高分子材料的特征精選(九篇)
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第1篇：高分子材料的特征范文
1．何為高分子化學
顧名思義，高分子就是相對分子質量很高的分子，它是高分子化合物的簡稱。高分子化合物，又稱聚合物或高聚物，是結構上由重復單元（低分子化合物—單體）連接而成的高相對分子質量化合物。高分子的相對分子質量非常的大，小到幾千，大到幾百萬、上千萬的都有。我們有時將相對分子質量較低的高分子化合物叫低聚物。高分子化學作為化學的一個分支，同樣也是從事制造和研究分子的科學，但其制造和研究的對象都是大分子，即由若干個原子按一定規律重復地連接成具有成千上萬甚至上百萬質量的、最大伸直長度可達毫米量級的長鏈分子，稱為高分子、大分子或聚合物。
2．高相對分子質量與高強度
相對分子質量和物質的性質是密切相關的，是決定物質性質的一個重要因素。只有相對分子質量高的化合物才有一定的機械力學性能，才能作為材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯，都是直鏈的烷烴化合物，但是分子量變化很大，其機械力學性能因而也有極大的區別。
3．高分子科學的主要內容
既然高分子化學是制造和研究大分子的科學，對大分子的反應和方法的研究，顯然是高分子化學最基本的研究內容。高分子科學不僅是研究化學問題，也是一門系統的科學。高分子科學的主要內容有：如何將低分子化合物連
接成高分子化合物，即聚合反應的研究。高分子化合物的結構與性質關系。不同性質的高分子，其結構必然是不同的。為了得到不同性質的高分子，就要去合成具有特殊結構的高分子。
二、高分子材料化學的應用
材料是人類社會文明發展階段的標志，是人類賴以生存和發展的物質基礎。它是指經過某種加工，具有一定結構、組分和性能，并可應用于一定用途的物質。上世紀半導體硅、高集成芯片、高分子材料的出現和廣泛應用，把人類由工業社會推向信息和知識經濟社會。可以說某一種新材料的問世及其應用，往往會引起人類社會的重大變革，材料是人類文明的重要標志。如果說現在人人離不開高分子材料，家家離不開高分子材料，處處離不開高分子材料，是一點也不過分的。高分子化合物的最主要的應用是以高分子材料的形式出現的，高分子材料包括了塑料、纖維、橡膠三大傳統合成材料，另外許多精細化工材料也都是高分子材料。
第一，塑料：一類是通用塑料，如容器、管道、家具、薄膜、鞋底與泡沫塑料等等；另一類叫工程塑料，其強度大，如汽車零部件、保險杠、洗衣機內的滾筒、電器的外殼等。
第二，纖維：人們開發出聚酯、尼龍、腈綸、維尼綸等高分子化合物，通過不同的加工，生產出了各種纖維制品，極大地滿足著人類的需要。
第三，橡膠：天然橡膠的種類和品質都受到很大的限制，于是科學家們不斷開發出了各種人造橡膠，如丁苯橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、氟橡膠、硅橡膠等。
第四，精細化工：比如使得我們的世界變得豐富多彩的各種涂料產品，如家具漆、內外墻乳膠漆、汽車漆、飛機漆等。女孩子用的指甲油，使牙齒變白的增白劑也都是涂料。還有萬能膠、建筑用膠、醫用膠、結構膠等黏合劑，以及各種吸水樹脂等都是高分子產品。
三、高分子化學與高科技的結合
當今社會，人們將能源、信息和材料并列為新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信息發展的物質基礎。自從合成有機高分子材料的那一天起，人們始終在不斷地研究、開發性能更優異、應用更廣泛的新型材料，來滿足計算機、光導纖維、激光、生物工程、海洋工程、空間工程和機械工業等尖端技術發展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向發展，出現了許多產量低、價格高、性能優異的新型高分子材料。
隨著生產和科學技術的發展，許多具有特殊功能的高分子材料也不斷涌現出來，如分離材料、光電材料、磁性材料、生物醫用材料、光敏材料、非線性光學材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活躍的領域，下面簡單介紹特種高分子材料：功能高分子是指當有外部刺激時，能通過化學或物理的方法做出相應反應的高分子材料；高性能高分子則是對外力有特別強的抵抗能力的高分子材料。它們都屬于特種高分子材料的范疇；特種高分子材料是指帶有特殊物理、力學、化學性質和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料（化學纖維、塑料、橡膠、油漆涂料、粘合劑）的范疇。
第一，力學功能材料：強化功能材料，如超高強材料、高結晶材料等；)彈材料，如熱塑性彈性體等。
第二，化學功能材料：分離功能材料，如分離膜、離子交換樹脂、高分子絡合物等；反應功能材料，如高分子催化劑、高分子試劑；生物功能材料，如固定化酶、生物反應器等。
第三，生物化學功能材料：人工臟器用材料，如人工腎、人工心肺等；高分子藥物，如藥物活性高分子、緩釋性高分子藥物、高分子農藥等；生物分解材料，如可降解性高分子材料等。
可以預計，在今后很長的歷史時期中，特種與功能高分子材料研究將代表了高分子材料發展的主要方向。
四、高分子化學的可持續發展
研究高分子合成材料的環境同化，增加循環使用和再生使用，減少對環境的污染乃至用高分子合成材料治理環境污染，也是21世紀中高分子材料能否得到長足發展的關鍵問題之一。比如利用植物或微生物進行有實用價值的高分子的合成，在環境友好的水或二氧化碳等化學介質中進行化學合成，探索用前面提到的化學或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子，以及用合成高分子來處理污水和毒物，研究合成高分子與生態的相互作用，達到高分子材料與生態環境的和諧等。顯然這些都是屬于21世紀應當開展的綠色化學過程和材料的研究范疇。
參考文獻：
[1]馮新德.展望21世紀的高分子化學與工業[J].科學中國人,1997,(11)
[2]王守德,劉福田,程新.智能材料及其應用進展[J].濟南大學學報(自然科學版,2002,(01).
