第一篇：計算機在無機非金屬材料配方設計中的應用

計算機在無機非金屬材料配方中的應用

前言：隨著計算機的日益普及，計算機在各行各業(yè)已運用得越；計算機科學的概述；計算機科學的簡介：計算機科學（英語：comput；計算機科學的發(fā)展，現(xiàn)狀：計算機領域是一個需要不斷；計算機科學技術的不斷完善，讓計算機進入到越來越多；無機硅酸鹽材料的概述；無機硅酸鹽材料的簡介:無機非金屬材料(inorg；磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成計算機在無機非金屬材料檢測生產中的應用。

計算機科學的概述

計算機科學的簡介：計算機科學（英語：computer science，有時縮寫為CS）是系統(tǒng)性研究信息與計算的理論基礎以及它們在計算機系統(tǒng)中如何實現(xiàn)與應用的實用技術的學科。它通常被形容為對那些創(chuàng)造、描述以及轉換信息的算法處理的系統(tǒng)研究。計算機科學包含很多分支領域；有些強調特定結果的計算，比如計算機圖形學；而有些是探討計算問題的性質，比如計算復雜性理論；還有一些領域專注于怎樣實現(xiàn)計算，比如編程語言理論是研究描述計算的方法，而程序設計是應用特定的編程語言解決特定的計算問題，人機交互則是專注于怎樣使計算機和計算變得有用、好用，以及隨時隨地為人所用。

計算機科學的發(fā)展，現(xiàn)狀：計算機領域是一個需要不斷創(chuàng)新的領域，計算機的軟硬件在實際的操作運用中會遇到很多的問題，而技術的不斷完善更新是計算機科學技術發(fā)展的一個重要方面。舊的技術已經(jīng)不能滿足社會對于計算機的需求，而新的技術應運而生，當新的技術被運用到計算機中，計算機會有更高的性能、更靈巧的外觀以及跟實用的操作。計算機的硬件方面在采用更多的材料，讓其更好地為計算機的功能而服務。而計算機的軟件系統(tǒng)，是根據(jù)人們的意見反饋以及市場預期，在做著關于觀念上最終到技術上的持續(xù)創(chuàng)新，讓計算機的操作更加接近現(xiàn)代的需要。

計算機科學技術的不斷完善，讓計算機進入到越來越多的領域。計算機所涉及到的科學運算、過程檢測與控制、數(shù)據(jù)處理、計算機輔助系統(tǒng)等功能，讓計算機所涉及的領域逐漸增多，涉及到人類社會的軍事、教育、醫(yī)療、商業(yè)、文化、經(jīng)濟、政治等各個方面。計算機科學技術的加入，使得社會的面貌和生產方式發(fā)生了巨大的改變，加快了人們的學習、工作效率，讓計算機去計算和操作一些數(shù)據(jù)和過程，減省人力物力的消耗，提高社會運轉效率。

無機硅酸鹽材料的概述

無機硅酸鹽材料的簡介:無機非金屬材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成的材料。是除有機高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱。無機非金屬材料的提法是20世紀40年代以后，隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展從傳統(tǒng)的硅酸鹽材料演變而來的。無機非金屬材料是與有機高分子材料和金屬材料并列的三大材料之一。

主要物理化學性能：在晶體結構上,無機非金屬的晶體結構遠比金屬復雜，并且沒有自由的電子。具有比金屬鍵和純共價鍵更強的離子鍵和混合鍵。這種化學鍵所特有的高鍵能、高鍵強賦予這一大類材料以高熔點、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強度和良好的抗氧化性等基本屬性,以及寬廣的導電性、隔熱性、透光性及良好的鐵電性、鐵磁性和壓電性。

主要應用領域：無機非金屬材料品種和名目極其繁多,用途各異,因此,還沒有一個統(tǒng)一而完善的分類方法。通常把它們分為普通的(傳統(tǒng)的)和先進的(新型的)無機非金屬材料兩大類。傳統(tǒng)的無機非金屬材料是工業(yè)和基本建設所必需的基礎材料。如水泥是一種重要的建筑材料;耐火材料與高溫技術,尤其與鋼鐵工業(yè)的發(fā)展關系密切;各種規(guī)格的平板玻璃、儀器玻璃和普通的光學玻璃以及日用陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和電瓷等與人們的生產、生活息息相關。它們產量大,用途廣。其他產品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化鋁)、鑄石(輝綠巖、玄武巖等)、碳素材料、非金屬礦(石棉、云母、大理石等)也都屬于傳統(tǒng)的無機非金屬材料。新型無機非金屬材料是20世紀中期以后發(fā)展起來的,具有特殊性能和用途的材料。它們是現(xiàn)代新技術、新產業(yè)、傳統(tǒng)工業(yè)技術改造、現(xiàn)代國防和生物醫(yī)學所不可缺少的物質基礎。

計算機技術在無機非金屬材料中的應用

檢測分析方面的應用：通過對檢測機構的日常工作的考察與分析，我們發(fā)現(xiàn)檢測機構的工作特點為:工作流程清晰，分工明確，責任明確，需協(xié)同工作完成一個檢測任務，這些都符合網(wǎng)絡管理的要求，為建立內部網(wǎng)絡系統(tǒng)提供了可行性。同時發(fā)現(xiàn)與檢測業(yè)務有關的日常工作主要由以下幾個部分組成:檢測任務管理、檢測儀器設備管理、日常業(yè)務學習培訓、與質監(jiān)站聯(lián)系。我們可以從這幾個方面著手進行相應的軟件設計與開發(fā)。通過相應的軟件，我們可以提升我們檢測的準確性和智能化，如混凝土抗壓、抗?jié)B、混凝土配合比設計、水泥化學分析等，都可以通過軟件實現(xiàn)全自動化或者半自動化，大大的解放了勞動力資源。

例如：1.在功能陶瓷制備過程中,摻雜改性和生產條件控制是制備這類高性能材料的重要手段,由于材料組分和工藝條件對其性能影響很大,且組分間還可能發(fā)生復雜的交互作用,因此,如何優(yōu)化配方和工藝是高性能功能陶瓷材料研究的重點。在傳統(tǒng)數(shù)學方法無法分析的情況下，將計算機技術用于功能陶瓷研究中,建立數(shù)學模型，可以很好地對組分和工藝過程進行優(yōu)化。

2.混凝土的性能評價與預測一直是學術界與工程界的研究難點，常規(guī)的預測模型主要基于某幾項指標，形式因個人的理解不同而各異。而一種仿生模型——人工神經(jīng)網(wǎng)絡則能很好地解決這個難題，試驗嘗試用BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡對多種配后比的混凝土進行抗裂性能評價與預測，結果表明此模型的可靠度很高，效果良好。該方法用于摻礦物摻和料混凝土抗裂性能預測方面是可行的。計算機模擬技術在無機非金屬中的應用：

1.分子篩研究方面：近年來,計算機模擬作為一種有效的方法已經(jīng)廣泛用于固體材料，尤其是微孔材料，如分子篩的研究。在結構、熱力學、吸附分離和催化等性質的研究中取得了成功。中國科學院山西煤炭化學研究所王建國等總結了計算機模擬：包括分子力學方法(能量最低化、分子動力學和蒙特卡羅方法)、量子化學方法(半經(jīng)驗算法和從頭算法)和密度函數(shù)方法及其在分子篩若干研究領域諸如吸附、擴散、形狀選擇反應、分子篩骨架-模板劑相互作用、分子與 分子篩酸性位的結合以及分子篩骨架、表面結構中的應用。北京化工大學張現(xiàn)仁等采用巨正則蒙特卡羅方法研究了甲烷在兩個不同孔徑的MCM-41中不同溫度下的吸附等溫線和其在孔中的相行為和排列方式。北京大學朱麗荔等用巨正則蒙特卡羅方法研究了鄰二甲苯和間 二甲苯在ITQ-1分子篩中的吸附特征。

2.晶體材料方面：晶體的性能決定其內部結構、成分和缺陷的分布狀態(tài)。通常人們或是希望獲得高度完整 的晶體即成分均勻、結構完整、缺陷甚少的晶體；或者是為了獲得某種物理性能，力圖生長出具有預定的成分或者缺陷分布狀態(tài)的晶體，所以晶體生長是晶體研究的必要環(huán)節(jié)。到目前為止，對晶體生長的數(shù)值模擬研究已有30余年的歷史。濃度場和溫度場對晶體生長有直接影響。

