神奇的智能材料

2024-09-24

神奇的智能材料（通用9篇）

神奇的智能材料篇1

南开中学邀请我来做报告, 我想讲讲我熟悉的领域———材料科学。

先从我们身边的事情讲起。大家都知道乔布斯的产品风靡世界 , 他的i Phone和i Pad是很多年轻人不离身的工具。这两个设备比较吸引人的是它们的触摸屏。为什么手指触摸能够写入信息?触摸屏是个透明的导电玻璃, 手指接触的时候人体电场与导电玻璃形成一个耦合电容, 电容在高频电流下可以导电, 手指从接触点吸走了一个很小的电流, 电流通过屏幕四个角上的电极流出, 流经这四个电极的电流与触点的距离是成正比的, 因此控制器通过对这四个电流比例的精确计算, 定位手指的位置。为什么i Phone和i Pad这么精确?原因就在这里。

触摸屏的核心材料叫ITO。触摸屏看着很薄, 实际有五层, 表面是保护层, 保护层下面是黏合层, 黏合层下面是电极层, 电极层下面是玻璃基板, 最下面是LCD的显示屏。我们看到的实际就是显示屏, 里面的关键材料是ITO, 也就是透明导电玻璃。ITO是铟和锡的氧化物, 由90%的三氧化二铟和10%的二氧化锡组成。这种材料突破了透明材料不导电、导电材料不透明的难题。早在1907年, Badeker就发现金属镉薄膜氧化后具有透明和导电的特性, 之后它被首次用于轰炸机玻璃的除雾, 那时轰炸机都是靠人导航, 靠望远镜寻找目标, 所以这种材料的应用显得极为重要。目前ITO主要用于触摸屏和太阳能电池的制造。

我们生活中有很多新材料, 比如计算机的液晶LED是发光的半导体, 计算机的核心材料是硅材料。另外比如用于疾病诊断的核磁共振成像仪, 采用超导材料产生很强大的磁场, 形成高水平、高分辨率的核磁共振。超级赛车, 也就是全纤维的复合材料赛车, 车身全部是玻璃纤维, 车底座全部是由高密碳纤维组成的。这样的赛车重量轻、速度快、省油、安全, 翻几个个儿驾驶员的安全也没有问题。这些都是新材料的例子。下面我讲几个问题。

第一, 材料为什么重要。材料是人类世界发展的支柱, 是人类认识世界、改造世界的载体、工具, 或者说材料决定了人类文明的发展程度。远古的新石器、旧石器时代, 那时的人类只能靠石头加工工具, 材料是石头。到了青铜器时代, 人类文明有了较大的进步, 封建社会的主要标志是青铜器的使用, 随后是铁器时代, 现代则进入电子材料时代。电子材料主要是硅, 有了硅才有了现在的信息时代, 而将来碳有可能成为最重要的材料。在青铜器时代、铁器时代, 中国在世界上都处于领先地位, 所以创造了悠久的文明, 比欧美早得多。两次工业革命都以新材料的发明和广泛应用为先导。18世纪第一次工业革命, 由于制钢工业的发展开启了钢铁时代;20世纪中叶以来的第二次工业革命, 单晶硅的产生使人类进入全新的信息时代。所以说材料是人类历史的先导, 它与能源和信息并称为人类文明的三大支柱。但能源是在人类进入工业社会后才成为支柱, 信息也只有在人类进入信息社会后才能发挥支柱作用。

第二, 材料怎样分类。按组成与结构可以分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料。按性能可以划分为结构材料与功能材料。桌子、地面、楼等所有结构上使用到的能承受力学载荷的材料都属于结构材料;功能材料则是指具有特殊的声、光、电、磁、热等物理性能或化学性能的材料。目前功能材料是研究的热点, 但结构材料是人类永恒的主题。材料还可以按照用途分类, 有电子信息材料、航空航天材料、能源材料、生物医用材料等等。

第三, 材料学科的发展和材料工程的概念。材料学科成立是近几十年的事, 在历史上材料学科一直都是其他学科的分支。中国现存最早的材料研究记录, 根据我的初步了解是北洋大学 (天津大学的前身) 土木工程系里的材料研究所留下的。北洋大学于1895年成立, 初期主要有土木工程、水利工程、机械、矿业和法律等中国工业起步阶段非常急需的学科。无论什么专业都需要材料。材料科学与工程这一概念是1957年提出来的。俄罗斯人造卫星上天以后, 美国压力很大, 总结出追赶的关键在于材料。于是美国的教授们提出了“材料科学”这一概念, 被世界所广泛接受。20世纪20年代, 固体物理和材料这两个学科是分离的, 30年代逐渐融合, 60年代材料工程与固体物理有了交叉, 直到70年代才真正形成材料科学与工程这门学科。天津大学是中国最早开设材料学科的大学之一, 其材料学科反映了中国材料学科的发展。它的金属材料专业成立于1958年, 无机非金属材料专业是1952年成立的, 高分子材料建于1958年, 腐蚀与防护专业是1962年成立的, 这四个专业在1985年组成材料系, 是中国最早的材料系之一。1997年成立材料科学与工程学院, 我很荣幸担任这个学院的首任院长。现在的材料科学与工程学院有材料学、材料加工、材料物理和化学三个二级学科。天津大学的材料科学与工程一级学科是国家重点学科。

第四, 是我今天报告的主要内容, 介绍世界上新材料的发展趋势, 包括新能源材料、环境材料、超导材料、结构材料、航空发动机用高温材料和纳米材料。

先说说新能源材料。能源危机、环境污染是人类社会面临的重要课题。煤炭的储量估计能供人类使用200到500年, 石油是40到100年, 天然气能使用170年。这些能源的储量是有限的, 更重要的是使用这些能源对地球的空气污染非常严重。据美国能源研究院的统计, 现在可再生能源占能源消费总量的比例非常小, 预测到2030年可能达到30%, 到2050年也许能达到50%。目前主要应用的还是化石能源, 石油大概占35%, 煤占了接近25%, 天然气占20%, 核能占6%。而可再生能源应用比例非常低, 比如太阳能, 现在只占0.5%。而所有可再生能源应用技术的突破点都在于新材料的运用, 比如由于材料研究方面的突破, 薄膜太阳能电池的使用在2006年时出现井喷式的增长, 到了2010年左右, 进入了一个比较稳定的增长时期。

太阳能电池经历了四个发展阶段。第一代是单晶硅和多晶硅, 第二代是薄膜太阳能电池, 在这个领域南开大学做得非常成功, 他们的项目建设在天津港保税区。第三代是染料敏化太阳能电池, 这种电池具有很好的发展前景。我要重点介绍一下第四代, 就是量子点材料的太阳能电池, 这种电池可能预示着未来太阳能转换领域的重大突破。所有的太阳能电池研究, 目的都在于提高太阳能电池的效率、降低成本、确保使用的稳定性, 建立一个合理的平衡。根据美国科学家进行的理论计算, 目前太阳能电池的转化率存在一个理论极限。硅的太阳能电池光电转化效率最高只有31%, 实验室里能达到百分之二十几, 但真正使用中能达到百分之十几就非常好了。量子点是一种新的光敏材料, 一种半导体材料。半导体材料的尺寸小到一定程度, 这种材料就叫做量子点材料。它有一个特性, 一个光子可以使量子点产生2~3个电子, 至少可以有2~3倍的电量产生。量子点可大可小, 根据自身大小量子点能吸收的光波也是不一样的, 所以它的光波选择范围很宽。这是天津大学一位名叫杜希文的年轻教授所做的研究。他研发了海绵状的量子点材料, 比传统量子点材料的电流密度提高三倍。这篇文章刊登在一个著名的材料化学杂志上, 并被选为封面论文和研究亮点。杜教授经过进一步工作, 把这个量子点材料做成了蜂窝状结构, 比传统结构的光生电流提高18倍, 当然这离工业化使用还有一定的距离。

