发布时间：2023-03-23 15:15:09
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的新材料导论论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
一、“矿物材料工程”课程教学改革与实践
1．课程教材建设
矿物材料工程学科主要教学体系包括矿物基本特性、材料研究基础、材料制备与分析测试、材料功能化设计等内容，据此编写了《非金属矿物材料》《非金属矿加工与应用》《超微粉体加工技术与应用》《超细粉碎工程》《粉体表面改性》等系列教材丛书。系列教材的编写主要是结合学科特点，一方面注重矿物材料结构与组成、加工工艺、材料性能与应用性能等材料科学要素内部关系，另一方面融合了矿物学、结晶学、矿物加工学、化学、材料学等多学科理论知识体系，突出矿物材料的功能性与应用特性。教材深入浅出，内容翔实，注重新的技术发展以及基础理论与实际应用融合。由于矿物材料相关产品的加工技术与应用技术不断创新，应用领域的不断拓展，新的国家、行业标准不断更新，相关教材也在不断修订，例如《非金属矿加工与应用》已于2013年完成第三次修订，及时补充了相关内容的新变化与新发展，删除了已不再先进或已淘汰的技术和已废弃的产品标准，这些教材建设工作保证了本学科发展方向的前沿性，从而能够满足日新月异的新时代背景下矿物材料领域专业高级人才培养的需要。
2．课程内容优化改革
在矿物学、矿物加工学等相关理论课程基础上，对本学科的教学内容进行了新的优化改革，删除了重复和陈旧过时的教学内容，建立了以《非金属矿加工与应用》课程为核心，配合《粉体表面改性》《非金属矿物材料》等特色鲜明的专业方向选修课的课程体系，着重培养学生的创新意识与创新能力。《非金属矿加工与应用》课程考虑到矿物材料的加工与应用开发重在其功能性的开发，着重通过课堂教学介绍我国非金属矿加工与应用技术的一些共性规律，并通过联系当前我国非金属矿加工技术的实际生产与技术发展水平，突出介绍非金属矿物材料新工艺、新方法及新产品方面的研究进展，内容上有意将矿物的应用特性、结构与组成特性及功能性相结合，注重新的技术发展。课程内容的设置上，强调不同相关学科之间的融合，脱离枯燥乏味的原理与理论知识，通过更多的实例，尤其是生活中所熟悉的能够激发学生兴趣的例子，达到举一反三，灵活运用课本知识的教学目的。建立以“矿物材料结构与组成－制备与加工－材料性能－工艺原理”为主体的教学体系，不仅提高了课堂教学质量与效率，而且也培养了该学科学生的就业能力。
3．教学方法与手段
课堂教学主要采用启发－讨论式的教学手段，通过单独设课、综合设课或者前沿研究讲座等多种形式，充分使学生融入到课堂教学活动中，并了解学科当前的前沿理论与新技术。充分利用现代化教学手段，开发新的多媒体教学课件，不断提高教学效果与质量。在课堂教学中，通过引入趣味性、互动性强的阅读教材与自学内容，避免传统的灌输式教学，激发学生的求知欲与学习兴趣。对较难理解的教学内容，通过多媒体教学软件和信息资源来辅助教学，增强教学的说服力，加深学生对难点知识的消化与理解。对一些与科研和生产密切相关的教学内容，教师结合自己的科研活动与经验，结合现场记录的录像及收集的图片资料向学生形象地展现，让学生能够充分了解该领域新的研究动态，提高学生的学习兴趣。针对一些矿物新材料的热点研究内容，鼓励学生撰写综述性论文，通过阅读相关文献资料，提出自己的想法，从而培养学生科学研究和探索的主动意识。
4．创新与实践教学环节建设
本学科除了要求学生掌握基本的矿物材料工艺流程及其原理外，培养工程实践能力同样尤为重要。我校近几年通过设立专业性的“科研导论”“科研选题训练”“大学生创新训练项目”等创新教学环节，强化学生对各种矿物材料工艺方法的基本原理、制备工艺及相关设备与材料性能测试方法的理解。通过实验室教学，掌握试验方法、熟悉试验手段，培养学生的科研兴趣，提高专业技术水平。除了常规的生产现场实习实践环节外，通过开设毕业论文结合科研、研究性实验项目，让学生能够从生产实际中去选取自己的毕业课题，锻炼学生的实际工作能力。另外，通过鼓励学生发表学术论文、科技创新与发明，提高学生的创新能力，培养学生科研的思维与能力。
二、结语
关键词：课程项目；功能材料；工程教育模式
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2011）35－0090－02
一、引言
我国传统的通识教育过于强调基础科学理论，弱化专业内容和工程实践，企业普遍反映毕业生缺乏创新精神和创新能力。而西方国家针对这一问题开展了大量的研究实践，成果丰富，其中尤以工程教育模式更为突出。它是以工程项目为载体，以从科研到运行为生命周期，让学生主动参与实践，以课程之间有机联系的方式学习工程。“做中学”是工程教育改革的战略之一，中国教育部于2008年开始组织课题组进行试点。
《功能材料》是一门既有一定的理论基础知识，又与实际应用密切相关的多学科交叉的课程。以教师讲解为主的传统教学方式无法充分调动学生的参与积极性，解决实际问题的能力得不到体现。本文就是根据这一实际需要，适应北京石油化工学院（以下简称“我院”）素质教育，满足培养综合性、创新性、应用型人才的要求，就工程教育模式下《功能材料》课程在教学方法、教学手段等方面的教学实践进行探究。
二、工程教育模式应用到《功能材料》课程的依据
将工程教育模式应用到《功能材料》课程，符合高等院校工程教育培养的目标要求。工程教育模式突破了传统教学模式，通过选取项目创设情景，协作学生学习开展教学，通过完成项目达到意义建构，通过解决问题实现学生对知识的掌握，充分体现我院以研究型和应用型人培养为目标的教育特点。
功能材料作为能源、计算机、通讯、电子等现代科学技术研究的基础，近年来已成为材料科学领域中的研究热点之一。种类繁多、功能各异的新型功能材料正在众多不同领域对科技的进步、社会的发展产生了越来越大的影响。目前根据我院2009版新大纲要求，《功能材料》课程涉及面广、头绪多、内容繁杂、系统性不强，而且课程的理论教学时数相对较少。如果还像以前一样照本宣科，在课堂上根本不能吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，教学效果不理想。而且，事实也证明，按照传统方式培养出来的毕业生在今后的工作中的应用能力也比较差，不能达到用人单位对人才的要求标准。
三、工程教育模式应用于《功能材料》教学的实践
以真实项目为载体开展项目式教学，能使学生亲身经历产品构思、设计、实现、运作的项目开发生命周期，在与课程紧密联系的项目实践中积极主动地学习专业知识，提高学生对理论知识的应用能力和实践动手能力，增强学生的成就感，充分挖掘学生的创造潜能。
1.构思
根据课程教学内容选取研究项目。课程研究项目是《功能材料》课程学习的一个重要组成部分。通过实施课程研究项目，学生可以深入掌握课程的理论知识体系，提高综合应用已有知识解决问题的能力，更好地培养材料科学与工程专业学生的专业技术能力和综合素质。
2.课程研究项目设计
为了实现项目教学目标，我院设计了《功能材料》课程研究项目指导书，主要内容包括：①项目的题目；②项目组成员；③项目的研究背景及意义；④项目拟开展的主要研究内容；⑤拟采用的主要研究方法或研究工具等；⑥项目主要的日程安排或时间节点；⑦主要参考文献。让学生在完成研究项目指导计划书的过程中掌握项目所包含的理论知识，真正实现“做中学”。
3.任务实现
教师经过简单的理论介绍和导入之后，带领学生实施项目，鼓励学生自己选取感兴趣的项目。把学生分成小组（每组最多3个学生），每一小组选出一个组长，全面负责该组的任务。所有环节任务的实现都靠小组成员的共同努力。
研究项目选取的难易程度，研究内容的多少，都会影响到每组的最终成绩。每个小组要在项目报告中标明每个人在总体工作中的贡献和工作比例，或者每个人负责的内容。
4.成果展示
所有的项目都要按照规定的时间对教师和全体学生进行演示汇报。演示汇报的主要目的是让教师和其他学生了解各组的工作和研究成果。小组的学生都要在台前汇报，汇报前由教师指定主汇报人。每个项目演示汇报时间不超过10分钟，另外有5分钟的提问时间。每个组必须严格控制演示时间，超过时间1分钟以上要扣分。
