材料学科前沿知识讲座

材料学科前沿知识讲座（共6篇）

篇1：材料学科前沿知识讲座

学科前沿知识讲座总结

大学期间，尤其是在一年级和二年级期间我聆听了十几次学科前沿知识讲座，有关于网络的、嵌入式的，也有关于创新的、管理的，还有关于IT公司的历史发展、研究领域以及优秀成果的。在这些学科前沿知识讲座中，我受益颇丰，不仅学到了很多相关知识，也在学习之路上找到了方向，更使我在以后的学业和职业发展道路上少走弯路。每次听完讲座之后，我都感到学海无涯我辈需努力。下面我着重谈谈我对其中几个印象比较深的讲座的感受。

第一个印象比较深的讲座是网络存储系统知识系统基础知识讲座，是由张冬老师主讲的。那时候我还是刚入学的大一新生，对专业知识还没有太多的了解。第一次在大学里听讲座，我想这对于我来说总是有用的。果然，这次的讲座让我看到了网络的巨大力量，他居然能将那么多的信息简简单单的存储在那么小的一个叫做“硬盘”的东西上，然后通过网线互相传输给不同的人。我记得很清楚当时张冬老师讲了关于硬盘里的数据是如何被读取的，也是在那次讲座上我从一个对网络知识一无所知的人变成了一个对网络知识学习十分热忱的人。我感受到了网络的巨大魅力，也确定了我将要在这条路上走下去。

第二个印象比较深的讲座是侯铁珊教授的关于次贷危机的讲座。讲座是在图书馆的报告厅举行的，我记得当时人特别多，大家都很关注次贷危机这个话题。另一方面，侯教授也是我们学校里比较有名的人物，他是我国经济学界著名专家。侯教授从管理学的发展作为切入点，从思辨哲学革命的独特视角，通过大量鲜明生动的案例，历数国内外管理观念创新沿革，上溯中国五千年文化精粹，将中西方管理思维相互借鉴与融合，以宇宙学的广度、哲学的深度阐述原理、诠释真谛。演讲风格深入浅出，生动幽默，发人深思，引起了广大听众的强烈共鸣。侯教授这次的演讲意味深长，言语之间不时透着对我们这一代年轻人的期待，他期待我们用自己的青春和热情让祖国真正繁荣昌盛。

第三个给我深刻印象的讲座是王众托院士的对创新能力培养的一些思考的讲座。2010年7月7日下午，我们在图书馆报告厅迎来了全国著名系统科学与管理科学专家王众托院士。王院士的讲座主要针对我国当前发展面临的问题、创新的含义与对人才的要求、创新对知识和能力的全面理解、目前高校教育无法满足创新要求以及从学习和思维方式上看创新、如何努力提高创新素质等问题上展开深入细致的剖析。创新是一个民族进步的灵魂。王众托院士虽然年事已高，但依然为关心并出力于社会发展事业。我还依然清晰地记得王老送给我们的那句话“海到尽头天作岸，山登绝顶我为峰”。这句话激励着我们要敢于拥有世界责任感和独立开拓、勇于奉献的创新精神。

时代在召唤，我们这一代人既面对着激烈的社会竞争也担负着推动社会经济、技术体系改变的责任，我们没有理由不去肩负这个责任让祖国真正的繁荣和强大。

篇2：材料学科前沿知识讲座

生物医用高分子

一.引言

生物医用功能材料即医用仿生材料，又称为生物医用材料。这类材料是用于与生命系统接触并发生相互作用，能够对细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的天然或人工合成的特殊功能材料。随着化学工业的发展和医学科学的进步，生物医用功能材料的应用越来越广泛。从高分子医疗器械到具有人体功能的人工器官，从整形材料到现代医疗仪器设备，几乎涉及到医学的各个领域，都有使用医用高分子材料的例子。医用高分子材料所用的材料种类已由最初的几种，发展到现在的几十种，其制品种类已有上千种。

目前，生物医用功能材料应用很广泛，几乎涉及到医学的各个领域。其大致可分为机体外使用与机体内使用两大类。机体外用的材料主要是制备医疗用品，如输液袋、输液管、注射器等。由于这些高分子材料成本低、使用方便，现已大量使用。机体内用材料又可分为外科用和内科用两类。外科方面有人工器官、医用黏合剂、整形材料等。内科用的主要是高分子药物。所谓高分子药物，就是具有药效的低分子与高分子载体相结合的药物，它具有长效、稳定的特点。二.发展历史

生物医用高分子材料的发展经历了三个阶段，第一阶段始于1937年，其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料，如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953年，其标志是医用级有机硅橡胶的出现，随后又发展了聚羟基乙酸酯缝合线以及四种聚酯心血管材料，从此进入了以分子工程研究为基础的发展时期。该阶段的特点是在分子水平上对合成高分子的组成、配方和工艺进行优化设计，有目的地开发所需要的高分子材料。目前的研究焦点已经从寻找替代生物组织的合成材料转向研究一类具有主动诱导、激发人体组织器官再生修复的新材料，这标志着生物医用高分子材料的发展进入了第三个阶段。其特点是这种材料一般由活体组织和人工材料有机结合而成，在分子设计上以促进周围组织细胞生长为预想功能，其关键在于诱使配合基和组织细胞表面的特殊位点发生作用以提高组织细胞的分裂和生长速度。

三.基本性能要求 1.力学性能稳定

在使用期限内，针对不同的用途，材料的尺寸稳定性、耐磨性、耐疲劳度、强度、模量等应适当。比如，用超高分子量聚乙烯材料做人工关节时，应该用模量高、耐疲劳强度好、耐磨性好的材料。2.化学性能稳定

作为生物材料，化学性能必须稳定，对人体的血液、体液等无影响，不形成血栓等不良影响。人体是一个相当复杂的环境，血液在正常环境下呈现微碱性，胃液呈酸性，且体液与血液中含有大量的钾、钠、镁离子，含有多种生物酶、蛋白质、人体的环境易引起聚合物的降解、交联及氧化反应；生物酶会引起聚合物的解聚；体液会引起高分子材料中的添加剂析出；血液中的脂类、类固醇以及脂肪等会引起聚合物的溶胀，使得材料的强度降低。例如聚氨酯中含有的酰胺基极易水解，在体内会降解而失去强度，经过嵌段改性后，化学稳定性提高。

3.与人体的组织相容性好

医用材料必须与人体的组织相容性好，不会引起炎症或其他排异反应材料，所引起的宿主反应应该能够控制在一定可以接受的范围之内。一些含有对人体有毒有害的基团是不能用作生物医用功能材料的，如有些添加剂对人体有害或有些残留单体对人体有不良影响等，这都应该引起极度的警惕。有些添加剂会随时间的变化，从材料内部逐渐迁移到表面与体液和组织发生作用，引起各种急性和慢性的反应。4.无致癌性，耐生物老化

无致癌性，耐生物老化，长期放置体内的材料及物理机械性能不发生明显的变化。生物医用药用功能材料植入人体时，除应该考虑材料的物理性质和化学性质外，另外还应该考虑其形状因素。引起癌变的因素是多方面的，有化学因素、物理因素以及病毒等。应用高分子材料植入人体后，其本身的性能以及它所包含的杂质、残余单体等都有可能引起和众多副反应的发生。研究表明，高分子材料对人体并不存在更多的致癌因素。5.易于加工成型并且来源广泛

除上述一般要求外，根据用途的不同和植入部位的不同有着各自的特殊要求，如与血液接触的不能产生凝血，眼科材料应对角膜无刺激，注射整形材料要求注射前流动性好，注射后固化要快等。作为体外时用的材料，要求对皮肤无害，不导致皮肤过敏，耐汗水等侵蚀，耐消毒而不变质。人工器官还要求材料应具有良好的加工性能，易于加工成所需的各种复杂形状。总而言之，不同的用途有着许多特殊的要求。

四、医用高分子材料分类 1.高分子人造器官

高分子人造器官主要包括人造心脏、人造肺、人造肾脏等内脏器官；人造血管、人造骨骼等体外器官；人造假肢等。由于这些人造器官需要长时间与人体细胞、体液和血液接触，因此此类材料除了需要具备特殊的功能外，还要求材料安全无毒，稳定性好，具备良好的生物相容性。大多数的高分子本身对生物体并无毒副作用，不产生不良影响，毒副作用往往来自于高分子生产时加入的添加剂，如抗氧剂、增塑剂、催化剂以及聚合不完全产生的低分子聚合物。因此对材料的添加剂需要仔细选择，对高分子人造器官应进行生物体测定。人造器官在使用前的灭菌也是重要的一个环节。另外，人造器官要求在使用条件下材料不能发生水解、降解和氧化反应等。2.高分子治疗材料 用于治疗用的功能高分子材料主要包括牙科材料、眼科材料、美容材料和外用治疗用材料。对这种材料的基本要求首先也是稳定性和相容性好，无毒副作用；其次才是机械性能和使用性能。例如，人工晶状体以前多用硅玻璃水晶体，后采用硅橡胶球，也可以用甲基丙稀酸环和甲基丙烯酸丁酯的共聚物来提高其折光性和韧性。20世纪80年代初，聚乙烯醇水凝胶被用来制造人工玻璃体，PVA水凝胶的特性与玻璃体比较接近，注入后可以与玻璃体完全融合。3.高分子包装材料

