生物材料的特性篇1
【摘要】
氧化铁纳米粒子是一种新型的磁功能材料，被广泛应用于生物、材料以及环境等众多领域。本文介绍了超顺磁氧化铁纳米粒子的制备方法，比较了各种方法的优缺点；评述了磁性氧化铁纳米粒子在细胞、蛋白质和核酸分离及生物检测中的应用，对多功能复合磁性氧化铁纳米粒子的构建，在生物医学领域中的应用具有的指导意义。
【关键词】超顺磁性氧化铁纳米粒子；制备；生物分离；生物检测；评述
abstractSuperparamagneticironoxidenanomaterialshavebeenwidelyusedinthebiotechnology，materialsandenvironmentalchemistry，etc.inthisreview，thesynthesismethodsofsuperparamagneticironoxide，themeritsanddefectsofthesemethods，andtheirapplicationincell，protein，nucleicacidseparationandbioassaywerereviewed.
KeywordsSuperparamagneticironoxidenanoparticles;Synthesis;Bioseparation；Bioassay;Review
1引言
磁性纳米粒子是近年来发展起来的一种新型材料，因其具有独特的磁学特性，如超顺磁性和高矫顽力，在生物分离和检测领域展现了广阔的应用前景[1]。同时，因磁性氧化铁纳米粒子具有小尺寸效应、良好的磁导向性、生物相容性、生物降解性和活性功能基团等特点[2～4]，在核磁共振成像、靶向药物、酶的固定、免疫测定等生物医学领域表现出潜在的应用前景[5～7]。但由于其较高的比表面积，强烈的聚集倾向，所以通常对其表面进行修饰，降低粒子的表面，能得到分散性好、多功能的磁性纳米粒子。对磁性纳米粒子的表面进行特定修饰，如果在修饰后的粒子上引入靶向剂、药物分子、抗体、荧光素等多种生物分子，可以改善其分散稳定性和生物相容性，以实现特定的生物医学应用。此外，适当的表面修饰或表面功能化还可以调节磁性纳米粒子表面的反应活性[8]，从而使其应用在细胞分离、蛋白质纯化、核酸分离和生物检测等领域。本文介绍了磁性氧化铁纳米粒子的制备方法，比较了各种制备方法的优缺点，并对其在生物分离及检测中应用的最新进展进行了评述。
2磁性氧化铁纳米粒子的合成方法
磁性纳米粒子的制备是其应用的基础。目前已发展了多种合成和制备方法，如共沉淀法、水热合成法、溶胶凝胶法和微乳液法等，上述方法均可制备高分散、粒度分布均匀的纳米粒子，并能方便地对其表面进行化学修饰，这些方法的优点和缺点见表1。
在这些合成方法当中，共沉淀法是水相合成氧化铁纳米粒子最常用的方法。该方法制备的磁性纳米颗粒具有粒径小，分散均匀，高度生物相容性等优点，但制得的颗粒存在形状不规则，结晶差等缺点。通过在反应体系中加入柠檬酸，可得到形状规则、分散性好的纳米粒子。利用这种方法合成的磁性纳米材料被广泛应用在生物化学及生物医学等领域[9]。微乳液法制备纳米粒子，产物均匀、单分散，可长期保持稳定，通过控制胶束、结构、极性等，可望从分子规模来控制粒子的大小、结构、特异性等。微乳液合成的磁性纳米粒子仅溶于有机溶剂，其应用受到限制。通常需要在磁性纳米粒子的表面修饰上亲水分子，使其溶于水，从而能应用于生物、医学等领域。
热分解法是有机相合成氧化铁纳米粒子最多也是最稳定的方法。利用热分解法制备的纳米Fe3o4颗粒产物具有好的单分散性，且呈疏水性，可以长期稳定地分散于非极性有机溶剂中。该方法合成的氧化铁纳米粒子虽然具有粒径均一的特点，但必须在其表面偶联亲水性及生物相容性好的生物分子或制备成核壳结构，才可用于生物医学领域。表1磁性氧化铁纳米粒子的制备方法（略）
此外，绿色化学和生物方法合成氧化铁纳米粒子也备受关注[28，29]。磁性氧化铁纳米粒子除具有的表面效应、小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应等纳米粒子基本特性外，它同时还具有超顺磁特性、类酶催化特性和生物相容性等特殊性质，因此在医学和生物技术领域中的应用引起了人们的广泛兴趣。
3磁性氧化铁纳米材料在生物分离与生物检测的应用
3.1磁性氧化铁纳米材料在生物分离的应用
磁性氧化铁纳米粒子可以通过外界磁场来控制纳米粒子的磁性能，从而达到分离的目的，如细胞分离[30，31]、蛋白分离[32]和核酸分离[33]等。此外磁性氧化铁纳米粒子由于兼有纳米、磁学和类酶催化活性等性能，不仅能够实现被检测物的分离和富集，而且能够使检测信号放大，在生物分析领域也都具有很好的应用前景[34，35]。磁性纳米粒子（mnp）能够应用于这些领域主要基于它的表面化学修饰，包括非聚合物有机固定、聚合物有机固定、无机分子固定及靶向配体修饰等[36]（图1）。纳米粒子表面功能化修饰是目前研究的热点。
3.1.1磁性氧化铁纳米材料在细胞分离方面的应用
细胞分离技术的目的是快速获得所需目标细胞。传统细胞分离技术主要根据细胞的大小、形态以及密度的差异进行分离，如采用微滤、超滤以及超离心等方法。这些方法操作简单，但是特异性差，而且存在纯度不高、制备量偏小、影响细胞活性等缺点，因此未能被广泛地用于细胞的纯化研究[37]。近年来，随着对磁性纳米粒子研究的深入，人们开始利用磁性纳米粒子来分离细胞[38，39]。如磁性氧化铁纳米粒子在其表面接上具有生物活性的吸附剂或配体（如抗体、荧光物质、外源凝结素等），利用它们与目标细胞的特异性结合，在外加磁场的作用下将细胞分离、分类以及对其种类、数量分布进行研究。张春明等[40]运用化学连接方法将单克隆抗体CD133连接到Sio2/Fe3o4复合粒子的表面得到免疫磁性Fe3o4纳米粒子，利用它分离出单核细胞和CD133细胞。经培养后可以看出，分离出来的CD133细胞与单核细胞一样，具有很好的活性，能够正常增殖形成集落，并且在整个分离过程中对细胞的形态以及活性没有明显的毒副作用，这与Kuhara等[30]]报道的采用磁分离技术分离CD19+和CD20+细胞的结果一致。Chatterjee等[39]采用外源凝结素分别修饰聚苯乙烯包被的磁性Fe3o4微球和白蛋白磁性微球，利用凝结素与红细胞良好的结合能力，快速、高效的分离了红细胞。此外，磁性粒子在分离癌细胞和正常细胞方面的动物实验也已获得成功。
3.1.2磁性氧化铁纳米材料在蛋白质和核酸分离中的应用
利用传统的生物学技术（如溶剂萃取技术等）来分离蛋白质和核酸程序非常繁杂，而磁分离技术是分离蛋白、核酸及其他生物分子便捷而有效的方法。目前在外磁场作用下，超顺磁性氧化铁纳米粒子已广泛应用于蛋白质和核酸的分离。
Liu等[41]利用聚乙烯醇等表面活性剂存在下制备出共聚磁性高分子微球，表面用乙二胺修饰后用于分离鼠腹水抗体，得到很好的分离效果。Xu等[42]在磁性氧化铁纳米粒子表面偶联多巴胺分子，用于多种蛋白质的分离纯化。多巴胺分子具有二齿烯二醇配体，它可以与氧化铁纳米粒子表面配位不饱和的Fe原子配位，形成纳米颗粒多巴胺复合物，此复合物可以进一步偶联次氨基三乙酸分子（nta），nta分子可特异螯合ni＋，对于具有6×His标签的蛋白质的分离纯化方面表现出很高的专一性。Liu等[43]用硅烷偶联剂（aeapS）对核壳结构的Sio2/Fe2o3复合粒子的表面进行处理，研究复合磁性粒子对牛血清白蛋白（BSa）的吸附情况，结果表明BSa与磁性复合粒子之间是通过化学键作用被吸附的，复合粒子对BSa的最大吸附量达86mg/g，显示出在白蛋白的分离和固定上有很大的应用潜力。Herdt等[44]利用羧基修饰的吸附/解离速度快的核壳型（Fe3o4/paa）磁性纳米颗粒与Cu2+亚氨基二乙酸（iDa）共价交联，通过Cu2+与组氨酸较强的亲和能力实现了组氨酸标记蛋白的选择性分离，分离过程如图2所示。
磁性纳米粒子也是核酸分子分离的理想载体[45]。Dna/mRna含有单一碱基错位，它们的富集和分离在人类疾病诊断学、基因表达研究方面有着至关重要的作用。Zhao等[46]合成了一种磁性纳米基因捕获器，用于富集、分离、检测痕量的Dna/mRna分子。这种材料以磁性纳米粒子为核，包覆一层具有生物相容性的Sio2保护层，表面再偶联抗生素蛋白维生素H分子作为Dna分子的探针，可以将10－15mol/LDna/mRna有效地富集，并能实时监控产物。tayor等[47]用硅酸钠水解法、正硅酸乙酯水解法制备Sio2/Fe2o3磁性纳米粒子并对Dna进行了分离。结果表明，Sio2功能化的Fe2o3磁性纳米粒子对Dna的吸附分离效果明显好于单独Fe2o3磁性纳米粒子的分离效果，但是其吸附机理有待进一步研究。
3.2磁性氧化铁纳米材料在生物检测中的应用
3.2.1基于磁学性能的生物检测
磁性氧化铁纳米粒子因其特有的磁导向性、小尺寸效应及其偶联基团的活性，兼有分离和富集地作用，使其在生物检测领域有广泛的应用。当检测目标为低含量的蛋白分子时，不能通过聚合酶链反应（pCR）对其信号进行放大，而磁微球与有机染料或量子点荧光微球结合可以对某些特异性蛋白、细胞因子、抗原和核酸等进行多元化检测，实现信号放大的作用。Yang等[48]采用一对分子探针分别连接荧光光学条码（彩色）和磁珠（棕色），对Dna（顶端镶板）和蛋白质（底截镶板）生物分子进行目标分析（图3）。如果目标Dna序列或蛋白存在，它将与两个磁珠结合一起，形成了一个三明治结构，经过磁选，光学条码可以在单磁珠识别目标水平下，通过分光光度计或是在流式细胞仪读出。通过此方法检测目标分子是基于数百万个荧光基团组成的微米尺寸光学条码信号的扩增而检测出来，其基因和蛋白的检出限可达到amol/L量级，甚至更低。
nam等［49］利用多孔微粒法（每个微粒可填充大量条形码Dna）和金纳米微粒为基础的比色法生物条形码检测技术检测了人白细胞介素2（iL2），检出限可达到30amol/L，比普通的酶联免疫分析技术的灵敏度高3个数量级。oh等[50]利用荧光为基础的生物条形码放大方法检测了前列腺特异性抗原（pSa）的水平，其检出限也低于300amol/L，而且实现了快速检测。
