我们大家所阅读的此篇共有53384文字，由谢华兆精心改进之后，上传在meiword.com。《土壤》创刊于1958年10月，由中国科学院南京土壤研究所主办的通报类双月期刊。毛竹根区土壤微生物数量与酶活性研究_材料工程论文感谢来学习，希望能分享给用的到的朋友！
第一篇 毛竹根区土壤微生物数量与酶活性研究_材料工程论文
摘 要：采样了毛竹根区土壤微生物数量和酶活性。结果表明：毛竹根区土壤细菌数量明显多于林间土，其r/s值平均为1.53；从不同年龄竹来看，ⅰ、ⅱ度竹根区细菌数量多于ⅲ度竹。毛竹根区土壤真菌数量也明显多于林间土，r/s值平均为2.05；其中ⅱ度竹根区真菌数量显著多于ⅰ、ⅱ度竹根区，差异达显著水平。放线菌数量无论是毛竹根区与林间土之间还是不同年龄毛竹根区土之间均无明显不同。毛竹根区土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶的活性明显高于林间土，r/s值分别平均为1.28、 1.48、和1.94，但在ⅰ、ⅱ、ⅲ度竹根区之间这3类酶的活性无明显差异。毛竹根区土壤蛋白酶和磷酸酶的活性也明显高于林间土，其r/s值分别平均为2.00和1.82，并且蛋白酶活性ⅱ度竹根区明显高于ⅰ、ⅲ度竹根区，磷酸酶活性ⅱ度竹也显著高于ⅲ度竹根区，差异均达显著水平。
关键词：毛竹；根区土壤；微生物；酶。
根际区是植物体与土壤物质、能量交换的场所。一方面植物体通过呼吸、分泌有机物质影响根际土壤性质[1]；另一方面，土壤又通过根际区以各种方式向植物体提供营养物质。农作物上2024根际的研究已十分深入[2、3、4]，并都针对表根几个毫米的根面土（rhizoplane soil）和根际土（rhizosphere soil），而林木上的研究相对滞后。一方面林木立地条件差异较大，另一方面，对林木而言，确定几个毫米的根际有很大难度。虽目前国内外2024林木根际土壤研究有零星报道[5、6、7、8]，但研究都较农作物上粗放。WWW.meiword.coM由于林木根形态的特殊性，有些研究只对林木根际附近一个较大的区域即根区展开[9]。毛竹作为禾木科植物与农作物玉米（zea mays）、小麦（triticam aesticum）和水稻(oryza sativa)一样，在根际区也具有联合固氮微生物[10、11]，因而开展毛竹根际区土壤的研究显得十分重要。但至今为止，未见毛竹根际区土壤生物化学性质方面的系统研究报道。为此，作者采集了不同年龄毛竹根区土样，旨在这方面作些探讨。
1 样地与方法
1.1 采样地概况
采样地设在浙江省临安市郊青山镇。该区属亚热带季风气候，地理座标为119042′n， 30014′e，属丘陵地区，年平均气温15.9℃，最高气温41.3℃，最低气温-13.3℃，年降水量1424mm，无霜期236d。土壤成土以富铝化和生物集化同时进行，土壤为发育于花岗岩的红壤。土壤ph在4.5～5.5，有机质含量在20.00g·kg-1左右，全氮含量在0.8～1.3g·kg-1之间，土壤水解氮、有效磷和速效钾分别平均为93.23、10.96 和77.26mg·kg-1。采样地海拔高度为100～120m。竹林密度4100株·hm-2，ⅰ、ⅱ、ⅲ度分别占35.5%、31.2%、和33.3%(ⅰ、ⅱ、ⅲ 度竹龄分别为1～2a、3～4a和 5～6a)，毛竹平均眉径为8.5cm。
1.2 采样方法
在0.33hm2左右的采样区域内，按15m×15m的面积划分为12个样方。1998年6月在每个样方中分别确定生长水平中等的ⅰ度(1年生)、ⅱ度（3年生）、ⅲ度（5年生）竹各3株，分别在毛竹基部挖开，顺竹蔸取连在根上粒径小于１cm土壤作为根区土壤，并分别将ⅰ、ⅱ、ⅲ度各3株竹的根区土样混合成一个样品，作为该样方ⅰ、ⅱ、ⅲ度竹的根区土样。同时在每个样方的竹林中多点采集和根区土深度一致的林间土样1个，采集时尽量避开竹鞭，各点均离竹鞭5厘米以上。
1.3 方法
土样带回室内后分成两份，1份鲜样土壤微生物三大类；另1份风干、去杂、过筛后测定土壤各类酶活性。土壤微生物计数采用平板法[12]，细菌采用牛肉蛋白胨培养基；真菌采用马丁氏琼脂培养基；放线菌采用高泽1号琼脂培养基。土壤过氧化氢酶采用容量法；蔗糖酶采用二硝基水杨酸比色法；脲酶采用苯酚——次氯酸比色法；蛋白酶采用茚三酮比色法；磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法。［１３］
2 结果
2.1 毛竹根区与林间土壤微生物数量比较
从表1可以看到，ⅰ、ⅱ、ⅲ度毛竹根区土壤细菌数量平均为每克土4.07×106个，是林间土壤的1.53倍。方差显示，不同部位土壤细菌数量存在显著差异，由lsd 法多重比较可知，ⅰ、ⅱ度竹根区土壤细菌数量显著高于林间土壤，而ⅲ度竹根区土壤细菌数量虽是林间土的1.43倍，但两者差异不显著。不同年龄毛竹根际土壤比较，ⅲ度竹根区细菌数量明显低于ⅰ、ⅱ度竹，差异达到显著水平。放线菌数量ⅰ、ⅱ、ⅲ度竹根区土壤平均为每克土5.11×105个，和林间土壤的数量十分接近，方差也显示不同部位土壤间无显著差异。而真菌数量林间土壤与根际土壤间差异明显，ⅰ、ⅱ、ⅲ度竹根区真菌的平均数量为每克土4.58×104个，是林间土壤的2.05倍。方差显示，不同部位土壤存在显著差异，通过多重比较发现，ⅰ、ⅱ、ⅲ度竹根区土壤真菌数量均明显多于林间土壤，而其中ⅱ度竹根区又显著多于ⅰ、ⅲ度竹根区。综合细菌、真菌、放线菌可以看到，土壤微生物总数根际土壤显著多于林间土壤。
注：表中数据为12个样地的平均值；同列中不同英文字母表示差异达显著性水平（p
根际区承接了大量根系分泌物和根表脱落物，给微生物生长、繁衍提供了丰富的养分和能源物质，因而根际区 土壤微生物数量一般都比林间土高［5］，毛竹也不例处。根际区土壤微生物数量增加，有利于土壤养分的有效性，也明显了植物体生长。而根际并没有放线菌而使根际放线菌明显增加［12］。从paravizas等对蓝羽扁豆（lupinus hirsutus l.）根际微生物的研究来看，当离开根表3～6mm时，放线菌的数量就和非根际土壤没有多大差异了[12]。文中毛竹根区土壤放线菌数量和林间土无明显差异，一方面说明了毛竹根区放线菌作用也不明显，另一方面也说明了这种林木根区土采样方法从某种程度上淡化了根际效应。
2.2 毛竹根区与林间土壤酶活性
表2 显示，过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶和磷酸酶的活性不同部位土壤间存在显著性差异。通过lsd法多重比较发现过氧化氢酶、 蔗糖酶和脲酶活性ι、ц、ш度竹根区均显著高于林间土壤，而不同年龄竹根区土之间无明显不同。蛋白酶和磷酸酶活性ι、ц、ш度竹根区土明显高于林间土，并不同年龄竹根区土之间也存在差异，主要表现在ц度竹根区活性较强。
注：表中数据为12个样地平均值；同列中不同英文字母表示差异达显著水平（p
从上面可以看到，毛竹根区土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶和磷酸酶的活性均明显高于林间土壤，ⅰ、ⅱ、ⅲ度竹根区各类酶活性平均分别是根区的1.28、1.94、1.48、2.00和1.82倍。根际区土壤酶活性高是土壤研究者一再证明了的事实［14、15］。根区有大量根系分泌的粘液和根表脱落物质，其上都附着各种植物分泌的酶，其次，根区土壤微生物数量较多，这些微生物也常释放出酶类［13］，从而使根区土壤酶活性高于林间土壤。土壤中养分转化离不开酶的摧化作用，因而，毛竹根区土壤酶活性高有利于根区土壤养分的有效化，对毛竹生长极为有利。
值得一提的是，比较不同年龄毛竹根区土壤，就可发现ⅱ度毛竹根区土壤微生物数量较多、酶活性较强，虽然象细菌数量、过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶活性等多重比较后并未显示ⅱ度根区显著高于ⅰ、ⅲ度竹根区，但从不同年龄毛竹土壤r/s值（表3）仍可看到这些性质总体上ⅱ度竹根区土较强。ⅱ度竹根区土生物学活性强于ⅰ、ⅲ度竹说明随着毛竹新竹长成，根系逐渐发育，根系分泌物、根表脱落物逐渐增多，到了第3、4年根际区的微生物数量和酶活性达到最高水平，以后随着竹子变老根系代谢能力又逐渐下降，根区土壤生物学活性又有一定的回落。毛竹这种随着年龄不同，根区土壤生物学性质发生较快变化的情况在其它林木上很少发现，这也从一个方面启示我们在研究不同土地及不同人为措施对毛竹根区土壤影响时，一定要选择相同年龄的竹子作为研究对象，才具有说服力。
注：r代表根区，s代表林间
3 结论与讨论
毛竹根区土壤细菌数量明显多于林间 土，从不同年龄来看，ⅰ度、ⅱ度竹根区细菌数量较多，它们和林间土达到了显著性差异，ⅲ度竹根区相对较少。无论是不同年龄毛竹根区之间还是根区与林间土之间土壤放线菌数量均无明显差异。ⅰ、ⅱ、ⅲ度竹根区土壤真菌数量都显著多于林间土，ⅱ度竹根区又显著多于ⅰ、ⅲ度竹根区，并差异都达显著水平。毛竹根区土壤的过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性显著高于林间土壤，但ⅰ、ⅱ、ⅲ度竹之间这3类酶活性均无明显不同。ⅱ度竹根区土壤蛋白酶、磷酸酶活性显著高于林间土和ⅲ度竹根区土，差异达显著水平；蛋白酶活性ⅱ度竹根区还显著高于ⅰ度竹根区，差异同样达到显著水平。
值得指出的是在农作物上，研究根际土壤微生物时常常是针对根表几个毫米的区域，因而研究所得的“根际效应”（r/s）也都较大，r/s值一般为5～20，有的甚至更大［１２］，而本文中毛竹根区是指竹子根蔸区粘于根表1厘米之内的土壤，“根区”范围要大得多，因而r/s值相对较小。
参考文献
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2．张福销．环境胁迫与植物根际营养[m]．： environment，1994，36(1)：51～56．
9．姜培坤，徐秋芳，钱新标，等.矿质肥料对杉木苗根区土化壤生化性的影响[j].浙江林学院学报，1996，13(1)：10～14.
