有序结构

有序结构（精选9篇）

有序结构 篇1

摘要：工程合金几乎都是基于固溶体,对固溶体合金结构的研究有利于发展性能更优异的新型合金。总结了有关固溶体合金近程有序结构的理论研究以及现有的实验检测分析方法,同时阐述了一种描述固溶体合金近程有序结构的“团簇加连接原子”模型,该模型构成一种重要的材料设计方法。

关键词：固溶体合金,近程有序,结构表征技术,团簇加连接原子模型,材料设计

工程固溶体合金在国民生产中发挥着重要作用,如Fe基工程结构材料、有色合金(包括Ni基高温合金、Cu合金等),这些实用合金材料的研发与固溶体合金的理论息息相关。Hume-Rothery[1]最早提出了影响固溶体形成的3个因素,并预测了简单多价金属合金的固溶度极限,为合金研发提供了理论指导。Eshelby[2]在Friedel[3]理论的基础上从系统能量的角度出发得出的结论也证实了Hume-Rothery观点的正确性。另外,Darken-Gurry[4]、Chelikowsky[5]、Alonso-Simozar[6，7]、Zunger[8]等采用二维坐标法进一步完善了Hume-Rothery规律,提出的影响因素对于探讨固溶体合金的固溶度问题具有重要意义。需要指出的是,这些方法尽管采用的判断方法不同,但都无法定量给出极限固溶度的值,还需要进一步研究溶质原子在空间排布的结构信息,通过揭示结构特征精确预测材料的性能。众所周知,固溶体是以近程有序结构为特征的,可采用中子衍射[9，10]、穆斯堡尔谱[11]、EXAFS[12]等实验方法来测出固溶体中特定原子周围的局部环境,如配位数、与其他原子的距离、键的长度和夹角等信息。但至今仍不能通过实验直接得到固溶体中原子的三维分布。由此可见,建立结构模型来研究固溶体结构是目前解决该问题的一种行之有效的方法,它可以从描述固溶体的局部结构入手,对材料整体结构进行描述乃至实施材料设计。随着计算机技术的发展,人们也试图借助于热力学模型来进行材料结构计算[13]。相对于热力学模型来说,几何结构模型则更易被人们接受[14-16]。从最初简单地判断原子是否均匀分布到提出短程有序参数,再到引入“团簇”概念,固溶体的局部结构逐渐清晰起来。鉴于固溶体结构在合金发展中的重要性,本文从固溶体合金局域结构出发,阐述了固溶体合金结构的近程有序理论以及检测固溶体合金结构的现代实验技术,最后介绍本课题组自主发展的适用于描述近程有序结构的一种全新结构描述方法,即“团簇加连接原子”模型。

1 固溶体合金结构的近程有序

在二元固溶体合金中,两类原子的物理性质和化学性质会影响到它们在结构中所处的状态。为了判断原子间是否以无序的状态进行排列,人们提出了以下几种参数。

1934年Bragg和Williams定义了长程序参数S来描述A-B二元固溶体合金的长程有序[14]:

式中:PA、PB分别为A、B原子出现在正确位置上的几率,XA、XB分别为A、B原子的摩尔分数。当PA=PB=1时,S=1表示固溶体合金完全有序;当PA=XA、PB=XB时,S=0表示固溶体合金为完全无序,这种情况在有限的温度下是达不到的。

Bethe于1935年考虑到了结构振荡,这是Bragg-Wil-liams模型中没有涉及的。在低温下,系统为了降低能量,原子间趋向于有序分布,即使距离比较远的原子间也存在相互关联。但这种情况不适合高温,高温时远距离的原子间位置分布不会相互影响,但是依旧存在短程有序。对于A-B型二元合金,他提出了短程有序参数σ[16]:

式中:Punlike是中心原子周围发现异类原子的几率,Plike是中心原子周围发现同类原子的几率。σ和长程有序参数S之间可以相互转化。Bethe在Bragg-Williams的基础上还计算了不同近似方法下近邻有序度σ(T)和能量的数值变化,得出长程有序度会在某一个临界温度(类似于铁磁体中的临界温度)突然消失,而物理性能则在临界温度发生变化。

1950年,Cowley提出了用短程有序参数α来描述合金中某一特定原子与它周围第i壳层上原子之间的相互作用[15]:

式中:ni为B原子周围第i壳层上A原子的数目,mA为固溶体中A原子的摩尔分数,ci为B原子周围第i壳层上原子总数目。当A和B原子为无序分布状态时,α=0;当A和B为异类原子近邻,完全短程有序分布时,α<0;当A和B原子偏聚时,α>0。

由此可以看出,描述合金近程有序理论的主流思想是试图明确特定原子周围其他原子的占位情况,判断出原子之间是偏聚、有序还是无序分布。其中,常用参数为Bragg-Wil-liams的长程有序参数S和Cowley的短程有序参数α,并且α可以通过实验测出来。如Idczak等[17]使用穆斯堡尔谱技术测出Fe1-xCrx在不同成分下以Fe为心时α1和α2的数值,发现在x<0.06时α1是负值,α2为正值,在x≥0.06时情况则刚好相反,并且短程有序参数始终偏离无序分布模型预测的数值。这说明在前两层的范围内Fe1-xCrx合金存在近程有序,而且Fe周围Cr原子并不是无规则分布。

2 固溶体结构的实验检测技术

使用普通X射线衍射方法得到的是晶体结构的平均信息,若想知道原子位置或排列方式则要借助于中子衍射(Neutron diffraction)、穆斯堡尔谱(Mssbauer spectroscopy)和扩展X射线吸收精细结构(Extended X-ray absorption finestructure,EXAFS)光谱等技术。

利用中子衍射技术能测出晶体中的原子位置、排列方式和不同位置上原子的种类等。中子衍射相对于X光散射具有独特优势,尤其对轻元素和重元素的辨识度上,前者远远优于后者。由于这个特点中子衍射被广泛应用在储氢合金结构的研究上。比如,从Ti29.25Cr26.59V37.25Fe6.91Ce1.10合金氢(氘)化物的中子衍射结果中可以看出,氘主要占据BCC结构中的四面体间隙[10]。对于非长程有序的非晶或固溶体而言,由于存在短程有序,中子衍射也能从统计意义上得出近邻配位原子的信息。在Ni0.89Cr0.11中,通过中子衍射得出了以Cr为心不同距离上的短程有序参数,如α1为-0.0547,α2为0.0381,说明该成分的固溶体在第一近邻的范围内是近程有序的[9]。中子衍射的优点突出,但其庞大的设备和昂贵的价格却令人望而却步。

穆斯堡尔效应是原子核对γ射线的无反冲共振吸收现象。在该现象的基础上设计实验,最终得到经过吸收后γ光子数随入射γ光子能量的变化关系,这被称为穆斯堡尔谱。它与固体中核激发态和基态之间的共振跃迁有关,而共振核的能级结构又与其所处环境有关,因此穆斯堡尔谱能反映出共振核的配位环境和局部结构。K Oda等[11]研究了Fe-C合金的穆斯堡尔谱,发现在γFe中一共存在4种类型的Fe原子,分别是在其第一近邻上有0个、1个和2个C原子(这2个C原子与中心Fe原子的连线夹角又分为90°和180°两种),这项研究有助于理解马氏体相变过程中C原子的位置变化。目前发现具有穆斯堡尔效应的元素(不包括铀后元素)只有42种,以及80多种同位素的100多个核跃迁,尤其缺少轻元素。除了57Fe、119Sn等在室温下有较大的发生穆斯堡尔效应的几率,其他的元素在低温下才能有明显的穆斯堡尔效应,给这一应用带来了很大的局限性。

当某个原子周围存在其他原子时,光电子波将会受到周围原子的散射,若改变入射光子的能量,则出射和散射光电子波之间发生干涉,使吸收曲线出现振荡,产生EXAFS。这种振荡非常微弱,需要很强的入射X射线。起初由于没有适合的光子源,做一次数据采集要几周,直到1974年同步辐射的强力X射线才将实验时间缩短到了几分钟,也提高了精度。EXAFS实验得到的结果需要经过复杂的公式分析。Stern等[18]在1970年以后在该领域做了一系列工作,将数据做傅里叶变换,得到原子间距和其他结构信息。Lee等[19，20]严格推导出了EXAFS的基本公式,计算了不同元素的相移和散射振幅,给出了与实验相近的结果。现在EXAFS成为研究物质短程有序的有力工具。比如,在利用该技术研究Cu1-xAux固溶体的过程中,分别测出了以Cu和Au为心周围临近原子的种类及数量,也测出了原子间距,根据这些数值可以计算出α[12]。由于α接近于0,可以推断出Au在Cu基体中趋向于无序分布。EXAFS技术的缺点是只对第一、二壳层敏感,同时设备昂贵,不管是在理论还是在实验上都需要进一步的提高。

以上这些实验方法能测出配位数、原子间距、短程有序参数α这些数值,但并没有从根本上解决空间结构问题,只是给出了特定原子周围平均的近程原子结构,不能从整体上揭示溶质的分布状态,更不能指导合金设计。因此,需要发展一种新的结构描述方法,能够处理近程有序的原子排列,同时避免原子占位的无序性带来的复杂化。针对这一难题,本课题组从准晶非晶结构入手,发展了一种基于第一近邻配位多面体团簇的结构模型,简述如下。

3 描述近程有序特征的“团簇加连接原子”结构模型

非晶大多是液体急速冷却后得到的产物,所以几乎保留了物质在液体情况下的局部短程结构。从实验中可以观察到金属液体中存在五次对称的二十面体结构[21],那么在非晶中极有可能也存在类似的多面体[22]。Miracle[23]在描述非晶结构时引入了团簇模型,在该模型中,溶质占据中心位置,溶剂只占据第一壳层的位置,最终形成一定形状的配位多面体,非晶就是这些多面体的堆垛。

本课题组在研究大量准晶和非晶后[24，25],根据合金的近程有序结构,独立提出了“团簇加连接原子”结构模型。该模型将合金结构分为团簇部分(由中心原子和位于其第一近邻的原子组成)和连接原子部分(由位于中心原子第二近邻的原子组成),即合金结构视为由孤立团簇堆垛而成,其团簇堆垛的间隙位置由位于第二近邻的连接原子填充。团簇在合金中形成于具有负混合焓(强交互作用)的组元之间。团簇堆垛结构模型可给出合金成分式,为[团簇](连接原子)x,x表示连接原子的个数,即一个团簇与x个连接原子相匹配。

以Cu-Zr二元非晶合金中的Cu8Zr3晶化相为例[26],在该晶化相中Cu有6种占位,Zr有2种占位。分别以不同占位的原子为心,通过结构分析软件,找到最近邻的原子形成配位多面体,最终得到7种团簇,分别为Cu6Zr6、Cu10Zr3、Cu10Zr4、Cu8Zr5、Cu9Zr5、Cu13Zr5、Cu12Zr5。之后根据密堆度最大的原则和团簇共享度等条件[27]筛选出Cu8Zr5为主团簇(图1)。中子衍射实验[28]和第一性原理计算[29]都证实了接近富Cu一侧的Cu-Zr二元块体非晶合金中广泛存在Cu8Zr5团簇。根据“团簇加连接原子”模型,以Cu8Zr5团簇加1个连接原子Al、Ti、Ag,可获得大玻璃形成能力的块体非晶合金[Cu8Zr5](Al/Ti/Ag)1[25]。

固溶体合金中溶质原子的分布尽管长程无序,但存在近程有序,这与非晶合金的结构相似,故团簇结构模型亦适用于固溶体合金中,能够对该类合金的近程有序结构进行描述。大量实验表明该模型不仅能给出固溶体的局部结构特征,也是设计合金成分的有效方法。

4 “团簇加连接原子”结构模型在合金设计中的应用

“团簇加连接原子”结构模型成功指导了多种合金体系的成分设计,包括工程白铜合金[30]、生物医用β-Ti合金[31]及马氏体时效不锈钢[32]等。下面以这3种合金为例阐述该模型在固溶体中的应用。

Cu-Ni合金以其良好的力学性能和耐蚀性能被广泛应用在电厂、化工和海水淡化处理等方面的管道设备上。向Cu-Ni合金中加入适当的Fe不仅能降低成本,也能提高耐蚀性。从Cu-Ni-Fe三元合金等温(450℃)相图上能看出Fe在合金中的溶解度很小。考虑到Ni-Fe相的析出会降低合金的强度和耐蚀性能,所以Fe的添加量一般不会超过固溶极限。图2为Cu-Ni-Fe三元合金中各元素的分布:Fe-Ni之间是负混合焓,Fe-Cu之间为正混合焓,为了降低体系的能量,Fe、Ni趋向于近邻分布,Fe、Cu趋向于分离,于是合金趋向于形成以Fe为心,以Ni为第一近邻的CN12的Fe1Ni12团簇结构,在实验中表现为以Fe为心第一壳层的近程有序参数α小于0。团簇分布在Cu基体上,这样合金成分可以表达为[Fe1Ni12]Cux,改变x的值就可以得到一系列成分不同的合金。当Fe和Ni原子比例大于1/12时,就会出现Ni原子共享,从而导致Fe-Ni相结构的出现,这点不仅符合相图透露的信息,也得到了实验的验证[30]。最终获得的[Fe1Ni12]-Cu30.3合金在3.5% NaCl溶液浸泡240h后平均腐蚀速率为0.0025μm/h,具有较好的耐腐蚀性能。