不同项目的设定有利于满足不同层次学习者的学习需求，便于开展个性化、差异化教学。通过个体和合作的形式进行项目学习和实训，学生不仅能培养自主学习的能力，而且能培养合作、沟通和组织能力。项目完成后的及时反馈，又有利于学生间经验的分享。该模式构建出一个开放性、研究性的学习环境，充分体现了以学生为中心、以学生的全面发展为中心的教育思想。
四、在工程教育模式下教师的角色
将工程教育模式应用到“功能材料”课程，有利于教师教学科研水平的提高。要将工程教育模式应用到课程教学，教师必须结合院校教学实际，以及本校学生的知识层次、结构能力，合理制定教学大纲，优选教学内容，加强教材建设，不断改进教学方法、教学手段，理论结合实践，设计工程项目，体现以能力培养为主的原则。这个过程本身就是一个学习知识、提高理论层次和教学水平的过程，也是工程教育的具体体现。这个过程有利于进行多种资源的有效整合，不仅要求教师具有良好的专业设计经验和教学组织能力，而且利于发挥学生的主体地位和教师的主导地位，培养学生的综合应用能力，能极大地提高教师的业务能力和教学科研水平。
五、结语
《功能材料》课程结合工程教育理念的教学模式，加强学生对课程内容本质性理解，促使学生结合课程主动考虑并构思满足要求的设计，设计的任务紧扣《功能材料》课程的核心内容，并具有丰富的题材和多样的结果。注重培养学生的自学能力、团队协作能力以及系统调控能力。使学生养成主动查找书籍资料的良好习惯，让学生学会关注科技发展，极大地提高学生的系统调控能力。
参考文献：
[1]殷景华等.功能材料概论[M].哈尔滨:哈尔滨工业出版社,2002.
[2]郑昌琼,冉均国.新型无机材料[M].北京:科学出版社,2003.
[3]田莳.功能材料[M].北京:北京航空航天大学出版社,1995.
[4]马如璋.功能材料学导论[M].北京:冶金工业出版社,1999.
[5]李玲,向航.功能材料与纳米技术[M].北京:化学工业出版社,2003.
[6]贡长生,张克立.新型功能材料[M].北京:化学工业出版社,2001.
[7]李俊寿.新材料概论[M].北京:国防工业出版社,2004.
[8]宋英等.《功能陶瓷材料导论》课程教学改革初探[J].中国科教创新导刊,2009,(19).
[9]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究,2008,(3).
[10]贡亚丽.“CDIO”模式在《EDA技术》课程教学中的应用[J].考试周刊,2009,(31).
关键词：环境功能材料；教学方法；教学效果
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0226-02
一、引言
在当今的世界，环境污染威胁着人类的生存，制约着人类的发展。因此，用于环境保护的功能材料成为世界关注的热点。环境功能材料是指具有独特化学、物理、生物性能，并有良好环境净化能力的新型材料。它们可以在经典的环境净化工艺中发挥重要作用，也可以为人类新的环境污染提供解决方案。为了使学生掌握好材料与环境之间的关系，并为今后的研究和实际工作中利用好环境功能材料治理环境污染打下前期基础，在环境专业中开设“环境功能材料”课程至关重要。但是，这门课的教学面临着诸多问题，比如：这门课程内容涉及材料、化学、物理、环境、生物等多个领域，学习内容多、学时少。而且大部分的材料是学生日常不熟悉的，容易造成学习困难。因此，如何在有限的教学时间获得良好的教学效果，是师生共同关注的问题。本文作者结合近几年来对本课程的教学体会阐述一些个人的观点和看法，与同行商榷。
二、将生活实际融入课程，激发学生的学习兴趣
学生对这门课程的兴趣将直接关系到他们对这门课的掌握程度。为了激发学生的学习兴趣，笔者平时留心将环境功能材料有关的生活资料收集和整理出来，适时穿插到课程中去。例如，在讲到吸附材料或活性炭时，先给学生提出一个问题：“大家常见的空气净化器以及厨房净水系统用的滤芯一般用的是什么材料？”让学生调研后再来回答这个问题；在讲到汽车尾气净化材料时，可以让学生先去了解一下平时经常听到的“三效催化剂”到底能处理哪三种污染物，车子的性能与“三效催化剂”是否有关等问题，然后再对材料的组分和结构进行分析和讲解，这样可以提高学生的学习兴趣。因此，将环境功能材料的理论与学生日常生活中感受到的、易于接受的实际问题联系起来，并能学以致用，使学生对环境相关的新材料产生强烈的亲切感，由此激发强烈的学习动机，进而主动学习这门课程。
三、成立兴趣小组，定期开展实验研究进一步提高学生学习热情
可以通过自荐和推荐的方式将学习环境功能材料兴趣浓厚的学生组织起来，成立由老师指导的兴趣小组，定期开展与课程相关的小型实验课题研究，以期进一步提高学生的学习热情。在积累了一定研究成果的基础上，举行阶段性研究成果小型报告会，锻炼学生的讲演能力，同时增加成就感。报告会要适当邀请环境功能材料专业老师、研究人员和学院相关领导参加。例如，利用业余时间，让兴趣小组的学生针对当前某种典型的水或大气污染，基于某种环境功能材料设计实验方案来治理或解决这种污染，对所选择的环境功能材料进行适当的改性或结构优化，并研究材料的微观结构和物理化学性质，最后将所得到的改性材料尽可能做到一个简单的小产品中，实现更高的污染物去除能力。如果效果理想的话，可以让他们参加校级或市级的大学生创新项目比赛，或将最终的成果写成。实践证明，这些有针对性的、趣味性的小项目研究和实验，不仅提高了兴趣小组学生的独立处理问题的能力，也带动了其他学生的学习热情，加深了所学的理论知识印象，起到事半功倍的学习效果。
四、合理利用多媒体提高课堂教学效果
环境功能材料课程中，有些章节比如多孔材料的内部结构，一些微观概念和理论相对比较晦涩难懂，某些微观过程也很难理解。因此，我们需要适时地引入多媒体教案。例如，分子筛的结构和种类，微观结构相对比较抽象，学生仅凭想象很难判断。多媒体课件能以立体图来表现，使其“具现化”，这对学生来说就容易理解多了；再如，讲到离子交换树脂交换原理的时候，由于内容抽象，老师在讲解时很难解释清楚，为了清晰地阐明这一问题，我们可以采用多媒体动画的表现形式，以两个钠离子交换一个镁离子软化水质为例来展示交换过程。课件具体设计时，首先显示出离子树脂上的钠离子，当含有镁离子的流体通过时，两个钠离子就会与一个镁离子交换，随后钠离子随流体流出。这样直观的画面展示形式，在一定程度上突破了时间和空间的限制，使学生有身临其境的感觉，不仅扩大了宏观视野，同时也强化了直观效果。
五、建立合理科学的考评体系
新教育观念下，理论联系实际地探索具有科学性、严谨性、实用性的考评体系是一大重点。其实，考试只是检验学习效果的一种手段，并不是学生学习、老师教学、乃至学校和社会培养相关专业人才最终目的。“环境功能材料”作为环境工程专业的一门新兴学科，具有更新快的特点。这门课的主要目的是培养学生的创新思想和分析解决问题的能力，因此，用闭卷考试的传统评价形式很难合理科学地评价学生对“环境功能材料”这一课程的掌握程度。闭卷考试很容易使学生形成为考试过关而死记硬背的应试学习心态，为了能更好地避免这一消极现象，更科学合理地评价学生的整个课程学习过程的表现、学科知识掌握情况和应用能力，本课程需要将考核方式进行细化，注重考察学生的综合能力。课程考核的方式要加强多样性和实用性。例如，一些基础性的知识点可以利用较短的课堂时间通过随堂测验的考核方式来测验，并及时给出相应的评价结果；为了加强学生运用理论知识解决实际问题的能力，学期伊始即可布置开放性的研究型论文，这也将成为期末成绩考评的一个重要组成部分；根据实际情况也可在期末以个人或小组的形式，将“学术报告会”也作为考评的一部分内容，既锻炼学生能力，也可节约老师的评阅时间，教师结合学生的讲演给课程论文评分。通过这种方式，学生们以小组形式自主设计实验过程，与授课教师讨论并提出可行的研究方案。合理科学的考核方式能够有效提高学生的学习效率，同时锻炼其解决实际问题的能力。
六、小结
环境功能材料是一门与生活息息相关，多学科交叉、综合发展的新学科。本文作者结合这几年对本课程的教学在教学方法和手段上浅谈几点体会和看法。笔者坚信，通过广大专业教师的不懈坚持和共同努力，不断总结经验、与时俱进，今后环境专业中“环境功能材料”课程的教学手段将更加丰富多彩，教学评价也更能反映学生实际情况，教学效果也必将更上一层楼。
参考文献：
[1]冯玉杰，孙晓君，刘俊峰.环境功能材料[M].第一版.化学工业出版社，2010.