用于药物包装的高分子材料正逐年增加。包装药物的高分子材料大体上可分为软、硬两种类型。硬型材料如聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等，由于其强度高、透明性好、尺寸稳定、气密性好，常用来代替玻璃容器和金属容器，制造饮片和胶囊等固体制剂的包装。新型聚酯聚萘二甲酸乙二醇酯除具有优异的力学性能及阻隔性能外，还有较强的耐紫外线性，可用于口服液、糖浆等的热封装。软型材料如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氯乙烯及乙烯-醋酸乙烯共聚物等，常加工成复合薄膜，主要用来包装固体冲剂、片剂等药物。而半硬质聚氯乙烯片材则被用作片剂、胶囊的铝塑泡罩包装的泡罩材料。至于药膏、洗剂、酊剂等外用药液的包装，则用耐腐蚀性极强且综合性能优良的聚四氟乙烯来担任。

五、小结

医用高分子的发展已经渗透到医学的各个领域，但离随心所欲地应用高分子医用材料的目标尚有许多差距。传统的医用高分子材料多采用聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯作为硬组织材料，但它们的性能还远远不够。医用高分子材料在许多方面尚有待进一步发展。

迄今为止，许多人工脏器还不能解决凝血问题，异体材料的抗凝血性已成为医用高分子材料发展的一个重要的问题，制备生物相容性好、具有抗血栓性能的材料已成为目前的一个重要的课题。研究开发混合型人工脏器，将生物酶和生物细胞固定在高分子材料上，制备具有生物活性的人工脏器已取得很大的成就。医用材料近些年来研究效果显著，但目前仍然处于经验和半经验阶段。由于医用材料与肌体组织在结构、功能、代谢、生物化学行为和生物力学特性方面具有差异，这些材料往往被生物体看作异物，从而不被生物体接受。考虑如何才能使植入材料整合，使得组织重建并建立在分子设计的基础上以材料的结构与性能关系、材料的化学组成表面性质和生命体组织的相容性之间的关系为依据，从而研究开发新材料才是重要课题。

PVC复合材料

一、引言

二十世纪30年代广泛发展起来的以塑料为代表的聚合物，已具有越来越重要的地位。塑料工业在当今世界已成为新型的材料工业，塑料已经和钢材、木材、水泥并列为4大基本材料，而今作为塑料原料的合成树脂产量多年来始终以高速增长。到上实际90年代中期已经突破一亿吨。二十一世纪能源工业、材料工业、信息工业将是世界经济的三大支柱产业。塑料工业将创造各种各样性能的材料，为世界经济的发展注入强大的动力。PVC作为通用树脂之一，具有价廉、阻燃性能优良、绝缘性能好、耐腐蚀等优良的综合性能和价格低廉、原材料来源广泛的优点，已被广泛的应用于建筑、包装及汽车工业等领域，其产量仅次于聚乙烯(PE)而居世界树脂产量的第二位。硬质PVC塑料具有硬度大、刚性和强度大、耐腐蚀、耐老化性优良、电绝缘性好等优点，且价格便宜。近年来硬质品发展迅速，其中硬质挤出制品如管材、板材、异型材等正被用来代替钢材、木材等制造管道、板材、建筑结构材料、装饰材料以及各种嵌条。广泛应用于建筑、化工、医学、电子、轻工、农业及交通等部门。

我国硬质PVC制品比例甚小，无论在树脂品级、改性剂的研究、生产、加工设各改良及制品市场开拓诸方面有待发展。作为结构材料，硬质PVC制品面临的主要技术难点是：材料脆性大、耐热变形性差及热稳定性差、加工性能不佳等，这在一定程度上使它的应用受到限制。为了改进这些性能，国内外自上世纪70年代起开始大规模的开展PVC改性的研究，内容涉及增韧、增强、提 高耐热性能、赋予PVC特种功能等方面，迸一步拓宽了PVC的应用领域。国外常用PVC共混物来替代价格昂贵的工程塑料，大大提高了PVC的使用价值。PVC的增韧增强改性引起了世界各国学者广泛的关注，并展开了大量的研究工作。

二、PVC的改性 1.共混改性PVC 塑料共混改性是指在一种树脂中掺入一种或多种其它树脂(包括塑料和橡胶)。从而达到改变原有树脂性能的一种改性方法。共混方法是高分子材料改性最常用的方法，共混物中各聚合物组分之间主要是物理结合，共混物的形态结构取决于聚合物之间的热力学相容性、聚合物的组分特性、实施共混的方法和工艺条件等多方面的因素影响。PVC与其他性能相对优良的材料共混，可以提高PVC的性能。如PVC与ABS共混，能提高PVC的拉伸强度、冲击强度和加工性能。PVC与ACR或CPE共混，能显著提高PVC冲击强度和加工性能.制备共混物的方法主要有：1．机械共混法：将诸聚合物组分在混合设备如高速混合机、双辊混炼机、挤出机中均匀混合。2．溶液共混法：系将各聚合物组分溶解于共同溶剂中再除去溶剂即得到聚合物共混物。3．乳液共聚法：将不同聚合物的乳液均匀混合再共沉析而得的共混物。溶液共混法适用于易溶聚合物和某些液态聚合物共混物以溶液状态被应用的情况。4．共聚一共聚法：这是制备共混物的化学方法。该法又有接枝共聚一共混与嵌段共聚一共混之分，在制取聚合物共混物方面，接枝共聚一共混法更为重要。5各种互穿网络聚合物(IPN)技术,IPN法形成了互穿网络聚合物，是一种以化学法制备物理共混物的方法。

2.3纳米复合技术改性PVC 研究表明，任何材料进入纳米尺寸(1～100nm)时都会具有奇异或反常的特性，表面界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。这些特性使纳米微粒结构表现出奇异的物理、化学特性，具有卓越的光、力、电、热、放射、吸收等特殊功能。聚合物纳米复合材料是以聚合物为基体、填充颗 粒以纳米尺度(小于100nm)分散于基体中的新型高分子复合材料。与传统的复合材料相比，由于纳米粒子带来的纳米效应和纳米粒子与基体间强的界面相互作用，聚合物纳米复合材料具有优于相同组分常规聚合物复合材料的力学、热学性能，为制各高性能、多功能的新一代复合材料提供了可能。

近年来，利用将纳米材料分散于聚合物中以提高聚合物材料性能的研究日趋活跃。研究较多的复合技术主要有：纳米粒子增韧增强PVC、纳米插层复合物增韧增强PVC、分子复合纳米材料增韧增强PVC、原位复合材料增韧增强PVC、纳米晶须增韧增强PVC及纳米级聚合物微纤增韧增强PVC等。2.4添加改性助剂在PVC中

塑料添加改性是指在聚合物(树脂)中加入小分子无机物或有机物，通过物理或化学作用，以取得某种预期性能的一种改性方法。塑料的添加改性是开发最早的一种改性方法，它改性效果明显，工艺简单，成本低，因而应用十分广泛.塑料添加改性按添加剂的性质可以分成无机添加改性和有机添加改性两种。无机添加改性是指在塑料中添加无机添加剂的一类改性，常用的无机添加剂主要有：填充剂、增强剂、阻燃剂、着色剂及成核剂等。有机添加改性是指在塑料中添加有机添加剂的一类改性，常用的有机添加剂主要有：增塑剂、有机锡稳定剂、抗氧剂从有机阻燃剂等。

PVC的改性助剂主要包括增塑剂、抗冲剂、热稳定剂、润滑剂等几大类。

三、小结

PVC是一种通用塑料，价格低廉，应用广泛，但其韧性差、稳定性差，通过不同的方式对其进行改性复合，不仅可以使PVC达到增强、增韧的目的，还会赋予PVC一些特殊性能（如高阻隔性、高导电性、高阻燃、抑氧、尺寸稳定性、优良的光学性能等）。随着复合材料技术的发展，PVC改性复合材料的市场前景非常看好，在高性能化和功能化方面具有潜在的市场。