在免疫检测中，磁性纳米粒子作为抗体的固相载体，粒子上的抗体与特性抗原结合，形成抗原抗体复合物，在磁力作用下，使特异性抗原与其它物质分离，克服了放免和酶联免疫测定方法的缺点。这种分离具有灵敏度高、检测速度快、特异性高、重复性好等优点。Yang等[51]通过反相微乳液法制备了粒径很小的Sio2包覆的Fe3o4磁性纳米粒子，生物分子通过诱导这些高单分散的磁性纳米粒子可用于酶的固定和免疫检测。Lange等[52]采用直接或三明治固相免疫法（生物素基化抗igG抗体和共轭连接链霉素的磁性纳米粒子组成三明治结构）和超导量子干涉法（SQUiD），研究它们在确定抗原、抗体相互作用免疫检测中的应用，结果表明特异性键合的磁性纳米颗粒的驰豫信号大小依赖于抗原（人免疫球蛋白G，igG）的用量，这种磁弛豫(magneticrelaxation)免疫检测方法得到的结果与广泛使用的eLiSa方法的结果相当。
因磁性纳米粒子独特的性能，在生物传感器上也有潜在的应用前景。Fan等［53］在磁珠上偶联被检测物的一级抗体，在金纳米颗粒上连接二级抗体，两者反应后，利用HClnaClBr2将au氧化为au3+，催化发光胺（Luminol）化学发光，人免疫球蛋白G（igG）的检出限可达2×10－10mol/L，实现了磁性纳米颗粒化学发光免疫结合的方法对igG进行生物传感分析（图4）。
3.2.2类酶催化特性在生物检测中的应用
Cao等[54]发现Fe3o4磁性纳米粒子能够催化H2o2氧化3，3'，5，5'四甲基联苯胺（tmB）、3，3'二氨基联苯胺四盐酸盐（DaB）和邻苯二胺（opD），使其发生显色反应，具有类辣根过氧化物酶（HRp）活性（图5），而且其催化活性比相同浓度的辣根过氧化物酶高40倍。并且Fe3o4磁性纳米粒子可以运用磁分离手段进行重复性利用，显著降低了生物检测的实验成本，利用此特性可进行多种生物分子的检测。
利用葡萄糖氧化酶（Gox）与Fe3o4磁性纳米粒子催化葡萄糖的反应(见式（1）和(2))，通过比色法检测葡萄糖，其检测的灵敏度达到5×10－5～1×10－3mol/L。由于Fe3o4磁性纳米粒子制备简单、稳定性好、活性高，成本低，因而比普通酶更有竞争优势，这也为葡萄糖的检测提供了高灵敏度和选择性的分析方法，在生物传感领域的应用上展现了巨大的潜能，为糖尿病人疾病的诊断提供了快速、灵敏的检测方法。然而要提高检测灵敏度，合成催化效率高的Fe3o4磁性纳米粒子及多功能磁性纳米粒子是关键。peng等[56]用电化学方法比较了不同尺寸Fe3o4纳米粒子的催化活性发现，随着尺寸的变小，磁性纳米粒子的催化活性变高。wang等[57]制备的单分散哑铃型ptFe3o4纳米粒子，由于本身尺寸和结构特点，可更大限度地提高催化活性。本研究组已经合成了分散性好和磁性高的氧化铁纳米粒子并对其进行了表征，利用其磁学和催化特性，已开展了葡萄糖等生物分子的检测，该方法的检出限达到1μmol/L，具有灵敏度高、操作简便和成本低等优点[58]。
总之，Fe3o4磁性氧化铁纳米粒子不但具有显著的超顺磁性，而且具有类辣根过氧化物酶催化特性，可通过使用过氧化物敏感染料，设计了一系列（如乙肝病毒表面抗原等）的免疫检测模型[59]，因此超顺磁性纳米粒子在生物分离和免疫检测领域具有广阔的应用前景。
4结语
随着纳米技术的迅速发展，磁性氧化铁纳米粒子的开发及其在生物医学、生物分析、生物检测等领域的潜在应用已经越来越受到重视，但同时也面临很多挑战和问题。（1）构建并制备尺寸小、粒径均一、分散性和生物相容性好及催化性能高的多功能磁性纳米粒子；（2）根据被检测生物分子的特点设计多功能磁性氧化铁纳米粒子，实现高灵敏度、特异性检测；（3）利用纳米氧化铁颗粒作为分子探针进行实时、在线、原位、活体和细胞内生物分子的检测。这些问题不仅是纳米材料在生物分子检测领域应用需要解决的难点，也是目前其进行生物分子检测研究的热点和重点。
参考文献
1perezJm，SimeoneFJ，Saeki，Y，JosephsonL，weisslederR.J.am.Chem.Soc.，2003，125(34):10192～10193
2KimGJ，o'ReganRm，nieSm.200527thannualinternationalConferenceoftheieeeengineeringinmedicineandBiologySociety，2005，17：714～716
3LiUJuntao(刘军涛)，LiURuping(刘儒平)，wanGmiXia(王蜜霞)，LiUChunXiu(刘春秀)，LUoJinping(罗金平)，CaiXinXia(蔡新霞).ChineseJ.anal.Chem.(分析化学)，2009，37(7):985～988
4LangC，SchulerD，FaivreD.macromol.Biosci.，2007，7(2):144～151
5SilvaGa.Surg.neurol.，2007，67(2)：113～116
6CorotC，Robertp，ideeJm，portm.adv.DrugDelivery.Rev.，2006，58(14):1471～1504
7Kohlern，SunC，wangJ，ZhangmQ.Langmuir.，2005，21(19)，8858～8864
8LiBaoYu(李宝玉).Biomedicalnanomaterials(纳米生物医药材料).Beijing（北京）:Chemicalindustrypress(化学工业出版社)，2004:141
9tartajp，moralesmp，GonzalezCarrenot，VeintemillasVerdaguerS，SernaCJ.J.magn.magn.mater.，2005，290:28～34
10ZHanGXin(张鑫)，LiXinGang(李鑫钢)，JianGBin(姜斌).ChineseChem.industry.eng.(化学工业与工程)，2006，23(1):45～48
11wuJH，KoSp，LiuHL，JungmH，LeeJH，JuJS，KimYK.ColloidsSurf.a，2008，313／314:268～272
12CHenGHaiBin(程海斌)，LiUGuiZhen(刘桂珍)，LiLiChun(李立春)，GUanJianGuo(官建国)，YuanRunZhang（袁润章）.J.wuhanUniversityoftechnology(武汉理工大学学报)，2003，25(5):4～6
13QiUXingping(邱星屏).J.XiamenUniversity:naturalScience(厦门大学学报：自然科学版)，1999，38(5):711～715
14maoBD，KangZH，wangeB，LianSY，GaoL，tianCG，wangCL.mater.Res.Bull.，2006，41(12):2226～2231
15FanR，ChenXH，GuiZ，LiuL，ChenZY.mater.Res.Bull.，2001，36(3～4):497～502
16wangHw，LinHC，YehYC，KuoCH.J.magn.magn.mater.，2007，310(2):2425～2427
17HarrisLa，GoffJD，CarmichaelaY，RiffleJS，HarburnJJ，StpierretG，Saundersm.Chem.mater.，2003，15(6):1367～1377
18SonGLiXian(宋丽贤)，LUZhongYuan(卢忠远)，LiaoQiLong(廖其龙).J.Funct.mater.(功能材料)，2005，36(11):1762～1768
19itohH，Sugimotot.J.Colloid.interface.Sci.，2003，265(2):283～295
20XuJ，YangHB，FuwY，DuK，SuiYm，ChenJJ，ZengY，LimH，ZouG.J.magn.magn.mater.，2007，309(2):307～311
21LiZ，weiL，GaomY，LeiH.adv.mater.，2005，17(8):11301～11305
22SunSH，ZengH.J.am.Chem.Soc.，2002，124(28):8204～8205
23BangJH，SuslickKS.J.am.Chem.Soc.2007，129(8):2242
24VijayakumarR，KoltypinY，Felneri，Gedankena.mater.Sci.eng.a，2000，286(1):101～105
25pinkasJ，ReichlovaV，ZborilR，moravecZ，Bezdickap，matejkovaJ.Ultrason.Sonochem．，2008，15(3):257～264
26KhollamYB，DhageSR，potdarHS，DeshpandeSB，Bakarepp，KulkarniSD，DateSK.mater.Lett.，2002，56(4):571～577
27HaiYanBing(海岩冰)，YUanHongYan(袁红雁)，XiaoDan(肖丹)．ChineseChem.Res.appl.(化学研究与应用)，2006，18(6):744～746
28JunYw，HuhY.m，ChoiJS，LeeJH，SongHt，KimS，Yoon，S，KimKS，ShinJS，SuhJS，CheonJ.J.am.Chem.Soc.，2005，127(16)，5732～5733
29Bhardeaa，parikhRY，Baidakovam，JouenS，HannoyerB，enokit，prasadBLV，ShoucheYS，ogaleS，Sastrym.Langmuir，2008，24(11):5787～5794
30Kuharam，takeyamaH，tanakat，matsunagat.anal.Chem.，2004，76(21):6207～6213
31Y，G.Biofuctionalizationofnanamaterials.wileyVCH:weinheim2005
32SafarikimS.Biomagn.Res.technol.，2004，2(1):7
33YozaB，arakakia，maruyamaK，takeyamaH，matsunagat.J.Biosci.Bioeng.，2003，95(1):21～26
34tanakat，matsunagat.anal.Chem.，2000，72(15):3518～3522
35matsunagt，nakayamaH，okochim，takeyamaH.Biotechnol.Bioeng.，2001，73(5):400～405
