凝聚态物理范文

凝聚态物理篇1

一、凝聚态物理学的起源和发展

1.凝聚态物理学的起源

凝聚态物理学的前身是固体物理学，固体物理学的研究对象是固体，包括它的物理性质、微观结构、各种内部运动以及彼此之?g的关系。固体物理学的一个重要的理论基石为建立在单电子近似的基础上的能带理论，于1928年由布洛赫研究提出，周期结构中波的传播是能带理论的核心概念，基本建立了固体物理学的理论范式。

2.凝聚态物理学的发展

凝聚态物理学诞生于19世纪70年代，在19世纪80至90年代之间逐步发展，最终取代固体物理学这个概念。凝聚态物理学的诞生弥补了当时固体物理学研究存在的不足之处。

凝聚态物理学从微观的角度研究凝聚态物质的物理性质、结构和各种运动以及彼此之间的关系。凝聚态物理学的理论基础是相互作用多粒子理论，与固体物理学相比，凝聚态物理学的研究除了扩大研究对象范围，还有一些概念的迁移和发展。

二、凝聚态物理学的理论基础

凝聚态物理学以固体物理学研究为基础，L?朗道和P?安德森这两位科学家对凝聚态物理学的发展具有重要的影响。L?朗道提出了凝聚态物理学的主要的理论范式即对称性破缺，并引入序参量和元激发，使之普遍化。P?安德森在研究著作中强调了对称破缺和元激发的重要性，并补充提出了广义刚度、重正化群等理论。

三、凝聚态物理学的研究内容

凝聚物理学主要研究物质的微观结构与物理性质的相互关系，研究内容较为广泛。

1.固体电子论

电子在固体中的行为是固体物理学长期研究的对象，也是凝聚态物理学的主要研究内容，电子在固体中的运动相互作用大小不同，主要包括三个区域：弱关联区，形成半导体物理学的研究理论基础；中等关联区，形成铁磁学的研究理论基础；强关联区，主要涵盖对象是电子浓度非常低的不良金属，其研究尚未得出圆满结论。

2.宏观量子态

低温物理学的研究也是凝聚态物理学产生的基础，金属和合金中存在超导现象这一成果对凝聚态物理学的发展影响巨大。超导现象是规范对称性破缺的结果，宏观量子态的概念、超导微观理论等的出现填补了超导研究的空白，玻色-爱因斯坦凝聚的实现将极低温下的稀薄气体也纳入凝聚态物理学的研究范围，但是仍有一些学科问题需要研究佐证，比如非常规超导体的机制仍未得到确定的解释。

3.纳米结构与介观物理

纳米技术研究的是在0.1～100纳米的尺度里电子、原子和分子内的特性和运动规律。纳米科技将人类的研究视角转向微观世界，纳米技术的研究和应用对于人类社会生活具有开创性的意义，现在也是物理学研究的一个热点方向。

4.软物质物理学

软物质是介于液态与固态之间的物质状态，被称为复杂液体。软物质是凝聚态物理学的延伸研究学科，软物质只要受到极小的外界刺激就会产生明显反应，从而具有显著的实用效果。

四、凝聚态物理学的发展方向

凝聚态物理篇2

关键词：凝聚态物理；关联区；量子态；理论方法

中图分类号：O469 文献标识码：A

凝聚态物理学是当今物理学中最大也是最重要的分支学科之一，它是从微观角度出发，研究凝聚态物质的物理性质、微观结构以及它们之间的关系，因此建立起既深刻又普遍的理论体系，是当前物理学中最重要、最丰富和最活跃的学科，在许多学科领域中的重大成就已在当今高新科学技术领域中起了关键性作用，为发展新材料、新器件和新工艺提供了科学基础。凝聚态物理一方面与粒子物理学在概念上的发展相互渗透，对一些最基本的问题给出启示；另一方面为新型材料的研发和制备提供理论上和实验上的支持，与工科的技术学科衔接构成科学上最有实用性的拓新领域。那么，当今凝聚态物理主要研究哪些分支内容？使用什么样的理论方法？这些研究在哪些方面有所成就？

一、凝聚态物理当今主要研究的一些分支内容

凝聚态指的是由大量粒子组成且粒子间有很强相互作用的系统。固态和液态是最常见的凝聚态，低温下的超流态、超导态、玻色-爱因斯坦凝聚态、磁介质中的铁磁态、反铁磁态等，也都是凝聚态。凝聚态物理是属于偏应用的交叉学科，研究方向和分支很多，基本任务是阐明微观结构与物理性质的关系。传统的凝聚态物理主要研究半导体、磁学、超导体等，现今凝聚态物理学研究的理论内容十分广泛，以下是其中较活跃的几个分支：

1.固体电子论中的关联区

研究固体中的电子行为，是凝聚态物理的前身固体物理学的核心问题。按电子间相互作用的大小，固体中电子的行为分成3个区域，它们分别是弱关联区、中等关联区和强关联区。弱关联区的研究基于电子受晶格上离子散射的能带理论，应用于半导体和简单金属，构成了半导体物理学的理论基础；中等关联区的研究包括一般金属和强磁性物质，是构成铁磁学的物理基础；强关联区则涉及电子浓度很低的不良金属，诸如莫脱绝缘体、近藤效应、巨磁电阻效应等，它们的物理性质问题尚未得到很好地解决。

现今对固体电子论的研究比较注重的是强关联系统。

2.宏观量子态

用量子力学描述宏观体系的状态称为宏观量子态，如超导中电子的库珀对。超导现象是电阻在临界转变温度Tc以下突然降为零，磁通全部被斥，成为完全抗磁体，超流现象是当液氦（4He）的温度降到2.17K时，由正常流体突然转变为具有一系列极不寻常的性质的“超流体”。宏观量子态具有典型的量子力学性质，如势垒隧道穿越和位相相干等。当前量子力学研究的重要课题是退相干现象和耗散现象。

3.介观物理与纳米结构

介观是介于宏观与微观之间的一种体系，处于介观的物体的尺寸可以说是宏观的，因而具有宏观体系的特点；但是由于其中电子运动的相干性，会出现一系列新的与量子力学相位相联系的干涉现象，这又与微观体系相似，故称“介观”。介观物理学所研究的物质尺度和纳米科技的研究尺度有很大重合，所以这一领域的研究常被称为“介观物理和纳米科技”。

为获取更优异的物理性能，凝聚态物理界从20世纪中期开始注重将材料按特定的结构尺度组织成复合体，若结构尺度在1nm～100nm范围内，即为纳米结构，它在基础研究中发挥的重要的作用是：在两维电子气中发现了整数量子霍尔效应、分数量子霍耳效应和维格纳晶格，在一维导体中验证了卢廷格液体的理论，在一些人工的纳米结构中发现了介观量子输运现象。在未来的一段时期内，纳米电子学和自旋电子学将成为固体电子学和光子学的发展主流。

4.软物质物理学

1991年被提出的软物质也被称为复杂液体，它是介于固体与液体之间的物相，一般由大分子或基团组成，诸如液晶、聚合物、胶体、膜、泡沫、颗粒物质、生命体系物质诸如DNA、细胞、体液、蛋白质等都属于这类物质，它们中大多数都是有机物质，在原子的尺度上是无序的，在介观的尺度上则可能出现某种规则而有序的结构。软物质在变化过程中内能的变化很微小，熵的变化却很大，因而其组织结构的变化主要是由熵来驱动，和内能驱动的硬物质不同。有机物质中的小分子和聚合物的电子结构与电子性质现在正受到重视，因此有机发光器件和电子器件正在研制开发中。

二、当今凝聚态物理研究的一些现象及其理论方法

固体物理学的一个重要的理论基石为能带理论，它是建立在单电子近似的基础上的。而凝聚态物理学的概念体系则渊源于相变与临界现象的理论，植根于相互作用的多粒子理论。凝聚态物理学的理论基础是量子力学，基本上已经完备且成熟。

