步、社会的发展产生了越来越大的影响。目前根据我院2009版新大纲要求，《功能材料》课程涉及面广、头绪多、内容繁杂、系统性不强，而且课程的理论教学时数相对较少。如果还像以前一样照本宣科，在课堂上根本不能吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，教学效果不理想。而且，事实也证明，按照传统方式培养出来的毕业生在今后的工作中的应用能力也比较差，不能达到用人单位对人才的要求标准。
三、工程教育模式应用于《功能材料》教学的实践
以真实项目为载体开展项目式教学，能使学生亲身经历产品构思、设计、实现、运作的项目开发生命周期，在与课程紧密联系的项目实践中积极主动地学习专业知识，提高学生对理论知识的应用能力和实践动手能力，增强学生的成就感，充分挖掘学生的创造潜能。
1.构思
根据课程教学内容选取研究项目。课程研究项目是《功能材料》课程学习的一个重要组成部分。通过实施课程研究项目，学生可以深入掌握课程的理论知识体系，提高综合应用已有知识解决问题的能力，更好地培养材料科学与工程专业学生的专业技术能力和综合素质。
2.课程研究项目设计
为了实现项目教学目标，我院设计了《功能材料》课程研究项目指导书，主要内容包括：①项目的题目；②项目组成员；③项目的研究背景及意义；④项目拟开展的主要研究内容；⑤拟采用的主要研究方法或研究工具等；⑥项目主要的日程安排或时间节点；⑦主要参考文献。让学生在完成研究项目指导计划书的过程中掌握项目所包含的理论知识，真正实现“做中学”。
3.任务实现
教师经过简单的理论介绍和导入之后，带领学生实施项目，鼓励学生自己选取感兴趣的项目。把学生分成小组（每组最多3个学生），每一小组选出一个组长，全面负责该组的任务。所有环节任务的实现都靠小组成员的共同努力。
研究项目选取的难易程度，研究内容的多少，都会影响到每组的最终成绩。每个小组要在项目报告中标明每个人在总体工作中的贡献和工作比例，或者每个人负责的内容。
4.成果展示
所有的项目都要按照规定的时间对教师和全体学生进行演示汇报。演示汇报的主要目的是让教师和其他学生了解各组的工作和研究成果。小组的学生都要在台前汇报，汇报前由教师指定主汇报人。每个项目演示汇报时间不超过10分钟，另外有5分钟的提问时间。每个组必须严格控制演示时间，超过时间1分钟以上要扣分。
不同项目的设定有利于满足不同层次学习者的学习需求，便于开展个性化、差异化教学。通过个体和合作的形式进行项目学习和实训，学生不仅能培养自主学习的能力，而且能培养合作、沟通和组织能力。项目完成后的及时反馈，又有利于学生间经验的分享。该模式构建出一个开放性、研究性的学习环境，充分体现了以学生为中心、以学生的全面发展为中心的教育思想。
四、在工程教育模式下教师的角色
将工程教育模式应用到“功能材料”课程，有利于教师教学科研水平的提高。要将工程教育模式应用到课程教学，教师必须结合院校教学实际，以及本校学生的知识层次、结构能力，合理制定教学大纲，优选教学内容，加强教材建设，不断改进教学方法、教学手段，理论结合实践，设计工程项目，体现以能力培养为主的原则。这个过程本身就是一个学习知识、提高理论层次和教学水平的过程，也是工程教育的具体体现。这个过程有利于进行多种资源的有效整合，不仅要求教师具有良好的专业设计经验和教学组织能力，而且利于发挥学生的主体地位和教师的主导地位，培养学生的综合应用能力，能极大地提高教师的业务能力和教学科研水平。
五、结语
《功能材料》课程结合工程教育理念的教学模式，加强学生对课程内容本质性理解，促使学生结合课程主动考虑并构思满足要求的设计，设计的任务紧扣《功能材料》课程的核心内容，并具有丰富的题材和多样的结果。注重培养学生的自学能力、团队协作能力以及系统调控能力。使学生养成主动查找书籍资料的良好习惯，让学生学会关注科技发展，极大地提高学生的系统调控能力。
参考文献：
[1]殷景华等.功能材料概论[M].哈尔滨:哈尔滨工业出版社,2002.
[2]郑昌琼,冉均国.新型无机材料[M].北京:科学出版社,2003.
[3]田莳.功能材料[M].北京:北京航空航天大学出版社,1995.
[4]马如璋.功能材料学导论[M].北京:冶金工业出版社,1999.
[5]李玲,向航.功能材料与纳米技术[M].北京:化学工业出版社,2003.
[6]贡长生,张克立.新型功能材料[M].北京:化学工业出版社,2001.
[7]李俊寿.新材料概论[M].北京:国防工业出版社,2004.