[2]高如琴.《环境功能材料》课堂教学方法探讨[J].河北工程大学学报.2012，28（2）：86-87.
[3]杨慧芬，陈淑祥，等.环境工程材料[M].化学工业出版社，2008.
[4]韩桂泉，李善忠，张东恩，等.开设环境材料课程的认识与体会[J].科技信息，2006，22（10）：235-236.
[5]解念锁.环境材料学课程的和谐教学法[J].机械管理开发，2009，（04）：153-154.
[6]刘佳，牛金海，齐岩.双语教学模式融入功能材料专业实验课的实践意义[J].教育教学论坛，2016，（32）：167-168l.
[7]郭新立，王增梅，陈坚，等.新型功能材料的产业化发展趋势[J].功能材料信息，2013，（01）：19-22.
[8]杨海燕，赵尧敏，李文卓.《无机及分析化学》教学体会[J].广州化工，2012，（14）：228-229.
[9]苏丽芬，夏茹，袁孝友，等.新能源材料导论――课程教学体会与探索[J].广东化工，2015，（12）：228.
Some Opinions and Experience on Teaching of "Environmental Function Materials" Course
WANG Yan-gang
（School of Environment and Architecture，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）
关键词:梯度功能材料，复合材料，研究进展
Abstract :This paper introduces the concept ，types，capability，preparation methods of functionally graded materials. Based upon analysis of the present application situations and prospect of this kind of materials some problems existed are presented. The current status of the research of FGM are discussed and an anticipation of its future development is also present.
Key words :FGM；composite；the Advance
0 引言
信息、能源、材料是现代科学技术和社会发展的三大支柱。现代高科技的竞争在很大程度上依赖于材料科学的发展。对材料，特别是对高性能材料的认识水平、掌握和应用能力，直接体现国家的科学技术水平和经济实力，也是一个国家综合国力和社会文明进步速度的标志。因此，新材料的开发与研究是材料科学发展的先导，是21世纪高科技领域的基石。
近年来，材料科学获得了突飞猛进的发展[1]。究其原因，一方面是各个学科的交叉渗透引入了新理论、新方法及新的实验技术;另一方面是实际应用的迫切需要对材料提出了新的要求。而FGM即是为解决实际生产应用问题而产生的一种新型复合材料，这种材料对新一代航天飞行器突破“小型化”，“轻质化”，“高性能化”和“多功能化”具有举足轻重的作用[2]，并且它也可广泛用于其它领域，所以它是近年来在材料科学中涌现出的研究热点之一。
1 FGM概念的提出
当代航天飞机等高新技术的发展，对材料性能的要求越来越苛刻。例如：当航天飞机往返大气层，飞行速度超过25个马赫数，其表面温度高达2000℃。而其燃烧室内燃烧气体温度可超过2000℃，燃烧室的热流量大于5MW/m2， 其空气入口的前端热通量达5MW/m2.对于如此大的热量必须采取冷却措施，一般将用作燃料的液氢作为强制冷却的冷却剂，此时燃烧室内外要承受高达1000K以上的温差，传统的单相均匀材料已无能为力[1]。若采用多相复合材料，如金属基陶瓷涂层材料，由于各相的热胀系数和热应力的差别较大，很容易在相界处出现涂层剥落[3]或龟裂[1]现象，其关键在于基底和涂层间存在有一个物理性能突变的界面。为解决此类极端条件下常规耐热材料的不足，日本学者新野正之、平井敏雄和渡边龙三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念[1]，即以连续变化的组分梯度来代替突变界面，消除物理性能的突变，使热应力降至最小[3]。
随着研究的不断深入，梯度功能材料的概念也得到了发展。目前梯度功能材料(FGM)是指以计算机辅助材料设计为基础，采用先进复合技术，使构成材料的要素（组成、结构）沿厚度方向有一侧向另一侧成连续变化，从而使材料的性质和功能呈梯度变化的新型材料[4]。
2 FGM的特性和分类
2.1 FGM的特殊性能
由于FGM的材料组分是在一定的空间方向上连续变化的特点如图2，因此它能有效地克服传统复合材料的不足[5]。正如Erdogan在其论文[6]中指出的与传统复合材料相比FGM有如下优势:
1)将FGM用作界面层来连接不相容的两种材料，可以大大地提高粘结强度;
2)将FGM用作涂层和界面层可以减小残余应力和热应力;
3)将FGM用作涂层和界面层可以消除连接材料中界面交叉点以及应力自由端点的应力奇异性;
4)用FGM代替传统的均匀材料涂层，既可以增强连接强度也可以减小裂纹驱动力。
2.2 FGM的分类
根据不同的分类标准FGM有多种分类方式。根据材料的组合方式，FGM分为金属/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多种组合方式的材料[1]；根据其组成变化FGM分为梯度功能整体型（组成从一侧到另一侧呈梯度渐变的结构材料），梯度功能涂敷型（在基体材料上形成组成渐变的涂层），梯度功能连接型（连接两个基体间的界面层呈梯度变化）[1]；根据不同的梯度性质变化分为密度FGM，成分FGM，光学FGM，精细FGM等[4]；根据不同的应用领域有可分为耐热FGM，生物、化学工程FGM，电子工程FGM等[7]。
3 FGM的应用
FGM最初是从航天领域发展起来的。随着FGM 研究的不断深入，人们发现利用组分、结构、性能梯度的变化，可制备出具有声、光、电、磁等特性的FGM，并可望应用于许多领域。
功 能
应 用 领 域 材 料 组 合
缓和热应
力功能及
结合功能
航天飞机的超耐热材料
陶瓷引擎
耐磨耗损性机械部件
耐热性机械部件
耐蚀性机械部件
加工工具
运动用具:建材 陶瓷 金属
陶瓷 金属
塑料 金属
异种金属
异种陶瓷
金刚石 金属
碳纤维 金属 塑料
核功能
原子炉构造材料