再讲一讲光化学材料。我们知道万物生长靠太阳, 绿色植物吸收光能转变成化学能, 化学能以糖的形式储存在植物里。食草动物吃植物, 然后食肉动物吃食草动物, 这样就形成了食物链。实际上所有的化学能量都是由光合作用产生的。所以科学家就设想, 能不能利用光合作用的原理进行人工光合成, 用以制备太阳能燃料。这是科学家长期以来追求的一个梦想, 也是目前世界上最先进的一个研究方向。这里要提到美国现任能源部部长、诺贝尔奖获得者、著名的原子物理学家朱棣文。朱棣文2010年访问天津大学并发表演讲。朱棣文为什么会来到天津大学呢?因为他的外祖父李树田是北洋大学时期的一位校长, 他是回来寻根的。他领导的美国能源部倡导成立了美国的能源创新中心, 通过组建多学科高度合作团队, 采取与众不同的途径, 优先解决人工光合成制造太阳能燃料所涉及的技术挑战。其中重要技术之一就是半导体光催化。这项技术是利用半导体材料和太阳光把水分解成氢和氧。另外, 光催化还可以把二氧化碳还原为碳氢化合物, 即太阳能燃料。天津大学也有课题组在做上述前沿领域的相关研究工作。我们都知道“减排”就是减少二氧化碳的排放。对这个令人头疼的问题人类采取了很多办法, 有人建议利用大的地下坑道捕获二氧化碳进行深埋。实际上, 如果采用光催化还原的技术就可以把二氧化碳变成甲烷等高附加值的燃料及其他化学品。所以说这是一项可以变废为宝的神奇技术。

再讲一下吸波材料, 也就是现在说的隐身材料。大家知道海湾战争中美国的F-117A创造了隐形战机“无法被发现和击中”的“神话”:42架F-117A出动了近1300架次, 投弹2000多吨, 轰炸了战略目标清单中40%以上的目标, 其自身却无一损失。伊拉克尽管拥有相当数量的雷达, 却探测不到飞机在哪里。F-117A隐形战机就采用了当时最先进的隐身材料。科索沃战争后美国很紧张, 认为这个技术被其他国家包括中国拿走了。F-117A在美国本土坠落的时候, 美国联邦调查局 (FBI) 封锁了现场, 不允许任何材料的流失。隐形飞机、坦克、舰船, 都是依靠红外隐身、迷彩、激光隐身、雷达隐身、声隐身等隐形材料和隐形结构设计达到隐形目的的。隐身材料吸收雷达波的原理为:雷达波发出以后, 材料吸收了雷达波并转变成热能散发掉, 这样就无雷达波返回, 在雷达屏幕上就没有信号。我在十几年前做过吸波材料的研究。吸波材料在日常生活中也有广泛的应用, 如孕妇穿的防辐射服, 能够阻挡各种电子设备发出的电磁波。

下面谈谈超导材料。《阿凡达》是风靡一时的美国大片, 电影中哈利路亚山为什么能够悬浮在空中呢?电影中人类为什么要去占领潘多拉星球呢?其实这一切都源于超导, 因为潘多拉星球有人类梦寐以求的室温超导材料。正像电影中描述的那样, 如果能够找到室温超导材料, 足以引发一场新的产业革命, 给世界经济带来新的增长点。超导材料为什么有如此重要的作用?这要从它的原理和基本特性说起。超导现象是指当材料低于某一个温度时, 电阻突然变为零。汞是第一个被发现的超导材料, 其超导转变温度仅有4.15K, 也就是接近绝对零度。目前超导转变温度最高可达160K, 相当于零下113度, 已经具有比较广阔的应用前景。零电阻的主要用途是输电电缆。云南普吉有个试验站, 是我国第一条超导线路的示范线, 我参加了这个线的落成剪彩, 是由天大的校友主持的。超导电缆输电能力是常规铜电缆的十倍。超导材料还具有完全抗磁性。将超导材料放在一块永久磁体的上方, 由于完全抗磁性, 磁体和超导体之间会产生排斥力, 使超导体悬浮在磁体上方。这就是电影《阿凡达》中那些大大小小的矿山悬浮在空中的原因。现实生活中, 利用这种磁悬浮效应已经制成高速超导磁悬浮列车, 其速度超过500公里 / 小时。超导材料的另一个效应叫约瑟夫效应, 这种效应在材料中的运用也非常广泛。约瑟夫效应是指在两块超导体中间放置绝缘层会产生量子隧道效应, 电流会穿过绝缘体。超导体两边是零电压时, 会产生直流超导电流;超导体两边有一定电压时, 则会产生交流超导电流。若加一个与电流垂直的磁场, 则超导电流随磁场的变化规律就如光学中的衍射现象一样, 电流对磁场的变化将变得极其敏感。据此, 可做成超导磁力仪, 探测磁场的微弱变化, 在生物磁性测量、寻找矿藏等领域发挥巨大的作用。

在超导领域的研究与应用方面曾有五位科学家获得过诺贝尔奖。很多国家对超导非常重视, 在超导研究领域投入很大力量。美国能源部认为超导技术是21世纪电力工业唯一的高技术储备。中国也将在2020至2050年推广运用超导技术。天津石各庄变电站是当今世界上容量最大的超导限流器, 是天津大学校友研发的, 也是超导材料的重要产业化应用。未来十年是超导市场发展和超导材料产业化的十年, 实现室温超导是全人类的梦想。

再讲一讲生物材料的开发及应用。像陶瓷、医用金属合金、医用高分子材料、生物衍生和仿生材料是当今研究的重点和热点, 天津大学在这方面的研究也很活跃, 有些研究成果在世界上处于领先地位或者非常有影响力。实际上很多具有特殊性能的生物材料就在我们身边, 等待我们发掘。比如生活中常见的蜘蛛丝就是一种优异的生物材料。大家对于电影《蜘蛛侠》应该都比较熟悉, “蜘蛛侠”之所以有那么高的本领, 就是因为蜘蛛丝。蜘蛛丝的强度是钢丝的5倍, 并且非常轻巧有弹性。此外蜘蛛网有个特点, 就是局部破损后可以保持整体的完整性, 所以说蜘蛛网是一种非常好的智能材料。曾有科学家从材料结构学的角度分析蜘蛛网破损的机制, 这篇文章发表在世界上最顶级的科学杂志《自然》 (Nature) 上。他们从力学角度对蜘蛛网的受力行为及破损机制进行了透彻的分析, 为后期的材料开发奠定了理论基础。蜘蛛网究竟是由什么材料构成, 才使其具有如此特异的性能呢?蛛丝是从蜘蛛的腹部吐出来的, 蜘蛛的腹部有很多喷头, 从多个喷头射出的蛛丝最后组成一束蛛丝, 所以我们看到的蜘蛛丝其实不是一根而是一束。而这一束蜘蛛丝实际上是一个壳核结构, 内部是纤维核, 核内由一束蛛丝组成, 其结构非常复杂。蛛丝属于一种常见的生物材料, 科学家通过对它构成的解析, 发现蛛丝在受到外力冲击的时候, 它的蛋白质结构会发生转变, 使其受到的外界冲击力降到最低, 这就是它能进行智能调节的原理。简单而言, 蜘蛛丝的特异功能实际上是通过氨基酸的蛋白结构变化来实现的。

