材料研究分析范文
时间：2023-02-28 12:42:17
材料研究分析范文第1篇
关键词 阻燃特性；木质材料；高分子
中图分类号O69 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）90-0038-02
0引言
随着现今经济的发展，人们生活质量的提高和健康意识的增强，火灾灾害频频发生，材料阻燃特性研究成为当下一个热议的话题，如何高效的利用材料自身的性质，加以合理的聚合和改造，使之成为阻燃特性好，阻燃性能优异，安全系数高，低烟低毒的材料，本文将从家庭使用的木质材料阻燃特性出发和现今工业在汽车、电子电气方面广泛使用的聚丙烯高分子阻燃剂，全面而系统的分析材料的阻燃技术的发展和技术现状。
1材料阻燃技术在家居木质材料上的应用分析
人们生活水平的不断提升，家居环境的美化，人们的健康意识也不断的更强，带来一些必须考虑的问题，家居环境的密封性使得家居所用材料对材料的阻燃技术有更高的要求，材料的阻燃特性对家居的安全隐患问题起着举足轻重的作用，材料阻燃技术不断的提出新的技术，满足各类需求。现今家庭所用的木质材料大多数是采用的是密度板，密度板有诸多益处，木质板材用于家庭装饰，美观，而且质轻，结构较为规则，一般木质板材表面度经过抛光处理，其现在广泛的应用于家庭装修中。当然木质板材也有很多的缺陷，例如时间长了后，容易变形，模板容易两端翘曲等问题，但是人造板材的使用，也使得木质材料的来源更加的广泛；更重要的一点是人造板材的使用，虽然是阻燃的一种，但是其级别相当于B2级别，也就是可燃性，其燃烧也是随着时间的推移，材质激将逐渐的改变，现如今的家庭火宅情况也时有发生，一旦火灾后，该木质板材将受到破坏性的损坏。现今家居环境室内所用密度板是一种木质的人造板，该板材从阻燃技术出发，京承天然木质材料咋阻燃性能方面的优势，有着良好的阻燃特性，装修材料按其燃烧性能应划分四级，见表1。
现今的阻燃材料多为难燃性，不燃性的材料少之又少，可燃性的材料也较多的被应用在现实生活中，对于易燃性的材料多为一些露天设施，家里的电线等等。对于难燃性的材料，其阻燃特性较为良好，其质量有保障，安全系数较高，较多的被现在的家居材料的所用，开发密度板阻燃特性良好的材料，是当今的材料阻燃技术研究是根本。
3材料阻燃技术在聚合物方向应用分析
聚丙烯是我们熟知的高分子材料，而一般的聚乙烯的材料属于易燃物质，例如我们家居生活中使用的塑料用具都是采用聚乙烯加工制造的，而对于材料阻燃技术的相应你果断要求的提出，聚丙烯高分子材料被广泛的应用于当今的日常生活中，聚丙烯简称pp，广泛用于汽车电子、家庭的装饰、建筑物的防火材料等等领域，聚丙烯和聚乙烯一样，属于B3级别的材料，易燃特性，但是聚丙烯高分子材料燃烧过程中，由于其亲氧气性能较低，燃烧不易产生含碳化合物，大大的增加了其易燃的特性，要保证其阻燃的特性，只有进行诸多的测试和实验，以进一步的推广和使用，研究新型的高分子材料，改善聚丙烯材料的阻燃特性是企业和社会发展的必须，具有重要的战略意义和实际经济意义。
对于聚丙烯类高分析物质，其中对于膨胀型阻燃剂，近年来发展较快，其阻燃特性较好，被广泛的应用在生活中，其阻燃性能高，安全系数高，低烟低毒等优点。以前膨胀型阻燃剂被美国两个特学家提出来，当时没有引起社会的关注，近年来，醉着材料阻燃技术的发展，环保问题的日益凸显，人们追本溯源，开始寻找一种新型的可用于环保的一个低毒的无卤阻燃剂，基于这些问题的提出和综合权衡，给膨胀型阻燃技术提供了广阔的发展空间。其中膨胀型阻燃剂的基本成分和各组分的主要功能见表2所示。
该聚丙烯阻燃材料膨胀所形成的的碳层阻止氧气从周围介质扩散到正在讲解的塑料中，材料的阻燃特性从高分子物质到现今的夹板材料，都是从材料的燃烧特性、低毒等方面考虑，深入的分析材料的阻燃特性，如此，安全系数高、低烟低毒的材料将更加的为现今所关注，从而在很大程度满足用户阻燃特性的要求，达到阻燃的目的。
4结论
对于阻燃特性好，阻燃性能优异，安全系数高，低烟低毒的材料，本文从家庭使用的木质材料阻燃特性出发和现今工业在汽车、电子电气方面广泛使用的聚丙烯高分子阻燃剂，全面的分析了材料的阻燃技术的发展和技术现状。木质材料的合理利用在一定程度上将改善我国森林资源匮乏的现状，木质阻燃材料的研究将期待了家居原始的木质材料易变性等缺点，大量的节约木质材料的使用，而聚丙烯聚合物高分子的使用，也得电子电气、汽车应用材料方面的特性提升，而且一般具有耐用性好，耐腐蚀等优点。材料的阻燃特性的分析和技术的发展将应用在生活的各个方面。
参考文献
[1]王建祺.无卤阻燃聚合物基础与应用[M].北京：科学出版社，2005.
[2]郑美钦.我国中高密度纤维板现状和发展趋势分析.福建林业科技，2003，12：100.
[3]张军，纪奎江，夏延致.聚合物燃烧与阻燃技术[M].北京： 化学工业出版社，2005.
材料研究分析范文第2篇
关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体
1半导体材料的战略地位
上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。
2几种主要半导体材料的发展现状与趋势
2.1硅材料
从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。
从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smartcut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。
理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。
2.2GaAs和InP单晶材料
GaAs和InP与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。
目前，世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生长的2－3英寸的导电GaAs衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6和8英寸）的SI－GaAs发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的SI－GaAs集成电路生产线。InP具有比GaAs更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的InP单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。
GaAs和InP单晶的发展趋势是：
（1）。增大晶体直径，目前4英寸的SI－GaAs已用于生产，预计本世纪初的头几年直径为6英寸的SI－GaAs也将投入工业应用。
（2）。提高材料的电学和光学微区均匀性。
（3）。降低单晶的缺陷密度，特别是位错。
（4）。GaAs和InP单晶的VGF生长技术发展很快，很有可能成为主流技术。
2.3半导体超晶格、量子阱材料
半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（MBE，MOCVD）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。
（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。
GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管（HEMT），赝配高电子迁移率晶体管（P－HEMT）器件最好水平已达fmax=600GHz，输出功率58mW，功率增益6.4db；双异质结双极晶体管（HBT）的最高频率fmax也已高达500GHz，HEMT逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化；表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前，研制高质量的1.5μm分布反馈（DFB）激光器和电吸收（EA）调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键，在实验室西门子公司已完成了80×40Gbps传输40km的实验。另外，用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。
虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件，但由于其有源区极薄（～0.01μm）端面光电灾变损伤，大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。我国早在1999年，就研制成功980nmInGaAs带间量子级联激光器，输出功率达5W以上；2000年初，法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近，我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究，这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器，在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。
为克服PN结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制，1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器，突破了半导体能隙对波长的限制。自从1994年InGaAs／InAIAs／InP量子级联激光器（QCLs）发明以来，Bell实验室等的科学家，在过去的7年多的时间里，QCLs在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显着的进展。2001年瑞士Neuchatel大学的科学家采用双声子共振和三量子阱有源区结构使波长为9.1μm的QCLs的工作温度高达312K，连续输出功率3mW.量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到远红外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器和无线光学连接等方面显示出重要的应用前景。中科院上海微系统和信息技术研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子级联激光器；中科院半导体研究所于2000年又研制成功3.7μm室温准连续应变补偿量子级联激光器，使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向，正从直径3英寸向4英寸过渡；生产型的MBE和M0CVD设备已研制成功并投入使用，每台年生产能力可高达3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英国卡迪夫的MOCVD中心，法国的PicogigaMBE基地，美国的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有这种外延材料出售。生产型MBE和MOCVD设备的成熟与应用，必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。
（2）硅基应变异质结构材料。
硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙，如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究，但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料（纳米Si／SiO2），硅基SiGeC体系的Si1－yCy/Si1－xGex低维结构，Ge／Si量子点和量子点超晶格材料，Si／SiC量子点材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道，使人们看到了一线希望。
另一方面，GeSi／Si应变层超晶格材料，因其在新一代移动通信上的重要应用前景，而成为目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止频率已达200GHz，HBT最高振荡频率为160GHz，噪音在10GHz下为0.9db，其性能可与GaAs器件相媲美。
尽管GaAs／Si和InP／Si是实现光电子集成理想的材料体系，但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效，防碍着它的使用化。最近，Motolora等公司宣称，他们在12英寸的硅衬底上，用钛酸锶作协变层（柔性层），成功的生长了器件级的GaAs外延薄膜，取得了突破性的进展。
2.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料
基于量子尺寸效应、量子干涉效应，量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用，极有可能触发新的技术革命。
目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所MBE小组，柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子点激光器，工作波长lμm左右，单管室温连续输出功率高达3.6～4W.特别应当指出的是我国上述的MBE小组，2001年通过在高功率量子点激光器的有源区材料结构中引入应力缓解层，抑制了缺陷和位错的产生，提高了量子点激光器的工作寿命，室温下连续输出功率为1W时工作寿命超过5000小时，这是大功率激光器的一个关键参数，至今未见国外报道。
在单电子晶体管和单电子存贮器及其电路的研制方面也获得了重大进展，1994年日本NTT就研制成功沟道长度为30nm纳米单电子晶体管，并在150K观察到栅控源－漏电流振荡；1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工艺技术实现了128Mb的单电子存贮器原型样机的制造，这是在单电子器件在高密度存贮电路的应用方面迈出的关键一步。目前，基于量子点的自适应网络计算机，单光子源和应用于量子计算的量子比特的构建等方面的研究也正在进行中。