36SunC，LeeJSH，ZhangmQ.adv.Drug.Delivery.Rev.，2008，60(11):1252～1265
37GanZhiFeng(甘志锋)，JianGJiSen(姜继森)．progressinChemistry(化学进展)，2005，17(6):978～986
38weiYanChao(魏衍超)，YanGLianSheng(杨连生).ChineseJ.magn.mater.Dev.(磁性材料及器件)，1999，30(6):18～21
39ChatterjeeJ，HaikY，ChenCJ.J.magn.magn.mater.，2001，225(1～2):21～29
40ZHanGChunming(张春明)，ZHaoGengming(赵梗明)，SiQinGSuDu(斯庆苏都)，XieXiangHua(谢湘华)，tanLing(谭玲)，DonGYaming(董亚明).J.ShanghainormalUniversity(上海师范大学学报)，2008，37(3):291～295
41LiuXQ，GuanYp，YangY，maZY，wuXB，LiuHZ.J.appl.polym.Sci.，2004，94(5):2205～2211
42XuCJ，XuKm，GuHw，ZhengRK，LiuH，ZhangXX，GuoZH，XuB.J.am.Chem.Soc.，2004，126(32):9938～9939
43LiuXQ，maZY，XingJm，LiuHZ.J.magn.magn.mater.，2004，270(12):1～6
44HerdtaR，KimBS，tatonta.Bioconjug.Chem.，2007，18(1):183～189
45GuHw，XuKm，XuCJ，XuB.Chem.Commun，2006，9:941～949
46ZhaoXJ，tapecDytiocoR，wangKm，tanwH.anal.Chem.，2003，75(14):3476～3483
47taylorJi，HurstCD，DaviesmJ，Sachsingern，BruceiJ.J.Chromatogr.a，2000，890(1):159～166
48YangJ，GunnJ，DaveSR，ZhangmQ，wangYa，GaoXH.analyst，2008，133(2):154～160
49namJm，wiseaR，GrovesJt.anal.Chem.，2005，77(21):6985～6988
50ohBK，namJm，LeeSw，mirkinCa.Small，2006，2(1):103～108
51YangHH，ZhangSQ，ChenXL，ZhuangZX，XuJG，wangXR.anal.Chem.，2004，76(5):1316～1321
52LangeJ，KotitzR，Hallera，trahmsL，Semmlerw，weitschiesw.J.magn.magn.mater.，2002，252(13):381～383
53Fanap，LauCw，LuJZ.anal.Chem.，2005，77(10):3238～3242
54GaoLZ，ZhuangJ，nieL，ZhangJB，ZhangY，Gun，wangtH，FengJ，YangDL，perrettS，YanX.nature.nanotech.，2007，2(9):577～583
55weiH，wange.anal.Chem，2008，80(6):2250～2254
56pengFF，ZhangY，Gun.Chinese.Chem.Lett.，2008，19(6):730～733
57wangC，DaimonH，SunSH.nano.Lett.，2009，9(4):1493～1496
生物材料的特性篇2
关键词：高分子材料；纳米技术；功能高分子；航天；可降解生物
中图分类号：K477文献标识码：a
一、高分子材料改性中纳米技术的应用
一般，纳米技术被认为是对纳米材料的性质和纳米结构的设计的一项研究技术。当任何材料用高科技手段被细化到纳米量级时，该材料的物化性能就会发生巨大的变化，产生出一些奇异的物化现象，呈现出与常规材料完全不同的新的性质。而且如果将拥有特殊性能的纳米粒子与高分子材料复合时，纳米粒子可以显著改变或者增强该高分子材料的某些性能。因此，在高分子材料改性中应用的纳米技术主要是包括两大类：第一，纳米粒子与高分子材料的复合；第二，对高分子材料进行纳米结构的设计和制作。其中第一类占主要地位。
例如，于苯乙烯一丙烯酸醋ipn/mmt纳米复合阻尼材料的研究，就是利用纳米粒子与高分子材料复合，提高原材料由于粘弹性而具有的抗震消声性能。并且研究表明，纳米粒子特别是二维纳米片均匀分散于聚合物基体中之后，将能大大改进和提高材料原有的应用性能，同时还能赋予基体材料其他新的性能：增强增韧性能、耐磨性能、阻透性能、抗菌性能、抗老化性能及防紫外线性能。再如，将纳米无机粘土粒子通过咪唑类有机改性剂有机化后得到的纳米粒子片层，跟尼龙6材料复合后，所得复合材料的阻燃性能显著提高。
利用纳米材料和纳米结构的种种特有性能，可以帮助我们合成制造出更多更适用的新材料。因此，开发纳米高分子复合材料，是改造传统聚合物工业技术的最有效途径，具有巨大研究价值和市场潜力。
二、功能高分子材料发展
功能高分子材料是指与常规聚合物相比具有明显不同的物理化学性质，并具有某些特殊功能（如电学、光学等方面的特殊功能）的聚合物大分子（主要指全人工和半人工合成的聚合物）。功能高分子是高分子材料的一个特殊领域，泛指性能特殊、有某些特殊功能、用量少但能产生重要新技术的一类特殊高分子材料。随着经济和科学技术的发展，新能源开发、交通和宇航技术、微电子技术、生物医药等各个领域的发展和进步都迫切需要相应的功能高分子材料作为基础。高分子材料的功能设计的主要途径是：1）通过分子设计合成新功能，如非晶质光盘（apo）的研制；2）通过特殊加工赋予材料功能特性，如功能高分子膜和塑料光纤；3）通过两种或两种以上具有不同功能或性能的材料复合获得新功能，如层积复合填料复合的emi/RFi屏蔽导电塑料和高分子磁性体；4）通过对材料进行各种表而处理以获得新功能，如表面处理法，emi/RFi屏蔽导电塑料进行功能设计的思想，贯穿了功能高分子材料发展的各领域，代表着当今功能高分子材料的发展方向。在生物医药材料领域，就有人模仿自然骨成分和形成过程，利用电化学反应为胶原分子自组装和矿化提供反应动力和微环境，获得了成分和结构与骨组织相似的生物活性涂层，并且可以可控的释放生物活性因子调控促进骨生长，是增强医用移植体材料生物活性，加快早起治愈速度的理想方法。特种与功能高分子材料之所以能成为国内外材料学科的重要研究热点之一，最主要的原因在于它们具有独特的“性能”和“功能”，可用于替代其他功能材料，并提高或改进其性能，使其成为具有全新性质的功能材料。因此，功能高分子的发展是没有固定学科边界的。而我国更应该加大对功能高分子材料研究的重视，加强国际交流，努力提高自主研发水平，跻身世界高精尖技术行列。
三、生物可降解高分子材料的发展
生物可降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。生物可降解的机理大致有以下三种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为，高分子材料的生物可降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外分泌水解酶和材料表面结合，通过水解切断高分子链，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物摄入人体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。因此，生物可降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物可降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除与材料本身性能有关外，还与材料温度、酶、pH值、微生物等外部环境有关。
四、先进高分子材料在航天工业领域的应用
新中国成立以来，以两弹一星为代表的航天产品的研制带动了我国许多关键新材料项目的启动和开展。改革开放以来，我国载人航天、探月工程等重点工程的开展需要众多新材料的支撑，也促使我国在许多关键新材料领域的研制工作取得了突破。其中，先进高分子材料是我国航天工业赖以支撑的重要配套材料，主要包括橡胶、工程塑料、胶黏剂及密封剂、涂料等。
作为理想的密封及阻尼材料，橡胶的应用非常广泛。我国航天工业建立伊始，为了满足当时的迫切需求，我国开展了大量特种橡胶材料的研制攻关工作；随着我国工业的发展，高性能橡胶材料及应用技术也取得了长足进步。工程塑料是指可作为结构材料，在较宽的温度范围内承受机械应力，在较苛刻的化学物理环境中使用的高性能高分子材料。其结构特点是主链由苯环、萘环、氮杂环等通过醚基、砜基、酮基等连接而成，具有重量轻、强度高、耐热性好和耐辐射性好等优良特性，已经逐步取代金属材料，用于装备中大量次结构件的制造。目前，在国防装备上获得应用的工程塑料主要有聚酰胺（pa）、聚氨酯（pU）、聚苯硫醚（ppS）、聚酰亚胺（pi）、聚醚醚酮（peeK）、聚四氟乙烯（ptFe）等。航天产品广泛采用轻合金、蜂窝结构和复合材料，因此，胶黏剂及胶接技术应用普遍，但航天产品使用环境苛刻，要承受高温、烧蚀、温度交变、高真空、超低温、热循环、紫外线、带电粒子、微陨石、原子氧等环境考验。航天材料及工艺研究所研制了百余种特种胶黏剂及密封剂，主要包括聚氨酯类、酚醛树脂类、环氧树脂类、有机硅类、丙烯酸酯类、有机硼类胶黏剂等，其中绝大多数已应用于我国运载火箭、卫星及飞船等航天产品。
结语
高分子材料也叫做聚合物材料，通常是指由千万个小分子化合物以化学键联结而成的大分子化合物。我们生活中应用的高分子材料主要就是指合成塑料、合成橡胶、合成纤维等合成高分子材料。然而至20世纪60年代，高分子材料工业已基本完善，解决了人们的衣着、日用品和工业材料等需求。因此，在未来的高分子材料研究领域，高分子材料的三个钟头发展方向将会是高分子材料功能化、纳米高分子材料复合应用以及可生物降解高分子材料研发。
参考文献
[1]王周玉,岳松,蒋珍菊,芮光伟,任川宏.可生物降解高分子材料的分类及应用[J].四川工业学院学报,2003,S1:145-147.