晶體生長過程中，溶質在晶體和熔體中都不是均勻的，晶體和熔體中的溶質濃度隨空間位置而變化，在晶體和熔體的全部空間中，每一點都有確定的濃度，而不同點的濃度不完 全相同并且還與時間有關。蘇偉等采用有限差分法對使用Cz法生長Nd∶YAG激光晶體過程中熔體內和晶體內Nd3+ 濃度場進行數(shù)值模擬研究。晶體拉速、晶體直徑和坩堝尺寸都對熔體內和晶體內Nd3+ 濃度場有影響。對勾形磁場中直拉硅單晶濃度場的數(shù)值模擬研究，提出在非均勻軸對稱勾形磁場中利用磁控提拉法生長硅單晶。

無機非金屬材料也和金屬材料以及有機高分子材料等一樣，是當代完整的材料體系中的一個重要組成部分。

普通無機非金屬材料的特點是：耐壓強度高、硬度大、耐高溫、抗腐蝕。此外，水泥在膠凝性能上，玻璃在光學性能上,陶瓷在耐蝕、介電性能上,耐火材料在防熱隔熱性能上都有其優(yōu)異的特性，為金屬材料和高分子材料所不及。但與金屬材料相比，它抗斷強度低、缺少延展性，屬于脆性材料。與高分子材料相比，密度較大，制造工藝較復雜。特種無機非金屬材料的特點是：①各具特色,例如:高溫氧化物等的高溫抗氧化特性；氧化鋁、氧化鈹陶瓷的高頻絕緣特性；鐵氧體的磁學性質；光導纖維的光傳輸性質;金剛石、立方氮化硼的{TodayHot}超硬性質;導體材料的導電性質；快硬早強水泥的快凝、快硬性質等。②各種物理效應和微觀現(xiàn)象,例如：光敏材料的光-電、熱敏材料的熱－電、壓電材料的力－電、氣敏材料的氣體-電、濕敏電阻材料的濕度-電等材料對物理和化學參數(shù)間的功能轉換特性。③不同性質的材料經(jīng)復合而構成復合材料，例如：金屬陶瓷、高溫無機涂層，以及用無機纖維、晶須等增強的材料。

沿革 舊石器時代人們用來制作工具的天然石材是最早的無機非金屬材料。20世紀以來，隨著電子技術、航天、能源、計算機、通信、激光、紅外、光電子學、生物醫(yī)學和環(huán)境保護等新技術的興起，對材料提出了更高的要求，促進了特種無機非金屬材料的迅速發(fā)展。30～40年代出現(xiàn)了高頻絕緣陶瓷、鐵電陶瓷和壓電陶瓷、鐵氧體（又稱磁性瓷）和熱敏電阻陶瓷（見半導體陶瓷）等。50～60年代開發(fā)了碳化硅和氮化硅等高溫結構陶瓷、氧化鋁透明陶瓷、β－氧化鋁快離子導體陶瓷、氣敏和濕敏電阻陶瓷等。至今，又出現(xiàn)了變色玻璃、光導纖維、電光效應、電子發(fā)射及高溫超導等各種新型無機材料。

分類 無機非金屬材料的名目繁多，用途各異，因此，還沒有一個統(tǒng)一而完善的分類方法。通常把它們分為普通的（傳統(tǒng)的）和特種的（新型的）無機非金屬材料兩大類。前者指以硅酸鹽為主要成分的材料并包括一些生產工藝相近的非硅酸鹽材料；例如：碳化硅,氧化鋁陶瓷,硼酸鹽、硫化物玻璃，鎂質、鉻鎂質耐火材料和碳素材料等。

無機非金屬材料在現(xiàn)實生活中有著很廣泛的應用，簡單的舉幾個例子生活中的日用陶瓷，工業(yè)陶瓷，玻璃，建筑用的水泥，現(xiàn)在新型的墻體磚等等，在社會的基礎建設中材料是不可少的無機材料所涉及的方面也是很廣泛的，目前為止還沒有什么新型材料可以替代無機非金屬材料的地位，因為傳統(tǒng)非金屬材料工業(yè)的原料來源是最廣泛的也是最便宜的是地球上最多的：粘土，巖石等礦物。而新型的非金屬材料更是基礎建設乃至國防建設的重要方面：比如說航空用陶瓷，隱形飛機使用的吸收電磁波的材料等等都是無機非金屬材料的范圍。這個專業(yè)現(xiàn)階段處于過渡時期，傳統(tǒng)的無機材料在社會建設中廣泛應用，但是從事傳統(tǒng)的無機材料工作工資比較低，而從事新型材料研究和開發(fā)就比較大的發(fā)展空間了

我國是一個經(jīng)濟和社會正在迅速發(fā)展的世界大國，高新技術產業(yè)的快速發(fā)展、傳統(tǒng)產業(yè)的技術進步與結構調整、環(huán)保國策的全面落實，以及在未來20年全面建設小康社會發(fā)展目標的實施，將給我國非金屬礦物材料帶來前所未有的挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇。緊緊抓住這一難得的歷史機遇，加速非金屬礦物材料的研發(fā)和生產，不僅可以滿足我國經(jīng)濟、科技和社會發(fā)展對非金屬礦物材料日益增長的需求，促進非金屬礦產資源的綜合利用，全面提升我國非金屬礦加工應用的水平，而且還將成為國民經(jīng)濟發(fā)展的新增長點，促進我國高新技術產業(yè)、傳統(tǒng)產業(yè)及環(huán)保產業(yè)的全面發(fā)展和進步。今后我國非金屬礦物材料的發(fā)展方向主要包括非金屬礦物材料的基礎理論及應用基礎理論研究，非金屬礦物材料的深加工裝備技術研究，發(fā)展優(yōu)勢非金屬礦種的深加工產品技術研究，逐步實現(xiàn)產品標準化、系列化、配套化，納米材料技術研究，智能材料技術研究等幾個方面。

國家發(fā)展與改革委員會在制定建材工業(yè)“十五”規(guī)劃中，非金屬礦物材料行業(yè)的發(fā)展方針和主要目標就是發(fā)展非金屬礦深加工裝備技術，圍繞建筑、石化、汽車、機電、環(huán)保等產業(yè)的需要，發(fā)展超細粉碎、精細提純、表面改性與改型、超微細和微孔技術，復合與制品技術。發(fā)展高性能摩擦材料、絕緣材料、密封材料、工程塑料功能填料、電子工程材料和環(huán)保礦物材料，提高產品的科技含量和產業(yè)化水平。在技術裝備水平、產品質量、規(guī)格品種等方面盡快縮小與國際先進水平的差距，加大非金屬礦大型低能耗及專用設備的研發(fā)，非金屬礦成套裝備的綜合集成和工程化轉化。

近年來，在微米技術上出現(xiàn)的非金屬礦物的納米技術是以化學的方法制備的。這是一門新技術。非金屬礦物納米材料是納米材料的重要組成部分。目前，主要納米非金屬材料有納米二氧化鈦、納米碳酸鈣、納米碳管、納米棒、納米絲、納米電纜、納米金剛石、納米半導體、納米陶瓷材料以及聚合物-黏土礦物納米復合材料等。其中聚合物-黏土礦物納米復合材料已成為日本、美國、德國等發(fā)達國家近年來材料科學研究的熱點。我國的納米技術將在未來20年后變成主導技術，現(xiàn)在它有一個孕育期、生長期和高速發(fā)展期，納米技術必定代替現(xiàn)在的微米技術。就目前而言，現(xiàn)在還處于孕育期。當今世界的主導技術還是微米技術，或者說是剛剛進入微米技術與納米技術交叉階段，納米技術的應用所占比重還很小，甚至不到1%.權威專家預測，納米技術與信息技術和生物技術成為21世紀社會經(jīng)濟發(fā)展的3大支柱。它將引起加工技術、信息技術、材料技術、分子生物技術、微電子技術等領域的革命性變化，引發(fā)一場新的產業(yè)革命。

