材料研究分析范文

材料研究分析篇1

【关键词】建筑节能材料； 检测技术；现状；研究

一、建筑节能检测技术的现状分析

建筑节能理念已经成为世界各国建筑业发展中的重要理论指示，对于建筑节能检测技术的应用与发展世界各国也都做出了很多的努力。以下来探讨我们应当吸取哪些先进检测技术方法。

1、国内节能测试技术现状。国内建筑节能检测方法随着建筑节能的逐步深入与发展。近几年来，全国各省节能办公室纷纷筹建建筑节能检测中心。目前，国内外评价建筑节能是否达标，一般采用两种方法：一种是在热源（冷源）处直接测取采暖耗煤量指标（耗电量指标），然后求出建筑物的耗热量指标（耗冷量指标），此法称为热（冷）源法。第二种是在建筑物处直接测取建筑物的耗热量指标（耗冷量指标），然后求出采暖耗煤量指标（耗电量指标），此法称为建筑热工法。目前大多采用建筑热工法现场测量。其中最关键的一项指标是建筑保温隔热建筑墙体的传热系数。

2、国外建筑节能检测方法。国外在建筑节能领域注重建筑节能设计规范、标准的制定适应社会的发展需要；注重建筑节能设计的严格审查和建筑施工过程中建筑质量的保证；而对建成后的建筑除个别研究需要外，做节能检测的工作较少。因此，对于适合我国建筑节能需要的建筑墙体热工缺陷的检测技术方法的研究尚属空白。

二、常用的建筑节能材料

1、建筑主体的节能材料。（1） 轻集料砌块、粉煤灰及矿渣砖：矿渣、粉煤灰及粉煤灰陶粒是主要的工业废渣，利用工业废渣生产砖，既有利于节约土地，又可使工业废渣得到大量应用，使其具有很好的社会效益。轻集料砌块、粉煤灰及矿渣砖强度较高、可承重、隔热保温性能好、资源丰富、价格经济。（2） 混凝土空心砌块、混凝土多孔砖：混凝土空心砌块、混凝土多孔砖是建筑砌块的主要品种，由于中间中空或多孔有一定的隔热保温性能，加之制取方便，生产工艺成熟，砌筑简单，因此成为国内外主要的墙体材料。（3） 加气混凝土砌块：单一材料墙体即可达到50 %的目标，广泛用于框架结构住宅的填充墙或与砖墙组成复合墙体。

2、其他新型节能材料。（1） 保温砂浆：保温隔热砂浆是以水泥、膨胀珍珠岩等为主体材料，并添加纤维素等其他外加剂的复合保温隔热材料。具有强度高、产品不燃，而且由于多孔导热系数极低，和易性好、保温隔热性能好、成本低、加水拌和后粘聚性好、易施工等特点，对墙面处理过的房屋夏季室内气温比未处理过的房屋低2 ℃～3 ℃，空调能耗节约15 %左右，且每年的空调运行时间可比未处理前缩短20 d 左右，是夏热冬冷地区节能建筑较理想的复合保温隔热材料，是新一代绿色环保的保温材料。（2） 聚苯乙烯泡沫板：成型工艺产品一般包括EPS 板和XPS板两种类型。经加热预发后在模具中加热成型或挤压成型的白色物体，其有微细闭孔的结构特点，主要用于建筑墙体，屋面保温，复合板保温，冷库、空调、车辆、船舶的保温隔热，地板采暖，装潢雕刻等，用途非常广泛。（3） 硬质聚氨酯防水保温材料：聚氨酯保温复合板是由两层防水彩色涂层钢板或其他金属作面板，中间注入阻燃型聚氨酯硬质泡沫复合而成，是当今世界公认的最佳隔热保温材料。可用于大型工业厂房、仓库、展览馆、体育馆、冷库、净化车间等各种建筑的屋面和墙体，集保温、隔热、承重、防水于一体，色彩丰富、造型美观。具有自重轻、承载能力高、保温隔热性好、防火性能好、使用灵活的优点。 （4） 节能型保温隔热复合墙体。我国目前正在广泛推广使用新型墙体材料。采用节能型保温隔热复合墙体，节能效果显著。

三、建筑节能材料的检测技术分析

1、胶粘剂、抹面胶浆检测。在国家建筑工程行业标准《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》（ JG149- 2003） 中， 对胶粘剂、抹面胶浆的浸水拉伸粘结强度试验是引用标准《陶瓷墙地砖胶粘剂》JG/T547- 1994 的养护条件和《建筑室内用腻子》JG/T3049- 1998 的试验方法。其做法是： 将填涂胶粘剂、抹面胶浆的水泥砂浆块试样的胶粘剂、抹面胶浆层向上， 水平置于标准砂浆上面， 然后注水到水面距离砂浆块表面约5mm处， 静置7d 后将试件取出并侧面放置， 在50℃±3℃恒温干燥箱内干燥24h， 然后于试验条件下放置24h 后进行试验。