当前常用的一些理论方法：第一性原理（特指密度泛函理论计算），蒙特-卡洛方法，玻尔兹曼模型，分子动力学模拟，伊辛模型，有效场，平均场等等。

当前被研究的一些现象：光谱，超导，霍尔效应，弱相互作用，电阻（巨磁电阻，庞磁电阻），磁性研究（磁阻，微磁学，铁磁性，巨磁阻抗效应，相图），多向异性，子晶格，态密度，能隙，强关联、激发态，量子通信，冷原子、物理进展等等。

第一性原理方法是根据原子核与电子相互作用及其基本运动的规律，运用量子力学原理从哈密顿量出发，近似处理后进行求解薛定谔方程的方法，它能给出体系的电子结构性质等相关信息，能描述化学键的断裂、重组，以及电子的重排而被很多人多热衷。

蒙特-卡罗方法也被称统计模拟方法，是以概率统计理论为基础的使用随机数来进行数值计算的方法一类数值计算方法，它是以事件出现的频率估算随机事件的概率，并将这个结果作为问题的解。

伊辛模型是描述分子之间有较强相互作用的系统发生相变情况的模型。通常使用有效场理论、平均场理论和蒙特・卡罗方法来研究它。

三、当今凝聚态物理研究的一些成就

凝聚态物理当今在器件方面取得的两方面主要成就是太阳能电池和纳米器件。在材料方面取得的一些成就有：纳米材料，电子陶瓷材料，拓扑绝缘材料，碳材料（石墨烯，石墨炔，碳化锗薄膜等），复合热电材料，自旋液体、超导体，超材料，薄膜材料。

上边所列的这些成就中，拓扑绝缘体的边界或表面总是存在导电的边缘态，这有望于制造未来新型电脑芯片等元器件。自旋液体描述物质中的一种特殊自旋排布状态，材料的作用能支持某些奇异的超导性或将一些像粒子一样拥有电荷的实体组织起来。石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，而且它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。当今对石墨炔衍生物的研究逐渐成为研究热点，研究者们积极地设计可能的石墨炔衍生物并预测其物理性质。如研究BN掺杂的石墨炔系列结构的稳定性与电子结构，发现它的性质与硼氮元素掺杂的浓度和位置紧密相关；N掺杂石墨炔可充当氧还原反应的无金属电催化剂；氟化作用可调节石墨炔带隙宽度，这使得石墨炔在纳米电子设备的使用上使其有灵活性；分别在石墨二炔和α-石墨炔中掺入硅和锗的结果是碳硅元素以及碳锗元素之间可以形成稳定的炔键结构，并且其带隙值明显加宽。总之，设计实现这些新的碳锗材料，不仅可以丰富碳相关材料的数据库，而且可以为电子设备、气体分离薄膜、储能材料、锂离子电池电极材料等方面提供可选的对象。

还有，利用粒子的隧道效应可制备隧道结这类夹层结构，诸如半导体隧道二极管、单电子超导隧道结、库珀对超导隧道结。利用与自旋相关的隧道效应，则已制出具有隧道磁电阻的磁存储器。半导体量子阱已用来制备快速晶体管和高效激光器。量子点可用以制备微腔激光器和单电子晶体管。利用铁磁金属与非磁金属可制成磁量子阱，呈现巨磁电阻效应，可用作存储器的读出磁头等等。

结论

有人说：“没有量子力学就没有手机和电脑，就没有现今互联网的普及。”从这句话中可以看出更确凿的事实：基础科学一直是科学技术发展的基础和推手，凝聚态物理在理论上的发展一方面诠释客观物质世界存在的现象，一方面又能预测人类将能解决的客观问题；而它在实验上的发展则是根据其理论上建立的模型给予验证并因此揭示客观事物的实质与规律，且据此来建立并整合理论结果和实验结果与实用技术之间的联系，使得这些客观事物及其规律最终为人类所利用。

参考文献

[1]段文晖，陈曦.清华大学凝聚态物理学科的发展历史和最新研究进展[J].中国科学，2011（4）：493-500.

凝聚态物理篇3

关键词:絮凝剂 重金属 作用机理

中图分类号:X78 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(c)-0110-01

近年来,废水的产生越来越多,这些废水中含有的杂质成分比较多,重金属成分的含量也比较大,如果处理不当轻则会造成环境的污染,重则会直接或间接的给人们的生命健康构成威胁。絮凝剂的产生使这个问题得到了解决,本文就是主要针对絮凝剂在重金属废水处理的应用做出研究,说明絮凝剂的作用机理和实际操作中应该注意的影响因素。

1 絮凝剂的种类和特点

絮凝剂是一类化学混合物的统称,这类混合物能够将液体中得悬浮、溶解和溶胶状态的物质通过化学反应,凝聚成沉淀颗粒沉淀下来,达到分离的目的,具有这类作用的化学混合物统称为絮凝剂,它是混凝剂大类中的一种[1]。

废水处理出来水质量的好坏,絮凝剂是关键,根据化学混合物成分的不同絮凝剂可以分为3类:有机、无机和微生物[2]。

1.1 无机絮凝剂

无机絮凝剂根据内部分子材料的不同又可以划分为以下几种。

(1)低分子无机凝絮剂。这类絮凝剂制造工艺比较简单,在废水处理中需求量比较大,这类絮凝剂由化学无机成分组成,增加凝结固体相互直接的碰撞,加速废水中得杂质的沉淀。

(2)高分子无机凝絮剂。由于低分子无机凝絮剂自身处理过程中,存在自身的残留物较多的问题,现在处理要求比较高的地方都开始应用高分子无机凝絮剂,这类絮凝剂又称为二代无机絮凝剂。

(3)复合高分子无机凝絮剂。上面所讲的高分子无机凝絮剂通常只是针对一种金属成分来进行凝聚处理。复合高分子无机凝絮剂是指可以对多种金属成分都能进行处理的复合高分子无机凝絮剂。

1.2 有机高分子絮凝剂

有机高分子絮凝剂又称为有机聚电解质,根据生成原理的不同有机高分子絮凝剂可以分为天然和合成两类。

(1)天然有机高分子絮凝剂。这类絮凝剂产生于生物体内或自然存在的,需要进行化学处理高分子化合物,这类化合物成本比较低廉,容易分解,来源比较广。

(2)合成有机高分子絮凝剂。这类凝絮剂是目前市场上最多的,它采用化学手段进行高分子复合,针对性比较强,效果比较显著,但是残留物比较难于分解,容易造成环境污染。

1.3 微生物絮凝剂

这类絮凝剂采用生物医学技术,利用细菌、真菌和其他微生物的微生物体内或其分泌物中进行提纯加工,产生的新的高效、安全、自然降解的水处理絮凝剂。与传统的无机和有机絮凝剂相比,不仅能够使水中的杂质或胶体进行凝固沉淀的一般特点,还具有无污染,降解能力快,繁殖代谢能力快的特殊有点,这是近年来絮凝剂发展的新方向。

2 絮凝剂的作用机理

2.1 絮凝状态

絮凝剂根据其内部的分子材料的不同,它们在废水处理过程中的絮凝状态也都不同,由于它们的凝聚机理的不同可以将絮凝状态分为三类[3]。

(1)凝结。加入无机絮凝剂例如石灰和明矾后,絮凝剂在水中溶解后,无机分子会消除金属成分表面的电荷,这样会促使水中的杂质和无机成分颗粒凝结成块。

(2)凝聚。这种状态的机理是利用大分子的桥键作用,将大分子颗粒、杂质颗粒和两者的凝结体通过桥键组成一个网状的聚合体。

(3)团聚。是指高分子微粒和杂质在水中的溶解物通过絮凝剂的作用相互抱团成为一起的现象,这种状态形成的沉淀物的颗粒比较大。

2.2 絮凝作用机理

絮凝是指分子微粒和小的固体悬浮物及胶体颗粒聚合成沉淀物的过程,凝聚是指水胶体是压缩分子的电荷层和损失稳定的过程中,这一过程需要添加絮凝剂产生溶解电离子中和水胶体颗粒,然后相互形成开始的絮凝微颗粒沉淀物[4]。