智能材料是指具有對環(huán)境可感知、可響應并具有功能發(fā)現(xiàn)能力的新材料，它是由非金屬礦物復合制備而成，由日本高木俊宜教授于20世紀90年代首先提出了智能材料概念，它是新材料中的佼佼者。由它制成的合金、復合物、流體、塑料、玻璃、陶瓷等物件，在應用時，既可感知環(huán)境條件的變化，又可根據(jù)需要作出相應反應。智能材料是功能陶瓷發(fā)展的更高階段，它是人類社會的需求和現(xiàn)代科學技術發(fā)展的必然結果。日前，歐洲科學家已研制出能協(xié)助清除汽車所排放的包括氧化氮在內的廢氣的生態(tài)涂料，氧化氮氣體是會形成煙霧和引發(fā)人類呼吸道疾病的污染源。據(jù)悉，當生態(tài)涂料涂在建筑物表面后，能吸附和消除氧化氮氣體，這種作用長達5年，直到其神奇功能耗竭為止。生態(tài)涂料的神奇奠基在直徑僅20納米的光觸媒二氧化鈦和碳酸鈣微粒上，它與聚硅氧烷樹脂混合而產生作用。由于微粒非常細小，這種涂料是清澈透明的，能添加各種顏料調成想要的顏色。聚硅氧烷具有相當多的細孔，能讓氧化氮氣體通過后被吸附在二氧化鈦微粒上。二氧化鈦微粒吸收太陽光中的紫外線，利用其能量產生化學反應將氧化氮氣轉化成硝酸，再利用堿性的碳酸鈣予以中和。如此一來僅會釋出“無害”的二氧化碳、水和硝酸鈣，這些副產品將被雨水等沖刷流失。

進入21世紀，科學技術發(fā)展日新月異，科技進步和創(chuàng)新已成為增強各個國家及地區(qū)綜合實力的主要途徑和方式。黨的十六屆五中全會已提出自主創(chuàng)新的戰(zhàn)略，全國科技大會也提出加強自主創(chuàng)新，建設創(chuàng)新型國家。2006年2月，中共中央和國務院發(fā)布、實施《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》，經(jīng)過15年的努力，使我國進入創(chuàng)新型國家的行列。今后我國非金屬礦物材料行業(yè)的發(fā)展主要目標也就是圍繞著發(fā)展方向進行創(chuàng)新。因此，我們應該首先認清形勢，大力加強科研隊伍建設和培養(yǎng)，建立國家實驗室或科技開發(fā)中心，組建一支在國內甚至國外都有影響的科研機構，利用自身的優(yōu)勢和國家的扶持，在較短的時間里加快發(fā)展，加強產學研結合，加快科技成果轉化，提高全行業(yè)整體水平，實現(xiàn)跨越式發(fā)展，走出一條非金屬礦物材料自主創(chuàng)新發(fā)展的新路子。

總結

計算機技術在無機非金屬材料中的應用是非常廣泛的，不僅僅是以上提到的幾點，還有圖像模擬，輔助設計，數(shù)據(jù)分析等等，并且隨著材料科學以及計算機科學的不斷發(fā)展，這兩門學科的聯(lián)系還將日益密切，相信在不久的將來會有更多的計算機技術成功應用到無機非金屬材料的生產過程中，為材料科學的蓬勃發(fā)展貢獻突出的力量。

參考文獻：

①于忠《計算機在建筑工程材料中的應用》四川建筑科學研究，2001（3）②尹君《計算機網(wǎng)絡在無機非金屬材料中的應用》材料導報,2006 ,20(11)③黃春華，沈東，夏春秋《計算機網(wǎng)絡技術在建筑材料檢測機構中的應用》《工程質量》, 2001(10)④董榮勝，古天龍，蔡國永，謝春光《計算機科學與技術方法論》人民郵電出版社, 2002, 29(1)⑤陳泉水《無機非金屬材料物性測試》化學工業(yè)出版社, 2013 三億文庫3y.uu456.com包含各類專業(yè)文獻、各類資格考試、應用寫作文書、外語學習資料、高等教育、生活休閑娛樂、計算機在無機非金屬材料檢測生產中的應用(小論文)29等內容。

計算機材料應用論文

——計算機在無機非金屬材料配方中的應用

專業(yè)：

無機非金屬

班級：

無機1302

學號：

201226910312

姓名：

馮換暉

指導教師：

栗政新

第二篇：無機非金屬材料在生物醫(yī)學的應用

無 機 非 金 屬

材 料 在 生

物 醫(yī) 學 的 應 用

所謂無機非金屬材料（inorganic nonmetallic materials），就是指是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成的材料。是除有機高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱。傳統(tǒng)的無機非金屬材料在其化學組成上主要屬于硅酸鹽范疇。無機非金屬材料種類繁多，具體可分為陶瓷，水泥，耐火材料，復合材料，非金屬礦物材料等。其生產過程特點：一是共性，即有關原料，粉制備，成型等一系列過程。二是個性，即每種無機非金屬材料都具有各自的特性。無機非金屬材料在生物醫(yī)學方面的應用主要是在以生物陶瓷材料，以及陶瓷基復合材料等的應用為主。

生物陶瓷材料主要包括生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷和生物復合材料三類。其應具有生物相容性，力學相容性；與生物組織有優(yōu)異的親和性；滅菌性并具有很好的物理、化學穩(wěn)定性等。這類無機非金屬材料在醫(yī)學方面的應用主要介紹：生物惰性的氧化鋁陶瓷，氧化鋯陶瓷；生物活性的羥基磷灰石(HAP),生物活性玻璃，微晶化生物活性玻璃；生物陶瓷的性能要求：第一，生物相容性要求生物相容性是指植入人體內的生物醫(yī)用材料及各種人工器官、等醫(yī)療器械，必須對人體無毒性、無致敏性、無刺激性、無遺傳毒性和無致癌性，對人體組織、血液、免疫等系統(tǒng)不產生不良反應。第二生物力學與生物學性能要求材料的力學性能與機體組織的生物力學性能相一致，不產生對組織的損傷和破壞作用。第三，具有良好的加工性和臨床操作性生物陶瓷植入的目的，是通過人工材料替代和恢復各種原因成的牙和骨缺損，就要求植入的生物陶瓷具有良好的加工成形性，且在臨床治療過程中，操作簡便，易于掌握。第四，具有耐消毒滅菌性能生物陶瓷材料是長期植入體內的材料，植入前須進行嚴格的消毒滅菌處理。生物惰性陶瓷主要是指其化學性能穩(wěn)定，生物相容性好的陶瓷材料。AL203陶瓷是以α-Al2O3為主晶相的陶瓷材料，其具有良好的機械強度，高的耐磨損等性能。其成型的工藝與陶瓷材料成型工藝大體相同，主要是粉末的制備，成型以及燒結。而在醫(yī)用方面的氧化鋁陶瓷材料則是α-Al2O3多孔陶瓷材料，其制備過程中對孔徑的控制要求極為嚴格。因此多采用的是溶膠凝膠法改善氧化鋁多孔陶瓷孔徑分布的控制、相變、純度及顯微結構。用溶膠一凝膠法制備氧化鋁多孔陶瓷的工藝為：采用鋁粉在氯化鋁溶液中水解，得到鋁溶膠，并直接將成孔劑與之混合，進行成型、燒成制得產品。這樣被用于制作人工髖關節(jié)、人造膝關節(jié)、人工牙根和骨骼固定螺釘及修補角膜等。但由于氧化鋁陶瓷同樣具有脆性大，機械加工困難等特點，其用于醫(yī)用還需進一步的研究應用?，F(xiàn)有在羥基磷灰石引用AL203來達到人工骨的修復。其特點是利用羥基磷灰石良好的生物活性和生物相容性以及AL203的高強度，高機械性能特點來提高其綜合的力學性能，能夠很好的彌補AL203的不足。很好的滿足了人工骨的修復需求。氧化鋯陶瓷是以穩(wěn)定的立方型氧化鋯ZrO2為主晶相的陶瓷。具有優(yōu)異的力學（最高的斷裂韌性）和耐磨和耐腐蝕性等性能。其主要應用在機械，電工方面。而在醫(yī)用領域的應用則是以氧化鋯生物陶瓷材料應用的。其制備方法是各種沉淀法如共沉淀法獲得超細的氧化鋯粉末，然后通過干成型或濕成型法成型后進行燒結而成的。在醫(yī)用中，氧化鋯烤瓷牙是最常用的?？敬裳赖暮脡闹苯佑绊懙交颊叩纳眢w健康，而用氧化鋯材質的烤瓷牙由于沒有金屬內冠層，牙齒透明度好，光澤度極佳，更有效避免了牙齒過敏和牙齦黑線等問題，具有足夠好的遮色能力，能夠完美解決牙患者的牙齒美容需求，而且氧化鋯材質的強韌性彌補了普通烤瓷牙易蹦缺的缺點，生物相容性好，不刺激口腔粘膜組織，易于清潔，是目前國內外最優(yōu)質的烤瓷牙。生物活性是指移植材料的分界面激發(fā)特定的生物反應，最終導致在材料和組織之間的骨形成。這類陶瓷在生物體內基本不被吸收，材料有微量溶解，能促進種植體周圍新骨組成，并與骨組織形成牢固的化學鍵結合。羥基磷灰石(hydroxyapatite，簡稱HA 或HAP)羥基磷灰石是人體和動物骨骼的主要無機成分，結構上與天然骨鹽大體一致，有極好的生物相容性、骨傳導性以及骨鍵合能力，無毒副作用，用于骨修復及替代材料。但同時，其自身強度較低，力學性能較差。羥基磷灰石主要是通過水熱反應以及沉淀法獲得的。其同時也可以用于義眼片。這里由于其的力學性能不是很好，因此導致了在運用的過程中不是很好的滿足醫(yī)學的需求。在以羥基磷灰石為原料，在其中添加氧化鋁以增加其綜合的機械性能的辦法很好的改善了羥基磷灰石的力學性能，同時還利用了其生物相容性。