第2篇：高分子材料的特征范文
【文章編號】0450-9889（2017）06C-0078-02
高分子材料是化工產品的一個分支，是目前發展最快、應用前景最廣且最具生命力的一類化工產品；高分子行業的迅猛發展，急需大量復合型人才。而大多數高校高分子材料專業的人才培養側重在材料的合成等偏理論方面，對高分子材料加工成型為終極產品的工藝環節關注的程度不高。廣西大學化學工程與工藝專業在化工材料加工工藝方面開設了系統的專業課程群，為“高分子材料成型與工藝”課程的設置打下了堅實的理論基礎。然而，廣西大學化學工程與工藝專業沒有開設過高分子物理、高分子化學、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎等高分子基礎或專業基礎課程，且該專業作為一個覆蓋范圍廣泛的交叉的專業，開設的專業課程很多，所有的專業課程學時都高度壓縮。在高分子材料理論知識缺乏、課程學時數少、無配套實驗的背景下，本文從教學內容、教學方法、創新能力培養等方面對“高分子材料成型與工藝”課程教學改革進行探索。
一、教材的選用
廣西大學化學化工學院“高分子材料成型與工藝”課程剛開設時，選用的教材是史玉升等編著的《高分子材料成型工藝》，學生通過學習可以掌握高分子材料的制備、性能、成型、評價及應用，全面系統地了解高分子材料成型技術的最新知識。教學過程中，學生反映這本教材的難度太大，因為“高分子材料成型與工藝”是一門專業技術課程，需在完成化工熱力學、化工原理、物理化學、有機化學、無機化學、分析化學、高分子物理和化學、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎等基礎理論課和專業基礎課程后，對學生進行綜合訓練。
“高分子材料成型與工藝”課程是在大三第一學期開設的專業課，此時學生已經修完化工熱力學、化工原理、物理化學、有機化學、無機化學、分析化學等基礎理論課，然而基本沒有學過高分子物理、高分子化學、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎等專業基礎課，高分子材料方面的基礎較差，加上這本教材講述的理論知識較少，所以學起來較吃力。根據學生的反映，學院及時更換了教材，采用周達飛等主編的《高分子材料成型加工》“九五”重點教材，該教材高度概括了高分子材料的最基礎的知識，對加工成型影響很大的高分子流變學基礎知識進行較全面深入的介紹，全面介紹了高分子材料成型加工最常用的基本工藝，也兼顧了新技術和新方法，難度適中，得到學生好評。
二、教學內容的改革
高分子材料成型技術涉及化學、材料、材料加工、機械等多種學科，“高分子材料成型與工藝”課程是一門專業技術課程，需要廣泛的理論知識基礎。化學工程與工藝專業的學生基本無高分子材料理論基礎知識，學習起來的確難度很大。非高分子材料專業的“高分子材料成型與工藝”課程要以“高分子材料―成型加工―制品性能”這條主線展開教學內容，重點掌握三者的關系，強調成型加工對制品性能的重要性，這是本課程的主題思想，也是高分子材料的工程特征；選用“九五”重?c教材《高分子材料成型加工》，充分利用國內外重要專業期刊了解行業最新動態，不斷更新及補充教學內容，確保教學內容的先進性；在教學內容安排上，以高分子材料成型加工的大工程觀點為著眼點，以寬專業為目標，概況高分子材料理論基礎和概念（詳細的內容指定參考范圍讓學生利用課外時間自學），從高分子材料的加工原理出發，著重對成型加工工藝進行討論。從高分子材料的成型加工的共性出發，對模壓、擠出、注塑及壓延四大成型技術及工藝進行重點講授，然后講授塑料、橡膠及復合材料的成型特點和區別，對于一些新的成型方法，以及教材中未涉及而在一些科技文獻中見報道的新的成型方法及工藝，教師建立了QQ群這樣的交流平臺，并將高分子領域權威的一些微信公眾號分享到平臺上，經常轉發高分子材料國際國內的重要進展到平臺，引導學生關注，激發學生的學習積極性，讓學生以興趣為導向自動組成興趣學習小組的方式進行自學。筆者首先通過課內課外結合強化高分子理論基礎與概念，對成型加工影響最大的流變性在課堂上進行詳細介紹，而其他性能如穩定性、電性能、光性能等材料性能則作為課外學習內容，在有限的學時內，節選核心內容，把高分子材料合成、性能、加工及相互間的影響規律簡要完整地介紹。比如教材中同一種成型方法按不同的應用體系分成很多小結，而教學過程中每種成型工藝僅以一種材料為代表來講，但不同章節會選不同的材料體系來進行，比如講橡膠的壓延，那么注塑可能選塑料，而擠出可能選復合材料，這樣來兼顧各類高分子材料的成型。
三、教學方法的改革
教學方法是影響教學目標是否能夠實現、實現的程度和效率的關鍵。非高分子材料專業的“高分子材料成型與工藝”課程教學存在兩個難點：一是許多內容涉及高分子加工機械、設備結構及操作過程，這要求有實際感性認識和直觀性；二是該課程的理論性和實踐性都很強，如何在教學過程中實現理論與實際的結合，用理論來解釋生產中的實際問題，或以具體實例來說明理論，促使學生真正掌握知識。針對這些問題，“高分子材料成型與工藝”課程在教學過程中對教學方法、教學手段進行了改革。
（一）現代化教學與傳統教學相結合。“高分子材料成型與工藝”課程中許多內容涉及高分子加工機械、設備結構及操作過程，這要求有實際感性認識和直觀性，同時，該課程的理論性和實踐性都很強。筆者根據所選用教材，利用PowerPoint加入聲音、圖像、動畫、視頻等各種多媒體信息，并根據需要設計各種演示效果，將抽象、生澀難懂的知識形象生動地展示給學生，激起學生學習的興趣、吸引他們的注意力，大大加深學生對知識的理解和印象。由于化學化工學院缺乏相應的高分子材料成型教學設備，教學小組聯系外界資源制作了幾個基本成型工藝的微課，同時廣泛收集案例、動畫演示及成型錄像，不斷補充到授課內容中，讓學生對高分子成型工藝及設備等有更直觀的認識，對課件內容進行更新和完善，豐富課堂內容，加大課堂信息量，使學生獲得對高分子材料成型加工的理性和感性雙重認識，使教學達到事半功倍的效果。
同時，教師也要注意吸取傳統教學中講解的優點，將教師的語言、激情和應變能力體現在多媒體教學中，并用眼神、情感、心靈與學生溝通，必要時還要進行板書，讓學生徹底把握一些關鍵問題。
（二）采用“任務驅動”教學法和啟發式互動式教學。與傳統的以教師為主體的“填鴨式”“灌輸式”教學方式不同，筆者在部分知識點的授課中嘗試采用“任務驅動”教學法，從傳統教學的講授、灌輸和教師主宰課堂，轉變為組織和引導；從單純講解轉變為與學生進行適當的交流和探討。筆者在講述“高分子材料配方設計”這一章內容時，并沒有按照書本來進行，而是布置了一道思考題“設計食品袋的配方”，讓學生通過自學課本內容與上網查找相關知識等來完成這一思考題，并在學生完成后讓他們用PPT來展示成果，通過討論的形式與學生探討了配方設計中的一些原則與內容。
啟發式互動式教學強調先讓學生積極思考，再進行適時啟發；教師不僅要加強自身專業素養和知識積累，而且更重要的是建立師生互動的教學過程，并營造良好的課堂教學氛圍，實現教學相長；教師注意自己角色的轉變，良好的學習情境可使學生了解學習任務的必要性和與學習任務相關的學習信息，從而激發學習意愿和濃厚的學習興趣；在教學過程中，對于重要的知識點，通過案例教學，與學生共同分析和討論，啟發學生進行思考，培養學生的創新能力。
第3篇：高分子材料的特征范文
[關鍵詞]分形 自相似 分維 高分子
分形理論與耗散結構理論、混沌理論被認為是70年代科學上的三大發現。1967年曼德布羅特(b.b.mandelbort)在美國權威的《科學》雜志上發表了題為《英國的海岸線有多長?》的著名論文。指出海岸線在形貌上是自相似的，也就是局部形態和整體形態的相似。實際上，具有自相似性的形態廣泛存在于自然界及社會生活中，曼德布羅特把這些部分與整體以某種方式相似的形體稱為分形(fractal)。并在此基礎上，形成了研究分形性質及其應用的科學，也就是現在的分形理論(fractaltheory)，自相似原則和迭代生成原則是分形理論的重要原則。
由于分形理論研究的特殊性，以及他在自然界應用的廣泛性，目前分形理論已迅速成為描述、處理自然界和工程中非平衡和非線性作用后的不規則圖形的強有力工具。自分形理論發展以來，國內外對分形理論在各方面的應用進行了大量的理論和實踐，材料學中也一樣，分型理論目前已滲透到了材料學的各個領域，尤其是高分子材料，下面就分形理論在高分子材料學中的應用做一淺議。
一、分形維數的測定方法
根據研究對象的不同，大致可以分為以下五類：改變觀測尺度求維數；根據觀測度關系求維數；根據相關函數求維數；根據分布函數求維數；根據頻譜求維數，分形在材料科學中應用時，一般應用的測定分維方法是：盒維數法、碼尺法和小島法。
二、分形理論在高分子結構中的研究
(一)高分子鏈結構中的分形
由于高分子尺寸隨鏈結構象而不斷變化，對這類問題的處理屬于統計數學中的“無規飛行”。但若從分形的角度來看，則高分子具有明顯的分形特征并可以跟蹤監測。對高分子中普遍存在的自回避行走也是如此，只是表現出不同的分形行為。又因為這類問題與臨界現象很相似，故我們亦能采用重整化群等有力工具。并且分數維的另一獨特功能是可靈敏地反映單個高分子的單個構象[4]。
(二)高分子溶液中的分形
由于高分子溶液中的大分子鏈使得其和普通液體在很多方面存在差異性，如普通液體所不具備的流變行為、應力傳輸等。在實際研究中。分形結構主要存在于高分子溶液中的凝膠化反應中，高分子溶液的凝膠化反應主要是指聚合物的凝膠化過程，是一種臨界現象，是介于晶態與非晶態之間的一種半凝聚態，這個過程中高分子鏈之間會形成的網絡結構，該結構是一類形狀無規、無序且不規整的錯綜復雜的體系。但該體系是可以用分形的方法研究的凝膠化反應，在亞微觀水平上存在自相似性。例如左榘等研究的苯乙烯一二乙烯的凝膠化反應。
(三)固體高分子中的分形
對于高分子材料，當固體高分子材料斷裂時，不同力學性質的材料將形成不同的斷面形貌，而斷面形貌一般為不規則形態，是一種近似的或統計意義的分形結構，可用分形理論進行分析表征，從而根據斷面的形狀定量評價材料的力學性能。而微孔材料中由于分布著大量微小的孔洞，這些微孔具有不規則的微觀結構，使得微孔材料無論在總體還是在局部都呈現出較復雜的形態，無法用傳統的幾何學理論進行描述，但可用分形幾何理論對微孔形態的復雜程度作量化的表征[5]。
(四)結晶高聚物中的分形
第4篇：高分子材料的特征范文
【關鍵詞】高分子材料專業；大學生就業；復合型人才
【Abstract】This paper have supposed a series countermeasures in view of the dilemma of university students’ employment， which based on analying the requirement of polymer materials profession. In respect of graduates themselves， enterprise and government，college teaching reform， we provided new thoughts to improve university students’ employment.
