金属的可锻性研究

金属的可锻性研究（精选6篇）

金属的可锻性研究 篇1

金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能。金属的可锻性好, 表明该金属适合于采用压力加工成型;可锻性差, 表明该金属不适宜选用压力加工方法成型。

可锻性常用金属的塑形和变形抗力来综合衡量。塑性越好, 变形抗力越小, 则金属的可锻性好, 反之则差。金属的塑性用金属的断面收缩率ψ、伸长率δ等来表示。变形抗力是指在压力加工过程中变形金属作用于施压工具表面单位面积上的压力。变形抗力越小, 则变形中所消耗的能量也越小。

金属的可锻性主要取决于金属的本质和加工条件。

1金属的本质

1.1化学成分的影响

不同化学成分的金属其可锻性不同。一般情况下, 纯金属的可锻性比合金好;碳钢的碳的质量分数越低, 可锻性越好;钢中含有较多碳化物形成元素 (铬、钨、钼、钒等) 时, 则其可锻性显著下降。

1.2金属组织的影响

金属的组织构造不同, 其可锻性也有很大差别。合金呈单相固溶体组织 (如奥氏体) 时, 其可锻性好;而金属具有金属化合物组织 (如渗碳体) 时, 其可锻性差。铸态柱状组织和粗晶粒不如经过压力加工后的均匀而细小的组织可锻性好。

2加工条件

加工条件包括变形温度、变形速度和变形方式。

2.1变形温度

提高金属变形时的温度, 是改善金属可锻性的有效措施。金属在加热过程中, 随着加热温度的升高, 金属原子的活动能力增强, 原子间的吸引力减弱, 容易产生滑移, 因而塑性提高, 变形抗力降低, 可锻性明显改善, 故锻造一般都在高温下进行。

金属的加热在整个生产过程中是一个重要的环节, 它直接影响着生产率、产品质量及金属的有效利用等方面。

对金属加热的要求是:在坯料均匀热透的条件下, 能以较短的时间获得加工所需的温度, 同时保持金属的完整性, 并使金属及燃料的消耗最少。其中重要内容之一是确定金属的锻造温度范围, 即合理的始锻温度和终锻温度。碳钢的锻造温度范围见图1。

始锻温度即开始锻造温度, 原则上要高, 但要有一个限度, 如超过此限度, 则将会使钢产生氧化、脱碳、过热和过烧等加热缺陷。所谓过烧是指金属加热温度过高, 氧气渗入金属内部, 使晶界氧化, 形成脆性晶界, 锻造时易破碎, 使锻件报废。碳钢的始锻温度应比固相线低200℃左右。

终锻温度即停止锻造温度, 原则上要低, 但不能过低, 否则金属将产生加工硬化, 使其塑性显著降低, 而强度明显上升, 锻造时费力, 对高碳钢和高碳合金工具钢而言甚至打裂。

锻造使金属的温度可用仪表来测量, 也常用观察火色的方法来判断。钢的温度与火色的关系如下:

2.2变形速度

变形速度级单位时间内的变形程度。变形速度对金属可锻性的影响如图2所示。由图可见, 它对可锻性的影响是矛盾的。一方面随着变形速度的提高, 回复和再结晶来不及进行, 不能及时克服加工硬化现象, 使金属的塑性下降, 变形抗力增加, 可锻性变坏 (图中a点以左) 。另一方面, 金属在变形过程中, 消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能, 相当于给金属加热, 使金属的塑性提高、变形抗力下降, 可锻性变好 (图中a点以右) 。变形速度越大, 热效应越明显。

2.3变形方式 (应力状态)

变形方式不同, 变形金属内应力状态不同。例如挤压变形时为三向受压状态;而拉拔时则为两向受压、一向受拉的状态;镦粗时坯料中心部分的应力状态是三向压应力, 周边部分上下和径向是压应力, 切向是拉应力, 如图3所示。

实践证明, 三个方向的应力中, 压应力的数目越多, 则金属的塑性越好;拉应力的数目越多, 则金属的塑性越差。同号应力状态下引起的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗力。拉应力使金属原子间距增大, 尤其当金属的内部存在气孔、微裂纹等缺陷时, 在拉应力作用下, 缺陷处易产生应力集中, 使裂纹扩展, 甚至达到破坏报废的程度。压应力使金属内部原子间距减小, 不易使缺陷扩展, 故金属的塑性提高。但压应力使金属内部摩擦阻力增大, 变形抗力亦随之增大。

综上所述, 金属的可锻性既取决于金属的本质, 又取决于变形条件。在压力加工过程中, 要力求创造最有利的变形条件, 充分发挥金属的塑性, 降低变形抗力, 使能耗最少, 变形进行得充分, 达到加工的最佳效果。

摘要：对金属可锻性影响较大的因素为金属本身的塑形, 塑性越好, 锻打时越不容易开裂。金属的塑性与金属的组织密切相关, 晶粒越细小、组织越均匀塑性就越好。所以可以通过细化晶粒, 均匀组织来改善金属的可锻性。金属材料在压力加工时, 能改变形状而不产生裂纹的性能。它包括在热态或冷态下能够进行锤锻、轧制、拉伸、挤压等加工。可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分有关。

关键词：金属组织,可锻性,变形条件

参考文献

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[3]叶红波.自由锻生产[J].机械工人·热加工, 2006 (02) .

