【关键词】形状记忆；高分子材料；军事应用
1.形状记忆高分子材料简介
形状记忆高分子或形状记忆聚合物（SMP，ShapeMemoryPolymer）作为一种功能性高分子材料，是高分子材料研究、开发、应用的一个新分支。它是在一定条件下被赋予一定智能高分子材料的形状（起始态），当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状，并将其固定（变形态）。如果外部环境发生变化，智能高分子材料能够对环境刺激产生应答，其中环境刺激因素有温度、pH值、离子、电场、溶剂、反以待定的方式和规律再一次发生变化，它便可逆地应物、光或紫外线、应力、识别和磁场等，对这些刺激恢复至起始态。至此，完成记忆起始态固定变形态恢复起始态的循环。
1989年，石田正雄认为，具有形状记忆性能的高分子可看作是两相结构，即由记忆起始形状的固定相和随温度变化能的可逆的固化和软化的可逆相组成。可逆相为物理铰链结构，而固定相可分为物理铰链结构和化学铰链结构，以物理铰链结构为固定相的称为热塑SMP，以化学铰链结构为固定相的称为热固性SMP。王诗任等认为，形状记忆高分子实际上是进行物理交联或化学交联的高分子，其形状记忆行为实质上是高分子的粘弹性力学行为。他们根据高分子粘弹性理论建立了一套形状记忆的数学模型。总结来说，形状记忆机理可分为：组织结构机理、橡胶弹性理论、粘弹性理论。
2.军事材料特殊性分析
未来战争是高技术条件下的战争。不仅战场环境变得更加恶劣复杂，各种类型的雷达，先进探测器以及精确制导武器的问世，对各类武器和装备构成了严重的威胁。因此，不仅军事装备的质量要求一定可靠，而且，军事装备的再生性和快速制造能力也被提到了新的高度。
军事装备系统的可靠性（TheReliabilityofArmamentssystem）是指军事装备系统在规定的时间内，预定的条件下，完成规定效能的能力。要求装备在特定的条件下长期存放和反复使用过程中，不出故障或少出故障，处于正常的使用状态，且能实现其预期效能。因此，军事材料必须拥有极强的性能和超长的工作寿命。军事装备的再生能力，指的是军事装备受到损坏后，能够迅速进行战场抢修的能力。战场再生能力是提高装备战斗力的重要组成部分。形状记忆高分子材料具有许多优异的性能，因此此类材料对于军事方面的贡献就十分明显。在前期制造方面，由于其快速恢复能力，可以在很短的时间内完成对零部件连接、整合，为战争赢得极宝贵先机时间。在对装备恢复方面，我们可以将记忆前的材料制造为较为规则，使用面积较小的部件，单一运输时可以减缩空间，从而提高运输效率，极大地提高了战场的再生能力。
3.形状记忆高分子材料在军事方面应用展望
目前，形状记忆高分子材料在军事方面的成熟应用主要体现在在战机的连接，加固，军事通讯设备，战争医疗设备等方面。
3.1战机接头连接
在军事战斗机上通常装有各种不同直径的管道，对于一些异径管接头的连接，形状记忆高分子材料可以大显身手。其大致工艺过程如下：先将形状记忆高分子材料加工成所要求的管材，然后对其加热使管材产生径向膨胀，并快速冷却，即可制得热收缩套管。应用时，将此套管套在需要连接的两个管材的接头上，再用加热器将已膨胀的套管加热至其软化点以上（低于一次成形温度），膨胀管便收缩到初始形状，紧紧包覆在管接头上。
3.2紧固销钉
在战斗机的制造工艺中，需应用大量的连接件进行连接。采用形状记忆高分子材料制作紧固销钉，将是战斗机制造业中的一项崭新工艺技术。
（1）先将记忆材料成形为销钉的使用形状；（2）再将销钉加热变形为易于装配的形状并冷却定型；（3）将变形销钉插入欲铆合的两块板的孔洞中；（4）将销钉加热即可回复为一次成形时的形状，即将两块板铆合固定。
3.3军事通讯设备
形状记忆高分子材料在军事通讯设备方面的应用同记忆合金比较相似。后者在航空航天领域内的应用有很多成功的范例。人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。而高分子材料通常具有很好的绝缘性能，因此在通讯设施中不需要导电的部件中，用形状记忆高分子材料代替，以获得我们预期的目标，从而提高部队的携带能力。
3.4军事医疗设备
在需要单兵作战的特殊场合，由于单兵的辎重，装备等携带能力的限制，需要在有限的或体积下携带比较充足的医疗设施，从而为军人的生命恢复提供必要的保障。利用低温形状记忆特性的聚合物聚氨酯、聚异戊二烯、聚降冰片烯等可以制备用作矫形外科器械或用作创伤部位的固定材料，比如用来代替传统的石膏绷带。方法有2种：一是将形状记忆聚合物加工成待固定或需矫形部位形状，用热水或热吹风使其软化，施加外力使其变形为易于装配的形状，冷却后装配到待固定或需矫形部位。再加热便可恢复原状起固定作用，同样加热软化后变形，取下也十分方便；二是将形状记忆聚合物加工成板材或片材，用热水或热吹风使其软化，施加外力变形为易于装配形状，在软化状态下装配到待固定或需矫形部位，冷却后起固定作用，拆卸时加热软化取下即可。形状记忆材料与传统的石膏绷带相比具有塑型快、拆卸方便、透气舒适、干净卫生、热收缩温度低、可回复形变量大的特点，可望在矫形外科领域及骨折外固定领域得到广泛应用。
4.结束语
目前，对形状记忆材料的研究才刚刚开始，尚处于初级阶段。形形状记忆高分子材料虽然具有可恢复形变量大、记忆效应显著、感应温度低、加工成型容易、使用面广、价格便宜等优点，但尚存在着许多不足之处，如形变回复不完全、回复精度低等。因而，在形状记忆高分子材料的分子设计和复合材料研究等方面，还有待于进一步探索。另外，应根据现实需要开发新型的形状记忆高分子或对原有的形状记忆高分子有针对性地进行改性。因此，在今后的研究工作中，应充分运用分子设计技术及材料改性技术，努力提高材料的形状记忆性能及综合性能，开发新的材料品种，以满足不同的应用需要。另外，还应注重新材料的实际应用，早日形成工业产量，为我国的军事建设及各项国民经济建设服务。
【参考文献】
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[2]石田正雄.形状记忆树脂[J].配管技术，1989，31（8）：110-112.
[3]王诗任，吕智，赵维岩，等.热致形状记忆高分子的研究进展[J].高分子材料科学与工程，2000，16（1）：1-4.