【Key words】Polymer materials profession；University students’ employment； Inter-disciplinary talent
0 引言
進入21世紀以來中國社會正發生著日新月異的變化，經濟發展迅速、科技發展迅猛、產業結構轉型加劇、人們文化價值觀也在多元化等等[1]。社會大背景下高分子行業大學生就業呈現出許多新的現象，一方面大學生就業難，另一方面企業人才難覓[2]。就業形勢日益緊張的形式下，如何使高校的人才培養符合就業市場需求，做到企業有所用、人才有所為是十分重要的課題[3]。本文分析了當代高分子材料專業大學生就業的現狀，并針對其弊端提出了一些建設性對策，以更好地滿足企業需求，同時提高本專業大學生的就業率及滿意度。
1 高分子材料專業人才需求分析
高分子材料專業是在大量的科學實驗和工程實踐基礎上發展并運用于生產實踐的學科。該專業畢業的大學生就業面很廣，即可以繼續深造攻讀碩士、博士學位，也可以在高分子材料的合成、改性、成型加工等方面及其相關領域從事科學研究、技術開發、工藝和設備設計等崗位工作。但是，隨著產業結構的優化，企業對高分子材料專業本科層次人才的需求正在發生著變化；另外，全國一般的綜合性大學都開設了高分子材料專業，每年有大量的畢業生涌入市場，競爭非常激烈。
通過對中國石化、杜邦、巴斯夫等高分子專業知名企業，以及吉林建筑大學近幾年高分子專業畢業生就業去向的調查，目前該專業畢業生就業呈現出如下特征：
1.1 企業方面
就業市場供過于求的矛盾日漸凸顯，招聘單位的門檻也在拔高，很少考慮崗位實際需要，對畢業生所提要求過高。中國石化如上海金山石化、吉林石化、燕山石化等大型的國有企業，往往優先招聘985、211大學的畢業生，所學專業嚴格對口；杜邦、拜耳、巴斯夫等知名外企，要求有豐富的實踐或社會工作經驗，對英語要求過六級。另外，這些大型的正規企業提供的職位有限，遠遠不能滿足大學生的就業需要。
就業壓力增大的形勢下，很多大學生尤其是二本類高校畢業生只能選擇去中小型企業發展。這類中小型企業為了適應市場需要，常常需要改進配方及工藝，更改設備設計等，因此他們希望大學生既有較好的專業知識，更有較強的動手實踐能力以及解決實際問題能力，即需要集技術、研究、創新于一身的復合型人才。大學生必須熟悉生產一線的工作，才能提出問題并加以改進。然而，大學畢業生往往怕吃苦不愿像工人一樣翻三班，更有甚者索性辭職、頻繁跳槽，自然缺少實踐經驗的積累，更加欠缺解決實際問題的能力。這也正是出現企業用工難，而畢業生就業難這一矛盾的主要原因。
高分子材料相關的生產企業大多建在郊區或比較邊遠的地區，缺少現代化氣息。然而，大學畢業生往往對大城市趨之若鶩，對小城市不屑一顧。當代大學生無論是個人還是家長都投入了很多的財力及精力，對未來的收益有較高的期望，都向往去發達地區、收入高的企業工作，這就影響了大學生到基層就業理念的形成。這些地域的限制，也成為大學生就業難的重要原因。
1.2 學校方面
一直以來，高等學校采用傳統的教學模式，缺乏創新，學生所學知識與現實生產有較大差距；學校教育實踐環節薄弱，造成學生動手實踐能力差、缺乏創新能力及解決實踐問題的能力。這些也是造成高分子專業畢業生與企業需要脫節的原因之一。為此，高等教育必須反思，突破本專業傳統的教育模式，以就業為導向，不斷調整專業知識結構，增強畢業生實力，以提高就業競爭力。
2 解決對策
2.1 畢業生轉變求職觀念，樹立新型就業觀
畢業生應該轉變求職觀念，合理調整就業期望值，不把“高薪”作為唯一擇業標準，不好高騖遠。珍惜就業機會，主動到基層就業，施展自身才華；要樹立“先就業，后擇業，再創業”的新型就業觀，在實踐中不斷調適，找準個人期望與社會需求的契合點，科學擇業，積極創業。畢業生在校期間要打好專業基礎，努力提升自身綜合素質，以提高社會就業適應性和就業彈性。
2.2 加大政府引導力度，完善企業聘用機制
做好政策引導，加強宏觀調控。政府運用經濟杠桿，對人才資源配置加以引導和調節，對于到城鄉基層、中小企業、艱苦邊遠地區工作的大學生，在待遇和生活條件等方面給予優惠政策，鼓勵和吸引人才去工作。
對企業而言，要摒棄招聘過程中過分強調工作經驗的行為，注重大學生職業發展道路上的可塑造性，加強人才儲備；同時，密切與高校的合作，提供實習崗位等，為企業與人才的快速接軌創造條件。整個社會要營造良好的社會輿論環境和廣泛的社會支持網絡，共同促進大學生就業。
2.3 面向企業需求， 進行教學改革
加強校企合作，派專業老師深入到相關企業做深度的調研，不斷調整教學內容，優化課程配置，強化高分子材料專業課程設置與企業崗位的銜接，可以使畢業生很快適應崗位角色。
強化實踐能力的培養。實踐環節是培養學生綜合運用所學專業知識解決實際問題能力的關鍵。一方面，開展多層次實驗教學，培養學生基本實驗技能及多種能力。設置基礎實驗，鞏固理論教學內容；開設綜合型實驗，可以加強學生綜合運用知識的能力；增設研究型實驗，目的是加強學生實驗的自主性和能動性，培養學生獨立實驗和分析問題能力。另一方面，完善實習實訓教學體系。實習實訓也是實踐教學的重要組成部分。為完善本專業的實習實訓教學體系，我校從大二到大四每學年都開展實習課程。首先要在保持原有的吉化廠、苯板生產企業等實習基地的基礎上，不斷開發新的實訓基地，如綠色節能建筑材料生產廠、汽車配件生產企業、地熱管生產等企業實訓，將理論知識與實踐相銜接，同時學習現代化工藝控制手段。
4 結語
在大學生就業的市場化道路上，需要政府、社會、學校以及學生自身的相互配合，四方聯動才能有效促進大學生就業。以就業為導向，高校積極開展高分子材料專業的教學改革，才能培養出滿足相關企業的生產工藝、設備、產品開發等綜合要求的復合型人才。
【參考文獻】
[1]陳秀梅.多維理論視角下的大學生就業實證研究綜述[J].中國電力教育，2014（297）：227-229.