航空航天材料

一、简介

航空航天材料是指飞行器及其动力装置、附件、仪表所用的各类材料，是航空航天工程技术发展的决定性因素之一。也是航空航天材料科学是材料科学中富有开拓性的一个分支。18世纪60年代发生的欧洲工业革命使纺织工业、冶金工业、机器制造工业得到很大的发展，从而结束了人类只能利用自然材料向天空挑战的时代。1903年美国莱特兄弟制造出第一架装有活塞式航空发动机的飞机,当时使用的材料有木材(占47%),钢（占35%）和布（占18%）,飞机的飞行速度只有16公里/时。1906年德国冶金学家发明了可以时效强化的硬铝，使制造全金属结构的飞机成为可能。40年代出现的全金属结构飞机的承载能力已大大增加，飞行速度超过了600公里/时。在合金强化理论的基础上发展起来的一系列高温合金使得喷气式发动机的性能得以不断提高。50年代钛合金的研制成功和应用对克服机翼蒙皮的“热障”问题起了重大作用，飞机的性能大幅度提高,最大飞行速度达到了3倍音速。40年代初期出现的德国 V-2火箭只使用了一般的航空材料。50年代以后，材料烧蚀防热理论的出现以及烧蚀材料的研制成功，解决了弹道导弹弹头的再入防热问题。60年代以来,航空航天材料性能的不断提高,一些飞行器部件使用了更先进的复合材料，如碳纤维或硼纤维增强的环氧树脂基复合材料、金属基复合材料等，以减轻结构重量。返回型航天器和航天飞机在再入大气层时会遇到比弹道导弹弹头再入时间长得多的空气动力加热过程，但加热速度较慢，热流较小。采用抗氧化性能更好的碳-碳复合材料、陶瓷隔热瓦等特殊材料可以解决防热问题。

二、基本性能要求 1.高的比强度和比刚度

对飞行器材料的基本要求是：材质轻、强度高、刚度好。减轻飞行器本身的结构重量就意味着增加运载能力，提高机动性能，加大飞行距离或射程，减少燃油或推进剂的消耗。因此比强度和比刚度是衡量航空航天材料力学性能优劣的重要参数。同时飞行器除了受静载荷的作用外还要经受由于起飞和降落、发动机振动、转动件的高速旋转、机动飞行和突风等因素产生的交变载荷，因此材料的疲劳性能也受到人们极大的重视。2.优良的耐高温性质

航空材料要能耐受较高的工作温度。对机身材料，气动力加热效应使表面温度升高，需要结构材料具有好的高温强度；对发动机材料，要求涡轮盘和涡轮叶片材料要有好的高温强度和耐高温腐蚀性能。3.耐老化、耐腐蚀

各种介质和大气环境对材料的作用表现为腐蚀和老化。航空航天材料接触的介质是飞机用燃料(如汽油、煤油)、火箭用推进剂（如浓硝酸、四氧化二氮、肼类）和各种润滑剂、液压油等。其中多数对金属和非金属材料都有强烈的腐蚀作用或溶胀作用。在大气中受太阳的辐照、风雨的侵蚀、地下潮湿环境中长期贮存时产生的霉菌会加速高分子材料的老化过程。所以耐腐蚀性能、抗老化性能、抗霉菌性能也是航空航天材料应该具备的良好特性。4.寿命长以及安全性高

作为载人技术的支撑材料，安全因素是必须考虑在内的。同时要注意的是，在不断减少飞机质量的同时，更加不能忽视因质量减少而导致安全性减小现象的产生。5.成本要低

新型号的先进飞机价格不断攀升，各航空技术领先的国家和地区都先后对航空产品提出了“买得起”的要求。而材料在航空产品的成本和价格构成中占有相当份额，所以科学地选材和努力发展低成本材料技术是航空材料发展的重要方向。同时很多民航飞机，作为普通民众所要使用的交通工具，努力降低成本也是实现“以人为本”的一项要求。

三、材料分类 1.铝合金 铝合金因其技术成熟、成本低、使用经验丰富等优势，在相当长的时期内，仍将是亚音速飞机和低超音速飞机的主要结构用材之一。2.结构钢

一些新型超高强度钢在今后仍然还会是起落架、主要接头、隔框等一些主要承力构件的备选材料。3.钛合金

钛合金在飞机结构用材中所占的重要地位已确定无疑，但是钛合金的较贵的价格和较差的工艺性，是影响使用的很大因素。4.先进复合材料

由于先进复合材料具有比钢、铝、钛高得多的比强度、比模量和耐疲劳等优点，在未来高性能的飞机结构材料中，先进复合材料将会占据越来越重要的地位，甚至完全有可能出现全复合材料结构的飞机。

光纤通信

一、光纤通信的发展史

1966年，英籍华人高馄指出：如果能够减少玻璃中的杂质含量，就可以制造出损耗低于 20dB/km 的光纤。1970 年是使光纤通信发展出现跨越的一年，美国康宁公司研制出了损耗系数为 20dB / km 的光纤。同年，美贝尔公司研制出使用寿命长达几小时的半导体激光器，光纤通信从此进入飞速发展。通过以上的发展时期可以把光纤通信的发展归纳为三个阶段： 1966～1976 年：从基础研究到商业应用的开发时期；1976～1986 年：以提高传输速率和增加传输距离为目的和大力推广的发展阶段；1986～1996 年：以实现超大容量超长距离为目标，全面深入开展新技术的援救阶段。

二、光纤通信的特点 目前光纤通信己经成为通信中的最主要的传输技术，以下优点： 1.传输频带宽，通信容量大

由信氨论知道，载波频率越高，通信容量越大。它与其他通信传输系统相比，具有目前光纤通信使用的光载波频率在 1014Hz ～1015Hz 数量级，比常用的微波频率高 104倍～105倍，因而，通信容量原则上比微披通信高 104倍～105 倍。

2.传输衰减小，传输距离长

普通传输线的传输损耗，主要是由铜线的电阻以及导线间电容的漏电引起的，要想降低损耗，就得增大传输线的尺寸。而光纤传输损耗不同于普通传输线，其损耗几乎与光纤尺寸无关，且在使用的光波段内，光纤对每一频率的损耗几乎是相同的，提高纯度可以降低损耗。目前，通信用的普通石英光纤损耗一般都低于l0dB/k m。使用 1.55 波长时，损耗可以降为 0.2dB/km。3.抗电磁十扰，传输质量好

制造光纤的材料石英是绝缘介质，它不受输电线、电气化铁路的馈电线和高压设备等电器干扰的影响，不会在光纤中产生感应电磁干扰，也可避免雷电等自然因素产生的损害和危险。4.体积小、重量轻、便于施

光纤真正传光的是线芯，多模光纤的线芯直径为 50 m～85 m，单模光纤的线芯直径为 5 m～10 m，国际上规定通信光纤的包层自径为 125 m，当然，外面还要有保护层，再将若干光纤制成光缆。与电缆相比，无论是尺寸还是重量都少得多，由于光缆线径细，重量轻，可以节约地下管道建设投资，而且便于敷设、运输和施工。

5.原材料丰富，节约有色金属

有利于环保制造光纤的原材料是石英，材料丰富，并且可以代替光缆的铜线或铝线，节约有色金属，也有利于环保。光纤本身也有缺点：如光纤质地脆，机械强度低；光纤的切断和接续需要一定的工具设备和技术，光缆的歪曲半径不能过小等等。但总的说来，光纤技术比其他通信方式优越，大力发展光纤通信己成趋势。

三、光纤的结构与分类

目前通信用的光纤大多采用石英玻璃（SiO2）制成的横截面很小的双层同心圆柱体，未经涂覆和套塑时称为裸光纤，如图1所示。从图1中可以看出，光纤由纤芯和包层两部分组成，纤芯的材料是SiO2，掺杂微量的其他材料，掺杂的作用是为了提高材料的光折射率。包层的材料一般用纯 SiO2，也有掺杂的，掺杂的作用是降低材料的光折射率。所以纤芯的折射率略高于包层的折射率，目的在于使进入光纤的光有可能全部限制在纤芯内部传输。由于石英玻璃质地脆、易断裂，为保护光纤不受损害，提高抗拉度，一般需要在裸光纤外面指经过两次涂敷。它的剖面结构如图2 所示。

图一 光纤的结构图图

从图 2 中可以看出：纤芯位于光纤中心，直径（2a）为 5 m～75 m，作用是传输光波。包层位于纤芯外层，直径（2b）为 100 m ～150 m，作用是将光波限制在纤芯中。为了使光波在纤芯中传送，包层材料折射率 n2比纤芯材料折射率 n l 小，即光纤导光的条件是 n l > n2。一次涂敷层是为了保护裸纤而在其表面涂上的聚氨基甲酸乙脂或硅酮树脂层，厚度一般为30 m ～150 m。套层又称二次涂覆或被覆层，多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次涂敷的裸光纤称为光纤芯线。

