時(shí)間：2022-09-22 21:43:25
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前言
中國文化最高深意之所在，在于“中國人所謂通天人合內(nèi)外，亦可謂即是自然與人文之會(huì)合”[1]。中國儒家好言人道，即人文，緣于儒家經(jīng)典《周易》之“觀乎人文，以化成天下”。現(xiàn)在我國所提倡的“以人為本”的科學(xué)發(fā)展觀，可謂與我國傳統(tǒng)學(xué)說是一脈相承的。教學(xué)必須以人為本，對(duì)于自然科學(xué)及工程技術(shù)領(lǐng)域的教學(xué)，在強(qiáng)調(diào)理論的同時(shí)，除了要與實(shí)踐相結(jié)合外，還要與人文會(huì)合。作者從事高校教學(xué)和科研工作二十多年，恰逢盛世，有幸參與學(xué)樣的教改研究及“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)”?，F(xiàn)以曾講授過的石油工程專業(yè)課《油田化學(xué)》、《鉆井液工藝原理》及其專業(yè)基礎(chǔ)課《膠體與表面化學(xué)》等課程為例，結(jié)合相關(guān)課程以及目前已完成的“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)”以及教學(xué)改革項(xiàng)目，探索高校專業(yè)課及專業(yè)基礎(chǔ)課的教改思路。
一、專業(yè)及專業(yè)基礎(chǔ)課程
《油田化學(xué)》是石油工程的專業(yè)課程之一，是研究油田鉆井、完井、采油、注水、提高采收率及原油集輸?shù)冗^程中的化學(xué)問題的科學(xué)。油田化學(xué)其實(shí)由鉆井化學(xué)、采油化學(xué)和集輸化學(xué)三部分組成，以無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、膠體化學(xué)、表面化學(xué)、高分子化學(xué)等基礎(chǔ)化學(xué)為理論基礎(chǔ)，通過各種類型的油田化學(xué)劑來解決油氣鉆進(jìn)過程中遇到的復(fù)雜問題，改造油層及油水井，改善原油在管道中流動(dòng)狀況，以及分離油氣水，提供高品質(zhì)原油，減少油田采出水對(duì)環(huán)境的污染。雖然這三個(gè)部分是不同的體系和過程，十分復(fù)雜，并且有各自的發(fā)展方向，但是它們又是相互關(guān)聯(lián)的，絕大多數(shù)體系屬于或涉及到膠體分散體系（屬于納米技術(shù)的范疇）。
《大學(xué)》八條目，以格物致知為先。朱子《大學(xué)格物補(bǔ)傳》有，因其已知之理而益窮之。雖然石油工程本科生開設(shè)了《膠體與表面化學(xué)》等基礎(chǔ)課，但實(shí)際使用的教材中，膠體理論知識(shí)部分中所講述納米材料較少，內(nèi)容較少，且與實(shí)際結(jié)合得不夠，講授時(shí)安排的學(xué)時(shí)也很少。其實(shí)自從進(jìn)入21世紀(jì)以來，納米技術(shù)日新月異，已經(jīng)影響到我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。因此，我們追蹤了相關(guān)學(xué)科在納米技術(shù)方面的研究熱點(diǎn)及其發(fā)展方向，補(bǔ)充講稿，完善教案。盡量做到理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，提高他們的學(xué)習(xí)積極性。
二、納米技術(shù)
納米是長度計(jì)量單位，1納米是1米的十億分之一，相當(dāng)于10個(gè)氫原子一個(gè)挨一個(gè)排列起來的長度。納米材料涉及凝聚態(tài)物理、化學(xué)、材料和生物等領(lǐng)域，被公認(rèn)為21世紀(jì)重點(diǎn)發(fā)展的新型材料之一。納米材料現(xiàn)已發(fā)展到人工組裝合成有納米結(jié)構(gòu)的材料。
納米技術(shù)在油田化學(xué)中經(jīng)常用于鉆井液完井液的暫堵劑以保護(hù)油氣層，在油田采出水處理中可以利用納米材料的光催化作用，將采油污水中的油和高分子進(jìn)行光催化和光降解，使其達(dá)到回注地層及外排的水質(zhì)要求。利用納米技術(shù)甚至可以從水和空氣中清除細(xì)微污染物，從而提供更清潔的環(huán)境和更高質(zhì)量的水。
三、教改探索
（一）教學(xué)探索
作者將自己平時(shí)積累的學(xué)習(xí)及科研經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用到不同層次的教學(xué)中。在本科教學(xué)中，先側(cè)重基礎(chǔ)知識(shí)講解，然后再講授膠體的各種性質(zhì)。在給碩士生講授《現(xiàn)代鉆井液技術(shù)》以及給博士生講授《高等膠體化學(xué)》時(shí)，作者也將納米技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)引入進(jìn)來。針對(duì)學(xué)生們將來的工作，要求學(xué)生了解各油田的情況，使每一位學(xué)生能更快更好地了解未來的工作。
在本科生教學(xué)過程，針對(duì)納米材料的特性引入學(xué)生感興趣的話題，從而提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣。例如，金紅石型納米二氧化鈦可用作涂料，涂層粗糙度小，表面光滑細(xì)膩；而銳鈦礦型納米二氧化鈦可以防紫外線，可用在遮陽傘的防紫輻射。女生們比較感興趣的話題是引入納米材料的化妝品，有同學(xué)提到互聯(lián)網(wǎng)上的天價(jià)納米金護(hù)膚品的廣告。作者在講解到《膠體化學(xué)》中溶膠的光學(xué)性質(zhì)時(shí)，以多媒體的形式向?qū)W生進(jìn)行展示金溶膠的顏色。金溶膠粒子逐漸減小時(shí)所對(duì)應(yīng)的顏色從紅色到藍(lán)色，其實(shí)可以呈現(xiàn)出不同的顏色；而金屬銀在50～60納米時(shí)，也可以呈現(xiàn)黃色。學(xué)生們看了PPT后一目了然，除了不會(huì)再受不實(shí)廣告宣傳影響外，對(duì)本課程的學(xué)習(xí)更加投入了。此后提問的學(xué)生多了，學(xué)習(xí)的積極性得到普遍提高，學(xué)生們的期末考試成績普遍好于往屆。對(duì)碩士生及博士生的要求則要求更高一些，除了要求他們對(duì)日常生活中所涉及的納米技術(shù)有所了解外，還要求他們能夠結(jié)合專業(yè)知識(shí)，研制出可用于石油工程專業(yè)領(lǐng)域的納米材料。
在針對(duì)來自現(xiàn)場(chǎng)的學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)時(shí)，作者則是與學(xué)生多互動(dòng)，既了解了各油田的研究現(xiàn)狀，又針對(duì)一些具體問題提供參考意見。例如，在講解部分黏土礦物對(duì)采油工程的影響時(shí)，特別提到在深部地層的油層有時(shí)會(huì)存在綠泥石，而綠泥石中可能有一定含量的鐵元素，在進(jìn)行強(qiáng)化采油時(shí)，不適宜采用酸化作業(yè)來提高原油采收率。一些培訓(xùn)的同學(xué)曾在某油田承擔(dān)過兩項(xiàng)酸化作業(yè)，但在施工后卻發(fā)現(xiàn)油井產(chǎn)量非但沒有上升，反而下降了。經(jīng)學(xué)習(xí)后發(fā)現(xiàn)，就是由于未進(jìn)行黏土礦物的組成分析。
（二）創(chuàng)新探索
在“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)”中，作者與本科生一起完成了“鉆井液用超細(xì)顆粒的研制”。在近一年的研究過程中，本著“學(xué)不厭，教不倦”的精神，不以師自居，鼓勵(lì)學(xué)生多動(dòng)手進(jìn)行實(shí)際操作的同時(shí)檢索文獻(xiàn)。用孔子的五步學(xué)習(xí)法啟發(fā)學(xué)生：博學(xué)之，審問之，慎思之，明辨之，篤行之[2]。與研究生們一起研制出了多種鉆井液用超細(xì)顆粒，并獲得黑龍江省石油學(xué)會(huì)優(yōu)秀論文三等獎(jiǎng)。在學(xué)校的教改項(xiàng)目中，作者還與其他師生一起共同學(xué)習(xí)和共同實(shí)踐，圓滿完成了工作任務(wù)。
四、結(jié)論
錢穆先生曾說：教與學(xué)平等，共一業(yè)。師與弟子亦平等，共一生命。教者學(xué)者在其全人生中交融為一，始得謂之是教育[1]。作者一直認(rèn)同錢穆先生的“能于教者中得一學(xué)者，則成為一不尋常之師。終其身惟有一大事業(yè)斯曰學(xué)”?？鬃右舱f過：后生可畏，焉知來者之不如今。我等雖是教者，但應(yīng)以學(xué)生為本，同時(shí)也以學(xué)習(xí)為終生職業(yè)。
[參考文獻(xiàn)]
物理化學(xué)是從研究物理變化和化學(xué)變化的聯(lián)系人手，探求化學(xué)變化的基本規(guī)律的一門科學(xué)IlJ。對(duì)于高等醫(yī)藥院校藥學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說．物理化學(xué)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程和必修課程。是繼無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)之后的一門理論化學(xué)課程。其內(nèi)容除了涉及無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)的知識(shí)外。還與物理學(xué)、高等數(shù)學(xué)和生物化學(xué)等知識(shí)密切相關(guān)。同時(shí)．又為后繼課程如藥物化學(xué)、藥劑學(xué)等的學(xué)習(xí)提供方法和理論指導(dǎo)．它在基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程之間起著橋梁和紐帶的作用，并且藥學(xué)研究的整個(gè)過程都與物理化學(xué)密切相關(guān)。由于該課程是一門專業(yè)基礎(chǔ)課。學(xué)時(shí)少內(nèi)容多的矛盾較為突出。同時(shí)物理化學(xué)理論性強(qiáng)、公式多、邏輯性強(qiáng)．教師感到難教，學(xué)生覺得難學(xué)。學(xué)生覺得難學(xué)、枯燥的原因很大程度上在于在教學(xué)的過程中，教學(xué)內(nèi)容缺乏與實(shí)際應(yīng)用特別是藥學(xué)實(shí)際的密切聯(lián)系，致使學(xué)生覺得不能學(xué)以致用，導(dǎo)致缺乏學(xué)習(xí)的興趣。因此要提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，就必須改進(jìn)教學(xué)方法，加強(qiáng)物理化學(xué)理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用特別是藥學(xué)實(shí)踐的聯(lián)系和融合是至關(guān)重要的。
1理論聯(lián)系實(shí)際．強(qiáng)化藥學(xué)特色
1．1與藥學(xué)實(shí)踐相結(jié)合
物理化學(xué)理論抽象、概念多、公式多，初學(xué)者不易掌握。如果在授課時(shí)僅僅是教會(huì)學(xué)生如何應(yīng)用概念、公式去解題。學(xué)生往往會(huì)感到課程既難學(xué)又似乎沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。因此在教學(xué)中應(yīng)注重理論聯(lián)系實(shí)際，注重結(jié)合藥學(xué)方面的實(shí)際問題進(jìn)行講授．把抽象的物理化學(xué)原理與藥學(xué)實(shí)踐相結(jié)合．注意用理論知識(shí)去分析和解決實(shí)際問題．使學(xué)生達(dá)到學(xué)懂會(huì)用，學(xué)以致用的目的。
第一，物理化學(xué)可為藥物新劑型的開發(fā)提供理論指導(dǎo)?；鞈乙?、乳狀液、膠體等劑型的藥物配制都需要應(yīng)用表面化學(xué)和膠體的知識(shí)點(diǎn)。例如。固體分散體是提高藥物吸收效果和生物利用度的有效方法，利用物化中的低共熔相圖原理，使藥物與載體以低共熔比例共存時(shí)，制成的藥物具有均勻的微細(xì)分散結(jié)構(gòu)?？纱蟠蟾纳破淙艹鏊俣?。如灰黃霉素一酒石酸低共熔混合物的溶出速度比純灰黃霉素的大2．7倍：48％尿素與52％磺胺噻唑制成的低共熔混合物的溶出速度是純磺胺噻唑的12倍田。微乳作為新的給藥系統(tǒng)之一，近年來被用于多種藥物制劑的開發(fā)．其突出優(yōu)點(diǎn)有增溶，促進(jìn)吸收．提高生物利用度．減少過敏反應(yīng)等。如抗腫瘤藥喜樹堿在微乳中的溶解度提高23倍。在介紹膠體分散體系時(shí)，通過給學(xué)生引入“微乳”的實(shí)例。不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也加深了學(xué)生對(duì)物理化學(xué)中枯燥概念的理解和掌握。
第二，為藥物研究和病變檢驗(yàn)提供實(shí)驗(yàn)方法。人的體液均為膠體，利用膠體粒子帶電的特點(diǎn)，通過電泳方法可分離體液，判斷某器官是否病變等。例如在電場(chǎng)作用下．可將唾液中的消化酶分離出來，這對(duì)單獨(dú)研究酶的活性提供了方便。又如當(dāng)人體的脂質(zhì)代謝遭到破壞時(shí)，血液中紅細(xì)胞的電泳率就會(huì)低于正常值．通過電泳的測(cè)定就可判定人體的肝功能是否正常網(wǎng)。這些實(shí)際應(yīng)用均與膠體知識(shí)相關(guān)。
第三，為新藥的研發(fā)提供理論指導(dǎo)?；瘜W(xué)藥物中合成路線選擇、工藝條件確定，反應(yīng)速率及機(jī)制的分析，這些都需要化學(xué)熱力學(xué)及化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)，而產(chǎn)品的分離和純化又需要相平衡的理論知識(shí)；相平衡中結(jié)晶、蒸餾和精餾、萃取等方法為天然有效成分的分離純化提供了很好的理論指導(dǎo)基礎(chǔ)等。
第四，為專業(yè)課程學(xué)習(xí)和研究提供理論基礎(chǔ)。實(shí)際上物理化學(xué)各章節(jié)的內(nèi)容．都與藥學(xué)專業(yè)主要專業(yè)課如藥物化學(xué)、天然藥物化學(xué)、藥理學(xué)和藥劑學(xué)有千絲萬縷的聯(lián)系。藥理學(xué)中有關(guān)藥物的穩(wěn)定性及體內(nèi)代謝等直接與化學(xué)動(dòng)力學(xué)規(guī)律相關(guān)；藥劑學(xué)中溶膠的性質(zhì)需要電化學(xué)知識(shí)；在藥代動(dòng)力學(xué)研究中，首先要確定模型是一室、二室還是三室，應(yīng)用的則是化學(xué)動(dòng)力學(xué)中一級(jí)反應(yīng)和零級(jí)反應(yīng)的知識(shí)等。
1．2與教師科研相結(jié)合