与半导体超晶格和量子点结构的生长制备相比，高度有序的半导体量子线的制备技术难度较大。中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组，在继利用MBE技术和SK生长模式，成功地制备了高空间有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子线和量子线超晶格结构的基础上，对InAs／InAlAs量子线超晶格的空间自对准（垂直或斜对准）的物理起因和生长控制进行了研究，取得了较大进展。
王中林教授领导的乔治亚理工大学的材料科学与工程系和化学与生物化学系的研究小组，基于无催化剂、控制生长条件的氧化物粉末的热蒸发技术，成功地合成了诸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半导体氧化物纳米带，它们与具有圆柱对称截面的中空纳米管或纳米线不同，这些原生的纳米带呈现出高纯、结构均匀和单晶体，几乎无缺陷和位错；纳米线呈矩形截面，典型的宽度为20－300nm，宽厚比为5－10，长度可达数毫米。这种半导体氧化物纳米带是一个理想的材料体系，可以用来研究载流子维度受限的输运现象和基于它的功能器件制造。香港城市大学李述汤教授和瑞典隆德大学固体物理系纳米中心的LarsSamuelson教授领导的小组，分别在SiO2／Si和InAs／InP半导体量子线超晶格结构的生长制各方面也取得了重要进展。
低维半导体结构制备的方法很多，主要有：微结构材料生长和精细加工工艺相结合的方法，应变自组装量子线、量子点材料生长技术，图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术，单原子操纵和加工技术，纳米结构的辐照制备技术，及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术等。目前发展的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和纳米结构的应变自组装可控生长技术，以求获得大小、形状均匀、密度可控的无缺陷纳米结构。
2.5宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材主要指的是金刚石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶体等，特别是SiC、GaN和金刚石薄膜等材料，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外，III族氮化物也是很好的光电子材料，在蓝、绿光发光二极管（LED）和紫、蓝、绿光激光器（LD）以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年GaN材料的P型掺杂突破，GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。目前，GaN基蓝绿光发光二极管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大输出功率为0.5W.在微电子器件研制方面，GaN基FET的最高工作频率（fmax）已达140GHz，fT=67GHz，跨导为260ms／mm；HEMT器件也相继问世，发展很快。此外，256×256GaN基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是，日本Sumitomo电子工业有限公司2000年宣称，他们采用热力学方法已研制成功2英寸GaN单晶材料，这将有力的推动蓝光激光器和GaN基电子器件的发展。另外，近年来具有反常带隙弯曲的窄禁带InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重视，这是因为它们在长波长光通信用高T0光源和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。
以Cree公司为代表的体SiC单晶的研制已取得突破性进展，2英寸的4H和6HSiC单晶与外延片，以及3英寸的4HSiC单晶己有商品出售；以SiC为GaN基材料衬低的蓝绿光LED业已上市，并参于与以蓝宝石为衬低的GaN基发光器件的竟争。其他SiC相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高，且价格昂贵。
II－VI族兰绿光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美国3M公司成功地解决了II－VI族的P型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3M公司利用MBE技术率先宣布了电注入（Zn，Cd）Se／ZnSe兰光激光器在77K（495nm）脉冲输出功率100mW的消息，开始了II－VI族兰绿光半导体激光（材料）器件研制的高潮。经过多年的努力，目前ZnSe基II－VI族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时，但离使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速发展和应用，使II－VI族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性，特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题，仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。
宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料，所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系，如GaN／蓝宝石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生，极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题。这个问题的解泱，必将大大地拓宽材料的可选择余地，开辟新的应用领域。
目前，除SiC单晶衬低材料，GaN基蓝光LED材料和器件已有商品出售外，大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料发展的关键问题，如GaN衬底，ZnO单晶簿膜制备，P型掺杂和欧姆电极接触，单晶金刚石薄膜生长与N型掺杂，II－VI族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题，国内外虽已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶体
光子晶体是一种人工微结构材料，介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度，来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙，与半导体材料的电子能隙相似，并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播，相应光子晶体光带隙（禁带）能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏，那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模，光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔，从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有：聚焦离子束（FIB）结合脉冲激光蒸发方法，即先用脉冲激光蒸发制备如Ag/MnO多层膜，再用FIB注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体；基于功能粒子（磁性纳米颗粒Fe2O3，发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒TiO2）和共轭高分子的自组装方法，可形成适用于可光范围的三维纳米颗粒光子晶体；二维多空硅也可制作成一个理想的3－5μm和1.5μm光子带隙材料等。目前，二维光子晶体制造已取得很大进展，但三维光子晶体的研究，仍是一个具有挑战性的课题。最近，Campbell等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体，取得了进展。
4量子比特构建与材料
随着微电子技术的发展，计算机芯片集成度不断增高，器件尺寸越来越小（nm尺度）并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制，而无法满足人类对更大信息量的需求。为此，发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年Shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥Rivest，Shamir和Adlman（RSA）体系，引起了人们的广泛重视。
所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计的装置，理论上讲它比传统计算机有更快的运算速度，更大信息传递量和更高信息安全保障，有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码，通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算，自旋测量是由自旋极化电子电流来完成，计算机要工作在mK的低温下。
这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外，为了避免杂质对磷核自旋的干扰，必需使用高纯（无杂质）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅单晶；减小SiO2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输，处理和存储过程中可能因环境的耦合（干扰），而从量子叠加态演化成经典的混合态，即所谓失去相干，特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。
5发展我国半导体材料的几点建议
鉴于我国目前的工业基础，国力和半导体材料的发展水平，提出以下发展建议供参考。
5.1硅单晶和外延材料硅材料作为微电子技术的主导地位
至少到本世纪中叶都不会改变，至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片，然而都未形成稳定的批量生产能力，更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力，首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发，在“十五”的后期，争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我国应有8～12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力；更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外，硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视，只有这样，才能逐步改观我国微电子技术的落后局面，进入世界发达国家之林。
5.2GaAs及其有关化合物半导体单晶材料发展建议
GaAs、InP等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后，没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下，并争取企业介入，建立我国自己的研究、开发和生产联合体，取各家之长，分工协作，到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的，到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2－3吨／年的SI－GaAs和3－5吨／年掺杂GaAs、InP单晶和开盒就用晶片的生产能力，以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需术。到2010年，应当实现4英寸GaAs生产线的国产化，并具有满足6英寸线的供片能力。
5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料的建议
（1）超晶格、量子阱材料从目前我国国力和我们已有的基础出发，应以三基色（超高亮度红、绿和蓝光）材料和光通信材料为主攻方向，并兼顾新一代微电子器件和电路的需求，加强MBE和MOCVD两个基地的建设，引进必要的适合批量生产的工业型MBE和MOCVD设备并着重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基蓝绿光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料体系的实用化研究是当务之急，争取在“十五”末，能满足国内2、3和4英寸GaAs生产线所需要的异质结材料。到2010年，每年能具备至少100万平方英寸MBE和MOCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。
宽带隙高温半导体材料如SiC，GaN基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及ZnO等材料也应择优布点，分别做好研究与开发工作。
