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关键词： 材料化学   教学对策   解决方法  

摘要： 《材料化学》具有明显的交叉学科、边缘学科的性质。且材料化学知识发展迅速,教材侧重不同,但教材更新较慢,给教学带来众多难题。本文提出通过课题实践、网络平台辅助教学和计算机模拟等可有效加强《材料化学》教学。《材料化学》教学中因合理组织教学内容、优化教学结构、加强对材料化学专业教师的培养和加强实践教学。

关键词： 定量结构-活性/性质相关   药物   材料   有机污染物  

摘要： 定量结构-活性／性质相关(Quantitative Structure-activity/property Relationship, QSAR/QSPR)是目前应用非常普遍的理论预测物质行为的一种研究方法。该方法是将理论或半经验计算方法结合数理统计手段,通过对化合物分子结构描述子与其理化性质(或生物活性等特性)之间的相关性建模,从而揭示影响化合物某种特性作用的结构因素,从分子水平认识和预测物质的微观结构对某一特性的影响。该方法在环境化学、药物化学、材料化学等与化学相关的领域得到了广泛地应用。本文应用定量结构-活性／性质相关(QSAR/QSPR)方法,采用某些物理意义明确、能较全面表征分子结构特征、计算简单且包含信息量大的2D和3D分子结构描述子,结合数理统计方法,开展了以下几方面的工作。(1)几种重要的有机污染物MEDV与其相关行为的相关性研究有机污染物的污染是制约人类生存和发展的重要环境问题。它们通过多种途径进入环境,对人类健康和生态平衡造成了严重的危害。为治理和生态环境风险评价,研究有机污染物的某些行为具有重要的意义。本工作基于原子的类型和属性提出的分子电性距离矢量(Molecular Electro-negativity Distance Vector based on 4 atomic types, MEDV),将其用于环境中有机污染物多氯代二苯并呋喃、多氯代苯并噻吩、多氯联苯、有机磷农药以及煤下游产品中稠环芳烃和硝基含能材料化合物的结构表征,并采用多元线性回归(Multivariate Linear Regression,MLR)和偏最小二乘回归(Partial Least Squares, PLS)建立了相应的QSPR模型,为环境中有机污染物的分离、迁移等方面的研究提供了理论指导。具体研究内容及结果分别简述如下：①多氯代二苯并呋喃MEDV与其光解行为的相关性研究对48种多氯代二苯并呋喃(Polychlorinated dibenzofurans,PCDFs)化合物的MEDV与其在云杉针叶和飞灰表面的光降解行为(光解半衰期t1/2)进行了QSPR研究,均获得由2个变量所建的QSPR模型：云杉针叶表面lgt1/2=1.166+0.034×M13+0.012×M23 n=37, m=2, R=0.826, SD=0.052, Rcv=0.797, SDcv=0.056, Qext=0.939飞灰表面lgt1/2=1.770-0.024×M12+0.022×M33 n=42, m=2, R=0.824, SD=0.046, Rcv=0.778, SDcv=0.051, Qext=0.853从模型可知,分子中第三类原子数目与其光解半衰期呈正相关,并且介质不同,PCDFs的光解速率也不同。②多氯代苯并噻吩MEDV与其GC保留时间的相关性研究对37种多氯代苯并噻吩(Polychlorinated benzothiophene, PCDTs)的MEDV与其气相色谱保留时间(RJ)进行了QSRR研究,并建立了如下模型：RI=-21.8121+5.8378×M13+2.3531×M23 n=31, m=2,R=0.9951, SD= 2.6938, Rcv=0.9942, SDCV= 2.9218, Q2ext=0.9839上述结果表明：所建模型不仅对内部样本具有很好的估计能力,对外部样本也有良好的预测能力；同时表明,分子中第三类原子数目增多,PCDTs类化合物RI加长。③多氯联苯类化合物MEDV与其若干行为的相关性研究通过研究多氯联苯(Polychlorinated Biphenyls,PCBs)类化合物的水溶性(LgSw)、土壤吸附性(LgKoc)、水溶液活度系数(LgYw)、总分子表面积(TSA)、色谱保留指数(RRI)、蒸发焓(△Hvap)6种不同理化性质与其MEDV之间的相关性,所建模型相关系数和留一法交互检验相关系数均介于0.90～0.99之间,说明模型稳定性和预测能力均很好,充分表明MEDV可以很好地表征PCBs类化合物的结构特征,其结果为该类化合物对环境影响的评价提供了非常重要的信息。④有机磷农药类化合物MEDV与其气相色谱保留值相关性研究对粮谷及油料中55种结构差异较大的有机磷农药类化合物的MEDV与其气相色谱保留值的相关性进行了研究,建立了2参数QSRR模型,并采用内部及外部双重验证的办法对所建模型稳定性能进行了分析和验证,结果表明MEDV可以恰当地表征有机磷农药的结构信息,所建的模型可以预测同类型农药的气相色谱保留值,也可以对没有标样的农药进行定性识别,实用价值较大。⑤稠环芳烃类化合物MEDV与其液相色谱保留值相关性研究对煤下游产品中稠环芳烃类化合物的MEDV与其液相色谱保留值的定量结构—性质关系,运用MLR和