高校中的教學(xué)與科研是相輔相成、相互促進(jìn)、缺一不可的，堅(jiān)持教學(xué)與科研相結(jié)合，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的主要途徑，也是理論聯(lián)系實(shí)際的重要環(huán)節(jié)。將教師成熟的科研成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，編寫為教材，保證實(shí)驗(yàn)內(nèi)容新穎，既有廣度，又有深度。學(xué)生把掌握的理論知識(shí)融會(huì)貫通地運(yùn)用到實(shí)際中，把枯燥、抽象的知識(shí)變成了生動(dòng)易懂的實(shí)驗(yàn)，激發(fā)了學(xué)生的求學(xué)欲望，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。筆者在教學(xué)中，結(jié)合有關(guān)抗氧化劑的構(gòu)效關(guān)系研究與設(shè)計(jì)方面的科研工作。將化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)等理論內(nèi)容與科研實(shí)際結(jié)合起來，收到了良好的教學(xué)效果。課外，通過布置課程小論文，以物理化學(xué)原理知識(shí)在藥學(xué)方面的應(yīng)用為題．讓學(xué)生主動(dòng)搜尋資料，閱讀參考書，促使他們?cè)谡撐淖珜懼懈M(jìn)一步地理解理論知識(shí)和相關(guān)方法，同時(shí)也培養(yǎng)了他們基本的科研素養(yǎng)。
1．3與學(xué)科發(fā)展前沿相結(jié)合
物理化學(xué)作為基礎(chǔ)理論化學(xué)。往往給人一種遠(yuǎn)離科技前沿的錯(cuò)覺。實(shí)際上，物理化學(xué)原理是許多高新技術(shù)的基礎(chǔ)。且在高新技術(shù)領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。因此。教師要密切關(guān)注物理化學(xué)領(lǐng)域的最新發(fā)展，結(jié)合學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)和學(xué)校的科研特色，介紹基礎(chǔ)知識(shí)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生思考，要站在學(xué)科發(fā)展的前沿反觀基礎(chǔ)、改造基礎(chǔ)、重建基礎(chǔ)。如在學(xué)習(xí)拉烏爾定律時(shí)，將拉烏爾定律與滲透、反滲透方法結(jié)合，講解其在宇航員制造太空水過程中的應(yīng)用．使學(xué)生了解了科學(xué)技術(shù)和社會(huì)的關(guān)系。激發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望和學(xué)習(xí)熱情明；又如在學(xué)習(xí)表面現(xiàn)象這一章時(shí)，結(jié)合舉例2007年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者埃特爾有關(guān)一氧化碳在金屬鉑表面的氧化過程的研究，催生了汽車尾氣凈化裝置，從而了解表面化學(xué)的研究領(lǐng)域?qū)χ扑?、化工產(chǎn)業(yè)影響巨大，物質(zhì)接觸表面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作至關(guān)重要。加深學(xué)生對(duì)表面化學(xué)在物理化學(xué)學(xué)習(xí)中的相關(guān)內(nèi)容的理解。通過這些前沿概念性的介紹，使學(xué)生在開闊眼界的同時(shí)啟發(fā)了創(chuàng)新性思維。通過在教學(xué)中不斷滲透前沿科學(xué)知識(shí)。不僅使物理化學(xué)教育富有生命力、感染力與時(shí)代感，而且培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，使他們的學(xué)習(xí)目標(biāo)更加明確。教師在介紹前沿科技時(shí)表現(xiàn)出的熱愛化學(xué)、崇尚科學(xué)的情感和價(jià)值觀。也會(huì)對(duì)學(xué)生科學(xué)精神的形成產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
1．4與生活實(shí)際相結(jié)合
比如我們?cè)趯?shí)際生活中遇到的氣泡，液滴，肥皂泡為什么都是球形的?在江河人海處為什么能夠形成三角洲等，通過與這些生活實(shí)際相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生在物理化學(xué)的學(xué)習(xí)中得到解答。
2實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐融合的途徑與手段
2．1加強(qiáng)藥學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)，提高教師藥學(xué)知識(shí)水平
要實(shí)現(xiàn)物化理論知識(shí)與藥學(xué)專業(yè)的融合，教師的業(yè)務(wù)水平至關(guān)重要。教師只有具備深厚的藥學(xué)和生命科學(xué)方面的專業(yè)知識(shí)，才能理解物化課程在藥學(xué)中的作用，在教學(xué)中將物理化學(xué)與藥學(xué)融為一體。目前從事物理化學(xué)教學(xué)的教師大多畢業(yè)于化學(xué)專業(yè)，缺少必要的藥學(xué)知識(shí)背景，而藥學(xué)專業(yè)的物理化學(xué)教學(xué)是要能更好地服務(wù)于藥學(xué)專業(yè)課的學(xué)習(xí)和藥學(xué)科學(xué)研究。這就要求教師除了花費(fèi)大量的時(shí)間和精力備課外，還需要對(duì)藥學(xué)知識(shí)有所了解和掌握，需要教師不斷加強(qiáng)藥學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)，提高自己的藥學(xué)知識(shí)水平。有的學(xué)校要求化學(xué)基礎(chǔ)課教師必須聽完一輪藥學(xué)專業(yè)的相關(guān)課程，甚至參與某些專業(yè)課程的教學(xué)，這的確是非常有效的舉措。物化教師一旦了解和掌握了藥學(xué)專業(yè)知識(shí)，對(duì)于自身知識(shí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)物理化學(xué)與藥學(xué)專業(yè)的融合都有十分重要的作用。
除了不斷提高自身的藥學(xué)知識(shí)水平外，加強(qiáng)與藥學(xué)專業(yè)課教師的聯(lián)系和合作也是實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐融合的重要途徑。筆者在教學(xué)中，經(jīng)常與藥劑學(xué)等專業(yè)課程教師交流。開展集體備課，了解物化基礎(chǔ)知識(shí)和理論在藥劑學(xué)中的應(yīng)用，從而明確了教學(xué)中的重點(diǎn)，加強(qiáng)了理論與實(shí)踐的融合。突出了物理化學(xué)的基礎(chǔ)課地位和作用，取得了良好的教學(xué)效果。
2．2設(shè)立專題講座
結(jié)合藥學(xué)特點(diǎn)，開設(shè)與藥物化學(xué)、天然藥物化學(xué)、藥理學(xué)、生物電化學(xué)、藥劑學(xué)等藥學(xué)專業(yè)密切相關(guān)的系列知識(shí)講座，也是加強(qiáng)物理化學(xué)與藥學(xué)融合的一個(gè)重要途徑。
2．3開設(shè)綜合性、開放性實(shí)驗(yàn)
理論知識(shí)與藥學(xué)專業(yè)的融合也體現(xiàn)在融合藥學(xué)特色的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上。通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，開設(shè)綜合性、開放性實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)面向藥學(xué)專業(yè)的特色。例如，根據(jù)旋光法測(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)實(shí)驗(yàn)，可增加研究藥物有效期的實(shí)驗(yàn)；將凝固點(diǎn)降低法測(cè)萘的分子量改為測(cè)葡萄糖的分子量，同時(shí)利用該實(shí)驗(yàn)的原理和方法測(cè)定中藥注射液的滲透壓等。
在學(xué)習(xí)化學(xué)動(dòng)力學(xué)章節(jié)時(shí)，教師結(jié)合藥學(xué)專業(yè)特色，參考藥物穩(wěn)定性和代謝動(dòng)力學(xué)知識(shí)，給出學(xué)生明確的提綱，讓學(xué)生查閱文獻(xiàn)，師生共同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，開設(shè)開放性實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生在開放性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、完成過程中，將物理化學(xué)理論知識(shí)更好地運(yùn)用到藥學(xué)研究中，同時(shí)也可以培養(yǎng)學(xué)生基本的科研思維。
2 核心期刊的收費(fèi)
我國期刊收費(fèi)的歷史要追溯到20世紀(jì)80年代，之前是作者干拿稿費(fèi)。而這也成了期刊創(chuàng)收的好辦法，隨行就市，核心期刊收費(fèi)可以更高。目前國家新聞出版署表態(tài)，對(duì)學(xué)術(shù)質(zhì)量差、經(jīng)營水平低、靠收取版面費(fèi)生存的期刊予以停辦。反過來想，如果質(zhì)量好就可以收費(fèi)？作案是錯(cuò)誤的，學(xué)術(shù)評(píng)價(jià)體系不合理導(dǎo)致亂收費(fèi)；大學(xué)制度也有問題，涉及到排名，強(qiáng)迫教師發(fā)表文章，造就了期刊成為強(qiáng)勢(shì)，收弱勢(shì)者的錢；另外，社會(huì)和文化因素造成，如發(fā)高影響因子的論文高額獎(jiǎng)勵(lì)等等；還有一種暗流就是向錢看，讓編輯部將刊物視為搖錢樹。解決辦法就是禁止收費(fèi)，讓財(cái)政支持，改革評(píng)價(jià)體系，整頓學(xué)術(shù)傳播體系。
3 核心期刊的提升
我國的學(xué)術(shù)性期刊有5000多種，核心期刊占的比例則很小，不到1000種，而我國每年都有大量的高材生要走出校園，據(jù)統(tǒng)計(jì)每年我國都有100來萬的博士、碩士走向社會(huì)。不僅如此，相關(guān)的科研人員每年同樣要發(fā)表大量的論文，只有這樣他們才能確保自己碩士、博士順利畢業(yè)，這對(duì)他們的職稱評(píng)定等也有不少益處，因此，現(xiàn)在的核心期刊遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了需求。最好的辦法就是把期刊的質(zhì)量提升上去，但不是區(qū)分核心與非核心之別。既要看的數(shù)量，也要看質(zhì)量。改正并不注重你論文有多少創(chuàng)新價(jià)值，它只關(guān)心你的期刊的檔次。當(dāng)?shù)臄?shù)量與的期刊成為評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，論文本身的好壞則顯得無足輕重。這樣的結(jié)果使得表面化和功利化的現(xiàn)象在學(xué)術(shù)評(píng)價(jià)中屢見不鮮，不少垃圾論文充斥于我們的論文中，而這些垃圾論文的載體便是學(xué)術(shù)期刊。因而，目前在編輯部改制的過程中，正好是提升核心期刊質(zhì)量的關(guān)頭，讓核心與非核心界限淡漠化，而關(guān)注質(zhì)量?；蛟S一個(gè)人的力量單薄，但由出版集團(tuán)或者出版社出刊，這將淡化編輯部的功能。目前沒有人說那個(gè)出版社是一級(jí)的，另一些是二級(jí)的，或者核心的與非核心的。科學(xué)出版社的專著不一定就比專業(yè)出版社的書重要或者屬于核心。
4 核心期刊的劃分
國內(nèi)幾所大學(xué)或者研究所的圖書館根據(jù)期刊的引文率、轉(zhuǎn)載率、文摘率等指標(biāo)確定了“核心期刊”。核心期刊的標(biāo)準(zhǔn)在某些學(xué)校有明文規(guī)定，這是這些大學(xué)圖書館自己單獨(dú)制定的，因此，每個(gè)學(xué)校圖書館的評(píng)比、錄入標(biāo)準(zhǔn)難免會(huì)出現(xiàn)差異。而關(guān)于此類評(píng)選活動(dòng)，新聞出版管理部門從未參加過。
4.1 目前國內(nèi)有5大核心期刊（或者來源期刊）的遴選體系
（1）北京大學(xué)圖書館“中文核心期刊”（每4年更新一次，最近就是2012年版）；（2）中國科學(xué)技術(shù)信息研究所“中國科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊”（又稱中國科技核心期刊）；（3）中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心“中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫（CSCD）來源期刊”（分為核心庫以C為標(biāo)記和擴(kuò)展庫以E為標(biāo)記）；（4）南京大學(xué)“中文社會(huì)科學(xué)引文索引（CSSCI）來源刊”。
4.2 國外的三大索引體系
（1）SCI，《科學(xué)引文索引》（Science Citation Index）；（2）荷蘭醫(yī)學(xué)文摘（EMBASE）；（3）美國化學(xué)文摘（CA）。
4.3 非通用的指代
第一級(jí)，即T類，發(fā)表在《SCIENCE》和《NATURE》兩本期刊上的論文，屬于特種刊物論文。
第二級(jí)，即A類，屬于權(quán)威核心刊物論文，指的是被國際通用的SCIE、EI、ISTP、SSCI以及A&HCI檢索系統(tǒng)所收錄的論文（以中國科技信息研究所檢索為準(zhǔn)），或同一學(xué)科在國內(nèi)具有權(quán)威影響的中文核心刊物上發(fā)表的論文，不包含報(bào)道性綜述、摘要、消息等。
第三級(jí)，即B類：重要核心刊物論文，指刊登在國外核心期刊上的論文（見《國外科技核心期刊手冊(cè)》）或在國內(nèi)同一學(xué)科的中文核心期刊中具有重要影響的刊物上發(fā)表的論文。
第四級(jí)，即C類，是一般核心刊物論文，指《全國中文核心期刊要目總覽，北大圖書館2011版》刊物上發(fā)表的論文。
物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)生物學(xué)專業(yè)學(xué)生的一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，該課程綜合了化學(xué)領(lǐng)域中各分支所需的研究工具和方法。通過培養(yǎng)學(xué)生掌握物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法和技能、常用儀器的使用、正確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象以及歸納處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力，可以加深對(duì)物理化學(xué)原理和概念的理解，提高學(xué)生科學(xué)思維以及綜合解決實(shí)際問題的能力。因此，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生能力上具有特殊意義。但目前，我院化學(xué)生物學(xué)專業(yè)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)還不能完全適應(yīng)化學(xué)生物學(xué)專業(yè)的需要，因此對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革變得尤為迫切和重要。