[8]宋英等.《功能陶瓷材料导论》课程教学改革初探[J].中国科教创新导刊,2009,(19).
[9]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究,2008,(3).
[10]贡亚丽.“CDIO”模式在《EDA技术》课程教学中的应用[J].考试周刊,2009,(31).
关键词：全英语教学；功能材料学；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）03-0061-02
高等教育国际化成为当代世界高等教育的重要理念。培养既有扎实专业知识，又有国际交流、合作、竞争能力的国际化人才，已成为我国高等教育的最重要任务之一。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》和《上海市中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》都将教育国际化列于突出地位。因此，上海市教委从2009年起开展了上海高校示范性全英语教学课程建设，鼓励高校教师开展全英语教学，发挥课程示范辐射作用，提高国际化教学质量[1]。上海理工大学材料科学与工程专业自2010年起开始了本科生课程的全英语教学探索，目前正在建设包括材料结构与性能、材料分析与设计和专门材料与应用三个全英语教学课程群[2，3]。《功能材料学》课程主要针对材料科学与工程专业三年级学生，是专门材料与应用课程群的核心课程之一。《功能材料学》课程主要向学生讲授各类功能材料的结构、性能及应用的基本理论和相互关系等，并介绍当今各类功能材料的最新研究成果，加强学生对专业知识的理解和掌握，并了解功能材料领域的发展趋势，为今后在相关领域学习和工作打下坚实基础；同时，深化培养学生的专业英语运用能力以及国际化视野，提升其综合素质。为更好地实现上述教学目标，提高课程教学效果，本文结合《功能材料学》全英语教学课程近几年的教学实践，对课程的教学内容、教学方法与手段以及评价体系等方面进行了初步探索。
一、教学内容的优化
功能材料是指具有优异的物理、化学、生物、光电性质并能在其之间相互转化的材料。根据材料的功能分类，功能材料包括电子材料、磁性材料、光学材料、生物材料、各种功能转换材料等，涵盖电子学、光学、生物医学、电磁学等领域，是一门多学科交叉融合的学科。目前，高校的材料科学与工程专业基本都开设功能材料学及相关的专业课程。功能材料学涵盖面广、信息量大，但是一般课程的教学时数相对较少，所以多数高校都是选取几类功能材料作为教学内容。例如华中科技大学开设的《先进功能材料》课程主要介绍光功能材料、电功能材料、磁功能材料和能源材料。本校的《功能材料学》课程实施全英语教学，虽然学生在前期已学习了全英语授课的《材料科学基础》、《现代材料分析方法》、《材料结构与性能》等专业基础课，能够较好适应全英语授课的节奏和方式，但是很多学生以英语思维方式理解和掌握专业知识仍然面临困难和挑战，所以在教学时数有限的情况下，教学内容的优化至关重要。
1.为实现课程教学与国外接轨，同时结合功能材料领域的发展状况和本校材料学院以能源、环境、生物材料为主的研究特色，本课程教学中选用了Deborah D.L.Chung主编的原版英文教材《Functional Materials：Electrical，Dielectric，Electromagnetic，Optical and Magnetic Applications》作为主要参考教材，同时补充Buddy D. Ratner等人编写的原版英文教材《Biomaterial Science：An Introduction to Materials in Medicine》作为生物功能材料的参考教材，并将发表的经典论文与最新研究成果等作为补充教材。
2.由于本课程的学生已学习了大量的材料学基础理论课程，所以教学内容以功能材料的应用为主，兼顾理论知识的巩固。以材料设计中的“结构-性能-应用”基本思路为主线，在介绍某种功能材料的结构与性能之间关系的基础上，着重讲授功能材料的性能与应用之间的相互关系，突出实际应用案例。这样，课程教学内容既保证学生可以巩固功能材料学的基础知识，又引导学生将基础知识和实际应用结合起来，提高解决实际问题的能力。
3.为了教学内容能够有效激发学生的学习兴趣，引导学生把握功能材料领域的发展趋势，本课程以专题形式只在压电材料、磁性材料、光电材料、电池能源材料、生物材料等范围内选择几种经典的和最新发展的功能材料及其制备新技术作为讲授内容，同时引入新材料、新技术等方面的课堂讨论内容。例如在讲授太阳能电池材料及新技术时，除了介绍太阳能电池的工作原理、目前研究的太阳能电池材料外，结合本院开展太阳能电池材料研究的老师的科研成果，课堂讨论太阳能电池材料的研究现状和发展趋势。
