高分子材料的定义范文

导语：如何才能写好一篇高分子材料的定义，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词： 高分子材料； 本构关系； Abaqus； UMAT； VUMAT

中图分类号： TB324； TB115.1文献标志码： B

引言

高分子材料在日常生活中有着广泛的应用，因此其不可避免地出现在仿真分析中.当前没有一种商业软件具有适合高分子材料的材料本构模型.Abaqus是一款优秀的商业软件，其提供的子程序接口UMAT/VUMAT允许用户根据使用需求自定义材料本构.[1]使用该方法，可有效解决在仿真中由于材料本构不适用而导致的仿真与实际测试差异过大的问题.

1高分子材料本构一般描述方法

业界通常使用弹塑性本构定义高分子材料的材料属性.屈服强度一般取材料曲线上第一个峰值点.弹性模量的取法有2种不同的方式：对于应力应变关系曲线有明显直线段的，以第一段直线的斜率作为材料的弹性模量（切线法）；对于曲线没有明显直线段的材料，则使用原点与屈服点连成的直线的斜率作为弹性模量（割线法）.2种方式与真实应力应变曲线的比较见图1.图 1高分子材料测试材料曲线与仿真曲线比较

由图1可知，无论使用何种方式，仿真使用的应力应变曲线都与实际材料的应力应变曲线有较大差异.将切线法获得材料数据代入到手机电池盖三点弯曲中进行仿真，见图2，其仿真与测试力位移曲线在最高点的差异约为23%，见图3.

对于手机等一些电子类产品，高分子材料的仿真非常重要.在跌落或弯折测试中，高分子材料的应力应变关系与弹塑性本构的差异造成仿真预测不准确，必须定义正确的高分子材料本构.

2Abaqus VUMAT子程序

Abaqus提供丰富的材料本构模型库，能够满足绝大多数仿真材料模型的需要；同时，还提供UMAT/VUMAT子程序接口，让用户可以用FORTRAN语言编程，自己定义需要的材料本构模型，对Abaqus材料库中没有包含的材料进行计算.几乎可以把用户材料属性赋予Abaqus中的任何单元，其中UMAT用在隐式仿真计算中，VUMAT用在显式仿真计算中.由于隐式计算与显式计算的差别，导致UMAT与VUMAT也有一定的差异，但是经过简单的改写即可完成它们之间的转换.

本文使用准静态仿真分析方法，属于显式求解，所以只介绍VUMAT.

3高分子材料VUMAT本构介绍

由图1可知，高分子材料的本构与弹塑性本构最大的差异在于弹性段是直线还是曲线.弹性段的路径也直接影响到卸载的路径.因此，对高分子材料本构的定义关键在于非线性弹性段的实现，即要根据当前的应力值实时获取下一增量步所用的弹性模量值.程序整体流程见图4.

图 4程序整体流程

3.1弹性段多段线性的实现

在弹性段，程序根据弹性模量和泊松比计算应力增量.由于弹性段为非线性，需要根据应力或应变更新用于计算的弹性模量值，直至达到屈服点，因此需要在输入文件中输入材料真实应力应变曲线，通过查表计算的函数，根据当前应力σ所在的位置，计算当前的弹性模量.应力应变曲线输入时，输入格式为：

用查表的方法，直到σn

3.2卸载路径的选择

屈服发生后，需要选择弹性模量参与相关计算，有2个作用：一是用来计算屈服后加载段的应力试探值（不对该增量步真实应力产生影响，只起对比判断的作用）；二是用来作为屈服后卸载的路径（为实现不同卸载路径，在程序中设置一个flag位，其值由用户自己输入），用户可以根据实际的需要选择卸载的路径.如图4中，共设置3种卸载路径：沿切线卸载、沿割线卸载以及沿曲线卸载等.用户也可以根据需要增加其他的卸载方式.

4子程序的验证

为验证子程序是否能实现设计的功能，取一个1/8的网格模型进行单轴拉伸仿真，单元类型为C3D8R.输出其应力应变曲线，与材料真实应力应变曲线比较，见图5.

图 5使用VUMAT后加载应力应变曲线与材料曲线对比

使用VUMAT后，加载的应力应变曲线与材料测试得到的真实应力应变曲线完全重合，说明VUMAT可以完全反映材料在加载过程中的力学行为.在卸载过程中，分别实现沿弹性段的切线、割线以及曲线卸载.

为进一步验证，将VUMAT用于图2所示的手机电池盖三点弯模型中进行仿真与试验对比.在使用弹塑性本构模型时，仿真与测试力位移曲线的最大差异约为23%，而引入使用VUMAT编写的高分子材料本构后，其仿真与测试的差异减少到4.5%，见图6.从实际项目的验证结果看，使用VUMAT后电池盖测试的力位移曲线与仿真的力位移曲线基本重合，仿真与测试的差异也明显减小.将该本构应用于其他高分子材料和实际案例，其仿真精度均明显改善，也说明该子程序在实际工程中的适用性.

图 6使用VUMAT后电池盖力位移曲线对比

5结束语

使用VUMAT子程序后，高分子材料在加载段的力学特性与测试的真实应力应变曲线一致，同时将其应用在工程实际问题上，也与测试曲线基本一致，验证该程序的适用性.由于高分子材料的卸载特性较为复杂，还需进一步研究，所以程序只给出3种方式供用户按照实际需求进行选择.

篇2

从19世纪中期开始到现在，经过了这么长时间的不断发展，高分子体系已经从高分子改性逐渐向高分子合成、构筑、光电功能高分子等方向转变。人们的生活也从高分子化学中受益匪浅，小到日常可见的材料、油漆以及涂料等，大到在科研研究方面使用的高分子聚合物、分离膜、酶、树脂等。现在对高分子化学的研究方向已经转向了新功能材料，在目前快速发展的情况下看，高分子化学会和其它学科相互之间相继结合穿插，一定会在纳米材料、智能等一系列研究领域中广泛使用，适应现代化可持续发展的目标，使所有研究项目都向绿色科学方向发展。

一、现如今高分子化学的发展情况

自从20世纪到现在，随着工业技术的快速发展，天然资源已经露出了疲态，科学家们已经开始使用高分子化学进行材料的合成。有数字表明，在之前的40年中，使用材料的速度正在以每10年五倍增长，人类三大合成材料，其中包括塑料、橡胶、纤维，在使用过程中表现出了令人惊讶的增长速度。新型的材料，特别表现在合成材料，在工业、建筑、农业、电子技术方面都被广泛使用，极大的支撑着人类的日常生活，是使国民经济持续发展的必要动力源泉。

二、高分子化学不同领域的使用分析

使用高分子化学的研究都处于高端技术领域，它的发展方向一定会和社会发展的方向和各种行业发展要求相适应。以后的高分子化学一定会其它领域相互融合，高分子材料的使用注定会减少人类对自然资源的依赖程度，逐渐向纳米、绿色和智能等方向转变，在实现可持续发展的目标中占据了非常重要的位置。

2.1 使地球更加绿色化

在现在很多工业发达的城市，天空中都会飘着非常浓郁的黑烟，对人们的日常生活有非常严重的污染。绿色，在现在被认为是没有污染、再生性或者可以循环使用。在没有污染方面，我们需要做的就是减少工业废弃物的排放、相对的减少污染源。现在的情况表明，化学行业中具有污染和治理两个方面的性质，可以对绿色使用材料进行研究，也可以继续对环境造成恶化。例如：在研制的过程中使用的催化剂、溶解剂、中间物品等，在生产过程中产生的废气、废渣、废弃液体等都是对环境造成影响的主要元凶，若长期的进行排放，会对环境造成严重的影响，甚至会导致不可逆转的事情发生。

2.2 减少的自然资源的使用依赖

目前研究的高分子合成材料对石油具有很强的依赖性，众所周知，石油是经过地球非常漫长孕育才出现的，另外，石油也是现如今人类社会非常重要的能源，石油资源现在正在快速的减少，而且不能快速的进行补充，所以人们现在非常急切的找到可以代替石油使用的资源，这已经成为现在高分子化学研究中非常重要的课题。在对物质中原子和分子的比率进行调节，对物质的微观特性、宏观特性以及表面性质进行加强控制，也许这种物质就会满足一些行业的使用要求，当这种情况出现的时候就可以把这种物质作为材料使用。所以，在对材料进行配置的时候就会减少对不可再生资源的依赖程度，并对使用材料和环境进行相互协调，这是现如今化学研究当中非常重要的领域。现在很多高分子合成材料都非常依赖石油资源。想要解决目前的情况，可以对天然高分子进行利用，这其中也应该包含对无机高分子的不断探索和研究。