1化學(xué)生物學(xué)專業(yè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題
1.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不能滿足專業(yè)需要
現(xiàn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由于受普通化學(xué)專業(yè)的影響，偏重于基礎(chǔ)的知識(shí)和技能的訓(xùn)練，而忽視了化學(xué)生物學(xué)專業(yè)的內(nèi)在需要與聯(lián)系，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法相對(duì)老化，沒有及時(shí)跟上新技術(shù)、新方法在化學(xué)生物學(xué)中的應(yīng)用，學(xué)生學(xué)習(xí)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不能完全滿足今后工作的需要。另外，有些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，反映不出學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀及學(xué)科前沿，有些實(shí)驗(yàn)過于簡單，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和綜合分析問題的思維能力。
1.2教學(xué)模式陳舊
實(shí)驗(yàn)教材中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多，這部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇、方案設(shè)計(jì)以及操作步等方面的工作均由實(shí)驗(yàn)教師包辦或指定完成，學(xué)生按照教師安排完成實(shí)驗(yàn)，缺乏科學(xué)思維的訓(xùn)練和創(chuàng)造性的激勵(lì)，從而造成學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中缺乏主動(dòng)性，其獨(dú)立思考能力不能有效發(fā)揮，且動(dòng)手能力、分析問題和解決問題的能力得不到有效鍛煉。
1.3物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理還停留在手工處理階段
物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理經(jīng)常會(huì)涉及到作曲線、作切線、線性擬合、求斜率和截距等問題，學(xué)生往往是在坐標(biāo)紙上手工作圖，得出結(jié)果。這樣既會(huì)引入較大的人為誤差，又要花費(fèi)大量時(shí)間。很顯然學(xué)生僅僅只會(huì)手工處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，已不符合時(shí)展的要求，而應(yīng)輔以電腦軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。但是，如果所有數(shù)據(jù)都通過電腦軟件處理，學(xué)生又沒能掌握手工處理數(shù)據(jù)的方法和技巧，這在實(shí)驗(yàn)技能上也是一大缺陷，因此，學(xué)生應(yīng)既會(huì)手工處理也會(huì)用電腦軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
2化學(xué)生物學(xué)專業(yè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索
2.1結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置要結(jié)合化學(xué)生物學(xué)專業(yè)的特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作出適當(dāng)?shù)暮Y選。首先，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)與化學(xué)生物學(xué)理論知識(shí)接軌，例如，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的表面化學(xué)、膠體化學(xué)等內(nèi)容與化學(xué)生物學(xué)的理論基礎(chǔ)結(jié)合緊密，可以選擇“最大氣泡壓力法測(cè)表面張力”、“電泳法測(cè)定膠體的電動(dòng)電位”等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。另外，教學(xué)模式上應(yīng)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，通過開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，如將“固體藥片燃燒熱的測(cè)定”作為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在查閱資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合所學(xué)的理論知識(shí)以及實(shí)驗(yàn)方法和技能制定出實(shí)驗(yàn)方案、開展實(shí)驗(yàn)、得出結(jié)果，并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告或小論文，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的思維和創(chuàng)新能力。
2.2利用電腦軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理
物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理較為復(fù)雜。利用計(jì)算機(jī)軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)既可以提高工作效率，又能獲得更為準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。比如，學(xué)生在進(jìn)行“燃燒熱的測(cè)定”、“乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率的測(cè)定”以及“最大氣泡壓力法測(cè)表面張力”等實(shí)驗(yàn)時(shí)可以利用Excel、Matlab、Origin等軟件處理實(shí)驗(yàn)處理數(shù)據(jù)并作圖，得出較準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。另一方面，如果學(xué)生能熟練掌握這些軟件的使用方法，還可以為今后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析或從事科研工作打下良好基礎(chǔ)。當(dāng)然，學(xué)生在掌握用電腦軟件處理數(shù)據(jù)的同時(shí)也應(yīng)熟悉手工處理數(shù)據(jù)的技術(shù)方法，將二者有機(jī)結(jié)合，得到全面發(fā)展。
2.3開設(shè)開放性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)
根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排，可以利用一定時(shí)間設(shè)置開放性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在進(jìn)行開放性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、在教師的協(xié)助下開展實(shí)驗(yàn)研究、撰寫小型科研論文等系列工作，可以提高科學(xué)思維能力并培養(yǎng)初步的科學(xué)研究能力。
2.4改進(jìn)實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)體系
實(shí)驗(yàn)課程的考核方法對(duì)保證實(shí)驗(yàn)課程質(zhì)量，提高學(xué)生的動(dòng)手能力、培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究的科學(xué)態(tài)度、增強(qiáng)分析解決問題能力非常重要[2]。我院的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)體系由實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績和期末考試成績兩部分組成。雖然期末考核在一定程度上可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視程度，促使學(xué)生注意在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)技能方面的積累，但把學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績定為學(xué)生的平時(shí)成績有一定的局限性，會(huì)造成有一些學(xué)生不求甚解、互相抄襲或蒙混過關(guān)。因此，平時(shí)成績應(yīng)分配到實(shí)驗(yàn)過程的各個(gè)階段，如實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)衛(wèi)生、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等多方面，進(jìn)行綜合評(píng)分。以上方法經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生們普遍反映記憶效果良好，避免了死記硬背的困難，而且不易忘記，大大提高了他們的學(xué)習(xí)積極性，取得良好的學(xué)習(xí)效果。
參考文獻(xiàn)
[1]辛凌云，李云平．巧記物理化學(xué)中的“麥克斯韋”關(guān)系式[J]．洛陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008(05)：180-182．
[2]康麗華，肖芙蓉，馬存花．一種簡單記憶Maxwell關(guān)系式的方法[J]．山東化工，2014，43(10)：143-144．
[3]宋小利，李梅．熱力學(xué)基本方程、對(duì)應(yīng)系數(shù)關(guān)系式和麥克斯韋關(guān)系式的簡捷記憶[J]．榆林學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，18(2)：74-75．
作者簡介：班紅艷（1977-），女，遼寧營口人，遼寧科技大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，副教授；方志剛（1964-），男，遼寧鞍山人，遼寧科技大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，教授。（遼寧 鞍山 114051）
基金項(xiàng)目：本文系遼寧省“十二五”規(guī)劃課題（課題編號(hào)：JG11DB140）、遼寧省教育廳教改項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：884-4-4）、遼寧科技大學(xué)標(biāo)志性成果建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：kdjg10-11）、遼寧科技大學(xué)研究生創(chuàng)新教育計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2012YJSCX23）的研究成果。
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）07-0117-02
“物理化學(xué)”是化學(xué)學(xué)科中的一門重要學(xué)科，是遼寧科技大學(xué)（以下簡稱“我?！保┗?、環(huán)境、生物、材料、冶金、無機(jī)等各專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程?！拔锢砘瘜W(xué)”課程作為四大基礎(chǔ)化學(xué)課程的核心，其與無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)的最大區(qū)別在于其概念抽象、理論性強(qiáng)、公式多、原理多、推導(dǎo)多、知識(shí)的邏輯性和前后關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。[1]因此，不少學(xué)生畏懼物理化學(xué)學(xué)習(xí)，缺乏學(xué)習(xí)興趣。針對(duì)“物理化學(xué)”課程特點(diǎn)和學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)際，為提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，優(yōu)化教學(xué)效果，從教學(xué)內(nèi)容、方法、手段等方面介紹了教學(xué)過程中的一些具體做法。
一、精選教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生研究性學(xué)習(xí)
在傳統(tǒng)的“物理化學(xué)”教學(xué)中，往往采取老師在講臺(tái)上講授，學(xué)生在下機(jī)械地記的形式，學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容基本上都來自于教師在課堂上的講授，這樣不僅不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，而且容易出現(xiàn)滿堂灌現(xiàn)象。為了盡量減少單純的“灌輸式”講授，促進(jìn)學(xué)生以研究性方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，在全部教學(xué)內(nèi)容中，對(duì)適合教師講授、學(xué)生自學(xué)、學(xué)生獨(dú)立探究的內(nèi)容進(jìn)行選擇，從內(nèi)容選擇上避免所有的內(nèi)容都由教師講授。對(duì)于那些難度很大，學(xué)生以現(xiàn)有的知識(shí)難以自學(xué)或?qū)W生可以自學(xué)，但自學(xué)可能要消耗過多的時(shí)間和精力的內(nèi)容由老師講授。在此范圍之外的內(nèi)容，凡是學(xué)生能夠自學(xué)的均應(yīng)放手讓學(xué)生自學(xué)。[2]通過自學(xué)，較大地減少教師對(duì)課本內(nèi)容的講解時(shí)間，而且講授時(shí)不再需要按書本去灌輸，可以用節(jié)省下來的課堂時(shí)間補(bǔ)充新的習(xí)題，或融入跟蹤時(shí)代的新內(nèi)容和前沿講座。[3]例如，在學(xué)習(xí)表面現(xiàn)象這一章時(shí)，舉例2007年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)表彰德國科學(xué)家格哈德?埃特爾在固體表面化學(xué)過程研究中作出的貢獻(xiàn)，從而了解表面化學(xué)的研究對(duì)于化學(xué)工業(yè)至關(guān)重要，加深學(xué)生對(duì)表面化學(xué)在物理化學(xué)學(xué)習(xí)中的相關(guān)內(nèi)容的理解。又如在學(xué)習(xí)膠體化學(xué)一章時(shí)，可以結(jié)合家喻戶曉的納米技術(shù)。納米材料具有許多神奇的功能，如此微小尺寸的材料是怎么得到的呢？化學(xué)家就利用膠體化學(xué)中具有納米尺寸的油包水膠束作為納米反應(yīng)器，從而合成了各種無機(jī)、有機(jī)、高分子納米粒子。[4]這些前沿內(nèi)容的介紹，不僅可以擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，而且對(duì)學(xué)生今后工作或創(chuàng)新研究也將起到重要作用。