关键词：水稻（OryzasativaL.）；氮利用效率；聚类分析
中图分类号：S511文献标识码：A文章编号：0439-8114（2012）21-4717-03
ClusterAnalysisofNitrogenEfficiencyofRiceGenotypes
YANMing-jian，HUANGWen-zhang，HUJing-tao，L？譈Zhi-wen，LEIShu-fan，HUANGCheng-zhi
（TheChongqingThreeGorgesAcademyofAgriculturalSciences，Chongqing404155，China）
Abstract：Taking100ricegenotypesasmaterial，clusteranalysiswasconductedusingefficienttillernumberperplant，grainnumberperspike，plantheight，wholegrowthperiodand1000-grainweightasindicatorincomparativetestbetweenNtreatmentandnone-Ntreatment.Theresultsshowedthatthematerialscouldbedividedinto5classes.MaterialswithhighnitrogenutilizationefficiencywereclusteredintoclassⅡ，theDCcentralvalueofwhichwasashighas93.6.ThecentralvalueofclassⅣ（89.8）wasthesecondhigh.ThematerialsofclassⅢ，ofwhichthecentralvalue（81.9）wasthesmallest，wouldsufferthemostseriousdamageunderlownitrogenstress.Theothermaterialshadordinaryperformance.
Keywords：rice（OryzasativaL.）；nitrogenefficiency；clusteranalysis
氮是植物必需的营养元素，在作物的生长发育、新陈代谢中起着不可替代的作用。在现代农业生产中往往依靠施用大量氮肥来维持作物产量，而增施氮肥的直接后果是大量资源的浪费和一系列的环境问题[1]。鉴于不同基因型作物对低氮胁迫的自身调节能力存在差异[2]，通过发掘作物氮高效利用的遗传潜力选育耐低氮作物品种已经成为解决氮素障碍最经济有效的途径之一[3]。水稻（OryzasativaL.）氮利用效率的基因型差异已有报道[4-6]，但对耐低氮水稻材料的筛选还没有统一的指标。本研究考察了两种施氮水平下100份不同质源水稻材料的5个性状，借助于抗旱鉴定的方法，通过对各性状的氮利用效率进行聚类分析，从中筛选出氮高效利用水稻材料，以期为氮高效利用新品种的选育提供基础材料。
1材料与方法
1.1试验材料
所用水稻材料来自于中国科学院遗传资源所，为100份不同质源水稻材料，具体来源及编号见表1。
1.2试验地点及设计
1.2.1试验地点及肥力试验地点设在重庆市三峡农业科学院高锋试验基地。试验地土壤有机质含量2.23%，pH6.1，碱解氮138.04mg/kg，有效磷13.49mg/kg，有效钾85.66mg/kg。
1.2.2试验设计试验设正常施氮与不施氮2个处理，正常施氮处理（对照）：施尿素75kg/hm2、复合肥375kg/hm2、磷肥225kg/hm2和钾肥75kg/hm2；不施氮处理：磷肥225kg/hm2，钾肥75kg/hm2。2011年3月18日播种，采用水田湿润地膜育秧，4月25日单苗移栽，株距16.6cm，行距26.6cm，每个材料种植3行，每行12株，设3次重复。
1.3调查项目
株高、始穗期、单株有效穗数、千粒重、每穗实粒数。
1.4统计分析方法
氮高效系数（DC）=氮胁迫下的性状值（Yd）/非氮胁迫下的性状值（Dp）×100[7]。
运用SPSS软件对考察性状进行方差分析，以欧式距离作为距离系数，对DC进行聚类，聚类过程中初始中心点的选取为系统默认，迭代次数为10次[8，9]。
2结果与分析
2.1不同质源水稻材料各性状的差异显著性
对株高、始穗期、单株有效穗数、千粒重、每穗实粒数5个性状的考查数据进行方差分析（表2）表明，5个性状材料间差异均达极显著水平，表明供试的100份材料在同一性状上具有较大差异，类型丰富；处理间除千粒重差异达显著水平外，其余4个性状处理间差异均达极显著水平，表明千粒重受低氮胁迫影响较其他4个性状小。方差分析结果表明该试验结果能够真实反映这些材料在低氮胁迫下氮利用效率的遗传差异性，用这些材料进行聚类分析，能够真实反映这些材料的DC分类结果。
2.2不同质源水稻材料各性状表现
与对照相比，各性状均值在不施氮处理下均较对照降低，但不同材料间降低程度明显不同，表明不同基因型材料在氮利用效率上存在明显差异。表3表明，各性状在不施氮处理下单株有效穗数减幅最大，平均为22.11%，其次为每穗实粒数，减幅为15.70%，再次为株高和始穗期，千粒重减幅最小。
变异系数的大小能反映不同性状的遗传差异，通过DC的转化，消除了量纲的影响，可直接对变异系数进行比较，变异系数值越大，表明对性状的影响程度越大，反之，对性状的影响程度越小。从表3可以看出，5个性状受低氮胁迫影响的顺序为：单株有效穗数>每穗实粒数>株高>始穗期>千粒重。
2.3不同质源水稻材料的聚类分析结果
以株高、始穗期、单株有效穗数、千粒重、每穗实粒数5个性状作为聚类指标，计算各性状的氮高效系数，再采用欧式距离法进行聚类分析。通过聚类可将100份参试材料分为5类（表4）。
DC聚类中心值的大小能反映出不同材料对氮胁迫的受害程度，值越大受害程度越小，反之，受害程度越大。从表5聚类中心值可以得出，在5类中，中心值最大的是第Ⅱ类，为93.6，表明该类材料氮利用效率较好，受低氮胁迫的受害程度最小；其次为第Ⅳ类，中心值为89.9；中心值最小的为第Ⅲ类，为81.9，表明该类材料在低氮胁迫下受害程度最大；其余表现一般。
第Ⅱ类材料中，始穗期、千粒重的DC均在90以上（表5），表明在低氮胁迫下，该类材料生育时期及千粒重均与正常施肥差异较小，表现出氮高效利用特性。在这15份材料中，DC均值大于94的材料有编号为15、77、78、81及85的材料，这些材料可作为氮高效利用亲本材料使用；在第Ⅳ类材料中，个别材料的个别性状表现优良，如42和95号，其单株有效穗数、始穗期和千粒重的DC较大，表现出较强的氮高效利用特性，其DC均在90以上，可作为特殊性状使用（表6）。
3讨论
通过利用植物遗传多样性，选择能高效吸收和利用土壤中营养元素的基因型来改良作物是以后作物育种的新方向之一[10]。近年来，随着人们对环境保护意识的加强，氮高效利用品种的选育已受到研究人员的广泛关注。人们试图选用氮高效利用品种来提高氮肥利用效率、降低氮肥施用量，以减少环境污染[11]。目前在低氮条件下水稻品种氮素利用效率、遗传力和产量有关性状的相关关系等研究相继有一些报道[2，5]，氮肥高效研究与评价指标目前还不完善。
通过直观比较各性状DC的变异系数，5个性状对低氮胁迫的耐性顺序为：单株有效穗数