现在由石油合成的高分子材料，主要因为原子中以碳为主要元素，其中还含有少量的氮、氧等原子，所以被称为有机高分子。无机高分子是因为主链上的组成原子中不含碳。根据元素的性质进行判断，大约有40～50种元素可以成为长链分子。现在引起科学家高度重视的一种无机高分子，它的主链上都是硅原子，并且含有有机侧链的聚硅烷。

2.3 使高分子材料不断纳米化

现在很多高分子化学反应中的原子经过重新排列组合之后的反应空间要比原子的大小大出很多，所以，化学反应的研究要在一个受限空间之中进行。若在有限的空间中，像纳米量级的片层当中，小型分子由于和片层分子相互作用而且还在一个比较受限的空间内进行排列，之后产生单体聚合，聚合之后的产物的拓扑结构不会再受限的空间内进行全部的复制，这种情况和自由空间的结果完全不同。我们也许会在受限制空间内进行聚合反应的分子中提炼出高分子纳米化学的定义。化学的研究对象基本都是纳米量级的分子和原子，但是因为没有精细的方式，没有达到可以在纳米尺度上精确控制分子或者原子的程度，所以现如今很难做到对分子的精准设计，使化学的合成让人感觉非常的粗放。高分子化学在纳米程度上精要精确的按照分子设计，在此基础上确定分子链中的原子配比位置以及相互结合的方式，通过纳米技术对分子、原子和分子链进行非常精确的控制，达到对高分子各级结构的位置确定。这样就可以精确的控制新合成材料的功能和特性。

2.4 面向智能材料的高分子化学研究路线

20世纪的人类社会是以合成材料为标志的，在21世纪人类社会的标志将会是智能材料。高分子化学仍然是进入智能材料时期非常重要的组成部分。材料自身具有的功能可以根据外部条件的变化，有意识的进行调节和修复等一系列措施，这就是智能材料的基本定义。现在科学家已经了解高分子有软物质这一特征，简单说就是可以对外场具有反应。

三、结语

随着社会的不断发展，人类把能源、信息以及材料称为支撑科技革命的重要力量，而且材料也是能源以及信息不断发展的基础所在。从出现合成有机高分子材料开始，人类就在不断的进行研究和探索，希望可以找到使用广泛的新型材料，可以广泛的使用在计算机、生物、海洋等一系列领域当中。高分子材料正在向高性能、多功能方向不断前进，正在不断适应快速发展的今天，出现了很多功能非常强健并且广泛使用的高分子材料。

参考文献

[1]王立艳.《高分子化学》理论与实践教学的整体优化研究[J].广州化工，2012，40（4）：108-109.

[2]张宏刚.新型高分子化学注浆材料在碱沟煤矿的应用[J].中国高新技术企业，2011（34）：63-64.

[3]何冰晶，王庆丰，刘维均，等.能量最低原理在高分子化学教学中的应用探索[J].高分子通报，2011（12）：141-144.

篇3

高分子材料是金属和玻璃的良好替代品,在工业领域中应用日趋广泛。如汽车业、电子产品、包装业及医疗器械等诸多产业中都离不开各种工程高分子材料[1].由于采用激光透射焊接技术对热塑性高分子材料进行焊接具有许多优点[2-6],如表面成型质量好,能形成精密、牢固和密封的焊缝,树脂降解少,产生的碎屑少,不会产生污染等,近年来,得到迅速发展和产业化。国外已经开始将塑料激光焊接应用于汽车、电子和医疗等行业,如日本丰田公司现已采用多关节机器人组合的光纤激光器进行批量生产PA6高分子材料进气歧管,取代了以往的螺栓连接方式,减小了进气歧管的体积和重量,提高了其生产效率;奔驰公司将激光焊接应用于制造汽车的电子开门器,提高了外形和焊接接头质量及生产效率。

传统焊接方法中,采用激光头旋转或工作台旋转的方式,对环形焊缝沿周线旋转焊接。而关于环形焊缝的激光同步焊接方法,国内外还没有相关报导。总之,目前国内外研究主要集中在焊接工艺参数对焊接质量的影响,研究结果表明,激光的光强分布[7-10]、焊接速度[11-12]、透光焊接件的光学性能[13]及吸光剂[14]是影响结合质量的主要因素。本文利用光纤激光研究了环形激光束的形成原理,设计出能产生环形激光束的激光焊接头,研究了不同激光功率和辐照时间对拉伸剪切强度的影响,确定了TPV-弹性体和PP-聚丙烯的最佳工艺参数,实现了高分子材料环形焊缝超高速同步焊接,提高了生产效率和焊接质量。

2、试验材料及方法

2.1试验材料及设备

内部(黄色)高分子材料(TPV-弹性体)为透射激光高分子材料,其外缘厚度为2mm,内缘厚度为3mm.

外部(黑色)高分子材料(PP-聚丙烯)为吸收激光高分子材料,其外缘厚度为3mm及内缘厚度为1mm.其搭接部分厚度为(2+1)mm.

环形激光束试验系统示意图如图1所示,该试验系统由光纤激光器(2.0kW)、环形激光焊接头、水冷机、光束测量仪及焊接工装夹具等组成。工装夹具部分由工作台、热塑性激光吸收材料、热塑性激光透射材料、高强螺栓和垫圈及激光透射压板组成。用光束测量仪测量了环形激光束的轮廓,并由JIS标准确定了激光束直径,即光束强度为最大光束强度的1/e2时对应的直径被定义为光束直径。

2.2环形激光束形成原理

环形激光束的形成原理如图2所示。该原理图包括一枚准直镜,第一枚圆锥透镜、第二枚圆锥透镜,第一枚和第二枚圆锥透镜的顶角均为110°,直径均为50mm.各符号的含义:f为准直镜的焦！距(分别为f=60mm和f=80mm)、NA为激光束的数值孔径(0.11rad),D为通过准直镜激光束的直径,2R为通过第二枚圆锥透镜激光束的外径,2r为通过第二枚圆锥透镜激光束的内径,H1和H2为第一枚和第二枚圆锥透镜的厚度(均为21mm),L12为第一枚圆锥透镜和第二枚圆锥透镜之间的距离,θ1为准直后的激光束经过第一枚圆锥透镜的入射角,θ2为经过第一枚圆锥透镜后的折射角,光学镜片折射率均为1.46,空气的折射率为1.00.

光纤输出端发出的激光束照射到准直镜,激光束到准直镜的距离为准直镜的焦距,经过准直镜后,激光束变为平行光束,其直径为D;由于第一枚圆锥透镜和第二枚圆锥透镜的顶角均为110o,所以穿过准直透镜后的平行光束照射到第一枚圆锥透镜上,然后折射到第二枚圆锥透镜上,穿过第二枚圆锥透镜后,将形成外径为2R和内径为2r的环形激光束,环形激光束的光环宽度为R-r.由原理图进一步可知,随着准直镜焦距的增加,激光束经过准直镜入射到第一枚圆锥透镜的直径D增加,经过两枚顶角相对的圆锥透镜折射后,导致环形激光束的内径减小,而外径不变,从而使环形激光束的光环宽度增加;随着第一枚圆锥透镜和第二枚圆锥透镜之间距离L12增加,环形激光束的外径和内径同时增加,而环形激光束的光环宽度几乎不变。另外,由原理图可知,准直镜、第一枚圆锥透镜及第二枚圆锥透镜的同轴性,将直接影响到环形激光束强度分布的均匀性。

3、试验结果与讨论

3.1环形激光束的特性

当准直镜的焦距f及第一枚圆锥透镜与第二枚圆锥透镜之间的距离L12变化时,环形激光束的分析结果如表1、图3及图4所示。分析过程中,激光输出功率(300W)恒定不变。

光的折射定律如下式所示:

然后,根据正弦定理计算得出不同f及L12下的环形激光束尺寸。

由表1和图3的实际测量值与理论计算值研究分析结果表明,随着准直镜焦距的增加,激光束的外径几乎没有变化,而内径减小,所以随着准直镜焦距的增加激光束的光环宽度也增加。由试验结果可知,实际测量值与理论计算值基本吻合。

由表1和图4的实际测量值与理论计算值研究分析结果表明,随着间距L12的增加,环形激光束的内径和外径同时增加,而环形激光束的光环宽度几乎不变。由试验结果可知,实际测量值与理论计算值基本吻合。

3.2环形激光束的强度分布

通过上述的分析可知,环形激光束的强度(能量密度)分布不均匀。造成这一现象的主要原因是由于准直镜、第一枚圆锥透镜及第二枚圆锥透镜的同轴性较差的缘故。通过上述三枚光学镜片的同轴性调节,可获得能量密度分布均匀的环形激光束,其结果如图5所示。