生物材料的特性篇3
论文摘要：高分子化学是研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科。那么，高分子化学具体内容及高分子与生活、高科技的发展关系如何呢？以下作简单介绍。
人类从一开始即与高分子有密切关系，自然界的动植物包括人体本身，就是以高分子为主要成分而构成的，这些高分子早已被用作原料来制造生产工具和生活资料。人类的主要食物如淀粉、蛋白质等，也都是高分子。只是到了工业上大量合成高分子并得到重要应用以后，这些人工合成的化合物，才取得高分子化合物这个名称。但提到合成高分子材料（聚合物）的应用与发展，人们在想到它们极大地方便我们的生活的同时，很多人会想到“白色污染”，甚至将水污染、大气污染等各种环境问题的产生怪罪于高分子，这说明他们对高分子并不十分了解。当今社会高分子的功用无处不在，而人们认识高分子时，往往忽略了它带给人类生活的巨大变化和种种利益，不了解它为人类文明做出的贡献是巨大的。
一、高分子化学的内涵
1．何为高分子化学
顾名思义，高分子就是相对分子质量很高的分子，它是高分子化合物的简称。高分子化合物，又称聚合物或高聚物，是结构上由重复单元（低分子化合物—单体）连接而成的高相对分子质量化合物。高分子的相对分子质量非常的大，小到几千，大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。高分子化学作为化学的一个分支，同样也是从事制造和研究分子的科学，但其制造和研究的对象都是大分子，即由若干个原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子，称为高分子、大分子或聚合物。
2．高相对分子质量与高强度
相对分子质量和物质的性质是密切相关的，是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能，才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯，都是直链的烷烃化合物，但是分子量变化很大，其机械力学性能因而也有极大的区别。
3．高分子科学的主要内容
既然高分子化学是制造和研究大分子的科学，对大分子的反应和方法的研究，显然是高分子化学最基本的研究内容。高分子科学不仅是研究化学问题，也是一门系统的科学。高分子科学的主要内容有：如何将低分子化合物连
接成高分子化合物，即聚合反应的研究。高分子化合物的结构与性质关系。不同性质的高分子，其结构必然是不同的。为了得到不同性质的高分子，就要去合成具有特殊结构的高分子。
二、高分子材料化学的应用
材料是人类社会文明发展阶段的标志，是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工，具有一定结构、组分和性能，并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用，把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。可以说某一种新材料的问世及其应用，往往会引起人类社会的重大变革，材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料，家家离不开高分子材料，处处离不开高分子材料，是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的，高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料，另外许多精细化工材料也都是高分子材料。
第一，塑料：一类是通用塑料，如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等；另一类叫工程塑料，其强度大，如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。
第二，纤维：人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物，通过不同的加工，生产出了各种纤维制品，极大地满足着人类的需要。
第三，橡胶：天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制，于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶，如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。
第四，精细化工：比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品，如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油，使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂，以及各种吸水树脂等都是高分子产品。 三、高分子化学与高科技的结合
当今社会，人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信息发展的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起，人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料，来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械工业等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展，出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。
随着生产和科学技术的发展，许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来，如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域，下面简单介绍特种高分子材料：功能高分子是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出相应反应的高分子材料；高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴；特种高分子材料是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料（化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂）的范畴。
第一，力学功能材料：强化功能材料，如超高强材料、高结晶材料等；)弹性功能材料，如热塑性弹性体等。
第二，化学功能材料：分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等；反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂；生物功能材料，如固定化酶、生物反应器等。
第三，生物化学功能材料：人工脏器用材料，如人工肾、人工心肺等；高分子药物，如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等；生物分解材料，如可降解性高分子材料等。
可以预计，在今后很长的历史时期中，特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。
四、高分子化学的可持续发展
研究高分子合成材料的环境同化，增加循环使用和再生使用，减少对环境的污染乃至用高分子合成材料治理环境污染，也是21世纪中高分子材料能否得到长足发展的关键问题之一。比如利用植物或微生物进行有实用价值的高分子的合成，在环境友好的水或二氧化碳等化学介质中进行化学合成，探索用前面提到的化学或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子，以及用合成高分子来处理污水和毒物，研究合成高分子与生态的相互作用，达到高分子材料与生态环境的和谐等。显然这些都是属于21世纪应当开展的绿色化学过程和材料的研究范畴。
参考文献：
生物材料的特性篇4
随着科技的发展与进步，人们的审美能力也随着提升，各种室内材料也层出不穷.现今，随着人们生活空间形式不断的发展变化，人们开始越来越重视室内设计中的材料选择与搭配.本文从以下三方面，即材料美的理念、材料搭配的美学意义、材料搭配组合方式进行了探讨与浅析，旨在发掘材料搭配应用的潜力，让设计者正确把握和深入理解材料组合，从而，展现自己最佳的设计意图，突现材料最佳使用率.打造和谐环保的室内环境.
关键词：
室内设计；材料组合；美学
设计建筑者们不但赋予建筑材料建筑物外衣的内涵，还给予了其内在精神.构成环境的物质因素包含性能、质感、肌理与色彩.空间环境还有着不可缺少的特性，即：环境、结构、形式与功能，这些特性可以从不同的角度对环境进行制约，从而就可以形成一个完整的环境体系.
1材料美的理念
1.1结构属性
要想充分发挥材料的可塑性，并做到物尽其用，结构成为这一过程的关键性环节.当今时代要求不断创新结构，几何组件框架结构也就应运而生了.这一结构以插接组合为基础，通常由多由空间管材和球体多向绞节件组成.再借助配件的功效，几何组件框架结构就能够呈现多样化的设计理念，彰显其特有的特质和饱含无究魅力的艺术性.任何建筑都有其特有的结构属性，要想实现建筑的物理环境与心理环境的有机结合，就首先要了解与掌握建筑材料的结构属性，以获得理想化设计成效.新材料与新结构不断涌现，这也让我们的生活环境被注入了更多新鲜元素，我们的视觉也感受到强烈的冲击.所以，推动建筑设计的发展的前提就是要了解与掌握材料结构属性.
1.2知觉属性
视觉环境设计强调产品要符合人的视觉与心理审美的标准.我们会把材料本身呈现出的知觉印象以及经视觉过滤后产生的心理现象，称为材料质感.光和色依赖材质而得以展现，因此，作为室内环境形式的要素，材质的光泽度、肌理与硬度会对人的感官产生直接作用.因此，依托材料本身展现的特性，可以调节室内空间感、实物体的质量感.部分材料表面特性，譬如：肌理、天然特性、外形变化，可以为整个装饰带去情趣美的效果.材料肌理.一般说到肌理，通常会将其归入人的视觉与知觉一类.肌理是构成环境美的重要元素，在环境中，可以体现出很大的艺术表现力.肌理不同的材料，它所呈现出的审美品质与特性也不尽相同.即使是同类材料，品种不同，它们之间也会存微妙的肌理变化.材料颜色.颜色的载体是材料，颜色依附于材料而存在.颜色可以很好地衬托材料的质感.不同的颜色亮度，衬托出的材料质感也会不同.不同颜色的物体经过重组后，会出现明亮对比、色彩对比、颜色反射等现象，颜色的特有属性与材料质感进行合理组合，就能产生不错的环境效果.而这种环境效果的出现是人的视觉与光效应共同作用于人的心理，进而产生与之相映衬的心理反映的结果.
2材料搭配的美学意义
从古至今，人们从未间断过对美的形态的认识.材料搭配美学的价值在于把人、自然、审美的有机结合.材料搭配的美学价值历经漫长的社会实践与历史发展.受到社会实践历史沉淀的影响，美学意义具有表现性、装饰性与象征性的特点.
2.1材料搭配与色彩美
材料是色彩的载体，一种材料代表一种风格，色彩本身也代表着一定的属性.通常来说，色彩可分为三大类，自然色彩、成品色彩、人工色彩.自然色彩是没有经过任何加工的天然美，是材料天生所特有的特质与美感.成品材料指后期成品，没有经过加工处理的机械美.人工色彩是采用加工工艺技术手段对自然色彩、成品色彩进行色彩处理，改变原有色彩，以满足室内装饰与效果塑造需要.色彩对空间尺度的影响.不同的色系会产生不同的尺度感.一般来说，暖色系或明度高的色彩给人想靠近的效果，而冷色系和明度低的色彩会让人有想远离的效果.所以，在室内设计进行材料选择时，设计人员常常会利用色彩给人的视觉心理，对材料进行科学色彩搭配，以改变空间界面的距离感，借助色彩调节人对空间大小的感觉.色彩对空间形体感的影响.空间形体感要分为物理形体感与心理形体感.物理形体感就是指根据物体本身的特性、室内设计要求，对材料进行组合，产生的实际形体感.心理形体感是指在对材料进行组合时，把空间形态的色彩、质感、肌理与心理因素进行综合后形成的总体感觉.色彩可以起到强化或弱化物体外形或空间的作用.颜色与物体形状相匹配，色彩就能有效加强整体效果.颜色与物体形状不相匹配，色彩就可能削弱整体效果.所以，在室内设计时，通常会借助色彩展现优雅的物体形状或形式，还会利用色彩完善存在着不足的空间.色彩对空间承重感的影响.色彩明度高，就能让物体表现出轻盈感.色彩明度低，只会让物体表现出厚重感.明度高相同的物体放在一起，色彩纯度高的比色彩纯度低的，更能给人呈现一种轻飘感.因此，巧妙利用这一特性，可以借助色彩改变物体的轻重感，以实现平衡、稳定的目标.
2.2材料搭配与状态美
2.2.1干湿材料的搭配
大自然中，大多数材料都是以干性状态而存在的.当它们处在潮湿环境时，这些材料就会呈现色彩变深、纹理清楚、手感等特性.相反，属于湿性的材料处在干燥的环境下，色彩、纹理与手感等特性会出现不同程度的淡化与削弱.因此，在室内设计时，合理运用干湿材料，可以起到强化或削弱视觉语言、触觉语言的效果.
2.2.2不同透光度材料的搭配
一般来说，透明与半透明材料呈现轻盈、开放、含蓄之美，通过映射身后的物体来淡化自身的效应.而不透明材料展现的是厚实、封闭、实在之美，会展现出自身的品格与特点.使用透明材料，是为了利用视线的穿透性指引视觉走向.但是，如果整个室内设计，都是使用透明或半透明材料，而未搭配不透明材料，整个空间就会表现出轻浮、浮躁之感.所以，在室内设计时，将不同透光度的材料进行科学组合，充分展现材料的质地、透明度与反射度，从而整个空间就显得和谐统一.