[4]苏建修.机械制造基础[M].机械工业出版社, 2006, 2.

金属的可锻性研究 篇2

1.1能源消耗高

在金属锻造行业中，能源的使用效率受到从业人员工作经验、材料本身热效率、设施水平等限制，能源浪费的现象比较严重。锻造的流程主要包括下料、装炉加热、锻造、加工、热处理等环节，其中加热环节是能耗最大的环节，据统计，加热环节的燃料消耗量占全流程的75%左右。当前，我国的金属锻造加热炉的技术相对比较落后，每千克锻件的平均能耗约为20000千焦，平均热效率不足5%。

1.2锻造污染严重

锻造过程中产生的污染主要包括污染性气体排放、工业废弃物排放和噪音污染三个方面。锻造过程中，材料的燃烧会产生大量污染性气体，部分气体未经过处理就排放到了大气之中，其中一氧化碳和硫化物的污染最为严重。同时，二氧化碳的排放也会加剧温室效应。金属锻造中排放的废弃物主要包括废油、废液和废渣，其中既有燃烧后的煤炭残渣、燃油废料，也有金属边角料和使用后的机器润滑油，部分废弃物可降解性差、污染性大，如不经过充分处理，对自然环境将造成恶劣的影响。金属锻造中需要使用许多大型机械，机器运转时会产生巨大的噪音，给周边居民生活带来影响。

2金属锻造中节能技术的应用

目前，在金属锻造中节能技术和节能工艺的应用主要包括以下三个方面。

2.1节能工艺与设备

（1）冷挤压和冷锻：在传统金属锻造流程中，加热及热处理工艺所消耗的能源超过整个工艺流程的75%以上，为有效节约能源消耗，冷锻工艺应运而生。冷锻工艺是在物料再结晶温度下的成型加工，并在回复温度以下进行锻造。目前，在许多行业如汽车零件和部分电子设备生产中，冷锻工艺已经得到了推广应用，在锻件质量进一步提高的基础上，节能效果非常显著。见下图：图1冷锻制造的灯壳散热器

（2）等温锻造：等温锻造是将模具和坯料加热到锻造温度后，在此温度下进行低应变速率变形的塑性加工工艺。等温锻件在最终成型阶段的形变变化比较缓慢，有利于把握其形变程度，从而获得接近无余量的锻件精度，明显减少了金属材料的消耗。

（3）改造电液锤：随着科学技术的进步，经过改造的电液锤能效大幅度提升，其能源利用率提高到了15%-20%，同时，其驱动动力由锅炉蒸汽改为电力驱动，锅炉燃煤带来的粉尘污染有所减少，环境效益有所提升。

（4）改造冷却水循环系统：锻造设备时，为了维系系统的正常运转需要使用大量的冷却水，尤其是中频炉和热处理炉的消耗最大。通过对冷却水循环系统进行改造，设置调节水池和潜水泵，将锻造过程中的冷却水循环、反复使用，可以显著减少水资源的浪费。

2.2工艺流程的节能

（1）生产线节能：生产线节能主要包括以下三个方面的内容：一是循环使用高温废气，按照温度梯度，多级利用加热炉废气中的热量，如等温锻造时加热模具和保温设备都可以使用加热炉废气来实现；二是采用连铸连锻工艺，在同一套模具内，先进行铸造，铸造完成后立刻锻打，从而避免在铸件冷却后对其重新加热所造成的能源浪费；三是利用热处理工艺余热，把加热炉置于锻打工艺之后，通过余热淬火、余热等温、余热正火等手段，充分利用锻件保存的热量。

（2）锻打过程节能：对锻打力度和锻打顺序进行科学调控，可以有效实现节能。在具体操作过程中，可在计算机辅助工艺设计系统中插入节能型工艺数据，并通过系统评估，找到能耗和成本相对最低的工艺流程，以实现节能生产。

2.3生产调度节能

生产调度是对等待加工的工件以及生产线和机器进行合理调配，安排工件被机器生产的先后顺序的过程。合理分配生产系统的资源，可以优化生产指标、提高工作效率、减少资源浪费。在金属锻造中，主要可以从三个方面对生产调度进行优化。一是锻件装炉。主要是通过合理分配锻件材料，提高加热炉的使用率；二是锻件出炉。主要是通过降低保温时间、减少开炉次数等方法，做好锻件出炉与锻件锻打之间的衔接；三是锻件锻打。充分考虑锻打的步骤和每一阶段需要的材料和时间，尽可能缩短锻打设备等待时间。

3结语

金属的可锻性研究 篇3

关键词：金属矿山；固体废物；尾矿；废石

1 金属矿山固体废物概述

金属矿山固体废物主要包括矿山开采产生的废石及选矿加工过程中产生的尾矿。金属矿山产生的固体废物是所有矿山中最多的，是重金属污染的源头之一。

1.1 金属矿山固体废物的来源

金属矿山固体废物的产生与矿山采矿、选矿及冶炼有密切联系[1]。我国金属矿山多为采选联合的企业，所产生的固体废物主要有基础建设及生产时剥离的表层岩石和覆盖层、地面或井下作业时剥离的表外矿石或岩石（开采出的废石）、尾矿或废石填料、水砂、装载或运输时撒下的矿石及金属冶炼过程中产生的各种炉渣，电解产生的阳极泥等。其中，矿山开采产生的废石和选矿产生的尾矿占金属矿山固体废物的绝大部分。

