第一篇：復(fù)合材料的研究與進(jìn)展

復(fù)合材料的研究與進(jìn)展

摘要：所謂復(fù)合材料，指的是由兩種或兩種以上的材料經(jīng)過復(fù)合而制備的多相材料，是一種混合物。復(fù)合材料可以由金屬材料、陶瓷材料或高分子材料等復(fù)合而成，各種材料的性能之間相互補充或增強，取長補短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，從而使復(fù)合材料的整體性能優(yōu)于原組成材料。復(fù)合材料具有許多優(yōu)點，如：質(zhì)量輕、強度高、加工成型方便、彈性優(yōu)良、耐化學(xué)腐蝕性好等。被廣泛應(yīng)用于航空航天，汽車工業(yè)，化工紡織和醫(yī)療等領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料

一.復(fù)合材料的發(fā)展歷史

早在五千年年以前，在中東地區(qū)就有用蘆葦混合瀝青來造船的技術(shù)了，在古埃及，修建金字塔時用石灰、火山灰等作粘合劑，混和砂石等作砌料，這是最早最原始的顆粒增強復(fù)合材料。而在古代中國，復(fù)合材料的應(yīng)用則更為瑰麗廣泛，如：從西安東郊半坡村仰韶文化遺址，發(fā)現(xiàn)早在公元前2000年以前，古代人已經(jīng)用草莖增強土坯作住房墻體材料；中國沿用至今的漆器是用漆作基體，麻絨或絲絹織物作增強體的復(fù)合材料；1957年江蘇吳江梅堰遺址出土有油漆彩繪陶器，1978年浙江余姚河姆渡遺址出土的朱漆木碗，就是兩件最早的漆器實物；漢墓出土的漆器鼎壺、盆具和茶幾等，用漆作膠粘劑，絲麻作增強體。在湖北隨縣出土的2000多年前曾侯乙墓葬中，發(fā)現(xiàn)有用于車戰(zhàn)的長達(dá)3米多的戈戟，用木芯外包縱向竹絲，以漆作膠粘劑，絲線環(huán)向纏繞，其設(shè)計思想與近代復(fù)合材料相仿；1000多年以前，中國已用木料和牛角制弓，可在戰(zhàn)車上放射；至元代，蒙古弓用木材芯子，受拉面貼單向纖維，受壓面粘牛角片，絲線纏繞，漆作膠粘，弓輕巧有力，是古代復(fù)合材料中制造水平高超的夾層結(jié)構(gòu)；在金屬基復(fù)合材料方面，如越王劍，是金屬包層復(fù)合材料制品，不僅光亮鋒利，而且韌性和耐蝕性優(yōu)異，埋藏在潮濕環(huán)境中幾千年，出土后依然寒光奪目，鋒利無比?！?】 到了近現(xiàn)代，隨著高技術(shù)發(fā)展的需要，在復(fù)合材料的基礎(chǔ)上又發(fā)展出性能高的先進(jìn)復(fù)合材料。例如在第一次世界大戰(zhàn)前，用膠粘劑將云母片熱壓制成人造云母板，在20世紀(jì)初市場上有蟲膠漆片與紙復(fù)合制成的層壓板出售，但真正的纖維增強塑料工業(yè)，是在用合成樹脂代替天然樹脂、用人造纖維代替天然纖維以后才發(fā)展起來的。第一次世界大戰(zhàn)期間，德國人拖動腳踏車輪拉拔玻璃纖維絲。20世紀(jì)30年代，美國發(fā)明用鉑柑渦生產(chǎn)連續(xù)玻璃纖維的技術(shù)，從此在世界范圍內(nèi)領(lǐng)域開始取代金屬材料?！?】

到了現(xiàn)代，隨著航空航天工業(yè)汽車工業(yè)對于具有質(zhì)量輕，強度高，耐腐蝕等優(yōu)越性能的材料的需求，發(fā)展了比強度、比模量、韌性、耐熱、抗環(huán)境能力和加工性能都好的先進(jìn)復(fù)合材料。二．復(fù)合材料對于國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、工業(yè)技術(shù)變革的作用

復(fù)合材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：航空航天領(lǐng)域、汽車工業(yè)、化工紡織領(lǐng)域還有醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。1.航空航天領(lǐng)域

運用于航天航空領(lǐng)域的復(fù)合材料具有熱穩(wěn)定性好，比強度、比剛度高的特性，可用于制造飛機機翼和前機身、衛(wèi)星天線及其支撐結(jié)構(gòu)、太陽能電池翼和外殼、大型運載火箭的verton復(fù)合材料殼體、發(fā)動機殼體、航天飛機結(jié)構(gòu)件等?！?】由于復(fù)合材料的出現(xiàn)，可以有效降低航天航空業(yè)的研究發(fā)展成本，而由于先進(jìn)復(fù)合材料本身的優(yōu)越性能，也使得航天飛機飛行器等的性能有了極大改善。例如高性能碳(石墨)纖維復(fù)合材料在導(dǎo)彈、運載火箭和衛(wèi)星飛行器上就發(fā)揮著不可替代的作用，它的應(yīng)用水平和規(guī)模已關(guān)系到武器裝備的跨越式提升和型號研制的成敗。

碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，以樹脂為基體，碳纖維為增強體的復(fù)合材料碳纖維具有碳材料的固有本征特性，又有紡織纖維的柔軟可加工性，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000Mpa亦高于鋼。因此CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達(dá)到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展推動了航天整體技術(shù)的發(fā)展。碳纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用于導(dǎo)彈彈頭、彈體箭體和發(fā)動機殼體的結(jié)構(gòu)部件和衛(wèi)星主體結(jié)構(gòu)承力件上，碳/碳和碳/酚醛是彈頭端頭和發(fā)動機噴管喉襯及耐燒蝕部件等重要防熱材料，在美國侏儒、民兵、三叉戟等戰(zhàn)略導(dǎo)彈上均已成熟應(yīng)用，美國、日本、法國的固體發(fā)動機殼體主要采用碳纖維復(fù)合材料。在美國75%的碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域?！?】在二十一世紀(jì)人們對于地球的探索已臻完善，下一步是對太空的探索，一個國家只有掌握了更高的航空航天技術(shù)，能研制出性能更優(yōu)越的航空器才能在對太空的探索中占得先機。而復(fù)合材料五一是一個很好的發(fā)展方向。2.汽車工業(yè)

從全球范圍看，汽車工業(yè)是復(fù)合材料最大的用戶，可降解復(fù)合材料由于具有特殊的振動阻尼特性，可減振和降低噪聲、抗疲勞性能好，損傷后易修理，便于整體成形，而受到汽車工業(yè)的青睞。復(fù)合材料可用于制造汽車車身、受力構(gòu)件、傳動軸、發(fā)動機架及其內(nèi)部構(gòu)件。同時復(fù)合材料在汽車中的應(yīng)用仍有極大的發(fā)展空間，例如：為降低發(fā)動機噪聲，增加轎車的舒適性，正著力開發(fā)兩層冷軋板間粘附熱塑性樹脂的減振鋼板【5】；為滿足發(fā)動機向高速、增壓、高負(fù)荷方向發(fā)展的要求，發(fā)動機活塞、連桿、軸瓦已開始應(yīng)用金屬基復(fù)合材料。為滿足汽車輕量化要求，必將會有越來越多的新型復(fù)合材料將被應(yīng)用到汽車制造業(yè)中。就我國來看，汽車工業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)的一個重要組成部分，在汽車工業(yè)方面，復(fù)合材料應(yīng)用前景廣闊，產(chǎn)生的利潤高，生產(chǎn)成本較低，可以很好的推動我國汽車工業(yè)的發(fā)展，從而促進(jìn)我國的經(jīng)濟(jì)，使我國更好更快地發(fā)展。