二、改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量
1.采用圖表法進(jìn)行章節(jié)公式歸納總結(jié)，解決物理化學(xué)公式多難記憶的問題
“物理化學(xué)”課程的學(xué)習(xí)中，學(xué)生普遍反映公式多，條件多，容易混淆。由于學(xué)生剛剛學(xué)習(xí)物理化學(xué)，還不能對(duì)它有較深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)公式只能死記硬背，這就需要教師為學(xué)生進(jìn)行總結(jié)，使學(xué)生易于記憶。[5]例如熱力學(xué)第一定律和第二定律的應(yīng)用中，主要是計(jì)算各種過程的Q、W、、、、、，由于公式較多，最好采用列表的方法。表1列出了理想氣體經(jīng)歷不同的過程時(shí)，Q、W、、、、、等各熱力學(xué)變量的計(jì)算公式，這樣可以使得眾多的公式條理關(guān)聯(lián)化。學(xué)生在復(fù)習(xí)時(shí)一目了然，不容易造成混淆。
2.理論聯(lián)系實(shí)際，注重啟發(fā)式、案例式教學(xué)
“物理化學(xué)”學(xué)科中有些內(nèi)容比較抽象，不容易被學(xué)生接受和理解。為此，在教學(xué)中注意理論聯(lián)系實(shí)際，列舉一些和生活息息相關(guān)的實(shí)例，啟發(fā)學(xué)生用所學(xué)知識(shí)、原理、方法去解答，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的求知欲望。[6]
例如，講熱力學(xué)第一定律時(shí)，列舉空調(diào)、電冰箱的熱功轉(zhuǎn)化問題；講到稀溶液的依數(shù)性時(shí)，列舉鹽堿地的農(nóng)作物為何長勢(shì)不好，甚至?xí)菟?；講到化學(xué)平衡時(shí)，列舉高爐煉鐵中反應(yīng)Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2，高爐廢氣中含有大量的CO，為什么延長爐身，不能減少廢氣中CO的含量；[7]講化學(xué)動(dòng)力學(xué)時(shí)，可以問“大家吃的面包為什么2、3季度保質(zhì)期短，而1、4季度保質(zhì)期相對(duì)長些”；又如講到表面現(xiàn)象時(shí)，列舉為什么有機(jī)蒸餾實(shí)驗(yàn)要加入沸石，活性炭具有吸附作用以及人工降雨和毛細(xì)管現(xiàn)象等問題。
實(shí)踐表明，在“物理化學(xué)”教學(xué)過程中，根據(jù)所講授的內(nèi)容，適時(shí)地應(yīng)用一些生動(dòng)的來自實(shí)際、生產(chǎn)、科研的實(shí)例，使學(xué)生體會(huì)到物理化學(xué)是“有用的”，是可以看得見、摸得著的，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，變學(xué)生由“被動(dòng)學(xué)”為“主動(dòng)學(xué)”。
3.多媒體與傳統(tǒng)板書結(jié)合，優(yōu)化教學(xué)效果
在“物理化學(xué)”講授過程中，針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段。多媒體的應(yīng)用使原本枯燥無味的理論知識(shí)，通過生動(dòng)、形象、直觀的形式表現(xiàn)出來，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為教師節(jié)省了大量板書繪圖的時(shí)間，加快了知識(shí)點(diǎn)的講授速度，課堂教學(xué)的信息量大大增強(qiáng)。[8]實(shí)踐結(jié)果表明，多媒體與傳統(tǒng)板書結(jié)合不僅使課堂教學(xué)生動(dòng)形象，感染力強(qiáng)，改善學(xué)生的理解力，而且動(dòng)態(tài)地啟迪學(xué)生的思維，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生與老師的互動(dòng)，學(xué)生不再單純聽課，可利用節(jié)省的時(shí)間共同交流，從而促進(jìn)了教學(xué)內(nèi)容與體系的改革。[9]
三、量化考核評(píng)價(jià)方法，提高學(xué)生綜合素質(zhì)
考核是檢查、評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的一種方法，是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。[10]多樣化的考核手段可避免學(xué)生因一次考試失誤而引起的遺憾，同時(shí)也能督促學(xué)生平時(shí)要好好學(xué)習(xí)。在新學(xué)期開始就告知學(xué)生，“物理化學(xué)”課程的成績包含平時(shí)成績和期末試卷成績兩部分，在總評(píng)成績中平時(shí)成績會(huì)按一定比例體現(xiàn)。成績按以下比例計(jì)算：在總評(píng)成績中，期末考試成績與平時(shí)成績的比例為1：1；在平時(shí)成績中，平時(shí)出勤和作業(yè)、平時(shí)測(cè)驗(yàn)或論文、課堂回答問題、實(shí)驗(yàn)情況都作為考核的方面；量化50分平時(shí)成績指標(biāo)（如表2）。注意在進(jìn)行平時(shí)成績?cè)u(píng)定時(shí)，重點(diǎn)放在對(duì)學(xué)生能力的考查，以利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。
四、結(jié)束語
“物理化學(xué)”是一門基礎(chǔ)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，它不僅是許多其他課程攻堅(jiān)科學(xué)難關(guān)的武器庫，而且為現(xiàn)代的化學(xué)以及物理、材料等許多領(lǐng)域的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的方法?！拔锢砘瘜W(xué)”教學(xué)中要繼承傳統(tǒng)的教學(xué)思想，形成良好的現(xiàn)代教育理念，對(duì)教學(xué)方法、手段進(jìn)行不斷的改革和實(shí)踐，與時(shí)俱進(jìn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。
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中圖分類號(hào)：G40-012 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-4156(2012)08—142-02
物理化學(xué)是食品、環(huán)境、制藥、材料、能源等工科專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)課程，在各專業(yè)課程體系中具有服務(wù)后續(xù)課程和培養(yǎng)理論素養(yǎng)的作用。然而，物理化學(xué)理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象，概念多、公式多、條件多、計(jì)算多，所需的數(shù)學(xué)和物理知識(shí)較多，對(duì)側(cè)重于工程技術(shù)能力培養(yǎng)的工科專業(yè)學(xué)生普遍感到難學(xué)、乏味，甚至產(chǎn)生厭學(xué)心理。地方性本科院校主要以培養(yǎng)滿足地方經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需要的應(yīng)用型人才為辦學(xué)目標(biāo)，因此，在物理化學(xué)課程教學(xué)中必須根據(jù)學(xué)校的辦學(xué)定位，樹立課程教學(xué)服務(wù)于授課專業(yè)的意識(shí)，讓學(xué)生感到學(xué)有所用，培養(yǎng)他們的實(shí)踐能力，提高課堂教學(xué)效果。本文根據(jù)食品專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合物理化學(xué)課程的特點(diǎn)，從課程教學(xué)體系的構(gòu)建、教學(xué)方法的采用和考核方式的改革等方面，探討在物理化學(xué)教學(xué)中進(jìn)行應(yīng)用型人才的培養(yǎng)具體做法。
一、以基礎(chǔ)夠用為目標(biāo)，構(gòu)建課程教學(xué)體系
地方本科院校食品專業(yè)培養(yǎng)能夠在生產(chǎn)一線從事技術(shù)管理、產(chǎn)品開發(fā)、品質(zhì)控制等方面工作的應(yīng)用型人才，因此，課程體系設(shè)計(jì)和教學(xué)內(nèi)容選取應(yīng)與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)相一致。物理化學(xué)知識(shí)是學(xué)習(xí)食品專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)，課程定位應(yīng)突出“服務(wù)性、基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、銜接性”的特點(diǎn)。知識(shí)體系的建立應(yīng)遵循“基礎(chǔ)夠用、應(yīng)用為本、培養(yǎng)能力”的原則，加強(qiáng)物理化學(xué)基本知識(shí)的教學(xué)，注重理論知識(shí)在生產(chǎn)和生活實(shí)踐中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)和實(shí)踐能力。食品專業(yè)物理化學(xué)課程只有54學(xué)時(shí)，教學(xué)時(shí)數(shù)少，在維持化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、電化學(xué)以及膠體與表面化學(xué)等知識(shí)體系的前提下，既要考慮系統(tǒng)性又要重視實(shí)用性，根據(jù)專業(yè)需要，在學(xué)時(shí)分配上有所側(cè)重，如表1所示。其中，熱力學(xué)第一定律、第二定律及其應(yīng)用是物理化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)較多(占總學(xué)時(shí)的38.9％)，目的在于讓學(xué)生打好基礎(chǔ)，確?；A(chǔ)知識(shí)夠用；電化學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)知識(shí)在食品專業(yè)課程學(xué)習(xí)中應(yīng)用不多，只作為一般掌握的內(nèi)容，設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)少些(只占總學(xué)時(shí)的25.9％)；膠體與表面化學(xué)知識(shí)與食品專業(yè)關(guān)系密切，需加大學(xué)時(shí)投入(占總學(xué)時(shí)的35.2％)，而且這部分知識(shí)要結(jié)合專業(yè)需要進(jìn)行教學(xué)，體現(xiàn)出為專業(yè)服務(wù)的應(yīng)用性特點(diǎn)。在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)方面，要將物理化學(xué)基本理論的應(yīng)用放在重要位置，以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。
二、以能力培養(yǎng)為核心，靈活選用教學(xué)方法
在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的能力，是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要途徑。因此，在物理化學(xué)課程教學(xué)中，教師要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同靈活采用各種教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓他們積極參與教學(xué)過程，提高課程教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生能力的目的。
(一)根據(jù)學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力
教師在教學(xué)中教會(huì)學(xué)生獲取知識(shí)的方法，比教會(huì)他們知識(shí)更為重要。因此，我們?cè)谖锢砘瘜W(xué)教學(xué)中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的難易程度，適當(dāng)給學(xué)生布置自學(xué)任務(wù)，目的在于培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力和獲取知識(shí)能力。比如，關(guān)于“化學(xué)平衡”的概念，學(xué)生在中學(xué)化學(xué)和無機(jī)化學(xué)中就有接觸，在熱力學(xué)第一、第二定律基本知識(shí)學(xué)完后，可以把“化學(xué)平衡”一章安排給學(xué)生自學(xué)，為了保證自學(xué)的效果，教師應(yīng)給學(xué)生制定自學(xué)提綱，指出主要概念、公式和重點(diǎn)、難點(diǎn)，避免自學(xué)的盲目性。為了檢查自學(xué)效果，可以采用考試或課堂討論的形式，讓學(xué)生對(duì)自學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，教師應(yīng)指出存在的問題，以引起學(xué)生對(duì)自學(xué)內(nèi)容的重視。教學(xué)實(shí)踐表明，在每章學(xué)習(xí)結(jié)束，讓學(xué)生自己進(jìn)行總結(jié)，將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)歸納、串聯(lián)起來，也可以培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力。
(二)通過課堂討論的方式，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和語言表達(dá)能力