核融合炉内壁材料
放射性遮避材料 轻元素 高强度材料
耐热材料 遮避材料
耐热材料 遮避材料
生物相溶性
及医学功能
人工牙齿牙根
人工骨
人工关节
人工内脏器官:人工血管
补助感觉器官
生命科学 磷灰石 氧化铝
磷灰石 金属
磷灰石 塑料
异种塑料
硅芯片 塑料
电磁功能
电磁功能 陶瓷过滤器
超声波振动子
IC
磁盘
磁头
电磁铁
长寿命加热器
超导材料
电磁屏避材料
高密度封装基板 压电陶瓷 塑料
压电陶瓷 塑料
硅 化合物半导体
多层磁性薄膜
金属 铁磁体
金属 铁磁体
金属 陶瓷
金属 超导陶瓷
塑料 导电性材料
陶瓷 陶瓷
光学功能 防反射膜
光纤;透镜;波选择器
多色发光元件
玻璃激光 透明材料 玻璃
折射率不同的材料
不同的化合物半导体
稀土类元素 玻璃
能源转化功能
MHD 发电
电极;池内壁
热电变换发电
燃料电池
地热发电
太阳电池 陶瓷 高熔点金属
金属 陶瓷
金属 硅化物
陶瓷 固体电解质
金属 陶瓷
电池硅、锗及其化合物
4 FGM的研究
FGM研究内容包括材料设计、材料制备和材料性能评价。
4. 1 FGM设计
FGM设计是一个逆向设计过程[7]。
首先确定材料的最终结构和应用条件，然后从FGM设计数据库中选择满足使用条件的材料组合、过渡组份的性能及微观结构，以及制备和评价方法，最后基于上述结构和材料组合选择，根据假定的组成成份分布函数，计算出体系的温度分布和热应力分布。如果调整假定的组成成份分布函数，就有可能计算出FGM体系中最佳的温度分布和热应力分布，此时的组成分布函数即最佳设计参数。
FGM设计主要构成要素有三:
1)确定结构形状，热—力学边界条件和成分分布函数;
2)确定各种物性数据和复合材料热物性参数模型;
3)采用适当的数学—力学计算方法，包括有限元方法计算FGM的应力分布，采用通用的和自行开发的软件进行计算机辅助设计。
FGM设计的特点是与材料的制备工艺紧密结合，借助于计算机辅助设计系统，得出最优的设计方案。
4. 2 FGM的制备
FGM制备研究的主要目标是通过合适的手段，实现FGM组成成份、微观结构能够按设计分布，从而实现FGM的设计性能。可分为粉末致密法:如粉末冶金法(PM) ，自蔓延高温合成法(SHS) ;涂层法:如等离子喷涂法，激光熔覆法，电沉积法，气相沉积包含物理气相沉积(PVD) 和化学相沉积(CVD) ;形变与马氏体相变[10、14]。
4. 2. 1 粉末冶金法(PM)
PM法是先将原料粉末按设计的梯度成分成形，然后烧结。通过控制和调节原料粉末的粒度分布和烧结收缩的均匀性，可获得热应力缓和的FGM。粉末冶金法可靠性高，适用于制造形状比较简单的FGM部件，但工艺比较复杂，制备的FGM有一定的孔隙率，尺寸受模具限制[7]。常用的烧结法有常压烧结、热压烧结、热等静压烧结及反应烧结等。这种工艺比较适合制备大体积的材料。PM法具有设备简单、易于操作和成本低等优点，但要对保温温度、保温时间和冷却速度进行严格控制。国内外利用粉末冶金方法已制备出的FGM有:MgC/ Ni 、ZrO2/ W、Al2O3/ ZrO2 [8]、Al2O3-W-Ni-Cr、WC-Co、WC-Ni等[7] 。
4. 2. 2 自蔓延燃烧高温合成法(Self-propagating High-temperature Synthesis 简称SHS或Combustion Synthesis)
SHS 法是前苏联科学家Merzhanov 等在1967 年研究Ti和B的燃烧反应时，发现的一种合成材料的新技术。其原理是利用外部能量加热局部粉体引燃化学反应，此后化学反应在自身放热的支持下，自动持续地蔓延下去， 利用反应热将粉末烧结成材，最后合成新的化合物。其反应示意图如图6所示[16]：
SHS 法具有产物纯度高、效率高、成本低、工艺相对简单的特点。并且适合制造大尺寸和形状复杂的FGM。但SHS法仅适合存在高放热反应的材料体系，金属与陶瓷的发热量差异大，烧结程度不同，较难控制，因而影响材料的致密度，孔隙率较大，机械强度较低。目前利用SHS 法己制备出Al/ TiB2 ， Cu/ TiB2 、Ni/ TiC[8] 、Nb-N、Ti-Al等系功能梯度材料[7、11]。
4. 2. 3 喷涂法
喷涂法主要是指等离子体喷涂工艺，适用于形状复杂的材料和部件的制备。通常，将金属和陶瓷的原料粉末分别通过不同的管道输送到等离子喷枪内，并在熔化的状态下将它喷镀在基体的表面上形成梯度功能材料涂层。可以通过计算机程序控制粉料的输送速度和流量来得到设计所要求的梯度分布函数。这种工艺已经被广泛地用来制备耐热合金发动机叶片的热障涂层上，其成分是部分稳定氧化锆(PSZ)陶瓷和NiCrAlY合金[9]。
4. 2. 3. 1 等离子喷涂法(PS)
PS 法的原理是等离子气体被电子加热离解成电子和离子的平衡混合物，形成等离子体，其温度高达1 500 K，同时处于高度压缩状态，所具有的能量极大。等离子体通过喷嘴时急剧膨胀形成亚音速或超音速的等离子流，速度可高达1. 5 km/ s。原料粉末送至等离子射流中，粉末颗粒被加热熔化，有时还会与等离子体发生复杂的冶金化学反应，随后被雾化成细小的熔滴，喷射在基底上，快速冷却固结，形成沉积层。喷涂过程中改变陶瓷与金属的送粉比例，调节等离子射流的温度及流速，即可调整成分与组织，获得梯度涂层[8、11]。该法的优点是可以方便的控制粉末成分的组成，沉积效率高，无需烧结，不受基体面积大小的限制，比较容易得到大面积的块材[10]，但梯度涂层与基体间的结合强度不高，并存在涂层组织不均匀，空洞疏松，表面粗糙等缺陷。采用此法己制备出TiB2-Ni、TiC-Ni、TiB2-Cu、Ti-Al[7] 、NiCrAl/MgO -ZrO2、NiCrAl/Al2O3/ZrO2、NiCrAlY/ZrO2[10]系功能梯度材料
4.2.3.2 激光熔覆法
激光熔覆法是将预先设计好组分配比的混合粉末A放置在基底B上，然后以高功率的激光入射至A并使之熔化，便会产生用B合金化的A薄涂层，并焊接到B基底表面上，形成第一包覆层。改变注入粉末的组成配比，在上述覆层熔覆的同时注入，在垂直覆层方向上形成组分的变化。重复以上过程，就可以获得任意多层的FGM。用Ti-A1合金熔覆Ti用颗粒陶瓷增强剂熔覆金属获得了梯度多层结构。梯度的变化可以通过控制初始涂层A的数量和厚度，以及熔区的深度来获得，熔区的深度本身由激光的功率和移动速度来控制。该工艺可以显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热及电气特性和生物活性等性能，但由于激光温度过高，涂层表面有时会出现裂纹或孔洞，并且陶瓷颗粒与金属往往发生化学反应[10]。采用此法可制备Ti - Al 、WC -Ni 、Al - SiC 系梯度功能材料[7 ] 。