图二 光纤剖向结构图

光缆一般由缆芯、加强元件和护层三部分组成。(a)缆芯：由单根或多根光纤芯线组成，有紧套和松套两种结构。紧套光纤有二层和三层结构。(b)加强元件：用于增强光缆敷设时可承受的负荷，一般是用金属丝或非金属纤维制作。（c）护层：具有阻燃、防潮、耐压、耐腐蚀等特性，主要是对己成缆的光纤芯线进行保护。根据敷设条件可由铝带／聚乙烯综合粘接外护层（LAP），钢带（或钢丝）销装和聚乙烯护层等组成。

实际使用的光缆分类如表 1 所示：

表一 实际使用的光缆分类

吸附材料

一、简介 吸附法是利用吸附剂吸附废水中某种或几种污染物，以便回收或去除它们，从而使废水得到净化的方法。利用吸附法进行物质分离已有漫长的历史，国内外的科研工作者在这方面作了大量的研究工作，目前吸附法已广泛应用于化工、环境保护、医药卫生和生物工程等领域。在化工和环境保护方面，吸附法主要用于净化废气、回收溶剂（特别适用于腐蚀性的氯化烃类化合物、反应性溶剂和低沸点溶剂）和脱除水中的微量污染物。后者的应用范围包括脱色、除臭味、脱除重金属、除去各种溶解性有机物和放射性元素等。在处理流程中，吸附法可作为离子交换、膜分离等方法的预处理，以去除有机物、胶体及余氯等，也可作为二级处理后的深度处理手段，以便保证回用水质量。利用吸附法进行水处理，具有适应范围广、处理效果好、可回收有用物料以及吸附剂可重复使用等优点，随着现有吸附剂性能的不断完善以及新型吸附剂的研制成功，吸附法在水处理中的应用前景将更加广阔。

二、基本性能要求

吸附剂是决定高效能的吸附处理过程的关键因素，广义而言，一切固体都具有吸附能力，但是只有多孔物质或磨得极细的物质由于具有很大的表面积，才能作为吸附剂。工业上常用的吸附剂有：活性氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛等，另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的吸附材料。气体吸附分离成功与否，极大程度上依赖于吸附剂的性能，因此选择吸附剂是确定吸附操作的首要问题。工业吸附剂还必须满足下列要求：（1）吸附能力强；（2）吸附选择性好；（3）吸附平衡浓度低；（4）容易再生和再利用；（5）机械强度好；（6）化学性质稳定；（7）来源广；（8）价廉。

三、常见吸附材料种类 1.活性氧化铝

活性氧化铝是由铝的水合物加热脱水制成，它的性质取决于最初氢氧化物的结构状态，一般都不是纯粹的Al2O3,而是部分水合无定形的多孔结构物质，其中不仅有无定形的凝胶，还有氢氧化物的晶体。由于它的毛细孔通道表面具有较高的活性，故又称活性氧化铝。它对水有较强的亲和力，是一种对微量水 深度干燥用的吸附剂。在一定操作条件下，它的干燥深度可达露点‐７０℃以下。市售的层析用氧化铝有碱性、中性和酸性三种类型，粒度规格大多为100～150目。2.硅胶

硅胶是硅酸的部分脱水后的产物，其成分是SiO2·xH2O，又叫缩水硅酸。是一种坚硬、无定形链状和网状结构的硅酸聚合物颗粒，为一种亲水性的极性吸附剂。它是用硫酸处理硅酸钠的水溶液，生成凝胶，并将其水洗除去硫酸钠后经干燥，便得到玻璃状的硅胶，它主要用于干燥、气体混合物及石油组分的分离等。工业上用的硅胶分成粗孔和细孔两种。粗孔硅胶在相对湿度饱和的条件下，吸附量可达吸附剂重量的８０％以上，而在低湿度条件下，吸附量大大低于细孔硅胶。

3、活性炭

吸附剂中活性炭应用于水处理已有几十年的历史。60 年代后有很大发展，国内外的科研工作者已在活性炭的研制以及应用研究方面作了大量的工作。制作活性炭的原料种类多、来源丰富，包括动植物(如木材、锯木屑、木炭、谷壳、椰子壳、稻麦杆、坚果壳、脱脂牛骨、鱼骨等)、煤(泥煤、褐煤、沥青煤、无烟煤等)、石油副产物(石油残渣、石油焦等)、纸浆废物、合成树脂以及其他有机物(如废轮胎)等。是将木炭、果壳、煤等含碳原料经炭化、活化后制成的。活化方法可分为两大类，即药剂活化法和气体活化法。药剂活化法就是在原料里加入氯化锌、硫化钾等化学药品，在非活性气氛中加热进行炭化和活化。气体活化法是把活性炭原料在非活性气氛中加热，通常在700℃以下除去挥发组分以后，通入水蒸气、二氧化碳、烟道气、空气等，并在700~1200℃温度范围内进行反应使其活化。活性炭含有很多毛细孔构造所以具有优异的吸附能力。3.分子筛

又包括沸石分子筛和碳分子筛。分子筛与其他吸附剂相比, 还具有特殊的吸附性能, 即在低分压(或低浓度)及较高温度的吸附情况下, 分子筛与其他吸附剂 有显著的差别。如对于水, 即使在低分压或低浓度、高温度下仍有很高的吸附容量, 是其他吸附剂所不及的。

多孔金属材料的制备及应用

一、介绍

多孔材料可分为金属和非金属两大类,也可细分为多孔陶瓷材料、高分子多孔材料和多孔金属材料3 种不同的类型。多孔金属材料又称为泡沫金属,作为结构材料,它具有密度小、孔隙率高、比表面积大等特点;作为功能材料,它具有多孔、减振、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种性能。而且,多孔金属材料往往兼有结构材料和功能材料的双重作用,是一类性能优异的多用途材料。目前,多孔金属材料已经在冶金、石油、化工、纺织、医药、酿造等国民经济部门以及国防军事等部门得到了广泛的应用。

二、制备方法

多孔金属材料作为多孔材料的重要组成部分,在材料学领域具有不可取代的地位。从20 世纪中叶开始,世界各国竞相投入到多孔金属材料的研究与开发之中,并相继提出了各种不同的制备工艺。根据制备过程中金属所处的状态可以将这些制备方法划分为以下几种:(1)液相法,(2)气相法,(3)金属沉积法。1 液相法 1.1 直接发泡法

早在19 世纪六七十年代,以直接发泡法制备多孔金属就已经获得了成功。相关实验主要集中在Al、Mg、Zn 等低熔点金属及其合金的闭孔金属材料的制备方面。经过研究者多年的实验和研究,直接发泡法制备多孔金属材料的工艺日渐成熟,目前已广泛应用于工业生产领域。直接发泡法包括两类不同的工艺:(1)直接吹气法发泡法;(2)金属氢化物分解发泡法。(1)直接吹气法发泡法 对于制备泡沫金属,直接吹气法是一种简便、快速且低耗能的金属发泡方法。该方法的工艺是首先向金属液中加入SiC、Al2O3等以提高金属液的粘度,然后使用特制的旋转喷头向熔体中吹入气体(如空气、氩气、氮气)。该法制备泡沫金属的工艺流程如图1 所示。

图1 直接吹气法发泡法制备泡沫金属材料的流程图

该方法主要应用于泡沫铝的生产中。用这种工艺来生产泡沫铝,首先应在熔融铝液中加入一种高熔点材料的细小颗粒,这种难熔颗粒在铝液中既可以增加铝液粘度,又可以在气体和金属的界面上形成一层表面活性剂,从而保证气体能稳定地滞留在铝液中,并在凝固过程中不会导致泡沫塌陷。尽管有多种符合应用条件的难熔材料,但在实际生产中常选用碳化硅作为增加铝液粘度的增粘剂。在这一过程中,碳化硅可与铝液反应形成碳硅铝的合成物,并使铝液保持在相对较低的搅拌温度。

(2)金属氢化物分解发泡法

这种方法是在熔融的金属液中加入发泡剂(金属氢化物粉末),氢化物被加热后分解出H2 ,并且发生体积膨胀,使得液体金属发泡,冷却后得到泡沫金属材料。在制备过程中,为了防止不均匀现象的发生,也可以加入固体Ca来增加粘度,以避免气泡逸出。1.2 铸造法(1)熔模铸造法 熔模铸造法是先将已经发泡的塑料填充入一定几何形状的容器内,在其周围倒入液态耐火材料,在耐火材料硬化后,升温加热使发泡塑料气化,此时模具就具有原发泡塑料的形状,将液态金属浇注到模具内,在冷却后把耐火材料与金属分开,可得到与原发泡塑料的形状一致的金属泡沫。采用这种方法制备多孔金属的成本较高,以多孔锌为例,每立方厘米的成本在10美元以上。(2)渗流铸造法