在課堂討論前，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，擬定討論題目讓學(xué)生思考和查閱資料，課堂討論時(shí)學(xué)生要提出自己的觀點(diǎn)，并對(duì)他人的觀點(diǎn)提出意見。比如，關(guān)于“可逆過程”概念的討論，有的學(xué)生認(rèn)為可逆反應(yīng)就是可逆過程，而有的學(xué)生則提出反對(duì)意見，并列舉了一些證據(jù)，正反雙方展開辯論，各持己見。在課堂討論過程中，教師要深入到學(xué)生中間，鼓勵(lì)學(xué)生大膽發(fā)言，肯定正確的觀點(diǎn)，糾正錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。實(shí)踐表明，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)采用課堂討論的形式，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和語言表達(dá)能力。
(三)采取理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力
物理化學(xué)的基本理論來源于生產(chǎn)實(shí)踐，反過來對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐又具有指導(dǎo)意義。教學(xué)中若能將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，不但能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且有利于培養(yǎng)他們用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。比如，講授凝固點(diǎn)降低，可以列舉“北方冬天用涼水浸泡凍梨”的道理，“冬天下雪時(shí)在路上灑鹽的目的”；講授滲透壓，可以介紹“施肥太多會(huì)把植物燒死”等問題；講授表面現(xiàn)象，可以結(jié)合“給植物噴灑的農(nóng)藥為何要加入表面活性劑”、“鋤地保墑的原理”等現(xiàn)象來介紹；講授膠體化學(xué)，可以介紹“明礬能使渾濁的水澄清”、“鹵水點(diǎn)豆腐”、“江河人海口會(huì)形成三角洲”等原理。事實(shí)上，教學(xué)過程中列舉一些與生產(chǎn)、生活實(shí)際密切相關(guān)的實(shí)例，能夠增強(qiáng)課堂教學(xué)趣味性，有利于提高教學(xué)效果。此外，在學(xué)完每一部分內(nèi)容后，讓學(xué)生在生活實(shí)踐中尋找有關(guān)問題，并運(yùn)用相關(guān)知識(shí)進(jìn)行解釋，不但有助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，而且使他們認(rèn)識(shí)到生活中的實(shí)際問題蘊(yùn)涵著深刻的科學(xué)道理。比如，通過查閱資料學(xué)生們將電鍍知識(shí)與表面活性劑的知識(shí)相結(jié)合，解釋了在電鍍液中添加表面活性劑的作用；從表面張力角度解釋了荷花“出淤泥而不染”的荷花效應(yīng)；根據(jù)酶催化的原理解釋了在果蔬保鮮時(shí)如何控制溫度。
三、以知識(shí)應(yīng)用為目的。改革課程考核方式
關(guān)鍵詞：柔軟劑;生活用紙;分類
1.引言
柔軟劑是一類分子結(jié)構(gòu)中一端含有長鏈烴基，另一端含有可與纖維結(jié)合的極性或反應(yīng)性基團(tuán)的化合物。使用紙張柔軟劑的目的在于：①降低纖維之間的結(jié)合力，使紙張剛性下降，減少紙張對(duì)皮膚的摩擦力;②具有濕潤纖維的作用，改善纖維的平滑性，增加紙張光滑、細(xì)膩的感覺;③使紙張具有可塑作用?？傊彳泟┛稍诶w維表面形成疏水基向外的反向吸附，降低纖維物質(zhì)的動(dòng)、靜摩擦因數(shù)，從而獲得平滑柔軟的手感。有時(shí)也要求柔軟劑兼有防水性、疏水性或疏油性、防靜電性、去污性等特性。
2.柔軟劑的分類
2. 1乳化型柔軟劑
聚乙二醇鏈段具有吸濕和抗靜電特性。因此， 柔軟劑中加人這些組份后， 可以在提高柔軟性的同時(shí)， 保持較好的吸濕性和抗靜電能力， 乳液的穩(wěn)定性也有改善。為得到穩(wěn)定的乳液， 混配時(shí)的加料順序也有講究。這種復(fù)配型柔軟劑的另一好處是其中各主要組份如長鏈脂肪烴季按鹽、雙長鏈脂肪烴季錢鹽、聚乙二醇等均有商品供應(yīng)，復(fù)配工藝簡單， 故這類柔軟劑得到較普遍地采用[1]。
2. 2表面活性劑類柔軟劑
陰離子、陽離子表面活性劑都可用作柔軟劑。纖維織物特別是合成纖維都需要平滑柔軟處理[2]。在紙纖維中引人非極性的油脂， 則分子之間氫鍵被減弱， 纖維彼此之間就會(huì)變得易于滑動(dòng)， 即更為柔軟。但纖維素是親水性的， 油脂不易在纖維之間分散， 而且油脂又要損害紙的另一重要品質(zhì)―吸水性。為了使油脂在纖維之間分散， 需要采用表面活性劑。
在表面活性劑中， 陽離子表面活性劑較適用于紙漿， 因?yàn)樵谒祽腋∪橐褐校?陽離子表面活性劑的正電荷易與帶負(fù)電荷的纖維素結(jié)合。用作柔軟劑的大多為特殊的陽離子表面活性劑， 長鏈脂肪烴季按鹽型陽離子表面活性劑就是常用的纖維素材料的柔軟劑， 其用量最大。
2. 3 有機(jī)硅類柔軟劑
用作紙張柔軟劑的有機(jī)硅， 必須要有親水性[4]。為了提高有機(jī)硅的親水性， 采用了帶氫鍵基團(tuán)，如氨基的改性聚硅氧烷， 或添加表面活性劑。有機(jī)硅柔軟劑雖然在柔軟效果、紙強(qiáng)度、吸濕性、彈性和抗靜電性等綜合品質(zhì)方面優(yōu)于陽離子表面活性劑， 但其價(jià)格較高， 將它應(yīng)用于相對(duì)廉價(jià)的日用紙品， 缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭力。所以， 除某些高檔紙品外， 有機(jī)硅柔軟劑在紙品柔軟處理中應(yīng)用較少。
3.柔軟劑的作用原理
纖維柔軟平滑問題也是纖維間的摩擦問題，纖維的摩擦主要通過摩擦因數(shù)來評(píng)價(jià)。摩擦因數(shù)是表現(xiàn)摩擦體表面性能的一個(gè)參數(shù)。不同類表面活性劑對(duì)纖維摩擦因數(shù)有影響，其中對(duì)于降低纖維表面的靜摩擦因數(shù)[5]，其作用大小為：陽離子表面活性劑>多元醇型非離子表面活性劑>陰離子表面活性劑>聚乙二醇型非離子表面活性劑>礦物油。對(duì)于同類表面活性劑則由于表面活性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，對(duì)纖維的摩擦因數(shù)也不同。
4.表面活性劑對(duì)纖維表面摩擦因數(shù)的影響
4. 1陰離子表面活性劑對(duì)纖維表面摩擦因數(shù)的影響
此類表面活性劑溶于水后，親水基團(tuán)為帶有負(fù)電的原子團(tuán)，主要品種有烷基磷酸酯或鹽、烷基硫酸酯或鹽、烷基磺酸鹽等。烷基的碳鏈越長，平滑性能越好、摩擦因數(shù)越小。對(duì)于磷酸酯類平滑性，則有三烷基磷酸酯>雙烷基磷酸酯>單烷基磷酸酯>聚氧乙烯醚磷酸酪。
4. 2陽離子表面活性劑對(duì)纖維摩擦因數(shù)的影響
此類表面活性劑溶于水后，親水基團(tuán)為帶有正電的原子團(tuán)。陽離子表面活性劑除了有較好的抗靜電性之外，還有較好的柔軟平滑性，故廣泛用于柔軟劑，以降低纖維間的靜摩擦因數(shù)。季銨鹽和胺鹽類表面活性劑對(duì)纖維的動(dòng)、靜摩擦因數(shù)均有效。
4. 3非離子表面活性劑對(duì)纖維摩擦因數(shù)的影響
這類表面活性劑在水中不會(huì)解離成離子，自然也不會(huì)帶電荷。關(guān)于非離子表面活性劑對(duì)纖維摩擦的影響研究發(fā)現(xiàn)烷基越長，可使纖維間的摩擦因數(shù)越小[6]。
5.柔軟劑的應(yīng)用
5.1漿內(nèi)柔軟劑
乳化型柔軟劑是另外一類漿內(nèi)柔軟劑。這些柔軟劑通過在紙張上引人脂肪物質(zhì)或者蠟質(zhì)， 降低纖維之間的摩擦性能而起作用。通過減少紙張內(nèi)的摩擦力， 可以在某種程度上強(qiáng)化蓬松柔軟性。乳化柔軟劑對(duì)紙張抗張強(qiáng)度的降低一般低于10 % ;可以在不降低紙張強(qiáng)度的情況下使得紙張手感更加柔軟。乳化柔軟劑可以使紙張手感更加平滑[7]。
對(duì)漿內(nèi)柔軟劑的要求， 是能夠在控制紙張強(qiáng)度損失的同時(shí)， 滿足生活用紙對(duì)蓬松柔軟性和表面柔軟性的需求[8]。
5.2紙面施加柔軟劑
柔軟劑于烘缸前在紙面施加， 這是一種強(qiáng)化紙張柔軟性的相對(duì)較新的技術(shù)。同樣， 其作用方式為纖維表面改性。通過降低紙張表面的摩擦性能， 其表面柔軟效果非常顯著。紙面施加柔軟劑的優(yōu)點(diǎn)是提高了效率。這類柔軟劑多是有機(jī)硅類結(jié)構(gòu)， 紙面施加柔軟劑使用適當(dāng)， 除了能使紙張柔軟， 還可以改善烘缸的涂布， 進(jìn)而改善起皺的均一性和輥?zhàn)拥脑鲂ё饔谩?/p>
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中圖分類號(hào)N34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2013）100-0132-02
0引言
在交通運(yùn)輸、航空航天、電力通信等領(lǐng)域，設(shè)備表面結(jié)冰帶來恨得危害和安全隱患。為了減少安全隱患，人們提出了許多防冰與除冰方法。目前國內(nèi)外通常采用以下三種方法：物理法，如加熱法、機(jī)械法；化學(xué)法，如噴灑鹽水、涂抹防冰液等；被動(dòng)防冰法，在基體表面構(gòu)建抗結(jié)冰功能涂層。前兩種方法因操作簡便而使用廣泛，但其存在工作強(qiáng)度大、效率低、環(huán)保性差等諸多問題，在使用中受到限制。被動(dòng)防冰法成本低、耗能小，易于施工，是一種理想的防冰方法，具有極大的應(yīng)用價(jià)值，因此抗結(jié)冰涂層的研究備受關(guān)注。
1涂層表面特性與抗結(jié)冰原理
凍粘是冰與材料表面的粘附，既可以是分子間的范德華力，也可以是化學(xué)鍵作用，還可以是界面上微觀的機(jī)械連接作用。固體表面的狀態(tài)，如表面的化學(xué)性質(zhì)、粗糙度、溫度等都將直接影響表面粘附界面的形成，從而影響凍粘強(qiáng)度。其中，表面的濕潤性對(duì)凍粘的影響較大。
根據(jù)接觸角θ大小，可以將材料表面分為疏水表面和親水表面，疏水表面（θ>90°）凍結(jié)時(shí)水膜不連續(xù)，所形成的冰膜也就存在缺陷，易發(fā)生破壞。因此，疏水材料具有減粘防粘的作用。
涂層表面的粗糙度也是決定凍粘強(qiáng)度的重要因素之一。合適的微觀結(jié)構(gòu)和粗糙度，不僅可以提高表面的疏水性能，延遲冰晶的出現(xiàn)，而且可以吸留空氣，造成冰與基體界面間的應(yīng)力集中，降低凍粘強(qiáng)度。
2 抗結(jié)冰涂層國內(nèi)外研究進(jìn)展
根據(jù)抗結(jié)冰原理，目前對(duì)抗結(jié)冰涂層的研究主要集中在犧牲性涂層和疏水性涂層兩類。
犧牲性涂層的表面能夠釋放出抗結(jié)冰劑或油脂類物質(zhì)，降低冰的凍粘強(qiáng)度，因此犧牲性涂層具有良好的抗結(jié)冰效果。2007年，Ayres等[1]通過溶膠-凝膠法制備了有機(jī)-無機(jī)雜化鈦基先驅(qū)體，并與環(huán)氧基聚合物復(fù)合得到抗結(jié)冰緩釋涂層，涂層經(jīng)水解可釋放出抗結(jié)冰劑。實(shí)驗(yàn)表明，這種涂層能夠通過抑制冰的成核和粘附，達(dá)到良好的抗結(jié)冰效果。2012年，黃碩[2]分別通過溶膠-凝膠法和電解法制備了鈦、鋁、鐵的有機(jī)金屬化合物，與PRTV硅橡膠涂料混合制備了融冰型防覆冰復(fù)合涂料，并詳細(xì)研究了涂料的融冰機(jī)理。犧牲性涂層需要通過化學(xué)反應(yīng)釋放抗結(jié)冰物質(zhì)，有效期較短，并且所釋放的抗結(jié)冰物質(zhì)會(huì)對(duì)環(huán)境造成損害，因此其應(yīng)用受到限制。
疏水涂層主要是含硅、含氟的聚合物，這兩類聚合物具有較低的表面能，能夠降低冰的凍粘強(qiáng)度。
2007年，Hoover等研制開發(fā)了一種有機(jī)硅抗結(jié)冰涂層，其對(duì)冰的附著力非常低，冰剪切強(qiáng)度僅為19-50Kpa，并且經(jīng)過刮擦、熱/濕老化、鹽霧試驗(yàn)后，仍然能夠保持優(yōu)異的抗結(jié)冰性能。Yu等[4]用嵌段和接枝的方法分別制備了不同分子量PDMS與聚丙烯酸酯的共聚物PC-b-PDMS和PC-g-PDMS，詳細(xì)研究了涂層表面結(jié)構(gòu)與冰的凍粘強(qiáng)度之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于涂層表面微相分離的存在，使得這兩系類共聚物與冰的凍粘強(qiáng)度明低于聚氨酯材料，尤其是PC-b-PDMS和含有長側(cè)鏈的PC-g-PDMS表現(xiàn)更為明顯。
2010年，Jafari等等在具有微納米結(jié)構(gòu)的三氧二化鋁表面構(gòu)建了一種聚四氟乙烯的抗結(jié)冰涂層。涂層表面的接觸角可以達(dá)到165°，具有很強(qiáng)的疏水性。X射線光電子能譜（XPS）結(jié)果表明，涂層表面含有大量的-CF3和-CF2，極大地降低了涂層表面的自由能，使冰在聚四氟乙烯表面的附著力低于鋁基材表面3.5 倍。
Yang等利用燒結(jié)、旋涂等方法制備了聚四氟乙烯、含氟聚氨酯、氟硅橡膠幾種含氟疏水涂層，并研究了各種涂層的抗結(jié)冰疏冰性能。通過研究其冰剪切強(qiáng)度和覆冰量，結(jié)果表明：-8℃下，光滑的含氟聚合物表面能夠顯著降低冰在材料表面的附著力，但是不能明顯降低覆冰量；經(jīng)過噴砂處理的具有粗糙結(jié)構(gòu)的含氟聚合物表面能夠減少覆冰量，但卻因?yàn)榻佑|角隨溫度下降而變小，導(dǎo)致了冰附著力增加。
Wang等[7]使用全氟聚氧烷基碳酸氮素衍生物涂敷在銅表面，成功得到了厚度10nm的納米氟碳膜涂層。通過研究結(jié)冰過程發(fā)現(xiàn)，涂層表面高的接觸角和低的后退角不僅可以有效延遲結(jié)冰時(shí)間，而且增加了整個(gè)結(jié)冰過程的時(shí)間。
目前，對(duì)抗結(jié)冰涂層的研究仍然存在一些難題：抗結(jié)冰涂層研究的測(cè)試方法和測(cè)試手段有限，主要包括冰的凍粘強(qiáng)度和覆冰量，但是沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致材料之間的抗結(jié)冰性能測(cè)試結(jié)果之間沒有可比性；材料的抗結(jié)冰性能與其表面微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，隨著使用次數(shù)增多，涂層表面容易被破壞，導(dǎo)致抗結(jié)冰性下降，不能滿足長期使用的需求；在抗結(jié)冰機(jī)理方面，仍然未能建立表面化學(xué)組成、微觀結(jié)構(gòu)與抗結(jié)冰性之間的確切關(guān)系，需要進(jìn)一步研究。
3 結(jié)論
盡管目前抗結(jié)冰涂層的研究已經(jīng)取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，但是相關(guān)的研究也不容忽視，如涂層與基材間的附著力、涂層的施工工藝、抗結(jié)冰性的長效性等方面仍然存在一些亟待解決的問題。我們相信，隨著科技的不斷進(jìn)步，研究方法的不斷增多，抗結(jié)冰涂層的性能可以得到進(jìn)一步完善，其應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)大并發(fā)揮更大的作用。
參考文獻(xiàn)
[1]Ayres J，etc.Characterization of titanium alkoxide sol-gel systems designed for anti-icing coatings： II.Mass loss kinetics.J.Coat.Technol.Res.， 2007，4： 473-481.
[2]黃碩.融冰型防覆冰涂料的研究，武漢理工大學(xué)碩士論文，2012.