本研究以株高、始穗期、单株有效穗数、千粒重、每穗实粒数5个性状为指标，通过对其DC进行聚类分析，将100份不同质源材料分成5类，第Ⅰ类包括1、2号在内的31份材料，第Ⅱ类包括4、15号在内的15份材料，第Ⅲ类包括3、12号在内的5份材料，第Ⅳ类包括9、25号在内的19份材料，第Ⅴ类包括5、7号在内的30份材料。
第Ⅱ类集中了全部氮高效利用材料，其DC聚类中心值达到93.6；在这15份材料中，DC聚类中心值大于94的材料有15、77、78、81及85号，这部分材料可作为氮高效利用亲本材料使用；在第Ⅳ类材料中，个别材料的个别性状表现优良，如42和95号，其单株有效穗数、始穗期和千粒重表现出较强的氮高效利用特性，可作为特殊性状使用；氮利用效率最差的为第Ⅲ类，DC聚类中心值为81.9，表明该类材料在氮胁迫下受害程度最大；其余表现一般。
参考文献：
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收稿日期：2012-03-01
基金项目：重庆市重点项目（CSTC，2010AA1013；CSTC，2010AA1019；CSTC，2010AA1033）；农业部水稻产业体系项目（CARS-01-14）；
关键词：智能混凝土研究发展
随着现代材料科学的不断进步，作为最主要的建筑材料之一的混凝土已逐渐向高强、高性能、多功能和智能化发展。用它建造的混凝土结构也趋于大型化和复杂化。然而混凝土结构在使用过程中由于受环境荷载作用。疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的影响，结构将不可避免地产生损伤积累、抗力衰减，甚至导致突发事故。为了有效地避免突发事故的发生，延长结构的使用寿命，必须对此类结构进行实时的“健康”监测，并及时进行修复。现有的无损检测方法，如声波检测x射线及c扫描等，只能定性检测，而不能定量、数据化处理，更主要的是不能实现实时监测。因而对结构内部状态的监测和损伤估计还比较困难，甚至是不可能的。传统的混凝土结构的维修方式主要是在损伤部位进行外部的加固，而对损伤的原结构进行维修比较困难，尤其是对结构内部的损伤修复更是非常困难。随着现代社会向智能化的发展，这种停留在被动和计划模式的检测与修复方式已不能适应现代多功能和智能建筑对混凝土材料提出的要求。因此，研究和开发具有主动、自动地对结构进行自诊断、自调节、自修复、恢复的智能混凝土已成为结构一功能（智能）一体化的发展趋势[1]
1智能混凝土的定义和发展历史
智能材料，指的是“能感知环境条件，做出相应行动”的材料。它能模仿生命系统，同时具有感知和激励双重功能，能对外界环境变化因素产生感知，自动作出适时。灵敏和恰当的响应，并具有自我诊断、自我调节、自我修复和预报寿命等功能。智能混凝土是在混凝土原有组分基础上复合智能型组分，使混凝土具有自感知和记忆，自适应，自修复特性的多功能材料。根据这些特性可以有效地预报混凝土材料内部的损伤，满足结构自我安全检测需要，防止混凝土结构潜在脆性破坏，并能根据检测结果自动进行修复，显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感知和记忆、自适应。自修复等多种功能的综合，缺一不可，以目前的科技水平制备完善的智能混凝土材料还相当困难。但近年来损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土。仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相继出现；为智能混凝土的研究打下了坚实的基础。
1.1损伤自诊断混凝土
自诊断混凝土具有压敏性和温敏性等自感应功能。普通的混凝土材料本身不具有自感应功能，但在混凝土基材中复合部分其它材料组分使混凝土本身具备本征自感应功能。目前常用的材料组分有：聚合类、碳类、金属类和光纤。其中最常用的是碳类、金属类和光纤。下面主要介绍2种当前研究比较热门的损伤自诊断混凝土。
1.1.1碳纤维智能混凝土
碳纤维是一种高强度、高弹性且导电性能良好的材料。在水泥基材料中掺入适量碳纤维不仅可以显著提高强度和韧性，而且其物理性能，尤其是电学性能也有明显的改善，可以作为传感器并以电信号输出的形式反映自身受力状况和内部的损伤程度。将一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺入到混凝土材料中，可以使混凝土具有自感知内部应力、应变和操作程度的功能。通过观测，发现水泥基复合材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。碳纤维水泥基材料在结构构件受力的弹性阶段，其电阻变化率随内部应力线性增加，当接近构件的极限荷载时，电阻逐渐增大，预示构件即将破坏。而基准水泥基材料的导电性几乎无变化，直到临近破坏时，电阻变化率剧烈增大，反映了混凝土内部的应力一应变关系。根据纤维混凝土的这一特性，通过测试碳纤维混凝土所处的工作状态，可以实现对结构工作状态的在线监测[2].在入碳纤维的损伤自诊断混凝土中，碳纤维混凝土本身就是传感器，可对混凝土内部在拉、压、弯静荷载和动荷载等外因作用下的弹性变形和塑性变形以及损伤开裂进行监测。试验发现，在水泥浆中掺加适量的碳纤维作为应变传感器，它的灵敏度远远高于一般的电阻应变片。在疲劳试验中还发现，无论在拉伸或是压缩状态下，碳纤维混凝土材料的体积电导率会随疲劳次数发生不可逆的降低。因此，可以应用这一现象对混凝土材料的疲劳损伤进行监测。通过标定这种自感应混凝土，研究人员决定阻抗和载重之间的关系，由此可确定以自感应混凝土修筑的公路上的车辆方位、载重和速度等参数，为交通管理的智能化提供材料基础。
碳纤维混凝土除具有压敏性外，还具有温敏性，即温度变化引起电阻变化（温阻性）及碳纤维混凝土内部的温度差会产生电位差的热电性（seebeck效应）。试验表明，在最高温度为70℃，最大温差为15℃的范围内，温差电动势（e）与温差t之间具有良好稳定的线性关系。当碳纤维掺量达到一临界值时，其温差电动势率有极大值，且敏感性较高，因此可以利用这种材料实现对建筑物内部和周围环境变化的实时监控；也可以实现对大体积混凝土的温度自监控以及用于热敏元件和火警报警器等可望用于有温控和火灾预警要求的智能混凝土结构中。
碳纤维混凝土除自感应功能外，还可应用于工业防静电构造。公路路面、机场跑道等处的化雪除冰。钢筋混凝土结构中的钢筋阴极保护。住宅及养殖场的电热结构等。
1.1.2光纤传感智能混凝土
光纤传感智能混凝土[3]，即在混凝土结构的关键部位埋人入纤维传感器或其阵列，探测混凝土在碳化以及受载过程中内部应力、应变变化，并对由于外力、疲劳等产生的变形、裂纹及扩展等损伤进行实时监测。光在光纤的传输过程中易受到外界环境因素的影响，如温度、压力、电场、磁场等的变化而引起光波量如光强度、相位、频率、偏振态的变化。因此人们发现，如果能测量出光波量的变化，就可以知道导致光波量变化的温度、压力、磁场等物理量的大小。于是，出现了光纤传感技术。近年来，国内外进行了将光纤传感器用于钢筋混凝土结构和建筑检测这一领域的研究，开展了混凝土结构应力、应变及裂缝发生与发展等内部状态的光纤传感器技术的研究，这包括在混凝土的硬化过程中进行监测和结构的长期监测。光纤在传感器中的应用，提供了对土建结构智能及内部状态进行实时、在线无损检测手段，有利于结构的安全监测和整体评价和维护。到目前为止，光纤传感器已用于许多工程，典型的工程有加拿大caleary建设的一座名为beddingtontail的一双跨公路桥内部应变状态监测；美国winooski的一座水电大坝的振动监测；国内工程有重庆渝长高速公路上的红槽房大桥监测和芜湖长江大桥长期监测与安全评估系统等。