2.3材料搭配与质地美
2.3.1相似材质搭配
相似材质的搭配通常是指两种或两种以上质地相似的材料进行组合，但这些材料本身又保留各自原有特性，这种搭配可以形成细微的柔和美.
2.3.2对比类材质的组合
一般来说，对比类材质进行组合，旨在突出某种材质的特性，通过材料的对比，以强调显示完美化的材料组合效果.特质属性差异较大的两种材料搭配到一块，会产生强烈的心理变化.而物质属性差异性较小的两种材料搭配到一块，会产生丰富的视觉层次.因此，在室内设计时，将对比材质进行合理搭配，可以使其相互衬托，展现各自的特有的美感.
2.3.3强弱质材料的搭配
强质材料与弱质材料的分类，只是相对而言.强质材料的外在特点通常是表面粗糙、凹凸、纹理清晰可变.例如：自然材料和部分人工材料.弱质材料的外在特点通常是表面柔滑、无光泽、不抢眼，它的作用是起到协调与平衡.在室内设计中，科学地组合与搭配强质与弱质材料，可以起到相互映衬，增加层次感的作用，同时，也能彰显主次材料的层级关系、与相辅相成.材料组合美，除了要符合人们的审美心理，还要结合室内环境的特点与设计需求.材料搭配与组合的美感不可独立环境而存在，要全方位考虑现实环境.从而创造出材料搭配美、空间设计美，产生出和谐丰富的环境效果.
3材料搭配组合方式
3.1室内风格组合手法
突出室内设计的重要要素就是材料的搭配与组织形式.因为它不但可以成为有内涵的资源，还可以充当媒介，将精神转化为物质产品.所以，材料的科学搭配决定着设计理念的充分展示.
3.1.1科技风搭配
科技风的风格聚焦于“高度化工业技术”，倡导机械美学与新技术美学的组合.科技风材料搭配呈现机械美、时代美、精确美的特点.这些特点在很大程度上，制约了科技风材料的选择与搭配手法.科技风材料搭配往往会选择轻巧的构件，选择的室内设计注重成品重量轻、用材少、且可以快捷方便进行拆卸与改装的设计.因为这样的选择才能更好地展现科技风的“精确美”之特点.科技风材料搭配通常会从硬质、透光的材料中进行选择.材料一般会选择玻璃、复合塑料、金属网等等，营造出室内材料与建筑材料完美融合的特效.
3.1.2田园风搭配
在呼吁建设资源节约型、环境友好型社会的倡议下，人们的环保意识得以增强，希望更多走近大自然.因而，田园风组合也就应运而生.田园风强调自然美，赋予室内设计以生命力与活力，展现悠闲、放松、舒适的田园生活韵味，营造出简朴、淡雅的生活氛围.随着现代化脚步的不断加快，到处可见高楼林立、车水马龙，处处充斥着喧闹.而人们在紧张繁忙的工作之余，更希望在宁静的环境中放松.田园风的材料选择偏重天然材质，如木、石、竹之类，再配以轻质材料，使整个室内环境给人柔和、亲切与温暖之感.让人们不但能够感受到美好的大自然，还能为整个室内营造出纯朴、简约、淡雅、轻松之风.
3.1.3现代风搭配
现代风灵感来自于现代艺术运动与“新建筑”运动.它提倡简约、实用的装修风格，运用不对称的构图方法进行空间设计.现代风材料的搭配突破了传统思维，地面材料与顶面材料选择同类材料，让材料得以多样化使用.现代风材料的搭配追求大胆、简约的空间特色，整个设计彰显思维的创新与不同价值取向.现代风材料的搭配注重选用新材料、新结构，重视功能的创造.强调在整个实际中，坚持以人为本，实现技术与艺术有机结合，注重材料的组合手法与室内空间设计之间的关系.材料搭配展现材质本身的质感与肌理效应.材料搭配手法很少采用叠加与空透的配置方式，而是依据材料本身的物理特性，进行材料搭配，营造干净整洁的室内空间.
3.1.4混合风搭配
混合风就是指把不同材料进行搭配创造出的不同风格进行综合.整个设计体现多样化，设计方法也多种多样.混合风的材料有着多元化的特点.虽说是多种不同风格的大融合，但是其中的每种风格都要保留自身特性.因此，混合风的材料搭配要遵循“混而不乱”的原则，使各种材质的组合形成一个和谐统一之美，这样，不仅可以避免出现杂乱无章的组合，突现多元化的特点，而且可以实现材料搭配的高效率.
3.1.5新古典风搭配
新古典风搭配注重运用传统美学法则营造庄重、典雅、有高贵感的一种设计潮流，呼吁从历史中寻找设计创作灵感.新古典风搭配手法吸取传统元素的“形”与“神”的特点，以展现历史悠久的民族地域文化.此种风格搭配符合时代的发展和要求.它的搭配风格强调庄重、简练、典雅.把传统造型元素的材料搭配组合现代材料.同时，依托重复形、相似形的搭配方法，打造出鲜活、动感的新组合方法与组合式样，缔造新古典风的高贵、典雅特质.
3.1.6地域风搭配
室内设计地域风搭配就是结合不同的时代思潮和地域特点，进行创作与创新.地域风格的形成通常受制于当地的人文因素和自然条件.因此蕴含着文化艺术与社会发展的丰富内涵.地域风搭配呈现古朴、新颖、高雅的特点，很好地体现民族、传统、历史的特性.地域风一方面留存当地文化特色，另一方面融入现代文化特色，借助现代化手法呈现传统艺术特色.由于时代不同，再加上地域文化的差异性，地域不同休现的文化特征和时代精神也不尽相同.地域风搭配是地方特色、地方文化的象征符号.因此，地域材料搭配营造的空间正寓意着某种地方的文化和精神.
3.2对立组合手法
万事万物都是矛盾的统一体.而室内设计材料的搭配也可运用这一原理.在进行材料搭配时，表现各组成要素的独有特性，以互相对立的方式进行对比，以突出两者的对立效应，以防止整个设计出现乏味之感.因而，材料对立组合手法，也就是材料矛盾法组合手法，可以改变整个空间环境，打破单调冗长之效果.
3.3和谐组合手法
和谐组合手法强调规划的统一性，是以一定的规律和原则作为基础，把各种不同材料组成一个完整的室内空间.这一手法注重的是不同材料之间的相同点，让不同的材料有机的组合成一个统一体.这些组合材料既存在质感、色彩等方面的差异，又互相关联，按照一定的组成规范，形成和谐完整的室内环境.
4结束语
人们生活的很多方面都与室内紧密相关，它是人们重要的生活空间.伴随社会的进步与经济的发展，自然环境发生很大改变，人们的居住空间也相应发生改变.原本人类与自然的和谐关系遭到破坏，毫无节制的自然资源开发，肆意破坏环境，自然环境变得极为恶劣.近年来，越来越多的人们意识到生态环境对我们人类生存的重要性，提倡开发新型生态材料，转变经济发展方式.现如今，材料多种多样.室内设计中也会出现不少随意堆砌的现象.在高效合理使用好装饰材料前，我们需要很好掌握与了解材料的各种特性.每种材料都有属于它自身的语言与文化背景.材料搭配与组合会在空间中呈现突出的风格趋向.因此，不同的室内设计风格，就要注意选择与风格相匹配的材料搭配手法.否则，就有可能会削弱材料在空间中所起到的作用.并可能远离最初的设计方向.因此重视材料搭配组合手法的研究是十分有必要的.随着材料开始出现新的设计观念.传统装饰材料主要注重表现材料的物理特性与化学特性，而如今的装饰材料，首先强调的是生态性与经济性，然后才是设计思想与设计理念.同时，给装饰材料注入更多的时代特征.健康、安全、环保、时尚、美观且经济的装饰材料已成为国内外关注的热点，这便要求设计者们要有敏锐的视角，全方位的设计洞察力，不断挖掘出“新”材料，通过“新”的搭配方式与设计手法来达到材料运用及其艺术性的完美表达的目标.
作者：刘文单位：大连理工大学城市学院建筑工程学院
参考文献：
〔1〕蔺泽丰.室内设计中的材料组合模式研究[D].2011.
〔2〕张曦文.可再生材料在室内设计中的应用研究[D].2013.
〔3〕杨东山.回归自然-原生态材料在室内设计中的应用研究[D].2013.
〔4〕曾文琳.基于低碳理念的住宅室内设计研究[D].2013.