该原理是先把填料放于铸模之内,在其周围浇铸金属,然后把填料去除掉,得到泡沫金属材料。渗流铸造法可根据渗透压力的不同分为高压渗流法和低压渗流法。高压渗流法是将填料和调节性载体(均可燃)按一定的比例混合均匀,把这种混合物在模子内压实,烘干后得到一定尺寸的预制块,将预制块放入高压渗流模内,加入熔融金属液,在一定的高压下,金属液体快速渗入预制块的孔隙之中,冷却后将可燃性预制块在一定温度下燃烧去除,就得到了三维网络状的金属泡沫金属。低压渗流法则是将可溶性填料放置于预热炉的上部,通过进气口加压,使金属液体沿着型腔内壁上升至预热炉内并与填料颗粒混合,冷却后将颗粒溶解去除即可。填料有许多种,它可以是有机的或无机的颗粒,也可以是低密度的空心球。可溶性盐、泡沫玻璃球、氧化铝空心球可以作为无机填料颗粒。如果熔融的金属液凝固的速度足够快,高分子聚合物也可以作为有机填料颗粒。为了避免金属液提前凝固而不能充分的渗入,填料颗粒必须经过预热。1.3 溅射法

溅射法可以制备多孔金属(合金)材料。该方法的原理是在反应器内维持可控的惰性气体压力,在等离子的作用下,通过电场的作用将金属沉积在基体上,与此同时,惰性气体的原子也一并沉积,升高温度,金属熔化时惰性气体发生膨胀形成一个个的空穴,冷却后即为泡沫金属。2 固相法

2.1 粉末冶金(PM)法 该方法的原理是将金属粉末与造孔剂按一定的配比混合均匀后,在一定的压力下压制成具有一定致密度的预制品。将预制品在真空烧结炉中进行烧结,制得复合材料烧结坯,将烧结坯以一定方法去除造孔剂,最后制得了多孔金属材料。2.2 粉末发泡法

该方法的基本工艺是将金属或非金属粉末与发泡剂按一定的比例混合均匀,然后在一定的压力下压制成具有一定致密度的预制品。将预制品经过进一步加工,如轧制、模锻等,使之成为半成品,然后将半成品放入一定的钢模中加热,使得发泡剂分解放出气体发泡,最后得到多孔泡沫金属材料。2.3 金属空心球法

该方法是将一个个的金属空心球通过烧结粘结到一起而形成多孔结构。目前所用的金属空心球原料是以铜、镍、钢或者钛为基体的。金属空心球可以通过化学合成和电沉积的方法在高分子球的表面镀上一层金属,然后把高分子球去除而得到;通常金属空心球的直径在0.8～8mm ,壁的厚度在10～100μm。金属空心球可以用来制备通孔或闭孔、排列规则或不规则的多孔金属材料。2.4 金属粉末纤维烧结法

烧结金属粉末多孔材料是采用金属或合金粉末为原料,通过压制成型和高温烧结而制得具有刚性结构的多孔材料。其孔隙结构由规则和不规则的粉末颗粒堆垛而成,孔隙的大小和分布以及孔隙率大小取决于粉末粒度组成和加工工艺。3 金属沉积法

金属沉积法就是采用化学的或物理的方法把欲得泡沫金属的金属物沉积在易分解的有机物上,可分为电沉积和气相沉积两种。3.1 电沉积法

电沉积是用电化学的方法实现制备,它主要由4个步骤组成:(1)以泡沫有机物为基体,由于它不导电,故须在酸性条件下用强氧化剂对有机物进行腐蚀,使其表面变得易于被水润湿并产生微痕,常用的氧化剂为H2Cr2O7、H2SO4、H3PO4的混合物,这一步骤常称为粗化；(2)粗化后用PdCl2 溶液中的Pd2+对表面进行催化,称为活化；(3)放入镀液进行化学镀,得到均匀地附着于与有机物表面导电的金属层,镀液中含有金属离子和还原剂,常见的镀层有Cu、Ni、Fe、Co、Ag、Au和Pd；(4)最后将经过化学镀处理的有机物进行电镀得到所需要种类的金属和厚度。必要时可把有机物在高温下进行处理使其分解。Pd 较为昂贵,活化时加入PdCl2 会导致泡沫金属的生产成本较高,此外Pd2 + 离子吸附在高分子材料表面又具有催化作用,会加速化学镀液的分解使稳定性变差,故可采用Pd 的代用品或进行无Pd 活化工艺的研究,有的已取得了较为理想的效果。3.2 气相沉积法

泡沫金属也可以由气态的金属或金属复合体来制得。固态的基体是必须的,因为它可以说明泡沫金属产生的几何学。以泡沫镍的制备为例,通过Ni+4CO→Ni(CO)4 的反应。当加热到120℃以上时,Ni(CO)4 分解为金属Ni和CO,在分解过程中,Ni沉积在泡沫体表面上即为所要制备的产物。4 多孔金属材料的应用

由于多孔金属材料具有轻质、比表面积大等特点,又集结构材料和功能材料的特点于一身,所以多孔金属材料的应用范围很广。4.1 多孔金属材料作为结构材料的应用

多孔金属材料作为结构材料的应用领域主要集中在汽车行业、船舶行业、铁路行业三大行业。而在这三大行业中,多孔金属材料主要扮演着能量吸收材料和减振材料的角色。此外,多孔金属材料在生物医学领域也有应用。(1)能量吸收材料

多孔金属材料可用作能量吸收材料。例如，泡沫铝材作为能量吸收材料已广泛应用于汽车行业，它在汽车制造中的应用多为三明治式的三夹板,即芯层为泡沫铝或泡沫铝合金,上下层为铝板或其他金属薄板。(2)减振材料 多孔金属材料具有优良的抗冲击性能,因此它可作为减振材料。超轻质泡沫镁是密度最低的轻质金属材料,并且具有很高的减振能力。此外,在发生碰撞时,泡沫镁合金能有效地吸收冲击能。(3)生物材料

因为多孔材料具有开放多孔状结构,允许新骨细胞组织在内生长及体液的传统。尤其是多孔材料的强度及杨氏模量可以通过对孔隙率的调整同自然骨相匹配。多孔钛对人体无害且具有优良的力学性能和生物相容性,已被用作植入骨用生物材料。多孔镁因具有生物降解及生物吸收特性也被列入植入骨用生物材料的行列。

三、多孔金属材料作为功能材料的应用

用传统的粉末冶金法制备的多孔金属材料作为功能材料的应用很广泛,就目前来看,其应用主要有以下几个方面。1.电池电极材料

利用高孔隙率的多孔金属材料作电极是电池电极行业的一大发展。例如，泡沫镍可以作为电化学反应堆中的电极材料还可以作可充电的NiCd 电池。2.过滤与分离

多孔金属材料具有优良的渗透性,因此过滤与分离又是其应用的一大热点。多孔金属材料的孔道对液体有阻碍作用,从而能从液体中过滤分离出固体或悬浮物。目前使用最广的金属过滤器材料是多孔青铜和多孔不锈钢。3.催化载体材料

泡沫金属在韧性和热导率方面的优势,是催化载体材料的又一选择。如将催化剂浆料涂于薄的泡沫金属片表面,然后通过成型(如轧制)和高温处理, 可以用于电厂废气氮氧化物(NOX)等的处理。4.消音材料 多孔金属材料具有如此好的能量吸收的性能,因此它也是一种很好的消音材料。泡沫铝由铝质骨架和气孔组成,它质轻并具有一定的强度,具有吸声、耐火、防火、减震、防潮、无毒等优良的特性。因此,泡沫铝是一种综合性能良好的多孔性吸声材料。5.装饰材料

泡沫金属材料作为一种新材料,不仅被工业界的人士所重视,而且也受到了设计师和艺术家们的重视。与普通材料相比,在装饰领域,泡沫金属材料可以给人们一种独特的视觉效果。以金、银为基体的泡沫材料被认为是一种有很大潜力的珠宝材料,它可以给人们带来意想不到的利润。泡沫铝已被用来制作奇特的家具、钟表、灯具等。6.其他用途

多孔金属材料的孔道对电磁波有很好的吸收能力,因此可以用作电磁屏蔽材料。在石油化工、冶金等工业中,青铜、镍、蒙乃尔合金、不锈钢等粉末烧结多孔材料应用于流体分布板。多孔金属材料还用于流体控制。最近大量应用的是在自动化系统中作为信号的控制延时器。用多孔金属材料作为灯芯材料,用多孔青铜作铸模中的排气塞,可提高铸锭质量。用多孔钛作为海水钓鱼鱼饵。在日本,多孔铁已被用作一种去臭材料。泡沫材料已经成为建筑物、高速列车电机室、无线电录音室等建筑内经常使用的吸音材料、装饰材料。由于具有质量轻和能量吸收的特点,多孔金属材料还可以应用在运动器械等领域。具有开孔结构的多孔金属材料还可以起到净化水的作用,因此被用于污水处理行业中。