10．顾小平，吴晓丽．毛竹根际分离的多粘芽孢杆菌固氮特性研究 [j]．林业科学研究，1998，11（4）：377～381．
11．顾小平，吴晓丽．接种联合固氮菌对毛竹实生苗生长的影响[j]．林业科学研究，1999，12（1）：7～12．
12．陈华癸．土壤微生物学[m]．上海：上海科学技术出版社，1981．
13．关松荫．土壤酶及其研究法[m]．：
第二篇 化学工业中的纳米技术_材料工程论文
在高新技术中，纳米技术、生物技术和信息技术对化学工业发展有着深远的影响，对于材料科学而言，当首推纳米技术。它不仅能推动化学反应、催化和许多单元操作的突破性的改进，而且提供了纳米多孔材料、纳米粒子、纳米复合材料、纳米传感器等新型材料以及化学机械抛光、药物可控释放、独特的去污作用等功能应用，为化工新材料发展及其应用开辟了广阔的前景。
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纳米技术正全力推动着化学工业未来的发展。随着一些纳米技术的工业产品问世以及所显示出的诱人前景，现在“纳米技术”已经成为家喻户晓的名词。纳米技术能在＜100nm的水平上合成、处理和表征物质，这是一个涉及多门学科的广阔领域，它包含有：纳米材料(nanomaterials)、纳米生物技术?(nanobiotechn010gy)、纳米电子学(nanoelechonics)和纳米系统(nanosystem)，如纳米电子机械系统nems和分子机械(m01ecular?machine)等。而纳米技术在化学工业中的应用，主要是新型催化剂、涂料、润滑剂，过滤技术以及一些最终产品，诸如纳米多孔材料制品和树状聚合物制品已成为化学工业的创新点。
一、化学反应和催化方面应用
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化学工业及其相关工业，特别是一些化学反应起着关键性作用的产业盛行用纳米技术来改进催化剂性能。WwW.meiword.com纳米多孔材料中的沸石在原油炼制中的应用已有很长历史，纳米多孔结构新型催化剂的发展，为许多化学合成工艺的创新提供了机会，或者使化学反应能在较温和条件下进行，大幅度地降低工艺成本。例如用此类催化剂可以将甲烷有效地转化为液体燃料，作为柴油代用品，而现用的方法比较昂贵。
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纳米粒子催化剂的优异性能取决于它的容积比表面率很高，同时，负载催化剂的基质对催化效率也有很大的影响，如果也由具有纳米结构材料组成，就可以进一步提高催化剂的效率。如将si02纳米粒子作催化剂的基质，可以提高催化剂性能10倍。在某些情况下，用si02纳米粒子作催化剂载体会因sio2材料本身的脆性而受影响。为了解决此问题，可以将sio2纳米粒子通过聚合而形成交联，将交联的纳米粒子用作催化剂载体。
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在能源工业中，shenhua集团公司、hydrocarbon技术公司和美国能源部在中国进行煤液化项目建设，采用了纳米催化剂，取得了20亿美元效益。此工艺可以生产非常清洁的柴油，在中国许多地方它可与进口原油或柴油(以全球平均价格计)竞争。燃料电池也是纳米催化剂起重要作用的领域，当前工业样品应用的是铂催化剂，约2nm宽。
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二、过滤和分离方面应用
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在过滤工业中，纳米过滤(简称纳滤，nanofiltration)广泛应用于水和空气纯化以及其它工业过程中，包括药物和酶的提纯，油水分离和废料清除等。还可以从氮分子中去掉氧(氧与氮分子大小差别仅0.02nm)。应用此方法生产纯氧可不需要采用深冷工艺，因而可以降低成本。法国于2000年在generale?des?eamx建成世界上第一座用纳滤技术生产饮用水的装置，所用聚合物膜其孔径略＜lnm。与传统净化工艺相ll，虽然电能消耗较高，但带来一些其它的好处，如不需要用氯。
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由于可以精确地控制孔径，所以具有可观的近期应用前景。美国pacific?northwest国家试验室已经创制一类称之为samms结构，为在介孔载体上自组装的单层结构，含有规整的1-50nm的圆柱形孔，孔上用自组装方法涂上活性基团单层，可用于不同领域。已经利用samms成功地从水溶液和非水溶液中萃取出各种金属和有机化合物。
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纳米多孔材料的吸收和吸附性能也提供了在环境治理方面应用的可能性，如去除重金属(如砷和汞等)。使用其他纳米材料的过滤技术也取得了长足进步。例如入rgomide纳米材料公司开发的用直径为2nm纤维制成的高产率系统，可以过滤病毒、砷和其它污染物。
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一些聚合物—无机化合物复合材料也可用作气体过滤系统，而且效率也很高。如有一种用排列成行的碳纳米管(nanotllle)制成的膜，由于纳米管与气体分子间互不作用，可以高产率地分离出气体。此种材料可满足高流速低压气体的分离需要。此种膜可以从气流中去除co2，或从co中分离h2。这种技术可应用于新一代发电厂、煤液化工厂或气体液化厂。
由精密控制尺寸的纳米管组成的膜在分离生物化学品方面也具有很大潜力。
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三、复合材料方面应用
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在复合材料中使用纳米粒子可以提高材料强度，降低材料的重量，提高耐化学品、耐热和耐磨耗能力，而且还可赋于材料一些新的性能，诸如导电性，在光照和其他幅照下改变其反应性能等。
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以粘土为基础的纳米复合材料在不久将来会有很大的市场。以碳纳米管为基础的新型结构复合材料的开发也为期不远，它的主要问题是成本较贵，要用好的填料(单壁纳米管)。大规模应用较大而不太完善的碳纳米纤维可望在20xx年实现，此发展可能会给纳米粘土复合材料的应用形成冲击。
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一些公司计划扩产纳米粘土也反映出其发展潜力。如nanocor公司已转产纳米粘土，每年2万吨。许多主要聚合物公司也在开发纳米复合材料技术。rtp公司已将有机粘土／尼龙纳米复合材料制成薄膜和片材。triton
system公司应用纳米二氧化硅与一种聚合物材料制成纳米复合材料，开发成一种涂装材料。其它honeywell，ube工业和unitika等公司已工业规模生产尼龙纳米复合材料用作包装hbp材料，nanocor最近与三菱气体化学公司联合
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制造并出售hbp包装材料。用于食品和饮料行业。bayer打算用尼龙6纳米复合材料制造多层包装膜，此膜的氧穿透率减少l/2，透明度和韧性有提高。近期，人们关注的另一种纳米复合材料的填料物质，是一种较为复杂的分子多面齐聚物(polyl、cdral?01ig(meric?silsc5quioxanes，poss)。hybrid塑料公司称其可以大量生产poss，并与塑料生产厂商和用户进行合作。
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四、涂料方面应用
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在涂料行业ctj。纳米粒子已经起着很大的作用，但是，类似于能生成抗刮痕和不粘表面的涂层的溶胶—凝胶单层(solgcl?monlolaycr)还在研究。用树状聚合物可以弥补不足，并且可与纳米粒子技术结合应用。
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以纳米粒子为基础的涂料具有各种优异的性能，比如：强度、耐磨耗、透明和导电。拜耳公司与nanogntc公司合作开发导电和透明的涂层。纳米粉体是难以储运的，美国海洋部门采用微型凝聚(microscale?ngglomerate)方法，即在应用时用等离子(一种热的离子化气体)技术或热喷涂技术，使粉体被融熔，形成涂层。拜耳公司与hansa?metallwerke公司用纳米粒子进行抗水和抗灰尘涂料开发。据中国环氧树脂行业在线记者了解，20xx年basf公司推出一种用纳米粒子和聚合物制备的喷涂涂料，在干燥时自组装成一种纳米结构的表面，呈现出类似荷叶的效应，即当水落到表面上，由于与表面的互粘性甚小，可以形成水珠而流去，并把灰尘带走。
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inframat公司用纳米涂料作为船壳防污涂料。以防止海藻、贝类附着生长。此种涂料很坚硬。但并不发脆。该公司的纳米氧化铅-氧化饮基陶瓷涂料已获得美海军部门400万美元订货，主要用于涂装潜水艇的潜望镜。应用纳米粒子技术可以制造氧化铝纳米粒子，用于地砖的抗划痕涂层。nanogate公司为西班牙地砖制造商提供纳米粒子涂料，使之容易清洗，并还为眼镜工业提供抗划痕涂料。
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用纳米粒子强化的涂料还可能在生物医用方面应用。例如铜的纳米粒子可以降低细胞在表面上生长，从而解决移植上的一个主要问题。
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五、添加剂和树状聚台物的作用
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在复合材料领域中，纳米粘土和poss已经取得进展。在不远的将来，碳纳米管可能产生较大影响。但是，各种不同形状的树状分子结构以及它能易于功能化的性能，可以创制特殊结构的复合材料，使之具有各种性能。早在上世纪90年代中期，bertmeijer教授就阐明了树状聚合物的结构，它是一群小分子，或是小分子的容器。一个“树状聚合物箱”(i)endrimer?box)，如同有一个硬壳建于软性树状聚合物周围。如果一个小分子，如染料分子进入树状聚合物中，即可被封装在空穴中。通过对其末端基因的化学改性，全部或部分烷基化，树状聚合物就可以形成与线型聚合物可化学兼容的物质，以改进混合性能。在此情况下，树状聚合物的作用在于创建了分子微观环境，或是在塑料原料中形成“纳米观口袋”(nanoscopic?pocket)来聚集染料分子。作为一种形态的、结构的或是界面改性剂，树状聚合物还可提高材料韧性，而对其加工性没有影响。在材料共混和复合中，它们还起着材料组分间的兼容剂和粘接剂的作用，因此可用于工程塑料添加剂。树状多支链聚合物已经被用作环氧树脂的增韧剂，加入重量比5％的树状聚合物可显著提高材料的坚韧性。通过可控相分离工艺，可以使树状聚合物良好地分散在树脂中，树状聚合物和树脂作用可以使接枝在树状结构上的环氧基团的化学键得到加强。杜邦公司制造和应用多支链结构物质作为聚合物共混中的添加剂，可以改善聚合物的加工性能。d公司已经将多支链的聚丙烯亚胺(ppl)聚合物工业化，主要用于廉价塑料和橡胶制造中作为添加剂，降低粘度。在涂料、油墨和粘合剂生产中也可应用。美国宇航局向dow?corning公司和matcrials electrochemical
research公司进行项目投资，开发等离子沉积树状聚合物涂料和树状聚合体富勒烯纳米复合材料，以用作微型和亚微型表面润滑。
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六、树状聚台物及去污作用