2、胶粉聚苯颗粒保温浆料检测。胶粉聚苯颗粒保温浆料由胶粉料和聚苯颗粒等组成， 施工时加水搅拌均匀， 抹或喷在基层墙面上形成保温层， 其保温性能和力学性能都与干密度密切相关。胶粉聚苯颗粒保温浆料干密度试件尺寸为300mm×300mm×30mm、抗压强度试件的尺寸为100mm×100mm×100mm。制备胶粉聚苯颗粒保温浆料标准试件， 应按产品说明书中规定的比例和方法， 将水、胶粉料和聚苯颗粒搅拌至均匀， 用油灰刀将标准浆料逐层加满并略高出试模， 用油灰刀沿模壁插数次， 然后用抹子抹平； 试成型后用聚乙烯薄膜覆盖， 并按要求进行养护。

3、导热系数检测的影响因素。导热系数是评价保温材料绝热性能的主要技术依据， 其物理意义为： 在稳态传热条件下， 当其两侧温差为1℃时， 在单位时间内通过单位面积的热量。测量材料导热系数的方法主要分为稳态法和非稳态法， 依据国家标准《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》GB10294- 88 。我们采用基于稳态法的平板导热系数测定仪测定材料的导热系数。 冷热板夹紧力和试件厚度。《标准》指出， 平板导热仪应配备可施加恒定压紧力的装置， 以改善试件与板的热接触或在板间保持一个准确的间距。测定绝热材料时， 施加的压力一般不大于2.5kPa。但实际情况是， 目前多数仪器均不配备可显示恒定压紧力的装置， 试验者无从判断夹紧力大小。夹紧力不同， 则导致试件尤其是可压缩试件测定状态的厚度不同， 给试验结果带来误差。依据《标准》， 由于热膨胀和冷、热板的夹紧力， 试件的厚度可能在变化， 因此， 建议在实际的试验温度和压力下测量试件厚度； 或在装置之外，重现试验条件下试件所受压力， 测量其厚度。对于可压缩试件（ 如半硬质玻璃棉板或矿棉板） ， 为了减少误差， 我们采用厚度反控制夹紧力的方法， 即先将样品置于压力机上， 施加规范规定的夹紧力， 记录该夹紧力时试件的厚度； 然后将试件置于平板导热仪中， 通过夹紧后厚度调节，反推知夹紧力基本达到要求， 然后进行试验。

结束语

随着城镇化建设的不断推进，建筑行业的迅速发展，使得我国能源消耗日趋严重。我国的建筑能耗量超过全国总用能量的1/3，居耗能首位，与此同时，住宅的使用能耗也在逐年增长，造成的一系列环境问题将最终影响住宅建设的可持续发展，要实现建筑节能，必须对建筑节能材料检测，因此对建筑节能材料检测技术的研究具有重要的意义。

参考文献：

[1]刘岩，高伊琳.建筑节能技术的应用[J].辽宁建材，2004

[2]赵磊，冀峰.低碳技术在绿色建筑中的应用与构想[J].知识经济，2011.

材料研究分析篇2

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。

材料研究分析篇3

关键词：复合材料 机械连接 动态显示 数值分析

中图分类号：V214.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（a）-0038-03

机械连接具有安全、可靠、传递载荷大和耐环境影响等突出优点，是复合材料结构中最常用的连接形式[1]。当前国内外学者对复合材料机械连接的研究主要是数值模拟与试验研究[2]。试验研究是当前最常用的研究方法，但无法获取复合材料中各铺层的应力及损伤等信息。而数值摸拟具有高度的可视化和可操作性，建立准确的数值模型可弥补试验的不足，为复合材料连接结构的设计和制造提供参考。当前对复合材料机械连接的数值模拟研究主要是基于ABAQUS建立复合材料机械连接的二维[3]或三维数值模型[4]探讨数值模型的准确性，并通过调整连接的相关参数，分析不同参数对连接结构的影响[2]。这些模型大都是基于ABAQUS/Standard建立的，这种模型通常计算成本较高，且当局部发生严重损伤时，容易出现网格畸变而导致计算不收敛。ABAQUS/Explicit通常用于分析冲击、爆炸等动力学问题，能高效地分析非线性大变形问题。因此，该文将研究一种基于ABAQUS/Explicit模块探讨复合材料机械连接的数值分析方法。

1 数值建模

该文采用基于Webull分布的复合材料渐进损伤模型，编制了VUMAT用户自定义材料子程序。采用ABAQUS/CAE，建立了基于ABAQUS/Explicit的准静态拉伸复合材料螺栓连接数值模型，包括单钉搭接和双钉搭接两个数模。模型均由两块相同的复合材料开孔板和简化的螺栓装配而成。参考陈详忠[5]的试验情况，数模尺寸如图1所示。复合材料板铺层方式均为[45/-45/0/90]s，单层厚0.225 mm。