生物材料的特性篇5
关键词：高分子材料；功能；研究现状；发展前景
前言
在我们的日常生活中，材料随处可见，材料的发展水平直接影响我们的生活质量。高分子材料在我们日常生活的应用中拥有很多的优势，与现代化生产非常吻合，同时它也产生了很高的经济效益等，因此它在工业上发展的十分迅速。在过去，20世纪60年展起来的功能高分子材料是属于那时的一个新兴领域，这个新兴领域同时渗透到能源和电子以及生物三大领等。而如今，21世纪的科技不断创新，也有了新型有机功能高分子材料，它们在人们的生产和生活中扮演着一个越来越重要的角色。
1功能高分子材料的定义
功能高分子材料是指同时兼顾有两种性能的复合高分子材料，性能一：传统高分子材料的所体现出来的性能，性能二：某些特殊功能的基团所体现出来的性能。一般说来，具有传递信息、转化能量和贮存物质作用的高分子及其复合材料为功能高分子材料，或者还可以理解为具有能量转换的特性、催化特性、化学反应活性、磁性、光敏特性、药理性、导电特性、生物相容性、选择分离性等功能的高分子及其复合材料，同时还具有原有力学性能的基础。
2功能高分子材料的工程实际应用
目前，在工程上应用较广泛而且具有重要应用价值的一些功能高分子材料主要分为以下几种：光功能高分子、液晶高分子、电功能高分子、吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、医用功能高分子、环境降解功能高分子、高分子功能膜材料等。下文中具体从这几方面阐述：
（1）光功能高分子材料。指在光的作用下能够产生物理变化，如光导电、光致变色或者化学变化，如光交联、光分解的高分子材料，或者在物理或化学作用下表现出光特性的高分子材料。光功能高分子材料主要应用在电子工业和太阳能的开发利用等方面。
（2）液晶高分子材料。液晶高分子是一种新型的功能高分子材料，它是分子水平的微观复合，由纤维与树脂基体在宏观上的复合衍生而来，也可以理解为在柔性高分子基体中以接近分子水平的分散程度分散增强剂（刚性高分子链或微纤维）的复合材料。强度高、模量大是液晶高分子材料的主要特点，它在复合材料、纤维和液晶显示技术等方面的应用非常广泛。
（3）电功能高分子材料。电功能高分子材料主要表现为在特定条件下表现出各种电学性质，如热电、压电、铁电、光电、介电和导电等性质。根据其功能划分，主要包括导电高分子材料、电绝缘性高分子材料、高分子介电材料、高分子驻极体、高分子光导材料、高分子电活性材料等。同时根据其组成情况可以分成结构型电功能材料和复合电功能材料两类。电功能高分子材料在电子器件、敏感器件、静电复印和特殊用途电池生产方面有广泛应用。
（4）吸附分离高分子材料。吸附分离功能高分子按吸附机理分为化学吸附剂、物理吸附剂、亲和吸附剂，按树脂形态分为无定形、球形、纤维状，按孔结构分为微孔、中孔、大孔、特大孔、均孔等，吸附分离功能高分子主要包括离子交换树脂和吸附树脂。
（5）反应型功能高分子材料。反应功能高分子是有化学活性、能够参与或促进化学反应进行的一种高分子材料。它是将小分子反应活性物质通过共价键、离子键、配位键或物理吸附作用结合于高分子骨架，主要用于化学合成和化学反应。
（6）医用功能高分子材料。在生物体产生生理系统疾病时，一些特殊的功能高分子材料有对疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官，增进或恢复其功能的作用，此类特殊的功能高分子材料称为医用功能高分子材料。一般来说，医用功能高分子材料多用于对生物体进行疾病的诊断和疾病的治疗以及修复或替换生物体组织或器官和合成或再生损伤组织或器官，具有延长病人生命、提高病人生存质量等作用，在医疗方面被广泛应用。
（7）环境降解高分子材料。高分子材料在发生降解反应的条件有许多，如机械力的作用下发生的降解称为机械降解，此外在化学试剂的作用下可发生化学降解，在氧的作用下可发生氧化降解，在热的作用下可发生热降解，在光的作用下可发生光降解，在生物的作用下可发生生物降解等。具有此类功能的高分子称为环境降解高分子材料。
（8）高分子功能膜材料。高分子功能膜是一种具有选择性透过能力的膜型材料，同时也是具有特殊功能的高分子材料，一般称为分离膜或功能膜。使用功能膜分离物质具有以下突出的优点：具有较好的选择性透过性，透过产物和原产物位于膜的两侧，便于产物的收集；分离时不发生相变，同时也不耗费相变能。从功能的角度，高分子分离膜具有识别物质和分离物质的功能，此外，它还有转化物质和转化能量的其它功能。利用其在不同条件下显出的特殊性质，已经在许多领域获得应用。
3功能高分子材料的发展前景
人类赖以生存和发展的物质基础离不开材料，材料的发展关系到社会发展和国民经济以及国家的安全，同时也是体现国家综合实力的重要标志。高新技术和现代工业发展的基石离不开高分子材料，国民经济基础产业以及国家安全不可或缺的重要保证同样也离不开高分子材料。而功能高分子材料由于其优越性，使得其在材料行业中发展迅速。
未来材料科学与工程技术领域研究的重要发展方向离不开功能高分子材料，材料、信息和能源理所当然的被评为新科技革命时代的三大根基，信息和能源发展离不开材料领域中功能高分子材料作为它们物质基础所起到的重要作用，新型功能高分子材料的研究与发展主要取决于现代学科交叉程度高这一特点。在传统的三大合成材料以外，陆陆续续又出现了具有光、电、磁等特殊功能的高分子材料以及功能高分子膜，同时也出现了生物高分子材料，隐身高分子材料等许多具有特殊功能的高分子材料，与此同时功能高分子材料的发展速度依然保持着加快的状态，显然它们对新技术革命影响非常之大。这些新型的功能高分子材料在我们的尖端科学技术领域和工农业生产以及日常生活中扮演着越来越重要的角色，21世纪人类社会生活必将与功能高分子材料密切相关。
4结束语
功能高分子材料是一门研究高分子材料变化规律以及实际应用技术的一门学科，在高分子材料科学领域中的发展速度是最快的，同时也是与其它科学领域交叉最为密切的一个研究领域。它是以高分子物理、高分子化学等相关学科为基础，同时与物理学和生物学以及医学密切联系的一门学科。因此学习这门学科能让我们很好的将高分子学科的知识综合运用起来，进而使我们对高分子学科有更深刻的认识，让我们受益匪浅。
参考文献
[1]张青，陈昌伦，吴狄.功能高分子材料发展与应用[J].广东化工，2015，42（06）：119-120.
[2]武帅，鲁云华.功能高分子材料发展现状及展望[J].化工设计通讯，2016，42（04）：82.
[3]赖承钺，郑宽，赫丽萍.高分子材料生物降解性能的分析研究进展[J].化学研究与应用，2010，03（01）：1-7.
生物材料的特性篇6
关键词：材料；现代设计；视觉语言；特性
中图分类号：J05文献标识码：a文章编号：1005-5312（2013）15-0208-01
现代设计就是材料的设计，材料以其独特的魅力使设计不断进入新的领域，材料在设计中具有重要的意义。材料作为一种独特的艺术语言，以其众多的表现形式，使人感受它、触摸它、在不言不语中传达着特殊的信息。
一、设计中的材料的意义
材料是人类造物活动的基础，材料的物质性能使其适用于人类造物活动中的各种形态，不同的材料使用给设计带来新的视觉与功能效果。任何的设计都需要材料作为支撑，家具设计离不开木材、石材、合成材料等，建筑设计离不开砖瓦、钢筋水泥等等。现代工业设计的先驱，曼菲斯（memphis）成员之一的达路奇（Deluschi）针对材料与作品的关系也曾有过精辟的论述：”材料和装饰是组成产品的细胞，我们研究细胞要比研究产品本身还要多。”材料是设计的载体，它使设计的虚幻想像成为实在的可能。
二、材料作为现代设计的语言方式
人类社会的存在和发展离不开材料的创造。人的习惯容易产生惰性，除了技术上的革新，大部分设计很难有创新。设计在很多时候是做一个人类已经使用过的产品更新。要突破改变这种惰性，对设计功能的完善和形式上的改变，解决人们基本需求的问题，就要把握好材料在设计中的语言方式。
设计90%以上都是靠视觉来感受的，设计首先有个语言的问题。所谓的语言是指它的目的性――视觉的表现、交流和沟通。通过对不同的设计视觉语言的把握，在设计思考和学习的过程中，将材料装换成可理解和可认识的任意表现模式。格罗佩斯曾说过：”新型人造材料――钢，混凝土，玻璃――积极取代传统的建筑原材料，它提供了建造大跨度和几乎是空透的建筑物成为可能，这种结构体积的巨大节约，本身就是建筑事业中的一种革命。”材料作为现代设计的语言方式，往往是生产力水平和时代的特征，它为设计的变革提供了物质前提。
三、现代设计中材料的特性
（一）材料的分类
材料的特性在某种程度上决定了设计形态的特性。不同设计门类对材料的应用有所不同。材料总体上可以分为两类：一种是天然材料，指自然界中存在的原始材料。它包括未经加工和已经加工材料。未经加工材料如木材、石材、动物的毛发等；加工材料如纸、金属、毛纤维等。天然材料一般都来源于自然界，在人类漫长的历史进程中，对人类生产起了重要的作用，尤其在传统艺术领域，天然材料有着支配的地位。
二是人造材料，指的是经过对自然材料化学性能、物理性能重新组合后的再造材料，如塑料、有机玻璃、化学纤维等。发现现代新材料是社会和生产力进步的必然要求。在现代设计中，现代人工材料及新工艺给人带来了全新的视觉感受，大大拓宽了设计师的创作视野，甚至出现了单独的研究材料的设计门类――纤维艺术设计等。
使用自然材料使人返朴归真，使用现代人工材料促进社会进步，提高艺术的表现力，二者是缺一不可的。
（二）材料的装饰特征
材料所构成的设计之美主要体现在――质地和肌理。
所谓质地，一是指材料的物理性能和化学性能，这是属于材料的天然效果；例如钢材坚硬，毛棉光滑，玻璃明澈，竹藤轻巧，这是材料的物理和化学的质地。另一方是心理感受，指材料能给人心理方面的效果。钢材冷峻稳固，毛棉柔软而温柔，玻璃细腻、洁净，竹藤纯朴和流畅，这是材料给人的心理效果。
肌理是指材料的表面组织结构、形态和纹理给人的审美体验。肌理效果主要有两种：一种是材料表面的高低起伏使人产生粗糙的、或平滑的、类似立体的效果；另一种是材料的纹路、彩色的疏密产生的视觉效果。
在任何作品开始创作之前，除了考虑材料的功能外，还要考虑制作材料的装饰特征。对于设计者来说材料不仅是完成设计的一种物质保证，更是一种积极交流情感的媒介和自我意识的表达。一般来说，材料的设计效果可以表现在以下几个方面：（1）形态效果。运用重复、方位变化和空间距离的变化、对比排列等手段，创造立体和平面的空间来突出形状效果。（2）光感效果。材料具有明暗亮度和发光性能，运用材料的这些光感肌理，给人心理以明快、流畅、运动变化的审美效果。（3）触觉效果。这是人体与材料接触所产生的条件反射，在对材料的接触中，人们往往会产生温暖感、舒适感，获得光滑、柔软等方面的感觉。（4）视觉效果。这是利用制造材料外表的不同纹理和色彩而给人的视觉张力。