[3]Hoover K L，etc.Erosion resistant anti-icing coatings.US20070254170，2007
[4]Yu D.M.，etc.Preparation and evaluation of hydrophobic surfaces of polyacrylate-polydimethylsiloxane copolymers for anti-icing，Prog. Org.Coat.2013
關(guān)鍵詞：活性炭空氣品質(zhì)物理吸附化學(xué)吸附
1室內(nèi)空氣品質(zhì)隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類在生活居室環(huán)境方面獲得了巨大的改善?？照{(diào)的廣泛使用給人們創(chuàng)造了一個(gè)以溫濕度為主的舒適性環(huán)境，但同時(shí)也帶來了室內(nèi)空氣品質(zhì)問題，尤其是無新風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)房間，導(dǎo)致了“病態(tài)建筑綜合癥”、“建筑相關(guān)病”和多種化學(xué)物過敏癥?！安B(tài)建筑綜合癥”的常見癥狀主要有頭痛、神經(jīng)疲勞、皮膚干燥、鼻塞、流鼻涕、流淚、眼癢等等?！敖ㄖ嚓P(guān)病”是指由空氣中的某種成分直接引起的病癥，比較嚴(yán)重的有“軍團(tuán)病”、“超敏性肺炎”等，有時(shí)甚至能帶來生命危險(xiǎn)。
所謂室內(nèi)空氣品質(zhì)，一般是指在某個(gè)具體的環(huán)境內(nèi)，空氣/！/中的某些要素對(duì)人群工作、生活的適宜程度，是反映了人們的具體要求而形成的一種概念。這種概念是建立在“以人為本”的基礎(chǔ)上的。顯然，人們不僅要求適宜的室內(nèi)溫濕度，而且人們還要求室內(nèi)空氣是新鮮的，無污染的，從而引發(fā)了對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)的廣泛研究。
室內(nèi)空氣基本污染物與污染源如下：
表一室內(nèi)主要污染物及其來源污染物
污染源
懸浮微粒
燃燒、抽煙、人體
煙草煙霧
人的吸煙行為
石棉
保溫材料
氡及其蛻變物
墻體和地基
甲醛
建筑材料、家具
揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）
油漆、清潔劑、建筑材料
一氧化碳
燃燒、吸煙
二氧化碳
燃燒、呼吸
微生物
家畜、人體
過敏物
動(dòng)物、毛發(fā)、昆蟲、花粉
臭氧
現(xiàn)代電子辦公用品
室內(nèi)空氣有害物的種類繁多，但一般都是以低濃度的形式存在，有時(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人的嗅覺閾值，但這并不意味著人體無害，恰恰相反，人一生中有五分之四的時(shí)間在室內(nèi)度過，長期受低濃度污染物的直接毒害，其后果還是相當(dāng)嚴(yán)重的。
為了清除室內(nèi)空氣中的有害物質(zhì)，通風(fēng)是一種非常有效的辦法，但是它也有缺點(diǎn)：在室外大氣污染日趨嚴(yán)重的今天，燃料的燃燒、工業(yè)生產(chǎn)及機(jī)動(dòng)車輛排放的廢氣使得室外空氣的質(zhì)量也很差，而且室外空氣與室內(nèi)空氣的交換會(huì)帶來巨大的能耗。局部通風(fēng)有時(shí)也因?yàn)槲廴驹摧^分散或根本就不知道氣態(tài)污染物從何而來而無法實(shí)現(xiàn)。目前通用的過濾器只是過濾灰塵，還不具備清除有害氣體和細(xì)菌的功能。成功分離低濃度的氣態(tài)污染物質(zhì)和細(xì)菌對(duì)改善室內(nèi)陸空氣品質(zhì)至為重要。活性炭吸附材料對(duì)室內(nèi)氣態(tài)污染物具有優(yōu)秀的吸附性能，使活性炭過濾器逐漸應(yīng)用于民用建筑空調(diào)系統(tǒng)中。在通風(fēng)量不變的條件下，它能使室內(nèi)空氣得到更全面的凈化。
2活性炭的發(fā)展歷史及分類使用活性炭作為一種吸附材料已具有悠久的歷史。早在古埃及時(shí)代，人類就會(huì)利用木炭來消除傷口散發(fā)的氣味；1773年，謝勒首次科學(xué)地證明了木炭對(duì)氣體具有吸附力；1808年，木炭被用到蔗糖業(yè)；第一次世界大戰(zhàn)期間，為了消除化學(xué)武器的威脅，活性炭防毒面具問世，這是活性炭第一次應(yīng)用于空氣凈化領(lǐng)域；上個(gè)世紀(jì)六十年代，具有獨(dú)特化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)且吸附性能優(yōu)異的新型纖維狀活性炭材料研制成功。目前對(duì)吸附材料的研究集中于非均勻吸附劑的加工工藝、微觀特征、能量不均勻性及吸附性能等。
活性炭種類很多，因其原料、用途、性能、形狀不同，彼此間差別很大，分類的方法也很多。按外部形狀分類，可分為粉狀活性炭、顆?；钚蕴?、纖維活性炭。纖維活性炭是在碳纖維的基礎(chǔ)上研制和開發(fā)的新產(chǎn)品，在日本主要以有機(jī)化合物為原料，纖維活性炭的細(xì)度僅為頭發(fā)的1/3左右。我國已有用石油瀝青作原料研制出優(yōu)質(zhì)纖維狀活性炭的報(bào)道。從原料分類，可分為煤炭原料、植物原料、石油原料、塑料等。按用途分類，可分為氣相吸附、液相吸附、工業(yè)催化活性炭?？諝鈨艋饕脷庀辔?，要求微孔發(fā)達(dá)。
3活性炭的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)活性炭結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，既不象石墨、金剛石那樣碳原子按一定的格局排列，又不象一般含碳物質(zhì)那樣含有復(fù)雜且多樣的有機(jī)物，有著龐大的分子結(jié)構(gòu)。它有著自己的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。它由排列成六角形的碳原子平面層組成，但是這些平面不是完全沿共同的垂直軸排列而是一層與一層的角位移雜亂而無規(guī)律，這種結(jié)構(gòu)叫“螺層狀結(jié)構(gòu)”。在活化過程中，基本微晶之間清除了各種含碳化合物和無序碳這樣便產(chǎn)生了空隙。所剩余的碳之間堆積相當(dāng)疏松，但相互的聯(lián)結(jié)卻相當(dāng)牢固。因此各微晶之間才有許多形狀不同，大小不等又有一定強(qiáng)度的空隙，按孔徑大小一般分為大孔、中孔和小孔。1972年國際精細(xì)應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)原蘇聯(lián)學(xué)者杜賓寧依據(jù)活性炭的物理性能把三種空隙的分類作了具體的規(guī)定?；钚蕴?0的表面積都在微孔上，所以微孔是決定其吸附性能的重要因素。
表二活性炭孔隙分類孔型聯(lián)合會(huì)規(guī)定的孔隙直徑（nm）微孔中孔2.0～50大孔50在活性炭的吸附過程中，這三種孔隙各有其特殊功能。對(duì)吸附來說，微孔是最重要的，它的比表面積可達(dá)幾百甚至上千㎡/g，孔容也比較大。微孔在很大程度上決定著活性炭的吸附能力。
活性炭的吸附特性不僅取決于它的孔隙結(jié)構(gòu)，而且取決于它的化學(xué)組成。由于基本微晶在活化時(shí)，一部分被燒掉，受到不完整石墨層的干擾改變了碳骨架電子云的排列，出現(xiàn)了不完全飽和價(jià)或成對(duì)電子直接影響著活性炭的吸附特性。另一影響活性炭吸附特性的是結(jié)構(gòu)中的雜原子?；钚蕴恐械碾s原子有兩種來源：一種是以化學(xué)結(jié)合的元素形成的，如氧和氫，這些元素一般來源于原材料，在炭化時(shí)不能完全分解遺留下來的，有的則是活化時(shí)，和活化劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)結(jié)合在表面上的。另一種是灰分，這些灰分主要來源于活性炭的原材料，也有少數(shù)是生產(chǎn)過程帶入的。灰分使活性炭的微晶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷，氧被化學(xué)吸著于這些缺陷上，從而提高了活性炭對(duì)極性分子的吸附作用?；曳值拇嬖趯?duì)氣體吸附（如二氧化硫、水蒸氣、醋酸等）也有直接影響。
在活性炭中加入某些無機(jī)化合物（如ALCL3、NaOH、CuO等）可使活性炭改性，吸附性能發(fā)生了某些明顯的變化。對(duì)某些物質(zhì)的吸附也可產(chǎn)生奇特的效果。
氧和氫的存在對(duì)活性炭的吸附性能影響較大，它們以化學(xué)鍵與碳原子結(jié)合，是活性炭結(jié)構(gòu)的有機(jī)部分。它們是優(yōu)良活性炭的重要組分。按照固體表面多相理論，氧、氫和其他雜原子結(jié)合在微晶的邊緣和角上的碳原子上，因?yàn)檫@種碳原子不完全飽和，反應(yīng)性較高。
在所有結(jié)合的元素中，氧比其他元素更引起人們的重視。因?yàn)檠鯇?duì)活性炭基本微晶的排列及大小有重大影響。這種表面結(jié)合的氧對(duì)水蒸氣和其他極性或可極化氣體的吸附能力有重大影響。
C—O表面化合物是多樣的。例如：C—O表面絡(luò)合物、表面氧化物、
表面氧化化合物和化學(xué)吸著氧。這些化合物分成兩類：一類是在溫度低于100℃時(shí)，氣態(tài)氧和活性炭表面發(fā)生反應(yīng)生成氧的絡(luò)合物，經(jīng)水合作用生成羥基和其他堿性基，這些堿性基可以起到離子交換作用；當(dāng)加熱到1000℃時(shí)，則生成氣態(tài)氧化物，從活性炭表面脫除。另一類是在300～500℃下，氧與活性炭接觸生成酸性氧化物，經(jīng)水合作用可生成酸性表面化合物，也有離子交換能力。由表面氧結(jié)合的官能團(tuán)主要有：羥基、羧基、酚基、內(nèi)脂、醌。但只有一部分氧結(jié)合在這些官能團(tuán)中，其余的則是以醚性鏈同碳表面結(jié)合。在活性炭中，還結(jié)合有N、CL等其他元素，這些原子的結(jié)合對(duì)活性炭的吸附性能也有著明顯的影響。
綜上所述：在活性炭中，由于微晶間的強(qiáng)烈交聯(lián)形成了發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，通過活化反應(yīng)使微孔擴(kuò)大形成了許多大小不同的孔隙，其表面一部分被燒掉，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不完整，加上灰分及雜原子的存在，使活性炭的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷和不飽和價(jià)，使氧及其他雜原子吸著于這些缺陷上，因而使活性炭產(chǎn)生各種各樣的吸附特性。
4活性炭吸附和過濾機(jī)理物質(zhì)在固體表面上或微孔容積內(nèi)積聚的現(xiàn)象叫吸附?；旌衔锿ㄟ^某種設(shè)備后，其中部分物質(zhì)被去除的現(xiàn)象叫過濾。就室內(nèi)空氣來說，經(jīng)過活性炭后，部分有害物質(zhì)被去除，活性炭起過濾作用；而就部分有害物質(zhì)來說，活性炭則起吸附作用。
吸附過程分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種。物理吸附單純靠分子間的引力把吸附質(zhì)吸附在吸附劑表面。物理吸附是可逆的，降低氣相中吸收質(zhì)分壓力，提高吸附溫度，吸附質(zhì)會(huì)迅速解吸，而不改變其化學(xué)成分?；瘜W(xué)吸附具有很高的選擇性，一種吸附劑只對(duì)特定的物質(zhì)有吸附作用?；瘜W(xué)吸附是不可逆的，吸附后被吸附質(zhì)已發(fā)生變化，改變了原來的特性。
物理吸附過程可分為以下幾個(gè)步驟：（a）污染氣體通過吸附邊界層，污染氣體的分子可能被吸附，也可能被從活性炭表面帶走，這取決于該成分在載氣和邊界層中氣體里的濃度差值，該值決定著吸附的強(qiáng)弱。當(dāng)污染空氣通過活性炭時(shí)，一些有害氣體的濃度差值很大，所以被吸附下來，而空氣中的固有成分由于濃度差基本為零，所以正常通過，而一些顆粒（如煙塵）由于過大，直接被留在大孔和中孔中。當(dāng)有害氣體的濃度差為零時(shí)，活性炭失效，需重新活化。（b）被吸附的分子向微孔擴(kuò)散。（c）該分子被牢牢的綁扎在吸附劑表面。
以上三個(gè)步驟在化學(xué)反應(yīng)中也必然發(fā)生?；瘜W(xué)吸附中，吸附劑與吸附質(zhì)結(jié)合比較牢固，必須在高溫下才能脫附?；瘜W(xué)吸附比物理吸附推動(dòng)力更大，結(jié)合更牢固，所以對(duì)毒性很強(qiáng)的污染物，用化學(xué)吸附更安全。物理吸附和化學(xué)吸附的區(qū)別如下：
表三物理吸附和化學(xué)吸附的區(qū)別 物理吸附化學(xué)吸附吸附溫度
不能大大高于吸附質(zhì)的沸點(diǎn)
與吸附質(zhì)的沸點(diǎn)無關(guān)
吸附速度
不需要任何活化能，其速度非常高，其與速度無關(guān)
吸附速度受活化能的影響，在很寬的范圍隨溫度變化
選擇性
無選擇性
有很強(qiáng)的選擇性
吸附方式
多分子層吸附
單分子層吸附
總的來說，當(dāng)某一吸附質(zhì)與吸附劑的表面接觸時(shí)，究竟是發(fā)生物理吸附還是化學(xué)吸附，要取決于吸附劑表面的反應(yīng)性、吸附質(zhì)的性質(zhì)、溫度和其他因素。其實(shí)這兩種吸附不是截然分開的，需看分子力和化學(xué)鍵誰是主要的。
在動(dòng)態(tài)條件下，完成對(duì)蒸汽的脫除，要求活性炭不僅要有一定的吸附容量，而且還要有一定的吸附速度。如果只有大的吸附容量而無一定的吸附速度，當(dāng)蒸氣與其短暫接觸時(shí)就來不及被吸附而穿透活性炭層，反之，若只有大的吸附速度，而無一定的吸附量，脫除量也是很小的。通常認(rèn)為，活性炭脫除空氣中的蒸氣包括以下一個(gè)或多個(gè)階段：
（1）外擴(kuò)散。空氣中的氣體或蒸氣向顆粒的整個(gè)表面擴(kuò)散；
（2）內(nèi)擴(kuò)散。氣體或蒸氣分子向活性炭大孔內(nèi)部（或沿大孔表面）的擴(kuò)散；
（3）顆粒內(nèi)表面對(duì)分子的吸附；
（4）被吸附的蒸氣與活性炭或被吸附氧、水或浸漬劑之間的反應(yīng)。
上述四個(gè)階段中每個(gè)階段的相對(duì)重要性，可能隨著發(fā)生脫除的特殊條件而有顯著的不同。擔(dān)相對(duì)地受溫度影響較小。在空隙內(nèi)擴(kuò)散的重要性由諸如顆粒大小、孔隙結(jié)構(gòu)特征、系統(tǒng)的某種擴(kuò)散性和內(nèi)表面上反應(yīng)速度的因素而定。接觸表面的吸附速率決定于表面的本性和延伸范圍，以及吸附某種所研究蒸氣或氣體的活化能。根據(jù)表面的特性也能測(cè)定出化學(xué)反應(yīng)，因?yàn)樵诘冢?）和第（4）階段中會(huì)出現(xiàn)大量的活化能，所以這個(gè)階段對(duì)溫度非常敏感。