考虑到夹持端为非考核区，这里将模型的夹持端简化成了刚体，所有单元均采用C3D8R单元。螺栓与复合材料板之间均采用通用硬接触，摩擦系数0.15。模型一端固支，对另一端沿轴向施加从0～1 mm线性均匀增加的位移载荷。对于给定的模型，ABAQUS/Explicit的最小分析步长是一致的。因此，用ABAQUS/Explicit求解时，设定的加载时间越短，计算效率越高。但是加载时间过短，当接近结构的固有振型频率时，将会产生振动效应，此时的准静态拉伸计算结果是无效的。对于上面两个模型，当设定的加载时间为0.01 s时，均可获得较为平滑的载荷-位移曲线。

2 计算结果与分析

2.1 结果验证

图2为通过计算所得的载荷-位移曲线。单钉连接和双钉连接模型的载荷均随着位移的增加而线性增加，但双钉连接模型的载荷-位移曲线的斜率明显大于单钉连接模型。说明双钉连接接的连接刚度大于单钉连接。当接近极限载荷时，载荷-位移曲线会出现一定波动，这主要是由孔边的挤压破坏引起的。之后载荷急剧下降，代表钉孔彻底挤压失效。

为了验证模型的准确性，表1中分别给出了通过数值计算和试验测得的极限载荷和极限强度。从表1中可以看出，单钉连接模型的计算正好位于试验结果的范围之内，而双钉连接模型计算结果仅为试验结果最小值的70%。相对试验结果，数值计算结果整体偏低，但单钉连接模型准确度高于双钉连接模型。这主要是因为搭接的极限强度受螺栓A紧力影响较大，适当增加螺栓预紧力大为可提高复合材料连接的极限强度，尤其是双钉连接[6]而该文模拟的是0预紧力的情况。

2.2 损伤分析

图3给出了单钉和双钉连接的孔边损伤示意图。单钉和双钉连接孔边位于挤压一侧的单元基本已被全部删除，即这些单元在加载过程中已经彻底失效，钉孔遭受挤压破坏。对于双钉连接，两个螺栓传递的钉载是相同的。但通过图中的损伤情况可以看出，同一块板上的两个孔所承担的载荷并不相等，其靠近根部的孔承受的载荷大于靠近端部的孔，在加载过程中靠近根部孔边提前失效。

3 结语

该文采用数值分析方法对复合材料机械连接问题进行了研究，并得出如下结论。

（1）通过施加从0开始均匀连续变化的载荷，基于动态显示的ABAQUS/Explicit模块也可用于分析准静态问题。

（2）对于复合材料机械连接问题，在同样的铺层和厚度下，双钉连接的连接刚度要大于单钉连接。

（3）对于双钉连接，同一块板上的两孔所承受的载荷并不相等，接近根部的钉孔所承受的载荷较大。

参考文献

[1] 王芳，赵美英，万小朋.复合材料层压板机械连接失效分析[J].机械设计，2006，7（23）：40-43.

[2] 尹玉，李小强，李东升，等.复合材料层合板机械连接研究进展[J].航空制造技术，2016（11）：72-77.

[3] 刘忠献，聂江，郭璐璐.复合材料结构多钉连接设计、分析与试验技术[J].航空制造技，2015（1）：109-114.

[4] 张九民，顾汝佳，李洪双，等.基于响应面法的复合材料连接结构可靠性分析[J].计算力学学报，2016，5（33）：711-716.

[5] 陈祥忠，陆秋懿，郑再象.碳纤维复合材料连接方式[J].扬州大学学报，2016，9（12）：33-36.

材料研究分析篇4

[关键词]：纳米材料 制备方法 研究现状 发展趋势

本文主要对于纳米材料和一些性能和特性进行了分析和介绍，然后结合目前的主要纳米材料的制备方法以及注意点和发展的情况，进行了进一步的研究和剖析。目前关于纳米材料的制备方法有很多，比如直接反应法、气相法、固相法等等，由于方法的不同，其适应的范围也不同。经过多年的技术创新和发展，当前在技术方面已经取得了重大的突破，并已经可以制备出粒径较为平均且粒径在几纳米的粉体，这为纳米材料的广泛运用奠定了重要的基础。在纳米材料的制备过程中，很多的制备方法都可以对于晶体的生长进行控制，并在特定的实验方法和实验条件下可以对于晶体的制备粒径进行控制，并改变金属氧化物纳米晶体的形态，在长时期的实践中，纳米材料制备方法的发展趋势一直向着良好的方向发展。

一、液相法

所谓液相法，它是先在一定的方法下降溶液中的溶质和溶剂进行分离，那么溶剂中的溶质就可以形成一定的颗粒，且颗粒的大小以及形状都是一定的，再将这些前躯体进行热解处理就可以制备一定的纳米微粒。液相法的最大优点在于制备的设备一般较为简单，且制备过程使用的材料也很容易获得，且各方面都很容易得到控制。就目前液相法的发展现状来看，其中应用最广的则是沉淀法和溶胶-凝胶法，以下也将对这两种方法进行简单的介绍和分析。