3.3高分子材料的超高速激光焊接

高分子材料的激光透射焊接原理,即在一定压力条件下,使透射激光高分子材料和吸收激光高分子材料形成搭接接头。激光束穿过透射激光高分子材料照射到吸收激光高分子材料被加热而熔化,同时由于热传导使与之相接触的透射激光熔化,并且随着照射时间的增加,熔化区逐渐增大,当达到所需的熔核尺寸时,停止激光束的照射,在压力的继续维持下,在高分子材料的搭接接头的结合面形成了永久性连接。由于焊缝在搭接接头的结合面形成,所以高分子材料的激光焊接表面质量非常好。

将TPV-弹性体和PP-聚丙烯按照如图6所示的方式,形成搭接接头。焊接压力的施加是通过中间有圆孔(直径为6mm)的透明有机透玻璃板(70mm×70mm×4mm)实现。图6中两条圆线围成的区域为待焊接区域。

当焊接压力为100N、准直镜焦距为60mm、环形激光束的外径为54mm、环形激光束的内径为47mm时,激光输出功率和照射时间对焊接质量影响的横断面金相照片如图7所示。由图7可知,当热输入量过低(激光输出功率400W及激光照射时间0.4s)时,由于热输入量不足,使得PP-聚丙烯没有充分熔化,热量不能充分传递给TPV-弹性体,两种材料只是通过范德华分子间力结合在一起,所以环形焊缝高分子材料搭接接头结合面积小并且结合不良,如图7(a)所示;当热输入量过高(激光输出功率1200W及激光照射时间0.4s)时,在照片中可以看到黑色孔洞,这是由于热输入量过高,导致环形焊缝搭接接头的高分子材料发生裂解,产生气体造成的,如图7(c)所示;当热输入量适当(激光输出功率800W及激光照射时间0.4s)时,环形焊缝高分子材料搭接接头结合良好,没有焊接缺陷存在,如图7(b)所示。

当焊接压力为100N;激光输出功率为400~1400W,激光照射时间为0.08~0.6s;准直镜焦距为60mm、环形激光束的外径为54mm、内径为47mm时,对TPV-弹性体和PP-聚丙烯进行多组激光焊接试验,并将不同焊接工艺下的试验样件沿垂直于环形焊缝方向切割成10mm×30mm小块,进行拉伸剪切试验。激光

输出功率和照射时间对环形焊缝高分子材料搭接接头的拉伸剪切强度如图8所示。由图可知,当激光输出功率为800W,激光照射时间为0.6s时,其拉伸剪切强度达到最大值(断裂位置位于TPV-弹性体的母材上,2.4MPa);当激光输出功率为1000W,激光照射时间为0.08s时,其拉伸剪切强度较小(1.0MPa),断裂位置位于搭接接头的结合面上。

在最大拉伸剪切强度时环形焊缝高分子材料搭接接头的横断面如图9所示。由图可知,两种高分子材料很好地熔合在一起,熔合线处产生了高低不平的现象。这也是由于两种高分子材料在适合温度下被激励,在焊接压力的作用下,导致两种高分子材料分子发生相互扩散,形成了化学键,紧密接合在一起。

4、结论

篇4

首先，智能材料家族将成为可穿戴设备不可或缺的一部分。

由形状记忆合金、光致变色材料、电致变色材料、压电材料、智能高分子材料等组成的庞大的智能材料家族是可穿戴设备的完美搭配。

智能材料中的形状记忆合金具有很强的可弯曲性，并且能够记忆自身的形状，日常使用的抗弯折眼镜框、可植入人体的人造骨骼和人造卫星的太阳能电池板等都是由形状记忆合金制作而成。如果能将这种材料应用于可穿戴设备，它将能够自动记忆人体曲线，在接触到人体的时候自动变化为适应每个人的体型并自动固定。甚至，如果把现在的智能手机直接制作在形状记忆合金之上，那么整个可穿戴设备将能够贴合于人体，实现真正的“与人融合”。

光致变色材料、电致变色材料和智能高分子材料，将能够监测人体的各项生命体征以及外部环境的变化，并通过自身变化直观地表示出来。人们也许可以不用打开显示屏，就能够获得足够多的信息，比如它可以感受周围的气温，甚至是空气污染的程度，并通过颜色变化的方式表现出来。周围的环境变化将不再是冷冰冰的数字，其呈现的方式将更加智能化。压电材料给可穿戴设备的带来的革命将更为巨大，将其植入可穿戴设备中，能够将人体的每一次活动中微小的能量都收集起来，这将能够提供源源不断的电力供应，可穿戴设备将能够摆脱电池的束缚，实现真正的轻量化和长续航。

其次，智能材料与可穿戴设备的结合将彻底革新人们对于“智能”的定义。

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关键词：道路工程；沥青；自愈合；疲劳寿命

Abstract: This paper analyzes the asphalt self-healing effect on fatigue life of asphalt at home and abroad, and self healing properties are reviewed.

Keywords: road engineering; asphalt; self-healing; fatigue life

中图分类号：文献标识码：A 文章编号：

1.沥青自愈合性能

1874年，纽约哥伦比亚地区修建了世界上第一条热拌沥青混合料路面[1]，经过100多年的发展，沥青路面已经成为公路路面的主要形式。但是在沥青路面的使用过程中，不可避免的出现了疲劳开裂等病害现象。轻者路面结构的使用寿命会减少，重者整个结构的安全都会被危及，造成了严重的经济损失。因此如何及时有效的修复出现的裂纹和损伤成为一个亟需研究的问题。沥青的疲劳损伤首先以微开裂的形式存在，由于现有检测技术的局限性，这些微观损伤很难被探测到，以至于对微裂缝的及时修复变得非常困难。但是，如果这些微观损伤得不到及时修复，就有可能进一步发展成为宏观裂缝，影响沥青混凝土结构的正常使用性能和使用寿命[2-3]。

根据传统的损伤理论，沥青发生疲劳损伤后性能是不可恢复的。但随着研究的不断深入，研究者们发现，在荷载的间歇期间，沥青的模量和强度等性能是可以慢慢恢复的，这就是沥青的自愈性，而且自愈性与沥青品种、温度、间歇时间、荷载水平存在关系。

作为一种粘弹性材料，沥青还具有触变性，即在荷载的作用下，沥青的粘度降低，荷载间歇时间，粘度又会逐渐恢复。研究表明，荷载作用初期，沥青模量的降低是由触变性引起的，而该阶段沥青的自愈性也是由触变性引起的。

当荷载作用超过触变性的影响范围后，沥青的内部结构将发生变化，甚至出现银纹，沥青试样出现银纹以后，虽然间歇时间足够长沥青的复数模量仍然可以完全恢复，但内部结构已经发生了变化，研究认为，沥青裂缝的自愈合过程分三步：（1）由应力和沥青的流动性能引起微裂缝的关闭（2）由表面能驱使两个裂缝表面的黏合过程引起微裂缝的关闭（3）由沥青基团结构的扩散引发的力学性能的恢复。第一步被认为是速度最快的，但仅仅导致模量的恢复；第二步和第三步被认为相对慢得多，但能够同时使得材料的模量和强度得到恢复使得愈合后的材料使用性能与原始状态相差无几。沥青的自愈合能力与沥青本身的流变性能关系密切，包括流动性，弹性恢复（抵抗恒定应力的能力），润湿及自扩散[4-5]。

2.国内外研究进展综述

传统的高分子材料损伤理论是在应力作用下，高分子材料出现微变形，由此引发微裂缝和微空洞，这些微裂缝和微空洞继续发展成为明显的病害，这种损伤理论成功的解释了高分子材料性能的退化原因[6-10]。但以往的研究成果多数基于高分子材料的损伤是不可逆的这一事实。但是在加载的间隙，由于高分子材料的流变性能，微裂缝和微空洞能在一定程度上闭合，同时引起材料性能和硬度的一定恢复，这个过程有短时间的流变过程和长时间的扩散过程[11]，这与传统的连续损伤描述不同。事实上只要有足够的间歇时间，材料的性能能恢复到与损伤前完全一样的性能[12-14]。