3 絮凝剂在重金属废水处理的应用

3.1 重金属废水处理凝聚机理

就重金属废水处理中的凝聚状况来讲,根据不同絮凝剂的添加,在水中的凝聚原理有所不同,主要可以分为以下几种。

(1)双电层压缩机理。通常情况下,水中的溶解物和金属成分相互之间是稳定的。加入絮凝剂后,微粒间的吸引力和排斥力出现不平衡,这时微粒就会出现结合聚集,达到沉淀的目的。

(2)电中和机理。这种机理主要是针对PH值不是中性的废水,针对废水金属成分的电荷情况,加入相反成分的絮凝剂,导致他们相互吸引产生电中性,从而达到沉淀的目的。

(3)吸附架桥机理。这种机理主要利用高分子材料的吸附作用,使胶体吸附于高分子上形成沉淀物的目的。

(4)沉淀物网铺和卷扫机理。向水中加入大量的大分子物质,使其产生沉淀物,在下降的过程中,沉淀物会将水中杂物一起沉下去达到净化的目的。

这几种机理在实际的应用中往往都是结合起来应用,或者是以某一种或两种为主的应用,这样才能更好地达到净化的目的。

3.2 絮凝剂应用的影响因素

在实际的应用中,要得到很好的净化效果的话,需要考虑多方面的因素,结合实际的工程,我们主要考虑以下几点因素。

(1)水温。这点我们应该很容易理解,如果絮凝剂采用的是有机或微生物絮凝剂的话,温度高的话,微生物的代谢加快,繁殖速度加快,所以净化的速度和效果都会有明显的改善。

(2)PH值。PH值很重要,如果我们添加的絮凝剂的种类与该值不符,不仅不能达到净化的目的,而且会增加下一次净化的难度。在大规模使用前,一定要对废水的PH值进行取样测试,取样要均匀准确。

(3)重金属的成分和含量。对废水进行这样的测试,是为了将水中的重金属准确地去除,尽量不添加新的污染物,这样可以有针对地加入絮凝剂并确定絮凝剂加入多少量。做到有的放矢,这样才能更好地达到净化的目的。

(4)水力条件。水力条件主要是影响沉淀物能不能凝聚以及沉淀物大小的问题。如果水流速度过快,还没有形成沉淀物,这部分水就流走了,达不到沉淀的目的,如果水流速度过慢,会导致絮凝剂添加量偏大,水中加入额外的残留物,降低效率。

4 结语

絮凝剂在废水处理中的重要性日益凸显,本文对絮凝剂的种类和作用机理做出了介绍,并结合实际工程中的操作,给出了影响絮凝剂效果的几个重要因素。积极探索絮凝剂在重金属处理中得应用。

参考文献

[1] 郭帅.微生物絮凝剂的研制及其对染料和重金属废水的处理研究[D].湖南大学,2008:1～23.

[2] 戴玉芬.重金属螯合剂对水体中重金属离子的去除性能研究[D].南昌航空大学,2007:3～16.

[3] 于明泉,常青.高分子重金属絮凝剂在水处理中应用的研究[J].净水技术,2004,23(2):1～3.

凝聚态物理篇4

关键词：含油废水；电凝聚气浮；处理

中图分类号：TK223 文献标识码：A

含油废水的来源非常广，且含油废水的含量也是各类工业生产的废水含量首位。含油废水主要来自于工业石油加工、提炼、运输以及存储，也有机械制造过程中产生的冷却液和金属轧制水乳化油废水。本文针对含油废水处理相关技术进行研究，主要分析了电凝聚气浮技术，为含油废水处理提供重要借鉴。

1.含油废水处理现状

含油废水危害主要表现在油类物质漂浮在水面，并且还会形成一层薄膜，其可以阻止空气中氧分难以融入水中，水中的溶解氧减少会导致水体中浮游生物缺氧而死亡。含油废水有碍植物的光合作用，进而影响水体的自净，甚至会造成水质变臭。含油废水中的油渍和分解产物中有一些有毒物质，对各种生物的致死浓度变低。另外，低于致死浓度的含油水被用于灌溉而被生物吸收，废油元素通过食物链进入到人体内，必将严重危害人体的健康。含油废水中含油大量的铁、铜以及其他的金属离子，尤其是在高温环境下废水中的油污会加速变质。我国大多数废水处理实际上均存在于不同等级的渔业水体之中，而此类水体中石油产品的极限允许浓度为0.05mg/L，但是很多水体中的排入前石油产品的含量会经常超标。含油废水的最高允许值的浓度国家规定为10mg/L，很多国家将浓度规定在5mg/L～20mg/L范围内。

2.含油废水处理工艺

（1）电凝聚气浮处理原理

电凝聚气浮技术目前主要有电解气浮、电解凝聚、电解氧化和电解还原等工作机理。含油废水中含有不同的污染物成分，电凝聚气浮技术的作用原理也会发生巨大差异。含油废水中含有一些可溶性有机物和细菌，可以通过电解氧化和电解还原作用机理来祛除。电凝聚气浮技术处理废油水在电解中产生絮凝剂和气体，在电解过程中电极的作用表现在两个方面。电解过程中由于电子通过电极向外电路传递，故，氧化还原反应均在电O表面进行。一般而言，电极反应由多个过程串联而成，反应离子或者反应物向电极的表面迁移，反应离子或者反应物在电极表面吸附，电极表面得到或者失去电子并生产电化学反应。

（2）电凝聚气浮技术影响因素

电凝聚气浮技术对于含油废水处理，其处理效率受到了多种影响因素的制约，其中主要有电流密度、pH值、电解时间以及其他方面的影响因素。电凝聚气浮技术中的电流密度增加会使得电解产生的离子增加，同时也会产生氢氧化合物和多核羟基络合物。含油废水的pH过高或者过低将会直接影响电凝聚气浮的处理效率。pH主要会影响电解质产物的形态，若pH过高则会引起电解效率降低，pH过低则会影响水质，一般情况下含油废水的pH接近中性。电凝聚气浮技术在电解含油废水的时候，电解的时间较短，且极板上的金属离子也较少，将会严重影响废水的处理效率。随着电解的时间增长，电凝聚气浮系统处于最佳状态，则电解时间太长含油废水的胶体稳定性下降，从而引起材料和能源消耗增加。总之，影响含油废水处理时，采用电凝聚气浮技术还有静止停留时间、电导率，处理过程中必须要控制这些影响因素，尽可能对这些影响因素进行控制。

3.电凝聚气浮技术在废水处理中的应用

（1）电凝聚气浮技术在含油废水中的应用

水环境油类污染物众多，其主要来自于石油化工、冶炼以及焦化等行业，石油类氢化物浮于水面将会极大影响空气和水体界面交换。油类在水体中严重会破坏生态平衡，油类污染物氧化作用增加促使水体恶化加速。针对含油废水处理对于环境可以有效保护水资源和维持生态平衡，以促进区域经济发展。

（2）电凝聚气浮在印染废水中的应用

纺织行业中染色和加工成品阶段会出现大量的废水，废水中含有很多杂环化合物和芳烃，且带有显色基团。电凝聚气浮技术处理印染废水的脱水率相当高，电凝聚气浮技术的适应色谱范围相当广，所有经过处理工艺废水废水处理均可以达到排放标准。

（3）电凝聚气浮技术在垃圾填埋场中的应用

垃圾场中的渗滤液组成非常复杂，且有机物的浓度较高，常规的生物处理技术将难以达到排放标准。采用电凝聚气浮技术工艺处理垃圾渗滤液可以有效去除废水中的大分子有机物，以此来减少后续处理负担。

（4）电凝聚气浮技术在造纸行业废水处理的应用

造纸行业中会产生非常多的污染量，造纸行业的工业污染量已经达到了我国十大工业污染量之首。很多造纸行业采用电凝聚气浮技术处理废水，分析废水处理的各种影响因素。采用电凝聚气浮技术在造纸行业中废水处理率相当高，此法在造纸中段废水处理率达到了92%。

（5）电凝聚气浮技术在含磷废水处理的应用

磷作为自然界维系生命的主要元素，其也是构成生物体并且还会和新陈代谢中必不可少的元素。水体中的磷含量超出了20mg/L，就会导致水体富营养化，从而造成水体中藻类植物大量繁殖，并且藻体会逐渐分解使得水体产生霉味。通过电凝聚气浮技术可以达到除磷效果，并且此技术确立了磷浓度、电解时间和电解耗能之间的关系。

结语

含油废水处理采用电凝聚气浮技术已经成为了当前工业废水处理的重要方式，随着科学技术不断进步，人们在含油废水处理上已经取得了巨大进展。气浮涉及气、液、固三相体系运动的物理化学过程，应充分应用胶体表面化学和使用现代先进实验仪器分析研究气浮过程的热力学、动力学及相关机理。通过本文的研究，可以进一步认识电凝聚气浮技术在处理含油废水中的应用，为污水处理提供重要借鉴。

参考文献

[1]刘聚强.气浮技术在含油废水处理中的应用探讨[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2009（11）：209-210.