第5篇：高分子材料的特征范文
[關鍵詞]材料 發展 金屬材料 無機非金屬材料 高分子材料
人類社會的發展歷程,是以材料為主要標志的。歷史上,材料被視為人類社會進化的里程碑。對材料的認識和利用的能力,決定著社會的形態和人類生活的質量。歷史學家也把材料及其器具作為劃分時代的標志:如石器時代、青銅器時代、鐵器時代、高分子材料時代……
100萬年以前,原始人以石頭作為工具,稱舊石器時代。1萬年以前,人類對石器進行加工,使之成為器皿和精致的工具,從而進入新石器時代。現在考古發掘證明我國在八千多年前已經制成實用的陶器,在六千多年前已經冶煉出黃銅,在四千多年前已有簡單的青銅工具,在三千多年前已用隕鐵制造兵器。我們的祖先在二千五百多年前的春秋時期已會冶煉生鐵,比歐洲要早一千八百多年以上。18世紀,鋼鐵工業的發展,成為產業革命的重要內容和物質基礎。19世紀中葉,現代平爐和轉爐煉鋼技術的出現,使人類真正進入了鋼鐵時代。與此同時,銅、鉛、鋅也大量得到應用,鋁、鎂、鈦等金屬相繼問世并得到應用。直到20世紀中葉,金屬材料在材料工業中一直占有主導地位。20世紀中葉以后,科學技術迅猛發展,作為發明之母和產業糧食的新材料又出現了劃時代的變化。首先是人工合成高分子材料問世,并得到廣泛應用僅半個世紀時間,高分子材料已與有上千年歷史的金屬材料并駕齊驅,并在年產量的體積上已超過了鋼,成為國民經濟、國防尖端科學和高科技領域不可缺少的材料。其次是陶瓷材料的發展。陶瓷是人類最早利用自然界所提供的原料制造而成的材料。50年代,合成化工原料和特殊制備工藝的發展,使陶瓷材料產生了一個飛躍,出現了從傳統陶瓷向先進陶瓷的轉變,許多新型功能陶瓷形成了產業,滿足了電力、電子技術和航天技術的發展和需要。
現在人們也按化學成分的不同將材料劃分為金屬材料,無機非金屬材料和有機高分子材料三大類以及他們的復合材料。
金屬材料科學主要是研究金屬材料的成分組織、結構、缺陷與性能之間內在聯系的一門學科。金屬材料科學與工程的工作者還要研究各種金屬冶煉和合金化的反應過程和相的關系,金屬材料的制備方法和形成機理,結晶過程以及材料在制造及使用過程中的變化和損毀機理。對其按化學成份進行分類可以分為鋼鐵、有色金屬以及復合金屬材料。按用途分類包括結構材料和功能材料。
金屬基復合材料(MMC)因其良好的性能而得到了人們廣泛的關注。它是一類以金屬或合金為基體,以金屬或非金屬線、絲、纖維、晶須或顆粒狀組分為增強相的非均質混合物,其共同點是具有連續的金屬基體。目前,特別是航空航天部門推進系統使用的材料,其性能已經達到了極限。因此,研制工作溫度更高、比剛度和比強度大幅度增加的金屬基復合材料,已經成為發展高性能結構材料的一個重要方向。1990年美國在航天推進系統中形成了3250萬美元的高級復合材料(主要為MMC)市場,年平均增長率16%,遠高于高性能合金的年增長率1.6%。
無機非金屬材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成的材料。是除有機高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統稱。在晶體結構上,無機非金屬的晶體結構遠比金屬復雜,并且沒有自由的電子。具有比金屬鍵和純共價鍵更強的離子鍵和混合鍵。這種化學鍵所特有的高鍵能、高鍵強賦予這一大類材料以高熔點、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強度和良好的抗氧化性等基本屬性,以及寬廣的導電性、隔熱性、透光性及良好的鐵電性、鐵磁性和壓電性。無機非金屬材料已從傳統的水泥、玻璃、陶瓷發展到了新型的先進陶瓷、非晶態材料、人工晶體、無機涂層、無機纖維、半導體材料以及光學材料。由于新型無機非金屬材料除具有傳統無機非金屬材料的優點外,還有某些特征如:強度高、具有電學、光學特性和生物功能等,因此它們已成為現代新技術、新產業、傳統工業技術改造、現代國防和生物醫學所不可缺少的物質基礎。
高分子材料為有機合成材料,亦稱聚合物。自20世紀20年代德國著名科學家斯托丁格開創這一學科以來,高分子科學和技術的發展極為迅猛,如今已形成非常龐大的高分子工業。它具有較高的強度,良好的塑性,較強的耐腐蝕性能,很好的絕緣性能,以及重量輕等優良性能,在是工程上的發展最快的一類新型結構材料。高分子材料按其分子鏈排列有序與否,可分為結晶聚合物和無定型聚合物兩類。結晶聚合物的強度較高,結晶度決定于分子鏈排列的有序程度。工程上通常根據機械性能和使用狀態將其分為三大類:塑料、橡膠以及合成纖維。其中,我國的合成纖維、合成樹脂和合成橡膠已分別居世界產能的第一、二和三位。
參考文獻:
[1]謝盛輝.《材料科學發展史》課程構想及教學綱要. 2006,26,(5).
[2]許順生.金屬材料科學概述.中國科學院上海冶金研究所.
第6篇：高分子材料的特征范文
關鍵詞:高分子材料;高分子化學;實驗教學
高分子化學實驗是高分子化學課程教學的一種最有效的實踐教學形式,它可以幫助和促進學生課堂理論知識的學習與消化,建立和鞏固高分子化學基本概念和理論,獲取高分子化學知識,培養科學素質和操作技能。我國著名化學家戴安邦指出:“只傳授化學知識和技術的化學教育是片面的,全面的化學教育要求既傳授化學知識和技巧,又訓練科學方法與思維,還培養科學精神和品德,學生在化學實驗中是學習的主體,在教師指導下進行實驗,訓練用實驗解決化學問題,使各項智力皆得到發展”。這番話指出了開設化學實驗課的深刻內涵和重要價值。2004年國家教育部頒布的《普通高等學校本科教學工作水平評估方案》在評估指標的二級指標“實踐教學”中,從“實踐教學內容與體系,綜合性、設計性實驗課的比例及效果,實驗室開放”三個方面明確了實踐教學改革和發展的方向。近幾年高校的化學類實驗教學改革取得了令人矚目的成果。高分子材料科學與工程專業是很多高校在近年來新開設的專業,在實驗教學與改革方面的成果積累較少,尤其高分子化學實驗教學采用陳舊的教學內容和教學方法依然居多。通過調研發現,目前國內高校高分子材料科學與工程專業的高分子化學實驗教學依然不同程度地存在一些問題。
一、高分子化學實驗教學現狀剖析
1.實驗教學體系和內容欠爭理
多數的實驗教學附屬于理論教學,沒有單獨設課和單獨考核,實驗課時相對較少雖然有些高校高分子化學實驗已經獨立設課,但僅作為考查課。實驗教學內容中傳統的、陳舊的實驗較多,而體現現代科學技術發展成果的實驗很少認知性、驗證性實驗所占的比理偏高,培養學生創新能力的綜合性、設計性、應用性和創新性的實驗偏少,而且實驗環節偏重于理論,突出高分子材料應用性特點的實驗太少,不利于培養學生的工程觀念。
2.實驗教學方法單一
學生按照實驗講義預習,然后進實驗室。實驗前教師把實驗目的、實驗原理、儀器使用方法、測試方法、實驗步驟和數據記錄表格及數據處理方法等進行詳細的集中講解。學生只需按教師指導的過程按部就班或者依照講義“照方抓藥”,就可以完成一個實驗。一部分學生糊里糊涂地來到實驗室,只動手不動腦地完成實驗,然后又迷迷糊糊地離開實驗室。實驗的現象和結果沒有給他們留下太深的印象,對學生觀察能力、分析問題和解決問題的能力以及創新意識的培養都很不夠。這種統一模式、統一要求、齊步走的教學方法,一方面造成了學生對教師的過分依賴,另一方面抑制了學生個性思維的發展和創新能力的培養。
3.實驗嫩學手段落后
在現代信息技術迅速發展的今天,雖然網絡技術、多媒體技術等現代教學技術在理論教學中得到了普遍應用,但虛擬、仿真等實驗技術手段未能在實驗教學中推廣應用。這樣對于一些耗費過高、時間過長、毒性過大、危險性過高的實驗,只能最低限度地開設,且開設過程中費用大和危險性高,導致學生對此類重要實驗缺乏足夠的認知和感受的機會。
二、新教學模塊的實踐性探索與成效