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树状聚合物特别适用于去污，它起着清道夫的作用，可以去掉金属离子，清洁环境。改变一种介质的酸度可以使树状聚合物释放出金属离子。而且树状聚合物可以通过超过滤进行回收和冉用。树状包覆催化剂可用此同样方法从反应产物中进行分离。回收再用。密西很大学的生物纳米技术中心计划开发树状聚合物加强超滤方法，作为新的水处理上艺．从水中去掉金属离子。树状聚合物可以在其分子小间或是在它们的经改性的终端基团上捕捉小分子。
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使其能适用于吸收或吸附生物和化学污染物。美事部门对它的应用前景作了好的评价。
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七、纳米保护(nano- protection)方面应用
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树状聚合物在护肤膏中作为一种反应型的组分是很有效的。此应用可以扩展到保护衣服。固定的树状聚合物层可以抗洗和耐环境气候条件变化。有一种称之为“类似树状聚合物”(amphilic?dondrimcr)，它一半是树状聚合物，另一半具有末端结构，用以在保护膜中固定活性树状聚合物。
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近年来，“一些部门在研究用纳米粒子来监测和防止化学武器袭击。nanospherc公司不久前推出一个系统，可以用来监测生物武器，如炭疽菌。该系统采用美国西北大学开发的金纳米粒子传感器。altair纳米技术公司和西密西根大学联合开发用二氧化钛钠米粒子为基础材料的传感器，可用来监测生物和化学武器。nanosphere材料公司开发氧化镁纳米粒子用于口罩的过滤层，因为它能杀大细菌(包括炭疽杆菌)。深圳新华元具纳米材料公司和nucrgst公司生产银纳米粒子用于抗菌服。nanobio公司推出一种抗菌液，可以破坏细菌孢子、病毒粒子和霉菌，它的作用是让表面张力发生性释放，而这种产品对人体组织不起伤害，现在主要用户是美事部门。
八、燃料电池方面应用
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随着对便携式电子产品电能需求不断增加。要求降低供电元器件的重量和尺寸，由此而开辟广纳米粒子的新市场。
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ap材料公司与millennium电池公司合作执行美方一份合问。开发纳米级二硼化钛用于高级电池组和其它储能系统。altar公司最近宣布该公司高级固体氧化物燃料电池系列示范试验获得成功，包括联结器、电解质、阴极和阳极等都是由微米和纳米级材料构成。而且，还开发了纳米锂基电池电极材料，其充电和发电率都比当前所用锂离子电池材料快l倍。
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有一些公司计划工业生产甲醇基燃料电池，在20xx年前后应用于便携式电子设备。在这类电池中，所用催化剂是处在淤浆状态的铂纳米粒子。针对电池应用，brookhaven国家试验室已制成锂-锡纳米晶体合金，用作高性能电极。用氢化锂与氧化锡反应，前者需过量使反应完全。生产的锂—锡合金中含有剩余氧化铿。重复用氢处理最后生成粒径为20～30nm纳米复合材料，形成稳定金属氢化物的其它元素也可用此法制造纳米复合材料，未来的应用不仅在电池领域，还可以用在催化方面。
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纳米管和纳米角(namohorn)也在进行研究，主要是探索其在燃料电池中应用，用于储存氢和烃类。根据美国能源部计划，氢基燃料电池要在车辆上实际使用，氢含量(重量比)应达到6.5％，而目前只达到1.5％。预测到20xx～20xx年，氢基燃料电池可能在车辆上获得广泛应用。nanomix公司长期的燃料电池计划是用氢作燃料，使系统拥有5～6kg氢，每辆车价格能在1000美元以下。另一种储氢介质是basf公司的“nanocube”，但此技术近期尚达不到放大和降低成本，个人用电子设备是其市场开发的第一个目标。
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综上所述，纳米技术将不断发生变化，展望前景是光明的。当然，纳米技术也与其它技术一样，对环境和社会有正反两方面的影响。提高能源生产和供应效率，对产业和环境都是有好处的，例如通过减轻复合材料重量，应用替代能源(提高太阳能和风能效率及经济性)以及扩大燃料电池应用等，达到节省大量能源的效果。其它具有竞争力的方面为纳米粒子在医学上应用，有效地进行药品施放，但纳米粒子对人类健康的影响尚无定论。任何一个新的化合物和产品在批准应用之前都必须进行全面鉴定，在工业化前要经过长期应用研究。当前用以评价这类产品的通用程序和方法将面临许多挑战。
第三篇 国内给水管材现状及发展_材料工程论文
摘要：作者试图将我国室内外给水管材的生产、使用的现状做系统总结，并紧密结合国内室内外给水管材的实际预测其 发展方向，努力振兴我国自己的给水管材(生产、应用科学)事业
关键词：室内给水管材 室外给水管材 金属管材 非金属管材
目前我国经济高速发展，各种产品比较丰富，生活水?平不断提高。但是，人类最基本的日常生活用水问题还时不时?困扰我们，尤其是影响室内外给水水质重要因素之一的管材?问题。一方面是材品种非常繁多，需要通过试用验证产?品的性能，确定统一的使用、选用和施工要求等；另一方面?设计技术人员如何选择适合施工单位有效施工，并切合建设单?位经济与发展实际水平的材，这都需要我们系统地熟?悉掌握其特性与适用要求，作出科学合理地选择。截止现在，?我们尚难于找到一个完整的、系统归类的模式。本文试图在?这些方面进行一些有益地探索。
一、材的过去
同我国建筑给水排水专业的发展一样，我国材也经?历了品种单一、卫生标准低、缓慢发展的过去与品种多样、卫?生标准提高快、更新发展迅速的现在。WwW.meiword.Com沿用了近三十多年的?不镀锌钢管(黑铁管)，包括曾经被视作提高建筑标准档次象征?之一的镀锌钢管，现在已经被多数省份部分(冷镀锌钢管)淘汰?；为节省钢材，五十年代推广使用的钢筋混凝土管(又分为钢?筋混凝土管、预应力钢筋混凝土管和自应力钢筋混凝土管)，?可承受较高的工作压力(0．40－1．20mpa)、耐腐蚀、价格低廉(和?金属管材相比)、经久耐用，不会减少水管的输水能力，但自?重大，质地硬而脆，怕碰撞，接口易渗漏，管沟沟底平整坚实?要求高，配件缺乏给日后维修增加难度，现在用量正逐渐减?少；……；塑料管具有较好的防腐与抗震能力，有一定的抗拉?抗弯曲的弹性，表面光滑水力条件好，耐冻性能比金属管强?，重量轻等优点。由于管材承压力不够高，质脆易老化，而且?价格昂贵，仅用于室内的小口径管道上。
二、材的现状
目前给水材料品种非常繁多，我们的重点就是对新型室内?、室外材给予介绍，并对过去使用目前又有一些新的性?能提高的应用点给予介绍。下面从管材主要使用场所上分两?大类归纳介绍：
(一) 室外材
室外材可分为金属管和非金属管两大类。
1 金属管
现在推广应用较多的室外金属材主要有钢管、给水?球墨铸铁管。
1．1 钢管
钢管有焊接钢管和无缝钢管之分；以防腐蚀性能来说可分为保?护层型、无保护层型与质地型；按壁厚又有普通钢管和加厚?钢管之分。
焊接钢管分为螺旋缝焊和直焊钢管，螺旋缝焊钢管分为自?动埋弧焊接钢管和高频焊接钢管，直焊钢管又分为普通直焊钢?管和不锈焊接钢管。无缝钢管按制造方法分为热轧管和冷轧(?拔)管，其精度分为普通和高级两种。冷轧(拔)管的最大公称直?径为200mm，热轧管最大公称直径为600mm。无缝钢管还有不锈钢?无缝钢管，不锈钢无缝钢管分为热轧、热挤压不锈钢无缝钢管?和冷轧(拔)不锈钢无缝钢管两种。
无保护层型有无保护层钢管，过去通常叫不镀锌钢管(黑铁?管)。质地型钢管主要是指不锈钢无缝钢管和不锈钢焊接钢管?，在室外大中管道给水上，由于造价、连接等原因未曾推广应?用过。
保护层型(主要指的是管道内壁)现在有金属保护层型与非金?属保护层型，金属保护层型常用的有表面镀层保护层型、表?面压合保护层型。表面镀层保护层型中常见的是镀锌管，镀锌?管也有冷镀锌管和热镀锌管，热镀锌管因为保护层致密均匀?、附着力强、稳定性比较好，目前仍大量应用。而冷镀锌管由?于保护层不够致密均匀、稳定性差，一般使用寿命不到5年就锈蚀，出?现“红水”、“黑水”，铁腥味严重，各种有害细菌超过国家?生活饮用水水质标准，各地已在生活道禁止使用。表?面压合保护层型按生产工艺不同也分为物理覆盖型复合钢管和?化学爆破法覆盖型复合钢管，其中物理覆盖型复合钢管目前?已生产的有钢复不锈钢复合钢管、铜钢双金属复合钢管，都是?利用物理的方法将受热软化薄壁不锈钢管或冷薄壁铜管通过?一定工艺压合在钢基管内壁上。这两种管材的规格分别为dnl5?－dn300和dnl5－dnl50。物理覆盖型复合钢管管道连接多采用专用?配件连接。化学爆破法覆盖型复合钢管有双金属复合管。
非金属保护层型有非金属涂层型与非金属衬里型两大类，?《建筑给水钢塑复合管管道工程技术规程》(cecsl25：20xx)(简称?《钢塑技术规程》)把这两类钢管统称为钢塑复合管，并将钢?塑复合管所依附的钢管基本材料不同又分为涂(衬)塑焊接钢管?和涂(衬)塑无缝钢管。根据所涂(衬)的非金属材料不同，现行?行业标准《给水涂塑复合钢管》(cj／t120－2000)把给水涂塑复合?管分为聚乙烯(pe)钢塑复合管与环氧树脂(ep)钢塑复合管，有的?厂家还生产乙烯－丙烯酸共聚物(eaa)钢塑复合管，《给水衬塑?复合钢管》(cj／t136－20xx)把给水衬塑复合管分为聚乙烯(pe)、?硬聚氯乙烯(pvc－u)、交联聚乙烯(pex)、氯化聚氯乙烯(cpvc)和聚?丙烯(pp)钢塑复合管。生产厂家从管道连接方式和配件的不同?将钢塑复合管分为法兰式、沟槽式和螺纹式三种，按涂(衬)层?耐热性分 为热水用钢塑复合管与普通性或冷水用钢塑复合管。?另外，依据涂层的方式不同有外镀锌与内涂层相结合型(沟槽?式给水钢塑复合管、螺纹式给水钢塑复合管等)与内外全涂层?型钢塑复合管(法兰式给水钢塑复合管)的区别。依据外涂层的?金属材料不同衬塑复合钢管又分为外镀锌型、外涂塑型和外镀?锌铝合金型衬塑复合钢管(厂家又叫合金钢塑复合管)。此外，?还有一大类是注塑钢管，目前知道的有聚丙烯(pp)和聚氯乙烯?(pvc)给水钢管，但在《钢塑技术规程》中未予确认。钢塑复合?管是一种比较好的防腐管材，钢塑复合管目前较大的管径有dn?l25－dn300，在室外大中管道给水上使用受到一定的局限。
低压流体输送用焊接钢管与镀锌焊接钢管也有普通钢管和?加厚钢管之区别。对焊接钢管来说，管壁加厚其承压能力随之?适当提高，而相对无缝钢管类型管材来说，造价仍属低廉型?钢管之列。无缝钢管主要体现在管壁厚度随多种档次和材质之?分而承压不同。
我们知道，钢管的机械强度最好，可以承受高的内外压力?，管身的可焊性方便制造各种管件、特别能适应地形复杂及要?求较高的管线使用。易腐蚀是其最大缺点。但钢管内外防护?处理得当，使用年限也很长。据介绍，上海杨树浦水厂一根1m?直径的出厂管已使用60年，至今仍然很好。
目前国外已普遍使用承插式焊接接口的钢管，是传统钢管?的第二代产品，它把传统钢管的对接焊缝接口改为搭接焊缝接?口，提高了接口焊缝的质量，使环向焊缝减少应力集中，避?免管道发生爆漏。1999年广州市的刘屋洲120万m3／d的输水工程?，在国内首次安装了dn2000－dn2400的该种承插式焊接接口钢管近?10km，其中有近3km是过河管段，至今使用情况良好[1]。
2000年获得 ．3 玻璃钢管