（2）一维和零维半导体材料的发展设想。基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件，目前虽然仍处在预研阶段，但极其重要，极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而，集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是，“十五”末，在半导体量子线、量子点材料制备，量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平；2010年在有实用化前景的量子点激光器，量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面，达到国际先进水平，并在国际该领域占有一席之地。可以预料，它的实施必将极大地增强我国的经济和国防实力。
本文限于篇幅，只讨论了几种最重要的半导体材料，II－VI族宽禁带与II－VI族窄禁带红外半导体材料，高效太阳电池材料Cu（In，Ga）Se2，CuIn（Se，S）等以及发展迅速的有机半导体材料等没有涉及。
材料研究分析范文第3篇
[关键词]热电池；正极材料；合成方法；发展趋势
中图分类号：TM915 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0066-01
一、热电池正极材料必须具备的性能特征
热电池主要由基片、正极、负极、电解质、加热系统及保温材料组成，其中热电池的电极材料对热电池的电化学性能影响最为关键。作为热电池的正极材料，需具备以下一些特点： 能够提供一个固定的放电平台；较高的热稳定性： 减少热分解和由分解产物引起的相关的化学反应，这些分解产物可以产生额外的自放电；电子导电性：以减少阴极的电阻；在熔盐电解质中阴极材料的溶解性低， 以减少自放电反应以及随之产生的能量损耗；非嵌入式（多相）放电；环境友好（绿色）。原则上讲，具有氧化性的物质，如硫酸盐、氧化物、硫化物、铬酸盐、磷酸盐等均可作为热电池的正极材料，但所使用的正极材料要具有很好的性能，满足各种不同的设计要求，真正有价值的很少。
二、热电池的正极材料
1、氧化物正极材料
过渡族金属的氧化物正极材料主要有V2O5、MnO2 等，作为以钙、镁、锂合金为阴极的热电池正极活性物质。它具有较高的放电电压，但热稳定性较差，且高温时易脱氧，化学稳定性差，易于与卤化物电解质发生反应，电子的导电性差，容量较小。过渡族氧化物一些单一的高价氧化物具有较高的峰值电压，但工作寿命和比能量明显降低，主要是因为放电电压
下降过快。近年来锂化V2O5 正极的研究越来越深入，研究发现锂化的氧化钒正极材料具有更高的电压和更好的热稳定性，但由于锂化的氧化钒正极材料的库仑比容量比较低，影响热电池的后期放电电压。以锂化氧化钒为主，添加一定比例的二硫化铁制成复合的正极材料，其综合性能优于锂化的氧化钒和二硫化铁两种单一正极材料，将其应用于长寿命的热电池中，取得了很好的效果。
2、FeS2正极材料
目前，热电池正极材料的研究主要集中在过渡金属的二硫化物上，并已成功应用。但是，二硫化物正极材料仍然有它的缺点。它的单体电压偏低，空载电压只有2 V 左右，不利于进一步提高电池比能量；正极活性物质在高温时易分解， 导致电池不能长时间放电，比能量受限；放电初期有脉冲电压峰存在，影响电池的电压精度。因此，人们一直没有间断过对
新型热电池正极材料的探索。FeS2是锂系热电池中最常用的正极材料， 它的主要特点是资源丰富， 可以直接从黄铁矿中加工得到，价格便宜，电性能稳定。FeS2正极材料常应用于
短寿命热电池。相对于长寿命热电池而言，由于二硫化铁热稳定性较差，在热电池的工作温度下（500℃左右），发生严重的热分解反应，造成电容量损失，所以FeS2正极材料的热稳定性有待于提高。
2、CoS2正极材料
CoS2是针对FeS2的弱点而制备的一种新型正极材料，包含了先进正极体系所要求的很多优点，即：优良的热稳定性（在接近650℃时，CoS2仍然保持热稳定性，这个温度比FeS2高大约100℃）、优良的化学稳定性（CoS2材料既不像FeS2材料在电解质中明显溶解，也不像FeS2向负极明显扩散；与FeS2相比较，CoS2正极所导致的自放电和热损失可忽略不计）和近似于金属的电导率（保证了电池的阻抗最小）。
3、氯化物正极材料
金属氯化物（如NiCl2、FeCl3 等）是可替代二硫化铁较为理想的正极材料之一，具有较高的开路电压，理论容量高，放电电流密度大，电极电位较正。以它作为热电池的正极材料，已研制出容量大，功率大，寿命长的实用热电池，展现出了十分良好的前景。以NiCl2为例，它的稳定性好，具有优良的电化学性能，在熔盐中的电极电位很正，700℃时，在氯化物熔盐电解质中的电极电位为2.36V。[1]但氯化物稳态放电电压较低，激活时间较长，电阻较高，技术仍不成熟，要同时输出大功率密度和能量密度仍然存在困难。
4、铬酸盐正极材料
铬酸盐也应用于钙系热电池中。以铬酸钙为例，CaCrO4 为黄色晶体，属四方晶系，在800℃以上发生分解。通常CaCrO4 与LiCl- KCl 电解质混合成正极活性物质，CaCrO4 在LiCl- KCl 熔盐电解质中呈现出很强的氧化性，其在热电池中的电化学反应式为：
2CaCrO4+6e=Cr2O3+2CaO+3O2-
生成的不溶性还原产物对所有的水溶液都有很强的抗腐蚀性，还能抵抗电化学的再氧化对电池性能造成不良的影响。
三、常用的合成方法
热电池正极材料的电化学性能严格地受原料及制备技术的影响，为了获得性能更优异的正极材料，人们不断探索合成正极材料的技术。目前，正极材料的制备方法很多，通常采用固相合成法、水热法、溶剂热法等。
1、 固相合成法
固相合成是将固体原料按一定比例混合均匀，各原料之间处于充分接触的状态，在设定的温度下，焙烧一定时间，冷却至室温，粉碎筛分制得陶瓷粉体的一种制备方法。根据焙烧的温度不同，把焙烧在400℃以上者称为高温固相法，低于400℃焙烧者称为低温固相法。[2]固相法合成热电池正极材料主要有两个过程：配料和焙烧。以硫化物为例，基本步骤如下：将高纯粉体研磨并充分混合均匀，可以增大反应物之间的接触面积，使原子或离子的扩散运输比较容易进行，以增大反应速度。然后将粉末放入高温容器内进行焙烧，培烧过程的主要作用是使原料各组份间发生化学反应，形成具有一定晶格结构的基质，并且激活进入基质，焙烧的条件直接影响正极材料的电化学性能。
2、水热法
水热法是通过原料化合物与水在高压釜内一定温度和压力下进行的反应，并合成化合物的一种粉体制备方法。它属于湿化学方法的一种。近几年来，水热法在合成热电池正极材料中取得了很大的进展。采用水热法制备热电池正极材料是在特制的密闭反应容器（高压反应釜）中进行，采用水溶液作为反应介质，水作为传递压力的媒介，同时在高压下，绝大多数的反应物均能部分溶解于水，促进了反应在液相或气相中进行。
3、溶剂热法
将反应物按一定比例放入密封的压力容器（高压反应釜）中，以有机溶剂作为介质，在高温高压的条件下进行的化学反应制得粉体的一种方法。这种方法在合成热电池正极材料应用非常广泛，溶剂处在高于其临界点的温度和压力下，可以溶解绝大多数物质，从而使常规条件下不能发生的反应可以进行，或加速进行。在合成正极材料时选择溶剂需要非常注意，溶剂在反应过程中控制晶体的生长，使用不同的溶剂可以得到不同形貌的产品，因此电化学性能也不同。
三、热电池正极材料的展望
热电池主要应用于当今高新技术武器中，日益发展的现代化武器对热电池也提出了更高的性能和使用的要求：一是进一步提高热电池的性能，如比功率、比能量、激活时间、热稳定性、化学稳定性等；二是进一步提高热电池的使用寿命；三是减小热电池的体积及质量；四是要求热电池具有较短的激活时间。【3】这就对热电池的组成材料提出了更高的要求，尤其是对热电池的正极材料。高电压的正极材料的开发与成功应用， 可以充分发挥锂合金负极的潜在优势， 提高电池单体的比功率和比能量，有利于电池的小型化，丰富热电池系列和品种，以更好地满足武器系统对热电池的需求。
参考文献
[1] 刘杰，种晋，高文明.热电池硫化物正极材料制备研究进展[J].电源技术.？2009（02）
[2] 赵晶.热电池正极材料氯化镍的性能研究[J].电源技术.2006（08）
材料研究分析范文第4篇
关键词：单晶；纳米；氧化锌；ZnO
中图分类号：TN304 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）21-0005-02
ZnO为两性氧化物，无毒、无臭，溶解于强碱和强酸，不溶于乙醇和水，为浅黄色或白色粉末或晶体，能在空气中吸收水和二氧化碳，俗称锌白。ZnO是一种宽禁带直接带隙半导体材料，为Ⅱ-Ⅵ族化合物，为六方晶系纤锌矿结构，室温下禁带宽度为3.37eV。ZnO，晶格常数为：c=0.52nm，a=0.325nm，每个Zn原子与4个O原子按四面体排布。ZnO的其他物理化学性质见表1。
ZnO的激子不易发生热力化，激子束缚比室温热离化能26meV高很多，能高达60meV。在室温下具有大束缚能的激子更容易实现光效率的激光发射，所以ZnO与ZnS（40meV）、ZnSe（22meV）、GaN（25meV）相比，在室温或者更高温度下，其是一种具有很大应用潜力的短波长发光材料。ZnO生长温度只有GaN生长温度的50%，具有更低的生长温度，在很大程度上这可以避免由于高温生长造成了衬底与膜之间的原子互扩散。另外，ZnO具有原料丰富、无毒、价格低廉等优点，具有良好的化学稳定性以及高热导率和熔点。
1 氧化锌的应用
1.1 压电方面的应用
ZnO薄膜是一种具有良好压电性质定高密度、定向生长的材料，能够用来制备压电转换器材料，如高频纤维声光器件以及声光调制器等。ZnO作为一种压电材料，可以在高速率、大容量光纤通信的反雷达动态测频、微型移动通信、光纤相位调制、并行光信息处理、电子侦听等军事和民用领域得到广泛的应用。
1.2 压敏方面的应用
ZnO压敏材料在受到外加电压时，存在一个阈值电压，当该值小于外加电压时，进入击穿区，这时电流会受到电压微小的变化而引起迅速增大。ZnO压敏材料由于具有这种特征，因此在各种电器设备的浪涌电压吸收、电压保护、稳压等方面有着非常重要的作用。
1.3 光电方面的应用
在适当的掺杂下，ZnO表现出很好的低阻特征，其具有优异的光电性能。ZnO由于具有这一性能，因此，比如说液晶元件电极、太阳能电池电极等，其成为了一种非常重要的电极材料。将Al掺入ZnO薄膜中具有较高的光透过率，可以让其禁带宽度明显增大。光透过率在可见光区可达到90%。大的禁带宽度和高的透过率，让其可以作为太阳能电池窗口材料、低损耗光波导器件、紫外光探测器等。ZnO是一种很好的平面显示器材料，因为其电子辐射具有稳定性和发光性质的特点，在发光器件领域（如激光器、紫外光二极管等）具有巨大的应用潜能。
1.4 纳米ZnO的应用
在物理学、敏感性、磁性、化学、光电学等方面，纳米ZnO粒子具有一般的ZnO产品所无法比拟的特殊性能和新用途，其是联系微观粒子及宏观物体的一座桥梁。纳米ZnO用作合成橡胶、胶乳、天然橡胶的补强剂、色剂及硫化活性剂，是必不可少的轮胎和橡胶工业的添加剂，在橡胶中运用纳米ZnO，其用量仅为普通ZnO的30%～50%，可以提高橡胶的性能，充分发挥硫化的促进作用。利用纳米ZnO制备出的陶瓷釉具有抗菌、除臭、防霉等功效，并且更光洁，还可以降低陶瓷和玻璃的烧结温度。在涂料的抗老化等方面纳米ZnO因其优异的紫外线屏蔽能力具有非常突出的特性，其表面高活性可以提高催化剂的催化效率和选择性能。ZnO在电子工业中，既是光学、磁性等材料的主要添加剂，也是压敏电阻的主原料。采用纳米ZnO制备压敏电阻，能够提高压敏电阻的非线性系数和流通能力等性能，它具有较低的烧结温度。在光学器件中纳米ZnO的应用将会随之不断深入对纳米ZnO光学性能的研究而取得更大的突破性进展。
1.5 气敏方面的应用
随着表面吸附气体的不同种类和不同浓度，ZnO的电阻率会发生相应的变化，其是一种气体敏感材料。对氧化性气体、还原性气体未掺杂的ZnO具有敏感性，经过某些元素的掺杂后，对有机蒸汽、可燃气体、有害气体等具有良好的敏感性，ZnO因此可被用于制作各种气敏传感器。
2 氧化锌制备
2.1 ZnO薄膜的制备
ZnO薄膜具有优异的压电性质，能够在不同衬底上沿[0001]方向高度择优取向生长，在生光器件中因此得到了广泛应用。当前，在蓝宝石衬底上生长的ZnO薄膜拥有最好的质量，电子空穴、自由激子发光等离子态发光现象，我们甚至都能够观察到。
2.2 ZnO体单晶的制备
对于器件和材料科学的应用，高质量、生长面积大的ZnO都具有非常重要的意义。蓝宝石尽管一直用作ZnO薄膜生长的衬底，不过两者之前有着较大的晶格失配，这会造成器件性能退化，导致ZnO外延层的位错密度较高。对于紫外及蓝光发射器件的制作，由于同质外延潜在的优势，ZnO体单晶的大尺寸和高质量是极为有利的。ZnO同质外延在很多方面都具有很大的发展潜力，其具有完整的晶格匹配，能够实现容易控制材料的极性、实现无应变、没有高缺陷的衬底、低的缺陷密度等。除了用于同质外延，ZnO体单晶还可以用来做GaN的异质外延衬底。ZnO具有较小的晶格失配，因为其与GaN具备相同的原子排列次序。
助溶剂法、气相法、水热法是目前主要生长ZnO体单晶的三种方法。助溶剂法在恒定温度下通过蒸发溶剂或缓慢冷却，使熔体过饱和而结晶的方法，其是利用助熔剂使晶体形成温度较低的饱和熔体，对于生长熔点高的晶体非常合适。通过控制生长条件和寻找合适的助溶剂，用该方法有希望生长出尺寸更大的ZnO体单晶。不过该方法会给晶体带入助熔剂杂质，生长过程中容易产生应力，这对于为了适应电子材料而必须控制好化学计量比和杂质含量来说是极为不利的。此外，采用该方法生长ZnO单晶的另一个不利因素就是在溶解中ZnO容易挥发。
利用蒸汽压较大的材料，气相法在适当的条件下，可以使蒸汽凝结成晶体，比较适用于生长板状晶体。该方法气相沉积法生长的晶体与其他两种方法相比纯度更高，但是生长却难以控制。
依靠容器内的溶液维持温差对流形成过饱和状态就是我们所说的水热法，当前较为成熟的一种生长ZnO体单晶的方法就是水热法，是生长ZnO体单晶的一种非常重要的方法。水热法需要控制好生长区和溶解区的温度差、合理的元素掺杂、籽晶的腐蚀、碱溶液浓度、营养料的尺寸、生长区的预饱和、升温程序等工艺。该方法存在危险性高、生长周期长、易使ZnO晶体中引入金属杂质等缺点。
除了以上介绍的这三种比较常见的方法以外，还有坩埚下降法、氟化锌空气反应法、直接高温升华金属锌和氧反应法等一些生长ZnO单晶不太常用的方法。
3 结语
氧化锌作为宽禁带半导体材料，其在军事、生活、工业等领域以其优异的性能发挥着重要的作用。目前对ZnO国内外都展开了深入而又广泛的研究，因此，我们有理由相信，各个方面对ZnO材料的需求在不久的将来一定会得到满足。
参考文献
[1] 李秀梅.纳米氧化锌的性质和用途[J].通化师范学院学报，2004，（4）.