Ti合金由于其低的弹性模量、高的强度、好的生物相容性等特点而被广泛应用在生物医用材料中。β-Ti合金为BCC结构,是Ti合金中弹性模量最低的一种,但是需要同时添加低弹性和稳定BCC结构的元素,造成合金设计的复杂化。如同FCC结构中的团簇为CN12的截角八面体,BCC结构中的团簇为第一近邻的8个原子和第二近邻的6个原子构成的CN14的配位多面体。向Ti基体中添加其他组元后,为了确定该组元在团簇中的位置,需要考虑它与基体元素之间的交互作用,而这种交互作用的强弱体现在两种元素之间混合焓 ΔH的大小。与基体Ti混合焓越负,说明交互作用越强,这种元素会占据团簇的中心位置,而 ΔH接近于0或大于0的元素会占据连接原子的位置。根据这个原则对添加组元进行分析后发现,Ti-Mo和Ti-Sn之间 ΔH<0,Ti-Nb之间 ΔH>0,因此Mo和Sn会占据团簇的中心位置,而Nb则占据连接原子的位置。同时,Zr与Ti为同族元素且混合焓为0,可以相互置换。综上所述,最终设计的一系列合金中,Mo、Sn为中心组元,Ti及Zr为壳层原子,Ti及Nb为连接原子[31]。经过实验发现,铸态[(Mo0.5Sn0.5)(Ti13Zr)]Nb1的模量低于50GPa。

马氏体时效不锈钢以Fe-Ni-Cr三元为基,通过高温淬火最终得到低温组织为BCC结构的板条马氏体。这种不锈钢具有超高的强度、良好的韧性、耐蚀性、可焊性和加工性能,因此在航空航天和叶轮叶片上应用很广。考虑到高温时不锈钢为FCC结构,以及Ni、Cr与基体Fe之间混合焓的大小,最终确定Ni处于团簇的中心原子位置,与基体Fe构成NiFe12团簇,而Cr作为连接原子存在,这样团簇结构模型为[NiFe12]Crx。在1173K的Fe-Ni-Cr三元相图中,Ni含量为6.2%时Cr在奥氏体中的固溶度下限为18.7%,而团簇式中x=3时的成分恰好与该点的成分非常接近。因此,选择[NiFe12]Cr3作为基础合金,再添加其他组元实现合金化。为了体现出微量元素,首先将团簇式中每种组元的原子数目乘以16,也就是说团簇结构模型变为[Ni16Fe192]Cr48。为了时效过程中有碳化物强化粒子析出,假定在基础合金中添加1个C原子,即新的成分式为{[Ni16Fe192]Cr48}C1,之后用Cu替代Ni,Mo和Nb替代Cr来设计一系列的合金[32]。经过实验发现,所有样品中{[(Ni13Cu3)Fe192](Cr45Mo2.5Nb0.5)}C1的综合性能最好,硬度及抗拉强度都很高,抗腐蚀性能也较好。

5 结语

尽管固溶体合金结构理论在过去的几十年里取得重要进步,但需要借助局域结构模型,加上先进的实验测试技术,来完善固溶体合金的结构理论。基于原子团簇的 “团簇加连接原子”结构模型不仅能给出固溶体原子的近程有序特征,而且能设计多元复杂合金成分,是一个兼具理论研究价值和实际应用价值的模型,有望为固溶体合金的结构研究提供一条新的途径。

有序结构 篇2

强迫耗散系统的有序结构和系统的发展(Ⅱ),广义能量极小值原理和系统的发展

利用大气非线性动力学证明了广义能量极小值原理,进一步从理论上证明它是同大气非平衡态热力学最小熵产生原理在物理上是一致的.前者表明,强迫耗散动力系统的`终态广义能量达极小值;而最小熵产生原理表明,远离热力学平衡态的开放系其终态时系统内部的不可逆过程最弱.而且,系统广义能量达极小值和系统熵产生达极小值的终态一般是一个稳定的定态,它对应着系统的某种有序结构.也就是说它是一个“低耗高效”的有序定态.大气系统作为自然界一个典型的物理复杂系统,其最小熵产生原理和广义能量极小值原理隐示了自然界复杂系统的一个一般性原理,它总是趋于一个“低耗高效”的有序定态.

作 者：胡隐樵  作者单位：大气边界层和大气化学国家重点实验室,北京,100029;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,兰州,730000 刊 名：物理学报  ISTIC SCI PKU英文刊名：ACTA PHYSICA SINICA 年，卷(期)：2003 52(6) 分类号：O4 关键词：强迫耗散系统   能量极值原理   有序结构   动力系统  

有序结构 篇3

1 实验

1.1 试剂与仪器

高纯铝箔 (纯度99.999% (质量分数, 下同) , 北京有色金属研究院) , 用丙酮、蒸馏水中分别超声清洗3min, 500℃真空退火7h后冷却至室温, 密封备用;其它试剂均为化学纯, 直接使用。实验仪器:H-10A型恒压源 (武汉材料保护研究所) , 恒温槽及超声波清洗机。电化学氧化装置, 自制。

1.2 实验过程

将高纯铝箔在高氯酸与无水乙醇的混合溶液 (体积比1∶9) 中, 20V直流电压下电化学抛光。将电抛光后的铝箔在预制的草酸溶液中氧化30min, 用去离子水冲洗后把铝箔浸入60℃恒温的6%H3PO4与1.8% H2CrO4的混合酸中10min, 除去氧化层。在裸露的铝基底上进行第二次阳极氧化, 和第一次阳极氧化条件完全相同, 氧化时间4h。用饱和氯化汞溶液除去多孔氧化铝模板背部的铝基, 模板正面用环氧树脂密封, 然后用5%的磷酸去障碍层, 时间40min。本实验控制阳极氧化电压30～50V, 草酸溶液浓度0.2～0.5mol·L-1, 温度20℃。

1.3 结果表征

采用Philips SIRION200型扫描电子显微镜对多孔阳极氧化铝膜表面及断面形貌进行表征, 并用图形学统计方法对模板孔径、孔密度等参数进行统计。

2 结果与讨论

2.1 多孔氧化铝膜的结构与形貌

在草酸溶液中制备的多孔氧化铝膜, 表面光滑, 细致均匀, 膜较厚, 较脆, 氧化电压较低时为无色透明的薄膜, 电压较高时为黄褐色、半透明。图1a为 50V的氧化电压下, 0.4mol·L-1的草酸溶液中所制备的多孔氧化铝膜的SEM照片, 由图中可以看出纳米孔呈圆形, 整个膜胞为正六边形, 排列高度有序, 在较大区域内严格呈正六边形紧密结构分布, 如图1a中所示区域。图1b为多孔氧化铝膜的断面, 从图中可以看出, 整个通道相互平行, 垂直于铝基体, 孔径d约为100nm。

(A) 上表面; (B) 横断面 (A) top surface; (B) cross section

2.2 阳极氧化电压对多孔氧化铝膜的影响

阳极氧化电压是影响多孔氧化铝结构的重要因素。实验表明, 当阳极氧化电压为30V时, 在本实验所用各种浓度的草酸溶液中均不能制备多孔氧化铝。当阳极氧化电压为35, 40, 45V时, 在0.3, 0.4, 0.5mol·L-1草酸中均成功地制备了多孔氧化铝。表1为草酸浓度为0.5mol·L-1, 不同电压条件下AAO的结构参数。表1的数据表明增大阳极氧化电压, 纳米孔的孔径增大, 孔密度减小。当阳极氧化电压为35, 45, 45V时, 孔径分布曲线如图2a, b, c所示, 曲线符合正态分布undefined, 其中μ和σ值见表1。 当氧化电压从35V增加到45V时, 孔径增大了10nm, 当氧化电压从40V增大到45V时, 孔径增大了9nm。当氧化电压为50V时, 铝箔在第一次阳极氧化时即被击穿, 无法进行第二次阳极氧化。当氧化电压为30V时, 氧化速率很慢, 无法成孔。曲线b和曲线a相比, 孔径增加了10nm, 峰值增大了8%, 标准差减小, 纳米孔在孔径均值处出现的概率变大, 孔径分布变窄, 孔排列的规整性变好。曲线c和曲线b相比, 孔径中值增大了9nm, 峰值减少了11%, 标准差增大, 纳米孔在孔径中值处出现的概率变小, 孔径分布的宽度变宽, 孔的有序性变差。通过比较a, b, c三条曲线, 可以发现, 当草酸溶液浓度为0.5mol·L-1时, 随着阳极氧化电压的增大, 纳米孔的孔径增大, 当阳极氧化电压为40V时, 纳米孔的孔径分布的最窄, 峰值最大, 孔的有序性最好。实验所得孔径与电压之间的关系如图3所示。可见, 在不同浓度下, 孔径与电压之间满足线性关系, 关系式分别为:

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因此得出孔径与电压的一般关系式为:Dpa=K0U0+P (U0>30V) , 其中K, P为仅与浓度有关的参数。

Parkhutik V. P. [9]等人的研究表明孔径与氧化电压存在如下关系:

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式中:undefined

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式中, A和B为氧化物生成和溶解的影响因子;k0和kd为氧化物分子的结构因子;α和β为电流密度与氧化物生成和溶解速率间的法拉第关系系数。其中A, B, k0, kd, α, β均为常数。上式表明在不同电解液浓度条件下, 孔径Dp与电压U0与图3所示的结果相符。

2.3 草酸浓度对多孔氧化铝膜的影响

当阳极氧化电压为45V时, 在0.3, 0.4, 0.5mol·L-1的草酸溶液中成功的制备了多孔阳极氧化铝膜, 其结构参数见表2。

从表2可以看出, 在45V的电压条件下, 随着草酸溶液浓度的增大, 多孔氧化铝膜的孔径增大, 孔密度减小。当草酸浓度为0.3, 0.4, 0.5mol·L-1时, 孔径分布曲线如图4a, b, c所示。曲线b和曲线a相比, 孔径增加了7nm, 峰峰值增大了9%, 纳米孔在孔径均值处出现的概率变大, 孔径分布变窄, 孔排列的规整性变好。曲线c和曲线b相比, 孔径中值增大了13nm, 峰值减少了16%, 纳米孔在孔径中值处出现的概率变小, 孔径分布的宽度变宽, 孔的有序性变差。通过比较a, b, c三条曲线, 可以发现当阳极氧化电压为45V时, 在0.4mol·L-1的草酸溶液中所得到的纳米孔径分布的最窄, 峰值最大, 孔的有序性最好氧化电压在30～50V范围内, 孔径与草酸浓度的关系如图5所示, 可见在相同电压条件下孔径随草酸浓度的增大而增大。假设孔径与草酸浓度的关系如下:Dp=F (CH+) , 仅考虑草酸的一级电离, 则cH+=cH2C2O2×αH2C2O4, 草酸为弱酸, 且电离度随浓度的变化而变化:

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故:Dp=F[cH2C2O4×φ (cH2C2O4) ]。可见, 孔径是关于草酸浓度的复合函数。由于草酸是二元弱酸, 二级电离过程更为复杂, 孔径与草酸浓度的具体关系有待进一步研究。

实验发现, 低电压、低浓度时, 多孔氧化铝膜的有序性较差, 孔径较小。随着氧化电压、草酸浓度的增大, 孔径增大, 孔密度减小, 孔排列的规整性变好。但电压或浓度超过一定值时, 孔的规整性反而变差。原因可能是由于电压或浓度的变化造成了电解质中离子浓度的变化。根据多孔氧化铝形成假说[10], 低电压、低浓度时阳极氧化反应比较缓慢, 体积膨胀产生的应力较小, 不足以使纳米孔有序分布, 同时低的阳极氧化电压、低浓度的草酸对多氧化膜的溶解能力较差, 形成的纳米孔直径较小。同时根据图6所示的AAO形成过程中离子转移示意图, 随着氧化电压、电解质浓度的增大, 溶液中的离子浓度增加, 膜层中的静电场增强, 孔底的电场分布的不均匀程度变大, 电场辅助极化溶解能力增强, 加速了电解液对孔底的腐蚀溶解, 孔径增大, 当铝阳极氧化膜中的纳米孔呈圆形且为规则的正六边形排列时, 基体铝与氧化铝之间晶格不匹配产生的内应力和纳米孔内壁的表面张力达到平衡, 体系的能量最低。电压过高、浓度过大会使氧化反应过于激烈, 孔间的竞争协同作用小于体积膨胀产生的应力, 平衡被打破, 孔的有序性降低。 草酸浓度为0.5mol·L-1、氧化电压为50V时, 氧化反应比较剧烈, 阴极上产生大量气泡, 局部放出大量热量, 第一次阳极氧化时铝箔即被击穿。

3 结论

(1) 以0.3～0.5mol·L-1草酸溶液为电解液, 在35～50V的阳极氧化电压条件下, 成功制备了不同孔径的多孔阳极氧化铝膜, 其孔径随阳极氧化电压的增大呈线性增大, 随草酸浓度的增大呈非线性增大。

(2) 孔径分布符合正态分布, 分布曲线随氧化电压、草酸浓度的变化而变化, 控制阳极氧化电压和草酸电解质浓度, 可控制多孔氧化铝膜孔径的大小和分布。

(3) 不同浓度的草酸浓度, 对应着不同的最佳电压:0.3mol·L-1-50V, 0.4mol·L-1-45V, 0.5mol·L-1-40V。

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规范 有序 创新 篇4

----小学科学实验室标准化建设及管理

湖北长阳教育研究与教师培训中心/张桂珍

小学科学实验器材，不但是学校重要硬件设施（设备）之一，而且是教师上好科学课最基本的元素。因此，必须动员各方力量共同建设和管理好小学科学实验室，以满足师生教学活动的需要，提高学生的科学兴趣和探究技能，全面落实新课程标准，完成科学教学任务。