正是因为蜘蛛丝具有如此优异的性能, 所以科学家希望人工合成仿蛛丝材料, 比如利用高分子材料静电纺丝技术制备人工蛛丝。另外一个方法更聪明, 也更具有挑战性, 就是运用转基因技术制造人工蜘蛛丝。大家知道, 蚕可以吐丝, 而且温顺好养。科学家通过对蜘蛛基因的深入研究, 已经明确了调节蜘蛛丝蛋白的基因, 并成功地将这个基因转入到蚕中。这样, 转基因蚕吐出来的丝结成的蚕茧就有蜘蛛丝的独特性能。目前, 该项研究已经成功完成实验室研发阶段。将来我们很可能通过上述两个途径大量生产人造蛛丝, 进而利用蛛丝的韧性好、安全性高、生物相容性好及可降解等优点, 实现其在工业、航空航天及医学等领域的潜在应用价值。

中国要提高飞机发动机的研发水平, 关键要解决材料问题, 所以飞机发动机的研发可能会列入国家重大科技专项。实际上, 我国很早就在研究航空发动机, 1934年北洋大学已经研制成功中国第一台飞机发动机。航空发动机主要采用金属材料和陶瓷材料。飞机涡轮发动机的主要结构是叶片。叶片是高温材料, 表面有一层陶瓷层, 耐磨, 耐高温, 这个陶瓷是不能掉的, 掉一小块就可能酿成重大安全事故。这是一个技术难题。天津大学在这方面做过大量卓有成效的工作。天津大学校友、兼职教授师昌旭先生是国家最高科学技术奖获得者。他为我国航空发动机用高温合金的研发做出过重大贡献。

最后讲的材料是纳米材料。2010年诺贝尔物理奖的获得者, 一位叫安德烈·海姆, 另一位叫康斯坦丁·诺沃肖洛夫, 他们在2004年发现了石墨烯, 2010年获得诺贝尔奖。这是诺贝尔奖历史上从成果公布到获奖间隔时间最短的一次, 仅用了6年的时间。很多诺贝尔奖都是成果公布后经过几十年后才获得的。石墨烯是世界上最薄但最坚硬的纳米材料, 实际上它是由碳原子组成的纸状平面薄膜, 是只有一个碳原子厚度的二维材料。关于它的发现有一个传说, 是海姆自己讲的故事。当时很多人都在研究怎么得到最薄的碳材料, 海姆想把裂解石墨做成最薄, 他把这个任务交给一个留学生, 让他用化学抛光法来制备。三个星期后, 这个留学生对海姆说他成功了。但其实他只是获得一些很小的石墨点, 仍然有10微米厚, 大概1000层左右。海姆很不高兴地说你能否再研磨得薄一点。然而这位留学生却叫板:如果你这么聪明, 你自己试试。于是海姆决定自己来试。但是抛光法不行, 海姆决定用透明胶带。他用胶带纸粘一小块石墨、折叠, 然后再撕开胶带, 薄片也随之一分为二。屡次重复这一过程, 最后得到薄薄一层的石墨, 名字叫做石墨烯。这是一次偶然的发现, 可惜的是这位留学生没有坚持下去, 否则诺贝尔奖上也会有他的名字。碳纳米材料家族中第一个诺贝尔获奖者是斯莫利。他是美国赖斯大学的教授, 1984年发现富勒烯, 1996年获得诺贝尔化学奖。当时他和其他几位研究者在氦气流中以激光汽化蒸发石墨, 然后在形成的碎末中寻找新的材料, 其中有一个60个碳原子构成的材料引起了他们的极大关注。当时没有人知道这是什么材料, 斯莫利与研究数学、化学的几个科学家一起研究, 将60个碳原子材料解析出来了:60个碳原子正好组成一个分子, 顶端是碳, 具有60个顶点和32个面, 形似足球, 所以把这种结构叫做富勒烯, 也称C60。这个发现让他和另两位科学家获得了1996年诺贝尔奖化学奖。C60是碳纳米材料家族中的一个典型代表, 它可以储存气体, 可以药用, 也可以清洁用。C60出现不久后碳纳米管就被日本的饭岛教授发现了, 它相当于把一层或数层石墨烯卷起来形成的柱状。用化学合成法, 现在可以非常容易地合成几公斤量的碳纳米管。如何把碳纳米管做得很长是目前的研究热点和难点, 天津大学的李亚利教授在这一领域取得了突破。他制造了几千米长的碳纳米管纤维, 创造了中国纪录, 甚至是世界纪录。人类曾经有个设想, 希望做个梯子与太空链接, 航天员可以通过梯子直接登上太空。但是当时没有任何一种材料可以制作这种梯子, 因为这么长的梯子, 其自重就难以承受。但在碳纳米管出现以后, 这个设想理论上就可以实现了, 这样以后登月就不用航天飞机了。碳纳米管是非常好的电导体材料, 在一定条件下它可以变成超导状态。石墨烯可以做电子元器件, 导电能力也非常强, 是铜的一万倍, 如果用石墨烯做手机的触摸屏, i Phone完全有可能像纸一样薄。未来石墨烯是否能取代ITO, 取决于其成本能否降到普通大众能用得起。现在这一研究的进展非常顺利, 韩国科学家已经发明了用多层石墨烯、玻璃纤维、聚酯片和机体组成的柔性透明的显示屏。今年4月初, 谷歌公布了“增强眼镜计划”, 以实现谷歌功能的便携化。其中最大的突破就是新材料的研发。

(以上是李家俊校长于2012年6月15日在南开公能讲坛上所作的报告, 本刊登载时有删节。)

神奇的智能材料篇2

关键词：石墨烯、富勒烯、碳纳米管、应用

石墨烯

【1】在2004年，英国的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃塞洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。而后制得是摩西的方法多种多样。

石墨烯是一种二维晶体，最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”(electric charge carrier)，的性质和相对论性的中微子非常相似。人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨

石墨烯特性

（1）比钻石还要坚硬

科学家发现了一些只有100分之一头发丝宽度的石墨烯薄片后，他们就开始使用原子尺寸的金属和钻石探针对它们进行穿刺，从而测试它们的强度。让科学家震惊的是，石墨烯比钻石还强硬，它的强度比世界上最好的钢铁还高100倍石墨烯是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的碳单质，结构非常稳定。其完美的晶格结构，常被误认为很僵硬，但事实并非如此。石墨烯各个碳原子间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形。这样，碳原子就不需要重新排列来适应外力，这也就保证了石墨烯结构的稳定，使得石墨烯比金刚石还坚硬，同时可以像拉橡胶一样进行拉伸。这种稳定的晶格结构还使石墨烯具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于其原子间作用力非常强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中的电子受到的干扰也非常小。

（2）在室温下传递电子的速度比已知导体都快。

其导电电子不仅能在晶格中无障碍地移动，而且速度极快，远远超过了电子在金属导体或半导体中的移动速度。

总结一下特性：石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。

石墨烯应用前景

一、晶体管、触摸屏、基因测序

石墨烯可以应用于晶体管、触摸屏、基因测序等领域，同时有望帮助物理学家在量子物理学研究领域取得新突破。中国科研人员发现细菌的细胞在石墨烯上无法生长,而人类细胞却不会受损。利用这一点石墨烯可以用来做绷带,食品包装甚至抗菌T恤。用石墨烯做的光电化学电池可以取代基于金属的有机发光二极管,因石墨烯还可以取代灯具的传统金属石墨电极,使之更易于回收。

这种物质不仅可以用来开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、制造出超坚韧的防弹衣，甚至能让科学家梦寐以求的2.3万英里长太空电梯成为现实。