化工、紡織和機械制造領(lǐng)域。有良好耐蝕性的碳纖維與樹脂基體復(fù)合而成的材料，可用于制造化工設(shè)備、紡織機、造紙機、復(fù)印機、高速機床、精密儀器等。

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，復(fù)合材料已用于制造人工心臟、人工肺及人工血管等，用人造復(fù)合材料器官挽救生命的設(shè)想將成為現(xiàn)實，而復(fù)合材料牙齒，復(fù)合材料骨骼及用于創(chuàng)傷外科的復(fù)合材料呼吸器、支架、假肢、人工肌肉、人工皮膚等均有成功事例?！?】由于碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和不吸收X射線特性，可用于制造醫(yī)用X光機和矯形支架等，碳纖維復(fù)合材料還具有生物組織相容性和血液相容性，生物環(huán)境下穩(wěn)定性好，在生物醫(yī)療器材方面也有著光明的應(yīng)用前景。

此外，復(fù)合材料還用于制造體育運動器件和用作建筑材料等。正因為復(fù)合材料能在如此之多的產(chǎn)業(yè)中得到運用，所以復(fù)合材料的發(fā)展前景是美好的，所含有的經(jīng)濟(jì)意義也是不可忽視的，復(fù)合材料不再是單一的運用各種材料，而是有機的將各種材料結(jié)合起來，揚其所長避其所短，這種協(xié)同作用在現(xiàn)代的材料研究中也是非常有利的。同時正因為復(fù)合材料的巨大潛力，必將推動我國的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和引領(lǐng)一個材料風(fēng)潮。三.復(fù)合材料的發(fā)展前景

21世紀(jì)的高性能樹脂基復(fù)合材料技術(shù)是賦予復(fù)合材料自修復(fù)性、自分解性、自診斷性、自制功能等為一體的智能化材料。以開發(fā)高剛度、高強度、高濕熱環(huán)境下使用的復(fù)合材料為重點，構(gòu)筑材料、成型加工、設(shè)計、檢查一體化的材料系統(tǒng)。組織系統(tǒng)上將是聯(lián)盟和集團(tuán)化，這將更充分的利用各方面的資源（技術(shù)資源、物質(zhì)資源），緊密聯(lián)系各方面的優(yōu)勢，以推動復(fù)合材料工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

由材料、結(jié)構(gòu)和電子互相融合而構(gòu)成的智能材料與結(jié)構(gòu)，是當(dāng)今材料與結(jié)構(gòu)高新技術(shù)發(fā)展的方向。隨著智能材料與結(jié)構(gòu)的發(fā)展還將出現(xiàn)一批新的學(xué)科與技術(shù)。包括： 綜合材料學(xué)、精細(xì)工藝學(xué)、材料仿生學(xué)、生物工藝學(xué)、分子電子學(xué)、自適應(yīng)力學(xué)以及神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和人工智能學(xué)等。智能材料與結(jié)構(gòu)已被許多國家確認(rèn)為必須重點發(fā)展的一門新技術(shù)，成為21 世紀(jì)復(fù)合材料一個重要發(fā)展方向。參考文獻(xiàn)： 【1】：復(fù)合材料發(fā)展史潘福森濟(jì)南大學(xué) 【2】：復(fù)合材料發(fā)展史佚名豆丁網(wǎng) 【3】：摻雜改性C /C復(fù)合材料研究進(jìn)壇崔紅習(xí)聯(lián)生劉勇瓊張強孟祥西安航天復(fù)合材料研究所 【4】：碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用及國外的最新進(jìn)展任杰西安科技大學(xué) 【5】：先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天中的應(yīng)用及發(fā)展胡軍 【6】：復(fù)合材料的發(fā)展概述李旭飛江蘇大學(xué)

第二篇：稠油污水處理進(jìn)展與研究

稠油污水處理進(jìn)展與研究

李柳逸

（長江大學(xué)，湖北省，430100）

摘要

遼河油田采用蒸汽吞吐的方式開采稠油，這些數(shù)量巨大的稠油污水的合理處置是擺在油公司面前的一個非常嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)難題，已直接影響和制約了油田的可持續(xù)發(fā)展。顯

然解決油田蒸汽鍋爐供水和稠油污水處理雙重矛盾的最直接方法就是將稠油污水經(jīng)過適當(dāng)處理后回用于高壓蒸汽鍋爐。一方面可將稠油污水進(jìn)行深度處理，不污染周圍環(huán)境，另一方面又可為鍋爐提供水溫較高的補給水，變廢為寶，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞： 稠油 污水 蒸汽鍋爐

Abstract Liao he oil field discovered a humming in mining thick steam in the way,.These huge amounts of a proper sewage disposal of oil and oil companies are in a very serious economic and technical difficulties, has direct impact andrestrain the field of sustainable development.Clearly resolve the thick steam the water and oil with the most direct way to double the contradictions are thick with proper waste treatment oil back to note the boiler.On substance can be dealt with in depth the sewage and does not pollute the environment around, and to provide water for the higher the supply of water, make waste profitable, has significant efficiency.Keywords：thickened oil waste water steam generator 前言

在油氣田勘探開發(fā)過程中，隨著原油和天然氣的采出，通常會產(chǎn)生大量的含油污水。這部分污水被稱為油氣田污水、油氣田含油污水或油氣田采出水。根據(jù)油品性質(zhì)的不同，油田污水又可分為稠油污水、稀油污水和高凝油污水等[1-3]。由于各油氣田所處的油藏地質(zhì)、開采工藝和開采年限等不同，因此不同的油氣田污水，其水質(zhì)水量迥異。即使是同一油藏區(qū)塊，隨著開采時間的變化，其水質(zhì)水量也在不斷發(fā)生變化。通常原油含水率由開采初期的 5%~10%逐步上升到中后期的 80%~90%。油井開采年限越長，原油含水率就越高，原油脫出水水量就越大，水質(zhì)就越差，因而處理難度也就越大。在所有油氣田污水處理中，稠油污水因其水質(zhì)成分復(fù)雜、油水密度差小、乳化嚴(yán)重、處理難度最大。

目前國內(nèi)外對稠油污水合理處置的方法有三種： ① 回注 代替清水資源直接回注地層或配制聚合物后回注地層[4]； ②

回用 處理后作為熱采鍋爐的給水；

③

外排 處理后達(dá)到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)，直接排放。

1稠油污水的基本特征

1.1 稠油的基本概念以及來源

“稠油”是指在油層溫度下脫氣原油粘度大于 100mPa·S，相對密度大于 0.92 的 原油，國外稱之為“重油”。稠油與其他原油的主要區(qū)別在于它的粘度高、流動性能差。在稠油的開采過程中，通常會產(chǎn)生大量的采出液，它是原油、砂和水的混合液。采 出液中水與油的比例變化很大，取決于很多因素，包括油藏地質(zhì)、油井年限以及油井和 蒸汽之間的關(guān)系。然而在大多數(shù)情況下，采出液中水的體積是油的 2~20 倍，通常為 4 倍左右。從開采的含水稠油中分離出的含油污水常稱為稠油污水，或稠油采出水。稠油開采及處理的典型工藝見圖 1-1。