凝聚态物理篇5

关键词：TK聚合物砂浆混凝土表面施工质量控制

TK聚合物砂浆是一种新型的混凝土表面修补加固材料，具有粘结强度高、缩变形小、抗压摸量低，抗氯离子和硫酸盐离子侵蚀能力强的特点，而且可显著提高护筋阻锈能力，还具有一定的补偿收缩性能，同时价格比同类产品低。它是一种新型的混凝土表面修补加固材料，具有粘结强度高，干缩变形小、抗压模量低，抗氯离子和硫酸盐离子侵蚀能力强的特点，而且可显著提高护筋阻锈能力。

TK聚合物砂浆是将TK聚合物掺入新拌水泥砂浆中，使砂浆的性能得到明显改善而制成的一种有机一无机复合材料，具有强度高、粘结好、收缩较小、耐久性好的特点，同时因改性之后的砂浆呈碱性状态，还具有保护钢筋的作用。适用于水工，港工等混凝土建筑物因碳化、空蚀，冻融或化学侵蚀等原因引起的混凝土表面开裂、起鼓、剥落等破坏形式的修补，其主要性能指标列于表1。从表1可以看出，与普通砂浆相比，TK聚合物砂浆具有抗拉强度高、拉压弹性模量低、干缩变形小、抗冻、抗渗、抗冲耐磨，与混凝土粘结强度高，具有一定的弹性，抗裂性能高。还具有施工工艺简单、操作方便、无毒、成本低等优点。适用于水工、港工、公路、交通及地下工程的混凝土建筑物因碳化、空蚀、冻融破坏及化学侵蚀而引起的混凝土表层开裂、剥蚀等混凝土表面薄层修补，可直接用于防渗、防腐、防碳化工程，也可用于建筑瓷砖粘贴和卫生间防渗。

一、TK聚合物砂浆的主要性能及适用范围

TK聚合物砂浆是一种新型的混凝土表面修补材料，是以少量水溶性聚合物改性剂，再掺入一定量的活性成分、膨胀成分而配制成的TK聚合物防渗、防碳化、防腐砂浆。由于聚合物及括性成分的掺人，改善了聚合物水泥砂浆的物理、力学及耐久性能。主要体现在：

(1)活性作用。聚合物乳液中有表面活性剂，能够起减水作用。同时对水泥颗粒有分散作用，改善砂浆和易性，降低用水量，从而减少水泥的毛细孔等有害孔，提高砂浆的密实性和抗渗透能力。

(2)桥键作用。聚合物分子中的活性基因与水泥水化中游离的ca2+、Al3+、Fe2+等离子进行交换，形成特殊的桥键，在水泥颗料周围发生物理、化学吸附，成连续相，具有高度均一性，降低了整体的弹性模量，改善了水泥浆物理的组织结构及内部应力状态，使得承受变形能力增加，产生微隙的可能性大大减少。即使产生微裂隙，由于聚合物的挢键作用，也可限制裂缝的发展。

(3)充填作用。聚合物乳液迅速凝结，形成坚韧、致密的薄膜，填充干水泥颗粒之间，与水泥水化产物形成连续相填充空隙，隔断了与外界联系的通道。

总之，TK聚合物的活性作用、桥键作用、充填作用改善了硬化水泥浆体的物理结构及内应力，降低了整体的弹性模量、减少用水量、改善了硬化水泥浆体内部毛细孔等有害孔，从而大大提高了砂浆的粘结、抗裂、抗渗及抗腐蚀等性能。

二、TK聚合物砂浆的施工工艺

采用TK聚合物砂浆进行修补加固处理时，应根据当地的气候条件、工程特点及施工进度合理组织施工。施工流程为：旧混凝土凿毛_喷砂(或用钢刷)除锈(污)涂刷钢筋防锈剂_用清水冲洗饱和基面涂刷TK界面剂抹TK聚合物砂浆一养护一涂防碳化剂。

1、基底处理

(1)凿毛。为确保TK聚合物砂浆与基底混凝土具有良好的粘结，一般用钢丝刷或喷砂方法清除表面浮层污物(有油漆或油脂污染部位用丙酮洗刷)。如基面松动严重，应采用人工凿毛方法，凿掉破损的混凝土，使基底露出坚硬、牢固的混凝土面，凿毛必须彻底全面，但也不宜深度过大，以免破坏了未碳化和损破的混凝土。如果钢筋锈蚀外露，还应对钢筋表面进行除锈，并涂刷钢筋防锈剂。

(2)饱和。对凿除的混凝土表面，采用高压水枪(采用饮用水)将碎屑，灰尘冲洗干净，并连续、均匀地喷洒，使表层混凝土达到饱和状态，且表面无明水。

2、砂浆的配制

根据选用的原材料、设计技术及施工和易性要求事先进行试拌。现场可用砂浆搅拌机拌和或人工拌和，其各组分的配比用量必须严格控制。

先将称好的水泥、砂搅拌均匀，再将称好的TK改性乳液、活性剂及其他外加剂和水混合后加入，充分搅拌均匀即可。各组分配比必须严格控制。若人工拌和，宜在铁皮板上进行，以防止拌和水流失，造成因砂浆水灰比改变而影响砂浆的和易性，拌和水应采用饮用水。

每次拌和砂浆的方法应根据砂浆施工的进度确定。拌和成的砂浆存放的时间不宜超过45min。若拌成砂浆未及时使用而出现干硬现象，不能再加水重新拌和，应舍弃不用。

3、施工

(1)T K界面剂的涂刷。抹砂浆之前，在工作基面上涂刷聚合物界面改性剂，涂刷时应均匀，不得有漏涂、流淌。

(2)TK砂浆抹面施工。待TK界面剂用手摸感到似粘非粘时，应立即抹砂浆，可采用机械喷涂或人工压抹，操作速度要快，且朝一个方向，一次用力抹平。避免反复抹。

(3)如修补厚度超过3cm时，应分层施工。层与层之间应间隔4h；对于破坏较深的部位(大于5cm)，可先采用TK聚合物混凝土进行修补，养护3～5d后，再抹TK砂浆。

TK砂浆适宜在5～30℃的环境温度下进行施工。如环境温度超出此范围，应根据实际情况对材料及配比进行调整。

4、养护

用TK砂浆抹面后，应及时采用人工洒水并用塑料布或湿麻袋覆盖养护，避免砂浆产生干缩裂缝，潮湿养护48h后，再涂刷TK防碳化剂，自然潮湿养护5d。

三、TK砂浆的施工控制

(1)为保证TK砂浆的施工质量，必须建立、健全质量保证体系。施工人员应严格按操作程序，对各道工序进行检查验收。

(2)TK砂浆层外现平整，层面与基底结合牢靠。

(3)在施工过程中按设计要求进行现场抽样检验，必要时可现场进行钻孔取芯试验，以检查其效果。

四、施工注意事项

1、清理基面，凿除破损、松动的混凝土，喷砂(或用钢刷)除锈和油污，使外露钢筋表面无锈蚀，且混凝土表面粗糙。

2、抹砂浆前2h，用饮用水冲洗待修补部位，使混凝土表面处于饱和状态，但表面不能有明水。

3、人工修补时，无论采用机械喷涂还是人工抹砂浆，应朝一个方向使用抹刀，并且尽量一次抹完，避免来回抹。如修补厚度超过3cm，应分层抹，层与层之间应间隔3～4h，每层厚度不超过2cm。