4.2.3.3 热喷射沉积[10]
与等离子喷涂有些相关的一种工艺是热喷涂。用这种工艺把先前熔化的金属射流雾化，并喷涂到基底上凝固，因此，建立起一层快速凝固的材料。通过将增强粒子注射到金属流束中，这种工艺已被推广到制造复合材料中。陶瓷增强颗粒，典型的如SiC或Al2O3，一般保持固态，混入金属液滴而被涂覆在基底，形成近致密的复合材料。在喷涂沉积过程中，通过连续地改变增强颗粒的馈送速率，热喷涂沉积已被推广产生梯度6061铝合金/SiC复合材料。可以使用热等静压工序以消除梯度复合材料中的孔隙。
4.2.3.4 电沉积法
电沉积法是一种低温下制备FGM的化学方法。该法利用电镀的原理，将所选材料的悬浮液置于两电极间的外场中，通过注入另一相的悬浮液使之混合，并通过控制镀液流速、电流密度或粒子浓度，在电场作用下电荷的悬浮颗粒在电极上沉积下来，最后得到FGM膜或材料[8]。所用的基体材料可以是金属、塑料、陶瓷或玻璃，涂层的主要材料为TiO2-Ni， Cu-Ni ，SiC-Cu，Cu-Al2O3等。此法可以在固体基体材料的表面获得金属、合金或陶瓷的沉积层，以改变固体材料的表面特性，提高材料表面的耐磨损性、耐腐蚀性或使材料表面具有特殊的电磁功能、光学功能、热物理性能，该工艺由于对镀层材料的物理力学性能破坏小、设备简单、操作方便、成型压力和温度低，精度易控制，生产成本低廉等显著优点而备受材料研究者的关注。但该法只适合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]
4.2.3.5 气相沉积法
气相沉积是利用具有活性的气态物质在基体表面成膜的技术。通过控制弥散相浓度，在厚度方向上实现组分的梯度化，适合于制备薄膜型及平板型FGM[8]。该法可以制备大尺寸的功能梯度材料，但合成速度低，一般不能制备出大厚度的梯度膜，与基体结合强度低、设备比较复杂。采用此法己制备出Si-C、Ti-C、Cr-CrN、Si-C-TiC、Ti-TiN、Ti-TiC、Cr-CrN系功能梯度材料。气相沉积按机理的不同分为物理气相沉积(PVD) 和化学气相沉积(CVD) 两类。
化学气相沉积法(CVD)是将两相气相均质源输送到反应器中进行均匀混合，在热基板上发生化学反应并使反映产物沉积在基板上。通过控制反应气体的压力、组成及反应温度，精确地控制材料的组成、结构和形态，并能使其组成、结构和形态从一种组分到另一种组分连续变化，可得到按设计要求的FGM。另外，该法无须烧结即可制备出致密而性能优异的FGM，因而受到人们的重视。主要使用的材料是C-C、C-SiC、Ti-C等系[8、10]。CVD的制备过程包括：气相反应物的形成；气相反应物传输到沉积区域；固体产物从气相中沉积与衬底[12]。
物理气相沉积法(PVD)是通过加热固相源物质，使其蒸发为气相，然后沉积于基材上，形成约100μm 厚度的致密薄膜。加热金属的方法有电阻加热、电子束轰击、离子溅射等。PVD 法的特点是沉积温度低，对基体热影响小，但沉积速度慢。日本科技厅金属材料研究所用该法制备出Ti/ TiN、Ti/ TiC、Cr/ CrN 系的FGM [7~8、10~11]
4. 2. 4 形变与马氏体相变[8]
通过伴随的应变变化，马氏体相变能在所选择的材料中提供一个附加的被称作“相变塑性”的变形机制。借助这种机制在恒温下形成的马氏体量随材料中的应力和变形量的增加而增加。因此，在合适的温度范围内，可以通过施加应变(或等价应力) 梯度，在这种材料中产生应力诱发马氏体体积分数梯度。这一方法在顺磁奥氏体18 -8 不锈钢(Fe -18% ，Cr -8 %Ni) 试样内部获得了铁磁马氏体α体积分数的连续变化。这种工艺虽然明显局限于一定的材料范围，但能提供一个简单的方法，可以一步生产含有饱和磁化强度连续变化的材料，这种材料对于位置测量装置的制造有潜在的应用前景。
4. 3 FGM的特性评价
功能梯度材料的特征评价是为了进一步优化成分设计，为成分设计数据库提供实验数据，目前已开发出局部热应力试验评价、热屏蔽性能评价和热性能测定、机械强度测定等四个方面。这些评价技术还停留在功能梯度材料物性值试验测定等基础性的工作上[7]。目前，对热压力缓和型的FGM主要就其隔热性能、热疲劳功能、耐热冲击特性、热压力缓和性能以及机械性能进行评价[8]。目前，日本、美国正致力于建立统一的标准特征评价体系[7~8]。
5 FGM的研究发展方向
5.1 存在的问题
作为一种新型功能材料，梯度功能材料范围广泛，性能特殊，用途各异。尚存在一些问题需要进一步的研究和解决，主要表现在以下一些方面[5、13]:
1）梯度材料设计的数据库（包括材料体系、物性参数、材料制备和性能评价等）还需要补充、收集、归纳、整理和完善；
2）尚需要进一步研究和探索统一的、准确的材料物理性质模型，揭示出梯度材料物理性能与成分分布，微观结构以及制备条件的定量关系，为准确、可靠地预测梯度材料物理性能奠定基础；
3）随着梯度材料除热应力缓和以外用途的日益增加，必须研究更多的物性模型和设计体系，为梯度材料在多方面研究和应用开辟道路；
4）尚需完善连续介质理论、量子（离散）理论、渗流理论及微观结构模型，并借助计算机模拟对材料性能进行理论预测，尤其需要研究材料的晶面（或界面）。
5)已制备的梯度功能材料样品的体积小、结构简单，还不具有较多的实用价值;
6)成本高。
5.2 FGM制备技术总的研究趋势[13、15、19-20]
1）开发的低成本、自动化程度高、操作简便的制备技术；
2）开发大尺寸和复杂形状的FGM制备技术；
3）开发更精确控制梯度组成的制备技术（高性能材料复合技术）；
4）深入研究各种先进的制备工艺机理，特别是其中的光、电、磁特性。
5.3 对FGM的性能评价进行研究[2、13]
有必要从以下5个方面进行研究：
1）热稳定性，即在温度梯度下成分分布随 时间变化关系问题；
2）热绝缘性能；
3）热疲劳、热冲击和抗震性；
4）抗极端环境变化能力；
5）其他性能评价，如热电性能、压电性能、光学性能和磁学性能等
6 结束语
FGM 的出现标志着现代材料的设计思想进入了高性能新型材料的开发阶段[8]。FGM的研究和开发应用已成为当前材料科学的前沿课题。目前正在向多学科交叉，多产业结合，国际化合作的方向发展。
参考文献
[1] 杨瑞成，丁旭，陈奎等.材料科学与材料世界[M].北京：化学工业出版社，2006.
[2] 李永，宋健，张志民等.梯度功能力学[ M].北京:清华大学出版社.2003.