1.2 金属矿山固体废物的危害

1）破坏生态平衡

金属矿山固体废物的危害，首先表现在对土地的占用及破坏上[2]。由于金属矿山被过度开采，导致固体废物大量产生，侵占了大量的农业耕地，影响农业生产。而且，固体废物的堆放，覆盖大片森林，大批植物死去，造成植物、动物的物种减少。某些金属矿山水土流失严重，变成秃山、石山，当大雨大风天气来临时，极易引起滑坡、塌方及泥石流等灾害。

2）污染环境

金属矿山固体废物长期堆放在露天环境下，在风的作用下，常常变成粉末状，干旱季节里，极易扬起大量粉尘，污染大气环境。金属矿山固体废物中常常含有硫化物等有害物质，在雨水冲刷、渗漏的作用下，极易发生自燃现象，从而产生大量的二氧化硫、硫化氢等有害气体，危害矿区动植物的生命安全。

金属矿山的尾矿等固体废物，是引起矿山水体酸化，水体重金属离子过饱和的主要污染源。此外，重金属元素渗入土壤中，会导致土壤毒化，使得土壤中的微生物大量死亡，影响土壤质量，将原本适合耕作的农田，变成“死土”。据实测资料统计，不少金属矿山的固体废物中还含有放射性物质，这些固体废物不宜用作建筑材料，否则会使污染范围扩大。

3）引发工程地质灾害

金属矿山固体废物的长时间堆放，不仅造成巨大的经济损失，还常常引发重大的工程地质灾害。尾矿库溃坝事故是矿区危害最大的灾害，给社会各界，特别是矿区附近居民带来极大的损害。据不完全统计，我国2001年至2014年之间，共发生86起尾矿溃坝事故，造成了巨大的损失。

2 金属矿山固体废物的处理

2.1 堆置

采矿产生的废石一般采用堆置的方法进行处理。分級分区堆置废石是充分回收金属矿资源的需要，也是矿山长远发展的必然要求，有利于矿山后期的开发利用及矿山可持续发展。

对尾矿的处理，常常修建专门的尾矿库进行堆存，尾矿库要用HDPE膜进行防渗处理防止污染地下水，待得选矿技术成熟后再加以利用。尾矿库的库容量大、占地多，具有投资资金大、外部条件要求多、建设工期长的特点。

2.2 复垦

复垦是对已堆满尾矿或废石的尾矿库及排土场进行后继处理的常见措施，主要分为生物复垦及工程复垦两部分，两部分相互依赖，是一个整体。尾矿的复垦主要分为加土复垦和不加土复垦两种形式，加土复垦的坝面采用黄土覆盖和毛草种植，减少尾矿库内尾砂的流失，不加土复垦主要有植被恢复演替途径、土壤生物改良途径和客土复垦途径三种模式。

2.3 综合利用

综合利用废渣时，首先对其中的有用物质和伴生元素进行回收；其次，根据废渣的物理化学性质，将废渣与不同建筑材料混合使用。具体对金属矿山各固体废物的利用见下章。

3 金属矿山固体废物的利用

3.1回收有用金属

金属矿山的尾矿、废石等固体废物中常常含有许多有价值的金属。在选矿技术手段提升的条件下，可对残留在尾矿中的有价组分进一步提炼。另外，矿石中含有一些有用的伴生组分，选矿时没有进行回收而残留在固体废物中，在对废石进行回收利用时可以对其中的伴生组分进行提炼。对金属矿山的尾矿和废石中所含的有用金属进行回收，不仅大大降低尾矿和废石的产生量，提高资源的利用率，还能大大地提高矿山的经济效益。

3.2 制取新材料

金属矿山的尾矿固体废物中矿物成分及化学成分不一，对其进行利用的方式也不尽相同。将尾矿作为二次资源，生产各类建筑材料是现今最为流行的尾矿处理方法。

1）制作尾矿砖

尾矿中含有大量的硅酸盐，可以利用硅酸盐制作新型的建筑材料——尾矿砖，它是由硅或铝尾矿与凝结材料混和，再与其他催化材料按照一定的比例和颗粒级配均匀掺和、压制成型，而形成的具有一定强度的砖块。尾矿砖的物理力学性能好，强度高，硬度大，符合建筑标准。

2）制玻璃

富含二氧化硅的石英脉型金矿、钨矿及富含长石、石英的伟晶岩型矿床等金属矿山的尾矿都可以作为原材料进行玻璃的生产。根据尾矿的不同性质，可制作瓶缸玻璃、纤维中碱球、低碱无硼玻璃等不同性质的玻璃。

3）制其他材料

在实际生产中，加气混凝土的生产，常常利用尾矿中的砂作为配料。此外，若尾矿中含有辉绿岩、角闪岩、花岗岩、石灰岩、蛇纹岩、萤石和辉石等矿物组分，可用于制作铸石。

3.3 用于井下填充

对于矿山采空区的处理，常常利用尾矿或废石进行回填，这是一种即经济又适用的方法，对矿山安全有极大的提高作用。

参考文献

[1] 张利珍， 赵恒勤， 马化龙，等. 我国矿山固体废物的资源化利用及处置[J]. 现代矿业， 2012， （10）：1-5.