沥青混凝土的自愈合性能40年之前就已经被认识到[15]，研究者指出当荷载间歇期增长时，沥青混凝土的疲劳寿命会随之延长。其它研究者通过采用直接拉伸疲劳模式进行类似的测试，证明了这个基本的观测结果。一些研究者试图通过相对简单的表征方法来证实影响愈合潜力的材料特征。例如，Kim[16]在设定间歇期为5-40分钟的前提下，对沥青砂混合料进行了弯曲疲劳实验。然后对间歇期前后的伪应变能密度进行了对比分析。这篇文章之所以引入伪应变这个概念，是为了将其作为分离与粘弹性过程相关的恢复和与实际微观结构愈合机理相关的恢复的一种方法。利用由这些能量密度值定义的指数和对沥青进行化学分析，研究沥青自愈性能和化学成分之间的关系，得出了两个与沥青自愈合性能有关的参数指标：亚甲基甲基的碳氢比MMHC，和亚甲基甲基的数目比CH2/CH3。在一定的分支率的条件下，MMHC代表了沥青分子链的分支数目，CH2/CH3代表了链的长度，这两个参数与沥青的自愈合具有良好的相关性[17]。研究表明，分子链更长，分支更少的分子结构自愈合性能更优[18]。Bhasin验证了KIM的观点，但是发现，这个现象有另一种解释，沥青分子的自扩散性，影响着沥青的本身自愈合性能[19]。

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2生物材料的类型与应用生物材料种类繁多,到目前为止,被详细研究过的生物材料已经超过一千种,在医学临床上广泛应用的也有几十种,涉及材料学科各个领域。依据不同的分类标准,可以分为不同的类型。

2.1以材料的生物性能为分类标准根据材料的生物性能,生物材料可分为生物惰性材料、生物活性材料、生物降解材料和生物复合材料四类。

2.1.1生物惰性材料生物惰性材料是指一类在生物环境中能保持稳定,不发生或仅发生微弱化学反应的生物医学材料,主要是生物陶瓷类和医用合金类材料。由于在实际中不存在完全惰性的材料,因此生物惰性材料在机体内也只是基本上不发生化学反应,它与组织间的结合主要是组织长入其粗糙不平的表面形成一种机械嵌联,即形态结合。生物惰性材料主要包括以下几类:(1)氧化物陶瓷主要包括氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷.氧化铝陶瓷中以纯刚玉及其复合材料的人工关节和人工骨为主,具体包括纯刚玉双杯式人工髋关节;纯刚玉—金属复合型人工股骨头;纯刚玉—聚甲基丙烯酸酯—钴铬钼合金铰链式膝关节,其他人工骨、人工牙根等。(2)玻璃陶瓷该材料主要用来制作部分人工关节。(3)Si3N4陶瓷该类材料主要用来制作一些作为替代用的较小的人工骨,目前还不能用作承重材料。(4)医用碳素材料它主要被作为制作人工心脏瓣膜等人工脏器以及人工关节等方面的材料。(5)医用金属材料该类材料是目前人体承重材料中应用最广泛的材料,在其表面涂上活性生物材料后可增加它与人体环境的相容性.同时它还能制作各类其他人体骨的替代物。

2.1.2生物活性材料生物活性材料是一类能诱出或调节生物活性的生物医学材料。但是,也有人认为生物活性是增进细胞活性或新组织再生的性质。现在,生物活性材料的概念已建立了牢固的基础,其应用范围也大大扩充.一些生物医用高分子材料,特别是某些天然高分子材料及合成高分子材料都被视为生物活性材料.羟基磷灰石是一种典型的生物活性材料。由于人体骨的主要无机质成分为该材料,故当材料植入体内时不仅能传导成骨,而且能与新骨形成骨键合。在肌肉、韧带或皮下种植时,能与组织密合,无炎症或刺激反应.生物活性材料主要有以下几类:

(1)羟基磷灰石,它是目前研究最多的生物活性材料之一,作为最有代表性的生物活性陶瓷—羟基磷灰石(简称HAP)材料的研究,在近代生物医学工程学科领域一直受到人们的密切关注.羟基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2]是脊椎动物骨和齿的主要无机成分,结构也非常相近,与动物体组织的相容性好、无毒副作用、界面活性优于各类医用钛合金、硅橡胶及植骨用碳素材料。因此可广泛应用于生物硬组织的修复和替换材料,如口腔种植、牙槽脊增高、耳小骨替换、脊椎骨替换等多个方面.另外,在HA生物陶瓷中耳通气引流管、颌面骨、鼻梁、假眼球以及填充用HA颗粒和抑制癌细胞用HA微晶粉方面也有广泛的应用.又因为该材料受到本身脆性高、抗折强度低的限制,因此在承重材料应用方面受到了限制.现在该材料已引起世界各国学者的广泛关注。目前制备多孔陶瓷和复合材料是该材料的重要发展方向,涂层材料也是重要分支之一。该类材料以医用为目的,主要包括制粉、烧结、性能实验和临床应用几部分。

(2)磷酸钙生物活性材料这种材料主要包括磷酸钙骨水泥和磷酸钙陶瓷纤维两类.前者是一种广泛用于骨修补和固定关节的新型材料,有望部分取代传统的PMMA有机骨水泥.国内研究抗压强度已达60MPa以上。后者具有一定的机械强度和生物活性,可用于无机骨水泥的补强及制备有机与无机复合型植入材料。

(3)磁性材料生物磁性陶瓷材料主要为治疗癌症用磁性材料,它属于功能性活性生物材料的一种。把它植入肿瘤病灶内,在外部交变磁场作用下,产生磁滞热效应,导致磁性材料区域内局部温度升高,借以杀死肿瘤细胞,抑制肿瘤的发展。动物实验效果良好。

(4)生物玻璃生物玻璃主要指微晶玻璃,包括生物活性微晶玻璃和可加工生物活性微晶玻璃两类。目前关于该方向的研究已成为生物材料的主要研究方向之一。

2.1.3生物降解材料所谓可降解生物材料是指那些在被植入人体以后,能够不断的发生分解,分解产物能够被生物体所吸收或排出体外的一类材料,主要包括β-TCP生物降解陶瓷和生物陶瓷药物载体两类,前者主要用于修复良性骨肿瘤或瘤样病变手术刮除后所致缺损,而后者主要用作微药库型载体,可根据要求制成一定形状和大小的中空结构,用于各种骨科疾病。

2.1.4生物复合材料生物复合材料又称为生物医用复合材料,它是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医学材料,并且与其所有单体的性能相比,复合材料的性能都有较大程度的提高的材料。制备该类材料的目的就是进一步提高或改善某一种生物材料的性能。该类材料主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制造,它除应具有预期的物理化学性质之外,还必须满足生物相容性的要求,这里不仅要求组分材料自身必须满足生物相容性要求,而且复合之后不允许出现有损材料生物学性能的性质。按基材分生物复合材料可分为高分子基、金属基和陶瓷基三类,它们既可以作为生物复合材料的基材,又可作为增强体或填料,它们之间的相互搭配或组合形成了大量性质各异的生物医学复合材料,利用生物技术,一些活体组织、细胞和诱导组织再生的生长因子被引入了生物医学材料,大大改善了其生物学性能,并可使其具有药物治疗功能,已成为生物医学材料的一个十分重要的发展方向,根据材料植入体内后引起的组织反应类型和水平,它又可分为近于生物惰性的、生物活性的、可生物降解和吸收等几种类型。人和动物中绝大多数组织均可视为复合材料,生物医学复合材料的发展为获得真正仿生的生物材料开辟了广阔的途径。

2.2以材料的属性为分类标准

2.2.1生物医用金属材料生物医用金属材料是用作生物医学材料的金属或合金,又称外科用金属材料或医用金属材料,是一类惰性材料,这类材料具有高的机械强度和抗疲劳性能,是临床应用最广泛的承力植入材料。该类材料的应用非常广泛,及硬组织、软组织、人工器官和外科辅助器材等各个方面,除了要求它具有良好的力学性能及相关的物理性质外,优良的抗生理腐蚀性和生物相容性也是其必须具备的条件。医用金属材料应用中的主要问题是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的退变,前者可能导致毒副作用,后者常常导致植入的失败。已经用于临床的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合金等三大类。此外,还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。

2.2.2生物医用高分子材料医用高分子材料是生物医学材料中发展最早、应用最广泛、用量最大的材料,也是一个正在迅速发展的领域。它有天然产物和人工合成两个来源,该材料除应满足一般的物理、化学性能要求外,还必须具有足够好的生物相容性。按性质医用高分子材料可分为非降解型和可生物降解型两类。对于前者,要求其在生物环境中能长期保持稳定,不发生降解、交联或物理磨损等,并具有良好的物理机械性能。并不要求它绝对稳定,但是要求其本身和少量的降解产物不对机体产生明显的毒副作用,同时材料不致发生灾难性破坏。该类材料主要用于人体软、硬组织修复体、人工器官、人造血管、接触镜、膜材、粘接剂和管腔制品等方面。这类材料主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等.而可降解型高分子主要包括胶原、线性脂肪族聚酯、甲壳素、纤维素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚己丙酯等。它们可在生物环境作用下发生结构破坏和性能蜕变,其降解产物能通过正常的新陈代谢或被机体吸收利用或被排出体外,主要用于药物释放和送达载体及非永久性植入装置.按使用的目的或用途,医用高分子材料还可分为心血管系统、软组织及硬组织等修复材料。用于心血管系统的医用高分子材料应当着重要求其抗凝血性好,不破坏红细胞、血小板,不改变血液中的蛋白并不干扰电解质等。