1.沉淀法

沉淀法的过程可以概括如下：先在可溶性的溶液中加入一定的沉降剂，然后在一定的温度条件下实现溶液的水解，并形成一定的不溶性的氧化物，然后再对这些氧化物进行热解或是热脱处理就可以沉淀出所需要的粉料。根据反应类型以及反应条件方法的不同，也可以将沉淀法分为直接沉淀法、共沉淀法和均相沉淀法等等。其中的直接沉淀法在相同的制备条件下，其制备的精度和纯度都特别的高。在这方面也已经有了很多的专家和学者进行了研究和证明，并取得了一定的成果。徐甲强等在室温的条件下，在1mol/L的Zn（NO3）2de 溶液中加入一定量的NH3H2O3溶液，NH3H2O3的浓度为6mol/L，然后再对混合溶液进行不断的搅拌并将溶液的PH值控制在8-8.8之间，在一定的反应时间会产生一定的氢氧化锌沉淀，然后再在室温下对于沉淀物进行过滤、研磨，并在一定温度下燃烧两个小时之后就可以制备出粒径在50nm的氧化锌微粒。

2.溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法的主要制备对象是前驱物质溶于水或是有机溶剂之后的均质溶液，该溶液中的溶质在发生水解之后就会形成一定的粒子并使得溶液成为溶胶，这时候再对溶胶进行反应和转化，使其转化成凝胶，然后在低温的条件下可以生产出纯度较高的微粒材料。溶胶-凝胶法的最大优点在于它可以在制备的过程中通过纳米尺度对于纳米材料的结构进行控制。但是需要注意的是溶胶-凝胶法一般都是在低温的条件下进行的，它比较适应于在低温的条件下制备化学活性大、单组分或多组分分级混合物。在溶胶-凝胶法的发展过程中，已经逐步形成了传统胶体型、无机聚合物型和络合物型等三种制备机制和类型。

二、气相法

气相法也是相对于液相法而言的另一种应用比较广泛的纳米材料的制备方法，它是指在一定条件下或是通过一定的手段或是方法直接将物质转变为气体，然后再在气体的条件下对于产生的气态物质进行物化反应，最后再通过凝聚处理就可以形成一定量的纳米微粒的纳米材料的制备方法。从气相法中气体蒸发法的制备过程和制备的条件来看，它在制备纳米微粒的过程中具有很多显著的优点，其主要包括以下几个主要方面：一是制备的纳米微粒粒径差异性较小，分布也较为均匀；二是纳米微粒的力度很容易控制；三是微粒的分散性比较好。和液相法相比，气相法凭借其自身的优点可以生产出很多液相法不能够生产出来的纳米微粒，具有很大的优越性。

化学气相法中的化学气相法的应用比较广泛，它的另一个名称叫做气相沉淀法，其简称是CVD，它可以充分的利用各种具有挥发性的金属化合物的蒸发特性，通过化学反应生成所需化合物在保护气体环境下快速冷凝， 从而制备各类物质的纳米微粒，这种方法是气相法的一个典型，也是应用比较广泛的一种制备方法。该法制备的纳米微粒颗粒均匀， 纯度高， 粒度小， 分散性好， 化学反应活性高， 工艺可控和连续性比较强。该法根据加热方式不同可分为热化学气相沉积法（CVD）， 激光诱 导沉积法， 等离子体沉 积法和紫外沉积法等。

三、结束语

从目前纳米材料的应用现状来看，它已经在各个领域中都得到了推广和应用，并在各行各业中都发挥了重要的作用，因此在这种形势下也会出现更多更好的制备方法，而未来的制备方法的发展也应该在纳米微粒的结构、尺寸以及组成等上面加强研究和创新，不断地使得纳米材料能够更好的适应多样化的需求，更好的实现功能方面的更大突破。在实验和研究的过程中，我们发现只要存在一种满意的气敏材料，那么我们就可以制作出稳定性更强的气体传感器，这对于纳米材料尺寸的控制是非常有利的。因此笔者认为今后纳米材料制备方法的的一个重要方向应该就是提高粒度的控制能力。在科学技术不断发展的今天，我也相信纳米材料的制备方法一定会得到更大的创新和发展，纳米材料也会更好的为人类和社会服务。

参考文献

[1]唐一科，许静等. 纳米材料制备方法的研究现状与发展趋势[J]. 重庆大学学报（自然科学版），2005，01：5-10.

[2]解挺，焦明华等. 准一维纳米材料制备方法的研究现状和发展趋势[J]. 材料科学与工程学报，2006，02：311-315.

[3]侯远，董相廷等. 稀土氟化物微纳米材料制备方法的研究进展[J]. 中国稀土学报，2010，05：515-524.