圖1-1 處理工藝圖

1.2 稠油污水的毒性以及組成

稠油污水水質(zhì)較復(fù)雜，不僅被原油所污染，而且在高溫高壓的油層中還溶解了地層 中的各種鹽類和氣體；在采油過程中，從油層里攜帶了許多懸浮固體；在油氣集輸過程 中還摻進(jìn)了各類化學(xué)藥劑；稠油污水中還含有大量的溶解性有機物?？傊碛臀鬯且?種水質(zhì)比較復(fù)雜的污水。世界上許多地區(qū)，稠油污水都是經(jīng)過一定的處理后回用于熱采 鍋爐或回注地層。而在海上平臺或其他地方，稠油污水一般是經(jīng)過一定的處理直接排海 或排到周圍環(huán)境，這些數(shù)量巨大的污染物將嚴(yán)重污染周圍環(huán)境。任由稠油污水直接外排 是由于人們對稠油污水的組成及其對環(huán)境的副作用缺乏了解和認(rèn)識[5]。稠油污水處理工藝技術(shù)研究

2.1稠油污水回用于熱采鍋爐的工藝流程簡介

稠油蒸汽開采起始于 50 年代后期，目前已成為稠油開采的主要方法。稠油熱采所需蒸汽通常由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生提供，這些蒸汽發(fā)生器為平行加熱爐，爐管為單向流布置，只能產(chǎn)生干度為70-80%的蒸汽，這些蒸汽以及液相中殘留的 20-30%的水全部注入到油層，不產(chǎn)生濃縮液，因此需要大量的補給水[6]。由于環(huán)境保護(hù)方面的原因，地下清水被限制使用。顯然解決油田蒸汽驅(qū)鍋爐供水和稠油污水的處理雙重矛盾的最直接的方法就是將稠油污水經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗蠡赜糜诟邏赫羝仩t。一方面可將稠油污水進(jìn)行深度處理，不污染周圍環(huán)境，另一方面又可為鍋爐提供水溫較高的補給水，變廢為寶，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。然而絕大多數(shù)的油田蒸汽發(fā)生器需要的是不含油、零硬度、低二氧化硅和低鹽度的補給水。但是許多稠油污水都是高含油量、高硬度、高二氧化硅和高含鹽，稠油污水和鍋爐補給水的典型水質(zhì)的對比見表 1-1。

表 1-1 油田蒸汽發(fā)生器水質(zhì)要求和稠油污水典型水質(zhì)的對比

參數(shù)

蒸汽發(fā)生器補給水

稠油污水典型水質(zhì) 油 懸浮物 硬度 二氧化硅 TDS 總鐵 溶解氧 1 0.5 50 7 000~8 000

0.05 0.01~0.04

200-2 000 60-1 500 100-1 500 30-300 3 000-30 000 0.1-2.0 —

鍋爐給水必須不含 Ca2+、Mg2+等離子，以防爐管或油層結(jié)垢。稠油污水的軟化工藝 不僅難以管理而且非常昂貴，當(dāng)稠油污水的總硬度大于 200mg/L 時，就不能單獨采用離 子交換樹脂，而應(yīng)采用石灰軟化與離子交換相結(jié)合的軟化工藝。石灰軟化可將硬度降至 30mg/L 左右，離子交換可降至 0。當(dāng)稠油污水中的 TDS 大于 3000mg/L 時，就需要采用 酸堿聯(lián)合再生的弱酸離子交換樹脂，而不能采用價格便宜的鹽再生的強酸鈉離子交換樹 脂[7]。該工藝需要酸堿化學(xué)藥劑儲罐、進(jìn)料系統(tǒng)和昂貴的再生液處理系統(tǒng)。

2.2 稠油污水回用于熱采鍋爐的工藝過程

稠油污水回用熱采鍋爐的前段處理工藝與回注處理基本相同，都是采用物化法等成熟處

[8]理工藝，主要去除油及懸浮物。后續(xù)深度處理主要著眼于污水的軟化。與常規(guī)清水軟化相比，油田污水的軟化具有更大的技術(shù)難度。

稠油污水處理后回用于熱采鍋爐的工藝流程其實可以歸納為三段分步處理，圖 1-2 為稠油污水回用于注汽鍋爐的典型處理工藝圖，這個工藝流程包括油和懸浮物的去除、硬度和二氧化硅的去除以及硬度的最終去除。如圖 1-2 所示，油的去除通常是采用撇油罐、IGF 和顆粒填料過濾等處理單元相結(jié)合。硬度的去除通常采用石灰軟化和離子交換相結(jié)合的方法或單獨采用離子交換，這主要取決于處理水中的硬度。如果二氧化硅濃度超標(biāo)，那么就要采用熱石灰軟化或者溫石灰軟化去除二氧化硅。

[9-11]

圖1-2稠油污水處理的典型工藝流程

稠油污水深度處理后回用，其水質(zhì)應(yīng)滿足熱采鍋爐給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，中國石油天然氣總公司在稠油集輸及蒸汽系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范（SY 0027—94）中規(guī)定了熱采鍋 爐給水的各項水質(zhì)指標(biāo)，詳見表1-2。

表1-2 熱采鍋爐給水水質(zhì)指標(biāo)

項 目 含油(mg/L)懸浮物(mg/L)總硬度(mg/L)總堿度(mg/L)二氧化硅(mg/L)可溶性固體(mg/L)總鐵(mg/L)pH 溶解氧(mg/L)

標(biāo) 準(zhǔn) ≤2.0 ≤2.0 ≤0.1 ≤2000 ≤50 ≤7000 ≤0.05 7.5 ~ 11 ≤0.05

備 注 不計溶解油

以CaCO3計 以CaCO3計

2.3 稠油污水水質(zhì)特性對處理工藝的影響

針對稠油污水黏度大、油水密度差小、乳化嚴(yán)重、水溫高、水質(zhì)水量變化大、處理 難度大的特點，認(rèn)為高效凈水藥劑的研制和開發(fā)是稠油污水深度處理的基礎(chǔ)和關(guān)鍵[12-14]。強 化前段除油效果，減輕后段過濾系統(tǒng)的壓力，使整個工藝技術(shù)合理、緊湊和高效；同時 必須充分考慮污水的均質(zhì)均量，避免來水對整個工藝流程造成沖擊?；诔碛臀鬯?多變性和復(fù)雜性，本研究提出稠油污水處理應(yīng)充分考慮和研究的幾個方面：

（1）強化調(diào)節(jié)池的功能。由于稠油污水油水密度差小以及水質(zhì)水量變化較大的原 因，因此強化調(diào)節(jié)池的功能顯得非常重要，可以在調(diào)節(jié)池中布置曝氣裝置，對稠油污水 進(jìn)行預(yù)曝氣，這將有利于提高油水密度差，有利于浮油的去除，有利于水質(zhì)的穩(wěn)定，有 利于去除稠油污水中揮發(fā)性的有機物。

（2）加強高效凈水藥劑的研制和開發(fā)。由于稠油污水乳化嚴(yán)重，為使油、水分離，破乳是先決條件。因此高效凈水藥劑的研制和開發(fā)是稠油污水深度處理的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，為使高效凈水藥劑發(fā)揮其高效的破乳功能，應(yīng)通過實驗來確定最佳投藥量、加藥點、攪 拌方式以及反應(yīng)時間等。

（3）選擇適合稠油污水處理的裝置。為強化稠油污水處理效果，工藝流程中必須

采用高效的油水分離設(shè)備，如斜板隔油和溶氣氣浮等設(shè)備。但它們也必須在投加高效的 凈水藥劑以及保持良好的水力條件下方能發(fā)揮預(yù)期的作用。