二、代替硅生产超级计算机

科学家发现，石墨烯是目前已知导电性能最出色的材料。石墨烯的这种特性尤其适合于高频电路。高频电路是现代电子工业的领头羊，一些电子设备，例如手机，由于工程师们正在设法将越来越多的信息填充在信号中，它们被要求使用越来越高的频率，然而手机的工作频率越高，热量也越高，于是，高频的提升便受到很大的限制。由于石墨烯的出现，高频提升的发展前景似乎变得无限广阔了。这使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。研究人员甚至将石墨烯看作是硅的替代品，能用来生产未来的超级计算机。

三、光子传感器

石墨烯可以以光子传感器的面貌出现在更大的市场上，这种传感器是用于检测光纤中携带的信息的，现在，这个角色还在由硅担当，但硅的时代似乎就要结束。IBM的一个研究小组披露了他们研制的石墨烯光电探测器，接下来人们要期待的就是基于石墨烯的太阳能电池和液晶显示屏了。因为石墨烯是透明的，用它制造的电板比其他材料具有更优良的透光性。

富勒烯

【2】

富勒烯于1985年发现的继金刚石、石墨和线性碳(carbyne)之后碳元素的第四种晶体形态。其中柱状或管状的分子又叫做碳纳米管或巴基管。碳60(C60)和碳70(C70)是最常见的，也是能够量产的富勒烯,富勒烯的成员还有C28、C32、C240、C540。C78、C82、C84、C90、C96等也有管状等其他形状。

富勒烯（Fullerene)是一种碳的同素异形体任何由碳一种元素组成，以球状，椭圆状，或管状结构存在的物质，都可以被叫做富勒烯。富勒烯是一系列纯碳组成的原子簇的总称。它们是由非平面的五元环、六元环等构成的封闭式空心球形或椭球形结构的共轭烯。现已分离得到其中的几种，如C60和C70等。在若干可能的富勒烯结构中C60，C240，C540和直径比为1:2:3。C60的分子结构的确为球形32面体，它是由60个碳原子以20个六元环和12个五元环连接而成的具有30个碳碳双键（C=C）的足球状空心对称分子，所以，富勒烯也被称为足球烯。由12个五边形和20个六边形组成。其中五边形彼此不相联接只与六边形相邻。与石墨相似，C60中每个碳原子与周围三个碳原子形成三个σ键，C-C-C夹角为116°，三个σ键角总和为348°，而不是平面三角形的360°，故为球面，由杂化轨道理论计算：C原子是采取sp2.28杂化，用三个杂化轨道形成σ键，每个C原子剩下的一个轨道（s0.09P0.90）与球面成101.6°，形成离域Π键，故具有芳香性。

富勒烯特性

1、C60分子具有芳香性，溶于苯呈酱红色；有润滑性，可能成为超级润滑剂。金属掺杂的C60有超导性，是有发展前途的超导材料。

2、硬度比钻石还硬

3、轫度(延展性)比钢强100倍

4、导电性比铜强，重量只有铜的六分之一

5、易取材，富勒烯成分是碳，所以可从废弃物中提炼

富勒烯应用

一、C60的应用

1、润滑剂和研磨剂

C60具有特殊的圆球形状，是所有分子中最圆的分子；另外，C60的结构使其具有特殊的稳定性。在分子水平上，单个C60分子是异常坚硬的，这使得C60可能成为高级润滑剂的核心材料。C60分子一出世，就有人提议用它来做“分子滚珠”，制成润滑剂。将C60完全氟化得到的C60F60是一种超级耐高温材料，这种白色粉末状物质是比C60更好的优良润滑剂，可广泛应用于高技术领域。另外，C60分子的特殊形状和极强的抵抗外界压力的能力使其有希望转化成为一类新的超高硬度的研磨材料。

2、富勒烯电化学

C60具有完美对称的足球结构，反应在其电子能级上具有较高的简并度.理论计算表明，C60分子的电子能级简并度最高可达五重。C60的最低未占据分子轨道（LUMO）是三重简并的tlu态，使得C60具有很高的电负性，它能够接受电子而形成带负电子的阴离子。高度结构对称性与分子轨道简并度结合起来，使得C60分子具有非常丰富的氧化还原性质。

3、非线性光学器件

实验和理论研究表明，C60和C70等富勒烯都是良好的非线性光学材料，C60/C70混合物（C70约占10%）的非线性光学系数约为1.1×10-9esu，C76甚至还具有光偏振性。富勒烯分子中不存在对非线性光学性能有干扰作用的碳—氢键和碳—氧键，与其他非线性光学材料相比，性能更加优越

4、超导性

掺杂C60超导体的发现是超导领域的又一重大成果，这种超导体具有相对较高的临界温度，掺杂C60超导体的临界温度不仅远远高于所有的有机分子超导体，而且也大大高于以前发现的金属和合金超导体，只比现在炙手可热的氧化物陶瓷超导体低。

富勒烯超导体最大的优点在于这种化合物容易加工成所需要的各种形状；同时由于它们是三维分子超导体，各向同性，使得电流可以在各个方向均等地流动。同时，富勒烯化合物超导体还具有较高的临界磁场和临界电流密度，理论分析和一些实验结果显示，在更大的富勒烯分子掺杂化合物中可能大幅度提高超导临界温度。良好的性质和潜在的高临界温度为富勒烯超导体的应用创造了条件。

二、碳纳米管的应用

1、力学

【3】

碳纳米管具有弹性高、密度低、绝热性好、强度高、隐身性优越、红外吸收性好、疏水性强等优点，它可以与普通纤维混纺来制成防弹保暖隐身的军用装备。也可用于增强金属、陶瓷和有机材料等。并且结合碳纳米管的导热导电特性，能够制备自愈合材料。

2、隐身材料

碳纳米管对红外和电磁波有隐身作用: 纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长,因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多,这就大大减少波的反射率;纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3～4个数量级,对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多。所以红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，很难发现被探测目标,起到了隐身作用。由于发射到该材料表面的电磁波被吸收,不产生反射,因此而达到隐形效果。

3、能源（1）储氢材料

碳纳米管由于其管道结构及多壁碳管之间的类石墨层空隙，使其成为最有潜力的储氢材料，国外学者证明在室温和不到1bar的压力下，单壁碳管可以吸附氢5-10wt%。根据理论推算和近期反复验证，普遍认为碳纳米管的可逆储/放氢量在5wt%左右，即使5wt%，也是迄今为止最好的储氢材料。

（2）锂离子电池

锂离子电池正朝高能量密度方向发展，最终为电动汽车配套，并真正成为工业应用的非化石发电的绿色可持续能源，因此要求材料具有高的可逆容量。

碳纳米管的层间距略大于石墨的层间距，充放电容量大于石墨，而且碳纳米管的筒状结构在多次充放电循环后不会塌陷，循环性好。碱金属如锂离子和碳纳米管有强的相互作用。用碳纳米管做负极材料做成的锂电池的首次放电容量高达1600mAh/g，可逆容量为700mAh/g，远大于石墨的理论可逆容量372mAh/g。

4、纳米器件

碳纳米管的直径仅数纳米至数十纳米，耐电流密度可达铜的100多倍，可以作为超级耐高电流密度的布线材料，可制成碳纳米导线。半导体型的碳纳米管还可以用来构筑纳米场效应晶体管、单电子晶体管等纳米器件，变频器、逻辑电路以及环形振荡器等各种逻辑电路。