材料研究分析篇5

关键词：竹帘胶合板；竹集成材；重组材；荷载-位移曲线

在当前发展低碳经济的大环境下，绿色、生态、环保、低碳的新型建筑结构材料是可持续发展的必然方向。在现代房屋建设材料中，竹、木都是绿色环保的建筑材料，但是我国木材比较稀缺，主要依靠从国外进口。与木材相比，我国竹资源十分的丰富，产量和品质均位于世界首位。竹子的成材速度相比于树木快了许多，属于生长周期短的可再生利用资源，具有相当大的种植开发利用价值。竹子是自然界中效能最高的可再生材料。竹材的比强度远高于普通木材和普通钢材。所以，竹材具备成为工程结构建筑材料的先天条件，如果将其开发成合理的建筑用材，就能够充分的发挥竹材的性能，为充分利用丰富的竹资源提供合理有效的途径。本文进一步对相关竹质工程材料的加工工艺与基本性能进行研究分析。

1 现代竹质工程材料的工艺与用途

竹材人造板是以竹子作为原材料，经过一系列物理化学处理，根据一定要求而加工成不同形状的单元w，然后涂胶烘干后组合成竹材板坯，板坯最后再按一定要求胶合而成的一种人造板材。竹材人造板的主要优点就是它合理的改变了竹子的材质不均匀、各向异性和容易干裂等缺点，使之成为一种不易遭受虫蛀、不易发生霉变和尺寸稳定性良好的理想的建筑材料。可用于建筑结构构件的竹材产品有竹帘胶合板、竹集成材、重组竹材等。

1.1 竹帘胶合板

竹帘胶合板是以我国资源丰富的毛竹为原料，将原竹弦向剖切成一定厚宽竹蔑，通过细棉线或麻线将竹蔑连接成长方形的竹帘，使之作为构成单元，竹帘单元以纵横交错的方式组坯，施加具有优良耐水、耐气性的中温固化树脂胶粘剂，通过浸胶热压形成的结构板材。作为建筑结构材料可应用于楼、地面及墙体结构材料。

参考国标《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》中抗弯强度的测定。抗弯强度试样尺寸：长度为300mm，宽度50mm（士0.5mm），宽度为10mm，跨长为240mm。采用三点弯曲加载，得到人造板的抗弯荷载-变形曲线如图1所示。整个曲线可以归纳为三个阶段，线性阶段、非线性阶段和破坏阶段。找出线性阶段的终点的荷载，再根据此时的跨距、试样的尺寸就可计算出竹帘层压板的比例极限应力。

竹帘胶合板的抗弯试验中，发现破坏形式是拉伸破坏，如图2所示。由于竹材的抗拉强度远远高于抗压强度，当施加的弯矩达到某一值时，试样的受压侧所受的压应力达到抗压强度而发生破坏。此时中性轴向受拉一侧移动，当继续加大弯矩后，拉伸侧也会达到试样的抗拉强度而发生断裂。由此，试样最终完全破坏。由于其良好的受载能力，破坏时间长，破坏发生时的竖向位移较大。所以竹帘胶合板在楼或地面的受弯构件设计中，可以考虑以挠度或截面刚度作为控制指标进行设计，这样才能充分利用竹帘胶合板的特性。

1.2 竹集成材

竹集成材是将一定规格的竹蔑，经过一系列的物理加工和化学处理，在一定的温度和压力下，利用胶粘剂或者竹材自身结合力的作用，胶合热处理而制成的一定规格的板材和型材。用于建筑结构构件可作为梁、柱、承重墙、单向板等。因为在轴向力作用下竹集成材的应力应变的线性关系与竹材相似，所以按《竹材物理力学性能试验方法》进行测定竹集成材的弹性模量、抗拉和抗压强度；其中国内暂时没有竹集成材的抗弯强度和抗剪强度的测定标准，所以试验参照日本《结构用单板层积材标准》。其力学性能试验结果见表1。

试件在轴心受拉状态下大部分区段都近似处于弹性工作阶段，并有明显的塑性变形流幅，其破坏是一种塑性破坏，荷载与拉应变的关系见图3。在轴心受压状态下，试件的应力-应变曲线由线性阶段转为非线性阶段时，有较大的变形增幅，表现出较好的延性，荷载与变形的关系见图4。竹集成材抗剪破坏时延性很好，其在达到极限荷载时试件未发生瞬间破坏，故是一种塑性破坏。因此竹集成材构件之间的连接比较适合采用铰接或者刚接。

1.3 重组竹材

重组竹，是一种将竹材的低质材重新组织并加以强化成型的一种竹质新材料，也就是将竹材加工成横向不断裂、纵向松散而交错相连的竹篾、竹丝或碾碎成竹丝束。经干燥后浸胶，再干燥到要求含水率，然后组坯，经高温高压热固化而成的板状或其他形状的竹质人造复合材料。对重组竹简支梁试件（105mm×160mm×1870mm）进行抗弯试验，其L/4处和跨中处位移随荷载的变化曲线如图5所示。