[3]王豫，姚凯伦.功能梯度材料研究的现状与将来发展[J].物理，2000，29(4):206-211.
[4] 曾黎明.功能复合材料及其应用[M]. 北京：化学工业出版社，2007.
[5] 高晓霞，姜晓红，田东艳等。功能梯度材料研究的进展综述[J]. 山西建筑，2006， 32(5):143-144.
[6] Erdogan， F.Fracture mechanics of functionally graded materials[J].Compos. Engng，1995(5):753-770.
[7] 李智慧，何小凤，李运刚等. 功能梯度材料的研究现状[J]. 河北理工学院学报，2007， 29(1):45-50.
[8] 李杨，雷发茂，姚敏，李庆文等.梯度功能材料的研究进展[J]. 菏泽学院学报，2007， 29(5):51-55.
[9] 林峰.梯度功能材料的研究与应用[J].广东技术师范学院学报，2006，6:1-4.
[10] 庞建超，高福宝，曹晓明.功能梯度材料的发展与制备方法的研究[J]. 金属制品，2005，31(4):4-9.
[11] 戈晓岚，赵茂程.工程材料[ M].南京:东南大学出版社，2004.
[12] 唐小真.材料化学导论[M].北京：高等教育出版社，2007.
[13] 李进，田兴华.功能梯度材料的研究现状及应用[J]. 宁夏工程技术，2007， 6(1):80-83.
[14] 戴起勋，赵玉涛.材料科学研究方法[M] .北京：国防工业出版社，2005.
[15] 邵立勤.新材料领域未来发展方向 [J]. 新材料产业， 2004，1:25-30.
[16] 自蔓延高温合成法.材料工艺及应用etsc.hnu.cn/jxzy/jlkj/data/clkxygcgl/clgy/clgy16.htm
[17] 远立贤.金属／陶瓷功能梯度涂层工艺的应用现状.91th.com/articleview/2006-6-6/article_view_405.htm.
[18] 工程材料. col.njtu.edu.cn/zskj/3021/gccl/CH2/2.6.4.htm.
关键词 固相化学 无机合成 无机材料 应用
Abstract Developments in the last fifty years(1949～1999)， especially in the last two decades on the solid state inorganic chemistry in China have been reviewed.
Key words Solid state chemistry， Inorganic synthesis， Inorganic materials， Application
固体无机化学是跨越无机化学、固体物理、材料科学等学科的交叉领域，尤如一个以固体无机物的“结构”、“物理性能”、“化学反应性能”及“材料”为顶点的四面体，是当前无机化学学科十分活跃的新兴分支学科。近些年来，该领域不断发现具有特异性能及新结构的化合物，如高温超导材料、纳米相材料、C60等，一次又一次地震撼了整个国际学术界。
中国化学会于20世纪70年代末成立了固体无机化学和合成化学专业组，从此在有关高等院校和研究所内开展了大量的基础性和应用基础性研究工作，取得了一批举世瞩目的研究成果，向信息、能源等各个应用领域提供了各种新材料，为我国的社会主义现代化建设作出了贡献。同时，许多高校相应开设了“固体化学”选修课，出版了编著或翻译的教材；1998年，出版了韩万书主编的《中国固体无机化学十年进展》一书；自从1986年召开了第一届全国固体无机化学和合成化学学术讨论会以来，迄今已召开了6次，这些活跃的教学和学术活动推动了固体无机化学的教学、科研、人才培养以及把科研成果转化为生产力等方面的发展。
1 固体无机化合物的制备及应用
固体无机化合物材料的制备大多是利用高温固相反应，这些反应难以控制，能耗大，成本高。为此，发展了其它各种合成方法，如前体法、置换法、共沉淀法、熔化法、水热法、微波法、气相输运法、软化学法、自蔓延法、力化学法、分子固体反应法(包括固相有机反应和固相配位化学反应)等。其中，近年来提出的软化学合成方法最为突出，它力求在中低温或溶液中使起始反应物在分子态尺寸上均匀混合，进行可控的一步步反应， 经过生成前驱物或中间体，最后生成具有指定组成、结构和形貌的材料。
1.1 光学材料的研究
苏勉曾等［1］用均相沉淀法在水溶液中合成了氟氯化钡铕(Ⅱ)，经过处理后制得无余辉、发光性能良好的多晶体。用这种多晶体制成的高速增感屏， 其增感因素是钨酸钙中速屏的4～5倍， 已被全国2000所医院使用。1983年，苏勉曾等在系统研究氟卤化物的X-射线发光及紫外发光现象的过程中，发现了BaFX:Eu2+晶体经X-射线辐射后着色的现象，开始注意到晶体中色心生成，并于1984年开始研究晶体的X-射线诱导的光激励发光现象及发光机理，用光激励发光材料制成了图像板，作为X-射线的面探测器。他们还设计制作了一台由光学精密机械和计算机组成的计算X-射线图像仪， 已可以获得清晰的X-射线透视图象和粉末晶体衍射图像。
苏镪等用溶胶-凝胶法合成了一系列的稀土硅酸盐和铝酸盐等固体纯相发光材料，使合成温度降低了150～300℃［2］；用燃烧法合成了发蓝光的多铝酸盐BaMgAl10O17:Eu2+和发绿光的Ce0.67Tb0.33MgAl12O20.5荧光体，该法具有反应时间很短，不需要还原性气氛保护，使用炉温从1500℃降到600℃，节能效果显著等优点［2］；他们首次发现，在空气中当以3价离子Sm3+， Eu3+和Yb3+不等价部分取代碱土硼酸盐SrB4O7中的Sr2+时，可使掺入的3价稀土离子还原为2价［3］，此项工作于1993年发表后，立即引起国际同行的注意。苏镪等还根据观察到的有关Dy3+的发光规律和敏化方式，合成出一些掺Dy3+的发白光的材料，制成光通量超过我国部颁标准的汞灯。
石春山等［4］研究出一种组成为BaLiF3:Eu2+、具有存储X-射线辐射能以及热释发光和光激励发光性质的氟化物晶体，很有希望成为一种性能更加优越的新型X-射线存储材料。王世华、赵新华等［5］发现EuI2和CsSmI3在高压下皆有相变化，并已将此研究成果用于电光源材料。
1.2 多孔晶体材料的研究
徐如人、庞文琴等在水热法合成各种类型分子筛的基础上，发展了溶剂热合成法，利用前驱体和模板剂，制备了一系列水热技术无法合成的新型磷酸盐及砷酸盐微孔晶体，所合成的JDF-20是目前世界上孔口最大的微孔磷酸铝［6］；1989年，徐如人、冯守华等首次报道了微孔硼铝酸盐的合成和性质［7］，之后，又获得了一系列新型微孔硼铝氯氧化物。其中硼的配位数可取4也可取3，但不会高于4；铝、镓、铟的配位数大多超过4，有的甚至达到6。所有这些都突破了传统分子筛纯粹由四面体结构基元构成的概念，为开发新型结构特征的微孔材料提供了丰富的实验依据。
庞文琴等［8］还系统研究了介孔分子筛的不同合成途径，首创了湿凝胶加热合成法［9］及干粉前驱体灼烧合成法合成MCM-41。她们还开发了双硅源法并成功合成了丝光沸石大单晶体；在非碱性介质中利用F-离子作矿化剂，成功合成了一系列高硅沸石分子筛大单晶体及一些笼形氧化硅大单晶。
1.3 纳米相功能材料及超微粒的研究