1.2自调节智能混凝土
自调节智能混凝土具有电力效应和电热效应等性能。混凝土结构除了正常负荷外，人们还希望它在受台风、地震等自然灾害期间，能够调整承载能力和减缓结构振动，但因混凝土本身是惰性材料，要达到自调节的目的，必须复合具有驱动功能的组件材料，如：形状记忆合金（sma）和电流变体（er）等。形状记忆合金具有形状记忆效应（sme），若在室温下给以超过弹性范围的拉伸塑性变形，当加热至少许超过相变温度，即可使原先出现的残余变形消失，并恢复到原来的尺寸。在混凝土中埋入形状记忆合金，利用形状记忆合金对温度的敏感性和不同温度下恢复相应形状的功能，在混凝土结构受到异常荷载于扰时，通过记忆合金形状的变化，使混凝土结构内部应力重分布并产生一定的预应力，从而提高混凝土结构的承载力。
电流变体（er）是一种可通过外界电场作用来控制其粘性、弹性等流变性能双向变化的悬胶液。在外界电场的作用下，电流变体可于0.1ms级时间内组合成链状或网状结构的固凝胶，其初度随电场增加而变调到完全固化，当外界电场拆除时，仍可恢复其流变状态。在混凝土中复合电流变体，利用电流变体的这种流变作用，当混凝土结构受到台风，地震袭击时调整其内部的流变特性，改变结构的自振频率、阻尼特性以达到减缓结构振动的目的。
有些建筑物对其室内的湿度有严格的要求，如各类展览馆、博物馆及美术馆等，为实现稳定的湿度控制，往往需要许多湿度传感器、控制系统及复杂的布线等，其成本和使用维持的费用都较高。日本学者研制的自动调节环境温度的混凝土材料自身即可完成对室内环境湿度的探测，并根据需要对其进行调控。这种混凝土材料带来自动调节环境湿度功能的关键组分是沸石粉。其机理为：沸石中的硅酸钙含有（3－9）x10－10m的孔隙。这些孔隙可以对水分、n0x和s0x气体选择性的吸附。通过对沸石种类进行选择，可以制备符合实际应用需要的自动调节环境湿度的混凝土复合材料。它具有如下特点：优先吸附水分；水蒸气压力低的地方，其吸湿容量大；吸、放湿与温度相关，温度上升时放湿，温度下降时吸湿。
1.3自修复智能混凝土
混凝土结构在使用过程中，大多数结构是带缝工作的。混凝土产生裂缝，不仅强度降低，而且空气中的co2、酸雨和氯化物等极易通过裂缝侵人混凝土内部，使混凝土发生碳化，并腐蚀混凝土内的钢筋，这对地下结构物或盛有危险品的处理设施尤为不利，一旦混凝土发生裂缝，要想检查和维修都很困难。自修复混凝土就是应这方面的需要而产生的。在人类现实生活中可以见到人的皮肤划破后，经一段时间皮肤会自然长好，而且修补得天衣无缝；骨头折断后，只要接好骨缝，断骨就会自动愈合。自愈合混凝土[4]就是模仿生物组织，对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土传统组分中复合特性组分（如含有粘结剂的液芯纤维或胶囊）在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，模仿动物的这种骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理。采用粘结材料和基材相复合的方法，使材料损伤破坏后，具有自行愈合和再生功能，恢复甚至提高材料性能的新型复合材料。在日本，以东北大学三桥博三教授为首的日本学者将内含粘结剂的胶囊或空心玻璃纤维掺入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下发生开裂，部分胶囊或空心玻璃纤维破裂，粘结液流出并深人裂缝。粘结液可使混凝土裂缝重新愈合。美国伊利诺伊斯大学的carolyndry在1994年采用类似的方法，将在空心玻璃纤维中注人缩醛高分子溶液作为粘结剂埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。在此基础上carolyndry还根据动物骨骼的结构和形成机理，尝试制备仿生混凝土材料，其基本原理是采用磷酸钙水泥（含有单聚物）为基体材料，在其中加人多孔的编织纤维网。在水泥水化和硬化过程中，多孔纤维释放出聚合反应引发剂与单聚物聚合成高聚物，聚合反应留下的水分参与水泥水化。这样便在纤维网的表面形成大量有机与无机物，它们相互穿插粘结，最终形成的复合材料是与动物骨骼结构相似的无机与有机相结合的材料，具有优异的强度及延性等性能。而且在材料使用过程中，如果发生损伤，多孔有机纤维会释放高聚物，愈合损伤。
2智能混凝规究现状和应注意的问题
前面所述的自诊断、自调节和自修复混凝土是智能混凝土研究的初级阶段，它们只具备了智能混凝土的某一基本特征，是一种智能混凝土的简化形式。因此有人也称之为机敏混凝土。然而这种功能单一的混凝土并不能发挥智能混凝土作用，目前人们正致力于将2种以上功能进行组装的所谓智能组装混凝土材料的研究。智能组装混凝土材料是将具有自感应、自凋节和自修复组件材料等与混凝土基材复合并按照结构的需要进行排列，以实现混凝土结构的内部损伤自诊断、自修复和抗震减振的智能化。
智能混凝土具有广阔的应用前景，但作为一种新型的功能材料，如果投入实际工程，还有很多问题需要进一步地研究：如碳纤维混凝土的电阻率稳定性、电极布置方式、耐久性等；光纤混凝土的光纤传感阵列的最优排布方式；自愈合混凝土的修复粘结剂的选择。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解决上述一系列问题将对智能混凝土今后的发展产生深远的影响。为促进智能混凝土研究工作的顺利开展有必要就以下几点形成共识：
（1）开发应有针对性。所谓针对性就是要针对混凝土性能发生恶化和结构发生破坏等现象，考虑不同的智能方法，如针对这些现象，设想开发出一种能应对所有这些情况的手段是很困难的，因此，缩小智能化范围，以某种功能为对象，从而开发出相对最适应的方法是必要的。
（2）实施中应具有可行性。浇注混凝土多在施工现场进行，因而作为智能混凝土的施工方法，对其技术与工艺要求不能过高。应以原有工艺为基础开发相应的较为简单的方法。选用的材料应具有化学稳定性，要有利于安全使用，不挥发任何有刺激的气味和其它有害物质，并能大量应用而且成本较低。
（3）设计应具有综合性。采用智能化，虽然可以提高材料的耐久性，但也会带来负面作用。如由于使用了某种材料虽然能对某种恶化现象进行控制和改善，但是否会对强度等其它性能有所影响，所有这些正反两方面的问题都必须在判断和设计时进行综合考虑和权衡。
Embracingwiththreeelementswhicharesense,responseandfeedback,smarttextilesisadevelopmenttrendoftextileandapparelindustryandresearchgoalsformilitaryofmanycountriesaswell.Thispaperanalysedthetechnologystatusquoandcharacteristicsofseveraltypicalkindsofsmarttextiles,anddiscussedtheirapplicationpotentialonmilitaryequipments.