針對目前國內高校高分子材料科學與工程專業高分子化學實驗教學中存在的一些問題,借鑒其他化學實驗教學改革的優秀成果,提出了基礎技能實驗、綜合設計實驗、研究創新型實驗的三個高分子化學實驗教學模塊體系,并在每個模塊中結合常熟理工學院教師的科研成果引入_些新的實驗教學內容,采用開放式實驗教學方法。通過實驗教學實踐發現新的體系和教學方法在培養學生的創新意識和工程實踐能力方面起到了較好的效果。
1.基礎技能實驗教學模塊
基礎技能實驗模塊構建的目的著重建立高分子化學實驗與相關基礎理論知識之間的有機聯系。培養學生的實驗安全意識、清潔衛生習慣和嚴謹的實驗態度。訓練學生掌握熟練規范的實驗操作技能和技巧,為后續的實驗教學模塊的實施打下良好的基礎。
基礎技能實驗模塊的教學內容設計在課時總量的40%～50%為宜,課時數約30學時,開設8～10個實驗。教學內容設計涉及到高分子化學反應機理,如自由基、陰離子,陽離子等連鎖反應機理,縮聚、基團轉移聚合等逐步反應機理,開環聚合反應機理等。在實驗實施方法方面涉及到本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合、乳液聚合、熔融縮聚、界面縮聚等。如設計膨脹計發測定苯乙烯本體聚合動力學實驗,讓學生直觀感受到了誘導期概念、聚合過程體積減小的現象以及聚合物溶液的粘性特征等非常重要的高分子化學理論知識。設計過硫酸鉀引發甲基丙烯酸甲酯自乳化聚合實驗,除讓學生明確了乳液聚合的基本原理外,還了解到了聚合物大分子鏈端基的重要作用。設計己二酰氯和己二胺界面縮聚實驗,讓學生深入理解了界面縮聚的概念和聚合物的可紡成纖性能等主要高分子知識。通過設計一些自由基、陰離子、陽離子等連鎖反應機理的實驗,使學生進一步掌握了活性中心的概念,同時在實驗過程中認知了這些引發劑的活性、安全使用和貯存事項。
2.綜合設計實驗教學模塊
綜合設計實驗教學模塊旨在培養學生較強的實際動手能力,自主設計和分析解決問題的能力。本實驗模塊是實驗教學的較高層次,注重學生實驗的自主設計性和綜合性。
教學內容設計在課時總量的20%～25%為宜,課時數約15學時,開設2～3個實驗。本教學模塊的特點之一是實驗內容的綜合性,可以將同一門課的幾個實驗,或者是幾門課的實驗組合在一起,形成一個大實驗。本教學模塊的特點之二是實驗方案的靈活性和設計性,側重培養學生的自主實驗和學習的意識和良好習慣。例如關于高分子合成實驗先確定好采用的聚合機理和聚合方法,在原材料配方組成、引發劑種類及用量、合成溫度等工藝條件方面給出一個大致的框架,然后讓學生在所給的框架內進行自行設計和實施實驗。譬如懸浮法制備聚苯乙烯珠粒實驗,水的用量范圍為苯乙烯質量的100%～200%、分散劑為磷酸鈣或聚乙烯醇兩種、引發劑過氧化二苯甲酰用量為苯乙烯質量的0.2%～1.0%、反應溫度設定在75℃～85℃范圍等。學生通過自行設計的方案實施實驗獲得了不同的實驗結果,通過對不同組之間實驗結果的綜合分析,找到了影響懸浮法制備聚苯乙烯珠粒的一些因素,激發了學生動手實驗的興趣,發揮了學生自主實驗和學習的主觀能動性。
3.研究創新實驗教學模塊
設置研究創新實驗教學模塊培養學生的科研和創新意識、提高學生的綜合素質和應用開發能力,為實現培養高質量的應用型人才的教育目標提供重要的教學內容實體支撐。 本實驗模塊是實驗教學的最高層次,注重學生實驗的獨立自主陛、綜合性、應用性和創新性,教學內容設計在課時總量的20%～25%為宜,課時數約15學時,開設2～3個實驗。本實驗教學模塊的特點之一是實驗項目的獨立自主性和綜合性。也就是說確定好實驗項目之后,讓學生在實驗教師指導下獨立自主地進行實驗項目方案的調研、設計、實施和結果分析。本實驗教學模塊的特點之二是實驗項目的應用性和創新性,所擬定實驗項目必須關聯生產實踐中的聚合物產品,充分體現實驗項目的應用性。實驗項目設計主要針對這些高分子產品生產實踐中存在的共性問題和關鍵問題的解決來進行設計。通過研究創新實驗的實施,發現學生學習積極性很高,樂此不疲,為培養學生創新意識和展示高分子化學實驗的應用性特征提供了最佳學習平臺,尤其是開發一些聯系生活實際的應用型實驗,可使學生親身感受到高分子化學實驗的實用價值,能強烈激發學生的創造動機。此外,研究創新實驗往往需要多名學生共同完成,有利于培養學生的團隊合作精神。例如,聚氨酯絕緣漆的制備及性能測定實驗,每個學生做一個實驗配方,每5名學生一組,5名學生的實驗結果綜合在一起可以得出高分子樹脂配方組成與漆膜性能之間的關系曲線,以及固化條件與漆膜性能之間的關系曲線。在實驗過程中,5名學生要共同安排實驗方案,盡量保持操作的一致性,最后得出的結果要呈規律性變化。如果有一名學生操作有誤,這個實驗點就會落在規律性以外,影響其他學生對實驗現象的觀察。因此,實施研究創新實驗項目對教師也提出了更高要求。在每次實驗前,教師要指導學生擬定方案,并對可能出現的實驗現象和各種影響因素進行分析,實驗過程中,又有多種意外的實驗現象出現,這勢必要求師生共同分析和討論造成這些現象的原因,幫助學生透過現象深刻理解事物的本質。這樣做需要教師有相當的知識儲備量,并且要求教師也不斷進取,充分體現了教學相長的教育理念。
第7篇：高分子材料的特征范文
關鍵詞:高分子材料;高分子化學;實驗教學
高分子化學實驗是高分子化學課程教學的一種最有效的實踐教學形式，它可以幫助和促進學生課堂理論知識的學習與消化，建立和鞏固高分子化學基本概念和理論，獲取高分子化學知識，培養科學素質和操作技能。我國著名化學家戴安邦指出:“只傳授化學知識和技術的化學教育是片面的，全面的化學教育要求既傳授化學知識和技巧，又訓練科學方法與思維，還培養科學精神和品德，學生在化學實驗中是學習的主體，在教師指導下進行實驗，訓練用實驗解決化學問題，使各項智力皆得到發展”。這番話指出了開設化學實驗課的深刻內涵和重要價值。2004年國家教育部頒布的《普通高等學校本科教學工作水平評估方案》在評估指標的二級指標“實踐教學”中，從“實踐教學內容與體系，綜合性、設計性實驗課的比例及效果，實驗室開放”三個方面明確了實踐教學改革和發展的方向。近幾年高校的化學類實驗教學改革取得了令人矚目的成果。高分子材料科學與工程專業是很多高校在近年來新開設的專業，在實驗教學與改革方面的成果積累較少，尤其高分子化學實驗教學采用陳舊的教學內容和教學方法依然居多。通過調研發現，目前國內高校高分子材料科學與工程專業的高分子化學實驗教學依然不同程度地存在一些問題。
一、高分子化學實驗教學現狀剖析
1.實驗教學體系和內容欠爭理
多數的實驗教學附屬于理論教學，沒有單獨設課和單獨考核，實驗課時相對較少雖然有些高校高分子化學實驗已經獨立設課，但僅作為考查課。實驗教學內容中傳統的、陳舊的實驗較多，而體現現代科學技術發展成果的實驗很少認知性、驗證性實驗所占的比理偏高，培養學生創新能力的綜合性、設計性、應用性和創新性的實驗偏少，而且實驗環節偏重于理論，突出高分子材料應用性特點的實驗太少，不利于培養學生的工程觀念。
2.實驗教學方法單一
學生按照實驗講義預習，然后進實驗室。實驗前教師把實驗目的、實驗原理、儀器使用方法、測試方法、實驗步驟和數據記錄表格及數據處理方法等進行詳細的集中講解。學生只需按教師指導的過程按部就班或者依照講義“照方抓藥”，就可以完成一個實驗。一部分學生糊里糊涂地來到實驗室，只動手不動腦地完成實驗，然后又迷迷糊糊地離開實驗室。實驗的現象和結果沒有給他們留下太深的印象，對學生觀察能力、分析問題和解決問題的能力以及創新意識的培養都很不夠。這種統一模式、統一要求、齊步走的教學方法，一方面造成了學生對教師的過分依賴，另一方面抑制了學生個性思維的發展和創新能力的培養。
3.實驗嫩學手段落后