2.2.3生物医用无机非金属材料或称为生物陶瓷。生物医用非金属材料,又称生物陶瓷。包括陶瓷、玻璃、碳素等无机非金属材料。此类材料化学性能稳定,具有良好的生物相容性。一般来说,生物陶瓷主要包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能活性生物陶瓷三类。其中惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷在前面已经简要作了介绍,而功能活性生物陶瓷是近年来提出的一个新概念.随着生物陶瓷材料研究的深入和越来越多医学问题的出现,对生物陶瓷材料的要求也越来越高。原先的生物陶瓷材料无论是生物惰性的还是生物活性的,强调的是材料在生物体内的组织力学环境和生化环境的适应性,而现在组织电学适应性和能参与生物体物质、能量交换的功能已成为生物材料应具备的条件。因此,又提出了功能活性生物材料的概念。它主要包括以下两类:(1)模拟性生物陶瓷材料该类材料是将天然有机物(如骨胶原、纤维蛋白以及骨形成因子等)和无机生物材料复合,来模拟人体硬组织成分和结构,以改善材料的力学性能和手术的可操作性,并能发挥天然有机物的促进人体硬组织生长的特性。(2)带有治疗功能的生物陶瓷复合材料该类材料是利用骨的压电效应能刺激骨折愈合的特点,使压电陶瓷与生物活性陶瓷复合,在进行骨置换的同时,利用生物体自身运动对置换体产生的压电效应来刺激骨损伤部位的早期硬组织生长。具体来说是由于肿瘤中血管供氧不足,当局部被加热到43~45℃时,癌细胞很容易被杀死。现在最常用的是将铁氧体与生物活性陶瓷复合,填充在因骨肿瘤而产生的骨缺损部位,利用外加交变磁场,充填物因磁滞损耗而产生局部发热,杀死癌细胞,又不影响周围正常组织。现在,功能活性生物陶瓷的研究还处于探索阶段,临床应用鲜有报道,但其发展应用前景是很光明的。各种不同种类的生物陶瓷的物理、化学和生物性能差别很大,在医学领域用途也不同.尤其是功能活性陶瓷更有不可估量的发展前途.临床应用中,生物陶瓷存在的主要问题是强度和韧性较差.氧化铝、氧化锆陶瓷耐压、耐磨和化学稳定性比金属、有机材料都好,但其脆性的问题也没有得到解决。生物活性陶瓷的强度则很难满足人体承力较大部位的需要。

2.2.4生物医用复合材料此类材料在2.1.4中已有介绍,此处不再详述

2.2.5生物衍生材料生物衍生材料是由经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医用材

料,也称为生物再生材料.生物组织可取自同种或异种动物体的组织.特殊处理包括维持组织原有构型而进行的固定、灭菌和消除抗原性的轻微处理,以及拆散原有构型、重建新的物理形态的强烈处理.由于经过处理的生物组织已失去生命力,生物衍生材料是无生命力的材料.但是,由于生物衍生材料或是具有类似于自然组织的构型和功能,或是其组成类似于自然组织,在维持人体动态过程的修复和替换中具有重要作用.主要用于人工心瓣膜、血管修复体、皮肤掩膜、纤维蛋白制品、骨修复体、巩膜修复体、鼻种植体、血液唧筒、血浆增强剂和血液透析膜等.

3.生物材料的性能评价目前关于生物材料性能评价的研究主要集中在生物相容性方面.因为生物相容性是生物材料研究中始终贯穿的主题.它是指生命体组织对生物材料产生反应的一种性能,该材料既能是非活性的又能是活性的.一般是指材料与宿主之间的相容性,包括组织相容性和血液相容性.现在普遍认为,生物相容性包括两大原则,一是生物安全性原则,二是生物功能性原则.生物安全性是植入体内的生物材料要满足的首要性能,是材料与宿主之间能否结合完好的关键.关于生物材料生物学评价标准的研究始于20世纪70年代,目前形成了从细胞水平到整体动物的较完整的评价框架.国际标准化组织(ISO)以10993编号了17个相关标准,同时对生物学评价方法也进行了标准化.迫于现代社会动物保护和减少动物试验的压力,国际上各国专家对体外评价方法进行了大量的研究,同时利用现代分子生物学手段来评价生物材料的安全性、使评价方法从整体动物和细胞水平深入到分子水平.主要在体外细胞毒性试验、遗传性和致癌性试验以及血液相容性评价方法等方面进行了一些研究.但具体评价方法和指标都未统一,更没有标准化.随着对生物材料生物相容性的深入研究,人们发现评价生物材料对生物功能的影响也很重要.关于这一方面的研究主要是体外法。具体来说侧重于对细胞功能的影响和分子生物学评价方面的一些研究。总之,关于生物功能性的原则是提出不久的一个新的生物材料的评价方面,它必将随着研究的不断深入而向前发展.而涉及材料的化学稳定性、疲劳性能、摩擦、磨损性能的生物材料在人体内长期埋植的稳定性是需要开展评价研究的一个重要方面。

4生物材料的发展趋势展望生物材料科学是20世纪新兴学科中最耀眼的新星之一。现在,生物材料科学已成为一门与人类现代医疗保健系统密切相关的边缘学科。其重要性不仅因为它与人类自身密切相关,还因为它跨越了材料、医学、物理、生物化学和现代高科技等诸多学科领域。现在对于该材料的研究已从被动地适应生物环境发展到有目的地设计材料,以达到与生物组织的有机连接。并随着生命科学和材料科学的发展,生物材料必将走向功能性半生命方向。生物材料的临床应用已从短期的替换和填充发展成永久性牢固种植,并与其它高科技(如电子技术、信息处理技术)相结合,制备富有应用潜力的医疗器械。生物材料的研究在世界各国也日益受到重视.四年一次的世界生物材料大会代表着国际上生物材料研究的发展动态和目前的水平。分析认为,以下几个方面是生物材料今后研究发展的几个主要方向:

(1)发展具有主动诱导、激发人体组织和器官再生修复功能的,能参与人体能量和物质交换产生相互结合的功能性活性生物材料,将成为生物材料研究的主要方向之一。

(2)把生物陶瓷与高分子聚合物或生物玻璃进行二元或多元复合,来制备接近人体骨真实情况的骨修复或替代材料将成为研究的重要方向之一。

(3)制备接近天然人骨形态的、纳微米相结合的、用于承重的、多孔型生物复合材料将成为方向之一。

(4)用于延长药效时间、提高药物效率和稳定性、减少用量及对机体的毒副作用的药物传递材料将成为研究热点之一。

(5)血液相容性人工脏器材料的研究也是突破方向之一。

(6)如何能够制备出纳米尺寸的生物材料的工艺以及纳米生物材料本身将成为研究热点之一。

篇7

关键词： 新课改 高中化学教学 价值观

展望世界未来的发展，以知识为主要劳动生产资料的产业，将成为未来商品生产的主流。化学课程作为自然科学之一，起着至关重要的作用，下面谈谈笔者在高中化学教学中的体会。

一、哲学角度的高中化学教育价值观

一般的价值概念，表示物人有用或使人愉快的特殊属性，即表示物为人而存在的自然关系或物的社会存在本性。作为哲学术语的价值，在时空领域里，它表示物能满足人的某种需要的供求关系，或人赋予物有用性的社会存在。人类不仅要生活，而且要生活得更加美好，生活得更加富有价值。教育是达到人生最高目标，实现人生最高价值的一个基础工程。所以教育问题受哲学价值论的支配与价值问题密切相关。

按照教育价值的定义，化学教育价值有两层含义：一是化学教育中的内蕴价值，它讨论社会对化学教育的需要或蓝图规划问题，化学教育应该在学生身上实现哪些价值，即化学教育的目标是什么，教什么。全日制高级中学化学教学大纲明确指出，全日制高级中学化学教学的目的是使学生进一步学习一些化学基础知识和基本技能，了解化学与社会、生活、生产、科学技术的密切联系及重要应用，教育学生关心环境、能源、卫生、健康等与现代社会有关的化学问题；培养他们的科学态度和训练他们的科学方法；培养和发展学生的能力及创新精神，进行思想品德和辩证唯物主义教育。二是化学教育的功能价值，它讨论怎样的教学活动才具有教育上的价值，即教师怎么教、学生怎么学才能使学生有效地获得化学教育中的内蕴价值。从化学教育的整体过程看，化学教育实践有活动目标和活动手段需要研究，所以必然包括化学教育的价值目标和价值目标实现的基本策略这两个价值子系统。