4、修补砂浆养护4 8 h后再涂混凝土防碳化剂。

凝聚态物理篇6

[关键词] 虫草属；聚丙烯酰胺凝胶电泳；银染技术

[中图分类号] R503 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2013）06（b）-0022-03

虫草属Cordyceps（Fr.）Link是一大类昆虫病原真菌，其特定的菌感染特定的昆虫后才成为具有重要的药用价值的冬虫夏草[Cordyceps sinensis（Berk.）Sacc.]，该属伪品种类繁多，品质高低各异[1]。虫草属的种质资源丰富，属间物种的形态极其相似，但仅有蝙蝠蛾科虫草为《中国药典》2010年版规定的冬虫夏草。现代药理药效学研究显示，蝙蝠蛾科虫草对吞噬肿瘤细胞的能力是硒的4倍，所含的虫草素能明显增强红细胞黏附肿瘤细胞的能力，抑制肿瘤生长和转移，明显提升白细胞和血小板的数量，可辅助治疗鼻咽癌、肺癌、白血病、脑癌等恶性肿瘤；减轻组织水肿，可多用于脑水肿的辅助治疗，防治急性肾功能衰竭等疾病，预防和控制慢性支气管炎、肺源性心脏病，迅速改善放、化疗后的呕吐恶心、头发脱落、失眠等症状。另外，蝙蝠蛾科虫草所含的特有成分虫草多糖为免疫调节剂，临床治疗及保健用途广泛。在美国，因其对于恶性肿瘤预防控制的特殊贡献，已将其列为抗肿瘤新药，目前已进入临床三期的研究[2-3]。

因受自然条件的限制，天然蝙蝠蛾科虫草资源日益紧缺，价格昂贵，一些不法分子利用劣质或亚香棒虫草代替蝙蝠蛾科虫草，其治疗效果受到伪品及劣质品严重影响，甚至对人体产生毒副作用，鉴别和评价同属不同科的虫草显得尤为重要[4]。目前，其检测方法多为生药学鉴定，薄层色谱法、高效液相色谱法和毛细管电泳法等主要化学方法鉴定，分子水平鉴定也开始进行[5-8]。

药用真菌虫草属的DNA指纹图谱检测方法中所采用的放射显带方法和荧光显带方法具有一定的局限性，放射显带方法对环境和实验人员均有高污染的风险，而荧光显带方法所需要的仪器昂贵，难以普及。另外，低污染而应用普遍的传统聚丙烯凝胶电泳银染显带方法操作时间长、步骤多，采用试剂繁多，易造成显带背景颜色浓、分辨率低、条带模糊的情况，导致显带结果不准确。本文分别对虫草属分子聚丙烯酰胺凝胶电泳的凝胶终浓度、胶电泳步骤、胶固定方案、胶染色方法、胶显色步骤进行分析，确定利于虫草属分子聚丙烯酰胺凝胶DNA多态性展现的方案，现报道如下：

1 材料与仪器

1.1 材料

虫草属Cordyceps（Fr.）Link样品由海军医学研究所汪家春副研究员鉴定。丙烯酰胺、甲叉丙烯酰胺、过硫酸胺、TEMED购自Takara生物公司；尿素（Urea）购自Sigma公司；硝酸银、剥离硅烷、亲和硅烷购自北京鼎国生物工程公司；引物、接头由上海生物工程技术服务有限公司完成；其余试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器

DYCZ-20A型电泳槽、DYY-12型电泳仪电源（北京六一仪器厂），P270型摇床（中国科学院武汉科学仪器厂），PCR仪（德国Biometra公司），DK-S12型电热恒温水浴锅（上海华连医疗器械有限公司），高速离心机（德国Eppendorf公司），PL3002型电子天平（METTLER TOLEDO公司）。

2 方法

2.1 配制缓冲液及常用试剂

2.1.1 TE缓冲液的配制 用pH 8.0为10 mmol/L Tris-HCl及1 mmol/L EDTA配制，配制溶液高压灭菌后室温保存。

2.1.2 5×TBE 缓冲液的配制 在800 mL双蒸水中加入Tris、硼酸和pH为8.0的EDTA，定容至1 L后室温保存。

2.1.3 1 mmol/L Tris-HCl的配制 在双蒸水中加入Tris-HCl，双蒸水取800 mL，用浓HCL的剂量调节pH值，定容至1 L后室温保存。

2.1.4 5 mol/L EDTA的配制 称取186.1 g乙二胺四乙酸二钠盐·2H2O溶于800 mL双蒸水，用NaOH的剂量调节pH值，调至pH 8.0，定容至1L后室温保存。

2.1.5 变性上样缓冲液的配制 在98 mL去离子甲酰胺溶液中加入2 mL EDTA溶液，EDTA溶液为pH 8.0，再分别加入50 mg溴酚兰和50 mg二甲苯氰。

2.1.6 40%丙烯酰胺储液（19∶1）的配制 50 mL H2O中加入丙烯酰胺和2 g N，N′-亚甲叉双丙烯酰胺，加热到37℃使之溶解，用定性滤纸过滤定容至1 L后，棕色瓶里4℃保存。

2.1.7 显影液及染色液的配制 将60 g碳酸钠加入2 L的双蒸水中，放入冰箱4℃保存，在显色时即刻加入甲醛溶液和硫代硫酸钠溶液，震荡均匀后配制成显色液；在1 L的双蒸水中加入硝酸银和甲醛溶液，充分溶解后配制成染色液。

2.1.8 不同比例硝酸银溶液的配制 1 L所配制的染色液中分别加入1、2、3、4 g的硝酸银，配制成浓度为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%的溶液。

2.2 测序凝胶板的制备

分别用亲和硅烷溶液和浸透剥离硅烷处理相应的测序凝胶板，建立黏附和分离功能的测序凝胶板。

2.3 凝胶的制备

先用适量双蒸水溶解尿素，再加入丙烯酰胺和 N，N’-亚甲叉双丙烯酰胺混合溶液（Acr&Bis）溶液和10×硼酸（TBE）缓冲液，再用双蒸水调终体积至99.2 mL，并用0.45 mm的滤膜过滤，然后再加过硫酸铵和四甲基乙二胺（TEMED）。表1为配制3%～6%不同聚丙烯酰胺凝胶浓度所需尿素、Acr&Bis、10×TBE缓冲液、10%过硫酸铵、TEMED、双蒸水的配方。

2.4 测序凝胶银染显色步骤

2.4.1 胶固定 将聚丙烯酰胺凝胶板放入容器中，用配制号的固定溶液浸没，用摇床振荡至标记样品的染色带小时。

2.4.2 胶染色 将固定好的聚丙烯酰胺凝胶分离，对出现分子指纹显色的聚丙烯酰胺凝胶板进行漂洗，时间控制在6 s以内，漂洗好后即刻放入配好的染色液中进行染色，摇床充分震荡15 min。

2.4.3 胶清洗 用双蒸水充分清洗，具体方法为振荡洗胶3次，每次5 min。

2.4.4 胶染色终止 终止显色反应，将聚丙烯酰胺凝胶放入终止液中，固定凝胶并干胶。

3 结果

3.1 聚丙烯酰胺凝胶电泳银染结果

聚丙烯酰胺凝胶浓度为6%时，分子迁移率和多态性均符合虫草属分子的聚丙烯酰胺凝胶电泳检测需要，见图1。银染中胶显色步骤中显影液为强碱NaOH和0.5%的甲醛溶液，且NaOH的浓度为2%。