锂离子电池

一、介绍

锂离子电池：是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则 相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，通常人们俗称其为锂电池，而真正的锂电池由于危险性大，很少应用于日常电子产品。

二、发展历史

1970年，埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。电池组装完成后电池即有电压，不需充电。锂离子电池(Li-ion Batteries)是锂电池发展而来。

1982年伊利诺伊理工大学(the Illinois Institute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性，此过程是快速的，并且可逆。与此同时，采用金属锂制成的锂电池，其安全隐患备受关注，因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。

1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料，具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高，且氧化性远低于钴酸锂，即使出现短路、过充电，也能够避免了燃烧、爆炸的危险。

1989年，A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。

1992年日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。随后，锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。此类以钴酸锂作为正极材料的电池，至今仍是便携电子器件的主要电源。

1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸铁锂(LiFePO4)，比传统的正极材料更具安全性，尤其耐高温，耐过充电性能远超过传统锂离子电池材料。因此已成为当前主流的大电流放电的动力锂电池的正极材料。纵观电池发展的历史，可以看出当前世界电池工业发展的三个特点，一是绿色环保电池迅猛发展，包括锂离子蓄电池、氢镍电池等；二是一次电池向蓄电池转化，这符合可持续发展战略；三是电池进一步向小、轻、薄方向发展。在商品化的可充电池中，锂离子电池的比能量最高，特别是聚合物锂离子电池，可以实现可充电池的薄形化。正因为锂离子电池的体积比能量和质量比能量高，可充且无污染，具备当前电池工业发展的三大特点，因此在发达国家中有较快的增长。电信、信息市场的发展，特别是移动电话和笔记本电脑的大量使用，给锂离子电池带来了市场机遇。而锂离子电池中的聚合物锂离子电池以其在安全性的独特优势，将逐步取代液体电解质锂离子电池，而成为锂离子电池的主流。聚合物锂离子电池被誉为 “21世纪的电池”，将开辟蓄电池的新时代，发展前景十分乐观。

2015年3月，日本夏普与京都大学的田中功教授联手成功研发出了使用寿命可达70年之久的锂离子电池。此次试制出的长寿锂离子电池，体积为8立方厘米，充放电次数可达2.5万次。并且夏普方面表示，此长寿锂离子电池实际充放电1万次之后，其性能依旧稳定。

三、组成部分

锂离子电池虽然形状各不相同，但其组成部分主要为以下几个部分： 1.正极

活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料，电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂（俗称三元）或者三元+少量锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电极流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。2.隔膜

一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。3.负极 活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。4.有机电解液

溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶状电解液。5.电池外壳

分为钢壳（方型很少使用）、铝壳、镀镍铁壳（圆柱电池使用）、铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。

参考文献

篇3：材料学科前沿知识讲座

有这样一群老师, 他们熟知学科前沿, 对教育教学饱含热情, 看重学科发展前景, 着力培育学科继承人。

于是, “材料科学与工程导论”这样一门课程应运而生, 将这两个群体零距离无缝衔接起来, 让他们于大学课堂上融洽和谐相处, 在科学之路上一同携手前行。

1 教学内容:前沿科普

“衣食住行乐, 材料把桥搭”, 材料与人类的生存息息相关, 是人类文明、社会进步和科学技术发展的物质基础和技术先导。进入21世纪后人们开始认真思考材料、能源和环境的密切关系, 越来越重视材料的可持续发展。作为现代科学技术和国民经济发展的三大支柱之一的材料学科是研究材料成分、结构、制备和加工工艺、性能和应用的学科。材料科学与工程是一门研究材料的制备或加工工艺、材料的微观结构与材料宏观性能三者之间的相互关系的科学, 它涉及物质的性质及其在各个科学和工程领域的应用, 是研究“为什么”和解决“怎么做”的学问。

大一新生甫一入校, 绝大多数都未能明白“材料是什么, 材料学科是什么, 材料科学与工程专业会学习什么?”为提高材料专业本科生质量, 培养高素质、创造性人才, 帮助本科新生顺利完成从高中生到大学生的跨越和角色转变, 使新生尽快了解、认识、热爱自己所学的专业, 北京科技大学材料科学与工程学院从2005年开始, 开设“材料科学与工程导论”这一名师课堂。一批知名教授开始了“一班一师”的小班授课, 教学内容也从科普讲解的角度延伸到领悟学科前沿魅力。名师课堂上不仅有传统的课堂教学, 包括专业内涵特点、主要学科知识和课程体系、人才培养目标要求和实现途径、专业发展历程和发展方向、专业与行业职业的关系和联系、学校的人才培养特色和学科特色等, 还拓展了许多新的教学内同, 如开展学术讲座、学术交流、经验座谈, 参观科研教学实验室和行业知名企事业单位, 参与科研和教学实验设备的研制、维修、改造及众多专业实践活动, 帮助学生了解学科专业的特性及学术前沿, 为其学习提供指引、支持和帮助。授课教师之一、现任学校本科教学副校长张跃教授形象的指出, 我们要当牧羊人, 不可当放羊人, 虽一字之差, 但效果大不同;要有组织、有计划、有步骤的带领学生走入科学前沿, 迈入材料学科高水平的高地。

2 师资团队:名师云集

“材料科学与工程导论”这门课程的讲授教师无一例外都是材料学科中赫赫有名的翘楚。教学团队名师云集、星光熠熠, 有国家“海洋腐蚀973项目”首席科学家、北京市百名科技领军人物、腐蚀控制系统工程研究室首席教授李晓刚, 长江学者奖励计划特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、先进粉末冶金成形技术研究室首席教授曲选辉, 长江学者奖励计划特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、材料失效与延寿研究室首席教授乔利杰, 全国优秀教师、全国优秀科技工作者、教育部跨世纪优秀人才、材料优化设计与生物医用材料研究室首席教授刘国权, 长江学者奖励计划特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者, 国家973计划项目首席科学家、新材料制备与加工研究室首席教授谢建新, 国家杰出青年科学基金获得者、国家重大科学研究计划项目首席科学家、纳米材料与器件研究室首席教授张跃, 国家百千万人才工程第一二层次入选者、教育部跨世纪优秀人才培养计划, 国家有突出贡献专家孙冬柏, 长江学者奖励计划特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、磁电子材料与器件研究室首席教授姜勇, 还有吴春京、康永林、孙加林、尚成嘉、毛卫民、刘雪峰等国内外材料学科领域知名的专家学者教授。

正如就读博士三年级的小付同学所言, 材料学科学习了近十年, 回顾自己和同学的学习生涯, 感触最深的就是名师课堂, 它引导大家迅速走入学科前沿殿堂, 每一位教授都是那样的善诱善导, 每一个学科方向都清晰的展现给大家, 教授们传递给我们的“对科学的渴求、对学科的探究”的学术思想成就了一批材料新生代的成长成才。

授课教师之一、现任材料科学与工程学院院长姜勇教授强调, 开设导论这门课的意义在于通过名师与新生的课堂交流, 借助教学名师和科研领军人物的人格魅力和高尚风范, 帮助新生感受到教师对科学的执着热爱和刻苦钻研精神;通过名师讲授国家需求和国际前沿等内容, 借助最新科研技术成果的吸引力, 开启“本科生课堂”与“世界一流科研工作”之间的“直通车”。

3 课堂体验:创新吸引

启迪学生创新思维是课程建设的重点, 教师们使尽全身解数打造不拘一格的课堂教学, 务求学生们感受到极具吸引力的课堂体验。“我们被老师描绘的材料科学世界所吸引, 从一个不知道材料为何物的高中生, 转变成了兴趣浓厚的大学生, 更加坚定了认真学习材料专业的信念, 这是大学生活中最重要、印象最深刻的一堂课。”众多学生如是说。

体验1:“何为纳米?纳米是什么?纳米能干什么?”张跃教授介绍了从“费曼提出纳米的概念”之后纳米这一学科的发展、纳米材料的分类、制备方法、应用领域等纳米领域的基本知识。不时穿插自己学生时代的经历, 课堂气氛活跃。带领学生参观国家纳米中心、纳米领域研究实验室, 近距离观察电子显微镜等设备, 引导学生清晰了解了纳米材料的研究过程。考试方式是把同学分成若干小组, 对行业中自己最感兴趣的一个小分支进行研究, 通过答辩的形式介绍自己对这一分支的了解。相比于试卷, 这种期末考试显得十分灵活, 更有益于学生提高能力。

体验2:姜勇教授课上介绍了千奇百怪的多功能材料、绚丽夺目的发光材料、耐火耐压的建筑材料等, 各式各样的材料种类吸引着同学们的眼球。带领学生领悟了材料研究中各种仪器设备的使用方法, 如隧道扫描仪是用探针“访问材料表面”, X射线衍射则用来探索材料神奇的内部世界等, 耐心生动的讲解着仪器的结构、原理及用途。组织研究生、留学生与大一新生座谈, 通过面对面和学长们交流, 同学们对未来的学科、专业发展有了更深的了解。座谈会这一有趣而实用的教学方式得到了学生一致好评。