二、高中化学新教材的价值取向分析

化学教育目标的确定，决定于化学教育的价值取向。而被教育者又是教育形式、方法所服侍的价值主体。所以，化学教育价值研究，成了化学教育理论与实践的必备基础。近年来，化学教育的研究主题就是强调化学教育的价值：一是化学是未来世纪的中心学科；二是化学教育要向公众普及，化学教育既包括未来化学家的教育，又包括非化学家的教育；三是化学教育要联系社会；四是化学教育要在能源、环境、材料及生命科学中发挥重要作用。以上的化学教育价值分类只具有相对性，不应该绝对化。因为价值是客观的，是从主体和客体之间的供需关系中产生的，所以价值应是主观需要和客观可能的辩证统一。如在化学教育活动中，应根据化学教育的总体目标和学生的认知规律和知识水平，因人施教，因时施教，形成一定的目标递进层次结构。无论是在课程规划、教材编写、教法研究，还是具体的课堂教学活动中，都必须应用辩证统一的价值观，指导化学教育的价值活动。

三、高中化学新教材的价值定位的表现

就高中化学而言，我国传统的化学教育观认为，化学教育是培养具有化学专长的人才，仅关心提高课程内容的理论水平和化学学科知识技能的传授，而不考虑大多数人提高化学素质的需要及创新能力的培养，致使大多数人学了化学用不上或不会用。他们缺乏化学的综合素质和创新意识，不了解化学与社会、化学与材料、化学与能源、化学与环境、化学与生命科学等的密切关系。高中化学新教材在改革化学学术性课程的同时，更强调了社会、生活、生产、科学技术的创新对化学的需要，体现了由纯化学学科走向应用技术与化学相结合的现代化学教育价值观。

新教材的化学教育目标，不仅限于培养继承传统化学知识技能的人，更包括了提高全体公民的素质，培养学生的创新精神和实践能力，最终达到提高综合国力的目的。为此，高中化学新教材的价值定位表现在：

（一）化学与新材料、新技术。新教材在高一教材中介绍了高温结构陶瓷、光导纤维、C60等新型无机非金属材料；在高二教材中介绍了金属陶瓷、超导材料等金属材料，功能高分子材料、复合高分子材料等新型有机高分子材料；高三教材中氯碱工业里新型的离子交换膜等。材料是科学技术的先导，没有新材料的发展，不可能使新的科学技术成为现实生产力。通过对新材料的学习，学生明确学习化学的目的，提高学习兴趣。新教材是很好的爱国主义教育，把化学科学的进步与人类物质文明、精神文明的关系讲明，使学生理解学习化学的重要性，激发学生学好化学的社会责任感。

（二）化学与能源。化学反应所释放的能量是现代能量的主要来源之一，研究化学反应中能量变化具有非常现实的意义。高中化学新教材首次在化学教学中渗透了能量观点，如在高一化学第一章里提出如何提高燃料的利用率，开发新能源等与社会相关的问题。在卤素中新增了海水资源及其综合利用，在几种重要金属中增加了金属的回收和资源保护，在原电池一节介绍了化学电源和新型电池等。化学与能量、能源观点的建立，不仅仅为了教育学生节约能源，树立环境保护意识，更侧重于培养学生创新意识和创新能力，增强社会进步责任感。尤其是在第二轮新教材改革中增加了一些开放性问题的研究，有利于培养学生的创新能力、实践能力、团结协作能力等。

（三）化学与环境。新教材中介绍了臭氧层的破坏、酸雨、温室效应、光化学烟雾、白色垃圾、土壤，以及水污染等环境污染问题及其防治。并将居室中化学污染及防治、生活中常见污染物和防治污染”放在选学教材中。在治理这些环境污染问题中，化学已经并将继续发挥重大作用，大幅度地增强了学生的社会环保责任感，提高了学习化学的兴趣。

篇8

树立学生的学习信心

近几年，由于高考的改革，中学采取模块式教学，学生根据高考需要，可以选择不同课程学习，导致许多学生根本没有学过有机化学。而高校授课学时的压缩又导致学生无机化学的理论基础非常薄弱，所以很多学生担心有机化学很难学好。可以告诉学生有机化学与无机化学联系并不紧密，对有机化学的学习影响不是太大，主要用到部分物质结构知识，我们会在课堂中复习，消除学生的恐惧心理。还应结合专业特点，介绍有机化学与专业的关系，有机化学知识在相关行业领域的应用及重要性，使学生了解有机化学学习的重要性，并让学生感受到有机化学是可以学以致用的，从而提高学生的学习信心及积极性。如：针对生物制药类专业的同学，可着重讲述有机化学在药物合成中的作用。现今，95%的药品都来自化学合成，没有有机化学的发展就没有新药物开发，就没有现代医学。过去曾长期危害人类健康的结核病、霍乱、伤寒、疟疾、传染性肝炎等疾病，由于特效药的出现已得到有效的治疗[2]。针对环境科学的同学可重点介绍与环境治理相关的有机化学知识，如：室内装修甲醛、甲苯的危害，墨西哥湾漏油事件，各种固气体废弃物的处理等。针对高分子专业的同学则要重点介绍有机高分子材料如：聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂、双酚A等的制备与应用。这样能成功地吸引学生的注意力，激发学生对有机化学的学习兴趣，为课程的教学奠定良好的基础。

精致课件，提高有机化学的趣味性

多媒体教学具有传统教学方式无法比拟的优势，利用多媒体可以达到事半功倍的效果。它不但能增加课堂教学传播的信息量，提高教学效率，而且能使教师教学更形象生动，提高教学质量。选用图文并茂、数据翔实、多彩多色的PPT教学来取代传统黑板板书，可以让抽象内容形象化、直观化，学生学习起来就会觉得生动有趣而不再枯燥乏。根据课程需要精致一套切实可用的课件非常必要，课件制作太呆板会使学生产生视觉疲劳而厌倦，而过于花哨的课件又会过于分散学生的注意力，影响学生思考[2]。一般来讲，朴素的底色配以清晰的文字、版面简洁、题目醒目的多媒体课件很受欢迎。利用Flas制作技术及PPT动画设计功能，可以将每一个分子的结构、反应及反应机理，反应中反应物的立体变化等演变历程清楚地呈现在学生的面前，从而使有机反应更生动、明了、直观、逼真。利用三维立体图，辅助动态效果以及声音，能够将复杂的立体结构及反应过程生动形象地表示出来。这些将抽象内容形象化的多媒体教学，可以使学生更直观地了解抽象的反应过程，降低接受理解的难度，从而对知识掌握得更深刻更全面。

篇9

[高考题回放]

【例1】（2013·四川理综）下列物质分类正确的是（）

A.SO2、SiO2、CO均为酸性氧化物

B.稀豆浆、硅酸、氯化铁溶液均为胶体

C.烧碱、冰醋酸、四氯化碳均为电解质

D.福尔马林、水玻璃、氨水均为混合物

解析：酸性氧化物是指能与碱反应生成盐和水的氧化物，SO2、SiO2为酸性氧化物，而CO为不成盐氧化物，A项错；胶体是分散质粒子直径介于1～100nm之间的一种分散系，稀豆浆、硅酸溶液都是胶体，而氯化铁溶液不是胶体，B项错；电解质是指溶于水或受热熔化时能导电的化合物，烧碱和冰醋酸是电解质，四氯化碳为非电解质，C项错；混合物是指由两种或多种物质混合而成的物质，福尔马林是甲醛的水溶液，水玻璃是Na2SiO3的水溶液，氨水是NH3的水溶液，均为混合物，D项正确。