3.2 不同Ag+浓度对虫草属DNA聚丙烯酰胺电泳多态性显示的影响

由表2可见，虫草属DNA在0.3%Ag+浓度的聚丙烯酰胺凝胶多态性最佳，多态性条带数达到80以上，且染色背景清晰。

3.3 常见几种方法对虫草属DNA聚丙烯酰胺电泳多态性显示的影响

由表3可见，虫草属DNA聚丙烯酰胺凝胶电泳检测采用方法3，即固定、染色、显色三步时聚丙烯酰胺凝胶多态性显示最佳，且节约染色时间，操作及保存方式简单。

4 讨论

中药材的真假、质量的好坏，会直接影响临床应用的效果和患者的生命安全，对此，李时珍早就有“一物有谬，便性命及之”的名言。所以对于中药材的鉴别有着十分重要的意义。中药材的鉴别方法有很多，通常可分为对植物自然形态的鉴别，对炮制药材外表性状的鉴别，用显微镜观察微观结构的鉴别，以及化学分析、生物测定等鉴别方法。近年对中药质量的评价方法进展很快，有用药效学、免疫活性以及化学模式识别结合药效学、DNA指纹图谱等方法评价中药的质量[9]。DNA指纹图谱技术是以生物基因组DNA序列多样性为基础，研究不同物种间遗传差异的一项技术。生物在长期进化过程中由于各种原因，在基因组水平上产生了广泛的变异，在物种间甚至个体间产生了高度多态性，这种多态性不因组织器官和个体发育而改变，可以通过对相应位点或片断的考查检出，通过多态性图谱的形式表现出来。我国中药产业化、规范化、标准化是中药现代化的必由之路，中药材品质鉴定是中药质量控制的首要环节，寻找科学有效的鉴定方法是实现中药现代化迫切任务。特别是近年来药用虫草的研究和应用很广，受利益驱使，一些不法分子利用劣质或亚香棒虫草代替蝙蝠蛾科虫草，因此对虫草属的鉴别和品质鉴定尤显重要[10-12]。

本文所采取的虫草属分子聚丙烯酰胺凝胶电泳检测方法所采取的银染法，是利用银离子可与核苷酸结合的特性，甲醛能使银离子在碱性环境下还原，从而显现虫草属聚丙烯酰胺凝胶中的DNA指纹片段。与同位素检测显带相比较，其灵敏度虽低于同位素，但完全可达到检测要求，避免了同位素的危害。聚丙烯酰胺凝胶电泳银染显色既可避免接触诱变剂（溴化乙锭），也可免受同位素的辐射，实用性强[13]。与荧光染色检测方法相比，解决了荧光染色检测方法费用高额的矛盾，易推广普及。另外，与传统的四步法（固定、染色、显色、终止）相比较，节省了时间，提高了效率；同时，与二步法（合并固定于染色为一个步骤的方法）相比较，该方法能检测到虫草属小分子量的多态性，得到了高分辨率的虫草属DNA指纹。因此，各个物种分子多态性分布不同，需要进行特定性条件的摸索，以建立适合的聚丙烯酰胺凝胶电泳银染条件和方法。

虫草属分子聚丙烯酰胺凝胶电泳检测方法具体实验操作中还有以下体会：①凝胶测序板的制备需要单向处理，不可擦拭太过用力，否则会导致玻璃硅烷蒸发，造成聚丙烯酰胺凝胶脱落于测序版；制备测序板时，两种处理溶剂玻璃硅烷和亲和硅烷要戴不同手套处理，严谨敷料的交叉污染，避免聚丙烯酰胺凝胶撕裂；测序板上的残留聚丙烯酰胺不要用刀片刮去，以免划伤，用10% NaOH浸泡30 min后除去即可。②在凝胶制备过程中，需要溶解的尿素不可加热温度过高。如果确需加热则应等溶液完全冷却后，再可加入TEMED和过硫酸铵；灌制凝胶的过程中要方式微小气泡的产生，确保聚丙烯酰胺光滑无气泡，才可以保证测序结果的可靠性。

总之，笔者研究表明，需根据每个物种分别摸索条件，才可以得到稳定、重现性好、特异性强的结果。本研究建立了虫草属聚丙烯酰胺凝胶电泳银染的方法，为虫草属植物的鉴定及品质评价研究技术平台的建立奠定了基础。

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凝聚态物理篇7

1 D-二聚体在体内的形成机制及意义

血浆D-二聚体的分子量为18400-202000，是交联纤维蛋白单体经活化因子交联后，再经纤溶酶水解作用后所产生的一种特异性终末降解产物。生理状态下，机体内保持着凝血与纤溶的动态平衡，以保证纤维蛋白及时形成和消除。在病理状态下，凝血与纤溶的动态平衡遭到破坏，凝血倾向增强，从而纤维蛋白降解产物增加，导致D-二聚体含量增加[1]。目前认为，在反映体内凝血酶纤溶活性时，以D-二聚体检测最为理想，其水平升高者表示体内继发纤溶活性增高，是血管内高凝状态和血栓形成的重要标志物。纤维蛋白降解产物中，只有D-二聚体碎片可反映血栓形成后的溶栓活性，其定性或定量检测可提示活动性纤溶的存在，其含量增高提示体内有血栓形成及溶解的发生，有助于血栓形成疾病如肺栓塞、急性心肌梗死、弥漫性血管内凝血（DIC）等的早期诊断[2]。

2 D-二聚体的检测方法研究

血浆D-二聚体的检测方法有：乳胶凝集法、酶联免疫法（ELISA）、酶联荧光分析法及胶体金免疫渗滤法等。乳胶凝集法是用特异的单克隆抗体包被乳胶颗粒，当标本中D-二聚体与之结合后发生乳胶凝集，从乳胶凝集的稀释倍数可以判断标本中D-二聚体的含量[3]，该方法快速特异、操作简单，不需要特殊设备，特别适用急诊测定。ELISA法是将抗-D-二聚体的第一种抗体包被于固相载体，待枸椽酸钠抗凝血浆标本中的D-二聚体与之结合再与酶标第二种抗-D-二聚体单克隆抗体反应，形成抗体-抗原-酶标抗体夹心复合物，最后加酶底物显色后定量测定D-二聚体的含量[4]。酶联荧光分析法（VIDASDD）在VIDAS免疫分析仪上进行，它在酶联免疫法的基础上与荧光检测相结合，是研究较多的一种检测方法，此法敏感性高，与经典的ELISA法有很好的一致性，有希望取代经典的ELISA法而成为深静脉血栓形成（DVT）诊断的首选筛选试验[5]。胶体金免疫渗滤法是一种较新发展的D-二聚体检测方法[6]，此方法是将抗D-二聚体单克隆抗体包被在多孔薄膜并粘放在有多层吸收垫的塑料盘上，被检测标本加入后即与该抗体相结合，然后加入胶体金标记的抗体，在薄膜上产生红色斑点，经与标准卡比对或用专门的检测计测量，可定量测定出D-二聚体的含量，该方法既具有乳胶凝集法操作简单、快速适用于急诊检测的优点，又具有ELISA法能够准确定量的特点。除以上方法外，现又研发出了10多种快速的D-二聚体检测方法，如免疫比浊法、发色底物法、胶乳比浊法等，这些新方法分别鉴于不同的原理，与先前的方法相比，都具有快速、简单、灵敏等优点，有些新方法已经过大量的临床研究评估，得到了公认，有些新方法正在进行临床评估，其可靠性还需进一步研究证实。然而，随着全自动血凝检测仪，如HemosiL D-dimer HS500 、Sysmex CA-7000、BCS XP等多种分析系统的使用，D-二聚体检测更加准确、快速，结果更加可靠，已成为D-二聚检测的研究方向。

3 D-二聚体与心肺脑疾病的关系

业已证实，D-二聚体的生成反映机体凝血和纤溶系统的激活，在各种血栓形成性疾病以及生理性高凝状态时D-二聚体均有升高。尤其对静脉血栓形成（VTE）高度敏感，已作为DVT和肺栓塞（PE）的首选初筛指标。另外，D-二聚体在心脑血管疾病、DIC、恶性肿瘤、急性胰腺炎、糖尿病血管性病变、肝脏疾病等疾病时，也有明显变化，可作为反映疾病的严重程度、发展变化以及疗效和预后判断有价值的指标[7]。