在通常情況下，在這幾個(gè)階段內(nèi)，每階段的擴(kuò)散速率是不相同的，因此，擴(kuò)散阻力大的和擴(kuò)散速率慢的步驟控制總的傳播速率，為此，要提高整個(gè)過程的吸附速率，就要強(qiáng)化該擴(kuò)散控制區(qū)內(nèi)擴(kuò)散阻力大或擴(kuò)散系數(shù)最小的過程，使該吸附設(shè)備的吸附效率提高。
5活性炭對(duì)室內(nèi)氣體的吸附和過濾活性炭能有效的吸附揮發(fā)性有機(jī)物。芳族化合物能與活性炭間形成給受復(fù)體，活性炭中的羧基氧為電子給體，芳環(huán)為電子受體。當(dāng)芳族中有—NO2類取代基時(shí)，給受作用還會(huì)加強(qiáng)。在活性炭表面加入某些金屬離子，非極性的鏈烷類化合物也能很好的被吸附。
活性炭能有效的消除室內(nèi)的煙味。在煙的成分中，70是吸煙時(shí)從周圍吸入的空氣，另外，隨著燃燒生成的蒸氣、CO2、CO構(gòu)成煙氣，約達(dá)90。香煙霧粒子大部分是由香煙顆粒分解后形成的蒸氣成分凝結(jié)而成，故通常稱為液滴。另外還有一些微小顆粒?；钚蕴繉?duì)香煙粒子有很好的捕集作用?；钚蕴渴潜缺砻娣e很大的物質(zhì)，微小粒子可通過慣性作用和其他作用被阻留在活性炭的大孔或中孔中，而且其阻力隨集塵增加不大。煙氣中的有害氣體，有的由于濃度差而被吸附，另外一些可以通過在活性炭中添加離子來去除。
活性炭對(duì)CO、NO2、SO2等無機(jī)化合物也具有很強(qiáng)的吸附作用。據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，SO2在活性炭中能被氧化并與水結(jié)合生成H2SO4，同理CO、NO2也能被除去。另外活性炭對(duì)臭氧也有一定的吸附效果。根據(jù)資料，活性炭對(duì)砷、鉛、汞等有害金屬離子也具有很強(qiáng)的吸附能力。
6小結(jié)通過以上各節(jié)的論述，我們對(duì)活性炭的發(fā)展歷史、吸附特性、吸附動(dòng)力學(xué)以及對(duì)室內(nèi)氣體的吸附和過濾作用有了一個(gè)初步的了解?？傊钚蕴繉?duì)室內(nèi)空氣具有良好的除異味、除菌效果，能夠有效的改善室內(nèi)空氣的品質(zhì)。使用活性炭凈化空氣，可以減少通風(fēng)量，降低了空調(diào)能耗。
為了提高凈化效率，可以從活性炭過濾器的結(jié)構(gòu)和吸附材料的選擇方面加以改進(jìn)，尤其是活性炭纖維，其微孔特點(diǎn)使其對(duì)低濃度有害氣體具有極高的吸附量和吸附速度。
目前，活性炭過濾器的造價(jià)還比較高，這影響了它在民用空調(diào)中的應(yīng)用。如果能降低其成本，并在它對(duì)具體污染成分的去除效果上有理論突破，活性炭過濾器必將有廣闊的發(fā)展前景。
參考文獻(xiàn)1沈晉明·室內(nèi)污染物與空氣品質(zhì)評(píng)價(jià)·暖通空調(diào)，1995，2
2ASHARAEHANDBOOK，1991
3Dr.Keiton.BasilJQwen:Buildingrelatedsickness(buildingservices,1993年3月)
1 膜材料的發(fā)展
在科學(xué)發(fā)展日新月異的今天，大量具有各種不同功能的薄膜得到了廣泛的應(yīng)用，薄膜作為一種重要的材料在材料領(lǐng)域占據(jù)著越來越重要的地位。
自然屆中大地、海洋與大氣之間存在表面，一切有形的實(shí)體都為表面所包裹，這是宏觀表面。生物體還存在許多肉眼看不見的微觀表面，如細(xì)胞膜和生物膜。生物體生命現(xiàn)象的重要過程就是在這些表面上進(jìn)行的。細(xì)胞膜是由兩層兩親分子--脂雙層膜構(gòu)成，它好似柵欄，將一些分子攔在細(xì)胞內(nèi)，小分子如氧氣、二氧化碳等，可以毫不費(fèi)力從膜中穿過。膜脂雙層分子層中間還夾雜著蛋白質(zhì)，有的像船，可以載分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。細(xì)胞膜具有選擇性，不同的離子須走不同的通道才行，比如有K＋通道、Cl－通道等等。細(xì)胞膜的這些結(jié)構(gòu)和功能帶來了生命，帶來了神奇。
2 膜材料的應(yīng)用
人們?cè)隗@嘆細(xì)胞膜奇妙功能的同時(shí)，也在試圖模仿它，仿生一直以來就是材料設(shè)計(jì)的重要手段，這就是薄膜材料。它的一個(gè)很重要的應(yīng)用就是海水的淡化。雖然地球上70％的面積被水覆蓋著，但是人們賴以生存的淡水只占總水量的2.5％～3％，隨著人口增長和工業(yè)發(fā)展，當(dāng)今世界幾乎處于水荒之中。因此將浩瀚的海水轉(zhuǎn)為可以飲用的淡水迫在眉睫。淡化海水的技術(shù)主要有反滲透法和蒸餾法，反滲透法用到的是具有選擇性的高分子滲透膜，在膜的一邊給海水施加高壓，使水分子透過滲透膜，達(dá)到膜的另一邊，而把各種鹽類離子留下來，就得到了淡水。反滲透法的關(guān)鍵就是滲透膜的性能，目前常用有醋酸纖維素類、聚酰胺類、聚苯砜對(duì)苯二甲酰胺類等膜材料.這種淡化過程比起蒸法法，是一種清潔高效的綠色方法。
利用膜兩邊的濃度差不僅可以淡化海水，還可以提取多種有機(jī)物質(zhì)。工業(yè)生產(chǎn)中，可用膜法過濾含酚、苯胺、有機(jī)磺酸鹽等工業(yè)廢水，膜法過濾大大節(jié)約了成本，有利于我們的生存環(huán)境。
膜的應(yīng)用還體現(xiàn)在表面化學(xué)上面。在日常生活中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在樹葉表面，水滴總是呈圓形，是因?yàn)樗荒茉谌~面鋪展。噴灑農(nóng)藥時(shí)，如果在農(nóng)藥中加入少量的潤濕劑(一種表面活性劑)，農(nóng)藥就能夠在葉面鋪展，提高殺蟲效果，降低農(nóng)藥用量。
更重要的，研究人員還將膜材料用于血液透析，透析膜的主要功能是移除體內(nèi)多余水份和清除尿毒癥毒素，大大降低了腎功能衰竭患者的病死率[1]
3 膜材料的分類
近年來，隨著成膜技術(shù)的飛速發(fā)展，各種材料的薄膜化已經(jīng)成為一種普遍趨勢(shì)。
薄膜材料種類繁多，應(yīng)用廣泛，目前常用的有：超導(dǎo)薄膜、導(dǎo)電薄膜、電阻薄膜、半導(dǎo)體薄膜、介質(zhì)薄膜、絕緣薄膜、鈍化與保護(hù)薄膜、壓電薄膜、鐵電薄膜、光電薄膜、磁電薄膜、磁光薄膜等。 目前很受人們注目的主要有一下幾種薄膜。
3.1金剛石薄膜
金剛石薄膜的禁帶寬，電阻率和熱導(dǎo)率大，載流子遷移率高，介電常數(shù)小，擊穿電壓高，是一種性能優(yōu)異的電子薄膜功能材料，應(yīng)用前景十分廣闊[2]。
近年來，隨著科技的發(fā)展，人們發(fā)展了多種金剛石薄膜的制備方法，比如離子束沉積法、磁控濺射法、熱致化學(xué)氣相沉積法、等離子化學(xué)氣相沉積法等.成功獲得了生長速度快、具有較高質(zhì)量的膜，從而使金剛石膜具備了商業(yè)應(yīng)用的可能。
金剛石薄膜屬于立方晶系，面心立方晶胞，每個(gè)晶胞含有8個(gè)C原子，每個(gè)C原子采取sp3雜化與周圍4個(gè)C原子形成共價(jià)鍵，牢固的共價(jià)鍵和空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是金剛石硬度很高的原因.金剛石薄膜有很多優(yōu)異的性質(zhì)：硬度高、耐磨性好、摩擦系數(shù)效、化學(xué)穩(wěn)定性高、熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)小，是優(yōu)良的絕緣體。
利用它的高導(dǎo)熱率，可將它直接積在硅材料上成為既散熱又絕緣的薄層，是高頻微波器件、超大規(guī)模集成電路最理想的散熱材料。利用它的電阻率大，可以制成高溫工作的二極管，微波振蕩器件和耐高溫高壓的晶體管以及毫米波功率器件等。
金剛石薄膜的許多優(yōu)良性能有待進(jìn)一步開拓，我國也將金剛石薄膜納入863新材料專題進(jìn)行跟蹤研究并取得了很大進(jìn)展、金剛石薄膜制備的基本原理是:在襯底保持在800~1000℃的溫度范圍內(nèi)，化學(xué)氣相沉積的石墨是熱力學(xué)穩(wěn)定相，而金剛石是熱力學(xué)不穩(wěn)定相，利用原子態(tài)氫刻蝕石墨的速率遠(yuǎn)大于金剛石的動(dòng)力學(xué)原理，將石墨去除，這樣最終在襯底上沉積的是金剛石薄膜。
3.2鐵電薄膜
鐵電薄膜的制備技術(shù)和半導(dǎo)體集成技術(shù)的快速發(fā)展，推動(dòng)了鐵電薄膜及其集成器件的實(shí)用化。鐵電材料已經(jīng)應(yīng)用于鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(FDRAM)、鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管( FEET)、鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器( FFRAM)、IC卡、紅外探測(cè)與成像器件、超聲與聲表面波器件以及光電子器件等十分廣闊的領(lǐng)域[3]。鐵電薄膜的制作方法一般采用溶膠-凌膠法、離子束濺射法、磁控濺射法、有機(jī)金屬化學(xué)蒸汽沉積法、準(zhǔn)分子激光燒蝕技術(shù)等.已經(jīng)制成的晶態(tài)薄膜有鈮酸鋰、 鈮酸鉀、鈦酸鉛、鈦酸鋇、鈦酸鍶、氧化鈮和鋯鈦酸鉛等，以及大量的鐵電陶瓷薄膜材料。
3.3氮化碳薄膜
1985年美國伯克利大學(xué)物理系的M.L.Cohen教授以b-Si3N4晶體結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，預(yù)言了一種新的C-N化合物b-C3N4，Cohen計(jì)算出b-C3N4是一種晶體結(jié)構(gòu)類似于b-Si3N4，具有非常短的共價(jià)鍵結(jié)合的C-N化合物，其理論模量為4.27Mbars，接近于金剛石的模量4.43 Mbars.隨后，不同的計(jì)算方法顯示b-C3N4具有比金剛石還高的硬度，不僅如此， b-C3N4還具有一系列特殊的性質(zhì)，引起了科學(xué)界的高度重視，目前世界上許多著名的研究機(jī)構(gòu)都集中研究這一新型物質(zhì). 轉(zhuǎn)貼于
b-C3N4的制備方法只要有激光燒蝕法、濺射法、高壓合成、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、真空電弧沉積、離子注入法等多種方法。在CNx膜的諸多性能中，最吸引人的當(dāng)屬其可能超過金剛石的硬度，盡管現(xiàn)在還沒有制備出可以直接測(cè)量其硬度的CNx晶體，但對(duì)CNx膜硬度的研究已有許多報(bào)道。
3.4半導(dǎo)體薄膜復(fù)合材料
20世紀(jì)80年代科學(xué)家們研制成功了在絕緣層上形成半導(dǎo)體（如硅）單晶層組成復(fù)合薄膜材料的技術(shù)。這一新技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，使材料器件的研制一氣呵成，不但大大節(jié)省了單晶材料，更重要的是使半導(dǎo)體集成電路達(dá)到高速化、高密度化，也提高了可靠性，同時(shí)為微電子工業(yè)中的三維集成電路的設(shè)想提供了實(shí)施的可能性。
這類半導(dǎo)體薄膜復(fù)合材料，特別使硅薄膜復(fù)合材料已開始用于低功耗、低噪聲的大規(guī)模集成電路中，以減小誤差，提高電路的抗輻射能力。
3.5超晶格薄膜材料
隨著半導(dǎo)體薄膜層制備技術(shù)的提高，當(dāng)前半導(dǎo)體超晶格材料的種類已由原來的砷化鎵、鎵鋁砷擴(kuò)展到銦砷、鎵銻、銦鋁砷、銦鎵砷、碲鎘、碲汞、銻鐵、銻錫碲等多種。組成材料的種類也由半導(dǎo)體擴(kuò)展到鍺、硅等元素半導(dǎo)體，特別是今年來發(fā)展起來的硅、鍺硅應(yīng)變超晶格，由于它可與當(dāng)前硅的前面工藝相容和集成，格外受到重視，甚至被譽(yù)為新一代硅材料。
半導(dǎo)體超晶格結(jié)構(gòu)不僅給材料物理帶來了新面貌，而且促進(jìn)了新一代半導(dǎo)體器件的產(chǎn)生，除上面提到的可制備高電子遷移率晶體管、高效激光器、紅外探測(cè)器外，還能制備調(diào)制摻雜的場(chǎng)效應(yīng)管、先進(jìn)的雪崩型光電探測(cè)器和實(shí)空間的電子轉(zhuǎn)移器件，并正在設(shè)計(jì)微分負(fù)阻效應(yīng)器件、隧道熱電子效應(yīng)器件等，它們將被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、電子對(duì)抗、空間技術(shù)等領(lǐng)域。
3.6多層薄膜材料
多層薄膜材料已成為新材料領(lǐng)域中一支新軍。所謂多層薄膜材料，就是在一層厚度只有鈉米級(jí)的材料上，再鋪上一層或多層性質(zhì)不同的其他薄層材料，最后形成多層固態(tài)涂層。由于各層材料的電、磁及化學(xué)性質(zhì)各不相同，多層薄膜材料會(huì)用有一些奇異的特性。目前，這種制造工藝簡單的新型材料正受到各國關(guān)注，已從實(shí)驗(yàn)室研究進(jìn)入商業(yè)化階段，可以廣泛應(yīng)用于防腐涂層、燃料電池及生物醫(yī)學(xué)移植等領(lǐng)域。
1991年，法國特拉斯.博斯卡大學(xué)的Decher首先提出由帶正電的聚合物和帶負(fù)電的聚合物組成兩層薄膜材料的設(shè)想，由于靜電的作用，在一層材料上添加另外一層材料非常容易，此后，多層薄膜的研究工作進(jìn)展很快。通常，研究人員將帶負(fù)電的天然襯材如玻璃片等，浸入含有大分子的帶正電物質(zhì)的溶液，然后沖洗、干燥，再采用含有帶負(fù)電物質(zhì)的溶液，不斷重復(fù)上述過程，每一次產(chǎn)生的薄膜材料厚度僅有幾鈉米或更薄。由于多層薄膜材料的制造可采用重復(fù)性工藝，人們可利用機(jī)器人來完成，因此這種自動(dòng)化工藝很容易實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。目前，研究人員已經(jīng)或即將開發(fā)的多層薄膜材料主要有以下幾種：①制造具有珍珠母強(qiáng)度的材料。②新型防腐蝕材料。③可使燃料電池在高溫條件下工作的多層薄膜材料[4]。
4 展望
迄今，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和開發(fā)出了多種不同結(jié)構(gòu)和不同功能的薄膜材料，這些材料在化學(xué)分離、化學(xué)傳感器、人工細(xì)胞、人工臟器、水處理等許多領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值，被認(rèn)為將是21世紀(jì)膜科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一。
參考文獻(xiàn)：
[1]醫(yī)療設(shè)備信息.2007，(27)8.