一、小学科学标准化实验室的建设

几年来,笔者通过深入全县68所小学调研，发现绝大多数小学虽在“普九”时按二类实验室标准“武装”过一次，但实验室的建设标准和仪器储备远远不适应新课标和新教材要求，因此，实验室的器材需要不断补充、更新和改良。

经过近一年来的努力，县教育局多方筹集资金,投入82万元为44所高完小按省级标准配备了小学科学课的部分仪器和电教设备，主要涉及课改以后急需新增的仪器设备、投影仪和计算机等；2009年11月初，北京桂馨慈善机构为我县启动了“桂馨科学课教师培训湖北长阳项目”。该项目由中科合成油技术有限公司捐资18.34万元设立。为我县免费培训了32名中青年小学科学课教师，随后又捐赠了12套共96箱科学3—6年级教学工具箱和40套教学光盘、科普读物。这些新仪器设备的补充、更新，极大地改善了我县小学科学实验室的状况，使各乡镇中心小学和高完小标准化实验室的建设逐步达标。

但随之而来的是，我们发现部分学校对这些来之不易的实验器材缺乏严格的管理和有效的使用。有的学校因撤校合并,学生猛增,没有了专门装备成套设备的实验室；有的学校虽有一间房作实验室,但地面不平整，主电源没有到室内，主水管没有接通，有的学校甚至没有标准仪器柜。仪器设备要么束之高阁，不敢用；要么随便堆放在一起，没有专人管理、统一规划。怎样管理和使用好实验室器材已成为我们从事科学教育工作者必须思考的问题。

二、小学科学标准化实验室的管理

管理工作是学校实验室全部工作的关键，也是实验室工作的中心内容，更是小学科学教学的重要前提和根本保证。实验室管理的好坏，直接反映学校管理水平和科学课教师的责任心、专业水平以及组织才能。

1、规范的组织管理是标准化实验室管理的前提

作为学校领导，要提高认识，一是要安排专用的仪器室、实验室和相关的配套设施，确保室内水、电、排气、消防、电教设备、课桌凳等固定设施的正常使用。二是要对已有的仪器设备加强科学规范的管理，为科学课教师演示实验、学生分组实验以及课外科技活动的开展，提供有力的保证。三是每学期期末，学校要根据教学要求编制好下学期仪器设备、器材补充计划，并提前购置。四是学校应安排具有较强事业心、责任感和专业知识的专职教师管理，必须建立由学校领导指导的研修组，在组织上予以保证。

2、严格的制度管理是标准化实验室管理的保证

从实际出发，制定制度，并组织实施。首先，实验室的仪器设备要做到帐目清楚，帐物相符。要建立《教学仪器设备（器材）总帐》《教学仪器（器材）明细帐》《教学仪器（器材）添置流水帐》《教学仪器（器材）报废帐》《低值易耗品明细帐》等管理帐册。在帐务管理上，要做到记帐及时，流程规范，填写完整，准确无误。第二，实验室必须制定实验教学管理制度，学生实验守则，仪器设备保管使用维修制度，仪器损坏赔偿制度，安全防护制度。第三，建立科学实验教师的考评制度。科学实验老师的教学及日常工作情况在期中、期末要认真的考评，对成绩突出的要予以肯定，对工作不落实、有失职失误的教师，要批评指正，并应承担相应责任。四是建立学生活动的相关簿册。实验室要建立学生实验记录簿，低值易耗品登记簿，实验仪器损坏、报废、赔偿、维修登记簿，自制教具登记簿、课外科技活动(含科学园和小气象站的日常管理、观察记录、科普书籍借还等)登记簿等簿册。严格执行各项规章制度，确保教学仪器设备经常处于完好的可用状态，保持科学、文明、卫生、安全的实验教学环境。

3、有序的实验设备（器材）管理是标准化实验室管理的基础

实验室的仪器设备、动植物标本、室内环境管理的好坏，直接关系到仪器保持的状况和有效的使用。仪器设备的存放要分门别类，入橱分类存放，科学有序，排列整齐，安全美观，定橱定层定位。力争做到一橱一号（仪器橱号），一橱一卡（仪器橱内仪器存放目录卡），保持物卡一致，帐卡相符。按照上轻下重，水平或竖直放置的原则作适当调整，特高特大仪器用专柜。化学试剂、药品要妥善保管。剧毒品和易燃品必须存入危险品库。教师的演示实验和学生分组实验仪器可分开存放。水槽、放大镜和烧杯是小学生在开展科学探究活动最常用的实验器材之一，应优先放在取用方便的位置。当然，实验室的仪器定期检查和维护是非常必要的。尤其是夏季气温高，空气湿度大，要每周检查一次，平时每月检查一次。开橱开窗通风，将怕湿的仪器进行晾干，以防霉变和生锈。损坏的仪器能维修的及时维修，保证教学需要。如，电流实验盒中的小灯座，电池盒的金属片被氧化后就不导电了，需要去氧化膜。

4、创新的实验教学管理是标准化实验室管理的关键

我们知道，组织管理是基础，仪器使用是根本，探究效益是目的。因此，创新的实验教学管理是标准化实验室管理的关键。

首先，认真制定科学教学计划，加强实验教学过程管理，做好计划、准备、组织、指导、总结五个环节。每学期开学后，根据任课教师实验计划编制好各年级的实验教学计划和实验室使用安排表。按照课程标准和教材的要求，必须完成课堂演示实验和学生分组实验教学任务。第二，学校应创造条件提高实验的开课率，满足师生教学的要求。在课堂上，要给学生充分的时间，让学生充分地动手，动脑，像科学家那样“真刀真枪”地去搞科学，去探索，去创新。学生只有经历了简单电路的安装过程，才能了解小电珠发光的原因；学生只有亲自做一做物体沉浮的实验，也才能找到物体沉浮的规律。第三，完善科学教学计划、总结类档案,教学仪器技术性资料类档案(有关各类仪器的使用手册、说明书、保修卡、仪器质检合格证等随机技术资料),帐簿资料档案等，做到及时归类，定点存放。第四，积极开展实验教学研究，改进和自制教学器具活动。自制教学器材是实验课器材准备的重要补充。我们认为，自行设计、制作和开发的教学器材、资源与常规器材相比，不但具有针对性，而且在使用时容易突破难点，增强学生的学习兴趣。尤其是现阶段使用的教材版本与实验器材的不完全配套，更是需要不断改良实验器材，提高课堂教学效率。

5、有效的实践指导是标准化实验室管理的核心

一是加强实践，组织学生开展第二课堂和课外科技活动。为了在实践中让学生自主学习，发展学生的个性，实验室要尽可能为学生提供展示个性的空间，如，设立学生自制各种动植物标本展橱；室内外陈列一些文竹、君子兰等植物，也可以喂养蚕、小金鱼等，这些都是学生感兴趣的活动，又提供了观察思考的机会，而且培养了学生的动手能力和持之以恒的精神。二是设置工具箱。在实验室里，分年级设置工具箱，存放一些实验活动过程中使用的工具、材料、记录卡等。通过设置工具箱，引导学生利用身边的废弃物进行资源合理再利用，如食盐、土豆、红薯、种子、木炭易拉罐、乒乓球、石头、气球、橡皮筋、弹簧、各种金属条、纸板、木块、塑料瓶、吸管、泡沫，等等，由学生自主筹备，经常让学生有机会为工具箱出力，自制学具，使它应有尽有，这不仅为学校可以节省一笔不小的经费开支，还能为学生提供充分发挥智慧的空间，为自主选择实验材料实施开放式探究活动提供条件。

通过加强有效的实践指导，我县在课外科技活动中取得了一些成果。县实验小学连续几届获中国少年科学院主办的“全国少年儿童„科技之星‟科普知识”竞赛大奖，胡冰铁同学还荣获“中国少年科学院小院士提名奖”，在市、县科技节中也连续几届被评为“先进集体”。大堰乡在科技发明方面，先后有李开屏的“连通式酒精炉”、李登科的“拖把绞干架”及谭伟的“筛盘式采茶机”三项科技发明获国家专利。鸭子口中小学参赛的科技创新作品《自制泡菜坛加水器》荣获湖北省第21届青少年科技创新大赛三等奖，曾志强、徐蔚在宜昌市第四届青少年科技节上分别获一、二等奖。

有序结构 篇5

耗散结构理论 (Dissipative structure theory) 是由比利时物理化学家普里高津 (Prigogine (T) 于20世纪70年代创立的, 是建立在对热力学第二定律的研究基础之上的一门研究开放系统的耗散结构 (dissipative structure) 的性质、形成、稳定和演变规律的科学。普里高津的耗散结构理论以开放系统为研究对象, 研究系统在远离平衡的条件下, 由于其内部的非线性相互作用从热力学的无序 (disorder) 向有序 (order) 转化的过程。耗散结构理论认为:一个复杂的开放系统在平衡态附近的非平衡区域不可能形成新的开放系统的有序结构, 在这个区域内系统的基本特征是趋向平衡态 (equilibrium state) 。在一个远离平衡的开放系统, 无论是力学的、物理的、化学的、生物学的, 还是社会的、经济的系统, 如果某系统不断地与外界交换物质和能量, 在外界条件变化过渡到一定程度, 系统内部某个参量变化过渡到一个临界值时, 通过涨落, 系统将发生序度突变, 可能从原有的混乱无序状态, 转变成为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态, 这种在非平衡状态下形成的新的有序结构。随着科学技术的不断发展, 耗散结构理论在现代科学技术中的应用越来越广泛, 已经由宏观热力学拓展到管理科学、工程技术, 乃至社会经济等领域。

依据复杂系统 (Complex Systems) 理论, 高等职业教育系统结构可以理解为是由许多相关要素构成的, 并且这些要素之间存在着一定规则的联系方式、组织秩序及其时空关系, 这种相互联系、相互制约的联系方式构成了高等职业教育系统的有机整体, 是一个复杂系统。优化高等职业教育系统结构已成为当前高等职业教育改革的重点。高等职业教育系统结构优化必须遵循系统演化规律, 使系统形成耗散结构。

二、高职教育系统演化发展的动力因子

按照系统论的观点, 系统诸多要素及其运动是引起系统涨落的动力因子。高等职业教育系统能否形成新的有序稳定的耗散结构, 要依赖于这些内外因子的作用。影响高等职业教育系统结构的主要因子有:

1. 社会经济的发展。

社会经济发展的水平, 是高等职业教育发展的基础。它既对高等职业教育发展提供不同的物质、技术条件, 又对教育提出不同要求。一个学校发展的规模、速度、体系、结构、内容、形式、方法、手段, 乃至人才规格, 无不与社会发展水平和生产力发展水平、方式发生直接、间接关系。高等职业教育系统结构的优化与功能的发挥为社会生产力的发展及由此而形成的经济系统所制约, 高等职业教育系统的良性运行依赖于与经济系统的协同发展。经济环境对高等职业教育系统的影响更直接的是与一定社会的经济结构密切相关, 这种影响主要是以就业结构为中介投射到高等职业教育的专业设置、人才培养水平和区域结构等状态上。从耗散结构理论出发, 高等职业教育系统与社会经济系统的关系, 就是随时都进行物质、人才、技术和信息的交流, 各种要素诱发高等职业教育系统从无序向有序演化的涨落。

2. 科技进步水平。

当今国际竞争的实质是综合国力的竞争, 而综合国力的竞争, 科技是关键。纵观国外发达国家的经济发展充分说明了一条规律, 即一个国家经济的繁荣, 国力的强盛和现代化建设的成功, 莫不与科学技术与教育事业的发展联系在一起。科技进步全面作用于高等职业教育系统, 使得高等职业教育系统结构作出相应的调整。高等职业教育系统结构的调整打破了系统原有的资源组合方式和信息反馈系统, 也改变了系统与环境的约束机制, 从而使高等职业教育系统内部及其与环境之间产生不同于从前的力和流, 形成新的、非线性反馈机制。在系统内部通过非线性相互作用产生相干效应, 有可能在相互竞争和协同中形成导致系统整体质变的巨涨落, 使原系统结构失稳, 触发整个系统序度突变, 形成新的系统的整体性。

3. 人口结构。

人口结构主要包括人口的数量、密度、性别和素质等要素构成。马克思把“人”看作为生产因素中的能动因素, 是具体的、活生生的人, 是有生命、有知识和创造力的一种复合体。美国经济学家舒尔茨认为人力资源是生产活动中最活跃的因素, 被称为第一资源。人力资源越来越成为经济增长的关键性因素, 呈现出经济实力的强弱与人力资源存在正相关的关系。但是“人”要成为人力资源, 需要通过接受一定的教育或培训, 提高必要的智力素质。人口结构对高等职业教育系统产生影响, 突出反映在区域分布和学校规模等结构上。一般而言, 人口数量多、密度大, 则生源充足, 供需旺盛, 对高等职业教育规模和学校数量的需求量大;相反, 人口稀少的区域, 对高等职业教育所需求的规模和数量就小。可见, 人口结构对高等职业教育系统的涨落有直接的影响作用, 人口结构因素将通过高等职业教育系统内部的非线性作用, 使系统偏离稳定状, 形成新的有序的耗散结构。