关键词： 材料化学   实践教学   实践能力   创新能力   综合素质  

摘要： 材料化学是一门理论性和实践性都较强的新兴交叉学科。材料化学课程实践教学是材料化学教学的一个重要环节,是培养学生实践能力、科学思维和创新能力的一个重要途径。本文针对材料化学课程实践教学的重要性,实践教学中存在的主要问题,以及如何建立积极有效的实践教学体系三个方面进行了总结与探索。

关键词： 材料化学   实验教学   科研课题   教学改革  

摘要： 实验教学是材料化学教学的重要组成部分，材料化学实验教学改革也是教学改革的重要内容。为了提高材料化学的教学质量，提高学生的化学综合素质，实验能力的培养极为关键，而与科研课题相结合的材料化学实验教学模式有助于学生实验动手能力、科研能力、创新能力的培养，有利于学生潜能的发挥。本文主要对与科研课题相结合的材料化学实验教学模式的实施进行分析。

关键词： 碳纳米管   多尺度结构   复合材料   电泳法   化学法  

摘要： 碳纳米管由于其优异的力学和电学性能，在材料制备中得到了广泛应用。在复合材料的制备中，碳纳米管经常作为增强体或辅助增强体来提升复合材料的性能。例如，将碳纳米管掺杂或接枝至碳纤维表面再制备成碳纳米管／碳纤维多尺度复合材料，可以有效提升纤维增强复合材料的界面性能和力学载荷，将碳纳米管均匀分散于聚合物中制备成碳纳米管／聚合物多尺度复合材料，可以改善聚合物基复合材料的力学性能和导电性。 碳纤维树脂基复合材料具有低密度、高比模量及高力学强度等一系列物理、化学特性，使其在航空航天等领域得到了广泛应用。将碳纳米管接枝到碳纤维表面，制备出碳纳米管/碳纤维多尺度增强体，从而提升其树脂基复合材料的界面性能。通过增加碳纳米管在碳纤维表面的接枝强度、提高碳纳米管的接枝密度、控制碳纳米管的接枝方向，可以改善增强体与基体间的界面结合强度，增加复合材料的界面剪切力。 有机聚合物材料具有一系列优异的性能，如轻质，生产成本低等。将碳纳米管掺杂在有机聚合物材料中制备成碳纳米管/聚合物多尺度复合材料会进一步加强其力学性能。同时，当碳纳米管浓度达到或超过导电渗流阈值浓度时，碳纳米管/聚合物多尺度复合材料将具备良好的导电性和电磁屏蔽能力。 在上述两种复合材料中，碳纳米管的浓度，碳纳米管之间的连接方式以及制备方法都对复合材料的性能产生很大的影响。本文针对这一影响，针对性地研究上述两种复合材料的化学/电泳法制备及性能变化。 首先，本文对化学法制备碳纳米管/碳纤维多尺度增强体的实验进行优化。采用1,3-丙二胺作为桥联剂，DCC/DMAP为催化体系，通过优化反应条件和试剂用量，制备出具有良好界面性能的碳纳米管/碳纤维多尺度增强体。此增强体具有高的碳纳米管的接枝密度，是过去报道中利用化学法制备的碳纳米管/碳纤维多尺度增强体中碳纳米管接枝密度的3倍。红外光谱和X射线光电子能谱的数据显示碳纳米管和碳纤维之间的连接力为化学酰胺键。化学接枝和高的接枝密度保证了该碳纳米管/碳纤维多尺度增强体界面性能的提升。接枝后，碳纳米管/碳纤维多尺度增强体的表面活性增强，表面润湿性提升。由于这些改进，该碳纳米管/碳纤维多尺度增强树脂基复合材料的界面剪切强度提升了120%。此外，为了便于工业化生产及应用，本文对该方法的反应机理、反应条件及工艺参数进行研究，并得到了不同的反应条件和试剂用量对于碳纳米管接枝密度、增强体表面润湿性和增强体界面剪切强度的影响。这不仅为工业化生产提供了数据支持，也为下一步的研究提供了理论基础。 其次，利用碳纳米管可以在电场力作用下定向移动的特性，一种新颖的制备碳纳米管/碳纤维多尺度增强体的方法被设计出来，即化学电泳法。借助电场力，碳纳米管主动且定向地移动至碳纤维表面，在催化剂作用下与碳纤维表面的氨基发生酰胺缩合反应，成功地实现化学接枝。电场力的引入增加了化学反应的几率，为提升增强体的表面润湿性和界面剪切强度提供了保证。为了增加接枝密度和控制接枝方向，多孔海绵被创造性地应用于实验中。一方面多孔海绵作为收集器可以将碳纳米管控制于内部孔道中，使得海绵内部的碳纳米管浓度增加，提升了接枝的几率。另一方面，多孔海绵的孔道可以对碳纳米管进行筛选，使得只有垂直于碳纤维表面运动的碳纳米管才能穿过多孔海绵的孔道并接枝于碳纤维表面，实现了定向接枝。扫描电镜的图像显示，该多尺度增强体的碳纳米管接枝密度几乎达到化学法接枝密度的2倍。红外光谱和X射线光电子能谱的数据显示碳纳米管和碳纤维之间以化学酰胺键的方式连接，同样实现了强的接枝力。提升的碳纳米管接枝密度，强的化学连接力和直立的接枝方向，使得该多尺度增强体的界面性能得到大幅度提升。通过测试该多尺度增强体的接触角和计算其表面能数据，证实该多尺度增强体表面润湿性得到大幅度改善。通过对该多尺度增强体的树脂基复合材料进行微脱粘试验后的图像和数据进行分析，证实其界面剪切强度提升了186%，远远高于以往报道。该研究创造性地将电泳法和化学法结合，取长补短，首次得到了同时提升和改善碳纳米管接枝密度、接枝力和接枝方向的多尺度增强体，使其界面性能得到大幅度提升。此外，相比于现在的工业生产方法，该制备方法过程简练、成本低廉，更易于应用于实际生产和应用中。 最后，对上述化学电泳法实验后的海绵进行了分析和研究。在电泳后，大部分的碳纳米管在运动过程中受到海绵壁的阻挡而粘附于海绵的内壁上，得到了碳纳米管/聚合物复合材料(碳纳米管海绵)。通过扫描电镜的图片可知，碳纳米管均匀地涂覆于海绵的内壁表面，并未发生团聚。力学测试结果表明，该碳纳米管海绵具有良好的弹性、延展性、弯曲性，在重复受力后能够快速恢复至原始形貌。由于碳纳米管在海绵内壁表明均匀致密排列，使得碳纳米管间的电子传输能力较强，因此该碳纳米管海绵具有良好的导电性能、电容性能。此外，该碳纳米管海绵还具有