1概述
智能材料是模仿生命系统、具有感知和驱动双重功能、对使用环境敏感且能对环境变化做出响应的材料，其显著特点是将高技术的传感器和执行元件与传统材料结合在一起，赋予材料以新的性能，使无生命的材料具有越来越多生物所特有的属性。感知、反馈、响应是其三大要素。智能纺织品是其中的一个重要分支，同时具有感知、反馈、响应的特性以及纺织品柔软可穿用的特点。
能够感知外界环境变化、并根据外界环境变化判断作出应对措施、然后进行相应的结构或性能调整来适应外界环境的智能纺织品，一直以来都是各国军方梦寐以求的。例如，能够随着环境颜色变化而调整自身颜色的“变色龙”迷彩纺织品，能够自动调节温度来适应环境温度变化的纺织品，能够远程探测士兵生理参数、受伤部位及程度并进行调节和治疗的电子信息纺织品，能够在可见光波段实现隐身的高级智慧型功能纺织品等等，无一不是各国军方追求的目标。
根据目前已有的报道和研究，典型的智能纺织品主要有以下几大类：电子信息智能纺织品、变色纺织品、相变材料和智能调温纺织品、形状记忆高分子及纺织品、基于水凝胶的智能纺织品和基于人工周期性结构的隐身纺织材料。本文结合这几类智能纺织品的特点以及军用纺织品的应用要求等，就其研发现状及其在军用装备方面的应用进行了探讨。
2典型的智能纺织品及其在军用装备上的应用
2.1电子信息智能纺织品
微电子信息技术和纺织技术的完美结合，造就了电子信息智能纺织品。严格说来，该类纺织品表现为通过多种信息处理系统实现对多种信息的探测或处理，只是多个分系统的组合；是多功能的集合，还停留在功能材料的智慧水平，属于消极智能纺织品。比如可穿戴的计算机、用以检测人体生理指标的LifeShirt、用以探测弹伤位置的SmartShirt等。目前已商业化的部分电子信息智能服装如表1所示。
微电子元件和纺织品的结合有3种技术水平：（1）模块化技术：将电子元件作为纺织品的附件，电子元件和纺织品的功能各自独立，比如PhilipsLevi’s的ICD款式的夹克；（2）嵌入式技术：电子元件被接合到纺织品的某一部分织物中，比如附加在织物上通过导电纱线连接的电路板，基于织物的柔性传感器、整合电路等；（3）基于纤维的技术：部分或所有必须的电子元件及传感器直接由纤维和织物构成。
无论何种技术水平，电子信息智能纺织品的关键技术在于电子元件的微小型化及柔性化。其中，电子元件的微小型化属于电子技术范畴，而柔性化则大多需要通过纺织技术来达到。目前文献中报道研究的柔性化电子器件主要有织物传感器、织物电极、可传输信号的导电纤维或纱线、织物线路板、柔性显示器等，如图1所示。以上各种织物传感器类产品都是通过将导电物质涂敷于织物上或将导线织入织物等方式赋予织物导电性能来实现的。因此，研发并掌握具有传输信号功能的导电纤维和织物的关键技术是电子元件柔性化的根本。
目前已商业化的这些电子信息智能纺织品给了各界极大的鼓舞和信心，但它们还存在一些亟待解决的问题，如能源供应、柔性集成电路、电子部件的耐水洗和耐汗渍等性能以及各接口的稳定性问题等。
美军和我国军方都已展开了对该类纺织品的研发及应用，主要集中在电子元器件的微小型化和柔性化，基本处于模块化和嵌入式水平阶段。可以预见，未来战场上，单兵只需穿着一件信息化作战服装，就可以通过服装上内置的各种传感器来感知战场和人体的各种状态变化，探测枪伤的位置并给药，通过内置的柔性键盘和开关来处理获得的信息，并通过无线信息传输技术将这些信息传送给指挥部门或邻近的战友，从而接受指挥部门的命令或战友的信息。
2.2变色纺织品
变色材料是指其颜色随着外界环境变化而发生改变的物质。材料变色的基本原理是基于当相应的外界条件发生变化时，材料对可见光的吸收光谱发生变化。变色材料实质是变色染料或颜料，通过将具有变色功能的单体与其他单体共聚或作为侧基引入获得。根据发生响应的外界条件，变色材料可分为光致、热致、电致、压敏和湿敏变色材料，表2给出了其中4类材料的特点。
一般通过3种途径可以获得变色纤维：（1）在溶液纺丝过程中加入变色染料和防止染料转移的试剂，如日本松田色素化学工业公司生产的变色纤维；（2）将变色染料制成色母粒，通过熔融纺丝制成变色纤维，如日本帝人和可乐丽公司制成的皮芯结构的变色纤维；（3）在纤维表面进行涂层或聚合。其中第3种方法还可以直接应用于纱线或纺织品。具有实用价值的变色纺织品必须具有以下特点：（1）必须能够发生可逆的变色；（2）变色响应速度快，一般为毫秒至秒级；（3）颜色稳定；（4）颜色的重现性、耐疲劳和反复变色性好。
研发用于军用装备的变色纺织品必须选择合适类型的变色染料并通过适当的途径应用到纺织品上。虽然光致和热致变色染料得到了更多的研究和关注，但由于光强和温度属于自然条件，对其敏感的变色染料难以人为主动控制，因此只有通过电场变化控制的变色染料才可以做到人为控制变色，即到任何环境都可以人为调控纺织品的颜色。通过研制变色纤维的方式获得的纺织品具有较好的水洗性和摩擦牢度。该技术可用于军用变色迷彩的研发。
2.3相变材料和智能控温纺织品
根据温度的不同，物质的相态可以发生转变，即发生固－液、固－气、气－液的相转变，在相转变过程中，物质从环境吸收热量或向环境中释放热量。相变材料就是能够随环境温度变化而发生相转变的物质。作为适于工业化应用的相变材料必须具有相变温度合适、储热能力强、相变过程中体积变化小、可逆性好、过冷程度低、导热快、价格低等特点。
目前得到广泛研究的几类相变材料的性能特点如表3所示。