[2] 李建，白素杰，通拉嘎.稀土Nd掺杂纳米ZnO薄膜气敏特性[J].传感器技术，2004，（5）.
[3] 宋词，杭寅，张昌龙.水热法ZnO晶体特征研究[J].人工晶体学报，2005，（6）.
材料研究分析范文第5篇
自70年代纳米颗粒材料问世以来，80年代中期在实验室合成了纳米块体材料，至今已有20多年的历史，但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在80年代中期以后。从研究的内涵和特点大致可划分为三个阶段。
第一阶段（1990年以前）主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体（包括薄膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。研究的对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。
第二阶段（1994年前）人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒复合，纳米微粒与常规块体复合及发展复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。
第三阶段（从1994年到现在）纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注，正在成为纳米材料研究的新的热点。国际上，把这类材料称为纳米组装材料体系或者称为纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝和管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系，基保包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系。纳米颗粒、丝、管可以是有序或无序地排列。
如果说第一阶段和第二阶段的研究在某种程度上带有一定的随机性，那么这一阶段研究的特点更强调人们的意愿设计、组装、创造新的体系，更有目的地使该体系具有人们所希望的特性。著名诺贝尔奖金获得者，美国物理学家费曼曾预言“如果有一天人们能按照自己的意愿排列原子和分子…，那将创造什么样的奇迹”。就像目前用STM操纵原子一样，人工地把纳米微粒整齐排列就是实现费曼预言，创造新奇迹的起点。美国加利福尼亚大学洛伦兹伯克力国家实验室的科学家在《自然》杂志上，指出纳米尺度的图案材料是现代材料化学和物理学的重要前沿课题。可见，纳米结构的组装体系很可能成为纳米材料研究的前沿主导方向。
二、纳米材料研究的特点
1、纳米材料研究的内涵不断扩大
第一阶段主要集中在纳米颗粒（纳米晶、纳米相、纳米非晶等）以及由它们组成的薄膜与块体，到第三阶段纳米材料研究对象又涉及到纳米丝、纳米管、微孔和介孔材料（包括凝胶和气凝胶），例如气凝胶孔隙率高于90％，孔径大小为纳米级，这就导致孔隙间的材料实际上是纳米尺度的微粒或丝，这种纳米结构为嵌镶、组装纳米微粒提供一个三维空间。纳米管的出现，丰富了纳米材料研究的内涵，为合成组装纳米材料提供了新的机遇。
2．纳米材料的概念不断拓宽
1994年以前，纳米结构材料仅仅包括纳米微粒及其形成的纳米块体、纳米薄膜，现在纳米结构的材料的含意还包括纳米组装体系，该体系除了包含纳米微粒实体的组元，还包括支撑它们的具有纳米尺度的空间的基体，因此，纳米结构材料内涵变得丰富多彩。
3．纳米材料的应用成为人们关注的热点
经过第一阶段和第二阶段研究，人们已经发现纳米材料所具备的不同于常规材料的新特性，对传统工业和常规产品会产生重要的影响。日本、美国和西欧都相继把实验室的成果转化为规模生产，据不完全统计，国际上已有20多个纳米材料公司经营粉体生产线，其中陶瓷纳米粉体对常规陶瓷和高技术陶瓷的改性、纳米功能涂层的制备技术和涂层工艺、纳米添加功能油漆涂料的研究、纳米添加塑料改性以及纳米材料在环保、能源、医药等领域的应用，磨料、釉料以及纸张和纤维填料的纳米化研究也相继展开。纳米材料及其相关的产品从1994年开始已陆续进入市场，所创造的经济效益以20％速度增长。
三、纳米材料的发展趋势
1．加强控制工程的研究
在纳米材料制备科学和技术研究方面一个重要的趋势是加强控制工程的研究，这包括颗粒尺寸、形状、表面、微结构的控制。由于纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应都同时在起作用，它们对材料某一种性能的贡献大小、强弱往往很难区分，是有利的作用，还是不利的作用更难以判断，这不但给某一现象的解释带来困难，同时也给设计新型纳米结构带来很大的困难。如何控制这些效应对纳米材料性能的影响，如何控制一种效应的影响而引出另一种效应的影响，这都是控制工程研究亟待解决的问题。国际上近一两年来，纳米材料控制工程的研究主要有以下几个方面：一是纳米颗粒的表面改性，通过纳米微粒的表面做异性物质和表面的修饰可以改变表面带电状态、表面结构和粗糙度；二是通过纳米微粒在多孔基体中的分布状态（连续分布还是孤立分布）来控制量子尺寸效应和渗流效应；三是通过设计纳米丝、管等的阵列体系（包括有序阵列和无序阵列）来获得所需要的特性。
2．近年来引人注目的几具新动向
（1）纳米组装体系蓝绿光的研究出现新的苗头。日本Nippon钢铁公司闪电化学阳极腐蚀方法获得6H多孔碳化硅，发现了蓝绿光发光强度比6H碳化硅晶体高100倍：多孔硅在制备过程中经紫外辐照或氧化也发蓝绿光；含有Dy和Al的SiO2气凝胶在390nm波长光激发下发射极强的蓝绿光，比多孔Si的最强红光还高出1倍多，250nm波长光激发出极强的蓝光。
（2）巨电导的发现。美国霍普金斯大学的科学家在SiO2一Au的颗粒膜上观察到极强的高电导现象，当金颗粒的体积百分比达到某临界值时，电导增加了14个数量级；纳米氧化镁铟薄膜经氢离子注入后，电导增加8个数量级；
（3）颗粒膜巨磁电阻尚有潜力。1992年，纳米颗粒膜巨磁电阻发现以来，一直引起人们的关注，美国布朗大学的科学家最近在4K的温度下,几个特斯拉的磁场，R/R上升到50％，目前这一领域研究追求的目标是提高工作温度，降低磁场。如果在室温和零点几特斯拉磁场下，颗粒膜巨磁阻能达到10％，那么就将接近适用的使用目标。目前国际上科学家们正在这一领域努力。
材料研究分析范文第6篇
关键词：新材料产业 专利分析 北京 对策建议
新材料产业作为战略性新兴产业，以新兴技术为基础是其重要特征，而技术创新能力是产业竞争优势的一个关键要素。专利作为技术创新能力的具体成果，反映了企业在该领域的技术创新实力，使企业在该领域科技竞争实力的具体表现。因此，专利可以作为衡量企业或地区新材料产业发展状况的重要依据。
一、数据来源与获取
以SCI科学引文数据库作为数据源，对1992―2009年出版的文献进行检索，以“（Advanced materials）OR（New functional*materials）OR（Advanced composite* materials）OR（Smart* Materials）”作为主题词，并排除与新材料产业无关的学科，共检索到相关文献15492篇。利用Bibexcel软件进行关键词分析合并，并根据关键词词频进行排序，从而得到新材料产业领域的关键词，然后根据所获得的关键词构造新材料产业的专利检索表达式。考虑到本文主要分析北京新材料产业专利的相关现状，故采用国家知识产权局专利数据库作为数据源，检索跨度为1992―2009年。
二、基于专利的SWOT分析
检索发现与新材料产业直接相关的专利申请中发明专利申请有15619项，其中北京地区专利数位1289项。运用PATENREX软件以及通过国家知识产权局检索平台进行专利分析，这些专利申请呈现出以近十几年来我国申请人的申请以发明专利为主、追求实际应用价值等特点，映射出我国近年来在新材料产业的发展速度加快，质量提升，产业化逐步形成竞争力等实际情况。
我国新材料产业的专利申请趋势情况如图1所示，1992年至2002年期间专利申请增长势头平稳，近几年申请量则急剧增长。北京地区的专利申请趋势，与我国新材料产业专利申请势头是基本一致的。
（一）优势分析
新材料产业专利申请分布情况为：日本专利2434项，美国专利1519项，我国台湾有689项居于第三位。北京以618项名列第四，与我国（除台湾以外的）其它省市相比，发展新材料产业的最显著优势正是科研技术实力雄厚。北京新材料科研领域的科技创新能力一直排名全国第一，仅中央在京的材料科研单位约占全国总数的40%，相比上海和深圳，北京园区在企业数、从业人员、总收入、产值等方面比重上处于绝对优势。