（4）稠油污水處理流程與原油脫水工藝應(yīng)統(tǒng)籌考慮。原油脫水的水質(zhì)對稠油污水 處理效果的影響很大。原油脫水用的破乳劑與污水處理所采用的藥劑應(yīng)有良好的配伍 性。另外應(yīng)保證脫水中油含量的穩(wěn)定性。

（5）稠油污水處理工藝流程應(yīng)緊湊、合理、高效以及耐沖擊。由于稠油污水水質(zhì) 水量變化較大，因此高效、緊湊、合理以及耐沖擊的工藝流程就顯得極為重要。

參考文獻(xiàn)：

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第三篇：物理化學(xué)的研究與進(jìn)展

《物理化學(xué)的研究與進(jìn)展》結(jié)課總結(jié)

姓名：關(guān)懷 學(xué)號：12013017

摘要：

作為一門simina課程，《物理化學(xué)的研究與進(jìn)展》的課堂形式以展示交流為主，小組成員之間分工合作，就某一物理化學(xué)研究前沿領(lǐng)域進(jìn)行信息收集，整理和展示。我們小組先后對鋰離子電池、傳感器的原理與應(yīng)用、相變化的原理與應(yīng)用、先進(jìn)材料等方面進(jìn)行探究。以互聯(lián)網(wǎng)資源為主，查閱相關(guān)領(lǐng)域的理論研究發(fā)展軌跡及相應(yīng)的應(yīng)用，并以小組為單位將探究成果用ppt的形式展現(xiàn)。在這個過程中，每個人的搜索信息整理信息的能力以及成員之間的交流合作都得到了明顯的提升。

關(guān)鍵詞：物理化學(xué)的進(jìn)展、鋰離子電池、傳感器、相平衡、先進(jìn)材料

正文

一、物理化學(xué)的研究與進(jìn)展

物理化學(xué)是以物理的原理和實驗技術(shù)為基礎(chǔ)，研究化學(xué)體系的性質(zhì)和行為，發(fā)現(xiàn)并建立化學(xué)體系中特殊規(guī)律的學(xué)科。隨著科學(xué)的迅速發(fā)展和各門學(xué)科之間的相互滲透，物理化學(xué)與物理學(xué)、無機化學(xué)、有機化學(xué)之間存在著越來越多的互相重疊的新領(lǐng)域，從而不斷地派生出許多新的分支學(xué)科，如物理有機化學(xué)、生物物理化學(xué)、化學(xué)物理學(xué)等。物理化學(xué)還與許多非化學(xué)的學(xué)科有著密切的聯(lián)系，如冶金過程物理化學(xué)、海洋物理化學(xué)。

一般公認(rèn)的物理化學(xué)的研究內(nèi)容大致可以概括為三個方面：

1.化學(xué)體系的宏觀平衡性質(zhì) 以熱力學(xué)的三個基本定律為基礎(chǔ)，研究宏觀化學(xué)體系（含有分子數(shù)目量級在10左右的體系）在氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、溶解態(tài)以及高分散狀態(tài)的平衡態(tài)物理化學(xué)性質(zhì)及其規(guī)律性。由于以平衡態(tài)為前提，時間不再是變量。屬于這方面的物理化學(xué)分支學(xué)科有化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)統(tǒng)計力學(xué)、溶液化學(xué)、膠體化學(xué)和表面化學(xué)。

2.化學(xué)體系的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 以量子力學(xué)為理論基礎(chǔ)，研究分子、分子簇和晶體的結(jié)構(gòu)，物體的體相中原子和分子的空間結(jié)構(gòu)、表面相的結(jié)構(gòu)，以及結(jié)構(gòu)與物性之間的關(guān)系與規(guī)律性。屬于這方面的物理化學(xué)分支學(xué)科有結(jié)構(gòu)化學(xué)、晶體化學(xué)和量子化學(xué)。

3.化學(xué)體系的動態(tài)性質(zhì) 研究由于化學(xué)或物理因素的擾動而引起的體系的化學(xué)變化過程速率和變化機理。此時，時間是與過程密切相關(guān)的重要變量之一。屬于這方面的物理化學(xué)分支學(xué)科有化學(xué)動力學(xué)、化學(xué)動態(tài)學(xué)、催化科學(xué)與技術(shù)、光化學(xué)、電化學(xué)、磁化學(xué)、聲化學(xué)、力化學(xué)（以摩擦化學(xué)為代表）等。

在理論研究方面，快速大型電子計算機和數(shù)值方法的廣泛應(yīng)用，擴(kuò)展了量子化學(xué)在定量計算方面的能力。研究對象不僅涉及大分子，還可用以模擬復(fù)雜體系的動態(tài)過程。福井謙一提出的前線軌道理論以及R.B.伍德沃德和R.霍夫曼提出的分子軌道對稱守恒原理，是量子化學(xué)應(yīng)用于具體化學(xué)體系時的重要理論成果。但是仍然沒有達(dá)到人們所期望的利用量子化學(xué)為基礎(chǔ)解決和認(rèn)識所有化學(xué)問題的水平。量子力學(xué)基本原理和化學(xué)實驗的緊密結(jié)合將有助于解決這個問題。為此，發(fā)展能夠應(yīng)用于復(fù)雜分子體系的量子化學(xué)計算方法是實現(xiàn)上述目標(biāo)的前提之一。因而W.科恩以電子密度泛函理論和J.波普爾以量子化學(xué)計算方法及模型化學(xué)等研究成果獲得了1998年的諾貝爾化學(xué)獎。

二、探究內(nèi)容

1、鋰離子電池

鋰離子電池：是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+ 在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極，是現(xiàn)代高性能電池的代表。

鋰系電池分為鋰電池和鋰離子電池。手機和筆記本電腦使用的都是鋰離子電池，通常人們俗稱其為鋰電池，而真正的鋰電池由于危險性大，很少應(yīng)用于日常電子產(chǎn)品。

2、傳感器

傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器的特點包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。

3、相平衡

一個系統(tǒng)可以是多組分的并含有許多相。當(dāng)相與相間達(dá)到物理的和化學(xué)的平衡時，則稱系統(tǒng)達(dá)到了相平衡。相平衡的熱力學(xué)條件是各相的溫度和壓力相等，任一組分在各相的化學(xué)勢相等。

4、先進(jìn)材料

激光材料（laser material）把各種泵浦（電、光、射線）能量轉(zhuǎn)換成激光的材料。激光器的工作物質(zhì)。激光材料主要是凝聚態(tài)物質(zhì)，以固體激光物質(zhì)為主；光電材料是指用于制造各種光電設(shè)備（主要包括各種主、被動光電傳感器光信息處理和存儲裝置及光通信等）的材料，主要包括紅外材料、激光材料、光纖材料、非線性光學(xué)材料等；光電材料是指用于制造各種光電設(shè)備（主要包括各種主、被動光電傳感器光信息處理和存儲裝置及光通信等）的材料，主要包括紅外材料、激光材料、光纖材料、非線性光學(xué)材料等；納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，這大約相當(dāng)于10~100個原子緊密排列在一起的尺度；吸收電磁波而很難被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的材料叫做隱性材料。這種材料主要應(yīng)用在軍事上，也被稱作為“隱形材料”。它既非自然界中的材料，也并非來自哈利·波特的魔法學(xué)校，而是英美研究人員發(fā)明的材料，是用來控制光線及物體周圍其他的電磁射線，讓這些光線和射線給人“隱身”的感覺，就像是隱藏在太空的黑洞里一樣。

總結(jié)