玻璃钢管按制造工艺不同分为：离心浇铸型玻璃钢管和纤?维缠绕型玻璃钢管。给水上常用的是属于纤维缠绕型的玻璃钢?夹砂。玻璃钢夹砂具有管轻、强度好、耐腐蚀?、水头损失小等优点，并且运输、吊装、连接方便。但管价较?其他管材高，以及由于刚性较低，易损坏，管坑的开挖回填?的要求高，专业性安装要求高，增加了安装费用。这制约了该?类管的普及使用。玻璃钢夹砂规格有dn25－3000mm的30多?种，一般小于或等于dn400的玻璃钢管道不夹砂。使用压力范围?为0．1－1mpa，而大于0．6mpa的产量较少。据已有的资料[2]可知?，综合比较给水玻璃钢管性能及各种费用，实际建设选用管径?在dn500以上其优势更突出。
2．4 塑料管
近些年，陆续出现了品种繁多的室外给水塑料管材。主要?有：聚乙烯(pe)管、硬聚氯乙烯(pvc－u)管、丙烯腈－丁二烯－?苯乙烯(abs)管等。
2．4．1 pe管
pe管根据生产管道的聚乙烯原材料不同[3]，分为pe63级(第一?代)、pe80级(第二代)、pe100级(第三代)及pe112级聚乙烯管?材，目前给水中应用的主要是pe80级、pe100级，pe112级是今后我?们应用原材料的发展方向，由于pe63级承压较低较少用于给水?材料。也分为高密度hdpe型管和中密度mdpe型管，高密度hdpe型管?要比中密度mdpe型管刚性增强、拉伸强度提高、剥离强度提高?、软化温度提高，但脆性增加、柔韧性下降、抗应力开裂性下?降。由于高密度hdpe型管应用较多，通常用高密度hdpe型管代表?pe管。
其优异的性能特点：(1)卫生条件好。pe管无毒，不含重金属?添加剂，不结垢，不滋生细菌。(2)柔韧性好，抗冲击强度高?，耐强震、扭曲。(3)独特的电熔焊接和热熔对接技术使接口强?度高于管材本体，保征了接口的安全可靠。
据已有的资料[4]可知，hdpe道国内产品分pe80及pel00两?级，又各分sdr11、13．6、17．6、26和33系列，工作压力有0．4、?0．60、0．80、1．00、1．25、1．60mpa档次。公称外径dn有16－1000?mm。
连接方式主要有电热熔、热熔对接焊和热熔承插连接。管?道敷设既可采用通常使用的直埋方式施工，也可采取插入管敷?设(主要用于旧管道改造中的插入新管，省去大开挖)。
2．4．2 pvc－u管
pvc－u管是由硬聚氯乙烯塑料通过一定工艺制成的管道。目?前积累了较多的使用经验，技术也比较成熟。pvc－u管材不导?热，不导电，阻燃。突出应用于高腐蚀性水质的管道输送，质?量和经济效果达到最佳。
国内产品pvc－u材主要规格有公称通径dnl5－dn700十多?种。管材最高许可压力为o．6mpa、0．9mpa和1．6mpa三种规格。管?道主要连接方法有承插式连接、粘结剂粘结。
2．4．3abs管
abs工程塑料是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种化学材料的聚?合物。
其主要优点(1)耐腐蚀性极强。(2)耐撞击性极好。abs管道能?在强大外力撞击下，材质不破裂。(3)韧性强。
主要规格有公称通径dnl5－dn400十多种。管材最高许可压力?为0．6mpa、0．9mpa和1．6mpa三种规格。应用于高标准水质的管道?输送，质量和经济效果达到最佳。abs管连接方式主要为冷胶?溶接法。
2．5(钢骨架增强)塑料复合管
钢骨架增强塑料复合管[5]是以钢骨架为增强体，以热塑性?塑料为连续基材，在自动控制生产线上将两者均匀复合在一起?的一种新型双面防腐压力管道。基体原料为高密度聚乙烯、?聚丙烯、交联聚乙烯，还可加入必要的添加剂、抗氧剂、紫外?线稳定剂和着色剂等。增强体原料为优质低碳钢钢板网和低?碳素结构钢丝网。按骨架形式可分为：钢板网骨架增强塑料复?合管、钢丝网骨架增强塑料复合管。按基体原料可分为：钢?骨架增强高密度聚乙烯管、钢骨架增强聚丙烯管、钢骨架增强?交联聚乙烯。
该管的特点有：(1)较强的承压能力，钢板网骨架增强塑料?复合管其管径de50－200，其承受压力1．00－2．50mpa；钢丝网骨?架增强塑料复合管其管径de80－300，其承受压力1．00－3．50mpa?。(2)既有柔韧性，又有较高的强度和刚性。管道连接有电熔连?接和法兰连接两种。管道连接工艺要求高，并且管材、管件?等造价也比较高，这些也制约其大量推广应用。
pvc－u管、abs管在专业设计手册中有详细资料。pe类管的室?内管道工程技术规程今年上旬已通过审查。在价格上，pvc－u?管比hdpe管有优势。但是它刚性差，硬度高不易煨弯加工。
从1996年进行的全国城市市政公共设施普查结果可以看出：?在城市供水管网中，dn500以下管道占87．18％(按长度计算)；…?…。其二，塑料管管径在一定范围，与金属管相比具有经济优?势，随着管径增大，经济性下降；其三，大口径塑料管管件?，由于生产投资大，生产企业很少，容易造成管件与管材不配?套，给工程施工带来不便。因此，发展城市供水塑料管应以d?n500以下为主，……。
国家化学建材产业“十五”计划和20xx年发展规划纲要[6]明?确提出：到20xx年，塑料管道在全国各类管道中市场占有率达?到50％以上。其中，城市供水管道(dn400以下)50％采用塑料管，?村镇供水管道60％采用塑料管，……。到20xx年，城市供水管道?(dn400以下)70％采用塑料 管，村镇供水管道70％采用塑料管，…?…。
同时，我国在制定国家“十五”化学建材及塑料管发展计?划时明确提出：“十五”期间塑料管的推广应用主要以pvc－u?管和pe管为主。pe管在我国应用起步较晚，发展空间较大。并?推崇“十五”期间市政塑料管的发展应以pe管为重点。这样室?外给水塑料管的应用发展就显而易见了。
（二）室内材
同室外材一样，室内材也主要分为金属管和?非金属管两大类。
1金属管
现在应用较多的室内金属材主要有钢管、给水铝合?金衬塑管、给水铜管。
1．1钢管
钢管有焊接钢管和无缝钢管之分；以防腐蚀性能来说可分?为保护层型、无保护层型与质地型；按壁厚又有普通钢管和加?厚钢管之分。保护层型分为金属保护层型与非金属保护层型?。非金属保护层型有钢塑复合钢管，金属保护层型有表面镀层?保护层型表面压合保护层型。表面镀层保护层型有冷、热镀?锌钢管，表面压合保护层型。
普通焊接钢管、普通无缝钢管、不锈钢管和镀锌钢管常用?规格在各种设计手册中都有详细的资料，其应用技术已经比较?成熟，因此我们就不再多介绍。这里分别按不锈钢管、钢复?不锈钢管、金属表面压合保护层型钢管、铜管等几大类介绍。?1．1．1不锈钢管
不锈钢管按制造方式有不锈焊接钢管和不锈无缝钢管两种?。按管壁厚度不同又有不锈钢管与薄壁不锈钢管。90年代末才?在国内出现的薄壁不锈钢管的推广应用正逐步为大家所认同和?接受。
1．1．1．1薄壁不锈钢管
由特殊焊接工艺处理的薄壁不锈钢管，因其强度高，管壁较薄，造价降低，从而有效地?推动了不锈钢管的应用和发展。?薄壁不锈钢管的优越性能还有：(1)经久耐用，卫生可靠，?防腐蚀性好，环保性好。(2)抗冲击强。具有较好连接形式(如?插接压封式连接技术)的管路强度是镀锌管和普通钢管的2－3倍?。(3)韧性好。比一般金属易弯曲、易扭转，不易裂缝，不易?折断。(4)采用成熟、可靠的专用连接技术，大大提高了工程进?度和效率。
不锈钢管连接方式[7]：常见的管件类型有压缩式、压紧式?、推进式、焊接式及焊接与传统连接相结合的派生系列的连接?方式。
薄壁不锈钢管由于管价相对较高，用于沿建筑外墙安装的?直饮水管或高标准建筑室内路。
1．1．1．2超薄壁不锈钢塑料复合管
超薄壁不锈钢塑料复合管是一种外层超薄壁不锈钢管，内?层塑料管和中间粘接剂复合而成的新型管材。
其性能特点：(1)外层不锈钢管管壁更薄，内衬塑料管壁厚?也减少，主材价格进一步降低。(2)表面不锈钢把塑料管与外界?隔绝，克服塑料易氧化老化之缺点，又提高了塑料管阻燃性?能与承压强度。(3)中间粘接剂约束了内衬塑料管膨胀，管材线?膨胀系数很小。
既可使用不锈钢粘结管件，又可采用的不锈钢、铜等卡套?式管件，连接方式多样，安装方便。可以沿用已经有的塑料管?技术标准规范设计、施工。
该管道的目前常用规格有外径16－110mm十多种。
1．1．2钢塑复合钢管
钢塑复合钢管主要是给水涂塑复合钢管与给水衬塑复合钢?管两大类。
1．1．2．1给水涂塑复合钢管
给水涂塑复合钢管的优异性能有：(1)安全卫生，价格低廉?。(2)良好的防腐性能，且耐酸、耐碱、耐高温，强度高，使用?寿命长。优越的耐冲击机械性能。(3)介质流动阻力低于钢管4?0％。
常用规格有公称通径dn15－dn150十多种。涂塑复合钢管的连?接方式有管螺纹、法兰和沟槽式三种。
1．1．2．2给水衬塑复合钢管
给水钢衬塑复合管主要性能与给水钢涂塑复合管比较类似?，对衬塑复合钢管来说，导热系数低，节省了保温与防结露的?材料厚度。另外同外管径条件下，过水断面小，水流损失与?流速均增大。常用规格有公称通径dn15－dn150十多种。
1．1．3金属表面压合保护层型钢管
表面压合保护层型按生产工艺不同也分为物理覆盖型复合?钢管和化学爆破法覆盖型复合钢管。
1．1．3．1物理覆盖型复合钢管
物理覆盖型复合钢管目前已生产的有钢复不锈钢复合钢管?、铜钢双金属复合钢管，都是利用物理的方法将受热软化薄壁?不锈钢管或冷薄壁铜管通过一定工艺压合在钢基管内壁上。
其共同的性能特点：一方面发扬了镀锌钢管耐高承压力(2．?5mpa)、耐高撞击力、适用温度范围较广(－40－150℃)、强度较?高等优点，另一方面与镀锌钢管相比具有输水保护壁面厚、结?合较牢靠，因而抗腐蚀能力强、水力条件好等突出特点。
这两种管材的规格分别为dn15－dn300和dn15－dn150。管道连接?多采用专用配件连接。
1．1．3．2化学爆破法覆盖型复合钢管
化学爆破法覆盖型复合钢管有双金属复合管。它由航天科?技集团四院四十一所采用专利技术－“金属管道燃爆加衬技术?”生产的新型内衬防腐管道。据介绍[8]，该产品仍以碳钢管?为基材，充分发挥碳钢管优良的机械力学性能和廉价特征；以?耐腐蚀合金材料为防腐覆盖层，充分发挥耐腐蚀合金优异的?耐腐蚀性能，从而使双金属复合管具有优异的耐腐蚀性能和优?良的机械力学性能。
该管与物理覆盖型复合钢管相比突出的性能特点：(1)制造?和生产过程中 无废气产生，管材卫生无毒。(2)两种金属材料的?壁面结合更加牢靠。(3)依输送介质的要求标准不同，可根据?相应的标准选用不同的内衬合金管，有普通不锈钢、双相不锈?钢、钛合金、铝合金、锆合金、铜合金及其它耐蚀合金。品?种多。
现有管道直径范围为dn25—dnl200。由于这种管道连接方式及?管件的特殊处理方式(较多采用翻边环焊技术以防止出现电位?差腐蚀等)、专用性，管道系统的成本比一般的金属管道系统?要高，但作为不锈钢管道的替代品性能及价格均有优势。
1．2给水铝合金衬塑管
给水铝合金衬塑管外层为无缝铝合金，内衬聚丙烯(pp)，二?者通过特殊工艺复合。
其特性：(1)管外层是刚性好、强度高、耐腐蚀的铝合金无?缝管。机械性能好，耐压能力高。(2)热水管道热稳定性好，线?性膨胀低。(3)外层有铝合金保护，抗老化能力强，防火性能?好，减少了消防系统投资的费用。(4)两种主材及加工工艺无有?害物质遗漏于过水面，有较好的环保持性。
该管材规格有公称通径dn10－dn150mm十多种。公称工作压力为?1．ompa。
管道连接有卡套式快装管接头、专利法兰盘等。但由于管?件为外接头，不利于暗装，又对碱性有一定的腐蚀性，有时也?限制了它的使用。
1．3铜管
铜管按材质不同分为：紫铜管、青铜管和黄铜管三大类。?紫铜管依其是否覆塑又分为紫铜光管、紫铜覆塑冷水管及紫铜?覆塑热水管。建筑给水中采用紫铜管。国标gb／t18033－2000按?壁厚不同分为：a，b，c三种型号的铜管，其中a型管为厚壁型?，适用于较高压力用途；b型管适用于一般用途；c型管为薄壁?铜管。由制作工艺不同又有拉制成型的薄壁硬态铜管与半硬态?铜管。
铜管的主要优点[9]：(1)经久耐用。铜的化学性能稳定，耐?腐蚀，耐热，可在不同的环境中长期使用，使用寿命约为镀锌?钢管的3－4倍。(2)机械性能好，耐压强度高，同时韧性好，延?展性也高，具有优良的抗振、抗冲击性能。(3)使用卫生性能?好。它对某些细菌的生长有抑制作用，同时铜还是人体所需的?微量元素之一。
薄壁紫铜管的常用规格有公称直径dn15－250(mm)十五种。建筑?给水的铜管，公称压力2024
1．0mpa和1．6mpa。正在制定的《建筑给水铜管管道工程技术规?程》2024采用tp2牌号的铜管。