二、多元化教学方法与手段的运用
全英语教学是指用英语全程授课，让学生在全英语环境中学习专业知识，这对学生提出了更高要求。复旦大学蔡基刚教授研究认为，具有大学英语四级水平以上的学生，具备上全英语课程的能力，关键在于坚持和信心[4]。目前，本专业学生在上海市及全国范围内均为一本招生，英语整体水平较高，而且学生在前期已经学习了多门全英语授课的专业基础课。但是，部分学生仍然对全英语课程产生畏难情绪。因此，在全英语教学中，如何提高学生对课程的兴趣以帮助学生克服畏难情趣，是影响教学效果的重要因素。在近几年的全英语教学实践中，我们对多种教学方法和手段进行了融合运用。
1.多媒体教学，精心准备课件及教学细节。在课前精心组织教学内容，注重最新研究成果和经典功能材料的实际应用案例，力求课程内容的前沿性、实用性和趣味性。多媒体课件尽量通过图片、表格、动画以及视频等资料，以直观的方式体现教学内容，避免在幻灯片上出现大段文字，以此吸引学生的注意力，帮助其克服语言障碍。通过讲授过程中放慢语速或者重点内容重复多次的方式，争取绝大多数同学在课堂上能够听懂、理解，并且设置提问环节以增强学生对知识点的掌握。
2.将研究和探索的氛围带到课程教学中。本课程的教学内容结合了学院的研究特色，教学团队由多名从事不同功能材料研究的科研一线教师组成，分别在其擅长的研究领域讲授教学内容，同时将各自的科研成果引入教学，丰富教学内容，使教学与科研有机结合起来。增加教师本人的科研成果展示、科研故事等内容，使课程充满研究和探索的气氛，激发学生对课程内容和功能材料研究的兴趣。
3.开展当前研究热点和最新研究成果的课堂讨论。通常学生对研究热点和最新研究成果都比较感兴趣。例如在讲授目前非常热门的石墨烯材料时，教师提前给学生布置讨论题目：石墨烯材料具有非常优异的电导、机械强度、韧性等性能，那么这类材料的应用领域在哪里？在课堂上，教师在讲授完石墨烯材料的结构与性能关系后，在轻松的氛围下开始课堂讨论。这样的教学方式不仅有利于调动学生主动参与的积极性，而且可以培养学生独立思考和分析判断问题的能力以及交流、讨论、合作的热情和能力。
4.注重学生课前预习和课后知识巩固。全英语教学实践中，学生的课前预习对提高课堂教学效果非常重要。为了让学生的课前预习有的放矢，教师在课程开始前将课件放在课程网站上，让学生根据课程进度表提前下载课件并配合英语参考教材预习，避免了英语参考教材信息量大、学生预习无从下手的情况。通过预习，学生可以熟悉课堂的教学内容以及专业词汇，尽量避免因为课程内容和词汇生疏带来对知识点的理解困难，有助于学生跟上教师授课节奏，提高课堂教学效果。而对学生课前预习要求的检查和督促则通过教师课堂随机测验、点名提问等方式进行，并且将结果计入平时成绩。另外，为了进一步巩固课堂所学知识，每个专题授课结束后都会通过布置作业来引导学生对所学内容和知识点进行回顾。对学生课后作业完成情况的检查则通过作业批改、在课堂上问答的互动方式进行，标准解答定期上传至课程网站，以便学生加深对课程内容和知识点的理解和掌握。同时，本课程还设置课后辅导答疑环节，学生在每周的固定时间可到教师办公室接受答疑辅导。
三、课程教学评价体系的建立
好的课程教学评价体系也可以有效激发学生的学习兴趣，提高教学质量。传统的以期末考试为主的评价方式，容易导致学生考试前突击死记硬背知识点，而忽视平时对所学知识的运用以及综合素质的培养。本课程采用教学过程中的课堂参与度等作为过程性评价和学期末综合考试作为总结性评价。过程性评价包括了全英语课后作业、课堂问答互动、小组课堂专题演讲以及查阅英语文献与资料能力等构成，占总成绩的50%～60%；而期末综合考试则主要考查学生对重点知识点的理解以及解决实际问题的能力，占40%～50%。采用这样的评价方式，鼓励学生参与课程教学，激励学生的学习热情。既让学生重视对知识点的理解和灵活运用，而不是死记硬背基本知识点和基本概念，也加强了学生综合素质的培养。
全英语课程教学已成为高校培养国际化人才的重要举措。《功能材料学》课程是材料科学与工程专业非常重要的专业课，要达到提高学生专业知识水平，培养学生解决实际问题的能力以及国际化视野，提升综合素质的教学目标，在全英语教学中，必须要在教学内容、教学方法与手段、教学评价体系等方面下功夫，激发学生对全英语教学课程的学习兴趣，使学生克服畏难情绪，能够在教学过程中成为教学主体。全英语教学还是一种新的教学模式，在引导学生成为教学主体的同时，教师也要不断学习、提高教学理念和教学水平。只有教师和学生教学相长，才能真正提高全英语教学质量。
参考文献：