为解决相变材料在纺织品中的有效含量比较有限、可智能控温时间较短的问题，可采用微胶囊、中空纤维、原位复合等技术途径，将数量较多的相变材料有效包容于纤维或纱线之中。同时，选用或专门研发热焓大的相变材料，使单位质量的相变材料发生相变时产生较多的能量，则有可能使相变材料成为具有实用价值的智能控温纺织品。
由于相变材料只在温度发生变化时才释放或吸收热量，因此相变材料适于用于环境温度变化比较频繁的场合，比如驻守于极冷地区、需要往返于室外和室内条件下的战士或司炉员。要达到较好的衣内恒温效果，服装体系必须具有较好的密闭性以保证衣内的微气候。
2.4形状记忆高分子材料及纺织品
形状记忆高分子材料是指具有某一原始形状的制品，经过形变并固定后，在特定的外界条件下能自动回复到初始形状的一类材料，主要为热敏形状记忆高分子材料，即受外界温度刺激后其形状和性能能够做出预定反应。该类高分子为两相结构，由记忆起始形状的固定相和随温度变化能可逆地固定和软化的可逆相组成。
常见的几种形状记忆高分子材料为交联聚乙烯、聚降冰片烯、聚乙烯聚己内酰胺的接枝共聚物、形状记忆聚氨酯（SMPU）等，其中SMPU由于具有－30～70℃可调的形变回复温度、加工容易、形变量可达400%、耐候性和重复形变效果佳等特点，得到了广泛的研究和应用开发。如通过SMPU膜获得的智能防水透湿、药物缓释和保温织物，可随温度变化膜的孔隙变大使透气率透湿量增加；通过SMPU乳液对棉麻织物进行抗皱免烫保形整理；通过SMPU模具制得的便携式餐具等，在到达形变温度以上时，可以回复到初始状态。
以上列举的几种SMPU材料在军用装备上均有很大的应用前景，比如通过SMPU可以制作可改变形状的生活便携用具，使其体积较小便于携带，而在使用时，只要给以一定的形变回复温度，就可使生活用具恢复原来形状。但是应用形状记忆高分子或纺织材料时必须选择合适的形变回复温度和形变回复次数，再根据这个要求设计两相结构的比例。
2.5基于水凝胶的智能纺织品
水凝胶是高分子链之间以化学键或物理作用力形式形成的交联结构溶胀体，是由水和高分子网络所组成的复合体系，是一种智能材料。水凝胶的一个重要特性是在一定的环境刺激条件下会发生体积相变，即当外界环境连续变化时，凝胶体积产生连续变化。根据响应的刺激信号不同，智能水凝胶可分为pH响应型、温敏型、光敏型、电场响应型、磁场响应型等。高分子水凝胶的合成以丙烯酰胺及其衍生物的均聚物和共聚物、丙烯酸及其衍生物的均聚物和共聚物为主。
将水凝胶采用涂层、接枝共聚、纺丝等方法制成智能凝胶纤维或织物，可用于智能调温、抗浸、防渗透纺织品等。根据军用装备使用的环境条件，选择水凝胶对环境变化的响应时间、响应速率、响应体积变化率是研发相关军用纺织品的技术关键。
2.6基于人工周期性结构的隐身纺织材料
严格意义上来说，隐身材料属于超材料的范畴，是一种人工结构材料，但由于其具有极其特殊的结构和超性能，在本文中也简单加以阐述。
电磁波入射到物体上后，当不能被反射、或被完全吸收、或电磁波改变方向从该物体的边缘传播过去而不透过该物体时，该物体对于侦视手段具有隐身功能。通过以下途径可实现隐身：（1）吸收电磁波或降低对电磁波的反射率，如各类吸波材料；（2）改变电磁波在介质中的传播方向，使得电磁波绕过该介质继续向前传播，即该介质对于电磁波而言是透明和不存在的，如左手材料或负折射率材料、光子晶体等。
其中，第2种途径主要通过在材料上刻蚀周期性结构而获得负的磁导率和负的介电常数来实现。早在1968年，俄国物理学家Veselago就对电磁波在介电常数ε和磁导率μ同为负数的介质中的传播特点作过纯理论研究，但是直到1999年，D.R.Smith和伦敦大学帝国理工学院的Pendry利用周期性排列的金属条和开口金属谐振环才制备了在微波9.3GHz波段同时具有负的介电常数和负的磁导率的介质，在该波段，微波可以绕过该介质向前传播，实现隐身。
虽然负折射率在概念上还存在争议，但事实已经表明，人工结构材料如光子晶体可以用来控制光的传播，且可以通过人工控制周期性结构尺寸以控制不同波段的光的传播。今后的研究方向是进一步减小结构尺寸、获得较为宽泛的可见光频段、可控制可见光传播方向、具有负折射率的光子晶体。
纺织纤维本身具有微米级的直径，如果在较小尺度上刻蚀周期性结构，以获得具有负折射率效果的纺织纤维，将是一件激动人心的事情，可以实现真正意义上的隐身。当士兵穿上这种纤维制作的服装时，可实现隐身。
3结论
总而言之，智能纺织品由于具有一般功能材料和高性能材料难以企及的智慧水平，即根据环境变化作为反馈并改变自己的行为，将是未来纺织行业的研发重点。相变材料、变色材料、电子纺织品、形状记忆纺织品和基于水凝胶的智能纺织品目前已得到了极为广泛的研究和关注，基本理论清晰，面对工业化应用的相关产品、需要解决的关键技术也比较清楚，这些为其在军用装备上的开发应用奠定了基础。具体如相变控温服装、变色迷彩、信息化作战服装、形状记忆生活用具和智能防渗透或抗浸服等，实现这些功能只需假以时日，同时努力提高实现的效能并解决附生的其它问题。而超材料――人工结构隐身材料已经实现了微波段特定频率的隐身，尚处于实验室起步阶段，但为实现真正意义上的光学隐身技术指明了前进的方向。目前这些技术虽然还远未达到实际应用技术水平，但一旦实现，必将彻底改变未来的战争模式，值得跟进和开展相关探索性的基础理论和技术研究。
参考文献
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[2]TaoXM.SmartFibers，FabricsandClothing[M].England：WoodheadPubLtd，2001.