目前小口径铜管的连接方式有3种基本类型：螺纹连接、钎?焊承插连接和卡箍式机械挤压连接，也可延伸为法兰式、沟槽?式、承插式、插接式、压接式。
通过不同地区的实际测算比较认为[10][11]：铜管安全卫生性?能好、总造价适中、使用年限长、可用于冷热水供应系统及?饮用净水系统，随着我国经济的发展和生活水平的提高，?随着铜管实用技术的进步，会较快地进入逐渐普及的小康家?庭。
2非金属管材非金属管材有玻璃钢管、塑料管和塑料复合管三大类。在?较多资料中[12][13]将铝塑复合管划归建筑给水塑料管之列，在?本文中为了便于细化分类介绍，将塑料复合管单列出来。
由于玻璃钢管在室内应用中管料和管件造价高等原因，除?特殊需要，一般较少采用，这里不再介绍。
2．1塑料管
塑料管主要有：交联聚乙烯(pex管，有的也叫pe－x管)管、改?性聚丙烯(pp－r，pp－c)管、氯化聚氯乙烯(pvc－c)管、硬聚氯乙?烯(pvc－u)管、聚乙烯(pe管，也分为高密度hdpe型管和中密度mdp?e型管，通常代表高密度hdpe型管)管、聚丁烯(pb)管、丙烯腈－?丁二烯－苯二烯(abs)管、pppe管(pp－r或pp－c与hdpe合成材料)、纳?米聚丙烯管(npp－r)等。其中pvc－u管、hdpe管和abs管在室外给水?管中介绍较详细，在此就不再单列介绍了。
2．1．1pe－x管
pe－x管采用世界上先进的一步法技术制造，采用普通聚乙?烯原料加入硅烷接枝料，在聚合物大分子链间形成化学共价键?以取代原有的范德华力，从而形成三维交联网状结构的交联?聚乙烯，其交联度可达到60％－90％。
其特性：(1)优良的耐温性能，使用的温度为－70－100℃。(2?)优良的隔热性能和耐压力。pe－x管导热系数低，热量损失小?，节约能源。(3)较长的使用寿命。可安全使用50年以上。(4)抗?振动，耐冲击。(5)无污染环境的绿色环保管材，不含任何毒素?，也不释放有害物质，焚烧后只产生水和二氧化碳。
管外径规格为16－63mm。管道连接有卡箍式、卡套式、专用?配件式。生产企业常规产品压力等级为1．25mpa(sdr11)。
2．1．2改性聚丙烯(pp－r，pp－c)管
改性聚丙烯管有pp－r管、pp－c管两种大的类型。
2．1．2．1pp－r管
pp－r管[14]也叫ⅲ型聚丙烯即无规共聚聚丙烯，其经历了三个?产品更新换代发展的阶段：第一代(pp－h)，采用均聚聚丙烯加?入一定量的增韧助剂共混造粒而成；第二代(pp－b)采用pp与pe嵌?段共聚工艺聚合而成；第三代(pp－r)，采用先进的气相共聚工?艺将pe在pp的分子链中随机、均匀地进行聚合而制成的无规共?聚聚丙烯(pe约占3％)基料，从而获得更加优良的性能。
其突出特点：(1)无毒、卫生。(2)耐热、保温性能好。pp－r?管的最高耐热可达131．3℃，最高使用温度为95℃，长期(50年)?使用温度为70℃，完全可以满足常用的工业和民用生活热水和?空调供回水系统。同时， pp－r管的导热系数只有钢管的1／200?，具有良好的保温和节能性能，还可节省保温管材的厚度。(3?)安装方便且是永久性的连接。(4)原料可回收，不会造成环境?的污染。
从pp－r管的特点可知，pp－r管不仅可用于建筑物内的冷热?水系统，而且可用于建筑物内的采暖系统、直饮用水供水系统?、空调供回水系统、输送化学介质等。在进行设计时宜?根据各产品的企业标准或技术规程选定合适的规格。
pp－r管道的连接方式主要有两种：热熔连接、电熔连接。?也有专用丝扣连接或法兰连接。
pp－r管常用有公称外径dn20－160mm的十余种规格。按安全系?数c值不同有c=1．25和c=1．5两大类。c=1．25有五种管系s5、s4、s?3．2、s2．5、s2分别与五种公称压力对应：pnl．25、1．6、2．o?、2．5、3．2mpa；c=1．5有五种管系s5、s4、s3．2、s2．5、s2分别?与五种公称压力对应：pn1．0、1．25、1．6、2．0、2．5mpa。
2．1．2．2pp－c管
资料[15]介绍，pp－c管是一种共聚聚丙烯管材。pp－c管一般?采用单螺杆挤出机挤成管材，连接方式为热熔连接。
其主要性能：(1)耐温性能好、长期高温和低温反复交替管材不?变形，质量不降低。(2)不含有害成分，化学性能稳定，无毒?无味，输送饮用水安全性评价合乎卫生要求。(3)抗拉强度和屈?服应力大，延伸性能好，承受压力大，防渗漏，工作压力完?全可以满足多层建筑供水的需要。
pp－c管管材的型号规格可达到dn100。pp－c管道采用热熔连接。
2．1．3pvc－c管
pvc－c管又叫cpvc管是一种氯化聚氯乙烯
(pvc－c)塑料管。其主要性能特点：(1)防腐性能很强。pvc－c管?道无论是在酸、碱、盐、氯化、氧化的环境中，暴露在空气中?、埋于腐蚀性土壤里。甚至在95℃高温下，内外均不会被腐蚀?。(2)良好的阻燃性。pvc－c的着火温度482℃，所以pvc－c管道不?自燃且不助燃，还具有限制烟雾的特性，不会产生有毒气体?。(3)保温性能佳，热膨胀小。pvc－c热传导率低，所以pvc－c管?道夏天不易结露，冬天可节省大部分保温材料及施工费用，也?不易扭曲变形。(4)抗震性好。pvc－c管道具有较好的弹性模量?，抗震并能大大降低水锤效应。(5)具有优异的耐老化性和抗紫?外线性能。
常用规格有：公称通径dn15～dn300。
连接方式有承插粘接、塑料焊接，还有专用配件法兰连接?、螺纹连接。
pvc－c管优点比较多，且在热水管道上应用较好，但因为材?料价格比较昂贵，在给水方面推广应用受到较大局限。
2．1．4pb管
pb管是由聚丁烯树脂通过一定的制管工艺生产而成的管材及?管件。聚丁烯树脂是由于丁烯－1单体合成的高分子量全同聚?合物，是一种柔软的热塑性聚烯烃。其主要特性有：(1)良好的?耐温性能。其长期使用温度(系指管道在此温度范围内使用寿?命达30－50年)为≤90℃。(2)耐压性能极佳和极强抗蠕变能力。?同样条件下其管壁最薄。其工作压力：冷水时为1．6－2．5mpa?；热水时为1．0mpa。(3)极好的韧性和耐冲击力。(4)极好的抗腐?蚀能力。(5)较好的隔热性能。材料的导热率较小。(6)无毒、重?塑性强。
常用的规格有公称通径：dnl5－dn63几种。
pb管主要采用热熔式或电熔式承插式接头连接，也采用胶圈?密封连接。pb材料属于易燃材料，安装加工或使用的场所必要?时需采取防火措施。由于这种管材的原材料主要依赖于进口?，价格昂贵，在国内应用的大多依赖进口成品管材及管件，包?括施工连接的专用工具等，同时施工技术要求较高等原因，?故在国内应用很有限。
2．1．5pppe管
pppe管是以pp－r或pp－c与hdpe为主要材料，加以一定量的化学?助剂等合成材料，经挤压成型的塑料管材。据报道[16]，该种?管材适用温度范围宽(－25－95℃)，耐压高(公称压力为20mpa)，?不仅能象pe管、pb管、改性聚丙烯(pp－r，pp－c)管那样进行热熔?连接(有专用的pppe管配套热熔管件)，而且还能象热镀锌钢管?那样在现场用普通套丝工具套丝，采用带内螺纹的管件进行螺?纹连接。
在同等承压条件下，pppe管的管材和管件的壁厚比pp－r管(ⅲ?型聚丙烯，即无规共聚聚丙烯)的壁厚要小，且口径越大小的?越多，因此pppe管的价格比pp－r管低。据测算pppe管整体工程造?价约比pp－r管的少80％左右。
目前可使用的规格为dn15－dn50(不含dn32)五种，其规格与热镀?锌钢管相同(详见各管材厂家产品的技术资料)。厂家正在开发?dn50以上规格的管材和管件。
2．1．6npp－r管
npp－r管材是以无机层状硅酸盐插层复合技术制备的含有纳?米抗菌剂的纳米聚丙烯(npp—r)抗菌塑料粒料制成的。npp－r管?材专用料研发成功，是我国纳米技术的重大突破，属国内首创?，达到国际先进水平。
正光纳米聚丙烯(npp－r)管道集普通pp－r管道所有优点，质?量轻、耐热性能好、耐腐蚀性好、导热性低、管道阻力小、管?件连接牢固。其独具特性为：(1)优异的力学性能。在安装和?使用过程中不会因偶然的撞击、敲打或轧压而造成破坏。(2)线?性膨胀系数小。较进口pp－r料制成的管道小25－30％，不易因?使用温度的变化而造成嵌件部分的松动渗漏。(3)纵向收缩率低?。较进口pp－r料制成的管道低30－40％，因 温度变化引起的变?形小，适合采用嵌墙和地坪面层内的直接暗敷设方式。(4)100％?的杀菌功能。特别适用于饮用水管网输水工程。(5)极好的绿?色环保产品。
npp－r管常用有公称外径dnl6－63mm的几种规格。按公称压力?区分为：1．25、1．6、2．0mpa三种。主要连接方式为热熔式插?接，部分使用在工厂内生产成型的丝扣进行连接。
严格按照厂家所提出的技术规程、技术规定执行。不允许?在管材、管件上直接套丝。避免阳光直射。
2．2塑料复合管
塑料复合管按使用的骨架材料不同分为铝塑复合管(pex－al?－pex或pap)、铜塑复合管和(钢骨架增强)塑料复合管。其中(钢?骨架增强)塑料复合管在室外中介绍较详细，在此就不?再单列介绍了。
pap管pap[7]管是中间层采用焊接铝管，外层和内层采用中密?度或高密度聚乙烯或交联高密度聚乙烯，经热熔胶粘合而复合?成的一种管道。pap管按中间骨料层铝层的焊接方式区分为超?声波焊接的搭接焊型和氩弧焊焊接的对接焊型。
pap管特性有：(1)良好的耐腐蚀性能，管壁内外均不存在锈?蚀的问题，且不含有害成分，化学性能稳定。(2)优良的机械性?能，防渗漏，耐压强度较高，工作压力完全可以满足多层建?筑供水的需要。(3)抗振动、耐冲击，能有效缓冲管路中的水锤?作用，减少管内水流噪音。(4)不用套丝，弯曲操作简单，管?线连接施工方便。
pap管的规格公称外径de有12－75mm十种。管道连接方式宜采用?卡套式连接。管道宜采用管材生产企业配套的管件及专用工?具进行施工安装。
其水力计算及膨胀延伸量等的计算参见《建筑给水铝塑复?合管管道工程技术规程》(cecs105：2000)。
铜塑复合管的性能基本上与铝塑复合管大多类似，铜的韧?性比铝要好些，因此造价要高，这也是铜塑复合管比铝塑复合?管推广应用要少的缘故。这里不做介绍。
为了便于我们对国内目前使用的材有一个更宏观的?了解，将2024整理的资料2024
三、材的发展展望
1.大力发展纳米技术在道材料领域的开发创新和应用?。纳米技术为我们提供了从分子、原于的微观程度去“人为?干扰”(严格的说，是在尊重客观规律的前提下)即促成物质的?组合向有利于人类的方向发展的工具。正光纳米聚丙烯(npp－r?)管道，就是我们国家纳米技术产业发展战略在我国塑料给水?管材领域发展推广的一个显现。让我们积极发展与推广纳米技?术在金属、非金属和金属与非金属交叉的材科研和制?造领域应用，使我们尽快在世界材技术及运用技术领域?占据一席之地，逐步改变我国多年来在这一领域落后与受制?于外国建材开发和应用技术限制的窘迫局面。
2.立足实用，着眼发展，让改进与跨越均为我们服务。事物?的发展也是有其客观规律的，因此，我们必须将借助于新技?术的飞跃与立足现实的有序改进统一起来，创造可持续发展的?新的材与技术体系，为我国的持续发展打牢根基，为?经济的腾飞奠定坚实的基础。具体说就是，(1)利用原有管材在?管道接口上做文章，提高管材的利用效益和工作效率。我们?在室外给水中说到的“扩胀成型承插式柔性接口钢管”技术就?是例子。(2)多种材料的有机融合，扬长避短，积优淘劣，形?成低成本、高性能的新材料。我们说到的abs管等，就是佐证。?当然，在塑料这个行业来说，绿色环保的特性会更加突出，?既无毒性，不伤害人类，又可回收再利用或在一定条件下的降?解。同时，应用高新技术使其增加新的功能，象杀菌消毒，?减少或根除二次污染等功效。在金属行业中，材料的合成或添?加是出了一门的新专业技术科学，也产生了如今满足我们多?种要求的新材料，象不锈钢、铝合金等等，保证了人类成功地?跨出地球，登上月球，在太空建立稳定的太空站等。可以说?，新材料为人类作出了和正在履行着人类赋予它的多种巨大功?能，也必将为人类跨出必然王国，从容地迈进自由王国作出?不朽的贡献。这种工作，我们过去做过，有突破，现在还在做?，将来我们会做的更好。
参考文献
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[2]陈庆松等．材的价值．给水排水，20xx，28(10?)