在現代信息技術迅速發展的今天，雖然網絡技術、多媒體技術等現代教學技術在理論教學中得到了普遍應用，但虛擬、仿真等實驗技術手段未能在實驗教學中推廣應用。這樣對于一些耗費過高、時間過長、毒性過大、危險性過高的實驗，只能最低限度地開設，且開設過程中費用大和危險性高，導致學生對此類重要實驗缺乏足夠的認知和感受的機會。
二、新教學模塊的實踐性探索與成效
針對目前國內高校高分子材料科學與工程專業高分子化學實驗教學中存在的一些問題，借鑒其他化學實驗教學改革的優秀成果，提出了基礎技能實驗、綜合設計實驗、研究創新型實驗的三個高分子化學實驗教學模塊體系，并在每個模塊中結合常熟理工學院教師的科研成果引入_些新的實驗教學內容，采用開放式實驗教學方法。通過實驗教學實踐發現新的體系和教學方法在培養學生的創新意識和工程實踐能力方面起到了較好的效果。
1.基礎技能實驗教學模塊
基礎技能實驗模塊構建的目的著重建立高分子化學實驗與相關基礎理論知識之間的有機聯系。培養學生的實驗安全意識、清潔衛生習慣和嚴謹的實驗態度。訓練學生掌握熟練規范的實驗操作技能和技巧，為后續的實驗教學模塊的實施打下良好的基礎。
基礎技能實驗模塊的教學內容設計在課時總量的40%～50%為宜，課時數約30學時，開設8～10個實驗。教學內容設計涉及到高分子化學反應機理，如自由基、陰離子，陽離子等連鎖反應機理，縮聚、基團轉移聚合等逐步反應機理，開環聚合反應機理等。在實驗實施方法方面涉及到本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合、乳液聚合、熔融縮聚、界面縮聚等。如設計膨脹計發測定苯乙烯本體聚合動力學實驗，讓學生直觀感受到了誘導期概念、聚合過程體積減小的現象以及聚合物溶液的粘性特征等非常重要的高分子化學理論知識。設計過硫酸鉀引發甲基丙烯酸甲酯自乳化聚合實驗，除讓學生明確了乳液聚合的基本原理外，還了解到了聚合物大分子鏈端基的重要作用。設計己二酰氯和己二胺界面縮聚實驗，讓學生深入理解了界面縮聚的概念和聚合物的可紡成纖性能等主要高分子知識。通過設計一些自由基、陰離子、陽離子等連鎖反應機理的實驗，使學生進一步掌握了活性中心的概念，同時在實驗過程中認知了這些引發劑的活性、安全使用和貯存事項。
2.綜合設計實驗教學模塊
綜合設計實驗教學模塊旨在培養學生較強的實際動手能力，自主設計和分析解決問題的能力。本實驗模塊是實驗教學的較高層次，注重學生實驗的自主設計性和綜合性。
教學內容設計在課時總量的20%～25%為宜，課時數約15學時，開設2～3個實驗。本教學模塊的特點之一是實驗內容的綜合性，可以將同一門課的幾個實驗，或者是幾門課的實驗組合在一起，形成一個大實驗。本教學模塊的特點之二是實驗方案的靈活性和設計性，側重培養學生的自主實驗和學習的意識和良好習慣。例如關于高分子合成實驗先確定好采用的聚合機理和聚合方法，在原材料配方組成、引發劑種類及用量、合成溫度等工藝條件方面給出一個大致的框架，然后讓學生在所給的框架內進行自行設計和實施實驗。譬如懸浮法制備聚苯乙烯珠粒實驗，水的用量范圍為苯乙烯質量的100%～200%、分散劑為磷酸鈣或聚乙烯醇兩種、引發劑過氧化二苯甲酰用量為苯乙烯質量的0.2%～1.0%、反應溫度設定在75℃～85℃范圍等。學生通過自行設計的方案實施實驗獲得了不同的實驗結果，通過對不同組之間實驗結果的綜合分析，找到了影響懸浮法制備聚苯乙烯珠粒的一些因素，激發了學生動手實驗的興趣，發揮了學生自主實驗和學習的主觀能動性。
3.研究創新實驗教學模塊
設置研究創新實驗教學模塊培養學生的科研和創新意識、提高學生的綜合素質和應用開發能力，為實現培養高質量的應用型人才的教育目標提供重要的教學內容實體支撐。 本實驗模塊是實驗教學的最高層次，注重學生實驗的獨立自主陛、綜合性、應用性和創新性，教學內容設計在課時總量的20%～25%為宜，課時數約15學時，開設2～3個實驗。本實驗教學模塊的特點之一是實驗項目的獨立自主性和綜合性。也就是說確定好實驗項目之后，讓學生在實驗教師指導下獨立自主地進行實驗項目方案的調研、設計、實施和結果分析。本實驗教學模塊的特點之二是實驗項目的應用性和創新性，所擬定實驗項目必須關聯生產實踐中的聚合物產品，充分體現實驗項目的應用性。實驗項目設計主要針對這些高分子產品生產實踐中存在的共性問題和關鍵問題的解決來進行設計。通過研究創新實驗的實施，發現學生學習積極性很高，樂此不疲，為培養學生創新意識和展示高分子化學實驗的應用性特征提供了最佳學習平臺，尤其是開發一些聯系生活實際的應用型實驗，可使學生親身感受到高分子化學實驗的實用價值，能強烈激發學生的創造動機。此外，研究創新實驗往往需要多名學生共同完成，有利于培養學生的團隊合作精神。例如，聚氨酯絕緣漆的制備及性能測定實驗，每個學生做一個實驗配方，每5名學生一組，5名學生的實驗結果綜合在一起可以得出高分子樹脂配方組成與漆膜性能之間的關系曲線，以及固化條件與漆膜性能之間的關系曲線。在實驗過程中，5名學生要共同安排實驗方案，盡量保持操作的一致性，最后得出的結果要呈規律性變化。如果有一名學生操作有誤，這個實驗點就會落在規律性以外，影響其他學生對實驗現象的觀察。因此，實施研究創新實驗項目對教師也提出了更高要求。在每次實驗前，教師要指導學生擬定方案，并對可能出現的實驗現象和各種影響因素進行分析，實驗過程中，又有多種意外的實驗現象出現，這勢必要求師生共同分析和討論造成這些現象的原因，幫助學生透過現象深刻理解事物的本質。這樣做需要教師有相當的知識儲備量，并且要求教師也不斷進取，充分體現了教學相長的教育理念。
三、結論
基礎技能實驗、綜合設計實驗、研究創新實驗+教學模塊教學的實踐證明教學效果顯著，特別對提高學生綜合實踐能力、激發學生理論課學習興趣、培養學生創新意識和應用開發技能取得了預期效果。基礎技能實驗模塊的教學效果主要體現在實驗現象與相關基礎理論知識之間的有機聯系，高分子化學實驗操作技能和技巧的掌握和規范。綜合設計實驗的教學效果主要體現在學生自主設計和分析解決問題的能力培養。研究創新實驗的教學效果主要體現在學生科研和創新意識的建立，以及學生團隊意識和應用開發能力的培養。
參考文獻
[1]李曉，等_高分子化工方向專業的課程體系設計[J].化工高等教育，200I，(1):50-52.
[2]謝安邦高等教育學[M].北京:高等教育出版社，1999.3
[3]楊通，范新會.王正品材料類專業實驗課程體系的改革[J]，實驗室研究與探索，2004，23(10):71-80.
[4]虞立宏，王靜愛，葛岳靜，本科生科學研究項目實施特色[J]中國大學教學，2004，(8):20-21.
[5]王雅珍，等，微型高分子化學實驗研究[J]化學教育，2001，22(1):47-48.
第8篇：高分子材料的特征范文
[關鍵字]PLA骨釘；生物可降解材料；金屬合金材料；內置骨固定材料；二次手術；并發癥
[ABSTRACT]In biomedical polymer material field, biodegradable materials increasingly attracted people’s attention. Biocompatibility, no need to reoperation of biodegradable materials bone-screw was becoming hotspot. This paper reviews the bone-screw materials by metal alloy to biodegradable materials, and the development of the PLA’s performance and modification, currently PLA bone-screw research achievements.