3.1 D-二聚体与心血管疾病

近年研究显示，凝血与纤溶状态与缺血性心血管疾病关系密切，急性心肌梗死（AMI）、不稳定型心绞痛（UAP）、稳定型心绞痛（SAP）患者D-二聚体水平明显高于健康人，以AMI和UAP患者升高更显著[8～12]。目前认为，急性心肌梗死发病时，其血浆D-二聚体的含量明显升高，反映了患者体内有血栓形成。陈芳等[13]对68例急性病心肌梗死患者和43例正常献血员的血浆D-二聚体含量检测证实，显示前者明显高于后者，且差异显著。同时发现血浆D-二聚体的含量升高的程度与患者的病情有一定的正相关性，推测与心肌梗死的范围有关。也有研究显示[14]，血浆D-二聚体含量与冠脉病变程度有关，病变支数越多，心功能越差，D-二聚体含量越高，若不稳定性心绞痛患者D-二聚体持续高水平，提示预后不良。王剑[15]对轻重不同的急性冠心病患者血浆D-二聚体含量进行了比较，结果AMI＞UAP＞SAP，表明冠心病患者病情的轻重与凝血纤溶的程度密切相关，故认为检测急性期冠心病患者血浆D-二聚体含量有肋于判断冠心病病情的轻重。D-二聚体含量除在机体发生血栓性病变同时伴有纤溶亢进时明显升高，是敏感的血栓形成指示物外，还能刺激单核释放IL-6，故可能是一个预测冠心病风险更敏感的因子，其产生作用的机制可能与冠状动脉内斑块破裂、血小板聚集、冠状动脉痉挛、过度劳累造成心肌缺血缺氧及组织释放某种物质进入血液循环而进一步激活凝血和纤溶系统等因素有关。此外，血浆D-二聚体浓度能预示A型急性主动脉夹层的死亡可能性[16]，D-二聚体阴性有助于排除急性主动脉夹层的诊断，其含量升高对判断病变范围和预后有一定的指导价值[17]。有报道[18]主动脉夹层患者介入腔内隔绝治疗术后第一天D-二聚体显著升高，甚至高于急性形成时，这一高水平7天内显著下降，当其水平稳定时，说明主动脉修复过程也渐趋稳定。故介入术后动态监测D-二聚体水平有助于分析夹层稳定状态及假腔血栓形成的情况，为临床决策提供依据。

3.2 D-二聚体与肺部疾病

业已证实，肺部多种疾病都可以使血浆中的D-二聚体水平升高，其原因与低氧血症、高碳酸血症有关。汤春梅等[19]对肺结核、结核性胸膜炎、肺炎、慢性阻塞性肺疾病、肺栓塞及肺癌六种肺部疾病进行血浆D-二聚体检测，显示D-二聚体的升高阳性率以肺栓塞、结核性胸膜炎两种疾病最为明显。叶晓芳等[20]的研究已得出类似的结果，认为肺炎、结核性胸膜炎、慢性阻塞性肺疾病、肺栓塞及肺癌都可引起凝血机制异常，引起血浆D-二聚体水平的升高。晚近大量临床研究证明，D-二聚体对慢性阻塞性肺疾病（COPD）的预后和疗效判断具有重要的意义[21～26]，显示COPD急性加重期血浆D-二聚体水平显著高于治疗后及对照组，推测COPD患者加重期多有感染引发，血液存在高沾滞、高凝固状态，甚至存在血栓前或血栓状态，其原因是由于肺血管存在大量受体和血管活性物质，当肺血管内皮细胞等受到激活、损伤后，可发生功能紊乱，大量释放炎症介质，激活凝血系统；低氧血症导致继发性红细胞增多，增加了血液的粘度；此外，氧化应激、高碳酸血症均可损伤内皮细胞功能，而损伤的内皮细胞促进血液凝固。也有人认为，缺氧、酸中毒状态下改变内皮细胞功能，抑制凝血酶调节蛋白表达，从而促进凝血系统激活，是COPD患者肺血管易发生微血栓栓塞的重要原因。此外，加重期抗凝血酶Ⅲ（ATⅢ）活性显著降低，血液抗凝功能减退，因此，在这种病理状态下，监测血浆D-二聚体水平可早期诊断血栓前状态的存在，对指导临床应用改善缺氧、通气功能及适当采用活血抗凝治疗等措施，从而达到控制肺部疾病的病情发展，改善预后有重要价值。 转贴于

3.3 D-二聚体与脑血管疾病

以往的研究显示血浆D-二聚体水平在不同脑血管疾病的变化不一。脑出血发病初期血浆D-二聚体含量明显升高，一周后达到高峰，脑实质出血患者D-二聚体含量开始下降，而其含量和异常率与出血量有关[27]，其原因可能与病灶周围血管痉挛引起小栓塞或伴有高血压、动脉粥样硬化而体内处于高凝状态有关。脑梗死患者血浆D-二聚体在急性期同样增高，随着溶栓治疗血栓溶解，其含量急剧上升，当血栓完全溶解，血管再通后，D-二聚体含量迅速下降[28]。因而监测脑出血及脑梗死患者血浆D-二聚体变化规律，有助于指导抗纤溶药物及溶栓治疗。此外，血浆D-二聚体水平与发病年龄有关，杨艳敏等[29]研究发现，D-二聚体含量升高可能是老年人短暂性脑缺血发作的危险因素，故对D-二聚体水平较高的老年人短暂性脑缺血发作患者应加强检测和必要的干预治疗，以防止发展成脑梗死。

综上所述，血浆D-二聚体与心肺脑疾病的关系较为密切，是体内血栓前状态及血栓形成的检测指标之一，而动态观察患者体内的D-二聚体水平变化，有助于临床诊断及治疗。然而，血浆D-二聚体在诊断心肺脑疾病时尚缺乏特异性，故应与其它检测方法联合使用，相信随着对D-二聚体形成机制及检测方法研究的深入，D-二聚体的临床价值将会逐渐章显出来。

参 考 文 献

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凝聚态物理篇8

关键词：地聚合物，胶凝材料，聚铝硅酸盐，理化性能

中图分类号：TQ177

0 前言

地聚合物（Geopolymer）概念最早是由法国科学家Joseph Davidovits于1985年在其专利[ ]中提出来的。这类化合物与地壳中大量存在的沸石类物质结构相似，因而命名为地聚合物材料，其原意是指由地球化学作用（Geochemistry）或人工模仿地质合成作用（Geosynthesis）而制造出的铝硅酸盐矿物聚合物。地聚合材料在国内还被称为：人造矿物聚合物、高强矿物聚合物、土壤聚合物、土聚水泥等[ ]。

地聚合物胶凝材料是以烧粘土（偏高岭土）或其它以硅、铝、氧为主要元素的硅铝质材料、碱激活剂为主要原料，经适当的工艺处理，在较低的温度条件下通过化学反应得到的具有与陶瓷性能相似的一种新型胶凝材料[ ]，它具有有机高聚物、陶瓷、水泥的优良性能，又具有原料来源广泛、工艺简单、能耗少、环境污染小等优点。由于地聚合物胶凝材料性能独特，其在冶金、土木工程、环境工程等领域都有较好的应用前景，因此地聚合物胶凝材料的研究和应用已经受到的广泛关注。本文对地聚合物的研究和应用现状以及目前存在的问题进行重新梳理，以为该研究领域的发展提供参考。

1 地聚合物的发展过程

地聚合物材料属于碱激发胶凝材料，这类材料的应用可以追溯到古代，即以高岭土、白云岩或石灰岩与盐湖成分碳酸钠、草木灰成分碳酸钾以及硅石的混合物，加水拌和后产生强碱氢氧化钠和氢氧化钾，与其它组分发生反应，生成矿物聚合粘结剂而制成人造石[ ]。