4. 体制创新。

教育的种种创新必须有体制的创新做支柱、作保证, 否则, 任何创新的知识、方法和实践等等都会在陈旧的体制中被吞噬。对高等教育体制进行有效的改革与创新是当前和未来教育发展的关键所在, 也是优化高等职业教育结构外源动力因素。体制创新主要包括国家教育体制改革和管理机制创新。高等职业教育结构优化与可持续发展必须从体制改革和创新入手, 完善其系统的宏观管理, 增强其运作的目标性、完整性、协调性, 提高其整体效率。

5. 高职教育内部人力资源配置。

高等职业教育人力资源配置就是围绕高等职业教育的科类建设、层次定位和发展目标, 对人力资源进行优化组合, 在有限资源的基础上最大限度地发挥资源潜力, 在人才培养、科研产出、科技成果转化等方面实现收益最大化。就现有高等职业教育内部人才状况来看, 人才匮乏, 以及由人才的缺乏所引起的专业设置单一、层次水平较低是高等职业教育可持续发展所面临的一大难题。因此, 高等职业教育内部在人力资源配置方面存在的这一切问题, 直接影响人才培养、科研、社会服务的效益, 对此必然会刺激高等职业教育系统演化的涨落的产生。

6. 高职教育内部财力物力资源配置。

对高等职业教育财力物力资源进行优化配置, 是实现对有限的高等职业教育资源有效利用、使其边际效益最大化的必备途径, 是提高高等职业院校办学经济效益的一项重要内容。高等职业教育的投入与产出决定了其在社会经济发展中的地位和作用, 高等职业教育的规模、区域布局也取决于资源的投入和产出。因此, 财力物力资源供给的变化与产出结构、数量、质量影响到高等职业教育数量、规模、专业设置、层次结构和区域布局等一系列问题, 对于高等职业教育系统而言, 将产生不可回避的具有决定作用的涨落, 在系统内部非线性协同相干作用下, 形成巨涨落, 它将打破原系统的稳定状态, 形成新的稳定有序的耗散结构。

7. 高职教育科类设置。

高等职业教育的科类设置是社会需求与高等职业院校实际工作紧密结合的纽带, 科类结构调整是学校教学工作主动、灵活地适应社会需求的关键环节。有的学者认为, 高等教育科类结构本身蕴含着分化, 因为科类是分化的结果。但随着科学技术的发展和社会需求的变化, 单一的分化特征复杂化为分化和综合并行, 特别体现在人才培养上。高等职业教育科类结构的调整必然会刺激涨落的形成, 原来高等职业教育系统结构失稳, 促使新的稳定状态的形成。

8. 高等职业教育层次分化。

高等职业教育层次分化是教育发展的必然结果。从职业教育的整个发展史来看, 对高等职业教育的培养目标的层次分化起促进作用的除了技术、经济等因素以外, 另一个非常重要的因素是来自教育内部, 那就是与基础教育和普通高等教育的发展密切相关。当基础教育普及停留于小学阶段时, 职业教育则为初等职业教育;当普及的基础教育延伸至初中阶段时, 职业教育则上延为中等职业教育;当高中教育普通后, 职业教育再次延伸, 为专科类高职;当普通高等教育进入大众化甚至普及化后, 高等职业教育自然就往上延, 到本科、硕士甚至博士层次。高等职业教育层次结构的拓展或高移, 逐步体现出高等职业教育的类型及体系特征。因此, 高等职业教育要想达到优化结构的目的, 必须完善高等职业教育纵向结构体系, 增强层级之间的关联度。只有这样, 才能在稳定的基本前提下实施高等职业教育结构优化。

三、高等职业教育系统熵流控制设计

依据熵理论, 高等职业教育系统形成耗散结构的关键在于降低系统内部结构正熵增和从外界输入负熵流, 对此创造有利环境和条件。

1. 扩大高等职业教育系统对外开放。

对于高等职业教育系统, 要使系统总熵减小或者变为负值, 只有大量的从外界环境引入负熵。因此, 对于高等职业教育系统总熵的控制, 必须不断地与外界环境进行物质、能量和信息的交流, 利用从外界环境中得来的交换物, 抗拒系统内部的熵增, 使系统总熵减小, 增加有序度。但是, 负熵的引入也有可能产生负面效应, 即从外界环境交换得来的物质和能量不能得到有效的利用, 那么这时不但不会对系统的有序化有贡献, 反而会加剧系统内部的混乱, 使系统更无序。如高等职业教育发展过程高薪引进一些高职称人才, 本来可以推动高等职业教育的专业建设, 但也许因为过于高薪伤害了原来教师的积极性, 结果专业建设不升反降。因此, 在强调负熵引进原则时, 一定要注意引入的信息与原来系统里的要素协调融合问题, 只有这样才能发挥负熵的抗拒系统内熵增的正面效应, 促使高等职业教育系统有序度的提高。因此应做到:第一, 培育和强化高等职业教育国际化的系统观, 创建全面开放的高等职业教育体系, 扩大和加强高等职业教育的国际交流与合作, 不断与国内外进行广泛的人力资源、管理经验、资金技术的交换, 加强人才、物质、资金、设备、产品等与外部环境的交换使高等职业教育系统和社会间形成良性互动关系。第二, 积极从外部环境中获取改革的动力, 引进先进的科技、文化、信息, 提高教学质量, 推进科技成果向现实生产力的转化, 拓宽高等职业教育系统的职能和服务范围, 使高等教育系统获取新的稳定生源和多条办学资源渠道。

2. 创新高等职业教育体制。

创新高等教育体制, 形成一个具有效率化特点的运行机制, 是许多发达国家和地区不得不作出的选择。英国、德国、澳大利亚、美国、日本, 以及我国台湾等国家和地区, 不断创新与社会发展相适应的高等教育体制, 建立各自特色的高等教育人才培养模式。我国高等职业教育发展的过程有一个明显的特点, 就是前一阶段是由政府指令性文件引导, 属于外部干预发展型, 进入新世纪之后转入内部调整阶段。我国高等职业教育从上世纪起步到现在发展成“多如牛毛”, 超速和过度发展已成现实。这种超速发展带来的规模过大、管理混乱、区域结构失衡、人才培养质量不高等负面效应使得高等职业教育的发展步入迷途。所以, 创新体制、制定有利于发展的法律、法规, 创造良好的教育投资环境和人才培养环境, 有效配置各种资源, 优化高等职业教育结构和秩序, 解决高等职业教育自身无法解决的熵增问题, 同时促进高等职业教育发展过程中与外界环境的协调, 有利于负熵的流入。第一, 积极探索和推进建立现代高等职业教育管理体制。不断完善中央、省与地 (市) 三级办学的高等职业教育管理体制, 加强教育立法工作, 改善和加强对高等职业教育的宏观管理, 进一步调整和优化高等职业院校布局。第二, 大力创新高等职业教育办学体制。国家应制定政策, 充分发挥市场在教育资源配置、人才培养等方面的适度调节作用, 积极推进多元化的办学模式, 构建多渠道投资办学、国有民办、一校两制、股份制、中外合作等多种办学形式, 突出校—企结合, 走社会化、特色化的道路。第三, 构建可持续发展的现代高等职业教育体系。要积极引导各级各类高等职业院校合理定位, 拓宽高等职业教育与普通高等教育互通的通道, 建立专科教育、本科教育、硕士教育和博士教育梯度结构的高等职业教育体系, 为高等职业教育创造更好的发展空间。第四, 建立与现代国民教育体系相适应的教育经费投入体制。必须依法建立与公共财政体制相适应的教育财政制度, 进一步拓宽教育经费筹措渠道, 建立企业、社会团体和个人投资、出资和捐资教育的激励机制, 为高等职业教育的持续、健康发展提供更加有力的保障。

3. 合理调配现有教育资源。

资源是有限的, 高等职业教育资源也同样不可以无限消耗。高等职业教育的资源包括教育经费、科研经费、师资力量、设备资源、实训资源、图书信息资源等等, 要使系统熵值最小, 必须合理利用与分配资源。这就要以能否减缓高等职业教育系统总熵值增大的趋势为出发点, 以低熵为目标, 通过合理调配现有教育资源, 整合要素, 达到耗能最少、绩效最高的状态。第一, 充分开发现有教师资源, 赋予教师个体以充分的自主性、自由度与选择权, 调动教师的积极性, 实现高效办学。第二, 通过合理、科学的规划来调配资源合理聚集和分散, 使高等职业院校的区域布局、科类结构比例和层次结构梯度更科学, 对有限的经费控制消耗、充分利用、避免浪费。第三, 要重视教育投入, 在教育资源配置系统工程中, 不断强化政府的主导作用, 根据经济社会发展状况, 研究制定适合实际的教育经费政策。第四, 随着经济社会和高等职业教育自身的发展, 要加强高等职业教育与经济社会的结合与互动, 真正从源头上提高高等职业教育资源利用率, 推进教育资源跨区域、跨部门、跨所有制优化重组。

4. 以市场为导向, 确立发展战略。

控制系统熵增的延缓或降低, 应充分发挥市场机制的作用。在高等职业教育系统的熵流控制过程中, 与经济活动一样, 在相当广的范围里和相当大的程度上, 市场能够以最小的能耗, 传递和处理高等职业教育的信息, 达到教育资源的最优配置, 在高等职业教育系统演化过程中起到传感器、控制器和执行器的作用, 具有高效的信息传递和灵敏的组织协调功能以及良好的控制决策和有力的执行激励功能。高等职业教育为了维持可持续发展, 以“无形之手”为媒介, 根据从市场上得来的各种信息, 来调整高等职业教育发展目标, 如根据社会需求调整专业设置、招生规模、人才培养目标等等, 抑制系统熵增, 并从市场获取负熵进行自组织, 以形成耗散结构。因此, 在目标定位上, 中央和地方政府在制定发展战略一定要从各地社会需求的实际出发, 树立多层面的人才培养质量观, 制定符合社会发展要求的人才培养目标, 为社会多规格、多层次培养人才。

5. 建构有效完善信息沟通体系。

高等职业教育系统总熵的控制过程实质上是一个纠正偏差和错误的信息反馈过程。高等职业教育发展过程中的偏差和错误是偏离目标的行为, 是系统中正熵增, 这是不可避免的。有效的系统总熵控制不在于是否出现过偏差和错误, 而在于能否及时有效地控制误差。只有通过了解、分析、研究偏差产生的原因, 才能找到具体解决偏差的措施, 即引入负熵。这个认识、纠正偏差的过程实际上是一个信息的接受、加工、处理的过程。因此, 在高等职业教育发展过程中的各种信息能否准确及时, 将直接关系到系统总熵值的变化。只有信息系统灵敏可靠时, 高等职业教育系统总熵控制体系才能作出准确地判断, 才能对系统的诸要素进行有效调整, 才能尽可能使系统与外界环境之间物质、能量、信息、人员等交流达到平衡, 才能大量引入负熵, 使系统有序发展。因此, 一要建立完善的、多通道的信息沟通渠道。建立多通道的信息沟通渠道就是提高高等职业教育沟通体系的自主性和独立性, 形成一个既相互独立又相互统一的纵横交错、四通八达的沟通网络。通过立法, 规范人才流通、学术交流、招生考试制度等, 使其能成为系统内外沟通的主要渠道之一。同时, 应加强宣传、大众传媒、公众舆论等的作用, 使沟通渠道多元化。二要增强教育信息沟通体系的自我矫正力。要建立健全及时、充分的反馈机制, 对高等职业教育信息沟通体系各个环节要加强管理和约束, 提高决策者鉴别真伪信息的能力, 警惕信息失真。

参考文献

[1].普利高津, 曾庆宏译.从混沌到有序人与自然的对话[M].北京:高等教育出版社, 1987

[2].闫卫华, 蔡文伯.构建优化高等教育结构机制研究[J].国家教育行政学院学报, 2010 (4)

[3].艾凉琼.从耗散结构理论看高校科技人才的可持续发展[J].科技管理研究, 2008 (7)

有序结构 篇6

耗散结构理论是1969年由比利时科学家普利高津 (I.Prigogine) 针对非平衡热力学和统计物理学的研究提出的一种自组织系统理论。所谓“耗散结构” (Dissipative Structure) , 普利高津认为, “在远离平衡态的条件下, 我们可能得到从无序、混沌到有序的转变。可能产生一些物质的新力学态, 反应了给定系统与其周围环境相互作用的态。我们把这些新的结构叫作耗散结构”。 (1) 简而言之, “耗散”即为消散, 在此强调系统与外界能量和物质交换的特性, 而“耗散结构”即指一个处在非平衡态下的开放系统在与外界进行能量流或物质流的交换下通过系统内各要素复杂的非线性相干效应所形成的一种新的有序结构。

事实上, 耗散结构是一个开放的系统在远离平衡状态时稳定下来的巨涨落, 通过涨落从无序达到有序。在系统科学中, 通常用有序、无序来描述客观事物的运行状态或具有多个子系统组成的系统的状态。所谓有序是指系统内部的诸要素之间有规则的联系或转化;无序是指系统内部诸要素之间混乱、无规则的组合, 且在运动转化上的无规律性。无论自然界还是社会都存在两种有序现象:一种是静态有序, 其所形成的结构称为平衡结构;一类是非平衡的有序或动态有序, 所形成的结构称为非平衡结构。平衡结构是微观上每个子系统在不停地变化运动, 这种运动构成了系统宏观上的稳定。