同時，納米羥基磷灰石在醫(yī)用方面也有應用。n H A是一種性能優(yōu)良的無機陶瓷材料、生物學活性好。n H A粒子的大小為 1～1 0 0 n m，由于其與 H A相比具有溶解度較高、比表面積(S S A)大的優(yōu)點，因而具有更好生物學活性，骨植人體的伸強度更高，疲勞抗力也相應提高。最主要的是其可以匹配人體不同地方骨的生長速度相應的降解速度，而且與人體不產生排斥反應。因此其在醫(yī)學領域的應用被廣泛關注，但大多數(shù)還屬于臨床應用階段，用于實際還需要一定的時間和條件。

生物活性玻璃與普通玻璃的不同之處在于其具有生物活性，能夠很好的與生物組織相容。將生物玻璃植入人體骨缺損部位，它能與骨組織直接結合，起到修復骨組織、恢復其功能的作用。其制備技術與普通玻璃大體相同，但是為了保護其的生物活性性能，常常采用溶液-凝膠法制備其粉體。由于其機械強度較低，也因此一般用于較小的骨修復材料，如耳小骨、指骨，人工牙齒及關節(jié)。最值得一提的是生物玻璃對癌癥的治療，主要是在生物玻璃中加入一些磁性物，鐵酸鋰或者其他熱源性材料，用于熱種子治療癌癥腫瘤。

微晶玻璃屬于復合材料，將加有晶核劑的特定組合的玻璃，在有控條件下進行晶化熱處理，成為具有微晶體和玻璃相均勻分布的材料。其比普通玻璃的機械性能強，并且在光亮度和其他力學性能上都要比普通玻璃好。微晶玻璃有很多種，一般用于生物醫(yī)學的稱為生物微晶玻璃 也可以稱為微晶陶瓷。其之所以稱為微晶玻璃是因為結晶后在顯微鏡下可以看見其析出了許多細小的晶粒。微晶玻璃也是生物玻璃，在用于醫(yī)學領域時，一般在是其表面生成羥基磷灰石等生物活性材料而成的或者在玻璃組成中引入 CaO 和P2O5,通過熱處理得到優(yōu)良的羥基磷灰石。用于牙齒的修復等，特別是其中的可切割生物微晶玻璃，由于其可以通過機械加工的方法制成不同形狀的樣品而不會破壞其生物活性，因此多用于骨替復材料。其與單純的羥基磷灰石相比，由于含有一定量的玻璃相，因此可以在很大范圍內調整組分，適應性更強。同時其化學穩(wěn)定性更好，由于玻璃相存在又可以根據(jù)要求的不同制作成不同形狀的醫(yī)用替代材料。當然，醫(yī)用微晶陶瓷材料也采用了一些增韌方法，如自身增韌，金屬增韌，纖維增韌等，用于進一步提高其機械強度。

陶瓷基復合材料是一類以陶瓷為基體，在其中加入一些增韌材料而形成的復合材料。如以HAP為基體的陶瓷材料，在其中加入纖維或者一些晶須來增加自身的強度，以達到醫(yī)用的高強度使用的要求。也可以采用顆粒增韌的方法來提高。這類復合材料在醫(yī)用上主要用于骨替代材料等。

當然，同時還有其他種類的復合材料用于醫(yī)學方面?？梢?，無機非金屬材料在生物醫(yī)學領域的應用非常的廣泛。在我國，上海硅酸鹽研究所在生物醫(yī)用材料與組織工程、生物納米技術及生物材料表面工程等三方面開展了研究，用無機非金屬制作的人工骨，骨植入材料以及生物陶瓷取得了很大的進步。還有華東理工大學研制了磷酸鈣人工骨(CPC)，它可自行固化，具有生物相容性，能降解吸收，可在人體骨缺損部位準確塑形。這些都只是用于生物領域的一小部分。從當今社會科技發(fā)展的速度來看，未來無機非金屬材料的應用會越來越重視，尤其是其在生物領域的作用會受到更為廣泛的關注。

文獻摘要：

1，無機非金屬復合材料及其應用 劉雄亞 郝元愷等，化學工業(yè)出版社 2006年。

2，無機非金屬材料制備方法 高積強等，西安交通大學2009 3，無機非金屬材料性能 賈德昌等，科學出版社 2008年

4，生物陶瓷的應用發(fā)展，展望 錢國棟，王民權 浙江大學 材料科學與工程第49期

5，氧化鋁陶瓷的應用 張小鋒 于國強 姜林文 景德鎮(zhèn)陶瓷學院 6，氧化鋁陶瓷的應用發(fā)展 朱志斌 郭志軍 劉英 王慧 陳秀峰

(山東中博先進材料股份有限公司 淄博 2 5 5 0 3 1)7，氧化鋁陶瓷生產工藝中的質量控制, 付 鵬 劉衛(wèi)東 吳細桂

(華南理工大學材料學院 廣州 510641)8, a一氧化鋁在新型氧化鋁陶瓷中的應用 張麗婭 王向麗 崔建奇(中國長城鋁業(yè)公司)9，氧化鋯材料種類及應用任永國1，劉自強1，楊 凱 2，周煥忠 2，顧幸勇（北京晶萊陶瓷制品有限公司，北京 101500； 景德鎮(zhèn)陶瓷學院，景德鎮(zhèn) 333000）10，氧化鋯陶瓷制備及其應用 黃 勇，何錦濤，馬 天

（清華大學材料科學與工程系新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室，北京 100084）

11，惰性生物陶瓷在人工髖關節(jié)的應用 劉慶 張洪 北京積水潭醫(yī)院 矯形骨科(北京 100035)12，人工關節(jié)材料的研究進展 陳鐵柱李曉聲 中國現(xiàn)代醫(yī)藥雜志2009年10月第ll 13，生物活性種植牙的研究進展 醫(yī)學生家園

14，生物醫(yī)用微晶陶瓷的研究進展 余麗萍，肖漢寧，胡鵬飛（1.湖南大學 材料科學與工程學院，； 2.湖南師范大學 化學化工學院，）

15，微晶玻璃制作 Special Column 專欄

16, 功能微晶玻璃的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 肖漢寧 趙運才 劉付勝聰湖南大學材料科學與工程學院

17, 用于治療癌癥的生物玻璃 王昱，殷海榮(陜西科技大學材料科學與工程學院)18，陶瓷基復合材料的機理、制備、生產應用及發(fā)展前景

（姓名：王珍 學號：Z09016203）

19，陶瓷基復合材料的進展及應用 徐海江(航空航天部三部)20, 羥基磷灰石生物材料的研究現(xiàn)狀、制備及發(fā)展前景 方麗 周永強 張衛(wèi)珂。馬景 云(1陜西科技大學材料科學 與工程學院)(2溫州大學制筆重點實驗室)(3山東大學材料液態(tài)結構及其遺傳性教育部重點實驗室)21,納米羥基磷灰石粉體生物活性的研究 武漢理工大學 22，先進復合材料 魯云等主編 機械工業(yè)出版社 2004年 23，多孔材料引論 劉培生等編 清華大學出版 2005年 24，生物陶瓷材料 談國強等編

25，無機非金屬納米微粒的制備方法 孟季茹 趙 磊 梁國正 秦宇(西北工業(yè)大學)26，無機非金屬材料微孔構造形成方法 徐慧忠

27，生物玻璃治療脛骨骨折的療效觀察 郝思春，孫俊英 等 2004年 28，納米羥基磷灰石研究進展 黃路 段曉明 南華大學研究生院 29，羥基磷灰石義眼移植研究 唐志強 倪建同 江蘇省泰州市第四人民眼科中心