从重组竹简支梁构件的荷载～位移关系曲线中可以看出，重组竹简支梁在整个加载过程中，荷载与位移近似呈线性关系，在相同的位移中，1/4部位处的荷载大于跨中的荷载。梁底部竹纤维受拉断裂破坏，瞬间发生断裂，随后，在竹材的裂缝顶部水平方向发生剥离式撕裂破坏，承载力急剧下降，对应挠度限值（L/250）的荷载值为极限荷载的23%，所以在受弯构件设计中，可以考虑以正常使用极限状态控制结构设计（挠度限值）。根据重组竹的特性，其可用作工程结构材料、装饰材料、家具用材等，经过模压还有各种其他的特殊用途。

2 结束语

竹质工程材料是一种可持续利用，绿色环保的新型工程材料。作为现代竹质工程材料构件，试验结果表明其破坏时竖向变形较大，也就是具有良好的延性。故其设计荷载是由截面刚度控制的，如果按照现行规范的挠度限值进行设计，竹质材料的强度将不能充分利用。因此建议适当放宽挠度限值以提高材料的强度利用程度。不断完善地竹材人造板加工技术和重组材加工技术，为竹材从天然传统建筑材料向现代建筑材料转变提供了强有力支持，为现代竹结构房屋的设计和应用奠定牢固的基础。

参考文献

[1]魏洋，张齐生，蒋身学，等.现代竹质工程材料的基本性能及其在建筑结构中的应用前景[J].建筑技术，2011，42（5）.

[2]苏毅，宗生京，徐丹，等.竹集成材简支梁抗弯性能试验研究[J].建筑科学与工程学报，2016（1）.

[3]虞华强.分级竹帘人造板的力学性能研究[D].中国林业科学研究院，2004.

材料研究分析篇6

线路板的常见缺陷包括孔位精度、孔壁粗糙度、层压分层、气泡、铜箔结合力不强、阻抗不良等等数十甚至上百种缺陷为业界所共识。与常规改善方向不同的是，我们结合线路板缺陷产生的内在机理，通过对生产原材料的研究、分析，采取适当的措施进行有效管控，有效的保证了产品的生产效率及产品质量的稳定。在生产过程中我们通过技术手段的运用，达到提高生产效率、降低产品废率的目的与效果的前提下，我们加大对生产原材料的控制与研究，不仅能有效推动线路板配套企业的发展与进步，更能有利于生产过程产品质量的稳定保持，符合企业进步与行业发展需求。

2、主要材料对产品质量的影响分析

2.1板材对产品质量的影响：

如下图所示，板材是构成线路板的主要原材料，多层板的材料是指制造内层用的覆铜箔基材（芯材）和用于内层间既起绝缘作用又起层间粘接作用的B-阶粘接片（prepreg）等两种材料为主。前者是由铜箔、玻纤布和固化（C阶）了的树脂组成的复合材料，后者是由玻纤布和B-阶（半固化）程度的树脂组成的复合材料。这些组成料材的组织成分及制成工艺对材料本身的硬度、强度、材料间的结合力、弹性模量、阻抗系数、加工性等方面均有一定的影响，不同板材厂家的材料配方是不同的，板材的性能也不尽相同。板材及半固化片的主要技术指标如下表所示：

玻璃纤维是PCB材料的原料之一，它的作用就好比房子是水泥跟钢筋构造的一样。玻璃纤维布的作用就像钢筋，对树脂起着钢筋的作用，玻纤的长短、粗细及交织方式、填充物的大小与密度、树脂的成分配方与凝胶时间等重要指标不仅直接影响材料的强度、韧性、外观，更是直接影响到材料的稳定性、伸缩率及过程控制难易度。玻纤的状态对材料的切削性能有直接的影响，最直接的影响就是孔壁粗糙度、孔位精度、灯芯效应、耐CAF情况、层压分层缺陷等等。所以，在实际生产过程中，我们一定要通过各种手段对材料进行检测，一量发现异常一定要立即反馈厂家进行改善处理，久而久之，就会使材料的品质得到根本保障。

2.2刀具对产品质量的影响：

机械加工是PCB制造工艺的重要组成内容，刀具是机械加工的重要组成部分，刀具的材质、结构、几何参数设计、加工过程控制等内容，对产品质量的好、坏、优、劣起着直接性的作用。上面图示1-7展示了刀具几种常见的缺陷，这些缺陷直接影响到产品切削面的质量状态。作为PCB重要的连通孔，这种刀具状态直接影响到PCB产品的孔壁粗糙度、耐CAF性能、阻抗性能等指标，更容易使刀具在使用过程中由于受力不均而产生孔引偏、孔偏位、孔形异常等现象，更有可能使刀具发生断刀、断裂导致加工过程中断等缺陷，对产品质量的影响非常大。再就是根据不同类别产品孔的缺陷状态，结合刀具的几何角度、参数设计方面进行改善，刀具的主要几何角度设计如下表所示，这些技术指标对产品的加工效率及效果都发挥着重要作用，我们对刀具的研究，首先就要研究它的实际加工效果与图纸设计是否相符，其次要确认外观是否干净整洁，是否有油污、杂质等缺陷，最重要的是要研究它的内在设计与所加工的材料是否具有很好匹配性，是否能达到很好的效果才可以。