因此, 耗散结构理论认为系统处于动态有序就必须满足四个条件:第一, 系统必须处于开放状态;第二, 系统必须远离平衡态;第三, 系统内各要素非线性相互影响相互作用;第四, 系统各要素的非线性相互作用产生涨落影响整个系统。这四个条件相互联系、相互影响。根据这些条件, 可以把耗散结构简单概括为:在非平衡条件下产生的依靠物质、能量、信息不断输入和输出来维持其内部非线性相互作用的有序系统。

二、网络舆情系统的耗散结构性

“耗散结构理论”作为一种横断科学, 对医学、社会学、管理学都有着重要的借鉴意义。运用到网络舆情系统的理论解构和分析上来, 其科学意义和理论依据主要体现在以下几个方面:

1、网络舆情系统是一个开放的系统开放是系统有序化

的前提, 是耗散结构形成、维持和发展的首要条件。一个良好的系统, 必然是一个有序、开放的自组织系统, 通过对外界开放, 不断地与外界进行物质、能量和信息等的交流, 这样才能具有适应环境的能力和旺盛的生命力。在整个媒介系统乃至整个社会系统中, 网络舆情系统是一个有着自组织特性的子系统, 同时又是一个开放的子系统。网络舆情系统需要与社会系统、传统媒体以及个人等外界信源不断发生联系和交流, 通过信息流和意见流的持续输入与输出, 在对社会公共事件及矛盾的交互式探讨和交流中, 使意见得到沟通、使问题得到解决、使舆情从无序走向有序, 最终实现其“社会减压阀”的功能。因此, 网络舆情系统的生存和发展是在与外界不断进行信息和意见交换的开放过程中实现的。

2、网络舆情系统是非平衡态的系统非平衡态是一个系

统的有序之源, 是指系统内部各个区域的物质和能量分布是有差别的、是极不平衡的。一个充满活力的系统, 必定是一个有差异、非平衡的系统, 只有远离平衡态, 使系统内部存在差异、分化和矛盾, 才能形成有序结构和动态特征, 使系统功能更加完善。而平衡状态下的系统, 其内部无序性高、竞争性弱。这种表面上的平衡, 会对系统发展起到极大的阻碍作用。对开放的网络舆情系统而言, 公众针对公共事件释放的刺激性信息形成的情绪、态度和意见不仅是多元的, 而且往往会在“群体极化”的作用下发生分化, 形成极具差异和对峙的“核心圈子”, 并且随着时间和公共事件的向前发展, 这些“核心圈子”也不断扩大或缩小, 相互处于此消彼长、远离平衡的状态。

3、网络舆情系统具有非线性特性

系统内部的非线性特性是指系统内各要素相互作用的关系是非线性的制衡关系, 而非从上到下的线性制约关系。在网络舆情形成和变化的过程中, 网络舆情系统是一个各要素相互调节、相互作用的非线性自组织系统, 各构成要素发挥的非线性作用共同影响着舆情的变化走向, 这种非线性的作用具体表现为舆情主体、公共事件、网络舆情空间以及情绪、态度、意愿、意见之间相干、协同作用。因为网络舆情的产生是一种复杂的, 表现为“刺激———反应”的心理过程, 公共事件本身含有的刺激性信息会激发了公众对某一具体议程的情绪、意愿、态度和意见, 并影响到公众的行为反应倾向, 而公众的情绪、态度和意见又会对公共事件的发展和决策构成影响。可见, “它们不是简单的叠加, 而是按照从浅显到深刻、从感性到理性、从内隐到外显的顺序发展的。” (2)

4、网络舆情中存在涨落和突变

涨落通常指系统的各要素围绕某个“阈值”时刻处于涨落或起伏的动态变化中, 从而启动非线性的相互作用, 使系统发生质的变化, 跃迁到一个新的稳定有序状态, 形成耗散结构。如果在涨落过程中不断施加能量, 使各要素偏移平衡态的距离不断加大, 达到某个“临界点”, 通过相干效应, 就会形成“巨涨落”, 迅速把不稳定状态推进到一个新的有序稳定状态。这种能量在网络舆情中首先是来自公共事件本身所含的刺激性信息的不断输入, 其次是传统媒体或权威人士所发表的有影响力的报道或言论, 由此, 在这些相干效应的作用下, 舆情涨落就会被放大, 并有可能形成突变和“巨涨落”, 舆情系统就可能由原来纷杂、无序的状态转向有序的状态, 形成一种或几种主导性意见分支, 每一个分支都意味着一种可能形成的新的稳定结构。

三、耗散结构对网络舆情系统的启示

耗散结构理论告诉我们:一个远离平衡的开放系统只有通过不断地与外界交换物质和能量, 以非平衡态和非线性为作用条件, 经涨落触发, 系统才可能从原来的混沌无序的状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态, 网络舆情系统本身具备“耗散结构性”, 因此, 耗散结构对于网络舆情系统的有序化控制和引导同样有着重要的启示意义。

1、网络舆情系统必须保持良好的开放性

舆情要良性发展, 必须使其保持开放状态。我国传统的舆情系统是封闭的, 缺乏与外界信息的沟通和交流, 系统本能地排斥和抵制外来的新事物, 因此, 系统的自组织功能、应变性和可塑性都比较差, 如果没有外力的作用, 系统结构很难改变。而网络舆情系统的出现使这一封闭状态已经有了实质性的突破, 尤其是在进入web2.0时代后, 随着媒介技术的日益革新以及一系列自媒介的不断涌现, 公众的民意诉求渠道得到了极大扩张, 公众既是信息的“受者”, 也是信息的“传者”, 在这样一个交互式传播的信息时代, 完全封闭的信息系统不仅难以存活, 而且公众了解公共事务和表达舆情的渠道一旦受阻, 系统内正墒增加, 将对舆情的正面引导和良性发展构成直接的威胁。相反, 只有使网络舆情系统始终保持良好的开放性, 以网络为平台, 让公众畅通无碍地表达舆情, 保证公共事件信息的公开透明, 保证网络舆情系统与传统媒体、社会系统之间实现信息的无限沟通和联动, 让公众在集体参与和讨论中辨明真相, 才有助于网络舆情向正常、有序、稳定的方向发展。

2、非平衡态是网络舆情系统的有序之源

平衡状态下的系统是无序的混沌状态, 其内部是没有结构、没有秩序的, 同时它也不与外界环境进行物质和能量的交换, 是一种没有活力且永远不变的死结构。而只有远离平衡状态的系统其内部才会处于不断的运动中, 也与外界发生物质和能量的交换。在网络舆情系统内部, 公众围绕公共事件的意见和态度开始往往是呈多元散点分布的, 随着舆情的进展, 观点相近、态度相似、具有相同倾向性的意见经过不断地讨论和碰撞, 意见会不断走向聚合和趋同, 最终形成“核心圈子”, 这些“核心圈子”不仅本身应该是不断变化流动着的, 而且在网络舆情内部往往还应表现为圈子之间的碰撞和争斗。“核心圈子”内部的观点的倾向性、圈子之间的冲突与争斗都对整个网络舆情的走向起着重要的引导作用, 而如果圈子之间长期处于势均力敌的平衡态, 网络舆情系统就失去了形成动态的势能, 舆情也就难以向新的平衡态跃迁。因此, 重视网络舆情系统中“意见领袖”的作用就显得非常重要, 比如, 应该充分利用网络社区管理者的“守门人”职责, 使其有意对“核心圈子”的意见予以引导分流, 防止极端观点一边倒;同时在网络社区培养一批意见领袖, 引导意见和言论朝理性化发展, 即人为地导入负墒, 使其远离平衡, 促使舆情向新的耗散有序结构演化。

3、培育舆情构成要素间的非线性作用条件

非线性产生自组织, 只有使系统内部构成要素间产生非线性、立体网络式的相互作用, 才可能使系统内部产生自我放大机制, 重新组织自己, 从而形成功能更加完善的耗散有序结构。而“在一个线性系统里, 两个不同因素的组合作用只是每个因素单独作用的简单叠加”, (3) 很难达到新的有序。因此, 要使网络舆情从无序向有序发展并使系统重新稳定到新的平衡状态, 就必须使舆情内部构成要素间产生相互协同、相互制约的非线性作用, 具体来说, 就是要着力培育舆情构成要素间的非线性相干和协同的条件:首先是网络管理者要重视那些容易激发舆情产生的焦点、热点、难点和易爆点, 即适时将刺激性大、与公众利益息息相关的信息进行放大处理, 实现“议程设置”;其次是要为舆情的传播提供开放自由的舆情空间, 即要为公众顺利表达和传播舆情提供载体;再次是要使网络舆情空间成为交换意见的自由市场, 尊重各个“核心圈子”的话语权, 让各方不同的意见都得到表达和抒发, 为意见、态度的碰撞、冲突和协同创造有利条件。

4、将网络舆情构成要素的涨落引向有序

涨落是一种启动力, 可以导致有序, 但也可能将系统带入新的混乱状态。它强调系统中的某个微小变化, 可能会带来巨大的结果性偏差。网络舆情随着公共事件的变化和发展以及他人意见的影响在不断改变和修正, 相同或相异的舆情在不断合并和分化, 舆情处于一种微小的涨落之中, 对这种微小的涨落适时给予相干作用, 形成“巨涨落”, 把网络舆情引向有序, 这就要求引导者应具备把握全局的能力, 具有敏锐的洞察力, 善于把握网络舆情发展趋势的“临界点”, 通过适时发表言论、优化决策、调配资源, 使涨落引发的非线性相关作用向着有利于形成功能更加完善的耗散有序结构方向演化发展, 推动网络舆情系统自组织功能不断得到完善。具体而言, 应该在网络与传统媒体之间建立起一条互动共生的舆论传播生态链, 即在使多元化的意见和来自各方的理性表达得以展现的同时, 充分利用传统媒体的媒介公信力和感召力, 充分发挥传统媒体的舆论说服功能, 致使网络舆情主体的态度、意见与之靠拢, 从而最终形成新的稳定有序形态。

总之, 从上述分析可以看出, 网络舆情系统不仅具有耗散结构的特性, 而且耗散结构理论还为网络舆情的有效控制和引导提供着有益启示, 对我们深入、透彻地认识和分析网络舆情运行特征, 掌握其内在发展规律具有现实的指导意义, 其思想学说也为我们进而有效提升网络舆情控制和引导水平和能力, 使其稳定、有序、健康地发展, 维护社会和谐与稳定, 构建了一个良好的平台。

参考文献

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[2]刘毅:《网络舆情研究概论》, [M].天津人民出版社, 2007, P.68

有序结构 篇7

区域人力资源供给系统涉及到政治、文化、社会等诸多方面, 各要素之间相互影响、相互制约, 存在着复杂的反馈关系。作为复杂的开放系统, 区域人力资源供给系统具有典型的耗散结构特征, 其运行过程会不断与外界进行能量、人力资源和信息的交换, 在此过程中系统内部各要素之间相互作用、相互影响, 最终使系统既可能向协同有序的方向发展, 也可能走向杂乱无序状态。很显然区域人力资源供给系统要想与人力资源需求相互协调, 就必须从无序走向有序、从低级有序走到高级有序。目前国内学者对人力资源供给系统的研究主要集中在对人力资源供给预测、人力资源需求的预测和人力资源供求平衡状态的预测, 很少从系统的角度考虑, 对预测结果不能科学地检验。考虑到系统动力学是一种分析研究非线性系统, 并采用定量分析为支撑, 定量与定性相结合的方法。因此, 本文建立人力资源供给系统熵分析模型, 通过分析系统的“关联熵”和“运行熵”, 解决供给系统有序发展的测定问题。

1 区域人力资源供给系统耗散结构熵模型分析

1. 1 耗散结构理论

耗散结构由比利时物理化学家普利高津于1969 年首先提出, 它与协同论、突变论并驾齐驱成为现代新三论之一。耗散结构理论指出, 一个远离平衡的开放系统通过不断的与外界交换物质、信息和能量, 在外界条件达到一定阈值时, 就可能从原先无序状态转变为一种在时空或功能上的有序状态, 即“耗散结构”［1］。这一理论自问世以来, 已在化学、生物学、医学、激光等方面得到很多的应用, 并在社会、经济领域展现出广阔的前景。

系统要处于耗散结构, 即动态有序, 必须满足以下几个条件: 开放系统; 远离平衡态; 非线性相互作用; 涨落现象［2-3］。上述条件是相互紧密联系的。这样可以把耗散结构概括为: 在非平衡条件下产生的, 依靠物质、能量、信息的不断输入和输出条件来维持其内部非线性相互作用的有序系统。

1. 2 人力资源供给系统是耗散结构

区域人力资源供给系统是一个涉及社会、经济、环境的复杂系统。首先, 供求系统是开放的大系统, 与所处的经济、社会以及环境进行大量的物质、信息交换。其次, 供给系统是远离平衡态的, 平衡态是指人力资源供给与需求相对平衡、稳定, 熵值极大, 显然人力资源供给受到各种外在因素影响很难达到平衡。第三, 供给系统内部各要素之间的相互作用是非线性的, 往往部门之间有着相互制约、相互推动的作用关系。最后, 供给系统受到外界因素的影响会出现无数个涨落状态, 这种涨落会进一步影响供求有序化进程。