体验3:李晓刚教授从讲授大学的概况入手, 谈到“大学之道, 在明明德, 在亲民, 在止于至善。”, 为刚进入大学尚有迷茫的新生指点了方向。借助具体的事例和数字向同学们展示了学校在金属腐蚀方面取得的成就、重要意义和未来发展前景。曾去英国牛津大学交流的他用风趣幽默的语言和一张张图片展现了牛津大学、剑桥大学等学校的风貌, 开阔了同学们的眼界, 激起了部分同学出国深造的愿望。还请来了曾在美国留学的同学, 现场解答有关出国留学的疑惑。

……

每一位教授的课堂教学都是别具一格、丰富多彩的, 学生们得到的是新奇、深刻、鲜活的课堂体验。这门课程犹如一把钥匙为学生打开了材料科学研究的大门, 引导他们充满激情的在材料研究之路上持续前行。

经过多年发展与探索, “材料科学与工程导论”成功入选2013年“国家级精品视频公开课”试点建设课程, 作为重要部分参与的“发挥材料学科优势, 培养高水平创新型本科人才的探索与实践”获得2014年高等教育国家级教学成果一等奖。据悉, “材料科学与工程导论”在今后的发展中会吸收更多的专业大牌教授讲授该课程, 进一步拓展研究领域的前沿介绍, 启迪学生创新思维, 开阔专业视野, 激发学习动力, 为材料学科培育更多的创新型高素质拔尖人才。

摘要：记一次国家级精品视频公开课“材料科学与工程导论”, 启迪创新思维。

关键词：学科前沿,创新思维

参考文献

[1]王乃毅.高职高专药学专业仪器分析课教学方法探讨[J].山西职工医学院学报.2009.92-93.

篇4：材料学科前沿知识讲座

关键词：药物化学；酶化学；基因化学；融合

文章编号：1005－6629(2009)01－0058－04中图分类号：G633.8文献标识码：B

美国 2005年第七次修订版高中化学教材Prentice Hall《Chemistry》[2]， 将化学前沿科学知识中的药物化学、酶化学、基因化学与基础化学学科知识有机地融合在一起，不仅为教师教学提供丰富的教学资源，而且也有助于开拓学生的思维与视野，促进学生科学素养和综合能力的提高。

1Prentice Hall《Chemistry》教材中的药物化学、酶化学与基因化学知识

Prentice Hall《Chemistry》教材共有25章，其中涉及药物化学、酶化学和基因化学知识的共有9章，分别是：第1章（化学简介）、第4章（原子结构）、第6章（元素周期表）、第9章（物质命名和分子式）、第10章（物质的量）、第18章（反应速率和化学平衡）、第19章（酸、碱和盐）、第23章（官能团）、第24章（生命化学）；涉及到的化学学科知识有：化学的起源和衍生，化学的发展领域，物质的分类，物质的命名和分子式，物质的量，物质成分的百分比和化学公式，化学反应速率，卤素取代物，蛋白质，氨基酸和核酸。

1.1药物化学

教材中渗透药物化学知识的内容有：含有医药成分的植物，如柳树和香草等；含有医药成分的动物，如蝎子和毒蛙等；与医药有关的职业，如药剂师；用作医药的麻醉剂，如三氟溴氯乙烷，醚类等；药品，如阿司匹林、盘尼西林和砒霜等；药物检测，如运动员兴奋剂的检测。（详见表1）

1.2 酶化学

教材中介绍酶化学的知识有：各种酶，例如，乳糖分解酶，尿毒酶，HIV蛋白酶，过氧化氢辅酶；酶的本质，即酶是一种蛋白质；酶在人体中的作用，例如，消化道酶可以加速脂肪的分解，充当化学催化剂的作用；酶的工作原理等。（详见表2）

1.3基因化学

教材中介绍的基因化学知识有：DNA双螺旋结构的发现及其分子表面的观察；DNA和RNA在遗传学上的作用；DNA和RNA的单体：单核苷酸；基因突变； DNA鉴定。（详见表3）

2药物化学、酶化学、基因化学知识与基础化学知识融合的三种形式

2.1利用药物化学、酶化学和基因化学知识导出基础化学知识

教材的第9章介绍化学物质的命名和分子式时，就利用对药物中毒的处理导出化学知识。

案例1：教材首先创设教学情境：在一般的家庭里我们都能找到可能大约上百种化学品，包括洗涤产品、医用药品和农药。当这些化学品混在一起块发生反应或家里的小孩不小心吞食而引起药品中毒时，大多数人不知道该如何处理，这时可以拨打毒物控制中心的电话，他们会提供关于怎样解救中毒者的信息。如果家庭成员能向毒物控制中心提供引起中毒的物质的一些信息，如中毒物质的名称或化学式，则会更有利于中毒者的及时解救，由此引出学习化学物质的命名和分子式的重要性。

又如在第24章，“氨基酸及其聚合物”中酶的介绍。

案例2：许多人不能消化乳糖，也就是说他们不能消化牛奶或奶制品。这些人之所以不能消化乳制品是因为他们的体内不能产生足够的乳糖酶来消化牛奶里的乳糖。如果他们食用了乳制品，就会引起胃涨和不适，要消除这种不适，他们可以在食用乳制品之前先服用一种药片，这种药片含有乳糖分解酵素，由此导出酶的概念及其在人体里功能的学习。

同样在介绍本章的核酸时，也是通过创设情境，由基因化学知识导出化学知识：

案例3：也许有人告诉过你：“你长着妈妈的眼睛，爸爸的鼻子”。当然，照字面的意思理解，这种说法是不完全正确的。你的眼睛就是你的眼睛，你的鼻子就是你的鼻子，但你身体里的蛋白质，基因确实继承于你的父母，由此导出核酸的学习。

以上几个例子都是利用药物化学、酶化学和基因化学知识来导出化学基本概念。从学生感兴趣的形象、生动和具体的事实与经验出发, 以学生熟悉的生活例子创设教学情境，使学生带着对药物化学、酶化学和基因化学知识的疑问来学习化学知识，很容易激起学生学习化学的兴趣与热情。

2.2基础化学知识作为药物化学、酶化学和基因化学知识的背景

“基础化学知识作为药物化学、酶化学和基因化学知识的背景”在该教材中也有很好的体现。

例如在第9章“物质的命名和化学式”中先介绍了化学物质的命名和书写，接着以此作为背景，在“化学领域中的职业”板块中引出药剂师这一职业。

案例4：医生会给病人开出处方药的单子，然后由药剂师去配药，药剂师要确保他们配的药和药的剂量不会危害到病人。一个具备一些化学知识和生物知识的人只能成为药剂师的助理，要想成为一名药剂师，需有大学药剂学的学位证，这个学位证要求修完化学﹑生物﹑数学、统计学和药物学等有关知识。

教材“化学领域中的职业”板块的介绍不但有利于学生了解化学在实际生活中的应用 , 也有利于高中生了解各式各样的职业 , 为将来的择业提供更多的参考信息。

又如，在学习了18章“反应速率和化学平衡”中催化剂的基础上，介绍了酶在人体中充当催化剂的作用。

案例5：酶是一种可以提高生命反应过程的催化剂，如果没有酶的催化作用，人体的许多生命活动就会变得很慢。例如，当你吃了富含蛋白质的肉后，你消化道里的消化蛋白酶就会在几小时之内分解这些蛋白质，如果没有这种酶，这个消化过程在体温条件下就需要花上几年的时间。同样在介绍DNA和RNA时，教材首先简述了它们的结构和组成，然后从基因的角度讲述了DNA和RNA的作用，还引出了一系列与遗传相关的内容：核苷酸、DNA分子的双螺旋结构、DNA鉴定、DNA重组以及克隆技术等。

这一形式基本是以药物化学、酶化学和基因化学知识为主，通过简单介绍相关化学知识， 着重讲解相关的药物化学、酶化学和基因化学知识。这样编排使学生不仅认识到学习化学基础知识的重要性，而且也会领悟到科学前沿知识在现实生活中的应用价值，以此激发他们的创新能力和求知欲望。

2.3药物化学、酶化学和基因化学知识作为基础化学知识的拓展

“药物化学、酶化学和基因化学知识作为基础化学知识的拓展”主要分布在各个章节的“社会与科技”板块中，该板块紧密联系社会与科技的发展，并且结合了大量生动的彩图来做说明。例如在第1章“化学简介”中的“社会与科技”板块，介绍了自然界中的药物。

案例6：大约40%的现代药物来源于植物或动物产生的化学物质。化学家必须先确认这些物质的成分和作用，然后提纯这些物质并说明它们对人体的作用，科学家就是研究如何使这些药物更有疗效或毒性更小。例如：