[3]顾振亚，陈莉.智能纺织品的设计与应用[M].北京：化学工业出版社，2006.
关键词：绿色建筑材料；现状；发展应用
绿色建筑材料是环保健康的，对于人民的生活和居住是安全的，无污染的，观众居住环境的科学环保，在近年来的生活质量提高的背景下，绿色建筑材料的运用受到更多关注。怎样理解绿色建筑材料的绿色，建筑材料的应用要注意哪些问题，都是是值得研究和讨论的。
1绿色建筑材料的概念及特点
1.1绿色建筑材料的含义
“绿色”成为21世纪人们生活的主题。绿色建筑材料从原料的使用，生产过程的污染程度小，和对环境的保护方面来看，绿色建筑材料都是回收利用生活和生产废弃物的好方法的表现，绿色建筑物无污染、科学合理关注健康，对于人类居住环境的可持续发展是很重要的，有益于人们的健康、几乎无污染用能够重复利用废弃物的绿色环保的绿色建筑材料。这种健康又环保的建筑材料，被冠以“绿色”的含义，这种绿色建筑材料的生产技术是高科技的清洁生产，在国外，早已经应用于建筑和装饰施工方面；在我国还没有实质性的应用，只是停留在概念中而已。
1.2绿色建筑材料具有的独特性
1.2.1绿色家装材料的生产用料大多数是生产和生活的废弃物。
1.2.2绿色建筑材料生产工艺和技术选取上，高科技的投入，新技术的应用。加上环保低碳的新工艺用于生产领域。
1.2.3绿色建筑材料的生产配方的制作和生产整个流程中，不得使用对人体有害的化学物质，比如：甲醛、芳香烃类化学品；另外，产品不得含有某些有毒重金属，比如汞、镉、铅等。
1.2.4绿色建筑材料的整体设计是有利于生产和生活环境的，以关怀人文居住环境，提高人民生活质量为最高要求，关注居住环境的改善，有益人民的身体健康。
2绿色建筑材料发展现状
2.1国内发展现状。随着人们开始更多关注居住环境的科学化和重视绿色环境的意识增强，建筑行业也开始使用一些污染少，节能减排的环保材料，重视应用绿色建筑材料的观念在增强。很多绿色建筑材料的研究还只是处于理论状态，没有付诸实践应用。在以后的发展过程中，我国的建筑应用绿色材料是必然，只是时间的问题。本着环保节约的生活态度，朝着健康节能的目标而奋进，相信我国的绿色建筑材料必然会得到广泛的应用。
2.2国外绿色建筑材料的发展应用现状。绿色建筑材料在国外的发展应用由来已久，西方国家随着生活水平和国民素质的提高，对于建筑材料应用方面的环保要求更高，很多国家的建筑用上了绿色建筑材料，相比中国来看，国外的绿色建筑材料的研发和应用很系统、理论化的。对于绿色建材的检测和用料方面，都有科学的方法和理论指导，近年来，国外开发应用了绿色建筑材料的质量认证标准，国际化的质量认证标准可以保证率材料的生产质量。绿色环保材料的环保节能发展，对于国际化的原材料和环境的可持续发展是很必要的，也是很重要的。
关注绿色建筑用材，重视居住环境质量，这是国际化的一个课题，在研究和应用方面，走在世界前列的是德国，德国的政府和人民都是非常关注绿色建筑材料的应用，倡导绿色环保，节能减排，低碳生活的，对于居住质量的要求当然也是非常高的，几乎在德国的各大城市，都有专售“绿色建材”的特殊商店。美国设立专门研究空气污染的空气部，并且制定了建筑物所含化学物质检测标准，并且就建筑材料的室内空气污染进行构建数学模型的推算预测。英国提出建筑材料所含有机物散发标准的测定等方法检测空气污染程度，观众建筑材料的环保等级。
3绿色建筑材料发展前景
3.1重视环保绿色的建材应用。从思想上引起重视环保绿色建筑材料的应用。在媒体宣传和政府政策方面，都要重视绿色建筑材料的应用。开展宣传绿色理念的活动，转变人民对于绿色建筑材料的认识，推动绿色建筑材料走进千家万户的宣传活动。
3.2在建筑行业迅速发展的今天，建筑业在国民经济中的重要性突出，关注绿色环保的建材使用，是关系到居民身体健康和生活安居乐业的保障，要保障生活的绿色环保、无污染，就必须推动建筑业使用绿色建材，随着经济的发展，人民生活的改善，可以预见到，绿色建筑材料的市场潜力是巨大的，很有发展价值。
3.3拓展绿色建筑材料的应用领域，强化综合利用。建筑材料的应用领域可以拓展，不能仅限于建筑领域，要向更多领域拓展应用。扩大绿色建筑材料的使用。强化对绿色建筑材料的综合利用。
4绿色建筑材料的可持续应用发展。
4.1环保建材的绿色发展前景与可持续发展应用的内涵。可持续发展在绿色建筑材料应用方面可以这样理解：应用绿色的建材不仅仅是为了子孙后代能够有能源的持续利用，还包括在建筑材料的生产过程中要注意资料的合理再生利用，增强大众的绿色环保建筑材料的应用意识，保持原材料和人文环境的可持续利用的发展。
4.2绿色建材的生产和应用过程要格外重视，保持环保发展具有可持续特点。绿色建筑材料的生产过程要严格把关，从用料，和原料的比例配方，要科学合理，保证无污染和绿色环保。从环境保护的发展角度来看，绿色建材的生产所用原料也要尽量使用生活垃圾和生产的废弃物来加工使用。要生产绿色的建筑材料，就必须重视使用混凝土的可持续性，采用现代混凝土的科学配方，采取使用达标的水泥、水等。绿色建筑材料的添加剂注重污染检测，选取质量达标的原材料，这样能够保障混凝土的环保绿色发展，
4.3根据实际情况，具体问题具体发展可持续的绿色建筑材料的应用。我国发展绿色建筑材料的经验不多，几乎空白，要发展绿色建筑材料就要从各地的实际情况出发，不能盲目的一刀切，反对照搬照抄的做法，在绿色材料应用过程中，要明确具体问题的情况，结合当地实际情况来应用绿色建筑材料，从实际情况出发，应用建筑材料是非常必要的，才能保障建筑材料应用的科学合理。针对我国绿色建筑材料的研究不足的情况，实施探索性的研究，从技术和研发理论上，分析我国绿色建筑材料的运用情况；从理论上上健全我国绿色建筑材料的应用要客观、良好的灵活性，能够了解我国绿色建筑材料的评价体系、理论，达成自己质量评价体系。
5结语
关注绿色环保，关注生命健康的绿色建筑材料的应用成为必然，绿色建筑材料收到重视和研发，本文就绿色建筑材料的含义和特点展开分析，对于建筑材料的绿色特点的发展现状进行论述，在当前的社会和谐发展中，发展可持续与绿色建筑材料的关系处理提出看法。最后，就绿色建筑材料与可持续发展的关系进行归纳总结。绿色建材的发展是提高生活居住环境标准的需要，我们要关注绿色建筑材料的应用问题，本着可持续发展的眼光看待绿色建筑材料的研发和应用，从造福子孙后代，造福人类的角度来推动绿色建筑材料的应用和发展。
参考文献
[1]刘万锋.对绿色节能建材的探讨[J].中国建材科技，2006（2）.