我国新材料产业排名前十的IPC专利技术构成分布情况：H01L领域有专利4131项，H01F领域有469项，H01S领域有239项，H02K领域有194项，G11B领域有191项，C23C领域有171项，G02F领域有152项，G01N领域有144项，G02B领域有143项，C04B领域有139项。可见，新材料产业研究热点集中于H01L（半导体器件；其他类目未包含的电固体器件）、H01F（磁体；电感；变压器；磁性材料的选择）、H01S（利用受激发射的器件）以及C04B（建筑材料；陶瓷；耐火材料；天然石的处理）等领域。
而北京的专利技术分类构成情况：H01L的申请数量最多，有177项；其次为H01F为39项；H01S为36项；C22C为23项；G01N为21项；C23C为18项；B01J和H01M均为17项；G02B和C04B为13项。北京地区的研究热点与我国的研究热点基本一致，如北京航空航天大学与北京科技大学等主力科研单位在H01L（半导体器件；其他类目未包含的电固体器件）以及H01F（磁体；电感；变压器；磁性材料的选择）领域的研究成绩显著。随着首都经济的不断发展，各行各业的发展对新材料都提出了新的需求，特别是北京的电子信息、生物新医药、环保、节能等产业都是新材料应用的支撑领域，为北京发展新材料产业提供了广阔的市场。此外，依托北京战略资源，充分利用环渤海地区的生产资源，实现战略资源和生产资源在同一企业的集中配置，拓展了新材料产业的发展空间，带动了新材料产业不断优化，尤其是航空航天、交通运输、电子电气、建筑建材、医疗器械、国防军工等行业的发展对材料的性能和品种提出了更高的需求。
（二）劣势分析
企业自主研发能力不足。专利检索分析得出北京主要专利申请人的排名情况（见表1）：中国科学院半导体研究所居于首位，清华大学次之，中国科学院微电子研究所居于第三位，北京大学第四位，中国科学院物理研究所第五位，北京工业大学第六位，中国科学院化学研究所第七位，北京科技大学第八位，北京航空航天大学第九位，北京化工大学第十位，国家纳米科学中心第十一位，有研稀土新材料股份有限公司第十二位，中国科学院声学研究所第十三位，中国人民63971部队第十四位。经统计，排在前14名的研发申请人，科研机构有7个，高等院校有6个，只有1家企业单位。说明北京新材料产业现阶段的科研主力为科研机构以及高校，而企业的研发能力十分薄弱。
专利申请起步晚，申请人研发能力弱。根据专利数据得到北京主要申请人的研发能力详情，排名前十的专利申请人研发能力仍不乐观，例如，专利活动年期超过十年的仅占一半，专利平均年龄超过5年的仅有3个，这与国际水准是存在很大差距的。
科技成果转化成效不明显。虽然北京具有科研优势，但是也存在着明显的禀赋缺陷。具体而言，在产业组织和制度层面，北京高新技术产业在知识链、技术链和产业链间尚存在脱节，产学研合作机制不完善。科研成果转化是限制北京新材料产业发展的关键环节。长期以来以新材料规模化制造为发展方向，却忽略了新材料技术产学研合作、企业自主研发、中试孵化和产业化初期等环节，大量优势科研资源难以转化为北京新材料产业的竞争优势。
（三）机会分析
根据我国新材料产业发明专利申请量排名前十的主IPC分类号的“专利数”、“复合技术专利数”以及“关联技术数”等指标为研究对象，得到技术关联度指数，如表2所示。
由此看出，H01F、H01S等技术领域不但关联专利数多、范围广且关联度较高，表明这些技术对新材料产业其他子技术领域具有较强的知识溢出效应，表现为在新材料产业技术领域中的重要性。与此形成对比的是，虽然H01L拥有较大的申请量，但是与其他技术领域关联性很小，没有形成良好的知识共享机制，既缺乏对其他相关技术的创新推动，也缺少对其他技术的知识吸取，技术创新专业化倾向明显，创新成果涉及的技术范围较窄，北京可以借此考虑下一步的技术研发方向由此入手。同时，如C23C、C08L、B01J等技术领域虽然目前专利申请量较小，但与其他技术存在高度关联性，发展前景广阔，为此北京可以根据自身特点进行专业化研发，充分利用市场方面以及政策方面的机会，整合自身能力形成特色优势。
随着社会科技的进步和新兴产业快速发展，对新材料需求的种类和数量大大增加，以新材料为支撑的新兴产业的快速发展，对新材料的种类和数量需求也将进一步扩大。据统计，磁体材料每年以15%的增长率发展，预计到2015年，仅中国市场就需要永磁铁氧体50万吨，软磁铁氧体20万吨，钕铁硼磁体5万吨。由此可见，新材料产业的市场需求是非常可观的。并且“十二五”期间，国家将实施新材料重大工程项目，将打造10个销售收入超过150亿元的新材料综合龙头企业，建成若干年产值超过300亿元的新材料产业基地和产业集群。新材料作为发展战略新兴产业的原料，再加上市场和政策的强有力支撑，“十二五”期间必将获得良好的发展机遇。
（四）威胁分析
如前所述，北京与国内其他省市相较，在H01L、H01F等热点领域具备一定优势，但是在市场无国界的时代背景下，仍然受到来自其他国家和地区的很大威胁。经专利统计分析显示，北京与主要竞争对手的技术差距还是很大的，仅在H01L领域美国有专利792项、日本有专利1146项，而北京仅有177项；H01F领域，日本有专利178项，而北京仅为39项，由此可见一斑。日本、美国等国外新材料企业无论在基础研究、应用研究、技术商品化、生产制造等各方面都居世界领先地位，并且拥有的专利数量惊人，专利布局很严密，这就在很大程度上限制了北京乃至我国的产业技术研发与进步。
三、对策建议
（一）增强核心技术研发力度
由上述专利分析结果，可以判断出北京地区的研发热点与我国的研究热点是保持高度一致的，如北京航空航天大学与北京科技大学等主力科研单位在H01L以及H01F等领域的研究成绩显著。结合《北京市基础与新材料产业年度发展报告（2010年）》来看，近年来，北京市新材料产业在单晶硅和化合物半导体材料及稀土永磁材料方面成绩不俗，加之上面的专利分析，这一态势与国际主要竞争对手的发展趋势一致，可见今后应该加大投入力度予以追赶。
（二）完善专利保护机制，促进共性技术研发
虽然北京地区的研究热点与新材料产业的研究热点基本一致，但是研发广度有待进一步拓展，比如，北京在H01L领域专利项数为177项，而上海在该领域则包含224项专利。并且，对照全国视角下的技术构成情况，北京在G11B及G02F领域与新材料产业的整体研究趋势还是有一些参差的，鉴于外部趋势走向，北京新材料产业接下来可以着手研究存在差距的技术领域，发挥首都科技的人才优势，根据北京新材料产业的布局，选择重点领域与中央在京研究单位成立集前沿研究、技术开发与工业试验，积极引导研究单位利用现有技术、人才优势开展北京新材料产业的共性技术研发。
（三）加速科研成果转化
北京现阶段的科研主力仍为科研机构以及高校，企业研发能力不足。前文的专利申请人分布情况就可说明这一问题，排在前14名的研发申请人，仅有1家企业单位。因此应着重打造以研发为主导的新材料产业，形成以研发、测试和孵化服务为中心的新材料科研服务产业；建立并完善直接面向科研院所、企业和市场需求提供服务的北京新材料产业发展促进中心，在重点新材料领域形成成果孵化与转化中心，鼓励与支持有条件的高校、研究院所、企业和其它社会力量，以新的机制，建立面向市场的新材料成果转化与孵化中心，最终形成北京新材料高技术企业孵化平台。
参考文献：
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⑧郑世林，何维达，曾辉.北京新材料科研成果转化状况与政策建议[J].中国软科学，2009（11）
〔本文系国家社科基金重大项目“新兴技术未来分析理论方法与产业创新研究”（项目编号：11&ZD140）研究成果〕
材料研究分析范文第7篇
关键词：光催化；汽车尾气；路面；降解
Current Progress and Perspectives of Nanophotocatalysts
Applied on Pvement
Li Peilin1, Zhou Yan1
（1.Chongqing ZhiXiang Cuseway Thnology Egineering Co LTD, Chongqing 400060)
Abstract: The recent development and progress of nanophotocatalysts Applied on Pvement are reviewed. Some problems in the current study and the future trend of development are briefly analyzed. The application on bituminous pavement has many problems. It is suggested that attention of the future investigation on the nanophotocatalysts should focus on forms of application.