在課堂上，除了本組成員的展示之外，還可以看到其他小組的成果演示，將自己的探究成果分享給他人的同時，也分享到了其他小組的探究成果，極大地提高了獲取知識的效率，同時也通過不同的視覺角度，了解到更多領(lǐng)域的前沿科技的風(fēng)采；更重要的是，老師不僅從專業(yè)的角度給學(xué)生以建議和指教，還在ppt的制作，內(nèi)容的選擇，演示的技巧給予意見和分享經(jīng)驗，在課堂上極大程地擴(kuò)展了學(xué)生的知識面，培養(yǎng)了學(xué)生對物理化學(xué)領(lǐng)域的興趣，提高了學(xué)生的探究交流的能力，雖然在有限的課堂時間內(nèi)不可能對眾多的高新領(lǐng)域進(jìn)行深度的研究和學(xué)習(xí)，但是讓學(xué)生充分感受到了物理化學(xué)的精彩與魅力。

第四篇：焦化廢水處理研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

焦化廢水處理研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

焦化廢水是煉焦、煤氣在高溫干餾、凈化及副產(chǎn)品回收過程中，產(chǎn)生含有揮發(fā)酚、多環(huán)芳烴及氧、硫、氮等雜環(huán)化合物的工業(yè)廢水，是一種高CODcr、高酚值、高氨氮且很難處理的一種工業(yè)有機廢水。其主要來源有三個： ①剩余氨水，它是在煤干餾及煤氣冷卻中產(chǎn)生出來的廢水，其水量占焦化廢水總量的一半以上，是焦化廢水的主要來源； ②煤氣凈化過程中產(chǎn)生出來的廢水，如煤氣終冷水和粗苯分離水等；③在焦油、粗苯等精制過程中及其它場合產(chǎn)生的廢水。氨氮和COD是焦化廢水的主要污染物。氨氮是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的重要因素，當(dāng)含有大量氨氮的污水進(jìn)入湖泊時，會加快藻類和微生物的繁殖生長，造成水體缺氧，使水質(zhì)惡化變臭。我國是焦炭生產(chǎn)和消費大國，2011年全國焦炭的產(chǎn)量達(dá)

4.28億噸，同比增長11.78 %。傳統(tǒng)廢水處理工藝對氨氮的去除率極低，全國有80%以上的焦化企業(yè)存在著廢水氨氮和COD排放不達(dá)標(biāo)的狀況。20世紀(jì)90年代以后，國家頒布《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）和《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13456-1992）中，對焦化工業(yè)排放廢水中的氨氮和COD提出了更高要求（見表1）[1]。如果焦化廢水未得到很好的治理，將會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。

表1 氨氮、COD的排放標(biāo)準(zhǔn)

氨氮/（mg/L）

一級二級 25 三級-一級 100 COD/（mg/L）二級 200 三級 1000

1.焦化廢水處理技術(shù)

焦化廢水的水質(zhì)很差，要達(dá)到排放或者回用標(biāo)準(zhǔn)，目前常用的是物理化學(xué)工藝、生物處理工藝還有一些廢水處理新技術(shù)。

1.1物理化學(xué)工藝

1.1.1混凝法

化學(xué)混凝法主要的作用是去除水中微小懸浮物和膠體雜質(zhì)。焦化廢水經(jīng)過生化處理后會殘留一些微小的固體懸浮物，造成COD和色度不能達(dá)到國家或地方規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。采用混凝沉淀方法進(jìn)行后續(xù)處理，可有效的降低COD和色度，從而實現(xiàn)焦化廢水處理指標(biāo)全面達(dá)標(biāo)[1]。該法處理費用低，既可以間歇使用也可以連續(xù)使用。陳勁松[2]等人對焦化廢水生化處理二沉池出水進(jìn)行氧化處理后投加一定量的混凝劑，焦化廢水COD去除率為70.6%，出水水質(zhì)達(dá)到

GB8978-1996《國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級排放標(biāo)準(zhǔn)，此工藝生產(chǎn)成本低，易于工業(yè)化。

1.1.2吸附法

吸附法處理廢水，就是利用多孔性吸附劑吸附廢水中的一種或幾種溶質(zhì)，使廢水得到凈化。常用吸附劑有粉煤灰、活性炭、磺化煤、礦渣、硅藻土等。

（1）粉煤灰吸附

粉煤灰主要成分是二氧化硅和硅酸鹽。粉煤灰含有多孔玻璃體、多孔碳粒、呈多孔性蜂窩狀組織，比表面積較大，一般在2500~5000cm2/g，同時還具有活性基團(tuán)，具有較高的吸附活性。粉煤灰具有顯著地去除COD和脫色效果，其主要成分二氧化硅和具有弱酸性的氧化鋁可以與有機物羥基氧上的孤電子形成很強的化學(xué)鍵，發(fā)生物化吸附。

周靜[3]等人對焦化廢水中的氨氮的深度處理進(jìn)行了一系列研究，考察了pH值、藥劑投加量、吸附時間等因素對處理效果的影響。采用粉煤灰-石灰體系作吸附劑，試驗結(jié)果表明：調(diào)節(jié)廢水pH值為5，每100ml廢水中加入粒徑為100目以上的粉煤灰15g，生石灰0.25g，吸附時間為1h，處理后焦化廢水中的NH3-N可達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978-96中的二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

（2）活性炭吸附

活性炭吸附對有機物質(zhì)的去除能力比化學(xué)氧化法好，但活性炭價格昂貴且填料塔需經(jīng)常再生，給生產(chǎn)運行和管理帶來一定的困難。

滕濟(jì)林[4]等研究了褐煤活性炭吸附處理焦化廢水的性能，以河南某氣化廠的焦化廢水為吸附原水進(jìn)行了靜態(tài)和動態(tài)試驗。試驗表明，用褐煤活性炭吸附焦化廢水酚的去除率可達(dá)92%以上，吸附容量為21.38mg/g。白玉興[5]等用焦炭一活性炭雙級吸附法深度處理濟(jì)南鋼鐵公司某焦化廠的生化車間出水，其結(jié)果表明，本法對COD 和懸浮物的去除效果較好，對硬度、氨氮的去除率較低。

1.1.3光催化氧化法

光催化氧化法是一種新興的高級氧化技術(shù)，通過光激發(fā)半導(dǎo)體催化劑產(chǎn)生光電子和光生空穴，進(jìn)而與吸附在催化劑表面上的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程，對酚類和其他有機物都有較高的去除率[1]。其工藝結(jié)構(gòu)簡單、操作條件容易控制、氧化能力強、無二次污染。劉紅[6]等人以TiO2為催化劑，H2O2為氧化劑，在紫外

光照射下采用多相光催化氧化法對焦化廢水進(jìn)行處理，結(jié)果表明該法可使焦化廠二沉池廢水COD從350.3mg/L降至53.1mg/L，COD去除率可達(dá)84.8%。光催化氧化法德缺點是光浪費嚴(yán)重，效率相對較低，反應(yīng)后從水中除去TiO2費用較高。

1.2生物處理工藝

1.2.1SBR工藝

SBR工藝是一種生物降解和除氮脫磷于一體的間歇運行的廢水處理工藝，一切過程都在一個設(shè)有曝氣或攪拌裝置的反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行，分為流入、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置五個階段。我國于20世紀(jì)80年代中期開始對SBR工藝進(jìn)行研究，到現(xiàn)在應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，昆明、天津、廣州等地的污水處理廠都采用次工藝進(jìn)行污水處理。李春杰[7]等采用SMSBR工藝處理焦化廢水，使出水COD達(dá)到新的排放標(biāo)準(zhǔn)（<100 mg/L），并提高了脫氮效率。