1膜材料的發(fā)展
在科學(xué)發(fā)展日新月異的今天，大量具有各種不同功能的薄膜得到了廣泛的應(yīng)用，薄膜作為一種重要的材料在材料領(lǐng)域占據(jù)著越來越重要的地位。
自然屆中大地、海洋與大氣之間存在表面，一切有形的實(shí)體都為表面所包裹，這是宏觀表面。生物體還存在許多肉眼看不見的微觀表面，如細(xì)胞膜和生物膜。生物體生命現(xiàn)象的重要過程就是在這些表面上進(jìn)行的。細(xì)胞膜是由兩層兩親分子--脂雙層膜構(gòu)成，它好似柵欄，將一些分子攔在細(xì)胞內(nèi)，小分子如氧氣、二氧化碳等，可以毫不費(fèi)力從膜中穿過。膜脂雙層分子層中間還夾雜著蛋白質(zhì)，有的像船，可以載分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。細(xì)胞膜具有選擇性，不同的離子須走不同的通道才行，比如有K＋通道、Cl－通道等等。細(xì)胞膜的這些結(jié)構(gòu)和功能帶來了生命，帶來了神奇。
2膜材料的應(yīng)用
人們?cè)隗@嘆細(xì)胞膜奇妙功能的同時(shí)，也在試圖模仿它，仿生一直以來就是材料設(shè)計(jì)的重要手段，這就是薄膜材料。它的一個(gè)很重要的應(yīng)用就是海水的淡化。雖然地球上70％的面積被水覆蓋著，但是人們賴以生存的淡水只占總水量的2.5％～3％，隨著人口增長和工業(yè)發(fā)展，當(dāng)今世界幾乎處于水荒之中。因此將浩瀚的海水轉(zhuǎn)為可以飲用的淡水迫在眉睫。淡化海水的技術(shù)主要有反滲透法和蒸餾法,反滲透法用到的是具有選擇性的高分子滲透膜,在膜的一邊給海水施加高壓,使水分子透過滲透膜,達(dá)到膜的另一邊,而把各種鹽類離子留下來,就得到了淡水。反滲透法的關(guān)鍵就是滲透膜的性能,目前常用有醋酸纖維素類、聚酰胺類、聚苯砜對(duì)苯二甲酰胺類等膜材料.這種淡化過程比起蒸法法,是一種清潔高效的綠色方法。
利用膜兩邊的濃度差不僅可以淡化海水,還可以提取多種有機(jī)物質(zhì)。工業(yè)生產(chǎn)中，可用膜法過濾含酚、苯胺、有機(jī)磺酸鹽等工業(yè)廢水，膜法過濾大大節(jié)約了成本,有利于我們的生存環(huán)境。
膜的應(yīng)用還體現(xiàn)在表面化學(xué)上面。在日常生活中,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在樹葉表面,水滴總是呈圓形,是因?yàn)樗荒茉谌~面鋪展。噴灑農(nóng)藥時(shí),如果在農(nóng)藥中加入少量的潤濕劑(一種表面活性劑),農(nóng)藥就能夠在葉面鋪展,提高殺蟲效果,降低農(nóng)藥用量。
更重要的，研究人員還將膜材料用于血液透析，透析膜的主要功能是移除體內(nèi)多余水份和清除尿毒癥毒素，大大降低了腎功能衰竭患者的病死率[1]
3膜材料的分類
近年來,隨著成膜技術(shù)的飛速發(fā)展,各種材料的薄膜化已經(jīng)成為一種普遍趨勢(shì)。
薄膜材料種類繁多,應(yīng)用廣泛,目前常用的有：超導(dǎo)薄膜、導(dǎo)電薄膜、電阻薄膜、半導(dǎo)體薄膜、介質(zhì)薄膜、絕緣薄膜、鈍化與保護(hù)薄膜、壓電薄膜、鐵電薄膜、光電薄膜、磁電薄膜、磁光薄膜等。目前很受人們注目的主要有一下幾種薄膜。
3.1金剛石薄膜
金剛石薄膜的禁帶寬，電阻率和熱導(dǎo)率大，載流子遷移率高，介電常數(shù)小，擊穿電壓高，是一種性能優(yōu)異的電子薄膜功能材料，應(yīng)用前景十分廣闊[2]。
近年來,隨著科技的發(fā)展,人們發(fā)展了多種金剛石薄膜的制備方法,比如離子束沉積法、磁控濺射法、熱致化學(xué)氣相沉積法、等離子化學(xué)氣相沉積法等.成功獲得了生長速度快、具有較高質(zhì)量的膜,從而使金剛石膜具備了商業(yè)應(yīng)用的可能。
金剛石薄膜屬于立方晶系,面心立方晶胞,每個(gè)晶胞含有8個(gè)C原子,每個(gè)C原子采取sp3雜化與周圍4個(gè)C原子形成共價(jià)鍵,牢固的共價(jià)鍵和空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是金剛石硬度很高的原因.金剛石薄膜有很多優(yōu)異的性質(zhì)：硬度高、耐磨性好、摩擦系數(shù)效、化學(xué)穩(wěn)定性高、熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)小,是優(yōu)良的絕緣體。
利用它的高導(dǎo)熱率,可將它直接積在硅材料上成為既散熱又絕緣的薄層,是高頻微波器件、超大規(guī)模集成電路最理想的散熱材料。利用它的電阻率大,可以制成高溫工作的二極管,微波振蕩器件和耐高溫高壓的晶體管以及毫米波功率器件等。
金剛石薄膜的許多優(yōu)良性能有待進(jìn)一步開拓,我國也將金剛石薄膜納入863新材料專題進(jìn)行跟蹤研究并取得了很大進(jìn)展、金剛石薄膜制備的基本原理是:在襯底保持在800~1000℃的溫度范圍內(nèi),化學(xué)氣相沉積的石墨是熱力學(xué)穩(wěn)定相,而金剛石是熱力學(xué)不穩(wěn)定相,利用原子態(tài)氫刻蝕石墨的速率遠(yuǎn)大于金剛石的動(dòng)力學(xué)原理,將石墨去除,這樣最終在襯底上沉積的是金剛石薄膜。
3.2鐵電薄膜
鐵電薄膜的制備技術(shù)和半導(dǎo)體集成技術(shù)的快速發(fā)展,推動(dòng)了鐵電薄膜及其集成器件的實(shí)用化。鐵電材料已經(jīng)應(yīng)用于鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(FDRAM)、鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FEET)、鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器(FFRAM)、IC卡、紅外探測(cè)與成像器件、超聲與聲表面波器件以及光電子器件等十分廣闊的領(lǐng)域[3]。鐵電薄膜的制作方法一般采用溶膠-凌膠法、離子束濺射法、磁控濺射法、有機(jī)金屬化學(xué)蒸汽沉積法、準(zhǔn)分子激光燒蝕技術(shù)等.已經(jīng)制成的晶態(tài)薄膜有鈮酸鋰、鈮酸鉀、鈦酸鉛、鈦酸鋇、鈦酸鍶、氧化鈮和鋯鈦酸鉛等,以及大量的鐵電陶瓷薄膜材料。
3.3氮化碳薄膜
1985年美國伯克利大學(xué)物理系的M.L.Cohen教授以b-Si3N4晶體結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn),預(yù)言了一種新的C-N化合物b-C3N4,Cohen計(jì)算出b-C3N4是一種晶體結(jié)構(gòu)類似于b-Si3N4,具有非常短的共價(jià)鍵結(jié)合的C-N化合物,其理論模量為4.27Mbars,接近于金剛石的模量4.43Mbars.隨后,不同的計(jì)算方法顯示b-C3N4具有比金剛石還高的硬度,不僅如此,b-C3N4還具有一系列特殊的性質(zhì),引起了科學(xué)界的高度重視,目前世界上許多著名的研究機(jī)構(gòu)都集中研究這一新型物質(zhì).b-C3N4的制備方法只要有激光燒蝕法、濺射法、高壓合成、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、真空電弧沉積、離子注入法等多種方法。在CNx膜的諸多性能中，最吸引人的當(dāng)屬其可能超過金剛石的硬度，盡管現(xiàn)在還沒有制備出可以直接測(cè)量其硬度的CNx晶體，但對(duì)CNx膜硬度的研究已有許多報(bào)道。
3.4半導(dǎo)體薄膜復(fù)合材料
20世紀(jì)80年代科學(xué)家們研制成功了在絕緣層上形成半導(dǎo)體（如硅）單晶層組成復(fù)合薄膜材料的技術(shù)。這一新技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，使材料器件的研制一氣呵成，不但大大節(jié)省了單晶材料，更重要的是使半導(dǎo)體集成電路達(dá)到高速化、高密度化，也提高了可靠性，同時(shí)為微電子工業(yè)中的三維集成電路的設(shè)想提供了實(shí)施的可能性。
這類半導(dǎo)體薄膜復(fù)合材料，特別使硅薄膜復(fù)合材料已開始用于低功耗、低噪聲的大規(guī)模集成電路中，以減小誤差，提高電路的抗輻射能力。
3.5超晶格薄膜材料
隨著半導(dǎo)體薄膜層制備技術(shù)的提高，當(dāng)前半導(dǎo)體超晶格材料的種類已由原來的砷化鎵、鎵鋁砷擴(kuò)展到銦砷、鎵銻、銦鋁砷、銦鎵砷、碲鎘、碲汞、銻鐵、銻錫碲等多種。組成材料的種類也由半導(dǎo)體擴(kuò)展到鍺、硅等元素半導(dǎo)體，特別是今年來發(fā)展起來的硅、鍺硅應(yīng)變超晶格，由于它可與當(dāng)前硅的前面工藝相容和集成，格外受到重視，甚至被譽(yù)為新一代硅材料。
半導(dǎo)體超晶格結(jié)構(gòu)不僅給材料物理帶來了新面貌，而且促進(jìn)了新一代半導(dǎo)體器件的產(chǎn)生，除上面提到的可制備高電子遷移率晶體管、高效激光器、紅外探測(cè)器外，還能制備調(diào)制摻雜的場(chǎng)效應(yīng)管、先進(jìn)的雪崩型光電探測(cè)器和實(shí)空間的電子轉(zhuǎn)移器件，并正在設(shè)計(jì)微分負(fù)阻效應(yīng)器件、隧道熱電子效應(yīng)器件等，它們將被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、電子對(duì)抗、空間技術(shù)等領(lǐng)域。
3.6多層薄膜材料
多層薄膜材料已成為新材料領(lǐng)域中一支新軍。所謂多層薄膜材料，就是在一層厚度只有鈉米級(jí)的材料上，再鋪上一層或多層性質(zhì)不同的其他薄層材料，最后形成多層固態(tài)涂層。由于各層材料的電、磁及化學(xué)性質(zhì)各不相同，多層薄膜材料會(huì)用有一些奇異的特性。目前，這種制造工藝簡單的新型材料正受到各國關(guān)注，已從實(shí)驗(yàn)室研究進(jìn)入商業(yè)化階段，可以廣泛應(yīng)用于防腐涂層、燃料電池及生物醫(yī)學(xué)移植等領(lǐng)域。
1991年，法國特拉斯.博斯卡大學(xué)的Decher首先提出由帶正電的聚合物和帶負(fù)電的聚合物組成兩層薄膜材料的設(shè)想，由于靜電的作用，在一層材料上添加另外一層材料非常容易，此后，多層薄膜的研究工作進(jìn)展很快。通常，研究人員將帶負(fù)電的天然襯材如玻璃片等，浸入含有大分子的帶正電物質(zhì)的溶液，然后沖洗、干燥，再采用含有帶負(fù)電物質(zhì)的溶液，不斷重復(fù)上述過程，每一次產(chǎn)生的薄膜材料厚度僅有幾鈉米或更薄。由于多層薄膜材料的制造可采用重復(fù)性工藝，人們可利用機(jī)器人來完成，因此這種自動(dòng)化工藝很容易實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。目前，研究人員已經(jīng)或即將開發(fā)的多層薄膜材料主要有以下幾種：①制造具有珍珠母強(qiáng)度的材料。②新型防腐蝕材料。③可使燃料電池在高溫條件下工作的多層薄膜材料[4]。
4展望
迄今，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和開發(fā)出了多種不同結(jié)構(gòu)和不同功能的薄膜材料，這些材料在化學(xué)分離、化學(xué)傳感器、人工細(xì)胞、人工臟器、水處理等許多領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值，被認(rèn)為將是21世紀(jì)膜科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一。
參考文獻(xiàn)：
[1]醫(yī)療設(shè)備信息.2007,(27)8.