答案：D

【例2】（2013·天津理综）运用有关概念判断下列叙述正确的是（）

D.BaSO4的水溶液不易导电，故BaSO4是弱电解质

答案：B

【例3】（2012·山东理综）下列与化学概念有关的说法正确的是（）

A.化合反应均为氧化还原反应

B.金属氧化物均为碱性氧化物

C.催化剂能改变可逆反应达到平衡的时间

D.石油是混合物，其分馏产品汽油为纯净物

答案：C

考情分析：物质的组成、性质和分类是近几年高考测试的热点，主要以选择题形式考查考生对相关概念的内涵及外延的理解情况，命题主要涉及：①物理变化与化学变化的区别与联系，特别是煤的干馏、气化和液化，以及石油的分馏、裂化（或裂解）等；②混合物（特别是溶液、胶体）和纯净物、单质和化合物、金属和非金属的概念；③酸、碱、盐、氧化物（碱性氧化物和酸性氧化物）的概念及其相互联系；④电解质和非电解质、强电解质和弱电解质的概念；⑤燃烧热和中和热的概念；⑥同位素、同素异形体、同系物和同分异构体的概念等。此类试题的难度较小，体现高考对知识内容了解层次的要求，要求考生“对化学知识有初步认识，能够正确复述、再现、辨认或直接使用”。

[新题速递]

1.运用相关概念，判断下列有关说法中正确的是（）

A.HClO是弱酸，所以NaClO是弱电解质

B.HCl溶液和NaCl溶液均通过离子导电，所以HCl和NaCl均是离子化合物

C.煤的干馏和石油的分馏均属化学变化

D.葡萄糖注射液不能产生丁达尔效应现象，不属于胶体

2.下列有关推断中正确的是（）

B.金属与盐溶液的反应都是置换反应

C.与强酸、强碱都反应的物质只有两性氧化物或两性氢氧化物

D.人造纤维、合成纤维和碳纤维都属于有机高分子材料

3.化学与生活密切相关，下列有关说法正确的是（）

A.石油、煤、天然气、可燃冰、植物油都属于化石燃料

B.煤经气化和液化两个物理变化过程，可变为清洁能源

C.淀粉、纤维素和蛋白质都属于天然高分子化合物

D.制作航天服的聚酯纤维和用于光缆通信的光导纤维都是新型无机非金属材料

二、化学用语

[高考题回放]

【例1】（2013·江苏化学）下列有关化学用语表示正确的是（）

C.氯原子的结构示意图：

D.中子数为146、质子数为92的铀（U）原子：14692U

答案：B

答案：BD

【例3】（2011·江苏化学）下列有关化学用语表示正确的是（）

答案：C

考情分析：分析近几年高考试题发现，高考对化学用语的考查主要有：①常见元素的名称、符号、离子符号；②原子（或离子）结构示意图、分子式、结构式和结构简式的表示方法；③相对原子质量、相对分子质量的定义；④质子数、中子数、质量数和原子的表示等。题型以选择题或填空题为主，题目的难度较小，侧重考查考生对相关概念的理解及应用能力。

[新题速递]

1.下列化学用语正确的是（）

C.Cl-的结构示意图：

D.甲烷分子的比例模型：

2.化学用语是学习化学的重要工具，以下化学用语表示错误的是（）

3.对下列化学用语的理解正确的是（）

A.原子结构示意图：可以表示12C，也可以表示14C

B.比例模型：可以表示二氧化碳分子，也可以表示水分子

三、化学常用计量

[高考题回放]

答案：B

考情分析：近几年，高考对化学常用计量的考查，主要以选择题形式考查有关阿伏加德罗常数的应用等问题，没有出现单纯考查物质的量、物质的量浓度的计算试题，涉及：①物质的量的单位——摩尔（mol）、摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度、阿伏加德罗常数的含义；②物质的量与微粒（原子、分子、离子等）数目、气体体积（标准状况下）之间的相互关系进行有关计算等。此类试题的难度较大，综合性较强，特别是有关阿伏加德罗常数问题，往往与气体摩尔体积、物质的量浓度、弱电解质的电离、盐类的水解、物质的结构、电子的转移等知识相联系，侧重考查考生的综合分析能力、简单计算能力。

四、溶液和胶体

[高考题回放]

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关键词：巴布剂；制备工艺；质量评价

巴布剂是一类经皮给药系统的制剂，其历史悠久，其实质是一种具有载药量大、透皮效果好、药物成分可测、质量可控、透气性好、对皮肤无刺激性的透皮给药系统。中药巴布剂是指药材提取物、药材或化学药物与适宜的亲水性基质混匀后，涂布于背衬材料上制成的贴膏剂。《中国药典》2000版一部附录中正式收载了巴布膏剂，并对其生产工艺与贮藏条件，以及黏着力实验、赋形性试验、含膏量等都作了明确的规定，为中药巴布剂的质量控制提供了法定依据。目前，国内外对中药巴布剂的研究主要在基质材料的选择及配比、透皮吸收促进剂的选择等成型工艺与质量评价方面。

1　巴布剂的特点

巴布剂具有给药剂量准确、吸收面积小、血药浓度稳定、使用舒适方便等优点。具有包容药量大、透皮效果好、药量成分可控并缓释、透气性好、对皮肤生物相溶性好、耐汗、重复揭贴性好、无刺激等特点，是理想的外用药物传输平台。使用安全，不对心、脑、肝、肾等重要器官产生毒副作用。同时，不含传统膏药所特有的黄丹、香油等物质，不会产生铅中毒、皮肤过敏等不良反应，而且不会污损衣物，特别适用于各类中药浸膏制剂。与口服药相比较，无须经过消化道，不受食物、胃液的影响和破坏，生物利用度高。在迅速起效的基础上，追求治疗效益的最大化，避免了通常口服给药对胃肠黏膜和肝脏所造成的刺激和损害。较适用于那些由于各种原因不易口服给药的患者。大大提高了患者的顺应性，避免了漏服、重复服用所产生的病情波动，有效避免不经意间造成的用药风险。

2　基质的选择

巴布剂不同于口服制剂和注射剂，其主药、基质和背衬为一整体，相互对皮肤和黏膜发挥作用。包括基质、黏着剂、填充剂、保湿剂、透皮吸收促进剂等。

基质的组成对巴布膏剂的含水量、生物利用度、舒适性及透气性等因素起主导作用。基质的组成和配比随着药物不同而进行调整，使巴布剂既有很好的黏着力，又有较好的延展性、保湿性和一定的强度。

2．1基质的优化选择条件①贴敷舒适：透气、揭下无疼痛感、皮肤无残留、接触汗液不发黏(交联型)；②载药量大；③生产无“三废”(完全避免使用有机溶剂)；④适用范围广：可用于水溶性或脂溶性药物、中药材(粉末)及中药提取物等；⑤基质含水、甘油、山梨醇等保湿成分，具有滋润皮肤、促进皮肤水化等作用(有利于活性成分经皮吸收)；⑥可反复揭贴，对黏性影响小；⑦对皮肤无刺激性及致敏性；⑧使用时可以根据应用部位的面积大小切割成适当的尺寸，方便调整用药剂量；⑨作用持久。

2．2基质材料的组成主要是亲水性物质，巴布剂基质用材料主要有黏着剂、填充剂、保湿剂、透皮促进吸收剂等。①黏着剂：巴布剂膏体产生黏性的主要基质，包括天然高分子聚合物、半合成高分子聚合物等，其中常用的有海藻酸钠、西黄耆胶、淀粉、明胶、阿拉伯胶、桃胶、甲基纤维素、羧甲基纤维素及钠盐、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酸酯、聚乙二醇、十八醇等。②填充剂：巴布剂成型的关键，用量一般在黏性基质的20％以上。常用的填充剂有高岭土、氧化锌、微粉硅胶、碳酸钙、白陶土、硅藻土、二氧化钛等。③保湿剂：保证巴布剂含水量的物质，对巴布剂的黏着性、赋形性、释放度的影响很大，巴布剂含水量最大可达到60％，故保湿剂的选择十分重要。

2．3基质的配比如何使巴布剂既有很好的黏着力，又有较好的延展性、保湿性和一定的强度(不烂膏)，基质在配方和比例上均有严格的要求。从目前公开的方案来看，尚无公认合理的指标衡量。基质也各有不同，都是根据具体药材，采用正交试验或均匀设计法进行实验研究，寻找最佳配比。如，马蓉等用正交实验法对巴布剂基质配比进行研究，得出以阿拉伯胶、西黄蓍胶、甘油、压敏胶、氧化锌按2:2:4:0.6:0.1的配比为最佳的结论，并以该基质制成复方甲硝唑巴布剂，其黏性适中、涂布均匀、剥离性好、不易干燥。王建新等采用均匀设计法，以黏着强度为指标，筛选中药巴布剂基质。以所得回归方程对基质组成比例进行优化，确定基质的最佳配比为明胶、西黄蓍胶、聚7醇400、聚丙烯酸、甘油、氧化锌=3:4:5:4:4:0.3。杏钱巴布剂以民间秘方为依据，选取杏仁、马钱子2味中药提取精制后加入高分子基质制成，其中确定基质的最佳配比为聚乙烯醇、明胶、甘油、聚乙烯吡咯烷酮=7:3:10:0.6。颜锋等用正交实验法中的拟因子设计法，以拉力为指标对巴布剂基质配比进行研究。得出最佳配比为桃胶、西黄耆胶、甘油、氧化锌、聚丙烯酸=2:3:2:0.1:0.1的结论并以该基质与中药提取物制成治疗颈椎病的中药巴布剂，其黏性适度、涂展性、保湿性均良好，临床验证对皮肤无刺激性和致敏性。