[Key words]PLA bone-screw； biodegradable materials；metal alloy materials；the field of medicine； a second surgery； complications
1綜述
骨釘是一種骨內固定物，具有固定、維持骨折處的穩定的作用。[1]骨折愈合的基本病理過程包括骨折局部血腫機化、骨痂形成和骨塑形成3個階段。根據Wolf定律，生物學骨折固定的要求為：在骨折愈合早期使骨斷端堅強固定；在骨痂形成期（臨床愈合期）使骨折斷端有微動；在骨折臨床愈合后進入骨塑形期，骨折局部應有應力通過等。[2]即骨折內固定物必須具有在骨折處最小移動的幾何對齊、傳遞壓力功能和避免過度拉或剪切應力通過的作用。
隨著現代醫學的發展，對材料的性能提出了復雜而嚴格的多功能要求，這是大多數金屬材料和無機材料難以滿足的；而合成高分子材料與生物體（天然高分子）則有著極其相似的化學結構，具有良好的物理－機械性能，一定的生物相容性及簡便的生產、加工成型特性，使其在生物醫用領域占絕對優勢。其中，生物可降解高分子最引人注目。因為醫用高分子除具有一定的強度、剛度、韌性及生物學相容性外，還必須具備一定的生物降解性，以便被生物體內吸收或排泄，可以免除患者需二次手術的痛苦。[3]骨釘也由原來的金屬合金骨釘向生物可降解材料骨釘發展。
1.1骨釘材料的發展
60年代初，骨折部位的內固定并不是用骨釘，而是用骨水泥粘接。初期的骨水泥是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），PMMA生物穩定，如果固定失敗，將很難從骨中除去而對人體產生不良影響。于是發展了非骨水泥方法用螺釘代替粘接，以求早期固定，一旦待新生骨向預留孔隙間生長達到一足應力要求后，金屬螺釘將被取出。[4]以金屬螺釘作為骨的內固定物標志著固定的誕生。重點介紹骨釘材料的兩種類型。
1.1.1金屬型
金屬合金材料（不銹鋼、鈷基合金、鈦合金等）骨釘具有良好的力學性能，能實現早期的堅強固定，尤其是承受重力的骨，療效可靠。但其有三個顯著的缺點：①由于金屬合金材料骨釘的力學性能和人體致密骨的不匹配，而且其力學性能不能隨骨折愈合過程而動態變化，出現了醫學上的“應力遮擋效應”，導致骨質疏松或自身骨退化，影響骨愈合后的強度。[5]②這種金屬合金材料材質決定了其長期埋入人體組織體液內，易于電解磨損和腐蝕，導致局部的炎癥反應和組織壞死。③金屬合金材料骨釘需要進行二次去除手術，增加患者經濟、心理及身體上的負擔。
90年代初，生物陶瓷引起了人們的重視。在骨釘領域也得到了應用。在金屬合金材料骨釘表面涂上一層Al2O3或ZrO2陶瓷涂層，其隔絕了金屬與骨組織等直接，避免了上述金屬合金材料骨釘的前兩個缺點。而且含有人體骨組織等形成的化學元素成分的陶瓷涂層直接和骨組織等形成了礦化物的結合，對生物相容性差的金屬合金材料骨釘意義重大。
非晶金剛石涂層具有優良的耐用性，即使一些骨釘被安裝了很多次也沒有明顯的分層。由于涂層的惰性和生物多樣性使得機體產生最低限度的反應，提高骨連接的速率。
無論是生物陶瓷涂層，還是非晶金剛石涂層，這些無機涂層對在一定程度上提高了金屬合金材料骨釘的性能。
1.1.2生物可降解材料骨釘
隨著現代醫學的發展，生物可降解材料現己成為骨內固定材料研究的熱點。
生物可降解性骨釘具有生物可降解吸收性和力學性能的衰減性，免除患者需二次手術的痛苦。生物可降解性骨釘的三個優勢恰好是金屬合金材料骨釘的缺點。在理論上最符合骨折生物學固定的要求。
使用高強度的可降解吸收性材料作骨內固定材料，在骨折早期能實現堅強固定，隨著自身骨的愈合，可降解材料的強度、剛度不斷衰減，其載荷可逐步轉到新生骨上，滿足骨折愈合動力學的要求。克服了應力遮擋，提高了自身骨的修復效果。因此，高強度的可降解吸收性骨內固定材料在骨內固定治療中具有重要的科學意義和廣闊的應用前景。[2]
在體內能被降解吸收的有機低分子化合物有許多，但具備骨折內固定物所需要的理化特性的卻僅有很少幾種。比較適宜的是聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸和聚對二氧六環。除了這些同聚體外，各種聚乙醇酸和聚乳酸的共聚體也必被廣泛試用。這些化合物在化學結構上屬α－聚酯。[6]特別值得一提的是，聚己內酯（PCL）作為骨釘已應用于臨床。
可吸收固定物的價格昂貴。一付55mm纖維增強棒的價格是同型號金屬表層多孔螺絲的15倍。一根歐洲進口的生物可降解材料骨釘需要一千多元。
1.2目前PLA骨釘的研究成果
1.2.1聚乳酸（PLA）
聚乳酸（PLA），也稱聚丙交酯，是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料經由發酵過程制成乳酸，再通過化學合成轉換成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，聚乳酸制品廢棄后在土壤或水中，3O天內[7]會在微生物、水、酸和堿的作用下徹底分解成CO2和H2O，不污染環境，這對保護環境非常有利，是公認的環境友好材料。因此，聚乳酸是一種真正意義上的能完全降解的生物環保材料，被視為繼金屬材料、無機材料、高分子材料之后的“第四類新材料”[8]。
PLA是一種重要的脂肪族聚酯類生物降解材料，無毒、無刺激，具有良好的生物相容性，在生物醫學領域被廣泛用作組織工程、人體器官、藥物控制釋放、仿生智能等材料。然而，PLA存在不少缺陷，比如性脆（純的PLA斷裂伸長率僅為6％[9]）、耐沖擊性差、在自然條件下降解速率較慢、與軟組織的相容性差、合成過程較為復雜造成產品價位高等，不利于PLA的廣泛應用。因此，對PLA進行改性制備PLA基生物降解性高分子材料成為高分子材料研發的熱點。[10]PLA改性方法主要有物理改性：如填充、增塑、共混；化學改性：如嵌段共聚、接枝共聚。
尤其是PLA的脆性大、抗沖擊性差極大的限制了其在骨釘領域的發展，因此，需要對其進行增韌改性。增韌改性可以通過共混和共聚兩大類方法來進行。其中，共混增韌是獲得新型聚合物材料的最有效方法，且投入少，見效快，效益高。PLA與PBS（聚丁二酸丁二醇酯）、PBAT（聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯）等可生物降解樹脂共混，材料受到沖擊時，內部會形成微裂紋而吸收大量的能量，從而起到很好的增韌效果。[11]共聚增韌是通過與其他單體進行共聚反應，在PLA分子鏈上引入另一種分子鏈，降低分子鏈的規整度，或者削弱高分子鏈間的相互作用力，可提高PLA的抗沖擊性能。
1.2.2 PLA骨釘的研究成果
大多數的PLA骨釘研究結果表明，在一定時間內，PLA骨釘和金屬合金材料骨釘的治療效果無顯著性差別，但PLA骨釘不需要二次取出手術顯示了明顯的優勢。這種優勢使得PLA骨釘、PCL骨釘等生物可降解材料骨釘的研究日益受到重視。
Bostman在五年內治療了881例不同類型的骨折患者。在相同的治療時間內，與ASIF型釘板固定作比較，結果表明無明顯差異。Verkeyen等人用羥基磷灰石充填聚乳酸（PLLA-HA）材料，研究表明，其具有很高的壓縮強度和抗張強度。[12]1984年Tormala等研制出自增強聚羥基乙酸和自增強聚L乳酸等可吸收性骨內固定復合材料，其強度可與ASIF相媲美，已應用于臨床治療腳部骨折。[12]
浙江溫州市第三人民醫院胸心外科鄒宗望[13]等用左旋聚乳酸骨釘對19例多發性肋骨骨折患者治療，結果均治愈且無并發癥。Partio等[14]用左旋聚乳酸螺絲固定51例多處骨折患者無一失敗。
但在眾多研究成果出現的同時，有的研究發現，PLA骨釘植入體內會引發并發癥。Bostman等[15]查閱了一個創傷中心516例用聚乙醇酸或聚乙醇酸和聚乳酸共聚物制作棒治療患者的情況，經過統計得：固定失敗需再次進行手術的概率為1.2%，切口細菌感染率為1.7%，遲發非細菌性炎性組織反應需手術引流率為7.7%。遲發炎癥反應的主要特點是相當持久，手術后近期內患者沒有局部或全身因創口問題的特征。之后，在愈合創口上突然產生疼痛、紅斑及波動性膿腫。骨折固定至臨床反應出現平均時間為12周（7-12周）。據文獻[16]報道，PLLA植入人體3年后，在緩慢降解的后期出現炎癥和腫脹并發癥。
1.3總結
目前，雖然金屬合金骨釘技術已經非常成熟，但是生物可降解材料骨釘不可比擬的優勢――生物可降解吸收性、力學性能的衰減性和免除患者需二次手術痛苦，正在推動其迅速發展。PLA的脆性、抗沖擊性差、在自然條件下降解速率較慢、與軟組織的相容性差、合成過程較為復雜造成產品價位高等限制了其發展，尤其脆性、抗沖擊性差極大阻礙了其作為骨釘的臨床應用，所以對PLA進行增韌改性，使其具有骨釘高強度、高抗沖擊性能的要求。目前，PLA骨釘已成為研究的熱點。眾多研究表明，同一時期內，PLA骨釘固定骨折的效果和金屬合金材料無明顯差別，而且無需進行二次手術。但也有少部分研究表明PLA骨釘將引發并發癥，這將有待進一步的實驗研究。
參考文獻：
[1] Arto Koistinen, Seppo S. Santavirta, Heikki Kro¨ ger, Reijo Lappalainen. Effect of bone mineral density and amorphous diamond coatings on insertion torque of bone screws.Biomaterials 26 (2005) 56875694.