1. 3 耗散结构系统熵模型分析

德国物理学家克劳修斯 ( R. Clausius) 把可逆过程中主要物质吸收的热与温度之比值称为熵, 同时他发现熵有一个重要性质, 熵是一个状态函数, 系统的状态一旦确定, 其熵值就保持不变。1856 年, 他把热力学第二定律视为孤立系统中熵仅能加大或不变的“熵增加原理”。香农将通信过程中信息源的不确定性称为信息熵, 香农信息熵是一种平均意义的信息量, 从一定程度上反映了系统状态的有序性［4］。信息是系统有序程度的一个度量, 熵是系统无序程度的一个度量, 二者绝对值相等, 符号相反。当系统可能处于几种不同状态, 每种状态出现的概念为Pi ( i = 1, 2, …, m) 时, 该系统的熵定义为:

熵与有序度之间存在一定的关系, 即系统的信息熵大, 其有序程度低; 反之, 系统的有序程度高, 则其熵小。这样就能利用熵与有序度的关系, 用熵来描述系统演化方向［5］。

2 区域人力资源供给系统有序度测定模型

区域人力资源供给系统是一类灰色系统, 根据系统中的各序参量的实际值与目标值之间的相似程度和吻合程度, 用灰色理论作定理描述来表示两者之间的关联程度, 很显然关联系数越大系统内部结构越稳定, 由于计算出来的灰关联系数较多, 不能从整体上反映系统变化规律, 所以用关联熵来表示这种量化结果, 反映系统内部结构状况。同时区域人力资源供给系统在系统结构演化的动态过程中, 每个结构下对应着一个不确定的运行状态, 这种状态函数就是运行熵。很显然, 偏离程度越小, 运行熵越小, 区域人力资源供给系统运行就越好。

下面从两个层面分别对区域人力资源供给系统的有序状态进行描述, 一是用关联熵反映系统内部结构的有序度; 二是用运行熵表征系统运行效率的有序度。

2. 1 区域人力资源供给系统“关联熵”测定模型

灰色关联分析 ( GRA) 是灰色系统理论的重要内容之一, 是灰关联评估、决策与控制的基础。GRA是根据因素之间发展趋势的相似或相异程度, 即“灰色关联度”, 作为衡量因素间关联程度的一种方法［6］。依据GRA分析方法, 设评价对象j对最优对象F*关于评价指标i的关联系数为 δij, 评价对象j对最优对象Y*灰关联熵为Sj, 则在数据非负化处理和权重向量确定的基础上, 其计算步骤为［7］:

第一步, 求解虚拟的理想评价对象的综合值Y*。

第二步, 计算各评价对象与虚拟评价对象之间距离Yi*- yij, 以及 Δmint和 Δmaxt。

第三步, 计算关联系数 δij。

其中, ρ (0<ρ<1) 为分辨系数, 取ρ=0.5。

第四步, 将关联系数δij归一化为pij。

第五步, 计算各评价对象与虚拟理想评价对象的灰关联熵Sj。

根据熵的定义和性质以及前面相关理论分析可知, 关联系数越大, 区域人力资源供给系统内部结构越合理, 有效性越强。灰关联熵越小, 表明区域人力资源供给系统稳定性越好, 结构有序性越高。

2. 2 区域人力资源供给系统“运行熵”测定模型

从动态的角度分析区域人力资源供给系统的有序发展是描述系统有序性程度的一个维度。对于区域人力资源供给系统运行有序化的评价实质上是一种多元综合评价, 可以应用主层次分析法、最小二乘法、熵值法进行赋权。但是熵值法具有更高的客观性, 其基本原理是针对系统中的序参量的不确定性, 最大程度的利用各项指标体系的信息熵来计算出各指标的权重, 对区域人力资源供给系统的运行质量通过运行熵来进行分析。

假设有m个评价方案, n项评价指标, 形成原始指标数据矩阵X = ( xij) 。如果指标值的差距越大则其信息熵越小, 那么该指标提供的信息量就越大, 指标的权重也应越大; 反之, 指标值的差距越小则其信息熵越大, 那么该指标提供的信息量就越小, 指标的权重也应越小［8］。具体步骤:

第一步, 选取m年的数据, 设计n个指标, 则cij为i年j指标的数值 ( i = 1, 2, …, m; j = 1, 2, …, n) 。

第二步, 数据的非负化处理。如果数据中有负数时, 就需要对数据进行非负化处理, 同时, 为了避免熵值为负数时其对数无意义, 还要将数据进行平移。另外, 对于正指标和逆指标的处理方法是不同的。为叙述方便起见, 仍将非负化处理后的数据记为xij。

其中, i=1, 2, …, m;j=1, 2, …, n

第三步, 计算j指标下i方案指标值的比重pij。

第四步, 计算j指标的熵值ej。

式中, k = 1 /lnm, 0 ≤ e ≤1。如j全部相等, 那么ej= 1。

第五步, 计算j指标的差异性系数gj。对于给定的j, xij的差异性越小, 则ej越大; 当xij全部相等时, ej= 1, 此时对于方案的比较指标xj毫无作用; 当各方案的指标值相差越大时, ej越小, 该项指标对于方案比较指标所起的作用越大。定义差异性系数:

则当gj越大时, 指标越重要。

第六步, 定义权重。

第七步, 计算运行系数。

一般p=1, 所以

第八步, 计算评价对象j的运行熵Rj。

根据熵的定义和性质以及前面相关理论分析可知, 运行系数越小, 表明区域人力资源供给与最理想供给量之间的差距越小, 能一定程度上反映区域人力资源供给质量。运行熵越小, 表明区域人力资源供给系统运行有序度越高。

3 辽宁人力资源供给系统有序度的测定

3. 1 辽宁人力资源供给系统的指标选择

区域人力资源供给安全是指人力资源供给系统与需求系统应具有的一种协调关系, 从而保障经济、社会系统具有可持续发展的状态和能力。其内涵包括区域人力资源的数量、质量和结构等方面。所以本文从数量、质量和结构三个方面选取5 个指标作为研究的对象。

总的劳动力供给规模 ( xi1) 。适当的人力资源供给数量无疑是评价区域人力资源供给系统的一个重要部分。统计年鉴中没有总劳动力供给规模这一数据, 我们参照学者对人力资源供给研究中运用的计算方法:

劳动力供给规模= 劳动适龄人口规模- 在校学生规模+ 老年就业人口+ 迁入劳动力人口

劳动力迁入迁出比 ( xi2) 。省际间人力资源的流动是我国当前人力资源流动的一个显著特点, 省际间人力资源的流动包括省际间人力资源的迁入和迁出。通过计算劳动力迁入迁出比可以归纳出区域人力资源流动的影响因素, 进而反映人力资源供给状况。

大专以上学历毕业人员 ( xi3) 。大学生作为我国人力资本的重要群体, 其供给状况影响着区域人力资源的配置, 对区域乃至全国社会、经济发展产生重要影响。随着经济的快速发展以及大学生不断的扩招, 其供给状况直接反映我国人力资源供给状况。

青年人力资源 ( 20 ~ 35 岁) 所占的比例 ( xi4) 。人力资源结构的变动, 比如老年人口抚养比的上升、产业间人力资源结构失衡等均会影响我国以及各区域劳动力供给状况, 青年人力资源的充足供给至关重要。

从事第三产业人员比例 ( xi5) 。人力资源供给结构的变动不仅包括年龄结构, 社会结构对其影响一样巨大, 尤其是在我国社会转型发展的关键时期, 第三产业从业人员不断增加推动着我国经济、社会的快速发展, 其从业人员比例很好的反映了区域人力资源供给状况。

3. 2 辽宁人力资源供给系统熵的运算

辽宁位于中国东北地区的南部, 是中国东北经济区和环渤海经济区的重要结合部, 该地区拥有丰富的人力资源。同时由于省内人力资源过于集中, 出现城市之间人才的流失问题, 人才向经济发达的城市流动, 导致整个辽宁人才分布不均衡。

根据2006—2011 年《辽宁省统计年鉴》的相关资料, 整理相关指标的数据见表1。

3. 2. 1 辽宁人力资源供给关联熵的测定

对所选取的相关指标数据进行非负化处理, 结果见表2。

由式 ( 4) 可知, 要求第i个评价对象对最理想对象第j个指标的关联系数 δij, 则应先求出 Δmint和 Δmaxt。

Δmint= (0, 0, 0, 0, 0) T

Δmaxt= (1, 1, 1, 1, 1) T

辽宁人力资源供给系统关联系数 δij见表3。

对关联系数 δij进行归一化处理, 并利用式 ( 6) 计算出辽宁2006—2011 年人力资源供给系统的关联熵Sj, 结果见表4。

从结果上来看, 2006—2008 年辽宁人力资源供给系统关联熵逐渐增加, 2008 年以后关联熵逐渐下降, 说明供给系统内部呈现周期性变化, 但是基本处于较稳定状态, 系统内部先呈现出逐渐无序状态后有序度得到逐渐提高, 体现出辽宁人力资源供给系统内部结构得到进一步优化。

3. 2. 2 辽宁人力资源供给运行熵的测定

根据辽宁人力资源供给系统指标数据非负化处理的结果, 分别计算j指标下i指标值的比重pij, 再计算j指标的熵值ej, 通过差异性系数确定权重j, 见表5。

将和yi*代入式 ( 15) 计算出区域人力资源供给系统有序性运行的5 个指标在2006—2011 年的运行系数, 结果见表6。

运行系数越小, 说明辽宁人力资源供给状况与最理想的人力资源供给量之间的距离越小, 从一方面反映了区域人力资源供给系统运行越良好。从时间序列上来看, 几乎所有指标的运行系数都是随着时间序列而不断减小的, 个别年份出现周期性波动, 但是整体趋势是不断下降的。

将上述数据代入式 ( 16) 可计算出2006—2011年系统的运行熵, 结果见表7。

从结果上来看, 2006—2011 年辽宁人力资源供给系统运行熵逐渐减小, 说明供给系统内部运行呈现出有序度逐渐提高的状态, 体现了辽宁人力资源供给系统朝着有序的方向在发展。

3. 2. 3 辽宁人力资源供给系统熵变化分析

通过将供给系统的关联熵和运行熵对比进行研究, 见图1。

从关联熵和运行熵两条曲线来看, 2006—2008年辽宁人力资源供给系统呈现不稳定状况, 人力资源供给系统运行渐趋稳定, 但是系统内部供给结构比较混乱, 2008 年金融危机对人力资源供给结构造成一定的影响。2008—2011 年人力资源供给系统的关联熵和运行熵表出现逐渐熵减的态势, 说明人力资源供给系统朝着有序的方向发展。

4 结论

通过研究熵和耗散结构理论我们发现, 区域人力资源供给系统是一个开放系统, 具有耗散结构的特征: 与外界进行物质、能量和信息的交换, 系统内部各要素之间非线性相互作用, 供给和需求失衡, 系统运行存在涨落现象。

熵和系统有序性之间存在着密切的关联关系, 系统熵值的变化代表着系统有序发展程度的变化。区域人力资源供给系统可以通过反映内部结构的“关联熵”和反映系统运行状态的“运行熵”来进行测定。

同时, 通过人力资源供给系统熵值模型对辽宁省2006—2011 年人力资源供给状况进行数据分析, 结果很好的支持了随着经济发展, 人力资源供给状况逐渐有序的判断。

参考文献

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有序结构 篇8

M41S[1]系列介孔材料由Mobile公司研究人员于1992年首次合成,因其具有孔道结构规整、孔道大小可调、比表面积较大、水热稳定性较高、吸附孔容量较大、形貌各异等优点而备受人们关注。Zhao等[2]于1998年首次用三嵌段共聚物 (PEO-PPO-PEO)制备了有 序的六角 型介孔氧 化硅分子 筛SBA-15,这种分子筛与其它同类分子筛相比具有更厚的孔壁,更大范围的可调孔径比率,因而水热稳定性等性能方面具有相当大的优势,使得SBA-15成为研究的热点之一。

随着研究方法和研究范围的进一步拓展,研究者一直在尝试改变SBA-15的形貌和 孔结构[3,4]。形貌影响SBA-15作为催化载体时催化反应的反应动力学因素,在药物控释、 化肥缓释中影响缓释时间、缓释浓度等应用效果[4];孔道结构参数影响其作为有机反应场所时的限域效应,并影响其作为复制模板时反相产品的孔道结构参数[5]。总的来说,对有序介孔二氧化硅的形貌和孔道的调节分为两种[6]:一种是在合成出产品后改性和修饰,从而具有新的功能[7];另一种是调节合成过程中的温度和时间[8]、表面活性剂与硅源的配比[9]、共溶剂或助剂的添加[9,10]。这些调节方法中有的对有序介孔二氧化硅的形貌调节很小,例如只是将 “薯片”变成 “球形”[9],有的方法更是不仅不环保而且操作相当复杂[11]。 由合成过程及其机理分析可知,产品一直 在酸性介 质中合成,合成过程满足S0H+X-I+机理[2],因而合成体系中酸的种类和浓度(H+和X-的来源)应该对产品的形貌和孔结构有很大影响,如能从该处着手,不仅操作简单而且环保。查阅大量相关文献,其中绝大多数在合成有序介孔二氧化硅过程中使用HCl作为酸性介质,对形貌和孔结构的调节大多也是在HCl范围内。本实验拟用HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4作为合成有序介孔二氧化硅的酸性介质,在合成过程中分别调控4种酸的酸度,形成酸度近似相等的4组样品,比较酸的种类和浓度对合成有序介孔二氧化硅形貌和结构的影响。