Key words: Photoeatalysis; Automobile Exhaust; Pavement; Degradation
中图分类号：K477文献标识码：A 文章编号：
半导体光催化技术是一门新兴的环保技术，光催化是指光催化剂吸收光后对物质所发生的光化学反应，可将光能转化为化学能，促进有机物的合成或分解，自1972年日本东京大学藤岛昭等人发现现受辐射后的TiO2 电极上能发生持续氧化还原反应以来[1]，半导体光催化研究正处于快速发展阶段，已被成功应用于工业废气废水的降解处理[2-7]。由于汽车尾气排出后首先接触的是路面，若能将光催化剂负载于路面，利用阳光净化汽车尾气中的污染物，则能成为一种新型防治汽车尾气污染的方法。
1.光催化降解汽车尾气机理分析
光催化剂在吸收光线能量后，可将吸附于表面的一氧化碳、氮氧化合物和碳氢化合物转化为二氧化碳和硝酸盐等，从而实现对汽车尾气污染物的降解。下面以二氧化钛为例介绍光催化剂对污染物的降解过程：二氧化钛受紫外线激发后生成光生电子与空穴：
光催化材料表面吸附的O2与和反应生成具有强氧化性的活性氧：
、及可与TiO2上吸附的水分子或氢氧根反应，生成，它具有强氧化性可将表面吸附的污染物彻底氧化[11-14]。白天是汽车出行的高峰期，而光催化剂在紫外光或自然光条件下催化效率更高，因此白天能够产生更好的降解效果。光催化剂降解污染物所形成的产物会吸附在催化剂表面，由于纳米光催化剂材料表面在光线作用下会生成亲水基（-OH），使表面产生超亲水性[15-17]，超亲水表面使污染物很容易被雨水冲刷干净，从而产生自清洁效应，有利于恢复材料表面催化降解功能，实现再生利用。
2.国内外研究现状
在汽车尾气污染愈发严重的今天，国内外对路面纳米光催化降解汽车尾气污染物技术展开了一系列研究。纳米光催化材料的应用形式主要借鉴了在墙体中的应用形式，掺加方式主要有三种：（1）将TiO2加入水泥中做成水泥超薄面层（2）将水溶性TiO2直接喷洒到混凝土表面（3）在水泥混凝土固化前撒TiO2。日本作为最先研究这一领域的国家，在应用方面投入了很多研究，在东京，由Kawasaki重工有限公司生产的Folium光催化剂产品已成功应用于公路路面、隧道、高速公路隔音板和收费站、建筑物外墙等，起到了光催化降解汽车排放尾气、自清洁等作用[18]。在美国，通过在混凝土表面涂刷有水泥和光催化材料混合而成的薄层，制成光催化水泥和光催化混凝土，使大气污染物如NOx、SO2分别氧化成硝酸、硫酸而随雨水排掉[19]。
室内研究表明优质TiO2可以达到对NOx200m3/m2·day和对游离有机物（VOC）60m3/m2·day的净化效率[20]。美国路易斯安那州立大学研究了纳米TiO2在水泥混凝土路面中应用时对环境的影响以及耐久性，还进一步评价了当路面受到油污、尘土以及除冰盐的影响时减污能力的下降趋势，研究表明路表污染物能使材料光催化性能产生一定程度的下降，其中油污的影响程度最大[21]。在荷兰和比利时，都开发出了添加光催化剂的混凝土砖，铺设在路面上可有效降解汽车尾气的污染[22]。
在意大利米兰用光催化剂与水泥的混合浆料涂覆了一条7000m2的马路，检测表明对空气中氮氧化合物的去除效率可达60%，长期使用后测定路面对氮氧化物的降解效率仍可达到20％以上。日本仙台使用喷洒技术在沥青路面喷洒纳米二氧化钛，由于路面形式采用的是大孔隙沥青混凝土，应用一段时间后，在路面孔隙力还能保留一部分二氧化钛，因此还能保持一定的光催化性能[23]。
目前，国内对光催化材料在道路上的应用也进行了少量研究。东南大学钱春香等人将纳米TiO2水溶液喷涂在水泥混凝土表面，实现了在水泥路面负载光催化剂。2005年3月在南京长江三桥桥北收费站广场铺设了6000 m2的光催化试验路，试验结果显示该路段对汽车尾气中的氮氧化合物有明显的消除作用。他们还对比研究了负载型纳米TiO2 应用于沥青混凝土表面和水泥混凝土表面对氮氧化物的降解作用，得出水泥混凝土负载的光催化剂具有较好的光催化功能，而沥青混合料由于TiO2不易渗透到混凝土内部，且沥青混凝土颜色较深，故光催化功能较差[18] [24]。东北林业大学陈萌等通过硅烷偶联剂改性TiO2制备了纳米光催化剂溶液，然后应用到大孔隙沥青混凝土结构表面，可实现降解汽车尾气污染物的目的[25]。
3.存在问题与展望
在道路表面应用纳米光催化材料由于其所具有的诱人的环保价值和社会价值，已经成为路面材料领域研究的热点，国内外所进行的研究表明在道路上应用光催化材料能有效降解汽车尾气中的污染物，但在研究与应用中，仍有诸多问题需要克服：
3.1光催化材料在路面上的应用形式
光催化材料主要使用在水泥混凝土表面，而使用于沥青混凝土表面的研究较少，少数研究也仅仅是应用于大孔隙沥青混凝土表面，我国城市道路中多数采用了密级配或SMA沥青混凝土，若要实现在普通沥青路面上的应用，需改变应用方式。
材料研究分析范文第8篇
【关键词】车内空气；内饰材料；甲醛；液相色谱
1 前言
随着人们生活水平提高，汽车逐步成为大众交通工具，对于汽车内饰所挥发出的有毒有害的气体的研究受到越来越到关注，汽车内饰材料中选用了真皮、座椅、油漆和塑料装饰件等材料，以及对车辆主要内饰材料加工和使用本身物质挥发特性的分析，这些材料存在了不同程度的甲醛或材料添加剂等挥发物。研究汽车内部不同内饰材料甲醛的检测和研究，对汽车内部内饰材料才能进行环保质量控制，保证乘车人身体健康。
2 实验过程
2.1 仪器与试剂
100ng/DNPH管；采样袋；内外饰高温步入式烘箱；氮气99.999%；干湿气体流量计（DC-1C）；高效液相色谱仪（THermoFisher，HPLC）；采样泵（上海研菱）；紫外检测器（HPLC/UV）。
2.2 实验方法
模拟样品在车内的使用状况，将样品放入密封袋中，充入体积50%的氮气，加热2小时，用DNPH管吸附醛酮类物质，5ml乙腈进行定量洗脱，采用高效液相色谱对甲醛进行分析。
2.3 色谱条件
C18反向色谱柱（4.6mm*150mm*3um；流动相为V水：V乙腈/四氢呋喃=45：55梯度洗脱；流量1ml/min；进样体积10ul，色谱柱温度30℃；紫外检测定量波长360nm，外标法定量。
2.4 实验步骤
向样袋中放入样件，密封后向样袋内充入其容积30%的纯氮气后，用泵将气体抽出，反复进行3次该作业后在25℃下注入容积50%的纯氮气。在进行气体捕集前将准备的样袋放到60℃的烘箱内放置2小时。打开样袋的阀门，将DNPH管的两端分别与样袋和泵相连，打开泵以800ml/min抽取样袋中的气体15 min，在此过程中甲醛被吸附于DNPH管中。准确加入5mL乙腈反向洗脱采样管，将洗脱液收集于5mL容量瓶中，然后进行液相色谱分析。
2.5按照图1所示采用甲醛衍生物外标法做标准曲线后进行积分分析。
图1
2.6 计算公式 C分析样品浓度=（M采样管分析浓度mg-M空白管分析浓度mg）/V采样体积L1000 mg/m3
2.7 根据表1标准物谱图标准判定系数达到0.9950以上，审计试验方法如表1所示：
表1
3 研究控制
（1）通过掌握不同汽车内饰材料的甲醛信息，可向零部件供应商推荐低成本、高性能材料，从而掌握零部件材料选用的主动权，源头上降低汽车材料中甲醛的挥发量。表2与表3分别表示了不同内饰材料加热时间与甲醛挥发速率的关系，可以看出加热时间越长，甲醛的挥发速率越低，可以按挥发率控制其生产。
表2
名称 加热2.5h 加热3.0h 加热3.5h 加热4.0h
某织物座椅（ug） 97.507 88.065 86.967 77.943
表3
名称 加热2.5h 加热3.3h 加热3.8h
某双淋膜顶蓬材（ug） 71.410 64.243 61.783
（2）通过掌握不同样件加工工艺对甲醛的影响信息，可在不增加成本的基础上，对加工工艺、加工过程进行优化，通过严格的管控，优化工艺后对整车的影响量都可以得到有效控制。
（3）控制产生的污染气体排放，目前车内空气污染后处理技术主要有臭氧消毒、光触媒消毒、负离子杀毒、高温蒸汽消毒、紫外线消毒、活性炭吸附等。使用车内空气净化装置即可控制车内气体的挥发，又可达到空气净化的效果，消除环境污染。
4 结论
建立车内空气控制体系，通过选材、产品加工工艺、净化技术等来实现对各零部件的甲醛含量控制，进而通过各零部件的达标来保障整车甲醛质量控制目标的实现，研究其检测试验和甲醛影响规律才能更好的控制车内甲醛空气质量。
参考文献：
[1]国家环保总局.HJ/T400-2007车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法. [S].2008-3-1
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[5]余刚，张昌，郑万兵.汽车内部空气污染成因及控制[J].环境科学与管理，2010（4）.
材料研究分析范文第9篇
[关键词]全日制专业硕士 工程实践 培养机制
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）08-0005-04
专业学位是培养具有扎实理论基础，并适应特定行业或职业实际工作需要的应用型高层次专门人才的学位类型。专业学位重视实践和应用，培养在专业和专门技术上受过正规的、高水平训练的高层次人才。为适应我国对高层次应用型人才的旺盛需求，各高校应通过增量和存量两种方式扩大专业学位研究生招生规模，其中存量学术型计划要按照不少于5%的比例调减，增至专业学位计划，后期下达的增量部分主要用于专业学位。这次结构调整是重新定位硕士研究生教育的培养目标，使硕士研究生培养更加有效地满足社会的需求，逐渐将硕士研究生教育从以培养学术型人才为主向以培养应用型人才为主转变，实现研究生教育结构的历史性转型和战略性调整。
中国石油大学（北京）材料科学与工程系于2009年招收了第一届全日制材料工程专业硕士研究生11名，占整个招生名额的1/3，目前这11名研究生已经走向工作岗位，均就业于理想的工作单位，分别是中海油采油技术服务有限公司、航天二院、中石油天然气管道局、中国寰球工程公司、机械工业技术发展基金会、北汽福田汽车有限公司、神华宁夏煤业集团公司、陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院、北京燃气集团、大庆油田有限责任公司等。由于专业型研究生的需求比较旺盛，同时顺应了从培养学术型人才为主向以培养应用型人才为主转变的要求，随后材料工程专业研究生的招生比例逐渐增加，2012级全日制材料工程专业硕士生招生名额增加至23人，占整个招生名额的60%，实现了新的跨越。这充分证明了中国石油大学（北京）材料工程硕士的培养在课程设置、实训基地建设、专业学位培养评价体系等方面探索出了一种可行的模式，为培养更多应用型、复合型的高层次专门人才打下了基础。但在培养过程中也暴露出了许多问题，本文分析了目前中国石油大学（北京）在材料工程专业研究生培养过程中存在的问题，并采取了相应的应对措施。