1.2.2活性污泥法

生物絮凝體及污泥與廢水中的有機物充分接觸，溶解性的有機物被細(xì)胞吸收和吸附，并氧化為最終產(chǎn)物（主要是CO2），非溶解性有機物先被轉(zhuǎn)化為溶解性有機物，然后被代謝和利用。該法最早用于生活污水的處理，經(jīng)過長期對微生物的馴化和培養(yǎng)，成功用于處理焦化廢水。活性污泥法存在污泥結(jié)構(gòu)細(xì)碎，絮凝性能低，污泥活性弱，生長緩慢，抗沖擊能力差等缺點。同時進(jìn)水污染物濃度的變化對曝氣池微生物生長影響較大，操作運行不夠穩(wěn)定，運行裝置復(fù)雜，占用體積大。

1.2.3A /O法(厭氧一好氧)

A/O工藝是充分利用微生物的反硝化和硝化作用進(jìn)行脫氮。利用水中有機物和回流污泥作為碳源，污泥在缺氧和好氧之間往復(fù)循環(huán)，污泥中既有硝化菌，也有反硝化菌。硝化菌是在好氧條件下發(fā)揮作用，在缺氧條件下受到抑制，而反硝化菌則正好相反[8]。彭宗勝[9]等對馬鞍山鋼鐵股份有限公司排出的焦化廢水在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行A/O法改造，使出水COD和氨氮都得到了有效控制，完全達(dá)到國家現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.4A2/O法(厭氧一缺氧一好氧)

A2/O法是在A/O法流程前加一個厭氧段，廢水中難以降解的芳香族有機物在厭氧段開環(huán)變?yōu)殒湢罨衔?，鏈長化合物開鏈為鏈短化合物。A2/O法提高了

廢水的可生化性，為缺氧段提供了較好的碳源。李捍東[10]等將投菌法與A2/O工藝結(jié)合，對石家莊焦化廠焦化廢水進(jìn)行處理了研究。結(jié)果表明：通過對焦化廢水進(jìn)行GC-MS分析，選擇出焦化廢水中含量較高的難降解物質(zhì)，然后進(jìn)行單一碳源優(yōu)勢菌培養(yǎng)，獲得優(yōu)勢菌群。優(yōu)勢菌群投加于工藝的好氧段。整個中試過程分為污泥的培養(yǎng)及馴化階段，穩(wěn)定運行階段及沖擊恢復(fù)階段。經(jīng)過半年的實驗，整套工藝具有較好的穩(wěn)定性及抗沖擊能力。對未經(jīng)稀釋的焦化廢水的CODcr平均去除率為94.2%，氨氮平均去除率為85.6%。

1.3其他廢水處理新技術(shù)

1.3.1催化濕式氧化

催化濕式氧化是在高溫、高壓下，利用氧化劑將廢水中的有機物氧化成二氧化碳和水，達(dá)到去除污染物的目的。付迎春[11]等人以過渡金屬氧化物CuO為主火星組分，通過對MnO2的復(fù)合和摻入電子助劑CeO2的考察，研制出適用于催化濕式氧化處理氨氮廢水的復(fù)合催化劑。試驗表明，新型催化劑可使氨氮去除率達(dá)到98%，經(jīng)處理后的廢水達(dá)到國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.2Fenton試劑技術(shù)

亞鐵離子與H2O2組合形成的Fenton試劑在處理一些難降解有機物方面有一定的優(yōu)越性。趙曉亮[12]等人以實際焦化廢水經(jīng)A2/O工藝處理后的出水為研究對象，考察了Fenton試劑氧化法深度處理焦化廢水的效果和影響因素。結(jié)果表明，出水COD和色度等指標(biāo)均可達(dá)到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》的要求。

1.3.3固定化細(xì)胞技術(shù)

固定化細(xì)胞技術(shù)是國際上從20實際60年代后期開始迅速發(fā)展的一項技術(shù)，它是通過化學(xué)或物理手段將游離的微生物固定在載體上使其高度密集，并使其保持活性，反復(fù)利用，可去除氮和高濃度有機物或某些難降解物質(zhì)[1]。徐英[13]采用固定化微生物小球技術(shù)結(jié)合厭氧—好氧工藝處理焦化廢水，結(jié)果表明，經(jīng)固定化微生物厭氧酸化24h、好氧曝氣24h后，出水COD為132.1mg/L，氨氮為24mg/L，達(dá)到國家GB8978-1996二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.4超臨界水氧化法

超臨界水氧化技術(shù)是由Modell提出的一種能夠徹底破壞有機物結(jié)構(gòu)的新型氧化技術(shù)。其原理是在超臨界狀態(tài)下，將廢水中所含的有機物用氧化劑迅速分解

成水、二氧化碳等簡單無害的小分子化合物。劉彥華[14]等人采用采用超臨界水氧化技術(shù)對焦化廠焦化原水進(jìn)行試驗研究，處理后的水氨氮、COD和色度均達(dá)到或低于國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.結(jié)語與展望

焦化廢水處理技術(shù)在近幾年內(nèi)發(fā)展很快，在傳統(tǒng)的物理化學(xué)法、生物處理法的基礎(chǔ)上又研究出來了很多新技術(shù)、新工藝，但焦化廢水是一種很難處理的高濃度有機廢水，所以其處理技術(shù)仍有廣闊的發(fā)展空間。

（1）在將來的焦化廢水處理方法中生化法仍將是主要技術(shù)手段，因為它處理量大、成本低、無二次污染。

（2）高級氧化法能高效快速地將有機物氧化為二氧化碳、水以及其他低分子無機化合物，去除率高，氧化速度快，無二次污染。雖然運行成本相對較高，但隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對環(huán)境的要求日益嚴(yán)格，所以仍然具有廣泛的應(yīng)用前景。

（3）多種處理工藝相互組合聯(lián)用也是焦化廢水處理技術(shù)的發(fā)展方向。

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第五篇：我國復(fù)合材料力學(xué)研究與教學(xué)的先驅(qū)之一

我國復(fù)合材料力學(xué)研究與教學(xué)的先驅(qū)之一

下一頁 1 2 周履（１９１７—），結(jié)構(gòu)力學(xué)和固體力學(xué)家。長期從事復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈塑性理論的教學(xué)與研究工作。在復(fù)合材料疊層板的彎曲和屈曲分析的研究工作中作出了貢獻(xiàn)。

周履，１９１７年４月３０日出生于浙江省湖州縣的一個書香之家。祖父是清朝舉人，擔(dān)任過地方官員和駐奧地利外交官員，做官時重視興修水利，所筑堤壩被稱為“周公堤”。父親周宗清早年留學(xué)德國，攻讀醫(yī)學(xué)，是個反帝愛國、進(jìn)步的無黨派知識分子。母親王宗湞，支持并參與周宗琦的愛國進(jìn)步活動，曾經(jīng)親自給新四軍送過藥品。受家庭的熏陶，周履青少年時就喜愛讀書，養(yǎng)成了勤奮好學(xué)、刻苦鉆研的習(xí)慣。１９３４年，他以全校第一名的成績考入上海交通大學(xué)土木系。畢業(yè)后留校擔(dān)任助教。１９４２年上海淪陷，日本侵略軍進(jìn)駐租界，周履不愿過亡國奴的生活，遂只身離家轉(zhuǎn)赴內(nèi)地，到重慶綦江鐵路工程處任幫工程師，在農(nóng)村工地的艱苦條件下為抗日戰(zhàn)爭效力。后來，他抱著“科學(xué)救國”的幻想，于１９４４年底赴美國康奈爾大學(xué)進(jìn)修。他選修的課程之多，使他的導(dǎo)師都無法理解地驚問道：“你不要命啦！”１９４６年，他僅用一年時間獲得工學(xué)碩士學(xué)位。當(dāng)時正值抗戰(zhàn)勝利，他以為國家富強有望，毅然放棄了攻讀博士學(xué)位的獎學(xué)金機會，懷著滿腔的愛國熱忱，返回祖國，在上海市工務(wù)局技術(shù)室擔(dān)任技士。但是當(dāng)時社會政治腐敗，經(jīng)濟(jì)崩潰，民不聊生，使周履痛感知識分子仍然報國無門。１９４７年，他再度赴美國康奈爾大學(xué)深造。１９５０年，他獲得工學(xué)博士學(xué)位，并在麻省波士頓市杰克遜·摩蘭德工程咨詢公司任工程師。