1实验

1.1主要原料

三嵌段共 聚物P123, 即EO20PO70EO20(H[OCH2CH2]20-[OCH2CH(CH3)]70-[OCH2CH2]20-OH),平均分子量为5800,Aldrich;正硅酸乙酯 (Tetraethyl orthosilicate,TEOS),分析纯,天津市科 密欧化学 试剂有限 公司; HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4均为分析纯,西陇化工股份有限公司。

1.2样品制备

将4.5g三嵌段共聚物P123溶于150mL H+浓度近似为0.5mol/L的HCl溶液中,用磁力搅拌器搅拌均匀后放于38 ℃的水浴中,分别逐滴加入9.2g TEOS,继续搅拌24h后移入带聚四氟乙烯衬里的反应釜中,于110 ℃水热反应48 h,之后真空过滤、干燥,550 ℃空气气氛焙烧6h除去有机模板剂,即得到介孔氧化硅SBA-15,标号为A1。方法同上,分别以HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4为母液,将母液的浓度依次调为0.5mol/L、1.2mol/L、2.1mol/L、2.8mol/L;并且依次标记为A1、A2、A3、A4,B1、B2、B3、B4,C1、C2、C3、C4, D1、D2、D3、D4。

1.3样品表征

用MiniFlexⅡ 型X射线衍射(X-ray diffraction,XRD) 仪对介孔分子筛试样进行分析,Cu Kα靶,λ=0.15418nm, 电压为40kV,电流为40mA。用ASAP 2020型多功能吸附仪测定试样的BET (Brunauer-Emmett-Teller)比表面积及孔径分布等;用Sirion200场发射扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)分析试样表面微观形貌。用JEM-2100F (HR)型透射电子显微镜(Transmission electron microscope, TEM)观测试样形貌。

2结果与讨论

2.1SEM、TEM表征及分析

图1为4种不同酸性介质在不同酸度下对介孔结构二氧化硅形貌影响的SEM照片(除B4和D4样品标尺为10 μm和50μm外其它都为5μm,B4和D4样品标尺选择大的原因是这两种条件下合成出产品的形貌遭到破坏,标尺过小看不出被破坏的程度)。图1中A1-A4为HCl作合成介质合成出的样品,可以看出,为典型的“麦穗”状,并且随着酸度的增大,“麦穗”变得越来越粗,组成“麦穗”的颗粒越来越趋向于圆形;B1-B4为HNO3作合成介质,其主要形貌在一定酸浓度范围内表现为“铜钱”状,随酸浓度的增加,“铜钱”半径逐渐减小,但酸的浓度过大时,可能由于HNO3表现出的氧化性增强,使得表面活性剂被氧化分解,形成杂乱无章的形貌;C1-C4为在H2SO4介质中合成出的样品,可以看出, 产品的形貌都表现为“糖块”状单体相互连接形成直线型,聚合度较高,随着酸度的增加,“糖块”的直径越来越大,“糖块” 的长度越来越短,“糖块”间相互粘黏程度越来越明显;D1D4为在H3PO4介质中合 成的样品 的形貌,该种形貌 与在H2SO4中合成的产品的形貌有相似点,都为直线型的“糖块” 状,区别在于在H3PO4中合成的“糖块”较为分散,随着酸度的增加,该种产品的形貌也表现为“糖块”的直径越来越大, 长度越来越短,而“糖块”间的分散性依然保持很好,没有粘黏团聚现象。

图1中A2、B2、C2、D2都很好地表现出了4种酸性介质中各自的形貌,并且4种酸性介质溶液的[H+]都近似相等, 为1.2mol/L。A2样品的形貌为典型的“麦穗”状,组成“麦穗”的结构单元长度约为0.7μm;图1中B2样品结构组成单元呈“铜钱”形状,单元半径约为3.2μm,这种结构单元通过独立紧密并排排列的方式形成团聚物;图1中C2样品的结构单元为“糖块”状,该单元长度约为1μm,结构组成单元通过串连的方式组成一维线状物;图1中D2的组成结构单元也为 “糖块”状,“糖块”的大小约为1μm,但“糖块”没有串连,只是高度散落。由图1表征结果可知样品形貌特征相差很大:A2和C2样品的团聚物虽然都为线性结构,但两者结构组成单元的形貌特征稍有差别,A2样品的结构组成单元较C2组成单元有一定的弯曲度,C2样品的组成结构单元为近似直线型的“糖块”状,并且“糖块”的长度较长,“糖块”间还有一定的粘黏性,组成结构单元串联后C2中的长度也大于A2中的长度;C2和D2虽然组成单元结构形貌近似相同、 大小相近,都为“糖块”状,但是一个将“糖块”串连起来,另一个只是高度分散状存在,且D2较C2“糖块”弯曲度更小;B2中的形貌特征与其它三者各不相同,弯曲度很大,呈“铜钱” 状。故推测介质中的阴离子对所合成出的介孔二氧化硅的形貌具有显著影响。NO3-的存在有利于形成弯曲度大的环状结构,SO42-(或HSO4-)的存在更有利于组装成长程有序结构,并且形貌结构线性较好,PO43-(或HPO42-、H2PO4-) 的存在有利于形成短程有序结构,且形貌规整性更好,形貌弯曲度最小,但长度最短。

介孔分子筛颗粒外貌主要取决于无机硅物种和有机高分子表面活性剂界面弯曲能的大小[6]。根据非离子表面活性剂在酸性条件下自组装形成介孔分子筛的合成(S0H+XI+)路线:首先在酸性合成体系下,非离子型表面活性剂的亲水基团(PEO)质子化,硅源TEOS水解生成质子化氧化硅, 随后质子化的PEO嵌段在溶液中X-桥梁作用下通过静电引力、氢键和van der weals力与质子化氧化硅结合,产生硅物种-表面活性剂的自组装过程,并伴随着硅物种的缩聚,随着硅物种的 进一步缩 聚,便形成三 维骨架结 构的介孔 材料[2]。可见,若改变无机物与有机表面活性剂间的相互作用力的大小,即在合成过程中改变酸性 体系的酸 介质阴离 子 (X-)的种类,则起桥梁作用的力的大小就会不同,微观上导致无机硅物种和有机高分子表面活性剂间界面弯曲能的改变,从而易产生宏观上曲率大小不同、形态各异的介孔二氧化硅颗粒。丁志杰等[6]认为无机硅物种和有机高分子表面活性剂界面间弯曲能的大小与离子所带的电荷和阴离子半径有关,离子半径越大、所带电荷越高,界面弯曲能越小。本实验中的A、C、D三种样品相比,在酸浓度相等,阴离子种类依次为Cl-、SO42-(或HSO4-)、PO43-(或HPO42-、H2PO4-) 时,由物化手册可知,在温度一定时,离子在水溶液中半径逐渐增大,所带电荷数依次增多,使得无机硅物种和有机高分子表面活性剂相互作用力减弱,界面弯曲能逐渐下降,因而合成出的产品的弯曲度依次降低,也就很好得符合了A、C、D样品的宏观形貌中弯曲程度依次降低的现象。A与B样品相比,其合成母液中阴离子Cl-与NO3-都带一个单位负电荷,且在水溶液中Cl-半径与NO3-半径相近,但含NO3-母液易形成曲率较大的“铜钱”状,笔者认为这是因为NO3-易成氢键,且由NO3-的离子结构可知其中的N-O-N间的键角较小,使得无机硅物种和有机高分子表面活性剂界面弯曲能最大,最终使得在HNO3环境中形成“铜钱”状形貌。

酸种类相同时浓度的改变对介孔二氧化硅颗粒大小的微小调控,主要是酸度的不同一方面影响了正硅酸乙酯的水解、聚合的速率,另一方面影响形成胶束的长度,这与曲绪平等[12]的报道一致。

图2分别为试样A2、B2、C2和D2的TEM照片。由图2可见,所有试样 的孔道分 布尺度都 较单一,都为典型 的SBA-15的一维六方圆柱型孔道,且B2、C2、D2的孔道随形貌弯曲的曲率减少而逐渐减小,其孔径在5~8nm。这也验证了SEM的结果。

由SEM和TEM都可以看到:在H3PO4体系下生成的有序介孔二氧化硅,其“糖块”形貌的横截断面处较为整齐, 截面的规整性是由于在自组装过程中的模板剂的缩聚较短还是在后期晶化过程中H3PO4等离子的作用而断裂尚在进一步取证中。

2.2N2吸附表征及分析

图3(a)为试样A2的N2吸附-脱附曲线与孔径分布曲线,其它形貌规则样品与之类似,都满足IUPAC定义的典型 Ⅳ型曲线。由图3(a)可知由毛细凝聚现象引起的滞后环类型都为H1型,在相对压力(P/P0)介于0.65~0.80区间内显示出一段非常陡峭的由毛细凝聚引起的停滞环,且停滞环的两条线近似平行,表明样品具有高度有序的介孔结构,孔径较小且分布较狭窄,介孔结构为二维柱状孔道,这也可在TEM图中得到验证。图3(a)中的孔径分布曲线是由Barret-Joyner-Halenda(BJH)算法得到,由该曲线可知孔径分布较窄且在最可几孔处含量较多峰形尖锐,这也验证了以上对吸附-脱附等温线的分析。由孔径分布曲线和表1可知,最可几孔径为6.52nm,大于平均孔径(6.16nm),说明材料中还含有一定比例的 微孔,这也满足 由t-Plot算法得到 的结果 (见表1)。由表1可以看出H3PO4、HCl、H2SO4易合成出微孔量多的产品,HNO3介质中合成出的微孔量最少。结合图3(b)中A2、B2、C2、D2四种样品的BJH算法得到的孔径分布曲线和表1中的数据,还可以看到4种酸性介质中B2的最可几孔分布最小,D2次之,C2第三,A2最大;酸的不同类型对孔体积也有一定的影响,也就是说酸的种类不仅影响孔径的分布,还对孔道内微孔含量和孔体 积等孔结 构产生影 响。表1还列出了酸的浓度对试样孔结构的影响:酸浓度越大,合成出的材料微孔量相对越多,孔径越小,孔体积越小, 但酸浓度的影响要小于酸种类的影响。

酸的种类和浓度对有序介孔二氧化硅的孔结构的影响可从以下两种因素来解释:一是影响了模板剂的结构;二是影响有机-无机自组装过程[5]。由于P123嵌段共聚物是典型的高分子表面活性剂,高分子表面活性剂在形成胶团结构的过程中,其胶团内核含有大量的水[6],这使得外界因素对胶团结构有显著影响。并且在形成模板剂的过程中由于PPO的甲基是包埋在嵌段共聚物胶团的内核里,这就使得体系的水化甲基分数随体系酸度升高而增加,若体系中还有与该种甲基易形成氢键的其它离子,则会使模板剂的内核包含更多的水分或其它离子,内核增大,从而导致表面活性剂聚集体的疏水体积增加,最终使得合成出的有序介孔二氧化硅微孔率(Smicro-pore)下降,介孔率升高,平均孔径增大。在自组装过程中,遵循S0H+X-I+机理可知,一方面胶团的大小要受到该胶团所处环境的离子浓度和电荷的影响,离子浓度越大、电荷量越多,形成的孔径越小;另一方面H+和X-在合成过程中起到桥梁的作用,阴离子半径越大合成出的材料的孔径越大,H+浓度越大还影响硅物种的水解和聚合速率。以上各因素的共同作用导致酸的种类和浓度变化时材料孔径、 微孔含量等参数有规律地变化。

2.3XRD表征及分析

通过小角度XRD表征,可以得到材料的孔结构的规整性和长程有序性。图4为试样A2、B2、C2和D2的小角XRD谱图,可看出4个样品均出现了清晰的3个衍射峰,在2θ角为0.8~1.0°之间均有一个强衍射峰,2θ为1.5°和1.9°附近均有2个较小的衍射峰,依次归属于(100)、(110)、(200)晶面衍射。表2列举出了在不同介质中产物对应(100)面的2θ 角、晶面间距、衍射峰强度和晶胞参数的具体数值。

从图4和表2可以看出,4种样品在2θ为0.8°都有一个很强的衍射峰,对应着SBA-15的(100)峰,在1.5°和1.8°都出现2个较小衍射峰,分别对应SBA-15的(110)和(200)衍射峰,说明4种材料都为六方孔型结构。在合成体系溶液的 [H+]浓度近似相同条件下,试样B2和C2峰强度较强且峰型较尖锐,试样A2与D2的峰形宽化,其中试样D2的2个次级衍射峰已经很不明显,并且衍射峰对应的衍射角(2θ)向大角度方向位移,表明材料的长程有序性依次变差。这说明溶液在酸度相同条件下阴离子在介孔材料的合成过程中对孔道的长程有序性有显著影响,HNO3和H2SO4酸性介质中形成更长程有序的材料,HCl次之,H3PO4最低,这与SEM和TEM得到的结果一致。

从表2中还可以看出,在酸的种类相同时,酸的浓度越大孔壁越薄。其原因可 能是酸度 影响硅物 种的质子 化作用[13],随着酸浓度的增加硅物种的缩聚能力加强,从而使得硅物种间堆积得更紧密,形成了更致密孔壁。结合表1中孔径大小、微孔含量和表2中孔壁厚度,可以得到:在酸种类相同的条件下,仅仅通过改变酸的浓度,孔径大小和孔壁厚度只能改变不到1nm,微孔含量的改变也很小;若改变酸的种类,孔径大小和孔壁厚度就会改变几纳米,微孔含量的改变也很大,如果能在改变酸种类的同时再调节酸的浓度,一定会对孔结构参数有更大提高。也就是说酸的浓度对孔结构参数的影响远远小于酸种类的影响。