[2]艾永平等.可降解骨內固定材料研究進展.中國組織工程研究與臨床康復，2008，12，49.
[3]傅杰等.生物可降解高分子材料在醫學領域的應用（1）.武漢工業大學學報，1999，21，2.
[4]王遠亮等.生物可降解聚乳酸骨科材料研究進展.功能材料，1995，26，6.
[5]劉東錢等.淺談可吸收骨內固定材料在骨科臨床應用中的利弊.基層醫學論壇，2006，10，6.
[6]季衛平.可吸收骨折固定物的研究進展.國外醫學生物醫學工程冊，1992，15，3.
[7]，楊云翠，張小英.聚乳酸的合成及降解機理的研究.科學之友：下旬，2009，6，115.
[8]雷燕湘.聚乳酸技術與市場現狀及發展前景.當代石油石化，2007，15，1.
[9]曾方，王文廣，夏邦富.可生物降解高分子材料的研究進展及應用.塑料制造，2006，8，33.
[10]楊小玲，王珊，張衛紅.聚乳酸基生物降解性高分子材料在醫用領域的研究進展.中國生化藥物雜志，2010，1，59.
[11]強濤，于德梅.聚乳酸增韌研究進展.高分子材料科學與工程，2010，26，9
[12]王元亮,趙建華.生物可降解聚乳酸骨科材料研究進展.功能材料
[13] Qiu, Hongjin; Yang, Jian; Kodali, Pradeep; Koh, Jason; Ameer, Guillermo A. A citric acid-based hydroxyapatite composite for orthopedic implants.2007,10,27.
[14]鄒宗望,楊美高等.可吸收肋骨釘內固定治療多發性肋骨骨折.新醫學,2008,39,5.
[15]Partio Ek,et al.Acta Orthop Scandinavica Supplementum 1990,237,43.
第9篇：高分子材料的特征范文
關鍵詞： 聚合物 改性 共混 案例教學
聚合物材料在工業、農業、交通運輸、國防工業、人民生活、醫療衛生等各個領域有廣泛應用，是現代社會中衣、食、住、行、用各個方面不可缺少的材料[1]。但是絕大部分聚合物在使用過程中都伴隨改性的過程，其目的是提升原有材料性能或改善加工性能[2]。《聚合物改性》就是面向高教學生開設的一門有關聚合物材料改性方法及原理的專業方向課程。通過多年對本門課的教學，筆者總結出以下教學要點。
1.講明本課程的作用
《聚合物改性》是高分子材料與工程專業的一門專業方向課，是在學生學習了高分子化學、高分子物理等專業基礎課的基礎上開設的。它是一門理論性和應用性都較強的課程，為學生今后從事有關聚合物改性的科學研究和生產一線工作提供基礎。
2.本課程教材的選擇
目前，國內有眾多關于《聚合物改性》的教材可供選擇，筆者選用王國全主編的《聚合物改性》。該教材面向高教高職學生教學，教材特點是內容全面，難易適中，通過教材學習，讓學生基本掌握聚合物共混改性、填充改性、復合材料、化學改性、表面改性等聚合物改性的基本原理，具備一定的分析和解決與聚合物改性相關問題的能力，為高分子材料與工程專業學生將聚合物改性的知識應用到科學研究和生產實踐中，為經濟社會服務打下良好基礎。當然，由于教學過程中課程設定為32學時，老師可根據學生學習興趣進行適當取舍，如第六章表面改性的講解可以適當刪減一些內容，因為有的表面處理方法在工業中的應用比重在下降或趨于淘汰，學生沒有必要用比較多的精力學這些內容。
3.本課程的教學方法
3.1多媒體結合板書
信息拓展展示以多媒體為主，重點問題講解以板書為主[3]。對于《聚合物改性》課程教學，多媒體課件重點在以下三個方面突出應用：（1）當涉及大量信息拓展或者多種形式的直觀展示時，就以多媒體為主。如一些顯示微觀結構的電鏡照片、作用機理示意圖等。（2）對于大量公式推導、文字描述可以通過多媒體方式進行展示，這樣可以比較準確完整地反映同時節省大量授課時間。而通過板書引導會帶動學生思維層層深入，更容易將一個知識點講透徹。如講共混過程聚合物表面自由能的測定時，通過板書的講解與分析，可以引導學生思考，更容易將難點講透。
3.2案例教學法
案例教學法是一項系統工程，需要教師精心創設教學情境，巧妙設置探究問題，引導學生在分析案例中研究問題，從而形成認識、發展能力、升華情感，并借助情境與問題，實現教學目標[4]。對于《聚合物改性》課程教學，工廠已經采用的一些改性實例都是鮮活的案例，教師可以在課堂上適當引入改性實例，通過對改性實例的分析，告訴學生各種改性方法是如何提高聚合物使用性能或加工性能的，在進行聚合物改性時遵循什么樣的規律，為學生將來從事生產一線工作打下良好基礎。
3.3課后在線答疑
手機和電腦已成為現今大學生文化生活的一部分，而且現在的手機基本升級為智能手機，通過手機就能實現上網交流。電腦在當前高校學生中幾乎人手一臺，而且學生對電腦的常用操作基本熟練，特別是一些交流工具，如電子郵件、QQ在線聊天甚至視頻對話等。筆者認為借助手機和電腦進行學生課后答疑是一種教學輔助方法。學生在課后學習遇到問題時，可借助短信、電子郵件向老師提問，這樣可以提高學生的學習效率。當然，這些答疑方法還有待進一步探索，如果老師每天進行大量短信、郵件答疑則會增加教學負擔，這時可以采取更為靈活的一些方法如建立微信群、QQ群，在指定時間在線集中答疑等。
4.成績考核與評價
《聚合物改性》是專業必修課，應采用筆試閉卷考核，由于這是一門應用性很強的課程，學生將來運用到相關知識時需要很強的主觀能動性，筆者經過多年實踐認為應側重對概念和應用能力的考核，如用填充題、名詞解釋、簡答、問答等題型，特別是問答題型，結合生產實際出現的問題要求學生根據改性要求，提出改性方案，不強求學生答案的唯一性，而是根據學生對課堂學習知識的把握和靈活應用情況綜合評分。學生最終成績按學校、系部要求進行，結合平時考核和期末考試成績綜合評分。筆者采用百分制，平時成績占總成績30%，期末考試成績占總成績70%。
5.教學效果與評價
通過本課程學習，需要讓學生掌握聚合物改性的主要方法，聚合物共混改性的基本原理，共混改性的應用;熟悉聚合物的填充改性，纖維增強復合材料及接枝、嵌段共聚改性;了解聚合物的表面改性，聚合物改性的工藝及設備。從已經畢業的學生反饋看，學習這門課為從事相關工作打下很好的基礎，學生進入工廠后，能在比較短的時間滿足崗位要求，從事高分子材料的改性及相關工作。
目前，工業上高分子材料的改性技術不斷取得新的進展，知識更新非常快，而學生的學習方式、學習興趣有時代特征，如何上好《聚合物改性》這門課，還需要一個不斷探索、持續研究的過程。
參考文獻：
[1]周鵬.高分子材料的發展及應用[J].科技創新，2015（11）：69.
[2]王國全，王秀芬.聚合物改性（第二版）[M].北京：中國輕工業出版社，2008.