IBM的研究人员已经在单一“碳纳米管”分子上构建了首个的完整电子集成电路，比当今的硅半导体技术具有更为强大的性能，具有里程碑式的重大意义。

5、电子器件（1）场致发射

纳米级发射尖端、大长径比、高强度、高韧性、良好的热稳定性和导电性等，使得碳纳米管成为理想的场致发射材料!有望在冷发射电子枪、平板显示器等众多领域中获得应用。

日本已制出该类技术的彩色电视机样机，其图像分辨率是目前已知其它技术所不可能达到的。用碳纳米管制成的电子枪与传统的相比，不但具有在空气中稳定、易制作的特点，而且具有较低的工作电压和大的发射电流，适用于制造大的平面显示器。使用具有高度定向性的单壁碳纳米管作为电子发送材料，不但可以使屏幕成像更清晰，还可以缩短电子到屏幕之间的距离，使得制造更薄的壁挂电视成为可能。（2）新型的电子探针

碳纳米管具有大长径比、纳米尺度尖端、高模量，是理想的电子探针材料。其具有以下优点：

①不易折断：即使与被观察物体的表面发生碰撞，纳米碳管也不易折断，碳纳米管可与被观察物体进行软接触。

②灵活性高：碳纳米管笼状碳网状结构，可以进入观察物体不光滑表面的凹陷处。能更好显现被观察物体的表面形貌和状态，有很好的重现性。

用碳纳米管作为这类电子显微镜的探针，不仅可以延长探针的使用寿命，而且可极大的提高显微镜的分辨率。特别是扩展了原子力显微镜等探针型显微镜在蛋白质、生物大分子结构的观察和表征中的应用。

6、传感器

碳纳米管吸附某些气体之后，导电性发生明显改变，因此可将碳纳米管做成气敏元件对气体实施探测报警。

在碳纳米管内填充光敏、湿敏、压敏等材料，还可以制成纳米级的各种功能传感器。

7、催化

由于碳纳米管具有纳米级的内径，类似石墨的碳六元环网和大量未成键的电子，可选择吸附和活化一些较惰性的分子，研究发现其在600℃的催化活性优于贵金属铑，并很稳定。这将在石化和化工产业界带来不可估量的革新和效益。

碳纳米管与金属离子之间的相互作用，使金属离子能在常温下自动趋于还原态，这对金属纳米导线的制备无疑很有裨益。

结束语

神奇的碳材料——石墨烯和富勒烯，它们不同的结构表现出不同的性质，具有不同的应用价值和前景。碳作为地球上最丰富的资源，取材方便也相对较容易。把它作为人类未来赖以生存的资源，我认为一点都不为过。

参考文献

神奇的自动修补材料篇3

简单原理大应用

美国伦斯勒理工学院的科学家尼基尔·科拉特卡利用树脂和碳纤维等物质与纳米技术合成了这种特殊的材料。这种材料巧妙地利用了一个简单的物理学原理，即物质的电阻值与导电性成反比。由于碳纤维的存在，该材料具有一定的导电性。当平常完好无损时材料內部的电阻值很稳定，若一旦材料中某个地方出现了裂缝，由于碳纤维的断裂，裂缝周围材料的电阻值就会迅速升高，这样材料就可以感知到裂缝的存在。

与此同时，裂缝附近的材料由于受力不均匀，压力作用于碳纤维，加上材料内部的电阻值有差异，使材料内部产生了电流。根据物理学的基本原理我们知道，功率等于电流值乘以电压值。伴随着电压的升高和电流的产生，裂缝附近的材料内部开始产生热效应。而当裂缝材料温度升高到一定程度时，材料中一种低熔点的特殊粉末就会受热融化，并流入裂缝。当裂缝中充满该种液态物质时，由于这种液态物资中混合有碳纤维，具有一定的导电性，因此材料的电阻值降低，热效应消退，随着材料本身的降温，流入裂缝的液体也将会快速凝固。根据实验检测，凝固后的材料机械强度可以恢复到原有水平的一半。经过这样的修补，材料的裂缝得到了修复，而其余未受损的部分则不会受到影响。

由于这种材料(包括特种粉末)不溶于水和一般的有机溶剂，附着性、黏性很强，不易脱落，因此这种技术非常适用于航空、航天、航海等技术要求很高的高风险领域，如喷涂于航空器、航天器，船体的外表，用于在无法人工检修时和维修条件差、环境恶劣时进行简单快速地自动修复受损表层，以避免可能的更大危险，2003年2月1日美国“哥伦比亚”号航天飞机失事，从外部燃料箱脱落的泡沫绝缘材料击中左翼造成防热层破损是“哥伦比亚”号返回地球时失事的直接原因，如果当时“哥伦比亚”号外表喷涂有这样能自动检测和自动修复功能的材料，失事的惨剧就很可能避免。

另外，这种技术也可以广泛应用于民用领域。当它应用在民用领域时，如果住宅，办公大楼等建筑物外表敷设了这样的材料，就不用担心日晒雨淋导致建材开裂了，它可以自动检查和修补裂缝，避免室内渗水和漏雨。这不但大大减轻物业工人维修和保养的工作量，而且避免了雨水对建筑物内部钢筋的腐蚀，延长了建筑物的使用年限。同样，室内墙壁涂上有自动修复功能的墙漆，业主再也不用担心墙壁上施工洞与墙体其他部分之间的间隙所造成的不美观，这种特殊材料能自动弥补缺陷。喷涂有自动修复车漆的汽车也不用有一点擦碰就需要重新喷漆或作钣金了，车漆可以自动修复伤痕，既减少了支出，又节约了时间。采用这项技术生产的汽车和自行车轮胎使用寿命也将得到延长，从而更好地节约资源、保护环境，喜爱郊游的人们穿着采用自动修复材料制造的衣服和背包到野外旅行时不怕穿行树林或灌木对衣物表面的划伤，因为它会自动修复。而在医学领域，采用自动修复材料生产的人工关节、人工心脏内辦膜的使用期也将大大延长，不但减少了病人更换器械的痛苦，也减少了病人面临的手术风险，提高了病人的生活质量。这种技术同样可以应用在文物保护方面。故宫等木制建筑物的表层涂上这种材料后也能非常有效地抵抗日晒和风雨的侵蚀，特别值得一提的是对于中国这样地域辽阔、水患频繁的国家来说，采用自动修复材料和技术建设的大坝将在大水来临时有效地预防管涌、渗漏等小事故，防止它们转化为危害堤坝，甚至导致堤坝崩溃的大事故，更好地保障人们生命和财产的安全。

商用尚需时日

目前自动修复材料的研究在全世界范围内蓬勃展开，除了美国暂时居于领先地位外，日本、德国、中国、韩国等也纷纷在进行相关或类似技术的研发。例如德国就研发出一种能自动监测和修补大楼、桥梁等混凝土建筑物的系统，当建筑物內有断裂时，事先安装好的多个监控器感受到的压力和测量的数值就会发生变化，分布在混凝土内的管道就会释放出修补剂渗入裂隙，并快速凝固，完成对混凝土的修补，这种技术对于弥补一般情况下难以察觉的建筑物内部损伤将是非常有帮助的，能有效地预防桥梁及建筑物的内部断裂和倒塌。

虽然这项技术的应用前景和市场非常广阔，但从实验室走向社会尚需时日。目前这项技术的推广应用还存在几方面的问题。首先是技术问题，大规模的商业应用要求自动修复材料能耐日晒、雨淋，能抵抗酸碱的侵蚀和空气的氧化作用，只有这样才能经久耐用。而目前的实验室产品测试仅仅满足一般民用材料的基本要求，距离达到商业化开发的技术要求尚需时日。其次，针对某些特殊的应用领域，不但必须根据不同领域的要求研制不同种类合成材料的配方和生产工艺、流程，而且要经过严格的测试，不但耗资巨大，而且需要相当长的时间和无数次的试验，难度很大。如果具备自动修复功能的人工心脏辦膜要进入医疗第一线，就需通过各种长期临床实验的检验。而专门用于航天器和航空器的特殊材料也必须经过严格的测试，达到极高的技术指标和特殊要求，如耐压力、耐辐射和能忍受外层空间白昼黑夜上千度温差的严峻考验。而可以自动修补船舶、潜艇表面的材料必须能经受含盐、氯等强氧化因素的海水腐蚀和在海底数十个大气压的压力下能正常工作。最重要的是从商业化的角度来看，如果这项技术要得到大规模的应用，必须要将它的生产成本降低到社会可以广泛接受的程度。只有这样才能推动、促进这项技术的普及和发展。