30，生物陶瓷材料（Bioceramic materia）陳德敏(上海第二醫(yī)科大學附屬第九人民醫(yī)院，上海生物材料研究測試中心)31，無機非金屬材料工藝學 王琦等主編 中國建材工業(yè)出版社 2005年

32，羥基磷灰石骨修復材料 張陽德 樂園 趙鋅崎 中南大學衛(wèi)生部肝膽腸衛(wèi)生中心。

33生物醫(yī)用納米羥基磷灰石的制備及應用 中國組織工程研究與臨床應用 李穎華 曹麗華。

34，生物活性玻璃陶瓷人工骨材料的研究進展 山東壓料大學附屬基院(2 5 o o 1 2)湯繼文 張玉德 春梅

第三篇：無機非金屬材料的研究進展及應用

無機非金屬材料的研究進展及應用

學號：1203031001

姓名：彭沖

班級：無機非金屬（1）班

摘要：無機非金屬材料的高硬度、低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨和優(yōu)異的環(huán)保性能以及特殊的光聲、電等性能，在航空航天、兵器、艦船等國防領域得到了越來越多的應用，如陶瓷基復合材料、結構陶瓷、特種功能陶瓷、人工晶體等已成為武器裝備中不可或缺的關鍵材料。本文著重介紹了無機材料的研究進展和應用。在材料學飛速發(fā)展的今天，無機非金屬材料有這廣闊的應用前景和良好的就業(yè)形勢。

關鍵詞：無機非金屬材料

應用

前景

引言：傳統(tǒng)無機非金屬材料，新型無機非金屬材料和無機非金屬基復合材料組成了龐大的無機非金屬材料體系。其中以硅酸鹽為基礎的陶瓷、玻璃和水泥已經(jīng)形成相當規(guī)模的產業(yè)，被廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、國防和人們的生產生活中，成為國民經(jīng)濟的支柱產業(yè)之一。新型無機非金屬材料因具有耐高溫、耐腐蝕、高強度、多功能等多種優(yōu)越性能，其中一些已在各個工業(yè)部門以及近幾十年發(fā)展起來的空間技術、電子技術、激光技術、光電子技術、紅外技術發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用[1]。因此，無機非金屬材料的發(fā)展必將大大的促進現(xiàn)代科學技術的進步和人類文明程度的提高。本文將主要介紹：無機非金屬材料的分匪類，無機非金屬材料的地位（在材料中的地位、在國民經(jīng)濟中的地位），無機非金屬材料的發(fā)展過程，無機非金屬材料的應用，無機非金屬材料企業(yè)的崗位設置，無機非金屬材料的發(fā)展趨勢以及無機非金屬材料發(fā)展中遇到的問題。

1.無機非金屬材料的特點及分類

無機非金屬材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成的材料。是除有機高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱。無機非金屬材料的提法是20世紀40年代以后，隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展從傳統(tǒng)的硅酸鹽材料演變而來的。無機非金屬材料是與有機高分子材料和金屬材料并列的三大材料之一[2]。在晶體結構上,無機非金屬的晶體結構遠比金屬復雜，并且沒有自由的電子。具有比金屬鍵和純共價鍵更強的離子鍵和混合鍵。這種化學鍵所特有的高鍵能、高鍵強賦予這一大類 材料以高熔點、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強度和良好的抗氧化性等基本屬性,以及寬廣的導電性、隔熱性、透光性及良好的鐵電性、鐵磁性和壓電性。

無機非金屬材料品種和名目極其繁多,用途各異,因此,還沒有一個統(tǒng)一而完善的分類方法。通常把它們分為普通的(傳統(tǒng)的)和先進的(新型的)無機非金屬材料兩大類[3]。

普通無機非金屬材料的特點是：耐壓強度高、硬度大、耐高溫、抗腐蝕。此外，水泥在膠凝性能上，玻璃在光學性能上，陶瓷在耐蝕、介電性能上，耐火材料在防熱隔熱性能上都有其優(yōu)異的特性，為金屬材料和高分子材料所不及。但與金屬材料相比，它抗斷強度低、缺少延展性，屬于脆性材料。與高分子材料相比，密度較大，制造工藝較復雜。特種無機非金屬材料的特點是：（1）各具特色。例如：高溫氧化物等的高溫抗氧化特性；氧化鋁、氧化鈹陶瓷的高頻絕緣特性；鐵氧體的磁學性質；光導纖維的光傳輸性質；金剛石、立方氮化硼的超硬性質；導體材料的導電性質；快硬早強水泥的快凝、快硬性質等。（2）各種物理效應和微觀現(xiàn)象。例如：光敏材料的光－電、熱敏材料的熱－電、壓電材料的力－電、氣敏材料的氣體-電、濕敏材料的濕度-電等材料對物理和化學參數(shù)間的功能轉換特性。（3）不同性質的材料經(jīng)復合而構成復合材料。例如：金屬陶瓷、高溫無機涂層，以及用無機纖維、晶須等增強的材料。

2.無機非金屬材料材料的發(fā)展現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的無機非金屬材料是工業(yè)和基本建設所必需的基礎材料。如水泥是一種重要的建筑材料；耐火材料與高溫技術，尤其與鋼鐵工業(yè)的發(fā)展關系密切;各種規(guī)格的平板玻璃、儀器玻璃和普通的光學玻璃以及日用陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和電瓷等與人們的生產、生活休戚相關。它們產量大，用途廣。其他產品，如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化鋁)、鑄石(輝綠巖、玄武巖等)、碳素材料、非金屬礦(石棉、云母、大理石等)也都屬于傳統(tǒng)的無機非金屬材料。新型無機非金屬材料是20世紀中期以后發(fā)展起來的,具有特殊性能和用途的材料。它們是現(xiàn)代新技術、新產業(yè)、傳統(tǒng)工業(yè)技術改造、現(xiàn)代國防和生物醫(yī)學所不可缺少的物質基礎[4]。主要有先進陶瓷、非晶態(tài)材料、人工晶體、無機涂層、無機纖維等。

20世紀以來，隨著電子技術、航天、能源、計算機、通信、激光、紅外、光電子學、生物醫(yī)學 和環(huán)境保護等新技術的興起，對材料提出了更 高的要求，促進了特種無機非金屬材料的迅速發(fā)展。30～40年代出現(xiàn)了高頻 絕緣陶瓷、鐵電陶瓷和壓電陶瓷、鐵氧體（又稱磁性瓷）和熱敏電阻陶瓷等。50～60年代開發(fā)了碳化硅和氮化硅等高溫結構陶瓷、氧化鋁透明陶瓷、β－氧化鋁快離子導體陶瓷、氣敏和濕敏陶瓷等[5]。至今，又出現(xiàn)了變色玻璃、光導纖維、電光效應、電子發(fā)射及高溫超導等各種新型無機材料。

3.無機非金屬材料材料的發(fā)展前景

近些年，隨著科學技術的進步，無論是傳統(tǒng)無機非金屬材料，還是無機非金屬材料都有了一些新的發(fā)展趨勢。

3.1生態(tài)與環(huán)保意識加強，建立科學的評價體系，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展

西方發(fā)達國家在促進傳統(tǒng)無機非金屬材料產業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展方面的采取了許多重要措施。世界發(fā)達國家十分重視建材工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展與綠色評價。生態(tài)評價也成為世界可持續(xù)發(fā)展的一個重要手段。目前，許多國家正在進行“生態(tài)城市”的建設與實踐，推廣建筑節(jié)能技術材料，使用可循環(huán)材料等，改善城市生態(tài)系統(tǒng)狀況。由此，提出了綠色建材、環(huán)保建材與節(jié)能建材的概念，并開展了大量的研究與實踐工作。與西方發(fā)達國家相比，我國還存在很大的差距，特別是缺乏立法支持與技術標準的指導以及相應組織的管理與監(jiān)督，使我國的傳統(tǒng)無機非金屬材料工業(yè)發(fā)展還有很大的提升空間。面對資源和環(huán)境對我國經(jīng)濟發(fā)展的嚴峻考驗，國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略顯得愈加重要[6]。