四、结语
由此可见，材料是承载设计的介质。从设计诞生起，设计的表现与材料之间的联系就无法割裂。设计作品是在表达”某种别的东西”，但在作品中能够使某些别的东西敞开呈现是设计作品中的”物”的因素。材料在现代艺术设计中已经成为审美的主体，成为艺术设计重要的语言符号。
生物材料的特性篇7
关键词：服装材料织物调研教学改革
一、服装材料学的性质
服装材料学作为服装与服饰设计专业的一门学科基础必修课，开设于第2学年。本课程在让学生掌握各类服装材料的基础知识，不仅从外观上而且从性能、结构和服用性能等内在质量上认识材料，合理选用材料，提高其服装设计水平，并具有开发新材料的基本知识。
二、服装材料学的教学方法的改革
服装材料学介绍服装材料有关性能的纤维原料、纱线结构、织物结构、后整理的种类和特点、服装用织物的服用和成衣加工性能，常用服装面料的品种及其特点和适用性、毛皮和皮革的种类和性能特点以及服装衬料、里料、絮料、垫料和扣紧材料等服装辅料的种类、性能和选用方法，以及一些有代表性的服装新材料以及有关服装的维护和保养的知识。
通过本课程理论教学、市场调研、面料分析等教学手法，使学生基本掌握服装材料的各性能特点和服用加工特点，能为服装款式选择合适的面辅料，以及能根据材料特点设计相应的款式，同时学会对服装的保养和保管。
服装材料学大作业以市场调研报告形式完成，通过调查面、辅料市场、成衣市场，了解最新面、辅料信息以及市场流行趋势。
要求分小组进行，每组2-3人，每组收集面料小样不少于15种。每组按不同分类收集面料，主要包括以下几大类：（1）按纤维原料分类；（2）按织物风格类型分类；（3）按织物组织结构分类；（4）按不同纱线类型进行分类；（5）按不同后整理类型分类；（6）按针织和毛皮分类；（7）按不同辅料分类。对市场调研报告内容要求有：对每种织物的性能特点与外观风格进行分析；对每种织物举例说明其典型面料种类及使用领域范围。
三、市场调研案例分析
市场调研主要针对面料的纤维分类调研，经过调研，发现出现许多有有别于传统的棉、毛、麻等纤维的出现。这些纤维更加注重其功能性等方面。
现在的纤维更加注重对环境的保护和人对于纤维触感优化。许多新型面料被开发出来，在环境注重的方面有pm2.5工业防护纤维、生物基纤维、循环再生纤维、无染纤维、易染纤维、彩棉等。在人体对面料的触感优化的方面，有仿棉纤维、仿毛纤维、保暖纤维、凉感纤维等等。下面对莫代尔与莱卡进行分析。
1.莫代尔
莫代尔因为它本身具有的很好的柔软性和优良的吸湿性但其织物挺括性差的特点，使用后可以自然降解。莫代尔纤维柔软、光洁，色泽艳丽，织物手感特别滑爽，布面光泽亮丽，悬垂性均比现有的棉、涤、人棉好，有真丝般的光泽和手感，是一种天然的丝光面料。具有合成纤维的强力和韧性，纤维吸湿能力比棉纤维强，能保持干爽、透气。有良好的形态与尺寸稳定性，使织物具有天然的抗皱性和免烫性，使穿着更加方便、自然。
莫代尔纤维的染色性能较好且经过多次洗涤仍保持鲜艳如新，且吸湿透彻，色牢度好，与纯棉相比，穿着更舒适，没有纯棉服装易退色，发黄的缺点。因此织物色彩鲜艳、面料服用性能稳定，越洗越柔软，越洗越亮丽。
2.莱卡
莱卡是由氨纶纤维制成的面料，极富弹性且不易变形，莱卡能增强面料的弹性，它可与各种不同的纤维结合使用，无论是天然还是人造纤维，都不会改变面料的外观和质感。莱卡更能为服装增添独特优点：贴身舒适、活动自如和长期保持形状不变。莱卡可用于棉针织物、双面羊毛织物、真丝府绸、尼纶织物和不同棉布。
莱卡面料的设计特色：无论宽松或窄身的设计，同样的舒适自然；没有折皱，也不会太宽松，而且完美合身，充分体现简单的美感。莱卡适用范围极广，能给所有类型的成衣增添额外的舒适感，包括内衣、定制外套、西服、裙装、裤装、针织品等。它大大改善了织物的手感、悬垂性及折痕回复能力，提高了各种衣物的舒适感与合身感，使各种服装显现出新的活力。
四、服装材料学的教学方法的效果
从学生的市场调研报告和收集的服装面辅料来看，大多数同学对每种面辅料的性能特点和外观风格能进行比较准确的分析。经过调研，对面料的学习更深一步，特别是新型纤维的开发运用，让学生印象深刻。学生认识到了还有许多新开发的面料，是在书上学不到的。每一面料的应用可以做成各样的服装材料产品。但是学生识别面料的能力还有许多不足，还需要多加累积经验并且多学多用，才可以更加熟练运用面料。
参考资料：
[1]王革辉等.服装材料学[m].北京：中国纺织出版社，2006
[2]BillieJ.Collier，phyllisG.tortora.Understandingtextiles（sixthedition）[m].prenticeHall，2000
生物材料的特性篇8
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
生物材料的特性篇9
关键词：金属间化合物材料科学与工程实验教学研究应用
在材料科学与工程专业的本科教学工作中，本科生进入大三和大四的学习生活中，就要学习材料科学与工程专业的专业课程和专业基础课程。其中在材料科学与工程专业的课程教学中，在讲述材料的合成与制备方法，材料科学基础等课程中都将讲述过金属间化合物材料。金属间化合物材料已经作为金属材料教学研究中的重要内容。金属间化合物材料是指金属与金属间形成的金属互化物或者金属与非金属元素间形成的化合物。金属间化合物的种类比较多，而且一些常用的金属间化合物已经在工程领域得到应用。金属间化合物材料中所含元素都是普通元素，是金属合金材料，所以可以将金属间化合物材料的制备和性能的知识内容引入到材料科学与工程专业的课堂教学和实验教学中，可以作为本科学生的毕业设计和专业课程设计教学内容。
一、金属间化合物材料的概述和应用
金属间化合物是指以金属元素或类金属元素为主组成的二元或多元系合金中出现的中间相。金属间化合物主要指金属与金属间，金属与类金属之间按一定剂量比所形成的化合物，金属间化合物有的已是或将是重要的新型功能材料和结构材料。金属间化合物的历史由来已久，金属间化合物的研究已经成为材料科学研究的热点之一。人们发现许多金属间化合物的强度并不是随温度的升高而单调地下降，相反是先升高后降低。因为这一特性，掀起了新一轮金属间化合物的研究热潮，使金属间化合物具备了成为新型高温结构材料的基础。现在已研究出许多方法和措施，用来改善和提高金属间化合物的塑性，为将金属间化合物材料开发成为有实用价值的结构材料打下基础。金属间化合物是航空材料和高温结构材料领域内具有重要应用价值的新材料。金属间化合物强度高，抗氧化性能好和抗硫化腐蚀性能优良，优于不锈钢和钴基，镍基合金等传统的高温合金，而且具有较高的韧性，因此金属间化合物被公认为是航空材料和高温结构材料领域内具有重要应用价值的新材料。金属间化合物材料作为近20年内才发展起来的新材料，相对于传统金属材料具有特殊的优点和规律，广泛用于制备金属间化合物基复合材料。金属间化合物相对于金属材料为脆性材料，相对于其他材料则具有一定的韧性，并且具有相当高的塑性。某些金属间化合物还具有反常的强度-温度关系，在一定的温度范围内，强度随着温度的升高而升高，这对高温结构材料的开发和应用给予很大的希望。此外许多金属间化合物材料具有良好的抗氧化性能，耐腐蚀性能和耐磨损性能，如ni-al金属间化合物和Fe-al金属间化合物材料。因此采用金属间化合物和其他材料相复合制备复合材料可以提高金属间化合物材料的力学性能。
金属间化合物具有一系列的优异性能是最具有吸引力的新一代高温结构材料和表面涂层材料。金属间化合物的种类非常多，近年来国内外主要研究集中于ni-al金属间化合物，ti-al金属间化合物，Fe-al金属间化合物等含al金属间化合物的研究。目前金属间化合物材料已经研究和开发的较为广泛。许多金属间化合物材料已经用于铸造，锻压和高温熔炼等。金属间化合物材料具有高温强度好，高温抗蠕变性能强，抗腐蚀性能好，抗氧化性能好等优点，且在一定的温度范围内金属间化合物的屈服强度随着温度的升高而升高。但是金属间化合物材料作为使用的结构材料，还存在硬度低，断裂韧性差以及高温强度低等缺点。将金属间化合物与其他材料进行复合制备金属间化合物基复合材料，以制备出兼具有二者优点的复合材料是当前的重要研究和发展方向。金属间化合物材料具有较高的加工硬化率和较特殊的高温性能，因而被认为是下一代高温结构材料和高温耐磨损材料之一，特别是在改善金属间化合物材料的塑性后，更是受到了广泛的重视和研究。为了进一步提高金属间化合物材料的综合性能，很多研究工作者在金属间化合物材料中加入强化相制备金属间化合物复合材料，即形成金属间化合物基复合材料。可以向金属间化合物中加入碳化物硬质相制备耐磨损的金属间化合物基复合材料。金属间化合物材料具有许多优秀的性能而被广泛的应用到工程领域中。
二、金属间化合物在材料科学与工程专业教学实践中的研究和应用
金属间化合物材料由于具有许多优异的性能而被广泛的应用在工程领域中，所以应该在材料科学与工程专业的课堂教学和实践教学中增加一些金属间化合物的知识和内容。金属间化合物材料主要包括al系金属间化合物材料，主要有Fe-al金属间化合物，ni-al金属间化合物，ti-al金属间化合物等，还有其他的如Cu-al合金，Cu-Zn合金以及ni-ti合金体系等金属间化合物材料。由于一般常用的金属间化合物是由两种金属元素形成的化合物并具有典型的二元相图，所以可以通过认识和了解金属间化合物学习和掌握二元相图的知识内容。此外金属间化合物材料的制备工艺方法也有很多，主要有金属熔炼法，高温自蔓延反应合成法，机械合金化法，反应烧结法，粉末冶金工艺等多种方法。其中反应熔炼法是将不同种金属元素放到熔炼炉中进行熔化形成金属合金熔体使其均匀混合并冷却形成金属间化合物材料。高温自蔓延反应合成方法是通过反应放出大量的热量维持反应继续进行最终形成所需要的金属合金材料。机械合金化工艺过程是利用高能球磨机把两种纯金属粉末放入球磨罐中并加入适量的添加剂进行球磨，粉末的制备由机械合金化过程完成，块体的制备则由烧结过程实现，机械合金化工艺是一种固态反应的过程。机械合金化技术是近年来发展起来的一种材料制备方法，机械合金化工艺通过对粉末反复的破碎，焊合来达到合金化的目的，由于合金化过程中引入大量的应变，缺陷以及纳米级的微结构，机械合金化制备的材料具有一些与传统方法制备材料不同的特性。通过机械合金化工艺就可以制备出金属间化合物粉末。粉末冶金技术是制备金属间化合物材料比较常用的一种方法。以单质或合金粉末为原料，一般是先用塑性加工的方法把粉末制备成所需要的复合材料制件，然后在烧结同时实现了制件的成型。反应烧结法是将不同种金属元素粉末通过热压烧结工艺或者常压烧结工艺形成金属间化合物块体材料。金属间化合物材料的制备通常采用粉末冶金工艺进行制备。