中華人民共和國成立后，祖國人民生活安定、經(jīng)濟(jì)建設(shè)突飛猛進(jìn)的消息使他十分激動，加上父母及其他親友的宣傳動員，重新燃起了周履的報國心、愛國情，他于１９５１年重返祖國，歷任嶺南大學(xué)和華南理工大學(xué)（原華南工學(xué)院）教授至今。

回國后，周履親身體驗到祖國建設(shè)迫切需要人才，因而將其全部精力都投入到祖國的高等教育事業(yè)和科學(xué)研究工作中去。１９５４年，他組建了結(jié)構(gòu)力學(xué)教研組，并著力抓教學(xué)法建設(shè)，編寫講義、指導(dǎo)青年教師、健全試講制度等，使教學(xué)工作日益走上正軌。他十分重視師資隊伍的建設(shè)，親自為中、青年教師舉辦多期學(xué)術(shù)講座。１９５６年，他率先招收副博士研究生，促進(jìn)了土木系學(xué)術(shù)水平的提高。在教學(xué)工作中，周履以其一絲不茍、誨人不倦的精神贏得了廣大學(xué)生和中青年教師的愛戴，因此于１９５６和１９５８年兩度被評選為廣東省教育先進(jìn)工作者。１９６０年，華南工學(xué)院成立數(shù)學(xué)力學(xué)系，周履調(diào)任該系結(jié)構(gòu)力學(xué)教研組主任，后任系副主任。他根據(jù)土木系的成功經(jīng)驗，為應(yīng)用力學(xué)專業(yè)師資隊伍的建設(shè)作出了新的貢獻(xiàn)。

周履一貫主張大學(xué)教師既要擔(dān)任教學(xué)，也要從事科學(xué)研究，并以自己的實際行動作出了表率。５０年代，他在擔(dān)任繁重的教學(xué)任務(wù)之余，積極研究結(jié)構(gòu)設(shè)計，并以其思想活躍、見解獨到，深受同行們的贊譽。例如，針對當(dāng)時結(jié)構(gòu)力學(xué)界對“力矩分配法”的過份崇拜，周履正確地評價了該方法在學(xué)術(shù)上的地位，指出它實質(zhì)上是數(shù)學(xué)中的迭代逼近法，而在運算時賦予了直觀的物理概念，使工程人員易于掌握。他認(rèn)為，對古人和洋人的好的東西是應(yīng)該學(xué)習(xí)的，但不要盲目崇拜，以至迷信。５０年代后期，為適應(yīng)我國大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，尋求更合理的設(shè)計理論，周履把科研方向轉(zhuǎn)移到塑性理論方面，是我國最早從事塑性力學(xué)研究的學(xué)者之一。７０年代末，他根據(jù)國家科技發(fā)展規(guī)劃，承擔(dān)了復(fù)合材料力學(xué)這個新課題。他主持建立研究室，組織培養(yǎng)研究梯隊，籌建中國力學(xué)學(xué)會復(fù)合材料專業(yè)組，多次參與籌備國際和全國性學(xué)術(shù)會議，在宣傳和推動我國復(fù)合材料的研究方面起了帶頭作用。１９６３年１月，周履遭歹徒襲擊，大腦受重傷，留下后遺癥，且體質(zhì)孱弱，慢性疾病不斷。幾十年來，他在與病魔的頑強抗?fàn)幹袌猿謳Р」ぷ鳎廊粸閷で蟾侠淼脑O(shè)計理論和推進(jìn)我國復(fù)合材料力學(xué)的研究做了大量工作。

尋求更合理的設(shè)計理論

早在美國學(xué)習(xí)時期，周履對土木工程和結(jié)構(gòu)力學(xué)就有很深的造詣。４０年代末，隨著厚壁結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑中的使用增多和大型塊件的興起，作為結(jié)構(gòu)單元之一的深梁引起了工程界巨大的興趣，正在攻讀博士學(xué)位的周履也注意到了這一研究動向。

深梁一般可分三類：受周期荷重作用的無限長梁、受非周期荷重作用的無限長梁和有限長深梁。前兩類問題可用傅立葉級數(shù)和傅立葉積分求解，第三類問題的求解比較困難，當(dāng)時還甚少研究，原因是不易滿足所有邊界條件。周履在《深梁的分析》一文中采用了應(yīng)變能方法，用兩個應(yīng)力函數(shù)相疊加求得了有限長深梁的應(yīng)力公式，畫出了曲線，并和有限差分法以及經(jīng)典梁理論進(jìn)行了對比，這在當(dāng)時條件下，是屬于首創(chuàng)性的工作，有較大的理論和使用價值。

后來，他又在美國《土木工程》學(xué)報上發(fā)表了《深梁中的應(yīng)力》一文，按彈性平面應(yīng)力問題給出了各類荷載作用下分布的數(shù)值解。這對當(dāng)時結(jié)構(gòu)工程界深入了解深梁的特征和指導(dǎo)設(shè)計起了很大的作用。美國土木工程協(xié)會于１９５３年２月對這篇論文進(jìn)行了討論，還出版了討論文選。當(dāng)時有些著名教授如Ｍ．古茲曼（Ｇｕｚｍａｎ）和Ｊ．路易塞尼（Ｌｕｉｓｏｎｉ）亦參加了討論，并給予了它很高的評價，認(rèn)為單跨深梁的分析是一個困難問題，作者的差分解是相當(dāng)成功的，與光彈性實驗比較，當(dāng)高跨比為１時，跨中截面最大彎曲應(yīng)力的誤差不超過２０％。周履在這篇論文中列出的數(shù)據(jù)和圖表，已為后人引為設(shè)計依據(jù)。

為了適應(yīng)我國大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，尋求更合理的設(shè)計理論，從１９５４年開始，周履把研究的主攻方向移到塑性理論方面。當(dāng)時，我國全面學(xué)習(xí)蘇聯(lián)，在鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面都部分采用了按極限狀態(tài)計算的方法。為了適應(yīng)工程實際的需要，周履努力學(xué)習(xí)塑性力學(xué)，研究了大量的資料。他通過舉辦講座，積極宣傳和推行極限設(shè)計理論，向中青年教師介紹了這一領(lǐng)域中重要作者的工作。

１９５６年，周履在校慶報告會上作了“塑性理論中的極限定理及其應(yīng)用”的報告。這是一篇很有意義的綜述報告，引起工程界極大的關(guān)注，被國家建委主編的《經(jīng)驗報導(dǎo)》雜志所刊用。后來，他又參加了《土木工程》學(xué)報關(guān)于《桿件系統(tǒng)中極限荷重的計算》一文的討論。他在討論文章中闡明的觀點得到作者李立和同行們的好評。