2.3胶片、铜箔对产品质量的影响：

胶片、铜箔也是对PCB产品质量有重要影响的主要材料，胶片的透光率、厚度均匀性、受热变形量、延展性等在PCB图形制造技术中一直是被作为重点研究的内容，可以说，胶片的材质与质量状态会直接影响到产品的最终加工效果，所以多年来一直是众多工程技术人员研究的重要课题；铜箔也是一样，铜箔的附着力会直接影响到铜箔与基材的结合效果，这与铜箔与基材接触面的粗糙度状态有关，铜箔表面粗糙度越大，结合力越好，就越不容易发生铜箔脱落现象，而粗糙度太大会影响切削热的散除效果，所以在实际生产过程中应适当把握与选择。

3、结论及下一步工作方向

材料研究分析篇7

一、发展趋势

据统计，在中国知网所收录的文章中，与“美国主流媒体中国报道”相关文章共236篇，涉及政治、经济、民族宗教、历史、文化艺术、科技创新等方面，其中细分到政治类题材的文章有129篇。这些文章的发表时间主要集中在2D03年之后，并有逐年增多的趋势，在2014年达到了发表数量的高峰（29篇）。文章所属研究学科主要分布在新闻与传媒（72篇）、外国语言文字（29篇）和中国语言文字（16篇）这三大领域。文章研究层次绝大部分属于基础社科研究（107篇），其余涉及行业指导（13篇）、政策社科研究（3篇）。文章所属研究机构主要来自各地高校，其中上海外国语大学最多，共13篇。

二、研究内容

根据知网统计，针对美国主流媒体涉华报道中中国政治类报道的研究内容主要集中在新闻与传媒、英语语言文字两大方面。在报道文章选择方面，主要以《华盛顿邮}鼢和衄约时}鼢美国两大主流媒体的文章为主。

（一）新闻与传媒

美国主流媒体凭借其经济实力、高科技传播手段、一流的验和英语作为国际语言的优势，在国际上占有举足轻重的地位。随着中国的崛起，研究者从新闻传播角度对于美国主流媒体中国政治类题材报道进行分析研究，具有重要的现实意义。

1.搜集材料方式。在材料搜集方面，研究者主要通过互联网文本、图书馆纸质文献和数据库检索三种方式搜集样本进行研究。

2.研究方法与手段。从新闻媒体角度，研究者主要采取内容分析方法对美国主流媒体报道进行研究，考察其报道内容，进行定量分析和定性分析。此外，上海大学邵静的博士论文《纽约时报和华盛顿邮报的涉华报道研究》采用了框架分析法对报道进行分析、归纳和总结，新颖独特。

3.研究主题。探究美国媒体中国政治类报道中的中国国家形象是研究者们的主要研究主题，从而揭示美国主流新闻报道和其国家意识形态之间的紧密联系。一些研究者就某一具体报道主题进行分析研究，探究中国国家形象，如张楠的硕士论文衄约时报涉华女性报道分析》。一些研究者则选取某一年美国主流媒体中国政治类报道进行分析研究，再细分为不同事件，探究中国国家形象。如邵静的博士论文衄约时报和华盛顿邮报的涉华报道研究》选取了2009年整年报道进行整理分析，何霞的硕士论文衄约时报涉华报道研究》选取了2D07-2D08年报道进行分析整理。

（二）英语语言文学

1.搜集材料方式。在材料收集方面，英语语言文学研究者同样通过互联网文本搜索、图书馆原文纸质文献和数据库检索三种方式收集样本进行研究。

2.研究方法与手段。研究者主要从英语语言学角度，根据Falrclough的CDA分析模式和韩礼德的批评话语分析理论，对美国主流媒体中国政治类报道文章从语言层面进行定量分析和定性分析。Fair clough认为，话语与权力、意识形态之间存在着紧密的联系。话语可以构建社会现实、人际关系、信仰等，其三维分析结构有效地体现了语言学和社会学理论的结合。韩礼德的批评语篇分析理论通过对语篇进行文本、过程和社会三个层面的分析，从而揭示语言和社会意识形态之间的关系。从而阐释语言不仅仅是交流工具，它还能反映特定的社会意识形态以及其相互关系。遗憾的是，没有研究者使用英语语料库对文本进行分析，这一部分语料库建设尚属空白。

3.研究主题。英语语言研究者在主题选择上，主要是围绕语言层面对新闻报道文本进行分析，揭示语言和国家意识形态的紧密联系，解析美国媒体的中国国家形象。刘旺余的《华盛顿邮报关于中越南海争端报道之意识形态微探》主要从词汇的及物性、名词化和被动语态等方面对文本报道进行批评话语分析。岳种的硕士论文《中美关于中越南海争端报道的批评话语分析》主要从文本层面、话语实践层面和社会实践层面进行分析，揭露了新闻报道中权利和意识形态的关系。