关键词:纳米材料化工领域应用
纳米材料的结构由表面(界面)结构组元构成,粒径介于原子团簇与常规粉体之间,一般不超过100nm,与电子的德布罗意波长相当。粒径越小的纳米材料,其界面组元的比值越高,低动量电子散射量越大。纳米材料的界面组元中含有相当量的不饱和配位键、端键及悬键。由于不同的纳米材料各具独特效应,如界面效应、小尺寸效应\量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等,进而导致在声、光、电、磁、热、化学作用及力场下,呈现各自不同的特异性能,从而作为吸波材料(隐型材料)、高性能磁记录材料、磁性液体、复合材料、超导材料、新型高效催化剂、发光材料、特种涂料及新型医用材料等逐步应用于国民经济诸多领域。
一、纳米材料在化工行业中的应用
1、在催化方面的应用
催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用,它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低,而且其制备是凭经验进行,不仅造成生产原料的巨大浪费,使经济效益难以提高,而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多,为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂,可大大提高反应效率,控制反应速度,甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。
纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂,特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒,可近似地看成是一个短路的微型电池,用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时,半导体纳米粒子吸收光产生电子――空穴对。在电场作用下,电子与空穴分离,分别迁移到粒子表面的不同位置,与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。
2、在涂料方面的应用
纳米材料由于其表面和结构的特殊性,具有一般材料难以获得的优异性能,显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇,使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术,添加纳米材料,可获得纳米复合体系涂层,实现功能的飞跃,使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性;功能涂层是赋予基体所不具备的性能,从而获得传统涂层没有的功能。
3、在精细化工方面的应用
精细化工是一个巨大的工业领域,产品数量繁多,用途广泛,并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音,并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域,纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2,可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3,和SiO2,加入到普通橡胶中,可以提高橡胶的耐磨性和介电特性,而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料,可以提高塑料的强度和韧性,而且致密性和防水性也相应提高。
二、二维层状纳米材料的性能与特征
1、二维层状纳米材料的结构可控性
因纳米LDHS的特殊层状结构及组成、其在以下方面具有可调控性:
1)层板化学组成的可调控性
纳米LDHS的层板化学组成可根据应用需要进行调整。在一定范围内调变原料配比,层板化学组成则发生变化,进而导致层板化学性质、层板电荷密度等相应变化;
2)层间离子种类及数量的可调控性
根据应用需要,利用主体层板的分子识别能力,采用插层或离子交换的方式进行超分子组装,可改变其层间离子种类及数量,进而使纳米LDHS的整体性能发生较大幅度变化;
3)晶粒尺寸及其分布的可调控性
控制纳米LDHS的合成条件,可在20-60纳米范围内精准调整晶粒尺寸,同时使晶粒尺寸分布窄化,达到均匀分散。
2、层状纳米材料的结构与性能
充分利用以上各调控因素,可制备得到具有如下特征的层状结构纳米材料:
1)多功能性
不同客体插入纳米LDHS层间后,可组装得到具有不同应用性能的纳米层柱材料,如纳米选择性红外吸收剂、纳米选择性紫外阻隔剂、纳米杀菌防霉剂、纳米热稳定剂、环境友好纳米催化剂、安全型纳米阻燃剂、缓释型纳米除草剂、红外和雷达双功能纳米隐形材料等,可广泛应用于合成材料、建筑材料、石油化工、涂料、农药及军工等行业,产业关联度高,应用空间极为广阔。
2)低表面能
层状纳米材料因纳米LDHS层状结构的特殊性,表现出较低的表面能。这一特征使得制备时无需采用昂贵的辅助剂(如有机溶剂、偶联剂等)及高能耗的生产装备(如喷雾干燥等)便可得到具有纳米尺寸的层状材料LDHS,同时因其较低的表面能,在实际应用时易于均匀分散,不易聚集。
3)几何结构效应
LDHS层状材料主体二维层板结构及纳米尺寸,使其在应用时表现出独特的性能。因主体层板间的弱相互作用在外力条件下极易被打破,应用于涂料时表现出优异的触变性能;层状材料主体层板剥离后,可以纳米尺寸均匀分散至合成材料本体,这一特点在薄膜类产品中可得到充分体现,其结构是使复合膜的力学性能大幅度提高,同时具备对小分子迁移的阻隔能力(如PVC中的增塑剂、农膜中的防雾滴剂等);控制制备条件,可使层状材料具备规整的介孔结构(10-50nm),其在作为催化剂时,表现出对反应物、中间产物和产物的优异择形性能等等。
4)结构记忆效应
纳米LDHS旦有独特的“结构记忆效应”,即经一定途径改变其结构后,在一定条件下其又可逆地恢复至原有结构。利用这一特点,可在纳米LDHS层间插入满足设计要求的害体、进而组装得到所需的功能性层柱纳米材料;又可将组装得到的功能性层柱纳米材料置于某种有利于结构恢复的环境中,在外界条件的促进下,使其定时、定量释放出层间客体。如层柱型除草剂,便可在富含水、空气(主要利用其中的C02)的条件下,按作物生长要求缓慢释放除草剂,以避免除草剂流失所产生的污染及药害。
5)界面效应