3.2向著節(jié)能、降耗的方向發(fā)展

傳統(tǒng)的無機非金屬材料工業(yè)是能源消耗大戶，在世界能源日益短缺的今天,如何生產節(jié)能、降耗,以及如何生產出高質量的建筑節(jié)能、保溫產品是建材工業(yè)發(fā)展的重要趨勢。選擇資源節(jié)約型、污染最低型、質量效益型、科技先導型的發(fā)展方式。新型墻體材料、高質量門窗、中空玻璃將大量應用。向著提高材料性能、使用壽命的方向發(fā)展。低壽命設計、大量重復建設已經(jīng)嚴重制約城市建設的發(fā)展?，F(xiàn)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對建筑材料的使用壽命提出了更高的要求。

3.3單線生產能力向大型化發(fā)展

無論是水泥工業(yè)、玻璃工業(yè)，還是陶瓷工業(yè)，單條生產線的生產能力有大型化的趨勢。生產線的大型化可以有效提高產品的質量，降低能源消耗[7]。

3.4向著智能化方向發(fā)展

建筑的智能化需要建筑材料的支持。隨著技術的進步和生活水平的提高,建筑材料的安全性智能診斷等智能技術將更多的應用于建筑中。

3.5向著復合化、多功能化方向發(fā)展

復合材料具有單一材料所無法滿足的使用功能，是建筑材料的發(fā)展趨勢，對建筑材料的功能要求越來越趨向于多功能化。

在美國、日本、西歐等所有發(fā)達國家在其科技發(fā)展戰(zhàn)略中都把無機非金屬新材料的發(fā)展放在優(yōu)先發(fā)展的重要位置。例如，美國為了保持在高技術和軍事裝備方面的領先地位，在先后制定的《先進材料與技術計劃（AMPP）》和《國家關鍵技術報告》中，新材料為六大關鍵技術之首，而無機非金屬新材料占有相當比例；日本發(fā)表的《21世紀初期產業(yè)支柱》所列的新材料領域的14項基礎研究計劃中，其中七項涉及無機非金屬新材料的研究領域[8]。

未來科學技術的發(fā)展，對各種無機非金屬材料，尤其是對特種新型材料提出更多更高的要求。材料學科有廣闊的發(fā)展前景，復合材料、定向結晶材料、增韌陶瓷以及各種類型的表面處理和涂層的使用，將使材料的效能得到更大發(fā)揮[9]。由于對材料科學基礎研究的日益深入，各種精密測試分析技術的發(fā)展，將有助于按預定性能設計材料的原子或分子組成及結構形態(tài)的早日實現(xiàn)。

結束語：

21世紀無機非金屬材料的主要應用領域為信息、能源、交通、生物醫(yī)學、生態(tài)環(huán)境和國防。新材料的發(fā)展將會對上述各領域產生深遠的影響。

參考文獻

[1]國家自然科學基金委員會.工程與材料科學部編著.無機非金屬材料科學.科學出版社,2006.[2]盧安修編著,無機非金屬材料導論.中南大學出版社,2003.[3]王培銘主編.無機非金屬材料學.同濟大學版社,1999.[4]李世普主著.特種陶瓷工藝學.武漢:武漢工業(yè)出版社,1992.[5}邱關明著.新型陶瓷.北京:兵器工業(yè)出版社,1993.[6]張玉軍、張偉儒等編著.結構陶瓷及其應用.化學工業(yè)出版社.2005.

第四篇：無機非金屬的主角硅教學設計

無機非金屬的主角-硅 教學設計

教學目標：

【知識與技能】

①使學生了解硅的兩種化合物——二氧化硅和硅酸鹽的主要性質。

②使學生熟悉有關二氧化硅的主要的化學反應方程式的書寫。

③讓學生自己歸納二氧化硅和硅酸的物理和化學性質，不斷加強其歸納總結的能力。

【過程與方法】

①通過圖片展示的方法使學生了解二氧化硅和硅酸在自然界中的存在及其外觀和用途等。

②運用對比學習的方法，即通過將硅的化合物與學生熟悉的碳的化合物進行對比，使學生更好得掌握其主要性質。

3．本節(jié)多數(shù)內容屬于了解層次，部分段落閱讀自學，提高的閱讀能力、收集資料能力、自學能力和語言表達能力。

【情感態(tài)度與價值觀】

1．用硅給現(xiàn)代人類文明進程所帶來的重大影響（從傳統(tǒng)材料到信息材料），為學生構架一座從書本知識到現(xiàn)代科技知識和生活實際的橋梁。開闊學生眼界，提高科技文化素養(yǎng)，理解更多的現(xiàn)代相關科學理論與技術；

2．促進學生逐漸形成正確的科學社會觀，學生認識到“科學技術是第一生產力”，關心環(huán)境，資源再生及研究、探索、發(fā)現(xiàn)新材料等與現(xiàn)代社會有關的化學問題，提高學生社會責任感。

【教學重點】 二氧化硅的性質

【教學難點】 硅酸鹽的豐富性和多樣性 【教學過程】

[導課]問題：

[問題]：請簡要閱讀課文后回答課文標題中“無機非金屬材料的主角-硅”“主角”兩個字在這里的涵義是什么？（學生回答：硅含量僅次于氧，硅的氧化物和硅酸鹽構成地殼的主要部分）展示投影：硅在地殼中的含量。

[問題]：硅又憑什么能做無機非金屬材料的主角呢？引出原子結構來解釋。

請同學們翻到課本后的周期表查看硅在周期表的位置及結構。

[板書]

第四章 非金屬元素及其化合物

[板書]

§4-1無機非金屬材料的主角-硅

［講述］硅的氧化物及硅酸鹽構成了地殼中的大部分巖石、沙子和土壤，約占地殼質量90％以上。各種各樣的硅酸鹽和水、空氣和陽光構成了人類及生物生存的根基。自古至今，在無機非金屬材料中，硅一直扮演著主角的角色。

［問題］碳和硅元素結構上又和碳有什么不同？推測硅單質的性質有哪些？

［學生閱讀］Ｐ74中間自然段。

［回答］硅位于元素周期表ⅣＡ，與碳元素同族。原子最外層均有四個電子。硅同

碳元素一樣，其原子即不容易失去電子又不容易得到電子，主要形成四價的化合物。其中二氧化硅是硅的最重要的化合物?！白钪匾比齻€字是如何體現(xiàn)呢？接下來具體進行了解二氧化硅有關性質。

［板書］

一、二氧化硅和硅酸

［投影］金剛石、晶體硅、二氧化硅的晶體模型及水晶標本。

［講述］硅為親氧元素，在地球上硅主要是以熔點很高的氧化物及硅酸鹽形式存在；而碳主要形成石灰?guī)r和碳酸鹽礦物，碳的氧化物二氧化碳通過光合作用進入以碳為骨架的有機世界。

［板書］１、二氧化硅（SiO２）

［講述］地球上天然二氧化硅成為硅石，約占地殼質量的20％，存在形態(tài)有結晶性和無定性兩種。

［投影］二氧化硅晶體模型：

這種能說明什么問題呢？展示“鳥巢”工程圖片，產生一些聯(lián)想對網(wǎng)狀結構留下深刻印象。

［閱讀］科學視野。

［講解］將晶體硅結構中的每一個“硅-硅”共價鍵打開，并在其間夾入一個氧原子，就形成了二氧化硅的晶體。這樣，每個硅原子和四個氧原子以共價鍵結合，形成以該硅原子為中心的正四面體型結構，這種正四面體型結構向空間伸展，就形成了具有空間網(wǎng)狀結構的原子晶體。由于每個氧原子同時和兩個硅原子成鍵，所以二氧化硅晶體中，硅氧原子數(shù)之比為1:2，SiO2只表示一種比例關系，并不表示晶體中存在SiO2的小分子。

［展示］水晶與瑪瑙示意圖：

［講述］水晶—石英中無色透明的晶體；具有彩色環(huán)帶狀或層狀的稱為瑪瑙。二氧化硅可用來做光導纖維。

［投影］

［講述］石英可用來做石英鐘、石英表，耐高溫的石英玻璃；水晶可以用來制造電子工業(yè)中的重要部件、光學儀器、工藝品、眼鏡片等，含有有色雜質的石英，還可用于制造精密儀器軸承，耐磨器皿和裝飾品等。這些應用與二氧化硅的什么性質有關？

［板書］（１）物理性質：堅硬、難溶固體

展示：瓶塞被粘住一個試劑瓶。要學生來打開。結果不能打開，引發(fā)學生討論。瓶塞被粘住的原因是什么？怎樣才能打開？引出SiO2的化學性質。要學生找原因和對策。

展示：學校校友送給母校玻璃鏡面上字（圖片），字是怎樣弄上去的？引起學生討論。

［強調］酸性氧化物一般不與酸發(fā)生化學反應，而二氧化硅卻能與氫氟酸發(fā)生反應，這也是工業(yè)上用氫氟酸雕刻玻璃的反應原理。以上兩點，屬二氧化硅的特性。由此，我們可總結出二氧化硅的主要化學性質為：