[2] 龙涛， 杨小聪. 我国金属矿山固体废物污染及其对策分析[C]. 2010中国环境科学学会学术年会论文集（第四卷）. 2010：54-56.

金属的可锻性研究 篇4

透明导电电极是许多柔韧性的光电设备的重要组件，包括触屏和电子交换机。铟锡氧化物薄膜——是典型的透明电极材料——表现了优越的电学行为，但是，薄膜易碎，且有低的红外线透光度和较低的材料储备，这使得它在现实工业上的应用受到阻碍。最近发布的一些报道，例如导电聚合物，碳纳米管和石墨烯都可以替代它。然而，尽管这样会使它的柔韧性显著提高，但是以碳为基体的材料的光电性能所表现的低导电性给了它很大的局限性。其他的一些例子包括金属基纳米电极能够达到在90%的透光率下，薄膜电阻可以小于10Ω，这是由于金属高的导电性造成的。为了达到这些性能，金属纳米线必须无缺陷，导电性接近他们在容量上的的值，使线与线的连接点的数量尽可能的小，呈现出小的连接电阻。这里我们提出一个简单地制作过程，根据我们全部的需求来制造一种新的具有优良光电子性能（2Ω的薄膜电阻，90%的透光率）和在拉伸与弯曲作用下保持良好的机械柔韧性的透明导电电极。这种电极是由独立的金属纳米槽网络组成以及被生产要通过静电纺丝和金属沉积的过程。我通过制作一个柔韧性好的触摸屏和一个透明导电胶带的方式来证明透明导电电极在实际中的应用。

用扫描电子显微镜（SEM）来表征纳米槽的微观结构。图1b是了纳米槽网格的典型结构，在这种情况下，一个均匀的相互缠结的金纳米网格网状物的宽度达到400纳米，长度超过1毫米。在金属沉积物中，独特的纳米网格在它们的结点位置自然地相互联结在一起是很重要的（如图1b）。合成的纳米槽的SEM图像证实了聚合物纤维模板得到了充分的变形，通过凹截面清除固体带状物。水槽的厚度是80纳米左右，通过改变金属沉积的时间来获取不同的槽的厚度。每个水槽平均宽度406nm（如图S6），并能通过用静电纺丝的手段控制聚合物纤维模板的直径来完成调整。图一展示了金纳米槽成功附着在不同表面，这些表面包括载玻片，PET塑料制品，纸，纺织品和曲面玻璃烧瓶，它们全部没有表面处理，也没有制作全部的表面高传导（图1d，如图s9）。纳米槽很牢固的吸附在基底上，且不能被胶带剥落（添加影片S1）。

超过80nm的金属薄膜通常具有低的透明度，但是金属纳米槽具有高的透明度（如图S10）。图2a将各种表面电阻Rs以玻璃为基片的金属纳米槽电极的透明度进行划分。铜，金和银纳米槽在90%的透光率下的电阻值分别为2.8Ω和10Ω。铜纳米槽网格表现出最好的性能——透光率为90%2的电阻为20Ω，95%时为10Ω，以及97%时电阻为17Ω——这一性能可以与最先进的ITO相媲美，而且优于其他透明导电电极，例如那些以石墨烯，碳纳米管为基体的薄膜，可溶解加工的银纳米线或铜纳米线以及金属网络、薄的金属片和导电聚合物。

（图1 纳米槽的制造和的转移过程。a，聚合物纳米线模板制造纳米槽过程的原理图。聚合物纳米线模板通过静电纺丝，选择优质材料，用标准薄膜沉积技术来进行涂层。纤维涂层通过固体基片被转移。基片随后被浸在水或者有机溶剂用以清除聚合物纤维模板。b，金纳米槽网格和两个纳米槽的连接点的SEM图。c，独立的金纳米槽的SEM横截面图片展示了凹形形状d，金纳米槽网格能够简单的转移到各种基体上，包括玻璃载片，PET塑料，纸，纺织品和曲面玻璃烧瓶（从左往右））

纳米槽电极的这种卓越的性能归因于以下几种重要因素。首先，金属纳米槽是由用一个标准的沉积薄膜工艺生产出来的，沉积工艺生产了高质量的金属。例如，一个单独的金纳米槽有2.2×105Scm-1 的电导率（通过四点探针来衡量），这个可以与他的多晶容量值相比（4.1×105Scm-1）（图2b，以及图S12和S13）。相对于与他们的大部分同类物品相比，纳米结构的金属通常有更低的导电性的这个数据是很重要的，在合成期间也许由于杂质的生成，减少了结晶质量，在表面有污垢或表面活性剂，以及电子散射。例如单晶的银纳米线的导电性大约低于多晶的十倍。相反的，我们的纳米槽展现的电导率接近多晶的一半，可能是由于蒸发造成的结果，生产了清洁和高质量的金属。

第二，纳米槽形成了高度均匀、相互联结的网格状。这些纳米槽电极的特性由渗透理论描述出来（如图S11）。这些纳米槽网格需要有特殊的过滤参数来完成高性能透明导电电极（如表S1）。它表明过滤参数主要依赖于网格的均匀性。改进方案之所以能够被观察归因于网格在空间上的一致性，这个网格是通过静电纺丝的方法均匀分布在聚合物纳米线模板上完成的。纳米槽网格的这种互相联结的结构也避免产生了大量的连接电阻，金属纳米线网格中的普通障碍物。