3结论

(1)分别以HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4四种酸为母液, 合成出的SBA-15的形貌分别为“麦穗”状、“铜钱”状、长程连续“糖块”状和高度分散“糖块”状,形貌有很大差别。

(2)在所用的合成体系,浓度均为2.1mol/L时,H3PO4体系合成的材料的微孔量(0.07m3/g)大于HCl(0.06m3/ g)、H2SO4(0.06 m3/g)体系中合 成的材料,更大于HNO3(0.02m3/g)中合成的材料。

(3)在母液中酸的种类相同的条件下,随酸的浓度的增大,合成出的孔径越小、孔壁越薄,但这种改变很小。

有序结构 篇9

1 2015 年经济运行情况

1.1 行业经济效益

2015 年, 1197 家规模以上玻纤/ 复材企业实现:主营业务收入2617.2 亿元, 同比增长10.1%;利润总额183 亿元, 同比增长10.2%。在建材行业整体效益下滑的形势下, 玻纤/ 复合材料的逆势增长表现得格外抢眼。

2015 年, 规模以上企业销售费用58.2 亿元, 同比增长6.9%;管理费用85.6 亿元, 同比增长11%;财务费用35.7 亿元, 同比增长4.2%。行业资产总额约为1901.5 亿元, 负债总额约为931 亿元, 存货150.3 亿元, 其中产成品83.9 亿元。

2015 年, 规模以上企业固定资产投资441.22 亿元, 增幅高达23%。企业管理更为理性, 加大生产线技术改造和调整产品结构力度, 优化生产成本, 积极进行转型升级;环保意识加强, 节能减排深入推进。同时部分企业进行了机器换人、自动化改造, 建设智慧工厂, 开启了玻纤复材行业工厂生产、管理信息化、自动化、智能化的新时代。

1.2 玻璃纤维行业

1.2.1 产能结构持续优化

2015 年, 全行业玻璃纤维纱323 万吨, 同比增长4.87%, 全年增速较2014 年回落。其中池窑纱产量304.5 万吨, 同比增长6.73%, 占玻纤纱总产量的94.27%, 较去年继续增长1.6 个百分点;坩埚拉丝产量18.5 万吨, 同比下降18.5%, 近年来球窑产能规模萎缩, 代铂坩埚纱产能逐步减少。在市场调节和全行业努力下, 玻纤纱产能持续优化。

在行业政策引导和市场调节的双向作用下, 全行业成功扭转了玻纤纱产能过快增长的势头。“十二五”规划期间, 玻纤纱产量一直保持与国民经济同步增长, 企业针对市场进行应用研究并逐步调整产品结构, 优化生产成本。自2014 年始, 大部分玻纤企业实现了量价齐升, 利润大幅提升。玻纤纱产品供求关系良好, 市场需求稳定, 产能利用率高位运行。下游风电、热塑产品等应用领域的需求增长使行业呈现良好景气。受下游电子通讯、建筑需求持续疲软的影响, 电子纱、网布仍旧势弱。

1.2.2 进口产品结构优化

2015 年, 玻璃纤维及制品进口数量23.3 万吨, 同比下降4.8%;进口额8.88 亿美元, 同比下降8.7%。玻璃纤维及制品进口均价3808.78 美元/ 吨, 同比下降4%。

随着国内风电及其他细分市场需求的波动, 进口玻纤制品的结构也在发生变化。玻璃纤维粗纱进口量5.8万吨, 同比增长90.06%, 进口均价从2015 年5 月份开始持续涨价, 到12 月达到1221.58 美元/ 吨, 同比增长37.94%。与粗纱进口量大幅上涨形势相反的是, 玻璃纤维细纱进口数量2.17 万吨, 同比下降52.77%, 均价提至4068 美元/ 吨, 同比增长41.43%。进口细纱在年底突破4000 美元/ 吨的均价。玻璃纤维薄片 (巴厘纱) 进口量2206 吨, 同比增长126.73%, 进口均价降至5656美元/ 吨, 较去年同期下降了43.9%。

1.2.3 出口数量回落, 贸易顺差11.63 亿美元

2015 年玻纤及制品出口数量124.9 万吨, 同比下降3.2%;出口额20.5 亿美元, 同比下降0.7%;出口均价1640.86 美元/ 吨, 同比增长2.6%。贸易顺差11.63 亿美元, 同比增长6.4%。

玻璃纤维粗纱出口量56.05 万吨, 同比下降4.1%, 出口均价972.4 美元/ 吨, 低于进口均价249 美元/吨。玻璃纤维细纱出口量4.23 万吨, 出口金额0.9 亿美元, 出口均价2130.5 美元/ 吨, 较前几个月有所回落, 但仍高于去年同期价格。深加工制品出口方面, 各主要产品仍保持增长势头, 且出口价格均有所增长。

1.3 纤维增强复合材料行业

随着风电、轨道交通、城市基建、环保等领域的市场需求增加, 带动复合材料制品市场持续升温。2015 年, 纤维增强塑料制品全行业总产量约为456.71 万吨, 同比增长5.36%。其中, 纤维增强热固性产品产量为280.31 万吨, 同比增长3.06%;纤维增强热塑性产品产量为176.4 万吨, 同比增长9.23%。

1.3.1 热塑性复合材料制品

热塑性复合材料因其制件成型周期短、冲击强度高等特性得到市场认可, 随着汽车、高铁、电子电气等领域的需求日益增加, 热塑性复合材料蓬勃发展。国内热塑性复合材料仍延续了前两年的发展速度, 在复合材料制品总量中的比例保持逐年稳定增长趋势, 占国内纤维增强塑料制品行业总产量的38.6%。其中工程塑料产量146.4 万吨, 同比增长8.44%, 仍是热塑性复合材料制品的主要类型。近年来随着GMT、LFT、LFT-D及CFT相关工艺与装备的逐步成熟, 其产量和应用规模正在快速增长。重点玻纤企业加大对热塑性增强纱的研发与生产力度, 以满足下游市场需求。各大装备企业加强对热塑复合材料成型工艺及装备的生产与研发。

1.3.2 缠绕制品

2015 年缠绕制品总产量75.08 万吨, 同比增长5%。产品主要包括输 (排) 水管类产品、石化及食品用贮罐、高压管道、脱硫塔、车载气瓶等。近年来双壁储油罐、大型储罐得到重点研发与应用拓展, 尤其连云港中复、胜利新大等单位在大型玻璃钢储罐的生产技术方面取得突破, 整体缠绕成型了一批容积在5000 立方以上的特大型储罐, 用于化工、食品酿造等领域。随着复合材料行业快速发展, 复合材料设备国产化的需求越来越多, 各装备厂加大了对缠绕设备的研发。近两年具有自动化程度高、产品质量稳定、绿色环保的连续缠绕工艺得到快速发展。

1.3.3 拉挤制品

2015 年复合材料拉挤制品产量约30.56 万吨, 同比增长5%。产品主要包括复合材料塔杆、复合材料桥架、复合材料电缆支架、碳纤维复合芯导线等电力绝缘类产品, 桥梁、隧道、地铁疏散平台等基础设施建设用型材产品, 以及化工防腐、体育设施等领域的制品。近年来, 聚氨酯拉挤型材成为研发热点, 聚氨酯树脂体系应用于拉挤成型工艺, 具有更短成型周期、生产率高、生产现场无苯乙烯挥发等优点, 产品包括聚氨酯拉挤窗框、聚氨酯轨道枕木、聚氨酯梯子等。

1.3.4 SMC/BMC制品

2015 年SMC (片状模塑料) 和BMC (团状模塑料) 制品产量约36.21 万吨, 同比增长2%。SMC/BMC制品主要应用于汽车、建筑、电力设备等领域, 产品主要包括SMC/BMC模压汽车部件、电力开关柜、电表箱和绝缘零部件、建筑人造石等。此外, 压制板材类产品近年异军突起, 尤其是夹层板类产品在轨道交通、商用车、船舶、体育器材等领域应用快速增长, 成为兼具结构与功能性的轻质高强材料。

1.3.5 连续板材制品

2015 年连续板材类制品产量17.71 万吨, 同比增长10%。连续板材类产品, 尤其是采光板类产品在汽车厢体板、工业厂房、农牧业等领域受到越来越多的关注。

1.3.6 风电复合材料制品

2015 年, 以风电叶片为主体的液体模塑成型制品产量37.23 万吨, 同比增长高达38%。

受风电上网电价调整的影响, 2015 年我国风电新增装机容量达到历史最高水平。据中国可再生能源学会风能专委会初步统计, 2015 年中国风电新增装机3050万千瓦, 占全球新增装机量48.4%。截至2015 年底, 中国累计装机达到14510.4 万千瓦, 占全球33.6%市场份额。随着近年风电市场的快速发展, 对风电复合材料制品的材料性能、结构、工艺和技术指标要求越来越高, 如对高性能玻纤、高模量玻纤织物的使用和生产工艺的优化, 叶片一体化成型技术的应用进一步推动了风电产业的发展。近日, 中复连众连云港叶片工厂MES系统 (生产执行系统) 正式上线运行, 标志着叶片生产管理迈入数字化管理时代。

鉴于空气严重污染以及应对气候变化, 清洁能源逐步取代化石能源已经成为我国能源消费的基本国策。原材料及叶片企业要在推进高性能复合材料在风电领域中的应用, 以及满足未来风电大型化、智能化、轻量化发展需求方面下功夫, 同时关注风电“十三五”规划及相关产业政策, 及时调整运营思路。

1.3.7 手糊成型工艺制品

2015 年手糊成型工艺制品产量83.52 万吨, 同比下降10%, 在纤维增强塑料制品行业总产量的比重下降到18%。手糊成型工艺生产效率低, 操作者技术水平对制品质量稳定性影响大, 适用于做小批量、多品种的异型产品, 其他可用机械化、自动化生产设备替代。

2 未来走势与发展建议

2.1 理性发展, 有序增长

我国玻璃纤维行业经过高速发展阶段、金融危机震荡以及产业政策调整后, 目前已进入稳定增长期, 整个行业的发展更为理性, 新增产能增速放缓, 企业更倾向于产品结构的调整, 注重差异化发展, 提升产品质量和附加值水平, 而复合材料应用领域的拓展成为推动玻纤行业增长与发展的引擎, 产能有序增长, 禁止盲目建设。今后总产能仍需控制, 行业准入条件要严格执行。增强企业的自律意识和行业大局观, 坚决打击陶土玻璃纤维及其制品、陶土玻纤增强复合材料制品, 坚决抵制低价竞标和恶性竞争, 维护行业健康有序的竞争和发展秩序。

2.2 规划、战略必不可少

2015 年建材行业增速回落, 行业效益严重下滑。在这种严峻的经济形势下, 中国巨石、泰山玻纤、中复连众、胜利新大等企业却逆势增长, 效益大幅提升;中小企业如华源新材通过严谨规划、科学生产, 提升了企业的核心竞争力。社会各界对玻纤/ 复合材料行业给予高度重视。同时随着新三板市场的逐渐成熟, 被越来越多的中小企业接受, 2015 年不少玻纤/ 复合材料企业成功在新三板着陆, 以更规范的管理迎接时代的洗礼。龙头企业的力量固然不可忽视, 数量众多的中小玻纤/ 复合材料企业更应该做好筹谋部局的工作, 以专补全、以小补大、专精致胜。通过差异化经营, 避开大企业的规模化竞争, 避开其它企业的同质化竞争, 从而彻底甩开低成本竞争市场。一年之计在于春, 企业如何降本增效、如何把握时代给予的发展机遇, 一定要量体裁衣, 制定适合自身企业发展的规划战略, 有的放矢, 科学发展。

2.3 提升标准体系, 引导实施品牌化发展

提高现有标准体系的内在和应用性能指标, 规范行业和市场秩序。加快新产品标准的制定出台, 保障新产品开发与应用。努力提高标准国际化水平, 积极参与国际标准化活动, 增强国际话语权。重视企业标准, 引导企业实施品牌化发展。以优化产业结构和市场结构为导向, 积极建立和发展协会标准体系。将部分先进企业标准上升为行业标杆, 引导行业不断发展进步。

2.4 智能制造, 绿色生产

国家工业和信息化部去年公布了2015 年智能制造试点示范项目名单, 泰山玻璃纤维有限公司“玻璃纤维智能工厂试点示范”项目成为全国首批入选项目, 为玻纤行业节能降耗、智能控制、绿色发展等发挥了良好的示范带头作用。高度自动化、信息化的生产线树立了玻纤行业“中国制造”的良好形象。巨石集团也通过机器换人和自动化改造, 全力打造智慧工厂, 实现了信息化系统的实时自动管理。江苏长海采用智能化生产设备, 替代了人工操作, 对关键性的数据和设备的运行状态进行自动化监测, 同时对物流系统和仓储体系进行了自动化升级。此外, 复合材料格栅自动生产线、机器人缠绕机、全自动化气瓶FW生产线均已推向市场, 未来风电市场也在探索建设智能风场, 下游应用领域对复合材料行业机械化、自动化、智能化装备提出了要求。“推进两化融合, 建立智能工厂”是行业发展的必然趋势。