［講解并板書］二氧化硅是不溶于水的酸性氧化物，與氫氧化鈉生成了硅酸鈉，而硅酸鈉是粘膠劑，將瓶塞與試劑瓶粘在一起。

［思考］已知玻璃中含有SiO2，而硅酸鈉又是一種粘合劑，回答為什么實驗室中盛放堿液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？

（２）化學性質：

SiO2與CO2化學性質的比較（學生做，教師補充）

[板書]

1、酸性氧化物 SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O SiO2+CaO CaSiO3

2、氧化性：SiO2+2C===Si+2CO（工業(yè)上用此反應制粗硅，這就是“從沙灘到用戶”?。?/p>

3、特殊性：SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O

（怎樣保存HF？塑料瓶）

4、在高溫下與碳酸鹽的反應（應用于玻璃生產）

SiO2 + Na2CO3 == CO2↑ + Na2SiO3

SiO2 + CaCO3 == CO2↑ + CaSiO3

［過渡］剛才我們提到二氧化硅不能溶于水得到相應的酸——硅酸。那么，硅酸是怎樣的一種酸？它怎樣制得呢？下面我們就來學習這個問題。

［板書］２.硅酸(H2SiO3)提出思考：硅酸（H2SiO3）能通過二氧化硅與水反應制得嗎？為什么？

引入：硅酸

１、不溶于水，酸性比碳酸弱。

［實驗４—１］試管中加入３～５ｍL Na2ＳiＯ3飽和溶液，滴入２～３滴酚酞試液，再用膠頭滴管逐滴滴入稀鹽酸，邊滴邊震蕩，至紅色變淺并接近消失停止，記錄現(xiàn)象。

２、制備：較強酸與可溶硅酸鹽溶液

Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓ Na2SiO3+H2O+CO2==H2SiO3↓+Na2CO3

硅酸是一種白色膠狀物質，不溶于水，受熱干燥失水。H2SiO3==H2O+SiO2

3、用途：硅膠多孔，吸附水份能力強，常用作實驗室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。

展示干燥劑，小結硅酸用途

［講解］生成的H4SiO4叫原硅酸，是一種白色膠狀物質，不溶于水，在干燥的空氣中易失水變成硅酸。

［板書］ H4SiO4====H2SiO3+H2O

[作業(yè)]P80-81 1、3、5、7 [反思]

在教學過程中應當讓學生“手腦并用”，運用多媒體教學達到這種目的。學生學習時抽象思維，邏輯思維，語言表達的障礙等在多媒體的應用下降低了學習難度，使教學難點得以順利突破，學生也為其形式之新穎，從而產生樂學情緒 附板書計劃：

第四章 非金屬元素及其化合物

第一節(jié)

無機非金屬材料的主角—硅 一、二氧化硅和硅酸

１、二氧化硅 ⑴物理性質：堅硬、難溶固體

２.硅酸(H2SiO3)⑵化學性質：

⑴不溶于水，酸性比碳酸弱。

酸性氧化物：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

⑵Na2SiO3+2HCl+H2O====H4SiO4+2NaCl SiO2+CaO===CaSiO3

Na2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4↓+Na2CO3

氧化性

SiO2+2C===Si+2CO

H4SiO4====H2SiO3+H2O 特殊性：SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O

第五篇：計算機在化工中的應用

計算機在化工中的應用

安徽理工大學 應用化學 金磊 引言

隨著計算機技術的飛速發(fā)展．它在化工設計中的應用范圍日益擴大，由局部輔助發(fā)展到全面輔助，計算機的發(fā)展對化工設計的影響也越來越重要性已成為必然的趨勢。對化工設計而言．從由分子結構出發(fā)預測物質的物性到工藝過程的設計、分析直至繪圖．均可由計算機完成，可用一句話簡單地概括計算機在化工設計中的作用：模擬計算和繪圖?；み^程所涉及到的模擬包括微觀過程或結構分子模擬到研究宏觀過程的流程模擬。繪圖是計算機科學的一個重要分支，在工程設計中用計算機繪圖通常為計算機輔助設計，簡稱CAD?；ぴO計是一個系統(tǒng)工程，除了工藝路線設計、設備計算、繪圖等以外，還有環(huán)境評估，經(jīng)濟效益，社會效益等大量的工作。這些都可以借助于計算機來完成。計算機與化工兩者互相影響、滲透與結合，已經(jīng)并將繼續(xù)給化工設計帶來影響和改變。[1] 2 計算機在化工教學中的應用

在傳統(tǒng)的教學模式中，教師板書占用時間太計算機在化工教學中的廣泛應用可以增大教學容量、提多，太長，內容必然受到限制，教師與學生之間溝通交流的時間以及學生動腦思考的時間也會縮短。使用多媒體技術可減少板書，不僅可讓學生學習更多的知識，增加知識容量，還可將較多的時間留給學生，讓學生去思考，去探索，去實踐，拓寬知識面。

教學中我們常用PowePoint軟件制作和演示幻燈片，能夠制作出集文字、圖形、圖像、聲音以及視頻剪輯等多媒體元素于一體的演示文稿，用于展示，介紹作者的學術思想和科研成果。PowerPoinnt的最新版本為PowerPoinnt2007，其用戶界面與 Word相似,主要包括：標題欄、Office按鈕、快速訪問工具欄、工具欄、文檔編輯區(qū)、狀態(tài)欄等。[6] 3計算機在處理化學數(shù)據(jù)中的應用

用計算機處理化學數(shù)據(jù)和繪制圖形我們常用Origin軟件進行處理，這樣可以避免手動處理帶來的人為誤差和因為大意而造成的失誤，并且可以節(jié)省時間提高工作效率。Origin為OriginLab公司出品的較流行的專業(yè)函數(shù)繪圖軟件，是公認的簡單易學、操作靈活、功能強大的軟件，既可以滿足一般用戶的制圖需要，也可以滿足高級用戶數(shù)據(jù)分析、函數(shù)擬合的需要。

Origin是公認的快速、靈活、易學的工程制圖軟件。它的最新的版本號是8.1 SR3，另外分為普通版（Origin 8.1）和專業(yè)版（OriginPro 8.1）兩個版本。

Origin具有兩大主要功能：數(shù)據(jù)分析和繪圖。Origin的數(shù)據(jù)分析主要包括統(tǒng)計、信號處理、圖像處理、峰值分析和曲線擬合等各種完善的數(shù)學分析功能。準備好數(shù)據(jù)后，進行數(shù)據(jù)分析時，只需選擇所要分析的數(shù)據(jù)，然后再選擇相應的菜單命令即可。Origin的繪圖是基于模板的，Origin本身提供了幾十種二維和三維繪圖模板而且允許用戶自己定制模板。繪圖時,只要選擇所需要的模板就行。用戶可以自定義數(shù)學函數(shù)、圖形樣式和繪圖模板；可以和各種數(shù)據(jù)庫軟件、辦公軟件、圖像處理軟件等方便的連接。

Origin可以導入包括ASCII、Excel、pClamp在內的多種數(shù)據(jù)。另外，它可以把Origin圖形輸出到多種格式的圖像文件，譬如JPEG、GIF、EPS、TIFF等等。

Origin里面也支持編程，以方便拓展Origin的功能和執(zhí)行批處理任務。Origin里面有兩種編程語言——LabTalk和Origin C。

在Origin的原有基礎上，用戶可以通過編寫X-Function來建立自己需要的特殊工具。X-Function可以調用Origin C和 [2]NAG函數(shù)，而且可以很容易地生成交互界面。用戶可以定制自己的菜單和命令按鈕，把X-Function放到菜單和工具欄上，以后就可以非常方便地使用自己的定制工具。