神奇的新型材料篇4

美国北卡罗莱纳州杜克大学

神与西班牙巴伦西亚理工大学

的科研人员一起, 对晶体和材料构造进行计算机模拟, 同时

奇对固态气体列阵和声波散射

的结构进行对比和研究。科学家们发现, 声波与固体材料列

的阵的数目结构具有特殊的关

系, 当物质的晶体结构列阵达到一个最佳的数目和级别, 那

新么声波将在物质周围实现“完

全围绕”, 从而使得声音可以实现完全的隐藏物体。并在西

型全证实了这一发现以及新班牙进行了多次模拟实验, 材完

料所表现出的神奇效果。声音

材可以从材料的周围围绕穿过, 使材料在雷达和声纳的监测

中无法发现, 甚至连X光设备

料也无法查看到。西班牙科学家何塞·桑切斯称, 他们研制出

的超级新材料大约有200层, 但是这种材料的厚度超乎想

象非常的薄。科学家表示, 这种新材料将首先用于军舰和潜艇, 将能实现在雷达和声纳的监测下完全的声音静默和隐形功能, 新材料也可以用于音乐厅的噪音控制和城市噪音治理。同时, 科学家希望这种新材料能够激励未来的声音材料科学研究, 完全使噪音无处可藏。

超散射体材料。一种基于人工制备、具有特殊性质的复合材料——超颖材料, 它可由科学家随意改变组成这种材料最小单位的内在结构、外在形状等因素, 以及这些最小单位的排序, 从而赋予这种材料各种各样神奇的特质。如果通过一定的“人工”安排, 超颖材料可以使光线弯曲, 光线照到这种材料上, 会主动绕个弯过去, 因而, 被这种材料包裹的物体就具有了隐身作用。上海交大物理系马红孺教授、罗旭东副教授等领衔的课题组发现, 隐身衣的原理, 从另一个角度解释, 是这种特定的超颖材料可以让物体变小, 小到人的视觉或者雷达波等一些探测设备“看不见”。那么, 对超颖材料动另一番“手术”, 是不是也能让物体“变得”足够大?用这种特殊材料包裹黑匣子, 一旦发生空难, 就能让黑匣子因为足够大而迅速被搜寻到。项目组已经在计算机系统里成功实现了让物体“变大”的设想。这种超颖材料器件的学名为“超散射体”———在一扇敞开的大门中间, 放上一小块包裹有超散射体会成倍放大, 看上去门和周围的墙融为一体, 变成了一堵墙。但是, 门框和小物件之间的空隙是客观存在的, 人们可以轻松穿过, 在视觉效果里, 就成了“穿墙而过”。

吸收可见光中所有能量的材料。俄亥俄州立大学的化学家们以及他们的同事, 利用导电塑料与含有钼和钛金属材料制备出了一种新的杂化材料。该新材料是第一种能够一次吸收可见光中包含的所有能量的材料。然后他们与我国国立台湾大学的同事们一起, 在液态溶液中合成了该材料的分子, 测量了分子吸收的光线频率以及分子中被激活的电子保持自由状态的时间。这些分子并没有像其他太阳能电池材料一样只是发出荧光, 还发出了磷光。两种发光效应都是由材料吸收和释放能量引起的, 但是磷光效应能够持续更长时间。这种新材料释放的电子处于两种不同的能量状态———一种是单重态, 另一种是三重态。两种状态对太阳能电池的应用都非常有用, 而且三重态所持续的时间要比单重态更久。电子在单重态下保持自由状态的时间约为12皮秒, 这与其它太阳能电池材料相比并没有什么不同。但是电子在三重态下能够保持的时间是单重态下的700万倍———约为83微秒。他们将分子沉积在薄膜上, 这与实际太阳能电池中的排布类似, 此时三重态持续的时间更长, 达到了200微秒。

神奇的智能材料篇5

1.认识本课16个生字，会写7个生字。2.正确流利地朗读课文。教学重难点：

1.能正确读写本课生字。2.能把桥的故事讲给别人听。教学准备：

生字卡片，课文挂图教学安排：三课时教学过程：

第一课时课前导语：

小朋友，你们见过桥吗？（见过）知道它们是什么样子吗？你们还知道这些桥有什么吗？今天我们就来学习一篇关于桥的课文，叫做《神奇的桥》。板书：21 神奇的桥 1.学生齐读课题。

2.你认为神奇的桥是什么样子呢？

一、听课文朗读，学习生字，识记生字。1.老师范读课文，学生把生字词做上记号。2.出示生字卡片，学生认读生字。

3.学生自读，如果不认识的可以请教老师。4.学生之间互相帮忙认读，注意读准字音。5.指名交流，说出哪些容易读错的字。

6学生自由读。边读边互相交流识字.记字的方法。

二、指导生字书写。

1.议一议：有哪些字需要注意。2.老师范书。3.学生描红。4.老师纠错。

三、巩固生字。

1.出示生字卡片，指名学生认读。2.齐读，比赛读，开火车读。第二课时

一、检查复习

1.出示卡片，学生开火车读生字.词。2.指名上台听写生字，其余同学在座位上写。

二、学习课文，了解课文内容。

1.老师范读课文，思考：课文里写了什么样的桥？2.指名回答。（潜水桥和塑料桥）

3.请学生分别把写潜水桥和塑料桥的内容找出来，并自己读一读。

4.指名读写潜水桥的内容。（第一自然段）5.齐读第一自然段。

6.学生质疑，师生共同学习写塑料桥的内容。7.塑料桥是什么样子？

塑料桥是用又薄又结实的塑料管子做的，充进了空气就架起一座桥，如果把气放掉，它会自动折叠起来。

三、联系实际，课堂延伸。

1.学生画出自己想像出来的桥，老师对画得好的给予肯定和表扬

2.小朋友，我们在生活中离不开桥，如果你是一位

桥梁专家，你能设计出一座未来的桥吗？学生可讨论交流。3.收集有关不同形式的桥。

第三课时

一、比一比，再组词。

兰（）

吓（）

玻（）当（）

下（）

坡（）

二、照样子，我也会填。例：一（条）鱼

一（）桥

一（）花

一（）井一（）专家

一（）小河

一（）铅笔

三、照样子，我会写。例：鱼儿游来游去。

小牛________________________。

公鸡________________________。

四、先读一读，再写一写。例：兰兰一边看花，一边往前走。

神奇的轨道器·复合材料与工程篇6

航天飞机是一个由轨道器、外贮箱和固体助推器组成的往返于太空和地面之间的航天器。轨道器是航天飞机的核心部分，是整个航天飞机系统中唯一可载人、可重复使用的部分。轨道器大致可分为前段、中段和尾段。前段是上下两层的宽敞机舱，中段是有效载荷舱，尾段除装有3台主发动机外，还有控制动力系统和推进剂贮箱。