[3]方育瑜．供燃气(给水)用埋地聚乙烯管道，
第四篇 新型绿色给水管材_材料工程论文
摘要：根据资料及其在实际工程中的应用情况，介绍了pex管的优良性能、应用领域、制造过程，以及设计和施工过程中应注意的问题。
关键词：给水管材 pex管 应用
0 引言
最近随着上海、大连、广东、福建、湖北、湖南等十几个大中城市和地区门发布通知禁止给道采用镀锌管和铸铁管，几种材质新型管材的使用潮流在全国范围内迅速铺开。竞争的焦点主要集中在三种管材上，即upvc管、铝塑复合管和pex管。这三种管材在国内市场上均获得较为广泛的应用，市场占有率较高。
pex管的应用，始于90年代初，目前在西方发达国家，已得到广泛推广应用，是目前替代传统镀锌管的较佳产品，被誉为绿色环保管材。
1 pex管的制造过程
1.1 生产pex管的主要原料
生产pex管的主要原料是hdpe，以及引发剂、交联剂、催化剂等助剂，如有特殊要求还可以添加其它改质剂。
pex管采用世界上先进的一步法(monsoil法)技术制造，采用普通聚乙烯原料加入硅烷接枝料，在聚合物大分子链间形成化学共价键以取代原有的范德华力，从而形成三维交链网状结构的交联聚乙烯，其交联度可达60%～89%，使其具有优良的理化性能。
1.2 生产工艺
原料+助剂配制→混合→熔融接枝挤出→管材成型→交联→检验包装→成品。WWw.meiword.cOm
1.3 pex管添加剂的作用、目的
交联剂是对其原线性分子结构起裂解作用形成接枝料，进而形成三维网状结构。抗氧剂及色粒的作用是提高pex管的耐腐性，防止日光长期照射发生物性变化，能够抵御紫外线的长期侵蚀，从而延长其使用寿命。
2 pex管的性能和特点
2.1 pex管与镀锌钢管的性能比较(见表1)
表1 pex管与镀锌钢管的性能比较 pex管镀锌钢管永不生锈，寿命长
不结垢，不渗漏，不结露
导热系数低，热量损失小，节约能源
管壁光滑，水头损失小，噪音低
不滋生细菌，无毒、无味，干净卫生
材料轻，安装简便，省时省工，安全可靠
管路接头少，节省维修、维护费用，
保用50年其性能不变 易生锈，冷水管5年，热水管2年
易结垢，易渗漏，结露现象严重
导热系数高，热量损失大，浪费能源
管壁粗糙，水头损失大，噪音大
易滋生细菌，二次污染严重
材质重，安装工艺落后，费时费工，故障率高
管线接头多，每年需进行维护，
维护费用高，5～10年需要更换
2.2 pex管与upvc管、铝塑复合管性能异同点
从性能上，三种管材除具有不锈蚀、不结垢、不滋生细菌和安装简便等共性外，还有一些区别：
2.2.1 优良的耐温性能
pex管使用温度为-70～110℃，upvc管使用温度为5～45℃，铝塑复合管使用温度为-40 ～85℃。
2.2.2 防振性能
upvc管由于采用胶水粘接，防振性能略逊色于铝塑复合管和pex管。
2.2.3 使用寿命
upvc管和铝塑复合管使用寿命约20～30年，pex管约50年。
2.2.4 抗化学腐蚀性能
由于pex管其网络分子结构，即使处于高温下也能输送多种化学物质，而不被腐蚀。
2.2.5 良好的记忆性能
当pex管被加热到适当温度(小于180℃)会变成透明状，再冷却时会恢复到原来的形状，即在使用过程中任何错误的弯曲都可以通过热风枪加以矫正，使用起来更加自如。
2.2.6 不结垢
水中碳酸氢钙及镁离子的存在易形成沉淀物，慢慢使管道堵塞，而pex管具有较低的表面张力以致使高表面张力的水不会被浸润管壁，从而防止管内水垢的形成。
2.2.7 环保性能
经过诸多充分论证和化验，pex管是无污染环境的绿色管材，不含任何毒素，也不释放有害物质，焚烧后只产生水和二氧化碳。而upvc管在生产过程中加入重金属添加剂，同时本身残存的单位氯乙烯在使用时一起进入输送的介质中，易造成介质污染；铝塑复合管由于中间为铝层，因铝和塑料的膨胀系数不一样，易发生龟裂现象，属不可降解物质，其垃圾易造成环境污染。因此，pex管作为绿色环保管材更为名副其实。
3 pex管的应用领域
(1)室内、热水管、纯净水输送管。
(2)食品工业中液体食品输送管道。
(3)水暖供热系统、空调管道系统、地面辐射采暖系统、太阳能热水器系统等。
(4)电信、电气用配管。
(5)电镀、石油、化工厂输送管道系统。
4 pex管设计指南
4.1 管道布置和敷设
(1)首先应根据建筑物的结构及工艺布置要求确定配管位置和走向。
(2)管道宜在吊顶、管窿、管井内暗设或嵌墙敷设。
(3)管道敷设在地坪架空、地坪整浇层内时，宜设护硬聚氯乙稀波纹管。
(4)管道穿越楼板屋面，在穿越部位应设固定支承点，且应有严格防水措施，穿越墙、梁、柱时应设套管。
(5)管道不宜穿越建筑物沉降缝、伸缩缝，当不得越时，在穿越部位应设置防沉降和伸缩措施。
(6)室外管道穿越基础地下室混凝土墙板时，宜采取防沉降措施。
(7)管道穿越水池水箱，其进出水管至阀门间管段应采用耐腐蚀金属管材。
4.2 管道保温
(1)室外明敷道，应按国家道防冻、保温工程技术规程采取保温措施。
(2)热水管敷设在吊顶管井、管窿内及明管段，应采取保温措施。
(3)管道与热源距离一般不小于1m，室 内明设管道距离家用灶具不得小于0.4m。
4.3 住宅管道分水器设置
(1)住宅内冷热水管道，当管径小于?de?25宜采取集中设置分水器，且以最短距离到各配水点。
(2)分水器应配置分水器箱，其中心离地面高度宜为冷水管0.3m，热水管0.45m。
(3)分水器材质应用耐腐蚀材料，进水及出水管口端部应安装铜质阀门。
5 pex管施工指南
5.1 准备工作
(1)设计施工图及其它技术文件齐备，并已经会审。
(2)已确定施工组织设计，且已经过技术交底，了解敷设方式。
(3)管道安装前，应对材料外观质量和管件的配合公差进行仔细检查，受污染的管材、管件内污垢应彻底清理干净。
(4)施工人员应了解建筑结构形式、吊顶高度、管井内管道数量、确定管位，且应掌握管件连接技术及其它基本操作要点。
5.2 与建筑配合工作
(1)小口径管道安装时应利用管道可弯曲性能，尽量不设或少设管道连接件。管道不设连接件时最小弯曲半径为8?de?。
(2)管道穿越楼板、屋面砼墙板、水池池壁时，应按设计要求配合土建预留孔洞、预埋套管或管件。预留孔径宜大于管外径70mm，预埋套管的内径不宜大于管外径50mm。
(3)管道穿越屋面楼板部位，应严格做好防渗漏措施。
(4)嵌墙敷设管道在确定部位应配合土建预留或开凿管槽，槽壁与管外壁间距不应小于10m m，槽深不得小于管道外壁与毛墙面间距5mm，槽口应整齐平整。
5.3 管道支承
(1)管道和横管设置一般支承和固定支承，支承间距见表2。
表2 常用管道支承间距 管径de(mm)16202532405063支承间距(mm)20xx009001100130016001800冷水横管支承间距(mm)5006007008001000120xx400冷水横管支承间距(mm)300300350400500600700
(2)固定支承件应采用钢制件，且应设在管件、管道附近；管道系统分流处的干管部位。
(3)管道伸缩应利用管道折弯进行补偿，悬臂端长度不应大于计算管段长度。
(4)明敷的直线管道，伸缩节应设置在两个固定支承点之间，且满足压力要求。
(5)管道穿越墙体为一般支承点，在套管或孔洞的空隙内应采用软性填料填实。
(6)管道安装结束，应采用管堵进行封堵，封堵耐压性能满足管道试压要求。
5.4 管道保温
冷热水管道隔热保温，其基本材料应采用单面开口高发泡壳，厚度不宜小于15mm 。保温材料包复后，屋面冷水管应外缠二道宽度为100～120mm，厚度为0.22mm热水管保温层，应按设计要求施工。黑色聚氯乙烯薄膜，保护层外表用1mm浸塑铁丝扎紧，间距为400～450mm。
5.5 管道试压
管道安装完毕，应进行水压试验，试验压力为管道系统工作压力的1.5倍，但不得小于0 .60mpa，对系统加压应缓缓升压，升至规定压力后，稳压1h，然后观察接点部位是否有漏水现象，15min内压力降不超过0.5mpa为合格。
6 结束语
随着人们生活水平的不断提高，新型管材的需求量必将越来越大，pex管具有金属管材和其它材无法比拟的优越性，但是任何事物不可能十全十美，比如本人曾在某工业项目中使用pex管道输送纯化水，存在管道架空跨度小、支承点多等缺点。因此，在设计过程中应正确使用pex管，更好地为社会服务，造福人类。并同时呼吁国家尽快2024材的设计、施工、验收等国家规范，加速推广我国材的应用。
第五篇 现代技术陶瓷的3主要领域及应用_材料工程论文
陶瓷材料一般分为传统陶瓷和现代技术陶瓷两大类。传统陶瓷是指用天然硅酸盐粉末(如黏土、高岭土等)为原料生产的产品。因为原料的成分混杂和产品的性能波动大,仅用于餐具、日用容器、工艺品以及普通建筑材料(如地砖、水泥等),而不适用于工业用途。现代技术陶瓷是根据所要求的产品性能,通过严格的成份和生产工艺控制而制造出来的高性能材料,主要用于高温和腐蚀介质环境,是现代材料科学发展最活跃的领域之一。下面对现代技术陶瓷3个主要领域:结构陶瓷、陶瓷基复合材料和功能陶瓷作一简单介绍。
一、结构陶瓷同金属材料相比,陶瓷的最大优点是优异的高温机械性能、耐化学腐蚀、耐高温氧化、耐磨损、比重小(约为金属的1/3),因而在许多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属材料根本无法胜任的场合,如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为三大类:氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和玻璃陶瓷。
1、氧化物陶瓷主要包括氧化铝、氧化锆、莫来石和钛酸铝。氧化物陶瓷最突出优点是不存在氧化问题,原料价格低廉,生产工艺简单。氧化铝和氧化锆具有优异的室温机械性能,高硬度和耐化学腐蚀性,主要缺点是在1000℃以上高温蠕变速率高,机械性能显著降低。氧化铝和氧化锆主要应用于陶瓷切削刀具、陶瓷磨料球、高温炉管、密封圈和玻璃熔化池内衬等。莫来石室温强度属中等水平,但它在1400℃仍能保持这一强度水平,并且高温蠕变速率极低,因此被认为是陶瓷发动机的主要候选材料之一。wWW.meiword.cOM上述三种氧化物也可制成泡沫或纤维状用于高温保温材料。钛酸铝陶瓷体内存在广泛的微裂纹,因而具有极低的热膨胀系数和热传导率。它的主要缺点是强度低,无法单独作为受力元件,所以一般用它加工内衬用作保温、耐热冲击元件,并已在陶瓷发动机上得到应用。