由于金属间化合物材料原料成本较低，制备工艺不复杂，所以对于金属间化合物材料的制备和性能的研究工作可以引入到材料科学与工程专业的实验教学工作中。可以在实验教学的课程中增加金属间化合物材料的制备和性能的研究内容，例如通过反应熔炼法，机械合金化方法和粉末冶金法等制备金属间化合物材料，并对金属间化合物材料的结构和性能进行研究。通过以上实验教学过程可以锻炼学生的实践能力和分析能力，还可以加深学生对材料科学与工程专业知识内容的认识和了解。在上述实验方法中，其中机械合金化工艺是比较实用并且能够在实验室里进行的。机械合金化工艺是将两种不同的金属粉末混合并经过高能球磨过程制成金属间化合物粉末，并通过烧结过程制备金属间化合物块材。机械合金化工艺可以在实验室里进行，可以安排学生通过机械合金化工艺制备金属间化合物材料。此外在本科学生的专业课程设计和毕业设计期间也可以安排学生进行金属间化合物材料的制备和性能的研究工作。通过对金属间化合物材料的制备和性能的研究工作，使得学生充分的认识和了解金属间化合物材料的性能特点，并加深学生对所学习的材料科学与工程专业课程知识内容的认识和了解，使得学生对材料科学与工程专业的课程内容有一定的掌握和熟悉，并通过实验教学过程提高了学生的实践能力和分析问题解决问题的能力，扩展了学生的知识面。所以本文作者认为应该在材料科学与工程专业的实践教学过程中增加一些关于金属间化合物材料的实验课程，并以金属间化合物材料的制备和性能的研究内容作为实验教学课程，这将有助于提高学生的实践能力并扩展了学生的知识面，这为本科学生以后学习材料科学与工程专业的知识内容打下坚实的实验基础。
三、金属间化合物材料未来的研究方向和发展趋势
金属间化合物材料由于具有许多优异的性能而被广泛的应用在工程领域中。近年来金属间化合物材料发展迅速，一些常用的金属间化合物已经被应用到实际的工程领域中，还有些新型的金属间化合物正在研究和开发中，而且有些金属间化合物作为结构材料进行使用，还有些金属间化合物成为先进功能材料和具有特殊性能的新材料。所以金属间化合物材料的发展和应用前景比较广阔。所以本文作者认为应该在材料科学与工程专业的实践教学过程中增加一些关于金属间化合物材料的实验课程，并以金属间化合物材料的制备和性能的研究内容作为实验教学课程。通过实验课程教学可以提高本科学生对材料专业课程内容的认识和了解。
本文主要讲述金属间化合物材料的概述和应用，并讲述金属间化合物材料在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用，并介绍金属间化合物材料的未来发展趋势和方向。作者认为在材料科学与工程专业的实验教学中增加金属间化合物材料的制备和性能方面的实验课程，通过实验课程教学可以提高学生对材料科学与工程专业所学知识的认识和掌握。
参考文献
[1]林栋梁.高温金属间化合物研究的新进展[J].上海交通大学学报，1998，32（2）：95-109
[2]何慧，张晓花，杨渭.金属间化合物的机械合金化制备[J].山东冶金，2004，26（5）：45-50
[3]杨晓光.粉末冶金技术的应用与发展[J].航空工艺技术，1999（4）：36-38
[4]徐润泽.当今世界粉末冶金技术和颗粒材料的新发展[J].机械工程材料，1994，18（2）：1-6
[5]郭志猛，杨薇薇，曹慧钦.粉末冶金技术在新能源材料中的应用[J].粉末冶金工业，2013，23（3）：10-20
[6]马臣，孟延红，曹智贤.机械实验课程教学体系构建的探索[J].实验室科学，2010（1）：44-46
[7]许家瑞.构建创新实验教学体系的探索与实践[J].实验技术与管理，2009（5）：1-4
[8]王国强，傅承新.研究型大学创新实验教学体系的构建[J].高等工程教育研究，2006（1）：125-128
生物材料的特性篇10
[关键词]无机非金属材料应用发展
中图分类号：tB321文献标识码：a文章编号：1009-914X（2017）04-0111-01
随着我国经济的不断的发展，各个领域对于能源的需求量不断地增大，无机非金属材料在各个行业的发展中的重要作用越来越凸显，无机非金属材料的良好的发展将对于我国经济发展有着非常重要的作用，所以要加快无机非金属材料的研究开发，为我国国民经济的发展做保障。
一、无机非金属材料行业的特点
无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后，随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。
（1）在晶体结构上，无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类？材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性，以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。
（2）无机非金属材料品种和名目极其繁多，用途各异，通常把它们分为普通的和先进的无机非金属材料两大类。
普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上，陶瓷在耐蚀、介电性能上，耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。
特种无机非金属材料的特点是：①各具特色。例如：高匮趸物等的高温抗氧化特性；氧化铝、氧化铍陶瓷的高频绝缘特性；铁氧体的磁学性质；光导纤维的光传输性质等。②各种物理效应和微观现象。例如：光敏材料的光-电、热敏材料的热-电、压电材料的力-电、气敏材料的气体-电。③不同性质的材料经复合而构成复合材料。例如：金属陶瓷、高温无机涂层，以及用无机纤维、晶须等增强的材料。
（3）传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。如水泥是一种重要的建筑材料；耐火材料与高温技术，尤其与钢铁工业的发展关系密切；各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的生产、生活休戚相关。它们产量大，用途广。其他产品，如搪瓷、磨料（碳化硅）、铸石（辉绿岩）、碳素材料、非金属矿（石棉、云母等）也都属于传统的无机非金属材料。新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的，具有特殊性能和用途的材料。它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。
二、无机非金属材料行业存在的问题。
（1）基础研究和关键技术落后。我国无机非金属材料产品等级低。在传统无机非金属材料中，无论是水泥、玻璃还是陶瓷的产品等级普遍偏低。中国的无机非金属新材料是从试制起步的，发展过程也主要是随从于型号的需要进行。由于时间、人力的限制，加之中国长期以来对基础研究重视不够，投入较少，无机非金属材料的系统的基础非常薄弱。
（2）材料性能低、品种少、生产质量不稳定。虽然中国已基本建立了无机非金属材料的研究、开发与部分产品的生产体系，但材料的品种尚不齐全，一些重要工程的关键配套材料还需进口。产品性能低、质量差的问题仍然存在，而且在进行批量生产时质量不稳定、成品率低、效益差的问题严重。
（3）制备技术落后，资源利用率低。我国无机非金属新材料工业，不但制备技术落后，而且生产能力低，生产效率低，直接影响高科技产品质量、成本、能耗等三个方面。在资源的消耗方面，水泥和陶瓷工业更为突出。由于大量的无序开采，往往未能充分利用资源，从而造成了极大的浪费。
（4）技术装备落后。我国企业现有生产线单线生产规模小，落后工艺大量存在。在建筑材料的生产过程中，需要消耗大量的能源。中国无机非金属新材料制备技术与装备明显落后，造成研制周期长、新产品发展困难，预研成果不能及时进入工程化研究，即便生产也会出现成品率低、规模小，经济效率差等问题。
三、无机非金属材料的未来发展趋势。
近些年，随着科学技术的进步，无论是传统无机非金属材料，还是新型无机非金属材料都有了一些新的发展趋势。
（1）生态与环保意识加强，建立科学的评价体系，实现可持续发展。
西方发达国家在促进传统无机非金属材料产业健康、可持续发展方面的采取了许多重要措施。世界发达国家十分重视建材工业的可持续发展与绿色评价。生态评价也成为世界可持续发展的一个重要手段。目前，许多国家正在进行“生态城市”的建设与实践，推广建筑节能技术材料，使用可循环材料等，改善城市生态系统状况。由此，提出了绿色建材、环保建材与节能建材的概念，并开展了大量的研究与实践工作。与西方发达国家相比，我国还存在很大的差距，特别是缺乏立法支持与技术标准的指导以及相应组织的管理与监督，使我国的传统无机非金属材料工业发展还有很大的提升空间。面对资源和环境对我国经济发展的严峻考验，国民经济的可持续发展战略显得愈加重要。
（2）向着节能、降耗的方向发展。
传统的无机非金属材料工业是能源消耗大户，在世界能源口益短缺的今天，如何生产节能、降耗，以及如何生产出高质量的建筑节能、保温产品是建材工业发展的重要趋势。选择资源节约型、污染最低型、质量效益型、科技先导型的发展方式。新型墙体材料、高质量门窗、中空玻璃将大量应用。向着提高材料性能、使用寿命的方向发展。低寿命设计、大量重复建设已经严制约城市建设的发展。现代化建筑需要高性能建筑材料的支持，而提高建筑的耐久性又对建筑材料的使用寿命提出了更高的要求。
（3）单线生产能力向大型化发展。
尤论是水泥工业、玻璃工业，还是陶瓷工业，单条生产线的生产能力有大型化的趋势。生产线的大型化可以有效提高产品的质量，降低能源消耗。
（4）向着智能化方向发展。
建筑的智能化需要建筑材料的支持。随着技术的进步和生活水平的提高，建筑材料的安全性智能诊断等智能技术将更多的应用于建筑中。
（5）向着复合化、多功能化方向发展。