第三，纳米槽的凹形减少了电磁的横截面，相对于平的纳米条允许了更多的可见光通过。（如图S15）金属纳米槽网格表现出了一个从300nm到2000nm的透明光谱（图2c，如图S16）。一些光电设备通过一些额外的彩色修正部件得到令人满意的宽频光谱，使红外传感器和侦测器的应用成为可能，以及能够通过利用红外光谱提高太阳能电池的效率（常见的ITO导体变得几乎不透明）。

化学稳定性是透明导电的另一个需要我们注意的重点。附加图S17展示了各种金属纳米槽网格在受到高温和湿度的影响时电阻的改变。通过表面钝化使化学稳定性提高，以及证明我们之前对铜纳米线做的研究。纳米槽的钝化已经超出了我们当前的研究范围，它将成为未来的研究课题。

我们的金属纳米槽网格是可以弯曲的，且能伸展、能折叠。为了检测他们的机械性能，我们将纳米网格转移到178μm厚的PET基片上，弯曲这个薄膜达到2mm的半径范围或者弯曲2000次，使薄膜厚度达到20mm。弯曲之后再次测试这个透明电极，我们没有发现导电性有显著的衰减。但是与此相反的是ITO薄膜在弯曲小于50毫米，或者弯曲20毫米超过20次之后导电性有严重的衰减。透明电极的延展性通过转移纳米槽网格纤维底片来检测，而不是表面活化。在单向拉伸产生50%的应变时薄膜的电阻增加了40%，它可以与碳纳米基的透明弹性导体的性能相比，而且在很大程度上对于相似厚度的金属薄膜在电阻上还有很显著的增加。

将纳米槽网格转移到了纸上来测试其在极端条件下的机械性能。把电极压碎然后展开在纸上，我们发现电极仍保持导电性，且在电阻上仅仅发生了有限的改变（如图3a，以及S18）。这个机械学上的原理是，在折叠期间纳米槽仍保持连续，经过纳米级变形来缓和外部压力。而且从SEM图中可以看出，独立的金属纳米槽网格能够折叠而不会破损。这些耐用的纳米槽网格也能够转移到商业的透明胶带上去，可以生产透明导电胶带。这个透明导电胶带能够很容易的黏住材料表面，且不需要表面处理而使材料表面导电。这个新的技术也许能简单地用运在光电设备集成上，也可以扩大透明导电电极应用的领域。

由于金属纳米槽电极的一些优势，包括容易制作，不需要转移，高的透明度和良好的柔韧性，因此这些电极也能够应用在实际的光电设备上。事实上，我们已经展示了一个高性能的纳米槽，并与有抵抗性的触摸屏装置合为一体。这个装置的操作展示在动画S3。

最后，连续的金属纳米槽独特的凹形和纳米级尺寸也可以引起一些光学特性。为了理解入射光扫描和纳米槽之间的作用关系，我们用数字解决麦克斯韦方程，并获得纳米槽周围光强度的拟域分布。我们的仿真预言了局部“光集中”现象与结构有关，在金属纳米槽附近有效的聚合了光。对于横向磁场极化，扫描强度几乎是表面离子效应环绕功能区内部的七倍。有趣的是，横断面电子极化，甚至没有表面离子效应，纳米槽仍然能够提供一个有效的的轻聚合效果，包括通过中心6.5处的因素使扫描强度加强。这是由于功能区独特的横截面，宏观水槽反光镜的活动是为了获取中心扫描强度的最大值。这种独特的局部光聚合效应在一些光电子的应用上是有希望的，包括太阳能电池，太阳能燃料，光辅助局部化学反应以及光量传感器等。

总之，我们发现金属纳米槽透明导电电极表现出卓越的光电子性能（对比同等级的ITO）和优越的机械性能（能够忍受巨大的弯曲和拉伸应力）。它们的合成是基于标准的静电纺丝和金属沉积技术，能够简易的合成并能被人们容易接受。这样的金属纳米槽电极能够取代ITO，它可以广泛的应用在太阳能电池，触摸传感器以及平板显示器，还可以用于一些新型的应用领域例如柔韧电子和皮肤传感器。

方法：

纳米槽的制作：高分子纳米纤维模板通过静电纺丝合成，低成本和高质量制备连续超长的纳米纤维是一项卓越的技术。可溶于水的聚合物包括PVA和PVP，被用作原材料来生产自然可降解的聚合物模板。前驱体溶液是通过将聚合粉添加到去离子水中，然后加热到80℃保持10小时来制备的。

15kv的电压被用到高电压源的溶液。独立的纤维逐步形成一个网格，收集在铜的框架上。纳米纤维的密度通过改变静电纺丝的时间来控制。金属纳米槽通过铬、金、铜、银和铝、白金和镍的电子束蒸发来形成一个1×10-6Pa的底面压力。对于应用在透明电极的金属纳米槽网格，在一个恒定的10nm厚度的地方放了全部的金属，除非有其他说明。在蒸发期间式样的温度维持在60℃以下。硅和ITO纳米槽的产生是基于125W的低功率和5托的压力电磁喷射而产生的。值得注意的是纳米槽的质量会受到聚合物模板的选择的影响。因此，PVP纳米纤维模板通过金，铂，硅和ITO的纳米槽来选择，然而PVA纳米纤维模板被用在铜，银和铝上。（蒸镀是将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在工件或基片表面析出的过程。）