一、中国石油大学（北京）材料工程专业硕士研究生培养现状分析
（一）材料工程专业研究生调查分析
我们清醒地认识到，中国石油大学（北京）材料工程专业型硕士的培养刚刚起步，比起国外著名高校材料工程专业硕士研究生的培养存在较大差距。我们就材料工程专业的教学、实践、企业工作站科研与生活、毕业论文等方面存在的问题调查了已经毕业和在站的材料工程专业硕士研究生。
学生普遍反映，与同一工作站其他高校的材料工程专业硕士生相比，中国石油大学（北京）学生在站时间为1年半至2年，其他高校学生大多为1年，中国石油大学（北京）学生在进入工作站之前已经开展了10周的工程实践训练，学生进入企业工作站所安排的研究课题相对较快，他们在进站工作中和工作站的员工接触非常融洽，都能够很快地适应工作环境，增长了社会见识，增强了沟通能力，而且企业工作站导师与校方导师之间有良好的沟通，学生能够很快地融入企业工作站的科研工作中。学生可以经常到油气田现场工作，对现场工作的认识更加深刻，现场工作经验非常丰富。学生也反映，尽管已有10周的工程实践经验，但是由于缺乏科研经验，导致进入课题研究的时间比较长，而工作站还很少对学生的课题研究进度进行考核和监督，致使课题的进展缓慢，最终影响论文的完成进度。工作站地点离学校较远，学生很少能回到学校和导师进行深入的面对面交流，致使导师对学生的研究情况不了解，而学生在研究过程中遇到的问题也不能得到彻底的解决，导致学生不能对课题进行深度的研究。在实际的课题研究过程中，由于现场工作条件测试手段的局限性，学生只能学会一些简单的检测技术，导致学生的学术深度不够。
学生对目前的情况提出了自己的解决办法，包括：（1）研究生应带着项目进工作站，且在进入工作站之前，应该进行一些有关项目的培训工作；（2）要求进站研究生定期回学校汇报工作情况；（3）加强和工作站的沟通，由工作站抽查学生的出勤情况；（4）根据情况，实行专业型硕士研究生与不同的企业工作站实行双向选择；（5）在派遣学生进入工作站之前，应考察工作站的食宿医疗状况。
通过分析，我们总结出专业型研究生培养过程中所存在的一系列问题：（1）由于专业型硕士研究生没有科研经验，不知道如何开展课题研究；（2）学校导师不知道每个研究生的具体研究内容、研究过程中存在的困难、课题进展情况、现场导师的指导情况等；（3）作为专业型硕士研究生应该掌握现代化的检测手段，并能够利用这些手段分析研究材料的性能、结构，但由于现场实验室的实验手段、仪器设备相对比较落后，导致现场的学生只是从事比较简单的金相分析、硬度分析、尺寸测量等没有科技含量的工作，这对于提高研究生的创新能力极为不利；（4）学生到现场后，认为自己不属于单位的工作人员，上班时间不去单位，甚至长期不到试验现场，缺乏自律性的学生没有把自己看做是一名研究生，工作积极性和主动性不够高，而现场导师也不能及时把他们的状况反馈到学校，导致学校、企业工作站和研究生之间缺乏相互沟通。由此可见，真正培养出市场紧缺的应用型人才，仅靠企业工作站明显不能满足要求。
（二）授课与学术交流的现状
专业型研究生区别于学术型研究生最主要的特征就是实践和应用能力。教育部指导意见明确指出专业学位研究生在校期间，必须保证不少于半年的实践教学，但受传统教学模式的影响，对在校研究生的培养大多仍然采用“教师授课―学生听课―考试”的本科化模式，即以教师为授课主体，将课本知识灌输给学生，或者教师布置要讨论学习的内容，让学生自己准备某一专题的内容，然后由该生讲授。这种传统的授课方式会导致学生专业知识面狭窄、综合能力低和学生充分利用学校和教师资源来提升自己的学习水平较低。
从学术交流角度来看，研究生本是学科前沿的代表，应主动参与学术交流活动，但从实际情况来看，参与学术交流活动的研究生比例偏小，尤其是到工作站后参与学术交流的机会更少，大多以课题研究代替社会实践居多，不少学生没有安排实践，参与科研课题级别分布明显，牵头主持过课题的学生数量不多。可见，突出实践能力培养是全日制专业型研究生教育与学术型研究生教育区别之所在。因此，我们应对学生的学术交流、工程实践训练、企业站实习等问题制订切实可行的方案，提高学生创新能力。
（三）毕业论文现状
学位论文是研究生科学研究的重要成果，也是衡量研究生能否获得学位的重要依据之一。为了实现全日制专业学位研究生的培养目标，在评价学位论文质量时要摒弃以学术需求为导向的传统思维。专业学位论文不像学术学位论文那样注重原创性，而是侧重实践探索的创新，体现综合运用相关专业知识分析和解决实际问题，以及独立承担专业领域实际工作和管理工作的能力。此外，专业学位论文要突出社会性、经济性和实用性。专业学位论文必须立足于实践，在调查研究的基础上针对实践工作中需要研究的问题，或者制约某个部门、行业或企业发展所亟须解决的问题进行研究。再次，学位论文形式可以多种多样，可采用调研报告、应用基础研究、规划设计、产品开发、案例分析、项目管理、文学艺术作品等多种形式，主要体现专业型研究生运用知识解决实际问题的能力。
专业硕士的培养目标是培养更多应用型、复合型的高层次专门人才，但并不是不要求了解最先进的分析手段，只是解决具体的问题即可。而已经毕业的2009级材料工程专业硕士学位论文远没有达到上述目标，其存在一定缺陷。譬如，一名学生开展二氧化碳驱输送系统腐蚀控制研究，主要针对近年来国内几大油田均进行二氧化碳驱先导试验后发现，二氧化碳驱过程中存在不同程度的腐蚀问题，导致某些工艺设施使用寿命仅为1～2年，为此必须开展缓蚀剂、防腐涂料等技术攻关以解决二氧化碳驱油注采输系统中金属设施的腐蚀问题。该生研究了二氧化碳驱采出水的腐蚀规律，针对二氧化碳驱的腐蚀条件，选择了多种材料进行筛选试验，确定了两种可行的金属材料，并筛选了缓蚀剂和防腐涂层。文中采用的实验手段包括压腐蚀挂片试验、高压腐蚀试验、腐蚀速率的测定、缓蚀剂合成及筛选试验、 涂层优选试验。在论文中，只是开展了腐蚀试验，测定了腐蚀速率，没有提出较为创新性的试验。大多专业型硕士研究生论文都存在类似的问题，即创新能力不强、所从事的工作大多是企业工作站工作人员就可以开展的工作、所使用的仪器设备大多是比较普通的仪器设备，这表明专业硕士的培养环节仍缺乏创新能力的培养。
二、提高材料工程专业研究生培养质量的对策
（一）授课方式
要求在完善研究生专业基础知识结构的基础上以启发讨论式为主，辅之以其他多种形式的教学形式。在讲授基础知识后，以小组讨论的方式开展启发式教学。研究生在探讨问题的过程中，可以发表各自见解，同时将点滴的灵感融入集体配合协作之中。在授课内容上，授课教师根据学生在实际中需要掌握的知识去组织内容，提供若干参考教材、课程相关论文以及在相关学科中具有影响力或者有争论的论文给学生，扩大学生阅读面，跟踪最新的与课程相关的热门理论和实际应用情况，从而提高学生的创新能力。同时，授课教师可讲授学科前沿领域所面临的技术难题以及所对应的措施，使研究生少走些弯路，研究生学位论文也能够站在更高的起点，引导研究生进行深入思考。
（二）招生与录取对策
我们对报考材料科学与工程系的研究生大力宣传国家关于发展全日制专业学位研究生教育的各项政策，大力宣传经济社会发展对于应用型、高素质人才的迫切需要，大力宣传发挥好全日制专业学位硕士研究生作用对于促进我国经济社会又好又快发展的重要意义，营造良好的舆论环境，形成优秀人才踊跃报考专业硕士的氛围。同时增加全日制专业学位推荐免试的人数并给予相关的政策支持。报考专业型硕士研究生的学生优先录取，报考学术型研究生若不能被录取，没有机会转为专业型硕士研究生。录取为专业型研究生的，给予全日制专业学位更高的待遇，奖学金的评选也采取倾斜政策，全日制专业学位研究生所享受的待遇高于学术型硕士研究生。与此同时，由于专业型硕士研究生都要到工作站开展毕业论文或毕业设计工作，学校导师也希望招学术型研究生而不希望招专业型研究生，为此，应制定政策要求带学术型研究生的导师每年缴纳不同数额的配套经费，带的人数越多缴纳的数额越高，而指导专业型研究生不需缴纳任何费用，并且给予一定补助。
（三）制订合理的培养方案
材料工程以材料科学、机械和力学等自然科学学科为基础，主要研究材料的组织结构、合成与加工、性质和使用性能之间的关系，解决实际生产中出现的材料问题。随着我国油气资源勘探开发不断向高原、沙漠、山地和海域等地质条件比较恶劣的地区扩展，恶劣地质条件对油气装备用材料性能提出了更高要求，材料工程专业研究生需解决复杂油气田开采及储运过程中所面临的复杂难题，因此提出材料工程专业研究生应能够运用现代信息技术获取信息并进行调研分析的能力，应具有较强的综合运用材料工程专业理论和技术手段提出、分析并解决材料工程实际问题的能力，确定了几个培养方向。（1）腐蚀与防护工程：开展油气装备金属材料的H2S/CO2腐蚀机制与寿命预测研究，研究钢和耐蚀合金在高温高压H2S/CO2条件下的腐蚀失效机理及防护措施，解决油气安全生产所面临的关键问题。（2）高分子材料工程：基于高分子材料的微观结构与性能关系，通过分子结构设计、修饰新方法新技术，以高分子材料在高温高压高H2S/CO2介质中的老化机理为指导，开展高强、耐磨、耐腐蚀橡胶、涂层及工程塑料的研究与应用。（3）石油工程材料：基于材料科学理论，开发石油新型装备材料以及材料性能表征，满足日益苛刻的油气田环境对材料的要求。（4）先进功能材料：以材料的多功能化与智能化为目标，研发先进的功能材料及智能材料，满足现代高技术发展对先进功能材料的需求。
要求专业硕士研究生入学后在学校导师和现场导师的指导下，明确研究方向、学习相关课程及进行资料和文献调查研究。每位硕士研究生在论文开题之前，必须阅读至少40篇与所从事的研究工作相关的文献，其中外文文献的数量不得少于15篇，并写出文献综述报告。工程硕士专业学位论文形式可以是工程设计、技术研究或技术改造、工程管理类型。论文工作应有明确的工程应用背景或来源于工程实际，有一定的技术难度，论文成果具有一定的先进性和实用性。对不同形式的论文有不同的要求，对于工程设计类论文，应以解决生产或工程实际问题为重点，要求设计方案正确、布局及设计结构合理、数据准确、设计符合行业标准；对于技术研究或技术改造类项目论文，要求分析过程正确、实验方法科学、实验结果可信；对于工程管理的论文，要求应有明确的工程应用背景，研究成果应具有一定经济或社会效益，统计或收集的数据可靠、充分，理论建模和分析方法科学正确。在入学后的第四学期开展中期考核，包括考核学生的选题与工程实际、工程技术和产业背景的关联度，对工程实际产生作用或价值，以及是否有利于解决当前工程实际、工程技术面临的难题，是否对产业有重要技术创新。考核学生课题的进展情况，如与开题报告时相比，完成课题研究工作的比例，是否在中期考核前取得相应科研成果；考核学生是否完成实践活动并提交实践报告；考核学生参加课题组内报告和参加国内外教授的学术报告情况，以及下一阶段工作安排的合理性和可行性，是否能按期完成课题研究，是否能按期完成学位论文等相关工作。