2．4常用的基质聚山梨糖醇、聚乙烯吡略烷酮、聚乙烯醇、明胶、甘油等。

3　制备工艺

3．1 制各工艺 基质原料一粉碎过筛一混合一加温软化一加主药混合―药膏一加温软化涂布于背衬一加衬垫裁切―包装一成品。中药巴布剂的物理性状，除受原料的影响、基质配方配比的影响以外，制备工艺是影响巴布剂膏体物理性状的重要因素之一。巴布剂基质中含有多种水溶性高分子化合物，在制备过程中要特别注意混合方法、搅拌时间及水浴温度控制。水溶性高分子化合物搅拌时应注意剪切速率不能过快，否则其相对分子质量降低后就得不到其应有的黏性。尤其注意的是高分子化合物的添加方法，选择适当的添加方法是制成巴布剂的关键。

3．2工艺要求和性能要点①二价离子，如Ca2+但交联作用较差，不宜单独使用。②添加适量螯合剂(EDTA)，将部分游离的铝离子整合，从而降低反应速率。通过增减螯合剂的用量，可调节交联速度，使形成凝胶的时间与生产工艺相适应，确保充足的时间进行涂布，而且在较短的时间内达到适宜的强度。③调节适宜的pH值，pH值对交联速度有一定影响，一般酸性强则交联速度更快。此外，适宜的pH值也受皮肤耐受性的要求，酸性过强膏体则不易混合均匀。④有些文献中采用加热干燥成型，需要注意水分过度蒸发导致该剂型的最重要的(即含水量大)特点丧失。⑤巴布剂的完全交联可能持续相当长的时间，因此，制备完成的产品黏着力可能不能代表最终产品在使用时的黏着力。⑥丙烯酸聚合物、交联剂和交联调节剂的类型和用量。活性成分和其他聚合物的类型和用量，甚至含水量等因素，均影响基质的交联速度，并最终影响巴布剂的黏附性、赋形性以及药物释放性质等。因此，对各种因素需综合考虑。

4　巴布剂的质量评价

中药巴布剂的质量评价一般分为外观质量指标与仪器检测指标两大类，中药巴布剂体外质量评价的理论指标主要包括药物黏着性、赋形性、稳定性、药物释放度等，《中国药典》(2005年版)对其黏着力、赋形性和含膏量测定提供了实验指导方法。

4．1 外观质量指标 巴布剂体外质量评价的理化指标应包括药物黏着性、赋形性、稳定性、皮肤刺激性、药物释放度等多方面内容。

巴布剂的物理性状，除受原料的影响、基质配方配比的影响以外。制备工艺是影响巴布剂膏体物理性状的重要制备过程中要特别注意混合方法、搅拌时间及水浴温度控制。水溶性高分子化合物搅拌时应注意剪切速率不能过大，否则其相对分子质量降低后就得不到其应有的黏性。尤其注意的是高分子化合物的添加方法，选择适当的添加方法是制成巴布剂的关键。刘淑芝等研究发现中药巴布剂制备工艺的最好条件是：搅拌炼20－40min，炼和温度为50℃，各组分添加次序以无机填充剂先与赋形剂混合，然后再加入黏性剂，基质制成后再加人中药浸膏组分。用该工艺制成的巴布剂黏弹性好，柔软易贴敷。

4．2含量测定研究者采用各种方法进行质量评价，如薄层色谱法，完整皮肤刺激试验，高效液相色谱法和Franz扩展池法等。从现有的文献资料看，国内学者对消炎痛、苯酮苯丙酸等非甾体消炎镇痛药，某些具有活血化淤、消肿止痛的中药研究较多。如，丁雪鹰等研制新型非甾体抗炎药氟比洛芬巴布剂，饶淑华等分别将中药“五倍子散”、“五行散”制成巴布剂，结果表明新剂型疗效均优于传统剂型。由于中药有效成分多为水溶性大分子物质，难于通过皮肤类脂双分子层，虽然在透皮促进剂作用下，透皮率有所提高，但效果不是很理想。因此，进一步对基质、透皮促进剂和制备工艺进行研究，将巴布剂推向规模化生产，是巴布剂研究的主要方向。

4．3体外透皮吸收率我国学者还用药物体外透皮吸收率、药效学等生物学指标来评价中药巴布剂的质量。陈凌云等采用改良Franz扩散池法，研究了类风关涂膜刺及其新剂型类风关巴布剂中的雷公藤甲素的透皮吸收特点，用高效液相色谱法(HPLC)检测透过的霄公藤甲素。

5　巴布剂的临床应用

巴布剂主要用于局部给药，给药方式比口药物简单方便，它的药效作用主要集中在局部止痛、抗炎方面，其对软组织挫伤、跌打损伤、关节炎、骨疾病等局部疼痛亦有很好的效果，作用优于其它传统外用剂型；同时它还可以用于内科治疗，如心血管系统、消化系统、呼吸系统等。

6　中药巴布剂

6．1定义中药巴布剂，是指药材提取物、药材或化学药物与适宜的亲水性基质混匀后，涂布于背衬材料上制成的贴膏剂。

6．2基本组成巴布剂主要包括支持层、膏体层、被衬层。支持层又称底层或核被，主要起膏体的载体作用，一般选用人造棉布、无纺布、法兰绒等；背衬层即膏体表面的覆盖物。一般选用聚丙烯及聚乙烯薄膜、玻璃纸、聚酯等；膏体层即基质和主药部分，在贴敷中产生黏附性使之与皮肤密切接触。以达到治疗的目的。

6．3常用的透皮吸收促进剂天然促透剂：包括萜类、精油及内酯等，如薄荷脑、龙脑。合成促透剂：主要有二甲基亚砜、二甲基亚酰胺、吡咯烷酮类、磷脂及磷酸盐类、有机酸及酯类、酞胺类等，其中最具代表性的是月桂氮酮，氮酮能促进大多数疏水性和亲水性化合物的透皮吸收，更适用于化学成分复杂的中药巴布剂。

6．4 中药巴布剂存在的问题 中药巴布剂在临床的直用已有显著的效果，但是它还存在许多的不足之处。①中药巴布膏剂黏性、弹性不好，与皮肤追随性差，容易脱落，特别是关节部位。②中药多为复方成分，基质多而有效成分较少，为了保证疗效，必须对有效成分进行含量测定，要摸索出不同药物、不同基质配方下的含量测定方法。③中药巴布剂缺乏统一、科学的制剂质量检测指标和方法，今后要考虑加入一些能反映巴布剂特点的专属性指标，如制剂的含水量、pH值、反复揭扯性能、使用一次敷贴时间、裁剪后的制剂重量差异等。④巴布剂中药物的透皮吸收率为10％一18％，原因可能是由于中药的有效成分大多为大分子物质，不易透过角质层和类双分子层，所以要进一步研发新的透皮促进剂，增加其透皮吸收率。我国巴布剂生产设备与国外相比差距甚大，国内尚无定型设备生产；生产厂家很少，尚缺乏规范性，制约了巴布剂的产业化；应抓紧新设备的研究和开发，从根本上提高巴布剂的质量水平。

6．5 中药巴布剂的发展 中药巴布剂作为药物透皮制剂的一种，具有该类制剂的主要优点：生物利用度高、使用方便、给药恒定、无刺激性及致敏性、无残留污染、载药量较大、可经穴位经络吸收、保湿透气性好，且反复揭贴不影响疗效等。据世界卫生组织预测，在20－30年内，大约有30％以上的药物将改成经皮给药制剂，势必掀起一个内病外治的新。巴布剂在中药领域的应用研究集中在软组织挫伤、跌打损伤、肌肉痛、关节痛、骨折、关节炎、肩周炎等外伤和骨疾病方面。中医内病外治理论使中药巴布剂不仅应用于外科疾病，也可用于许多内科疾病。中药巴布剂的优势将促进我国传统中药外用制剂的二次开发，可应用于现有膏药、酒剂、酊剂、软膏剂等传统剂型的改进；同时，将有显著抗癌效果但有一定毒副作用的有效成分或有效部位制备成巴布剂，在达到治疗剂量的情况下，恒定释药，降低其毒副作用。