4，計算機在化學繪圖方面的應用

所謂計算機繪圖，狹義地理解，用計算機驅動繪圖儀或打印機畫出所需的圖形，在繪圖輸出之前，通常要把所畫圖形預先顯示在計算機屏幕(顯示器CRT)上，以便人們對所國圖形是否正確加以判斷，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤，即重新調試。這樣就可將很多錯誤消滅在繪圖輸出之前，以保證所繪圖形正確無誤。所以計算機繪圖可廣泛地應用在化學工業(yè)中，其工具主要有以下幾種 4.1功能強大的ACDI/Chemsketch 這是一個免費軟件(部分功能受限)，安裝很簡便。主要功能和特點:繪制平面(C2D)和立體(3D3化學結構式、反應式和化學圖形;其繪圖功能十分強大，具有豐富的化學圖形繪制工具，各種化學符號應有盡有;內置包括各種原子、有機物官能團等基本結構的模具工具欄，使得繪制復雜龐大的有機物結構式變得非常便捷，并且可以把繪制好的平面化學結構圖直接轉換為立體圖形:能夠預測分子結構的基本參數(shù)如分子量、摩爾體積、極性、密度、介電常數(shù)等;可對所繪制的分子結構自動命名文)，可提供有機物的同分異構體(正版才有)等等。其主要功能有：（1）繪制化學結構圖（2）編輯文本和圖形（3）測算各項參數(shù)（4）3D轉換和動態(tài)旋轉

4.2化學圖文編輯工具Chem/Window[3] 是化Chem Window可用于繪制化學圖形、化學實驗裝置圖、，化工工藝流程圖等，學工作者在教學和科研中的有力助手，其主 要用途有：

（1）編輯化學方程式（2）制作反映過程關系圖（3）繪制化學實驗裝置圖（4）繪制化工流程圖 4.3 Chemoffice系列軟件

Chemoflic。是一套功能十分強大的化學專業(yè)應用軟件，它是由ChemDraw , Chem3D和ChemFinder等三個軟件組成的一個軟件包，按發(fā)布時間有2002.2004, 2006等版本，根據(jù)功能和專業(yè)化程度又分為Std, Pro和Ultra三種版本，Ultra版還包含E-notebook及Chemlnfo數(shù)據(jù)庫，使其應用性更強。4.3.1 ChemDraw的應用

能夠繪制和編輯高質量的化學結構圖，識別和顯示立體結構，具有化學結構式與化學名稱相互轉換的功能:由于內建有NMR數(shù)據(jù)庫，能夠與Excel數(shù)據(jù)兼容，能夠進行網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫信息檢索等。

4.3.2 Chem3 D的應用

①將2D圖形轉化為3D圖形 ②利用Chern3D進行化學計算 4.4 visio 2007 繪制化學化工圖形[4]

是微軟公司出品的一款的軟件，它有助于 IT 和商務專業(yè)人員輕松地可視化、分析和交流復雜信息。它能夠將難以理解的復雜文本和表格轉換為一目了然的 Visio 圖表。該軟件通過創(chuàng)建與數(shù)據(jù)相關的 Visio 圖表（而不使用靜態(tài)圖片）來顯示數(shù)據(jù)，這些圖表易于刷新，并能夠顯著提高生產率。使用 Office Visio 2007 中的各種圖表可了解、操作和共享企業(yè)內組織系統(tǒng)、資源和流程 的有關信息。

使用 Office Visio 2007 中的新增功能或改進功能，可以更輕松地將流程、系統(tǒng)和復雜信息可視化：

借助模板快速入門。Office Visio 2007 提供了特定工具來支持 IT 和商務專業(yè)人員的不同圖表制作需要。使用 Office Visio Professional 2007 中的 ITIL（IT 基礎設施庫）模板和價值流圖模板，可以創(chuàng)建種類更廣泛的圖表。使用預定義的 Microsoft SmartShapes 符號和強大的搜索功能可以找到合適的形狀，而無論該形狀是保存在計算機上還是網(wǎng)站上。

快速訪問常用的模板。通過瀏覽簡化的模板類別和使用大模板預覽，在新增的“入門”窗口中查找所需的模板。使用“入門”窗口中新增的“最近打開的模板”視圖找到您最近使用的模板。

從示例圖表獲得靈感。在 Office Visio Professional 2007 中，打開新的“入門”窗口和使用新的“示例”類別，可以更方便地查找新的示例圖表。查看與數(shù)據(jù)集成的示例圖表，為創(chuàng)建自己的圖表獲得思路，認識到數(shù)據(jù)為眾多圖表類型提供更多上下文的方式，以及確定要使用的模板。

無需繪制連接線便可連接形狀。只需單擊一次，Office Visio 2007 中新增的自動連接功能就可以將形狀連接、使形狀均勻分布并使它們對齊。移動連接的形狀時，這些形狀會保持連接，連接線會在形狀之間自動重排。

Microsoft Office Visio 2007 繪圖和圖表制作軟件有助于 IT 和商務專業(yè)人員輕松地可視化、分析和交流復雜信息。它能夠將難以理解的復雜文本和表格轉換為一目了然的 Visio 圖表。該軟件通過創(chuàng)建與數(shù)據(jù)相關的 Visio 圖表（而不使用靜態(tài)圖片）來顯示數(shù)據(jù)，這些圖表易于刷新，并能夠顯著提高生產率。使用 Office Visio 2007 中的各種圖表可了解、操作和共享企業(yè)內組織系統(tǒng)、資源和流程的有關信息。

5 計算機在科技論文撰寫及演講中的應用

科技論文是作者對所從事的研究進行的集假說。數(shù)據(jù)和結論為一體的概括性論述，是科學研究工作的重要內容。撰寫論文主要目的是與同行交流，介紹作者研究工作，促進科學技術進步，獲得同行專家的意見并改進作者的工作。撰寫科技論文還是對研究工作的整理，總結和精煉的過程，有助于作者系統(tǒng)地思考，調整和完善研究思路。[6] Microsoft Word 2007是目前全世界最流行的文字編輯軟件，可以用它來編輯和發(fā)送電子郵件，編輯和處理網(wǎng)頁等。Mircrosoft Word為我們提供了文本和符號的編輯和修改，公式的編輯輸入，有詳細的字體和段落格式的設置以及頁面設置，頁眉頁腳的編輯，表格的制作，圖形的編輯，目錄的操作和文檔的打印等。

在撰寫論文也常常涉及到化工文獻的查詢，如果這項工作沒有計算機，那么其難度將是不可想象的！首先，全面的查閱文獻就成為不可能，化工行業(yè)遍布全球，分布之廣就是人力所不能完成的工作，其次，化工文獻眾多，人的大腦是不可能將其全面的進行歸類和總結。而計算機網(wǎng)絡卻能將這些復雜的問題解決掉，為我們的化工事業(yè)掃輕障礙。計算機在化工控制方面的應用

70年代，一些著名的儀表公司推出了Dcs集散控制系統(tǒng)，使計算機集中控制和直接數(shù)字控制得以在全球迅速推廣應用。80年代，計算機過程控制已進人高一層次，可完成Prn控制、順序控制和能量控制，圖示功能得到增強，并能實現(xiàn)PID參數(shù)自整定。90年代以來，發(fā)展更為迅速，RISC工作站使圖形窗口更完善，操作更方便，人機接口、容錯技術和通訊網(wǎng)絡都得到進一步發(fā)展。化工生產過程自動化的實現(xiàn)，能根本改變勞動方式，提高工人文化技術水平。[5] 6 7 計算機在過程模擬中的應用

人工智能是計算機發(fā)展的最高境界，也是計算機應用的重要領域?；瘜W的各個相關學科普遍具有知識量大、過程復雜、相對規(guī)律性較差的特點。利用計算機的海量信息存儲能力、準確的邏輯判斷分析能力和強大的計算能力，建立化學類專家系統(tǒng)具有重要的意義。因此需要了解掌握計算機智能化技術，結合邏輯運算、數(shù)據(jù)庫管理和決策判斷等技術知識，為建立各種化學化工模擬系統(tǒng)做知識儲備。

9結語

本文簡單介紹了計算機在化學化工各個領域中的不同應用，闡述了現(xiàn)代化學與計算機密不可分的關系，為我們在學習化學學習提供了方法和途徑。隨著計算機的高速發(fā)展，它在化學化工中的應用必將更加擴大。

參考文獻：

[1] 溫福星.張春娟.計算機在化工中的應用.現(xiàn)代企業(yè)教育.2009.5.[2] 溫小明；計算機在化工中的應用廣闊前景；計算機與應用化學；2008 [3]楊剛.ChemWindow 6.0 在化學化工及教學中的應用[J].化學教育,2003,24(10)[4]百度文庫.計算機在化工中的應用

[5]黃如輝；計算機控制技術在化工生產中的應用；上?；ぃ?994,(06).[6]李謙；毛利群；房曉敏；計算機在化學化工中的應用；化學工業(yè)出版社，2010 8