（四）工程实践课程的制订
中国石油大学（北京）材料工程研究生工程实践课程，安排在入学一年课程学习之后。以腐蚀与防护工程方向为例，我们开展10周的涉及腐蚀与防护相关的专业实习，是全日制硕士专业学位研究生了解油气田生产开发过程中石油装备材料与腐蚀防护技术专业知识的重要实践教学环节。通过现场材料与腐蚀工况、防腐措施的调研实习，辅以现场工程技术人员和教师的讲授等实践环节，熟悉油气田生产开发的主要设备和工艺流程，了解我国油气田生产开发过程中使用材料以及材料腐蚀与防护技术应用现状，增强学生对油田现场所使用的金属材料、非金属材料以及材料腐蚀与防护专业的感性认识，培养学生综合应用专业理论知识解决现场腐蚀与防腐问题的工程实践能力。通过专业实习，学生应达到以下基本要求：（1）了解井下管柱系统、井口装置与阀门、集输站场等关键部件的材质、腐蚀工况条件及腐蚀失效现象；（2）了解油田现场主要采取的控制或预防腐蚀的各种措施及其效果；（3）了解油田现场采取的腐蚀速度监测检测技术、腐蚀评定方法和标准；（4）总结油田现场腐蚀失效规律，分析油田现场发生腐蚀失效的可能原因和腐蚀机理，评价防腐措施的有效性。
（五）试验平台建设
重点是筹措经费建立研究生专用实验平台，大力开展实验教学，着力培养研究生的创新思维、实践能力和动手能力。在实验室环境、硬件设置、软件安装方面，按照研究生的教学和科研要求进行规划。如腐蚀与防护工程方向的实验室，设有制样室、常温常压室、高温高压室、电化学室、环境力学室等。近年来，学校加大投入，先后买入了多台电化学测量仪器、高温高压釜、慢拉伸试验机、拉扭疲劳试验机等，完全可以满足学生在腐蚀与防护工程方面的教学和科研需求，所提供的优质科研条件在研究生实践教学环节中得到了充分利用，使研究生科研能力及实践能力的培养更加系统和全面，极大地提升了材料工程专业研究生的科研创新能力和实践能力。
（六）企业工作站与学校优势资源共享，合作申报科研课题
重点是拓宽企业工作站与学校的沟通渠道，大幅增加前沿实践性、创新应用性课程，打通学校和企业工作站的沟通渠道，让三大石油公司相关机构参与大学课程体系建设。为此，学校组织导师深入三大石油公司相关机构实践基地考察调研实践课题，根据企业工作站对专业型研究生培养的目标要求完善课程设置体系，强化课程的实践创新性。与此同时，我们聘请了大量企业工作站的导师，让有丰富实践经验的专家教授走进课堂，讲授实践性质较强的课程，导师和学生共同探讨实践性课题中的设计、研究和问题等，依托各企业工作站实践基地或以实践基地为主组织研究生课程教学，让学生身临其境地学习、感受。
学术型研究生主要从事自然基金项目的基础研究工作，专业型研究生的创新能力的提高，需要从具有高技术难度的技术难题入手，其中作为技术骨干参与国家863项目、国家科技部中小企业创新基金、科技部星火计划和国家科技部科技支撑计划等项目，对于提高研究生的创新能力具有巨大推动作用。我们与部分企业工作站已经开展了这方面的合作，取得了良好的效果。譬如，我们与一家企业共同申报国家科技部科技支撑计划，主要开展采输系统二氧化碳腐蚀控制关键技术研究，进入该企业工作站的学生主要围绕该计划开展如下工作。（1）开展二氧化碳驱产出井及集输管线腐蚀影响因素及影响程度研究：针对二氧化碳驱高含二氧化碳采出液性质，找出影响二氧化碳驱产出井及集输管线腐蚀的主要因素。（2）产出井及集输系统耐二氧化碳腐蚀涂、衬层以及耐蚀材料的优选研究：针对二氧化碳驱体系的特点，研究玻璃钢环氧树脂内衬层、煤焦油环氧树脂防腐涂层、纳米陶瓷涂层、超高分子量PE内衬复合管、玻璃钢管、合金管等在该腐蚀体系中的耐蚀性能并优化耐二氧化碳腐蚀涂、衬层。（3）产出井及集输管线二氧化碳腐蚀体系缓蚀技术研究：在确定二氧化碳驱产出井及集输管线腐蚀的主要影响因素的基础上，利用筛选、复配、优化等技术手段研究适合二氧化碳驱腐蚀体系的缓蚀剂，并研究缓蚀剂可行的现场加注工艺技术。（4）产出井及集输系统阻垢技术研究：利用筛选、复配、优化等技术手段研究适合不同部位的阻垢剂并研究阻垢剂的加注工艺技术。通过共同攻关，许多技术难题得到克服，研究生的创新能力得到极大提高。实践证明，共同合作申报科技攻关项目，让学生参与其中是切实可行的培养途径。
三、结论与展望
中国石油大学（北京）材料工程专业研究生招生名额达到总招生名额的60%，并且呈现出大量学生第一志愿报考专业型研究生的趋势。专业型研究生的就业需求旺盛，学生接受专业型研究生教育渐趋成为令人羡慕的一种选择，这与不断创新材料工程专业研究生培养机制密切相关。我们将不断探索更加行之有效的培养机制，把工作站导师、校内导师以及学生纳入共同攻关的整体体系中，定期在企业工作站与学校之间开展学术交流和技术交流，让学生充分发挥他们的积极性与主动性，把企业技术难题带到学校进行技术交流，把学校的攻关成果带到企业进行学术交流，搭建科学与技术的桥梁，更好地培养应用型创新人才。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 肖顺华，刘峥，杨建文.关于提高专业硕士研究生培养质量的思考――基于实践能力、创新能力培养的视角[J].高等教育研究，2012，（3）：60-64.
[2] 中国研究生招生信息网. 教育部关于做好2012 年招收攻读硕士学位研究生工作的通知[EB/OL]. http： / /yz. chsi. com. cn /kyzx /kydt /201108 /20110826 /228763828. html.
[3] 邓涛，孔凡琴. 专业学位教育的问题与改革论争[J].大学教育，2012，（4）： 30-34.
[4] 陈细竹，颜璐.全日制专业硕士研究生学习与科研能力现状分析与对策[J].大学教育，2012，（8）：110-112.
材料研究分析范文第10篇
【关键词】初中思品；材料分析题
材料分析题是开放性试题中最常见的题型，所谓材料分析题是一种对已给出材料（时政热点）进行分析、理解，再运用所学知识（理论观点、原理）对材料相关问题进行分析说明的题型。它主要考查学生在理解和掌握基础知识的基础上运用知识分析问题、解决问题的能力及考查学生的思想水平、综合运用能力和综合表达能力。简单说，材料分析题是考查学生理论联系实际能力的题型，具有能对学生进行综合能力测试的优点，它既能考查学生对基础知识的理解和掌握，又能考查其理论联系实际、关注热点、分析问题、解决问题的能力。它出题形式是：一般给出一段或几段相关材料，多角度设问。
要准确解答材料题，就必须学会对材料的研读和对设问的把握，否则就谈不上对问题的回答了。为了能使学生更好地研读材料、把握设问，更准确地解答此类题目，对此类题目进行了一些粗浅的研究，结合农村思品课堂教学现状和在教学中的经验，总结了一些分析材料和研读设问的方法。
一、题型特点
材料分析题是中考试题中能力要求最高，最能体现综合性的试题。所谓材料分析题是一种对已给出材料（时政热点）进行分析、理解，再运用所学知识对材料相关问题进行分析说明的题型。它主要考查学生在理解和掌握基础知识的基础上运用知识分析问题、解决问题的能力及考查学生的思想水平、综合运用能力和综合表达能力。简单说，材料分析题是考查学生理论联系实际能力的题型，具有能对学生进行综合能力测试的优点，它既能考查学生对基础知识的理解和掌握，又能考查其理论联系实际、关注热点、分析问题、解决问题的能力。这类题的基本特点是：材料多样、设问灵活、知识综合、答案开放。
二、解题方法
1.阅读材料，找关键词p句
材料分析题一般给出一段或几段相关材料，甚至有的材料还很长，这就需要我们仔细阅读试题材料，抓住材料中的关键词，找到材料的关键信息，进而从关键词中找出与教材所对应的观点，答题的时候才不会跑题，而是准确地回答问题。如这样一道题目：一位家长来信：我是一位初三学生的母亲，现在遇到一个难题，我儿子就想当作家，上课应付了事，成天就是“创作”。我对他说：“就算作家，也要先打好基础，再说中国有几个韩寒？”可他却回答说：“你怎么知道我成不了下一个韩寒？我要抓紧时间写作，尽快成为一名作家。”这两次模考，他考得一塌糊涂。关键问题是他写的小说也很幼稚。结合材料，请你对这位初三学生想当家的行为进行评析。本题的关键词有“当作家”，与此对应的所学观点则是理想；“小说写的很幼稚”――理想的确立要结合自身的实际情况；“尽快成为一名作家”――急于求成；“先打好基础”――理想实现需要脚踏实地。解答此题关键要看到提问中是对“当作家”的行为进行评析，关注“当作家”这个关键词找到对应观点是理想，结合后面找出来的几个关键词，才能联系到教材所学知识点：理想的作用p确立以及实现等，从而顺利解答此题。
2.仔细审设问，比较异同
准确理解题目设问，也是我们分析回答问题的前提。在现如今的开卷考试中有很多题目的设问之间有很多相同之处，一看之下回答貌似一样，学生极易把答案照搬照抄。但其实仔细再审的话会发现他们是有不同之处的。如这样两个设问：问题一：请你列举两条党和政府为解决我国主要矛盾而采取的措施。问题二：请你列举两条党和政府为解决我国主要矛盾而采取的具体措施。对于现在开卷的学生来讲，他们就很容易把这两个问题的看成是一样的，答案就会抄成一样的。然而，事实上这两个问题确实不一样的。回答这两个问题都要先明白我国的主要矛盾是什么，才能找出措施。而这两个问题问的都是措施，可以说是我们政治中的“怎么做”的问题。正因为这样，很多学生才容易把两个问题混为一样的。第一个设问中只要回我们的做法即可，既可以是宏观的，还可以是具体的，但是具体的措施可能有很多，你无法列举出所有，所以它更注重宏观措施如：“以经济建设为中心”、“加强社会主义先进文化建设”等，就比“农村合作医疗”、“两免一补”等更为恰当准切，尽管后者答案也是可以给分的。而第二个问题中的“具体”两个字，则告诉我们回答这个问题是切记泛泛而谈的。如回答“坚持以经济建设为中心”，回答第一个问题是可以的，但回答第二个问题则不行了，而只能是“农村合作医疗”、“两免一补”，前者答案在这里则不能给分了。
三、结语
总之，要做好材料分析题，不仅要有扎实的基础知识即要掌握最基本的观点和知识，而且解题有法，准确完整地组织答案，应扣紧材料分析，进行“开放性”思维，多角度组织答案。只有在多练多思中积累，在探索中形成切合实际的解题技巧，才能在中考中取得好成绩。
参考文献：
[1]思想品德课程标准（实验稿）.
[2]楼江红.思想政治课发展性评价的探索与思考[J].教育与科研，2003，9.