对于光学和电学的的描述。这个薄膜的电阻用四点探针装配的万用表来测量，以便排除接触电阻。纳米槽的导电性是用一个独立的纳米槽装置来决定的。对导电网格用乙醇进行超声处理，以形成悬浮的单个的纳米槽。纳米槽浇铸到氧化硅基体上，并且用标准的电子束影印和铬或金的热蒸发的手段将图案印到装置上。纳米槽装置用安捷伦科技公司B1500A半导体装置分析仪来进行测量。用石英钨卤族灯作为光源来测量透光率，外加单色仪来控制波长。虹膜和凸透镜用来聚焦光线到1mm×2mm，而且分束器将光线分离成完整的球面和光电二极管。为了强有力的校准光，将光电二极管与静电计相连。将样品放在积分球面上，因此球面光，漫射光和薄雾全部被包含进去。同一玻璃载片被用来参考。一个能量测算单位被用来衡量来自积分球的光电流，透射比基于参考平面的玻璃滑动来计算。因此，标准的透射比不包括玻璃基板的透射比。

触摸屏装置的制作。四线模拟触摸屏装置是由来自TVI电子工业重装的。用一个PET薄膜和ITO玻璃块的ITO电极组成2.8英寸的一个装置，通过聚合物垫片方格来隔开。在重建装置中，ITO和PET薄膜被一个178μm厚的PET的金纳米槽网格所代替。为了制备金纳米槽透明导电电极原件，金纳米槽网格被移动到PET基片，然后用具有塑料硬膜的400nm厚的铜线对其进行图案装饰。铜电路允许金纳米槽电极与商业的控制器结合，而且它与计算机形成界面。三明治结构的装置最终被双面胶带密封了。测试的软件也是由商家提供。

图1为聚合物纳米纤维模板制备纳米槽的原理图。聚合物纳米纤维模板第一次通过静电纺丝的方式来制备，然后涂上上等材料用标准的薄膜沉积技术。这个涂层纤维被转移到固体基片上。为了溶解掉聚合物纤维模板这个基片随后被浸在水里或者有机溶剂。

图2为金属纳米槽网络（左）和两个纳米槽的接点的顶视ＳＥＭ图片。

图３单壁金属纳米槽的横截面ＳＥＭ图片，展示了它的凹面形。

图４金属纳米槽网络能够很容易的转移到各种基片上，包括玻璃载片，ＰＥＴ塑料制品，纺织品和曲面玻璃烧瓶（如图从左向右）。

铜，金，银和铝纳米槽网络的表面电阻和透光率的对比，这可以通过渗透理论来描述。ITO，碳纳米管，石墨烯，银纳米线，银网格以及镀镍薄膜表现出的性能作对比。值得注意的是提到的透射比并不包括基片的透射比。

金属离子与抗生素的研究进展 篇5

关键词：金属抗生素 博来霉素 金霉酸氨基糖苷类抗生素 喹诺酮类抗生素

中图分类号：TQ413 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（a）-0019-01

细菌引起的感染性疾病发生率和致死率高，而抗生素的广泛及不合理使用导致细菌的耐药性不断增强，给临床治疗带来极大挑战。虽然新的抗生素一直在研究中，但其研发使用的速度远远落后于细菌耐药性的出现和加重。在很多不同的抗生素研究策略中，金属离子与抗生素的联合作用有一定的研究价值[1]。有些抗生素活性的发挥需要金属离子来辅助，比如博来霉素，链黑霉素，枯草杆菌肽等，这些抗生素中的金属离子在抗生素的结构和功能方面有重要作用。除去抗生素中的金属离子，可能会引起这些抗生素结构和功能的变化。金属抗生素可以与不同的生物分子相互作用，包括DNA、RNA、蛋白质、受体以及脂质，从而发挥抑菌或杀菌作用。

1 金属抗生素Ⅰ

博来霉素（BLM）是第一个从轮生链霉素的培养基中分离出来的Cu+结合的糖寡肽抗生素，具有抗病毒及抗癌作用，一度成为最常用的抗癌药物，用于治疗睾丸癌，淋巴瘤，头颈部癌，以及与顺铂和阿霉素联合用于治疗艾滋病的卡波氏肉瘤。但是，博来霉素可以产生一些威胁生命的副作用，包括肺纤维化。

博来霉素含有一些特殊的氨基酸，比如某些潜在的金属结合性功能位点—— 氨基咪唑，嘧啶，氨基酸组，还有β-氨基丙氨酸，β-羟基组氨酸，戊酸甲酯，两种糖（古洛糖及甘露糖），以及一个肽基联噻唑链—— DNA识别位点。跟其它自然产生的抗生素类似，博来霉素也是一些类似物的混合物，主要包括BLMA2和B2。博来霉素是金属抗生素领域研究最多的一种，研究其金属结合性，用各种广谱方法分析其结构，研究其在金属离子存在的条件下氧化DNA沟的机制，以及其作为无血红素模型来研究分子氧的活化及DNA的识别、解链。