近几年来，我国科学家在纳米管和其它功能纳米材料研究方面，取得了具有重要影响的7项成果，引起国际科技界的很大关注。范守善等首次利用碳纳米管成功地制备出GaN一维纳米棒，并提出了碳纳米管限制反应的概念，该项成果成为1997年Science杂志评选出的十大科学突破之一；他们还与美国斯坦福大学戴宏杰教授合作，在国际上首次实现硅衬底上的碳纳米管阵列的自组装生长，推进了碳纳米管在场发射和纳米器件方面的应用研究。解思深等利用化学气相法制备纯净碳纳米管技术， 合成了大面积定向纳米碳管阵列， 该项工作发表于1996年的Science上; 他们还利用改进后的基底， 成功地控制了碳纳米管的生长模式， 大批量地制备出长度为2～3mm的超长定向纳米碳管，该项工作发表于1998年的Nature上。张立德等应用溶胶-凝胶与碳热还原相结合的方法及纳米液滴外延等新技术， 首次合成了准一维纳米丝和纳米电缆， 在国际上受到了高度重视。钱逸泰等用γ-射线辐射法或水热法及两者的结合， 成功地制备出各种纳米粉; 用溶剂热合成技术首次在300℃左右制得30nmGaN［10］，此外，他们还利用溶剂热法制得了InP及CrN、Co2P、Ni2P、In2S3等纳米相化合物; 用催化热分解法从CCl4制得纳米金刚石， 该项成果发表于1998年的Science上， 成为人们推崇的“稻草变黄金”的范例。
洪广言等应用醇盐法制备了十几种稀土氢氧化物、氧化物的超微粉；用络合-沉淀法制备了超微Y2O3粉；运用溶胶-凝胶法制备了CeO2纳米晶及多种稀土复合氧化物超微粉；运用共沉淀法制备了铝酸镧超微粉；采用乙二醇为溶剂和络合剂制备的PbTiO3超微粉，比传统固相反应合成温度降低了约230℃［13］。
1.4 无机膜与敏感材料的研究
孟广耀等［12］利用高温熔盐离子交换法获得固体电解质Ag+-β″-Al2O3，设计并发展了全固态SOx传感器；中国科技大学气敏传感器实验室还研制了CO、C2H2、C2H4等多种气敏传感器，有的已达国际先进水平。彭定坤等［13］建立了先进而有效的溶胶-凝胶工艺，制得了γ-Al2O3超微粉及Y2O3稳定的ZrO2膜；通过不同溶剂中的溶胶-凝胶过程，研制了有支撑体和无支撑体的TiO2膜。彭定坤、孟广耀等发展了化学气相沉积法(CVD)和金属有机化学气相沉积法(MOCVD)，合成了高温超导体YBa2Cu3O7-x薄膜和透氢的Pd-Ni、Pd-Y膜。
1.5 电、磁功能材料的研究
苏勉曾、林建华等用软化学方法合成一系列稀土-过渡金属间化合物［14］，制得了10余种满足制备稀土永磁粘结磁体要求的金属间化合物。任玉芳等合成了300多种不同组成的稀土与Ti、 V、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Mo、 W、 Ir、 In、 Sn的复合氧化物及稀土复合硫化物，稀土复合氟化物，稀土磷化物；研究了它们的结构和性质，光电、热电、气敏、热敏、磁敏等传感性质，快离子导电性质、超导性质及影响电性的规律；并研究开发了这些性质的应用。1987年，任玉芳等［15］在国际上较早提出临界温度为90.4K的掺银的Y-Ba-Cu-Ag-O超导材料。
1.6 C60及其衍生物的研究
1990年底，中国科学院化学研究所和北京大学开始C60团簇的合成实验研究［16］，尔后国内10余个单位相继开展了C60的研究，取得了很好的结果，如首先在国际上建立了重结晶分离C60和C70的方法；在国内首次获得了K3C60和Rb3C60超导体，达到了当时的国际先进水平；发现在阴极中掺杂Y2O3可以大大提高阴极沉积物中等碳纳米管的含量；首先报道了直接氧化C60含氮化合物的研究成果等。
1.7 多酸化合物的研究
顾翼东等［17］在常温及很低酸度下合成了活性粉状白钨酸，使钨化学研究取得重要突破；谢高阳等以活性白钨酸为原料，制备了多种不同结构的含钨化合物。王恩波等结合钨、钼、钒的催化、抗病毒、抗肿瘤、抗爱滋病等特性，合成了大量钨、钼、钒以及含稀土元素的多酸化合物，并以多酸化合物为催化剂［18］，在酯化反应、烷基化反应、缩合脱水反应等方面进行了卓有成效的工作。
1.8 金属氢化物的研究
申泮文等设计了有特殊搅拌设备的固-液-气多相反应釜， 使“金属还原氢化反应”［19］在400～500℃范围内进行完全；利用此类反应以新方法合成复合金属氢化物；以“共沉淀还原法”和“置换扩散法”制备了钛铁系、镍基或镁基合金等储氢材料；创造了钕铁硼等永磁材料合成新工艺。
1.9 其它
黄金陵［20］等通过固相合成获得了一系列具有奇特的层状结构的三组元碲化物，第三组元离子是插入到“薄板”内，而不是“薄板”之间；他们还合成了具有优异的光、电、磁、生物等特性的金属酞菁、萘酞菁类配合物等功能材料。秦金贵等对具有特殊固体物理性能的金属有机功能材料的合成、结构与物理性能进行了研究。孙聚堂等研究了一些固相反应的可能机理，希望为一些化合物的合成提供新方法。秦子斌、曹锡章、计亮年等在大环配体金属配合物，尤其是自由卟啉、氮杂或硫杂卟啉的配合物的合成、表征及其性质方面进行了广泛研究，取得了许多有意义的结果。
此外，国内还有利用微波辐射法合成了氧化物、硫化物、硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐、硼酸盐、钨酸盐等各类荧光体，其中制得的CaWO4:Pb荧光粉的相对发光亮度为市售荧光粉的119%；利用掺Sm2+的M1-xM′xFCl1-yBry(M=Mg， Ca， Sr， Ba)的选择光激励，在世界上第一个实现了室温光谱烧孔；建立了百万巴高压实验室，完成了模拟地下6×109Pa和1500℃的高温高压实验；利用高温高压法合成了立方氮化硼超硬材料、宝石级的掺稀土的翡翠及双稀土钙钛矿结构的新相物质。转贴于
2 室温和低热固相化学反应
从固体无机化学的发展过程来看，固相反应尤其是高温固相反应一直是人们制备新型固体材料的主要手段之一。但长期以来，由于传统的材料主要涉及一些高熔点的无机固体，如硅酸盐、氧化物、金属合金等，通常合成反应多在高温进行，所得的是热力学稳定的产物，而那些介稳中间物或动力学控制的化合物往往只能在较低温度下存在，它们在高温时分解或重组成热力学稳定产物。为了得到介稳态固相反应产物，扩大材料的选择范围，有必要降低固相反应温度。
2.1 固相反应机理与合成
忻新泉等［21］近10年来对室温或近室温下的固相配位化学反应进行了系统的研究，探讨了低热温度固-固反应的机理，提出并用实验证实了固相反应的四个阶段，扩散-反应-成核-生长，每步都有可能是反应速率的决定步骤；总结了固相反应遵循的特有的规律；利用固相化学反应原理，合成了几百个新原子簇化合物、新配合物以及固配化合物。
2.2 原子簇与非线性光学材料
非线性光学材料是目前材料科学中的热门课题。近10多年来，人们对三阶非线性光学材料的研究主要集中在半导体、有机聚合物、C60以及酞菁类化合物上，而对金属簇合物的非线性的研究几乎没有。忻新泉等在低热固相反应合成大量簇合物的基础上，开展了探索研究，发现Mo(W，V)-Cu(Ag)-S(Se)簇合物具有比目前已知非线性光学材料更优越的三阶非线性光限制效应(表1)，使我国在这一前沿领域的创新工作中占有一席之位。
化合物 溶剂 线性透射率/(%) 光限制阈值/(J.cm-1) 参考文献
C60 甲苯 62 1.6 L.W.Tutt.Nature， 1992， 356， 224
(n-Bu4N)3［MoAg3BrX3S4］(X=I， Cl) 乙腈 70 0.5(0.6) 忻新泉等. JACS， 1994， 116， 2615
［Mo2Ag4S8(PPh3)4］ 乙腈 92 ≈0.1 忻新泉等.J.Phys.Chem.，1995，99，17297
酞菁类化合物 甲苯 85 ≈0.1 J. W. Perry. Science， 1996， 273， 1533
{(Et4N)2［(μ4-WSe4)Cu4(CN)4］}n DMF 90 0.08 忻新泉等， to be published.