三、结语

近年来，对于美国主流媒体中国政治类报道的论文研究正在逐年递增，主要集中在新闻传播和英语语言文学领域。在研究方法方面，语料库的使用尚属空白，从而说明利用语料库对美国主流媒体中国政治类报道进行分析研究的必要性。

[本文系2015年度河北农业大学社科基金项目“基于英语语料库的美国媒体中国政治类报道选择性分析研究”（SK2015-1）的阶段性成果]

材料研究分析篇8

关键词：FRP 力学性能 研究进展

如何提高钢筋混凝十结构的耐久性、增强使用寿命是土木工程中迫在眉睫的问题。鉴于上述方面的需要，由于纤维增强聚合物(FRP)具有轻质、高强、耐久性好等优点，日本、美国、欧洲等发达国家很早就开始对其研究，探索其替代预应力高强钢筋(钢绞线)的可行性。现在FRP材料在混凝土结构中的应用受到越来越多的国家学者的关注，已成为国际混凝土领域的一大热点。

1、FRP的组成

根据FRP纤维种类的不同，FRP可分为碳纤维CFRP、玻璃纤维GFRP、芳纶纤维AFRP以及近来国外新开发的PBO-FRP复合材料和DFRP等复合材料，还有国内最近投入生产的连续玄武岩纤维CBF等。

FRP筋是以纤维为增强材料，以合成树脂为基本结合材料，并掺入适量的辅

助剂，采用挤拉成型技术形成的一种新型复合材料。FRP复合材料的物理力学特性与纤维种类、纤维含量、粘结基体、表面处理以及成型工艺等因素有关，不同成分的FRP筋性能差别很大。

2、FRP筋的特点及力学性能

FRP复合材料具有抗拉强度高、质量轻、不锈蚀、热膨胀系数低、无磁性以及抗疲劳性能好等特性。如CFRP的抗拉强度可达到3000MPa以上，比强度高(比钢材高lO～15倍)；CFRP和AFRP的抗疲劳性能较好，大大优于钢材，其疲劳极限可达静荷载强度的70％～80％，但GFRP的疲劳性能低于钢材。

与钢筋不同，FRP筋是各向异性材料，FRP筋的应力-应变关系呈线性关系，

与钢材应力-应变关系比较如图1所示。FRP在达到极限抗拉强度之前无塑形，且FRP筋的极限应变比钢筋小。

FRP材料与普通钢材的性能比较见表1。新型FRP产品PBO-FRP除具有与高强CFRP有相近的力学性能外，还表现出更好的物理性能，如良好的柔韧性等；DFRP冲也具有优异的物理力学性能，抗拉极限应变可达3.5％，延性良好[1]。

三种材料虽然同属于复合材料有很多共性，但在具体量值上也存在着很多差异：

(1)在抗拉强度方面，CFRP筋最高，达到甚至超过高强钢筋；AFRP筋居中，与高强钢筋强度相近；GFRP筋强度最低，总体上略低于高强钢筋。

(2)在弹性模量上，由高到低分别为CFRP、AFRP、GFRP，各自弹性模量大致相当于高强钢筋弹性模量的75％、40％、20％。

(3)与高强钢筋相比，FRP筋还存在徐变断裂问题。GFRP筋最容易发生徐变断裂，CFRP筋不易断裂，AFRP筋介于其间。

(4)FRP筋的温度膨胀系数与混凝土有些差异，GFRP筋与混凝土相差不大，设计计算中可以忽略不计，而CFRP筋和AFRP筋与混凝土差别较大，计算中要予以考虑。

3、FRP材料在土木工程中的研究和应用现状

美国是首先研发FRP材料的国家。但由于GFRP用于混凝土中效果并不理想而一度中断。而后，随着FRP筋在日本的成功运用，得到世界各国的普遍重视，纷纷加入到FRP筋应用的研究领域，并相继取得了一些可喜的成果。在最近5年内，美国己建成近百座FRP桥梁。

近几年来，FRP筋混凝土结构和预应力混凝土结构在国外发达国家相继取得成功，极大地调动了我国技术人员的研究热情，多家科研单位和高校纷纷开展了对FRP筋的研究。我国在FRP筋应用方面尚未颁布相关的指导意见和规范，采用FRP筋建成的混凝土结构还很少。近期，国内第一座CFRP斜拉桥和CFRP体外预应力简支粱桥将分别于江苏镇江和淮安建成，两座桥梁均由东南大学设计完成。

4、结语

在借鉴国外研究成果的基础上，结合国内实际工程的使用特点，FRP材料的应用研究将步人一个崭新的阶段，其使用面也将得到全面的扩大。通过相关规范与规程的制定，以及纤维复合材料国产化的加速，FRP在改善结构体系，加固修复混凝土结构技术方面将比以往传统的技术更加优越，更有效率，具有重大的经济和社会效益。

参考文献:

[1]罗益锋.高科技合成纤维新进展．高科技纤维与应用，2000，25(4)：1.8

[2]李荣，佟晓利.CFRP加固混凝土结构技术应用实践.高科技纤维与应用，1998,23（6）：28～30