１９５６年，周履出席了全國第一屆力學(xué)大會。這一年，他首次招收了副博士研究生。根據(jù)高等教育部規(guī)劃的分工，他與清華大學(xué)一道率先研究薄殼理論和推廣薄殼結(jié)構(gòu)設(shè)計。為了給研究生和年輕教師打基礎(chǔ)，他主講了В．З．符拉索夫（Власов）專著《薄殼理論及其在工程中的應(yīng)用》一書。他對該書許多公式都認(rèn)真推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)了不少錯誤或刊誤之處。有人評論說：“國內(nèi)還很少有人像周先生這樣仔細(xì)地鉆研這本巨著。”

率先研究復(fù)合材料力學(xué)

１９７８年，周履應(yīng)教育部科技局的邀請，參加了教育部理論與應(yīng)用力學(xué)規(guī)劃會議，接著又參加了全國的力學(xué)規(guī)劃會議。國家宏偉的發(fā)展規(guī)劃給周履以巨大的鼓舞。他放棄了原已準(zhǔn)備申報的研究項目，承擔(dān)了新興學(xué)科復(fù)合材料力學(xué)的研究。當(dāng)時，我國雖在玻璃鋼方面的研究已有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)，但在復(fù)合材料力學(xué)領(lǐng)域幾乎還是未開墾的“生荒地”，既缺乏資料、設(shè)備，也缺乏受過這方面訓(xùn)練的人才。周履認(rèn)識到這一學(xué)科的研究對我國四個現(xiàn)代化建設(shè)的重要意義，立志組織隊伍攻克這一科學(xué)難關(guān)。在學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和支持下，他主持籌建研究室。通過國外親友，他個人訂閱了幾種國外期刊和書籍，提供并指導(dǎo)研究室的同志們學(xué)習(xí)。他不顧自己身體多病，親自為大家講授“張量分析”和“復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)”，為以后的研究打下了較好的基礎(chǔ)。

１９８０年３月，根據(jù)中美文化交流協(xié)定，他受教育部委托，聘請美國南方大學(xué)Ｒ．Ｍ．瓊斯（Ｊｏｎｅｓ）教授來華講學(xué)和交流，組織了我國復(fù)合材料力學(xué)第一次大規(guī)模的學(xué)術(shù)活動。５月，他又邀請美國復(fù)合材料首席科學(xué)家、美國復(fù)合材料雜志主編蔡偉倫教授訪華，進(jìn)行了更進(jìn)一步的學(xué)術(shù)座談，同時邀集了國內(nèi)部分單位代表進(jìn)行商討，組織與協(xié)調(diào)我國復(fù)合材料力學(xué)的研究工作。在王震鳴的建議下，周履與中國科學(xué)院力學(xué)研究所、上海交通大學(xué)、大連工學(xué)院等單位磋商并發(fā)起籌建中國力學(xué)學(xué)會固體力學(xué)委員會復(fù)合材料力學(xué)專業(yè)組，經(jīng)批準(zhǔn)，周履擔(dān)任了專業(yè)組第一任組長。

周履認(rèn)識到，復(fù)合材料的發(fā)展必須與有關(guān)學(xué)科相互滲透、相互促進(jìn)，因此，他積極推動各種聯(lián)合形式的國內(nèi)、國際學(xué)術(shù)交流。為了聯(lián)合活動，他擔(dān)任了中國航空學(xué)會復(fù)合材料專業(yè)委員會的副主任委員。通過中國航空學(xué)會、中國力學(xué)學(xué)會、中國宇航學(xué)會的共同努力，從１９８０年起，我國定期舉行全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會議，迄今已舉行了６屆全國性的和２次國際大型學(xué)術(shù)交流會。近年，他又參與籌建了中國復(fù)合材料學(xué)會，并當(dāng)選為副理事長。

身為教育工作者的周履，深知培養(yǎng)人才對發(fā)展科研事業(yè)的重要性。他在研究室內(nèi)建立并堅持定期進(jìn)行學(xué)術(shù)討論的制度，精心指導(dǎo)和培養(yǎng)研究梯隊。他在我國率先招收了復(fù)合材料力學(xué)方面的碩士研究生。１９８０年７月，他接受教育部干部局的聘請，委托范賦群為全國力學(xué)講習(xí)班首次開設(shè)復(fù)合材料力學(xué)課程，并出版了《復(fù)合材料力學(xué)通訊》內(nèi)部交流資料，達(dá)到了宣傳、普及的效果。為滿足本科生和研究生教學(xué)需要，他應(yīng)高等教育出版社之約，與范賦群合作撰著了《復(fù)合材料力學(xué)》教材。該書較系統(tǒng)地反映了周履等人對復(fù)合材料力學(xué)中一些基本問題的看法，其中并包含有作者們的研究成果。

鑒于復(fù)合材料力學(xué)是一門新興學(xué)科，許多基本理論問題有待繼續(xù)發(fā)展。譬如，現(xiàn)有的復(fù)合材料細(xì)觀統(tǒng)計斷裂理論，實質(zhì)上是套用了最弱環(huán)統(tǒng)計鏈?zhǔn)侥Ｐ汀Ｋ鼰o法描述真實復(fù)合材料的非自相似隨機擴(kuò)展的破壞方式。周履及其同事們創(chuàng)立了隨機擴(kuò)大臨界核、亞臨界核理論，用統(tǒng)計斷裂力學(xué)的方法定量地描述了復(fù)合材料的多種形式的就位強度。這一工作被同行們認(rèn)為是突破了現(xiàn)有的理論構(gòu)架，可望獲得更進(jìn)一步的發(fā)展。又如，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)臨界力的線性理論，用于求解具有幾何和或物理耦合變形的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，有時會得出不真實的結(jié)果。這一問題已為國內(nèi)外學(xué)者所注意。周履及合作者們在指出問題的同時，提出了“非線性－耦合前屈曲二級線性－一級線性”的臨界力理論，將后屈曲理論轉(zhuǎn)移到了前屈曲，并可給出滿意的結(jié)果。

周履在注重復(fù)合材料力學(xué)基本理論研究的同時，還十分重視對求解方法的研究。１９８０年，在全國第一屆計算力學(xué)學(xué)術(shù)討論會上，周履應(yīng)大會主席錢令希之邀，作了《復(fù)合材料力學(xué)分析的有限元法及計算機化簡介》的綜述報告。在這篇報告中，他強調(diào)了復(fù)合材料的特點，介紹了復(fù)合材料細(xì)觀和疊層分析的有限元方法，以及疊層破壞的宏觀分析，他強調(diào)指出了計算機在復(fù)合材料力學(xué)分析與計算中的重要性。這是我國計算力學(xué)領(lǐng)域中涉及復(fù)合材料最早的一篇綜述報告。

在《雙模量復(fù)合材料十字疊層矩形薄板的彎曲》一文中，作者們首次成功地將加權(quán)殘數(shù)法用于雙模量復(fù)合材料，表明了該方法用于雙模量材料的可行性及該文所用試函數(shù)的有效性。該文發(fā)表后，有關(guān)評論認(rèn)為“用加權(quán)殘數(shù)法分析層合板彎曲問題已基本上解決了”；該文內(nèi)容被收入有關(guān)加權(quán)殘數(shù)法的專著；其方法后來被引用到厚板問題、熱應(yīng)力問題及疊層扁殼的彎曲問題。下一頁 1 2