地聚合物胶凝材料自诞生以来，经历了一个从初级到高级的发展过程。最初生产的地聚合物制品必须在一定温度（50℃-180℃）下养护，甚至需要压蒸工艺，所用原材料比较单一。随着研究的进展，地聚合物在常温下也能实现快硬高强的优异性能，所用原材料也比较丰富，目前一些工业废渣在地聚合物中也被广泛应用。地聚合物的碱激发剂也由单一的碱金属、碱土金属的氢氧化物扩展到氧化物、卤化物、有机基组分等。地聚合物的增韧、增强途径以及制备工艺手段也日趋发展，材料的性能得到大幅度提高[4, - ]。国外有关地聚合物胶凝材料方面的专利、论文数量每年大幅度增加，研究内容已经进入实用化阶段，而国内在这一领域的研究起步相对较晚，目前发表了一些基础性研究论文和综述[ ]，下面就国内外地聚合物形成机理与微观结构方面的研究现现状进行论述。

2 地聚合物形成机理及微观结构

地聚合物通过铝硅酸盐固体组分的溶解络合、分解迁移、浓缩聚合和脱水硬化而形成，由铝硅酸盐凝胶相形成的基本相，其化学组成与沸石相近，物理形态上呈现三维网络结构，因此其具有有机聚合物、陶瓷、水泥的优良性能。

1.1. 地聚合物的反应机理

地聚合物的形成过程分为4个阶段：（1）铝硅酸盐矿物粉体原料在碱性溶液（NaOH，KOH）中的溶解；（2）溶解的铝硅配合物由固体颗粒表面向颗粒间隙的扩散；（3）凝胶相[MX(AlO2)y(SiO2)·nMOH·mH2O]的形成，导致在碱硅酸盐溶液和铝硅配合物之间发生聚合作用；（4）凝胶相逐渐排除剩余多的水分，固结硬化成地聚合物块体[ - ]。

1.2. 地聚合物的结构

由聚合反应得出的地聚合物三维网络是由聚合的硅-氧四面体与铝-氧四面体网络结构构成，其中的硅氧四面体和铝氧四面体通过共用所有的氧原子交替键合。Davidovits[ ]将地聚合物最终产物的结构形态分为3个类别：单硅铝地聚合物，双硅铝地聚合物，三硅铝地聚合物。

硅元素存在稳定的+4价态，因此硅氧四面体呈电中性；铝氧四面体中的铝元素是+3价态，却与四个氧原子结合成键，因此铝氧四面体显电负性，需要阳离子（如K+，Na+）的出现来平衡体系中的负电荷，总的结果使体系显电中性。这些Si-O键和Al-O键分别以[SiO4]四面体和[AlO4]四面体或 [AlO6]配位多面体的形式存在，在碱溶液的作用下，共价键断裂形成三维网络结构，称为三维聚合铝酸盐结构。反应形成的铝酸盐结构水化产物不断交织、聚合，产生高强度无序的胶凝材料结构，机械强度不断提高。在网络结构中，[SiO4]四面体和[AlO4]四面体由4个角的共有氧原子相连，激发剂溶液中的碱离子填充在结构中平衡由Al3+取代Si4+后多余的负电荷。原材料的活性组分在碱性条件下，经历瓦解并再度链接从而形成以硅、铝为主要结构单元的化学键和陶瓷体结构，物质之间以离子键和共价键连接为主，氢键和范德华力为辅，不存在传统水泥水化生成的钙矾石和氢氧化钙粗大晶体，因而具有高强和耐久的结构特征[ ]。

3 地聚合物的性能和应用

2.1. 地聚合物的性能特点

地聚合物是一种无机高聚物，真正意义上的“Geopolymer”的聚合度在500-1000之间或者更高。地聚合物胶凝材料的化学组成为铝硅酸盐，其基体相呈非晶质至半晶质相，具有[SiO4]四面体和[AlO4]四面体随机分布的三维网络结构。这种无机聚合物的结构与具有三维网状结构的工程塑料具有相似的结构，后者是碳碳主链，而前者是硅氧铝主链，从主链结构上看无机高聚物应该比工程塑料具有更优异的性能，主要表现在：

1）材料强度高、硬化快。

2）耐酸碱腐蚀性优良。

3）渗透率低。

4）低收缩率和低膨胀率。

5）耐高温、导热率低。

6）耐久性优良。

7）原料来源广，成本低廉，能耗低。

8）能有效固定有毒金属离子。

9）绿色环保。

2.2. 地聚合物的应用领域

地聚合物由于具有施工性良好、反应热低、体积稳定性好、热膨胀系数低、耐高温、耐久性能好、强度高、可进行有毒物质和核废料的处理、绿色环保、可回收再利用等独特性能，可应用于以下方面：

1）地聚合物因其耐高温性能优良，不会燃烧以及放出有毒气体，因此可用于制成汽车的防热罩或飞行器的驾驶室和机舱的关键部位，提高安全系数。

2）地聚合物在高温条件下结构能保持稳定，可使其用于非铁铸造及冶金业。

3）地聚合物优良的耐酸性、耐侵蚀性能，可使其用于塑料成型的模具。

4）良好的加工性能使成性较为方便，从而制成各种艺术品和装饰用品。

5）可用于注浆加固技术、交通、抢修工程等。因其具有快硬早强的性能，可以提高施工速度，从而带来了巨大的经济效益和社会效益。

6）地聚合物具有稳定的牢笼型结构可固化有毒废弃物及核废料处理。

7）地聚合物修建的建筑物具有自调温湿的功能，且具有良好的密封性，足够的强度，适合用作粮仓储备粮食。

除此以外，地聚合物可适用于很多行业，经济效益和社会效益都非常显著，在工业、民用、军事、高科技领域都具有广阔的应用前景。

4 地聚合物研究和应用展望

虽然地聚合物胶凝材料有很多独特的优异的性能，目前也引起了研究人员的广泛关注，但其在研究过程中从原材料、制备到应用以及一些理论上的认识还存在一些问题有待解决。

首先，对地聚合物形成机理认识还不充分。目前研究者只能根据已有的有关硅酸盐水泥和碱矿渣水泥水化硬化理论对地聚合物的形成过程进行描述、探讨、分析，并利用最终产物的宏观性能进行间接验证，导致地聚合物产生优异性能的本质得不到充分揭示。

其次，需要进一步探讨微观结构的本质问题及其对材料性能的影响规律。一般认为，地聚合物的组成是沸石或长石晶体的前身，但其结构不象两种晶体一样有规律的重复，而为无序的空间三维无定形网络状键接结构。如何认识和验证这种前身态的地聚合物以及如何将地聚合物这种复杂的结构清晰地展现在人们面前，仍是尚未解决的关键技术问题。虽然国外有部分论文论述微观结构对地聚合物材料性能的影响，但只作了一些定性的探讨，还没有确切揭示微观结构对材料性能的影响规律。

再者就是需要对地聚合物的原材料进行改进。地聚合物虽然有很多优异的性能，但主要原料偏高岭土需经煅烧制得，因而增加了地聚合物的制备成本。同时，大量的工业废渣和建筑废弃物不断形成，如果将其任意堆放或掩埋，不仅占用土地、造成环境污染，而且浪费资源。如果将这些工业废渣和建筑废弃物用于地聚合物基材料的制备，不仅可以降低地聚合物的成本，也可以实现废物的再生资源化，具有深远的经济、社会和环境意义。虽然已有一些试验研究了地聚合物中掺加其它矿物掺合料后体系内部的反应机理、最终产物组成、结构和性能，但是缺乏系统性和可比性，而将废弃混凝土用于制备地聚合物基复合胶凝材料的研究很少看到。

5 结语

地聚合物胶凝材料既具有有机高分子、陶瓷、水泥的优良性能，又具有原材料丰富、工艺简单、价格低廉、节约能源等优点，应用前景广阔。地聚合物材料的应用既能节约能源、保护环境，又能兼顾满足人类社会进步的需求。因此，对其形成机理、制备工艺、应用开发的进一步研究不但具有较高的学术价值，而且必将对经济建设产生深远有益的影响。

参考文献