2 金属抗生素Ⅱ

2.1 金霉酸

多糖抗生素金霉酸家族是由链霉菌产生的，包含几种结构类似的成员，色霉素A3，普卡霉素，橄榄霉素及变易霉素等，对革兰阳性菌，DNA病毒及肿瘤均有一定的作用。普卡霉素主要用于恶性病的治疗，包括Paget’s病以及高钙血症。因此，这些抗生素可以在神经元凋亡相关的神经性疾病中起作用。

2.2 氨基糖苷类抗生素

氨基糖苷类抗生素形成了一个独特的结构多样的抗生素家族，包括抗生素之父—— Waksman发现的链霉素，以及应用广泛的新霉素。结合会导致转化精确度的降低以及干扰核糖体转运。大环内酯类抗生素红霉素与链霉素样抗生素的结构有点不同，包含两个糖基团（其中一个是t-氨基糖），羰基，羟基团，可以作为金属结合配体。其中，Cu2+与氨基糖苷类抗生素结合是依赖pH的，在中性pH中形成多种形式。这些复合物中的金属离子通过螯合附近的氨基羟基结合部位来与药物结合。

2.3 （氟）喹诺酮类抗生素

喹诺酮类抗生素包括萘啶酸，培氟沙星，诺氟沙星等。第一代喹诺酮类抗生素萘啶酸仅对革兰阴性菌有作用，而氟喹诺酮类在第六位碳有一个氟原子，表现出广谱的抗菌活性，对革兰阴性菌及部分革兰阳性菌起作用，同时对厭氧菌也有独特的抗菌性。诺氟沙星在酶缺乏的时候依赖Mg2+可以与质粒DNA结合，可以检测到金属-抗生素，金属-DNA，金属-抗生素-DNA复合物的存在。

在1，10-邻二氮杂菲存在时，氟喹诺酮类抗生素可以与不同的金属离子结合，但是在生理条件下，氟喹诺酮-Cu（II）-邻二氮杂菲三元复合物最稳定。三元复合物可以与DNA复制相关酶作用，比如拓扑异构酶Ⅳ。细菌基因点突变导致孔蛋白对抗生素的亲和力下降，或者表达另外一种孔蛋白来阻断抗生素转运，从而使其对抗生素耐药。

3 结语

细菌耐药性不断增强的形势越来越严峻，新型抗生素的研究仍在进行，而其研发及投入临床使用的速度却远远落后于细菌耐药性的出现和增强。越来越多的研究发现金属离子与抗生素的联合作用，即金属抗生素有较高的研究和应用价值。更全面地了解金属抗生素的结构、功能及作用机制，有助于根据金属的化学性质，进一步设计出针对不同生物分子和配体的金属抗生素。通过化学合成或改造，研究出抗菌效果更好的金属抗生素，是一项紧迫而又极具意义的任务。

参考文献

[1]Lopes SC，Ribeiro C，Gameiro P.A new approach to counteract bacteria resistance： a comparative study between moxifloxacin and a new moxifloxacin derivative in different model systems of bacterial membrane[J].Chemical biology & drug design，2013，81：265-274.

[2]Ming LJ.，Structure and function of “metalloantibiotics”[J]. Medicinal research reviews 2003，23：697-762.

[3]Mandal SM，Roy A，Ghosh AK，et al.Challenges and future prospects of antibiotic therapy：from peptides to phages utilization[J].Frontiers in pharmacology 2014，5：105.

金属材料电阻率检测的研究进展 篇6

【关键词】金属材料；电阻率测定；研究进展

只有测定出金属材料在不同条件下的电阻率，才能有效的结合客观条件更好地应用金属材料，从而使其进一步发展。由此可见，金属材料电阻率测定的重要性不言而喻。而又因为金属材料的电阻率受外界条件影响较大，所以笔者将分条进行说明。

1.固体金属电阻率测定的研究进展

1.1相关概念

为了定量的比较导体材料通过电流的能力，排除导体材料、形状、长短、粗细和温度等因素对于导体数值的影响，我们引入了电阻率的概念。一般说来，电阻率越小，电导率越大，其导电性能就越好。所以电阻率可以用来评定不同材料的金属的导电性能电阻率。

1.2测定原理

经过长期实践发现，一段柱形的均匀导体的电阻与电阻率通常有以下关系：R=ρ（L/S） 其中，L是导体的长度；S是导体的横截面积；ρ是与导体的材料及温度都有关系的电阻率。因此，对于这种柱形均匀导体，我们就可以首先通过游标卡尺或螺旋测微器测出导体的直径d，进而计算出S的数值，然后再通过欧姆法测出电压和电流的值，从而计算出电阻R的数值，最后将相关数值带入，就可以测出电阻率的大小了。

1.3测定操作步骤

测定电阻丝的电阻值的方法很多，这里主要介绍直流双臂电桥法测细铜丝电阻的操作方法：首先，截取粗细均匀，长度适宜的细铜丝，将其接入四端电阻器，用导线将直流双臂电桥和四端电阻器连接好。值得一提的是，要确保导线和仪器的连接状况完好，否则实验就会受到影响。然后根据有关数据大致估计铜丝阻值，将双臂电桥的倍率放在相应的位置上，这样就可以有效的减少相关操作步骤，继而再打开电源开关，按下开关，观察指针偏转的情况。此时若是发现检流计指针不是指向零刻度线，则需要进行调零操作，否则就算是测出结果也是不准确的。调零的具体操作是打开G，先进行粗调R，再进行微调，使检流计指针指零。此时就可以从仪器上读出电阻值R了。最后，为了获得更加精确的数值，则应该再次移动四端电阻器的滑动端，改变被测铜丝长度，重复上述步骤，平行测定5次。