2、非氧化物陶瓷主要包括碳化硅、氮化硅和赛龙(sialon)。同氧化物陶瓷不同,非氧化物陶瓷原子间主要是以共价键结合在一起,因而具有较高的硬度、模量、蠕变抗力,并且能把这些性能的大部分保持到高温,这是氧化物陶瓷无法比拟的。但它们的烧结非常困难,必须在极高温度(1500～2500℃)并有烧结助剂存在的情况下才能获得较高密度的产品,有时必须借助热压烧结法才能达到希望的密度(>95%),所以非氧化物陶瓷的生产成本一般比氧化物陶瓷高。这些含硅的非氧化物陶瓷还具有极佳的高温耐蚀性和抗氧化性,因此一直是陶瓷发动机的最重要材料,目前已经取代了许多超高合金钢部件。现有最佳超高合金钢的使用温度低于1100℃,而发动机燃料燃烧的温度在1300℃以上,因而普遍采用高压水强制制冷。待非氧化物陶瓷代替超高合金钢后,燃烧温度可提高到1400℃以上,并且不需要水冷系统,这在能源利用和环保方面具有重要的战略意义。非氧化物陶瓷也广泛应用于陶瓷切削刀具。同氧化物陶瓷相比,其成本较高,但高温韧性、强度、硬度、蠕变抗力优异得多,并且刀具寿命长、允许切削速度高,因而在刀具市场占有日益重要地位。它的应用领域还包括轻质无润滑陶瓷轴承、密封件、窑具和磨球等。
3、玻璃陶瓷玻璃和陶瓷的主要区别在于结晶度,玻璃是非晶态而陶瓷是多晶材料。玻璃在远低于熔点以前存在明显的软化,而陶瓷的软化温度同熔点很接近,因而陶瓷的机械性能和使用温度要比玻璃高得多。玻璃的突出优点是可在玻璃软化温度和熔点之间进行各种成型,工艺简单而且成本低。玻璃陶瓷兼具玻璃的工艺性能和陶瓷的机械性能,它利用玻璃成型技术制造产品,然后高温结晶化处理获得陶瓷。工业玻璃陶瓷体系有镁-铝-硅酸盐、锂-镁-铝-硅酸盐和钙-镁-铝-硅酸盐系列,它们常被用来制造耐高温和热冲击产品,如炊具。此外它们作为建筑装饰材料正得到越来越广泛的应用,如地板、装饰玻璃。
二、陶瓷基复合材料复合材料是为了达到某些性能指标将两种或两种以上不同材料混合在一起制成的多相材料,它具有其中任何一相所不具备的综合性能。陶瓷材料的最大缺点是韧性低,使用时会产生不可预测的突然性断裂,陶瓷基复合材料主要是为了改善陶瓷韧性。基于提高韧性的陶瓷基复合材料主要有两类:氧化锆相变增韧和陶瓷纤维强化复合材料。氧化锆相变增韧复合材料是把部分稳定的氧化锆粉末同其他陶瓷粉末(如氧化铝、氮化硅或莫来石)混合后制成的高韧性材料,其断裂韧性可以达到10mpam1/2以上,而一般陶瓷的韧性仅有3mpam1/2左右。这类材料在陶瓷切削刀具方面得到了非常广泛的应用。纤维强化被认为是提高陶瓷韧性最有效和最有前途的方法。纤维强度一般比基体高得多,所以它对基体具有强化作用;同时纤维具有显著阻碍裂纹扩展的能力,从而提高材料的韧性。目前韧性最高的陶瓷就是纤维强化的复合材料,例如碳化硅长纤维强化的碳化硅基复合材料韧性高达30mpam1/2以上,比烧结碳化硅的韧性提高十倍。但因为这类材料价格昂贵,目前仅在军械和航空航天领域得到应用。另一引人注目的增强材料是陶瓷晶须。晶须是尺寸非常小但近乎完美的纤维状单晶体,其强度和模量接近材料的理论值,极适用于陶瓷的强化。目前这类材料在陶瓷切削刀具方面已经得到广泛应用,主要体系有碳化硅晶须-氧化铝-氧化锆、碳化硅晶须-氧化铝和碳化硅晶须-氮化硅。
三、功能陶瓷功能陶瓷是具有光、电、热或磁特性的陶瓷,已经具有极高的产业化程度。下面根据性能对几类主要的功能陶瓷作一简介。
1、导电性能陶瓷材料具有非常广泛的导电区间,从绝缘体到半导体、超导体。大多数陶瓷具有优异的电绝缘性,因而被广泛用于电绝缘体。半导体分为电子型和离子型半导体。以晶体管集成电路为代表的是电子型半导体。离子型半导体仅对某些特殊的带电离子具有传导作用,最具有代表性的是稳定氧化锆和β-氧化铝。稳定氧化锆仅对氧离子具有传导作用,主要产品有氧传感器(主要用来测定发动机的燃烧效率或钢水中氧浓度)、氧泵(从空气中获得纯氧)和燃料电池。β-氧化铝仅对钠离子具有传导作用,主要用来制造钠-硫电池,其特点是高效率、对环境无危害和可以反复充电。陶瓷超导体是近10年才发展起来的,它的临界超导转化温度在所有类超导体中最高,已经达到液氮温度以上。典型的陶瓷超导体为钇-钡-铜-氧系列材料,已经在计算机、精密仪器领域得到广泛应用。
2、介电性能大多数陶瓷具有优异的介电性能,表现在其较高的介电常数和低介电损耗。介电陶瓷的主要应用之一是陶瓷电容器。现代电容器介电陶瓷主要是以钛酸钡为基体的材料。当钡或钛离子被其他金属原子置换后,会得到具有不同介电性能的电介质。钛酸钡基电介质的介电常数高达10000以上,而过去使用的云母小于10,所以用钛酸钡制成的电容器具有体积小、电储存能力高等特点。钛酸钡基电介质还具有优异的正电效应。当温度低于某一临界值时呈半导体导电状态,但当温度超过这一临界值时,电阻率突然增加到103～104倍成为绝缘体。利用这一效应的产品有电路限流元件和恒温电阻加热元件。许多陶瓷,如锆钛酸铅,具有显著压电效应。当在陶瓷上施加外力时,会产生一个相应的电,反之亦然,从而实现机械能和电能的相互转换。压电陶瓷用途极其广泛,产品有压力传感元件、超声波发生器等。
3、光学性能陶瓷在光学方面的应用主要包括光吸收陶瓷、透光陶瓷、陶瓷光发生器和光导纤维。利用陶瓷光吸收特性在日常生活中随处可见,如涂料、陶瓷釉和珐琅。核工业中,利用含铅、钡等重离子陶瓷吸收和固定核辐射波在核废料处理方面应用非常广泛。陶瓷也可被制造用来透过不同波长的光线,其中最重要的就是红外线透射陶瓷,它仅允许红外光线透过,被用来制造红外窗口,在武器、航空航天领域和高技术设备上得到广泛应用。这类材料的典型代表有硫化锌陶瓷和莫来石等。陶瓷还是固体激光发生器的重要材料,典型代表有红宝石激光器和钇榴石激光器。光导纤维是现代通讯的主要传输媒介,它是用高纯二氧化硅制成的,具有损耗低、高保真性、容量大等特性,是金属传输线无法比拟的。
4、磁学性能金属和合金磁性材料具有电阻率低、损耗大的特性,尤其在高频下更是如此,已经无法满足现代科技发展的需要。相比之下,陶瓷磁性材料有电阻率高、损耗低、磁性范围广泛等特性。陶瓷磁性材料的代表为铁氧体,一种含铁的复合氧化物。通过对成份的严格控制,可以制造出软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。软磁材料的磁导率高,饱和磁感应强度大,磁损耗低,主要用于电感线圈、小型变压器、录音磁头等部件。典型的软磁材料有镍-锌、锰-锌和锂-锌铁氧体。硬磁材料的特性是剩磁大、矫顽力大、不易退磁,主要应用为永久磁体,代表材料为铁酸钡。矩磁材料的剩余磁感应强度非常接近于饱和磁感应强度,它是因磁滞回线呈矩形而得名,主要应用于现代大型计算机逻辑元件和开关元件,代表材料为镁-锰铁氧体。
第六篇 钙钛矿型复合氧化物材料_材料工程论文
钙钛矿复合氧化物具有独特的晶体结构,尤其经掺杂后形成的晶体缺陷结构和性能,被应用或可被应用在固体燃料电池、固体电解质、传感器、高温加热材料、固体电阻器及替代贵金属的氧化还原催化剂等诸多领域,成为化学、物理和材料等领域的研究热点[1～4]。
1 钙钛矿结构
钙钛矿型复合氧化物因具有天然钙钛矿(ｃａｔｉｏ3)结构而命名,与之相似的结构有正交、菱方、四方、单斜和三斜构型。标准钙钛矿结构中,ａ2+和ｏ2＿离子共同构成近似立方密堆积,ａ离子有12个氧配位,氧离子同时有属于8个ｂｏ6八面体共享角,每个氧离子有6个阳离子(4ａ～2ｂ)连接,ｂ2+离子有6个氧配位,占据着由氧离子形成的全部氧八面体空隙。钙钛矿结构的对称性较同种原子构成的最紧密堆积的对称性低,ａ、ｂ离子大小匹配。各离子半径间满足下列关系:
其中ｒａ、ｒｂ、ｒｏ分别为ａ离子、ｂ离子和ｏ2-离子的半径,但也存在不遵循该式的结构,可由ｇｏｌｄ ｓｃｈｍｉｄｔ容忍因子ｔ来度量:
理想结构只在ｔ接近1或高温情况下出现,多数结构是它的不同畸变形式,这些畸变结构在高温时转变为立方结构,当ｔ在0.77～1.1,以钙钛矿存在;ｔ1.1时以方解石或文石型存在。wwW.meiword.COm
2 钙钛矿型氧化物材料的研究进展
标准钙钛矿中ａ或ｂ位被其它金属离子取代或部分取代后可合成各种复合氧化物,形成阴离子缺陷或不同价态的ｂ位离子,是一类性能优异、用途广泛的新型功能材料。
2.1 固体氧化物燃料电池(ｓｏｆｃ)材料
钙钛矿氧化物燃料电池ｓｏｆｃ有以下优点:(1)全固态结构,不存在液态电解质所带来的腐蚀和电解液流失等问题;(2)无须使用贵金属电极,电池成本大大降低;(3)燃料适用范围广;(4)燃料可以在电池内部重整。通过电极材料中的掺杂来提高活性,优化碱锰电池的充放电性能(参见表1)。用含锰的钙钛矿氧化物作为碱性溶液中的阴极材料,获得了好的结果。因为元素锰的ｄ电子结构在锰的三价和四价两种氧化物之间快速传递,表现出很高的电子导电性及良好的电极可充性[5]。通过掺杂ｐｂ、ｃｏ、ｂａ、ｃａ、ｓｒ等元素的复合钙钛矿结构,获得掺杂后的改性电极材料,ｐｂ的掺入会对ｍｎ—ｏ的成键状态和ｍｎｏ2晶格内的结晶水产生影响,使ｍｎ2ｐ3.2能级产生化学位移,结合能增大,ｍｎ—ｏ离子性增加,共价性减小。经过对改性电极的充放电机理实验,纳米掺杂后电池的放电容量提高40%以上[6]。ｌａ1-ｘｓｒｘｆｅ1-ｙｃｏｙｏ3作为一种混合导体材料,具有优良的电子导电性能和离子导电性能,与ｌａ0.9ｓｒ0.1ｃａ0.8ｍｇ0.2ｏ3、ｃｅ0.9ｇｄ0.1ｏ1.95等新一代中温固体氧化物电解质有很好的相容性。因此,ｌａ1-ｘｓｒｘｆｅ1-ｙｃｏｙｏ3体系材料是一种很有发展前景的中温ｓｏｆｃ阴极材料[7]。ｍａｔｈｅｒ等[8]用硝酸盐与尿素熔融燃烧法制备了金属阳极陶瓷材料ｎｉ ｓｒｃｅ0.9ｙｂ0.1ｏ3-δ,实验结果表明ｃｏ的加入可降低烧结温度,可获得高的阳极孔隙率有利于阳极和电解质的吸附,经阳极上的亚微孔结构微粒由镍和钙钛矿粒子组成。
然而,现有钙钛矿型复合氧化物的离子电导率低,高温下呈现电子或氧离子导电性。在燃料电池应用研究中,高温下器件可稳定运行,但器件的效率或功率较低。以钙钛矿型复合氧化物为电解质时,须在大于700℃的高温下使用。因此,离子导电性高、温度使用范围宽的固体电解质及电极材料研究是今后的主要目标。现有的基质材料ｍｎｃｅｏ3因稳定性和机械强度的问题,实现实用化仍存在一定难度;基质材料ｍｎｚｒｏ3虽具有较高的稳定性和机械强度,但材料离子电导率低,其燃料电池的功率很难满足要求。
2.2 钙钛矿锰氧化物磁制冷材料
磁制冷是利用固体磁性材料的磁热效应来达到制冷的目的。磁卡效应(ｍａｇｎｅｔｏｃａｌｏｒｉｃｅｆｆｅｃｔ,ｍｃｅ)是指当分别对磁性材料等温磁化和绝热退磁时该材料相应地放热和吸热的一种现象。对于钙钛矿氧化物磁制冷材料,利用振动样品磁强计或超导量子干涉仪测量其等温磁化ｍ＿ｈ曲线或等磁场下的ｍ＿ｔ曲线,计算样品在ｔｃ温度下的磁熵变(即最大磁熵变),以此判断该材料作为磁制冷工质的可行性[13]。如果ａ位被离子半径更小的离子或ｂ位被离子半径更大的离子取代,那么取代的结果使容差因子减小,晶格收缩,铁磁耦合变小,从而使磁熵变减小。ｓｚｅｗｃｚｙｋ等[14]、陈伟等[15]以ｌａｍｎｏ3为基质材料用ｃａ、ｋ、ｓｒ、ｔｉ为掺杂离子详尽研究了不同磁场下掺杂后ｌａｍｎｏ3的最大磁熵变,然而实验结果不甚理想。目前实验室合成磁制冷材料的居里温度或高于室温,或低于室温,均不适合作为室温磁制冷材料。