摘要： Dongyuan Zhao, Hiroshi Imahori, Christine Schmidt, Peter Skabara, Liz Dunn and Sam Keltie look over the highlights of the past year from Journal of Materials Chemistry A, B and C and look forward to 2014.

关键词： 科技查新   材料化学   查新点  

摘要： 材料化学涉及学科分支多,各类新材料合成层出不穷,通过科技查新可有效避免科研人员的重复研究。以甲醇芳构化催化剂的合成及其催化性能研究为例,着重对材料化学科技查新的合同填写、查新员与委托人沟通、查新点及检索策略制定、数据库选择、文献分析、结论撰写等方面进行具体论述。

关键词： 材料化学   技术发展规划   新型资源   能源枯竭   过程工业   工程理论   工程材料   环境问题   材料制备   纳米材料  

摘要： 一、材料化学工程理论基本内容及方法论1.1材料化学工程的产生背景自从我国确立科学发展观的指导方针,节能减排成为国家中长期科学和技术发展规划的要求,在过程工业带来的环境问题、能源枯竭问题日益严重的情况下,面向先进材料的材料制备和应用就显得愈加重要和紧迫起来。材料化学工程的发展从一开始就肩负着工艺优化、控制结构、引入新型资源等重任。

关键词： 纳米材料   废水   科学家   净化   研发   科研人员   农业生态   材料化学  

摘要： 中科院东北地理与农业生态研究所科研人员成功制备出一种新型纳米材料，可用于高效吸附核废水中的放射性铯元素。相关成果在线发表于《材料化学杂志A》。

关键词： 材料化学   实验课程体系   实验教学内容  

摘要： 以应用型人才培养为目标,构建了地方院校材料化学专业的实验课程体系,在此基础上围绕材料制备与性能测试等核心专业能力探索了材料化学专业实验教学内容。