解决了电阻值的测定问题，接下来就是导线长度与直径的测定了，在实际测定中由于对于导线长度的精度要求不是特别高，所以刻度尺的测量精度一般就可以满足需求。值得一提的是，在测量长度时，零刻度线要对准，刻度尺和导线要保持平行，测得的数据也要保留一定的有效数字。只有这样才能在一定程度上保证数据的真实性。而直径的测定使用的则是游标卡尺或者螺旋测微器，这样不仅比较易于操作，而且测得的数据也比较准确。最后，不管是测量长度还是直径，都要平行测定多次，这样才能有效地减少绝对误差。

1.4测定方法的优缺点

优点：测定原理简单易懂，测定步骤易于操作，且对于实验仪器的要求也不是很高，这就使其应用范围较为广阔，尤其是在进行精度较低的电阻率的测定时，这种方法的优势就更加凸显了出来。

缺点：在实际的测量过程中，电阻值、导线长度或者是导线直径的测定都可能产生较大的误差，因此，此种方法测定出来的电阻率的精度比较有限。此外由于原理的限制，此种方法只适用于粗细均匀的圆柱形金属材料的电阻率值的测定，而对于那些粗细不均匀或是形状不规则的金属材料就无能为力了，这也正是其局限所在。

1.5影响测定结果的因素

首先，金属导线的粗细不是严格均匀的，某些部位的直径会比较大，有些就会比较小，这样就会导致测得的结果不准确。还有一种情况则是在使用游标卡尺测量直径时过于用力，将金属导线挤压变形，这样就会直接影响S的值，从而间接影响电阻率的数值；最后，在测定电阻的过程中，调零等操作不准确，或是某些质软的金属材料在测定过程中发生形变，甚至是当时的室温变化等等因素都会对电阻值R的数值大小造成影响，这样测出的R值就会偏离真实值，电阻率的精确度就得不到保障。

1.6对于测定实验的改进建议

首先，在温度控制方面，可以考虑采用热水降温的方法。具体操作步骤如下：把铜漆包线绕成的线圈放入烧杯中，加上适量的热水，通过自然降温使水的温度降低。因为铜漆包线温度低，水的温度高，所以它们之间会产生热交换。这样渐渐的铜漆包线的温度就会升高，水的温度则会下降，而当水的温度下降足够缓慢时，则可以近似认为水的温度与铜漆包线的温度相同。此时只要测量出水的温度，即可作为铜漆包线的温度，这样就可以有效的控制温度对于较为敏感金属材料的影响了。

其次，在测定横截面积S时，为了减弱金属柱体不均匀或是挤压形变等因素对实验结果造成的影响，在使用游标卡尺或螺旋测微器时，当我们完成测量一次，得到数1后，需要转过一个平角，再次在同一个地方进行测量，从而得到数2。若数1和数2的值相差过大，则说明该组数值的误差较大，应及时舍弃，只有这样，才能有效地减少由金属材料粗细不均造成的影响。

最后就是对于长度测量的改进了，一方面我们可以通过使用更加精良的仪器从而提高精度，这也是最简单直接的一种方法；另一方面则可以从改进实验方法方面下手。如长度可以通过流体静力称衡法测得，从而减小由于工具或是实验者读数时的主观因素造成的误差，得到更精确的数值。

2.高温金属电导率的测量

由于高温金属电导率的测量较为复杂，碍于篇幅所限，笔者不能详尽，所以就简要谈一谈其中的要点。在高温金属电阻率的测定中，最难控制的因素就是温度，因为温度会引起各种参数的变化，从而造成很大的系统误差，所以要想得到实用的结果，就必须消除这些误差，下面笔者就介绍一种常用的方法：在系统使用前，用加热到1000e左右的Al2O3代替被测样品，进行电导率与温度的测量。这样由于测温电路使用了AD595电偶信号调理芯片，温度的线性和精度就可以得到有效的保证。而Al2O3是非常稳定的物质，其电导率可以认为不随温度变化而改变，故可得到一个温度、电阻率测量值的采样序列，用来作为实际使用中的校正数据。解决了温度的问题，在此基础上，再结合相关的专业仪器如传感器等，就可以较为精确地测定高温金属的电阻率大小。

3.结语

不同金属材料有不同的理化性质，因而其电阻率的检测也有不同的方法。所以，在实际的测定过程中，我们一定要尊重客观的条件，实事求是，从资金设备或实验员的专业素质等因素出发选择最适合的测量方法。总而言之，电阻率的测定对于金属材料的进一步推广应用具有重大的意义。因此，我们一定要重视起来，不断改进实验仪器和方法，从而获得更精确的结果。

【参考文献】

[1]梁富增，方莉俐.用双臂电桥测低电阻，用牛顿环测量球面的曲率半径.大学物理实验.兰州大学出版社，1997.

[2]王秀杰，方莉俐.大学物理综合性实验的创新尝试：金属电阻率的精确测量[J].大学物理实验，2007，20（3）：27-31.