因此,改进稀土钙钛矿材料的合成工艺及优化掺杂等参数,将现有的稀土锰钙钛矿复合,研究ｎｂｆｅｂ等永磁体产生的中低磁场在室温附近获得最大磁熵变,以期获得在室温附近中低磁场最大磁熵变的磁制冷材料。该系列材料在室温磁冰箱等方面有广阔的应用前景,有望推动制冷领域的技术革命。
2.3 多功能导电陶瓷材料
以钙钛矿氧化物制备的导电陶瓷具有化学性能稳定、抗腐蚀、耐高温等特点,具有优良的导电性和高温ｐｔｃ效应(ｐｏｓｉｔｉｖｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ),即在某些陶瓷材料中加入微量的稀土元素,其室温电阻率会大幅度下降而成为半导体陶瓷,当温度上升到它的居里温度ｔｃ时其电阻率急剧上升,ｂａｐｂｏ3是一种新型的多功能导电陶瓷,优异的导电性可做成薄膜和复合材料;其高温ｐｔｃ效应可做成各种大功率、高温发热体和电流控制元件及高温传感器等,用作ｃｒ2ｏ3基的陶瓷湿度传感器电极具有优良的综合性能。ｃｈａｎｇ[16]从动力学角度研究了ｂａｐｂｏ3的反应机理,试图降低温度来制备ｂａｐｂｏ3化合物,但效果不理想。ｙａｍａｎａｋａ[17]首次使用共沉淀法制得了该化合物同时降低了合成温度,获得了分布均匀的粉末。ｗａｎｇ[18]利用该法在700℃下制得了ｂａｐｂｏ3化合物薄膜。ｂａｐｂｏ3是电子导电的多功能导电陶瓷,ｋｕｎｄａｌｉｙａ等[19]利用穆斯鲍尔谱中子衍射研究多晶态钙钛矿化合物的磁电阻现象,结果表明,与未掺杂ｆｅ样品相比,ｌａ0.67ｃａ0.33ｍｎ0.9ｆｅ0.1ｏ3具有巨磁电阻效应,在40ｋｏｅ的应用磁场和50～80ｋ下该化合物的巨磁率为98%。ｘｕ等[13]实验合成了ｌａ0.67ｃａ0.33ｍｎｏ3、ｌａ0.67ｓｒ0.33ｍｎｏ3、ｌａ0.67ｂａ0.33ｍｎｏ3锰类钙钛矿的巨磁材料,从磁化数据获知在居里温度附近产生巨大的熵变,而且这些样品特殊焓变均发生在它们的相变温度附近。ｈｕ等[20]对(ｌａ1-ｘｃａｘ)[(ｆｅ0.5ｎｂ0.5)1-ｙｚｒｙ]ｏ3(ｘ=0.4,0.6;ｙ=0.05,0.1)在微波频率下进行了微波介电性研究,ｚｒ4+被ｆｅ3+或ｎｂ5+在ｂ位取代后,对介电常数ε影响不大,但共振频率的温度系数ｔｆ近似为零(ｘ=0.55,ｙ=0.1),实验条件下获得介电常数ε为85.3。
目前存在主要问题是化合物合成重复性差、铅易氧化挥发,难保持材料的化学计量平衡等因素,因此,必须研究新制备工艺、优化离子掺杂和烧结温度等条件,从而合成性能稳定、导电性好的功能陶瓷材料。
2.4 氧分离膜与气敏材料
钙钛矿型复合氧化物因其电子和氧离子导电性对氧有良好的吸附和脱附性能。高温下,当膜两侧存在氧浓度梯度时,无需外接电路就可以选择氧。固体电解质作为透氧膜材料时,使用具有催化活性的电极(如ｐｔ或混合导电体)以促使氧的吸附和脱附,该反应只有在气相—电极—电解质三相界面上才能进行,而对于ｌａ1-ｘｓｒｘｆｅ1-ｙｃｏｙｏ3材料,反应能在整个界面上进行。高温下这类材料是电子或电子空穴和氧离子的混合导体,低价金属离子ｓｒ2+的掺杂导致空穴和氧空位的出现,其协同作用可实现对氧气的选择透过性,且随着ｓｒ和ｃｏ含量的增加而增加。由于是通过氧空穴机理来传导氧,制备的膜对ｏ2有100%的选择性,可以用于氧气的分离、纯化和各种涉氧反应。因此,具有混合导电性的钙钛矿型复合氧化物ｌａ1-ｘｓｒｘｆｅ1-ｙｃｏｙｏ3可望成为一种全新的氧分离膜介质材料[21]。葛秀涛等[22]采用溶胶凝胶法在800℃下热处理2ｈ制得钙钛矿氧化物ｙｆｅｏ3微粉,呈ｐ型导电行为,用在350℃下焙烧2ｈ和800℃焙烧3ｈ所得超细微粉制作的元件对ｃ2ｈ5ｏｈ有较高的灵敏度和良好的选择性,257℃下对4.5×10-5ｍｏｌ.ｄｍ3ｃ2ｈ5ｏｈ的灵敏度是相同浓度干扰气体汽油的7倍以上,它有望成为一类新型酒敏传感器。钛酸锶(ｓｒｔｉｏ3)是钙钛矿氧化物绝缘体,被广泛用于生长高温超导薄膜的衬底,作为高电容率材料在超晶格和下一代超大规模集成器件中具有潜在的应用价值。崔大复等[23]研究了掺杂ｓｂ的ｓｒｔｉｏ3透明导电薄膜,用紫外脉冲激光淀积法在ｓｒｔｉｏ3衬底上制备了钙钛矿型氧化物ｓｒｔｉ1-ｘｓｂｘｏ3(ｘ=0.05,0.10,0.15,0.20)薄膜,结果表明,可见光波段薄膜的透过率大于90%,当ｓｂ掺杂ｘ=0.05时,薄膜具有良好的导电性。侯峰等[24]进行了ｌａｎｉｏ3纳米陶瓷薄膜的制备,并制成了氧敏传感器,实验测试了ｌａｎｉｏ3的响应速率,发现掺杂ｃｅ后从还原气氛到氧化气氛和从氧化气氛到还原气氛的响应时间缩短为2ｓ。ｔｏａｎ等[25]用反铁磁钙钛矿氧化物ｌａｆｅｏ3膜在270℃和420℃温度和不同ｃｏ、ｃｈ4和ｎｏ2浓度下进行了气敏性研究,用两种感应膜测试了不同的混合物ｃｏ和ｃｈ4,用ａｕ和ｐｔ作电极测量了纳米膜ｌａｆｅｏ3的响应时间,实验证实对ｃｏ和ｃｈ4可测到的10×10-6数量级,而对ｎｏ和ｎｏ2可达1×10-6以下的精确度,有望成为煤矿上可燃气体的气敏传感器。膜ｌａ0.7ｓｒ0.3ｇａ0.6ｆｅ0.4ｏ3-δ的透氧率远低于商业气体分离膜,但涂上ｌａ0.6ｓｒ0.4ｃｏｏ3-δ后,透氧量明显增加,是不涂样品的2～6倍,涂层的多孔性对透氧量影响很大[26]。
钙钛矿氧化物透氧膜材料的选择应满足下述条件:(1)透氧量是决定透氧膜具有应用价值与否的关键,透氧量大于1.0ｍｌ.ｃｍ2才有应用价值;(2)透氧膜材料应具有较强的抗气体侵蚀能力,实际环境中保持结构和化学稳定性;(3)透氧膜应具有高的机械强度。目前存在的问题是,实际应用中透氧量降低和膜组件破裂致使反应器报废损坏。今后的研究应集中在开发合成新气敏材料以提高气敏性、选择性和传感器的稳定性,设计先进的合成工艺以降低其成本,同时确保其可靠性、安全性和再现性。
2.5 氧化还原催化剂
钙钛矿复合氧化物由于表面纳米粒子的氧化还原协同作用及晶格缺陷,致使晶场环境和结合能与宏观颗粒相比差异很大,它们对废气净化过程中ｃｏ、碳氢化合物的完全氧化和ｓｏ2、ｎｏｘ的还原反应具有高的催化活性,掺杂稀土后催化剂具有高抗毒性能和热稳定性,可望替代贵金属催化剂而成为高温稳定型氧化还原催化剂、汽车尾气净化催化剂。
制备ａｂｏ3型化合物的新方法———声空化法的物理效应和化学效应引起了人们的极大关注。利用超声波空化作用使复合氧化物的粒径细小均匀,孔容和比表面增加,更有利于晶格氧的形成。梁新义等[27]研究了ｌａｎｉｏ3催化剂进行ｎｏ分解和ｃｏ氧化反应,以超声波处理的催化剂活性明显提高。徐菁利等[28]以稀土复合氧化物为催化剂,模拟汽车尾气的组成含量,用连续流动反应器,研究了复合氧化物ｌａ0.5ｓｒ0.4ｎｉ1-ｘｃｕｘｏ3系列(ｘ=0～1.0)催化剂,当反应温度大于300℃和ｓｏ2的脉冲积累含量为1.22×10-2ｍｍｏｌ时,该催化剂活性较好。徐鲁华等[29]用微乳液法制备的稀土ｌａ0.7ｓｒ0.3ｍｎｏ3钙钛矿粉末制成蜂窝状催化剂,评价了它们对富氧条件下氮氧化物还原的催化活性,结果表明用催化剂浆液浸渍法制得的样品具有较高的催化活性。ｗｅｎｇ等[30]利用涂覆法研究了添加ｃｅ对汽车尾气催化剂ｌａｍｏ3(ｍ=ｍｎ,ｍｎ＿ｃｕ)性质和结构的影响,发现添加ｃｅ后催化剂的热稳定性有很大的提高,当ｃｅ含量6(ｗｔ)%,温度达1150℃才有一定量γ＿ａｌ2ｏ3转变为α＿ａｌ2ｏ3,而不添加的样品从800℃起就发现有α＿ａｌ2ｏ3生成,添加ｃｅ的催化剂对碳氢化合物氧化活性下降不明显,但对ｃｏ氧化和ｎｏ还原活性有显著提高,因添加ｃｅ的催化剂颗粒细小,粒径分布均匀,活性组分在催化剂表面有高的分散度。
钙钛矿复合氧化物因具有独特的半导体性质,利用该性质作为光催化剂进行光降解的研究同样受到研究工作者的瞩目。傅希贤等[31]用柠檬酸络合法制备了钙钛矿型ｌａｆｅｏ3及ｌａｆｅ1-ｘｃｕｘｏ3化合物,发现掺杂ｃｕ达5(ｗｔ)%时,ｌａｆｅ0.95ｃｕ0.05ｏ3的光催化活性最高,在其悬浮体系中对ｃｏ2-3进行光催化还原实验,用450ｗ荧光汞灯作为光源,λ>410ｎｍ,光照5ｈ,取上层清液,结果表明悬浮体系中ｃｏ2-3被还原为甲酸、甲醛。ｏｍａｔａ等[32]研究了碱土金属掺杂的钙钛矿氧化物与ｔｉｏ2的协同光催化反应,钙钛矿氧化物ｓｒｚｒ0.9ｙ0.1ｏ3作为ｐ型半导体其光催化活性很低,它吸收的波长420ｎｍ)的照射下,对甲基蓝和甲酸溶液能完全降解。ｙａｏ等[33]利用ｃｓｄ方法制备了层状的钙钛矿化合物ｂｉ4ｔｉ3ｏ12,用甲基橙进行了光催化降解实验,紫外灯照射4ｈ后使摩尔浓度10×10-6的甲基橙溶液完全降解,ｔｅｍ获知ｂｉ4ｔｉ3ｏ12晶体微粒为球状且直径为10～90ｎｍ。ｋａｔｏ等[34]研究了许多碱金属和碱土金属的钽酸盐,如ｋ3ｔａ3ｓｉ2ｏ13,由于ｔａ具有高导带水平的5ｄ轨道,对工业污水具有较高的光催化活性,实验发现掺杂ｎｉｏ后钙钛矿ｎａｔａｏ3结构产生扭曲,进一步掺杂ｌａ改进ｎｉｏ ｎａｔａｏ3催化活性,掺杂后ｎｉｏ ｎａｔａｏ3的量子率在270ｎｍ时可达50%。吴树新[35]掺杂了ｃｕ、ｃｒ、ｍｎ等金属粒子,发现ｃｕ掺杂改性的纳米催化剂能使甲酸、乙酸、甲醛水溶液在较短时间内降解完全。在光催化还原反应中,使用未掺杂的催化剂进行反应,产物中仅有甲酸和甲醛,而使用掺杂后的催化剂,则检测到有深度还原产物甲醇生成。
但是,钙钛矿氧化物催化活性比贵重金属催化剂低,抗析碳、耐气蚀及耐毒性等方面还存在差距,当水蒸气等含氧气氛存在时活性降低甚至中毒,须改进工艺,研究合成新化合物提高活性;作为光催化剂时,仍存在光子利用率低和催化剂难以回收等难题。今后的研究除了从静态角度将催化剂某些参数如电子结构与催化剂活性关联外,应同时注重研究催化电子能量传递过程的微观动态,注重反应器设计及催化剂表面活性组分的质量热量传递途径研究。
3 钙钛矿复合氧化物材料应用前景
钙钛矿结构中ａ或ｂ位被其它金属离子取代或部分取代后可合成独特结构和性能的复合氧化物,从而形成阴离子缺陷或不同价态的ｂ位离子,这种特殊结构的功能材料已发现具有上述气敏、巨磁电阻、电导性和催化活性等特性,涉及到电子、机械、化工、航天、通讯和家电等众多领域。比如,利用其独特的酒敏特性和较强的氧敏特性,可用作酒敏传感器和氧传感器等的电极材料,制成的气敏元件灵敏度高、抗干扰性强、响应速度快,具有相当好的电阻值稳定性以及与之相关的测量准确性;作为氧传感器的电极材料,可用于监控汽车尾气的排放和检测冶炼中的氧含量。优化两类钙钛矿材料的结合系数和应变条件,可制成舰艇用性能优良的声纳传感器;在催化领域,实验室规模的烟道气ｓｏ2还原催化剂已有报道[36],作为光降解催化剂和汽车尾气催化剂正在大力研究开发。
纳米材料、信息技术和生物技术是21世纪社会经济发展的三个支柱,钙钛矿型复合氧化物作为纳米研究领域中一类重要功能材料具有广阔的应用前景,进一步研究其合成、结构和特殊用途对化工、机械等工业乃至国防具有实际意义。