奥秘发现

轨道器最大的特点兼优点就是可以多次重复使用，如此便能极大地减少发射和载人航天的成本。出于这种考虑，这就需要科学家们找到强度高、变形小、重量低、耐高温而且又不太贵的材料。说实话，想要找到这样一种合适的材料并非易事。然而，经过科学家们的不懈努力，最终还是找到了这种材料——碳纤维复合材料。这些都离不开一门专业——复合材料与工程。

学姐分享

在所有材料中，复合材料是可设计性最强、比强度最大、安全系数最高的材料。复合材料的应用领域非常广泛，从航空、航天、核能、军工等高科技领域，到汽车、轮船、化工设备、体育器材等日常工业，甚至连小提琴也可以用复合材料来制作。所以，复合材料与工程专业具有广阔的发展前景。

复合材料与工程专业的学生除了需要学习基础的学科知识，还需要学习各种复合材料的加工原理及工艺，以及优化材料性能的可行性方法。在大一、大二的时候，主要学习工科的基础课和本专业的基础课。进入大三、大四之后，专业课便开始陆续登场，此时的课程难度和深度会同时加大，课程也会变得多样化。

该专业非常注重培养学生的工程实践能力，设置了各类实习、实验、实践等教學环节。这个专业虽然是以化学为主，但是对学生的物理成绩也有一定要求——大一、大二要学工程力学，大三要学复合材料力学。如果你的高中物理成绩很渣，那我建议你还是不要选这个专业了。

学生毕业后可在与复合材料相关的汽车、建筑、电子、航空、航天、国防、军工、轻工、化工等领域，担任工程研究人员、工程师和营销管理人员。

哈尔滨工业大学：该校的复合材料与工程专业是国家级特色专业，也是工信部重点专业，在全国排名第1。该专业拥有先进的教学与科研平台，建有国家工科力学教学基地国家级力学实验教学示范中心、特种环境复合材料技术国家级重点实验室、先进复合材料国际联合研究中心等。该专业的师资队伍力量雄厚，有两院院士共4人，45岁以下的中青年教师博士化率达到100%。

神奇的智能材料篇7

一、智能文件夹简介

智能文件夹是由Excel格式的源文件、程序文件和目标文件组成,在程序文件中利用Excel强大的内置函数、公式和宏等功能,采集源文件中的数据,加工整理生成目标文件(见图1)。

1.源文件:从系统中下载或其它方式取得的Excel文件,为编制目标文件提供原始数据。

2.参数文件:加工整理源文件所需要的参数,如用于进行匹配的各种代码、汇率等。

3.程序文件:是由若干个Excel工作表组成,它利用函数、公式和宏等数据处理功能,完成数据采集、加工整理,按所需的格式生成目标文件。

4.目标文件:需最终生成的正式文件,依据报表格式、信息需求等设置。

使用智能文件夹时,每次只需更新源文件,新的目标文件便可自动生成。智能文件夹就是利用程序文件把复杂的制表过程模式化,再通过链接可替换的源文件,来实现目标文件的自动更新。它可“一次编定,反复使用”,因而可大大节省时间,实现高效办公。它最适用于需反复操作或定期进行的制表、比对、分析等工作。

二、智能文件夹的编制方法

我们以每月上报政府部门的《工业中间投入指标填报表》(以下简称“工业指标表”)(见表1)的编制方法为例介绍如左。

该表一般是不能由系统自动生成的,其中的每一个数据,都需按一定的归类原则,根据财务系统中各相关明细费用科目的累计发生额,逐项汇总填列。十分麻烦,且容易出错。

为此,我们用以下方法,编制了“工业指标表智能文件夹”。

第一步:新建文件夹。取名为“工业指标表智能文件夹”(见图2)。

第二步:获取源文件。本例是从会计软件系统(以使用SAP为例)中分别导出制造费用、管理费用、销售费用、财务费用的四个明细表,保存于“工业指标表智能文件夹”中,可分别命名为“SAP制造费用”、“SAP管理费用”等,格式如图3 (现仅以制造费用为例):

第三步:编制参数文件。为便于匹配,本例需将财务系统中的各明细费用科目,在“工业指标表”中找到一项费用指标与其相对应,以便统计归类,确定后编制如图4参数文件,命名为“参数表”,并保存于“工业指标表智能文件夹”中。

第四步:编制程序文件

1.建立一个Excel工作簿用于编制程序文件

命名为“自动生成工业指标表”,保存于“工业指标表智能文件夹”中。

2.采集源文件中的有效数据

在程序文件工作簿中建立“采集”工作表(见图5),用于采集源文件中的各项费用数据。在表中设置“科目代码与名称”、“提取科目编号”、“匹配指标代码”、“累计发生额”四列。在B4单元格中设置公式“=SAP制造费用.XLS!B4”,然后将该公式填充至B列其它单元格(填充范围应以能将源文件数据采集完整为准,下同),即可将“SAP制造费用”表B列的“会计科目代码与名称”都采集过来。

在E4单元格设置公式“=SAP制造费用.XLS!N4”,然后将该公式填充至E列其它单元格,将“SAP制造费用”表N列的“累计发生额”都采集过来。

3.对采集的数据进行加工整理。

先提取“科目代码”(见图6)。

在C4中设置公式“=IF(E4<>0,MID(B4,4,10),0)”,并填充至C列其它单元格。即可将B列中有累计发生额的科目代码全部提取。

再匹配指标代码(见图7)。

在D4中设置公式“=IF(C4=0,0,VLOOKUP(C4,参数表.xls!$B:$E,4,0))”,并填充至D列其它单元格。即可对C列中的科目代码按照参数表的分类原则匹配上指标代码。(用VLOOKUP公式为C列的科目代码找到匹配的指标代码,而设置IF公式的目的是为了剔除C列中不需要汇总的数据,为后面的分类汇总公式作准备。)

最后编制目标文件(见图8)。

先在程序文件工作簿中新建一个目标工作表,命名为“工业指标表”,再将空白的《工业中间投入指标填报表》的格式复制粘贴于此表。

在D7中设置公式

“=ROUND(SUMIF(采集!D:D,C7,采集!E:E)/1000,0)”,目的是将采集表中所有匹配到“03”指标代码的科目的累计发生额汇总填写在该单元格中,并且转换为“千元”单位。按同样方法将该公式填充至其它有关单元格,即可完成对制造费用各指标的汇编。

在D6中设置公式

“=SUM(D7:D17)”,求得制造费用合计数。

用同样方法采集整理销售费用、管理费用和财务费用。即可完成“工业指标表”的编制工作。通过上面的例子,我们可以用图9中的表格表示各文件之间的联系。

三、编制智能文件夹的注意事项

1.源文件的格式应固定不变,主要是每列标题及其位置应固定不变(行数目可变);以保持程序文件的有效性;

2.不能在源文件上添加函数/公式,因为下次替换将被清除,因此函数/公式只能添加在程序文件中;

3.要正确估计源文件的最大行数,以确定公式、函数的最佳覆盖区域,过小会遗漏数据,产生错误;过大影响速度。应注意为以后新增行项目合理预留空间。

4.巧妙的运用宏,提高运行速度。可运用宏完成复制粘贴、筛选整理、插入删除等操作。

5.正确运用单元格的固定地址与相对地址优化程序文件,使同一列内的公式尽量保持上下一致,同类型的各列的公式也应尽量保持左右一致,以便于填充更新。

6.尽可能利用源文件中的合计数对新生成的报表进行检查。例如可以在程序文件中添加公式将新生成报表的合计数与源文件中的合计数比较,如果相同反馈正确信息,如不同,反馈出错信息,以便每次制表时进行检查。

7.复杂的智能文件夹应建立控制台(一张工作表),用于对制表过程进行控制(如图10):

一是应编写操作流程;

二是使用宏时在流程中应有链接宏的按钮,以便操作;