2.3 合成纳米材料新方法
纳米材料是当前固体物理、材料化学中的又一活跃领域。制备纳米材料的方法总体上可分为物理方法和化学方法两大类。物理方法包括熔融骤冷、气相沉积、溅射沉积、重离子轰击和机械粉碎等；化学方法主要有热分解法、微乳法、溶胶-凝胶法、LB膜法等。贾殿赠、忻新泉等［22］发现用低热或室温固相反应法可一步合成各种单组分纳米粉体，并进一步开拓了固相反应法制备纳米材料这一崭新领域，取得了令人耳目一新的成绩，如在深入探讨影响固相反应中产物粒子大小的因素的基础上，实现了纳米粒子大小的可调变；利用纳米粒子的原位自组装制备了各种复合纳米粒子。该法不仅使合成工艺大为简化，降低成本，而且减少由中间步骤及高温固相反应引起的诸如产物不纯、粒子团聚、回收困难等不足，为纳米材料的制备提供了一种价廉而又简易的新方法，亦为低热固相反应在材料化学中找到了极有价值的应用。
2.4 绿色化学
绿色化学是一门从源头上减少或消除污染的化学，它解决的实质性问题是减少合成反应的污染或无污染。低热固相化学反应不使用溶剂，对环境的友好及独特的节能、高效、无污染、工艺过程简单等优点，使之成为绿色合成化学值得考虑的手段之一。近年来，我们在这方面做了许多有益的尝试，取得了许多有意义的结果，如尝试在低热温度下用固体FeCl3.6H2O氧化苯偶铟类化合物，成功地合成了相应的苯偶酰类化合物［23］；尝试将低热固相反应合成方法用于芳醛、芳胺及过渡金属醋酸盐的原位缩合-配位反应，高产率地合成了相应的Schiff碱配合物［24］。有关固相反应在绿色化学中的应用潜力有待进一步发掘，尤其是在合成工业绿色化方面需要更多的投入。
作者简介：周益明 男，1964年8月生，江苏射阳县人，副教授，博士研究生。研究方向: 固相配位化学及固相有机合成。忻新泉 联系人 男，1935年1月生，浙江宁波人，教授，博士生导师。研究方向: 固相配位化学反应及含硫原子簇化合物。
作者单位：南京大学配位化学研究所 配位化学国家重点实验室 南京 210093
参考文献
［1］苏勉曾， 龚曼玲， 阮慎康. 氟氯化钡铕的合成、发光性能以及在X-射线照像增感屏中的应用. 化学通报，1980， (11): 656～657.
［2］苏镪， 林君， 刘胜利. 用软化学方法合成稀土硅酸盐和铝酸盐磷光体. 发光学报， 1996， 17(增刊).
［3］Pei Zhiwu， Su Qiang， Zhang Jiyu. The valence change from RE3+ to RE2+(RE=Eu， Sm， Yb) in SrB4O7:RE prepared in air and the spectral properties of RE2+. J. Alloys and Compds.， 1993， 198: 51～53.
［4］Xia Changtai， Shi Chunshan. BaLiF3(Eu2+): A promising X-ray storage phosphor. Mater. Res. Bull.， 1997， 32(1): 107～112.
［5］王林同， 王世华， 赵新华等. 高压后EuI2， RbEu2I5， RbEuI3和Rb3EuI5性质的研究. 科学通报， 1995， 40(10): 957.
［6］Huo Qisheng， Xu Ruren， Li Shougui et al. Synthesis and characterization of a novel extra large ring of aluminophosphate JDF-20. J. Chem. Soc.， Chem. Commun.， 1992， 875～876.
［7］Wang Jianhua， Feng Shouhua， Xu Ruren. Synthesis and characterization of a novel microporous alumino-borate. J. Chem. Soc.， Chem. Commun.， 1989， 265～266.
［8］Sun Yan， Lin Wenyong， Chen Jiesheng et al. New routes for synthesizing mesoporous materials. Stud. Surf. Sci. Catal.， 1997， 105: 77～84.
［9］Lin Wenyong， Chen Jiesheng， Sun yan et al. Bimodal mesopore distribution in a silica prapared by calcining a wet surfactant-containing silicate gel. J. Chem. Soc.， Chem. Commun.， 1995， 2367～2368.
［10］Xie Y， Qian Y T， Wang W Z et al. A benzene-thermal synthetic route to nanocrystalline GaN. Science， 1996， 272: 1926～1927.
［11］余大书等. 乙二醇法制备PbTiO3超微粉末的研究. 功能材料(增刊)，1995:701～703.
［12］Yang Jianhua， Yang Pinghua， Meng Guangyao. A fully solid-state SOx (x=2，3) gas sensors utilizing Ag+-β″-alumina as solid electrolyte. Sensors and Actuators， 1996， (31): 209.
［13］Xia Changrong， Wu Feng， Meng Zhaojing et al. Boechmite Sol properties and preparation of two large alumina membrane by a Sol-gel process. J. Membrane Science， 1996， (116): 9.
［14］Lin J H， Li S F， Chen Q M et al. Preparation of Nd-Fe-B magnetic materials by soft chemistry and reduction-diffusion process. J. Alloys and Compds.， 1997， 249: 237～241.
［15］Ren Yufang， Meng Jian et al. Structure and superconductivity for YBa2Cu3O7-Agx. Solid State Commun.， 1990， 76(9): 1103～1105.
［16］Gu Z N， Qian J X， Zhou X H et al. Buckminsterfullerene C60: Synthesis， spectroscopic characterization， and structure analysis. J. Phys. Chem.， 1991， 95: 9615.
［17］(a) 顾翼东， 朱思三. 粉状白钨酸的制备. 高等学校化学学报， 1982， 3(1): 137～140.
(b) 顾翼东. 黄、白钨酸制备法的差异，以及粉状白钨酸反应研究进展. 应用化学， 1985， 2(4): 9～15.
［18］王恩波， 胡长文， 许林著. 多酸化学导论. 北京: 化学工业出版社， 1998: 192～193.
［19］申泮文， 车云霞. 金属还原氢化反应研究. 化学通报， 1984， (10): 24～25.
［20］黄金陵， 黄宝泉. 金属碲化物的插入反应. 第一届全国配位化学会议论文摘要集， 1989: SL1.
［21］周益明， 忻新泉. 低热固相合成化学. 无机化学学报， 1999， 15(3):273～292.
［22］(a) 贾殿赠，俞建群，忻新泉. 一种固相化学反应制备纳米材料的方法. 中国: 98111231.5， 1998.
(b) Ye X R， Jia D Z， Yu J Q et al. One step solid-state reactions at ambient temperatures — A novel approach to nanocrystal synthesis. Adv. Mater.， 1999， 11(11): 941～942.