三是应对各步骤运算结果的正确性设立判断标志。

四、智能文件夹的使用方法

使用智能文件夹时,每次只需更新源文件,新的目标文件便可自动生成。

本例中,每月只需从系统中下载新的制造费用等四个源文件至该智能文件夹中,替换原来的四个源文件,然后依次打开源文件、程序文件和目标文件,耗时不到一分钟,一张新的“工业指标表”就立刻出现在你的面前。操作简单、快捷准确,一次编定,便可反复使用。

五、使用智能文件夹注意事项

1.导入的源文件必须与智能夹中的源文件的“工作簿名称”、“工作表名称”、“工作表格式”完全一致。

2.使用智能夹时,不能对其中的源文件进行“单元格”删除或插入,否则会使程序文件和目标文件中的公式发生混乱;

3.导入新的源文件时,应选择“替换/更新”。

4.打开程序文件和目标文件时,应选择“启用宏”、“更新链接”。

六、智能文件夹的适用范围

智能文件夹的适用范围十分广泛,特别适用于反复进行的、或在一定时期内(一天、一月、一年)需多次完成的、操作比较复杂的、数据量较大的Excel格式的报表编制工作。

可归纳为如下几类:

1.整理源文件,使其生成所需格式的报表;

2.对源文件(一张或几张报表)中的数据进行分类汇总;

3.对两个源文件中的数据进行比对,判断是否一致,不一致的编制差额明细表;

4.根据工资表等源文件中的相关数据,按一定规则匹配会计科目,制作成会计分录清单;

5.依据付款清单,生成支票、进账单、电汇等银行付款凭单,以便进行机打;

6.依据系统中导出的批量数据,生成汇总表和可选择显示的标准格式的分类明细报表。

神奇的智能材料篇8

一、纸艺罐教学指导意义

以地域民俗美术为依托, 引导学生接触新疆本土文化, 感受新疆古老的手工艺人延续多年的灿烂智慧, 产生对地域文化的认同感, 引导学生更加热爱我们多姿多彩的新疆。

2. 培养学生的动手能力和创新精神。

新课改的核心问题就是要让学生们在生动活泼的学习活动中发展个性, 发展创造性思维。在纸艺罐动手制作的过程中, 通过自我发挥、设计、创造, 自己动手, 一步步塑造出具有民族特色的罐体结构, 树立了学生的创新意识。

3. 锻炼学生之间相互配合、互助合作的团队意识。

纸艺罐作品的器型较大, 在塑形和装饰过程中, 孩子们无法一个人既扶住罐身又进行罐体粘接或装饰等工作, 这时就需要其他同学的配合帮助。同学间互利互助, 也对班级和谐团结的班风的形成大有帮助。

4. 有助于聋生自信心的培养。

我校的聋哑学生虽自小生活在无声的世界, 对外界渴望却内心自卑, 然而他们看到最后光彩灿烂的作品, 全部是每个人通过努力, 用辛勤的汗水浇灌而来, 并不比校外健全的孩子们做得差, 曾经堆于墙角卖作废品的报纸能够塑造成如此精巧的美术作品, 同学们在今后的学习工作中, 也能够通过自己的努力, 成长为残而不废的对社会有用之人!

二、纸艺罐的教学操作阶段

1. 欣赏、评述阶段:

通过对新疆土陶罐、土陶艺术的欣赏, 了解新疆土陶的发展史, 体会环境、民族、宗教、历史、民间工艺等对其的影响, 体会新疆土陶所具有的典型特色, 认识到新疆土陶是祖国中原文化与中亚伊斯兰文化共同影响下的产物, 使学生更深一步体会到新疆多元文化的来源归属, 产生对地域文化的认同感。

2. 造型、表现阶段:

指导学生在体会深厚文化艺术底蕴的过程中, 通过对新疆土陶罐写生, 更深一步感悟新疆土陶罐的工艺、结构、形式与纹饰特点, 一方面认识和体会民族传统手工艺术作品, 另一方面充分发挥创造性思维, 运用维吾尔族典型纹饰进行创造性装饰, 亲身体会并感知土陶罐所独有的艺术魅力。

3. 设计、运用阶段:

艺术的生命在于创新, 基于前期对新疆土陶罐形制与纹样的绘制了解, 使学生在实地操作过程中能够胸有成竹, 了然于心。每位学生在纸艺罐器型的塑造或纹样的表现方面都具有独特的侧重点, 而作为教师, 更多是对侧重点的整合, 对新疆特色的重点强化。

4. 综合探索阶段:

能够运用多种形式、多种媒材、多种方法对纸艺罐进行装饰性表达, 开发出不同风格纹样的新疆特色纸艺罐, 鼓励并引导学生运用各种材质进行综合性创作。后期也是学生们自由发挥、创作的过程, 同学们热情高涨, 制作出一批类似青花瓷、红瓷等中国传统的纸艺罐作品。

三、纸艺罐的塑形制作方法

1. 制坯:

取一个气球, 将报纸撕碎后用小刷子沾取乳胶一片片将其粘帖于模具之上, 要粘帖至少三层以上, 注意要粘帖均匀, 平整, 待报纸全部干透后将气球扎破后取出, 留下一个完整的球形报纸硬壳。

2. 塑形:

运用废旧硬纸壳剪出长条形, 环起固定, 制成罐口、罐底、把手、壶嘴等部件, 运用透明胶带固定在罐身所需的位置。在塑形过程中, 根据每位学生的表现侧重点不同, 积极引导学生创作出具有个性特点又不失新疆风韵

3. 刷白:

继续用小刷子沾取乳胶, 将纸艺罐全身从头到脚全部粘贴上一层白色卫生纸, 待干后纸艺罐全部变成白色。

4. 装饰:

这也是纸艺罐最后的点睛之笔。针对我校初中阶段学生, 一共开设了绘画表现法和手工装饰法两大模块进行装饰表现, 其中绘画表现法中包括黑白装饰画、新疆特色纹样、新疆农民画、龟兹壁画、新疆特色建筑五个方面。

四、教学体会

纸艺罐由于特殊的工艺与材质, 制作周期较长, 但在进行创作的过程中可以反复修改, 如:形状不满意可揭下胶布, 调整罐口、把手等细节的形状或位置。若在装饰花纹的描绘之上出现败笔, 可用水粉颜色反复覆盖、修改调整。特色纸艺罐作为我校开发出的新的艺术品种, 无论是从制作材料还是工艺上来说都比较特殊, 聋生之前从未有过接触, 因此感到新鲜而好奇。加之课程前期对地方人文知识的了解和本土地域情感的强化, 充分激发起他们的创作欲望, 可以感受到部分聋生在制作过程中, 将它当成一份事业, 充满激情地在制作, 去完善。新的美术课程标准提到:美术是一门人文学科, 同时, 标准明确提出了要形成学生的创新精神和技术意识, 这就需要教师在教学中适时进行技术上的引领和方法上的指导, 而这一切, 都是基于以学生为本的教学理念, 以课题为媒, 打开聋哑学生原本封闭的心灵上的一扇窗, 建立起他们的自信, 最大限度地发挥他们的主观能动性和创造性, 从而更加全面地发掘出每个学生的潜力。

摘要：通过运用废旧材料对新疆土陶罐的复制性探究, 总结出一套较为完整的纸艺罐初中校本课程体系, 属于多元性美术教学相组合的教学内容, 从开课时对新疆土陶罐的欣赏、评述开始, 到对土陶罐的写生与创作后对土陶罐形体的创作与塑型, 最后对罐身的各种形式、各种媒材的装饰性运用表现, 这些过程有利于聋生更为深入地探索与研究。