柳树皮：几个世纪以来，人们饮用柳树皮泡的茶来治疗头痛和其他小病痛。到1828年，科学家已经把柳树皮的有效成分分离出来，70年后，化学家们又在这种有效成分的基础上制得了阿司匹林。

毒蛙：化学家发现毒蛙的皮肤有一种毒物，并用这种物质来研究人的神经系统。结果表明，该物质是类似于吗啡一种较强的去痛药，但不会使人上瘾。

由此可知，早期的药物许多是由偶然性和经验性发现的，而且来源于自然界。为了使学生对这些天然药物有更清晰和更直观的认识，在这些药物彩图的一旁还有相应的文字说明。由化学起源和衍生将化学知识拓展到药物化学上。

又如24章（生命化学），在“酶是如何工作的”中，为我们解释了引起艾滋病病毒中的HIV蛋白酶是如何工作的，同时在介绍了酶的化学知识后，为我们拓展了“辅酶”知识。

案例7：一些酶不需要其他的物质就能对生物体中的物质直接催化，而有些酶则需要非蛋白质的辅酶来共同完成催化过程。辅酶可以是金属离子、有机小分子或水溶性维他命，例如VB，就是一种辅酶。作为辅酶的金属阳离子有：镁离子﹑钾离子﹑铁离子和锌离子。在过氧化氢酶的结构中包含有三价离子，它能催化双氧水的分解,得到水和氧气。

同样是24章，在介绍核酸的化学知识中，又为我们呈现了“DNA指纹鉴定”的知识。

案例8：DNA指纹鉴定的取样可以从头发﹑皮肤细胞或体液中得到，DNA排列的顺序，如指纹，对每个人来说都是独一无二的，这种检验方法称为DNA指纹鉴定。要进行DNA指纹鉴定，首先，科学家会先从取样中分离出DNA，只要很少的样就能进行DNA指纹鉴定。酶用于分开在特别的碱基对顺序之间的DNA链，使得DNA从样品中分开，由此得到较大数量的DNA片段（这些DNA片段的长度和碱基对组成都是不一样的），然后通过对照已知的DNA样，从而得出DNA指纹鉴定是否和已知一致。

这种形式是以化学知识作为基础，利用化学知识拓展出与之相关的药物化学、酶化学与基因化学知识，有利于巩固所学的化学知识。所选取的药物化学、酶化学与基因化学知识相对来说都有一定的难度，使学生在掌握化学知识点后，增加课外知识来拓宽他们的视野，给学有余力的学生留下更大的学习和思维空间，便与继续探索和钻研。同时这种形式克服了学科本位的思想，用化学知识来解释不同领域中遇到的问题，使学生认识到化学学科的实用性及普遍性，体现了自然学科的整体性和相融性。

3 结论

3.1为教师教学提供丰富的素材

与我国高中化学教材相比, Prentice Hall《Chemistry》教材内容覆盖面较宽,呈现方式丰富多彩，特别是关于“21世纪化学发展趋势”的教学内容。教材中的化学前沿知识可以作为教师引入新知识的背景材料，也可以作为课堂教学相关资料插入，还可以作为拓展性阅读材料和作为科技活动素材等等，不仅大大丰富教师的教学素材，改进教师的教学思路，而且在教学过程中可以拉近高科技与基础化学教育的距离，使学生多了解本学科甚至是交叉学科领先的科学技术，从而达到学生学得轻松，教师教的愉快的效果，提高教学质量。

3.2有利于学生的STS教育

Prentice Hall《Chemistry》将代表化学21世纪化学发展趋势的现代科技和社会的一些重大问题及时地渗透到化学教学中,把化学教学与科学、技术和社会有机的结合起来,不仅使学生掌握化学的一些前沿知识,更重要的是使学生懂得这些知识和技能的实用价值和社会价值,懂得在社会中如何应用这些知识技能。通过STS 教育使学生广泛了解社会，接触社会,参与到社会生活中的一些重大问题之中,不仅可以培养他们的道德观念和社会责任感,使他们成为了解社会和关心社会的人,而且可以使学生形成正确的价值观和人生观。

3.3有利于培养学生的综合素质

Prentice Hall《Chemistry》教材中编入有关21世纪化学发展趋势的前沿性知识的方式，顺应了现代教材所倡导的课程综合化与融合性。教材没有配套的专门手册，也没有用专门的章节来讲解，而是采取内容的镶嵌式处理，如教材中穿插在历史上有重要影响的化学重大事件，有利于学生了解化学研究的文化背景，了解化学这门学科各领域的大致演变历程及其发展方向，感受化学是一门“核心、实用和创造性”的科学，并取得了巨大的成功。

参考文献：

[1]周青, 姚林娜，杨辉祥. 美国化学教材中的经济观念教育的启示[J]. 课程·教材·教法, 2005, (12): 82-86.

[2]占小红. 美国高中化学教材《化学：与变化着的世界相联系特色分析与启示》[J]. 化学教学,2005, (3): 28-29.

[3]Antony C Wilbraham, Dennis D Staley, Michael SMatta, etc. Chemistry[M]. NJ: Pearson PrenticeHall, US. 2005.

[4]Peter Goodhew . Education moves to a new scale[J] . Nano Today, 2006, (5): 40-43.

篇5：学科前沿讲座心得

心得体会

学号：10203110

5姓名：刘瑞

指导教师：王冲

专业名称：计算机应用技术

所属学院：计算机科学与工程学院

成绩：

近年来，数据挖掘引起了信息产业界的极大关注，其主要原因是存在大量数据，可以广泛使用，并且迫切需要将这些数据转换成有用的信息和知识。获取的信息和知识可以广泛用于各种应用，包括商务管理，生产控制，市场分析，工程设计和科学探索等。

机器学习和数据挖掘这些年一直是计算机应用方面研究的重点和热点，首先要了解什么是数据挖掘，简单地说，数据挖掘是从大量数据中提取或“挖掘”知识。我一直对这方面的知识颇感兴趣，这学期学院开设的学术前沿讲座的课程，很有幸听到了文益民教授对于自己在机器学习和数据挖掘方面研究的讲座，让我对这些知识有了深入浅出的理解，受益匪浅。

12月5号，文益民教授做了题为“大规模数据的分类”的讲座，在讲座的最开始，文教授提到了戈登·德莱顿《学习的革命》一书，皆在指导我们如何积累知识如何思考如何学习如何去做研究，具有抛砖引玉的指导意义。在这之后，又对了解机器学习和数据挖掘首先要了解的知识做了简要的说明，比如对于问题的分类是分为线性问题和非线性问题；比如聚类的含义是将物理或抽象对象的集合分成由类似的对象组成的多个类的过程；比如对于这个世界上计算机的分类可以只分成工人（maker）和思考者（thinker）两类。至此正式进入问题的讨论。

对于这次讲座，文教授从四个方面进行了讲授。第一，实际应用中的大规模数据分类问题。第二，大规模数据给机器学习带来的挑战。第三，大规模数据分类算法的研究。第四，展望发展前景。文教授主要是在第三点中做了很多工作也取得了可喜的成绩。

在机器学习的实际应用中，大规模数据分类问题一般会应用在以下几个方面，在高速高精度的工业图像检测方面，在专利分类方面，在生物信息数据快速增长方面，在支持向量机参数选择方面。

大规模数据给机器学习带来的问题有：

1、算法一般不是收敛太慢就是难以收敛，训练时间过长。

2、海量数据无法一次装入内存。

3、算法可靠性得不到保证。

4、已经训练好的学习器遇到心得训练样本时需要重新训练。

在最重要的部分，文教授提到了几个重要的研究方法，包括算法，这里面包含有：

1、基于并行计算的算法，2、以并行计算方法求解工作集方法中每个迭代步中二次规划的子问题，3、Meta-learning，最小最大模块化支持向量机以及快

速模块化支持向量机，4、Cluster-SVM，Cluster-based-SVM，Cascade-SVM。文教授在第三和第四点中都有自己的工作和贡献，在第三点中，他提出了分类面拼接算法，在第四点中，提出了分层并行支持向量机训练算法。对于分类面拼接算法我进行了比较仔细的了解，并下载阅读了文教授于2009年3月份在湖南大学学报上发表的论文“基于分类面的快速模块化支持向量机研究”，对于分类面拼接算法有了初步的研究，下面说说我对这个算法的理解。

信息采集和信息处理技术的快速发展导致了诸如公共健康数据、信用交易数据、国家经济普查数据、网络文本数据和地理信息数据等大规模数据集的产生。由于训练时间很长和空间需求很大，现有的大多数机器学习算法很难被直接用于大规模数据的机器学习。

这个算法是针对大多数现有的机器学习算法处理大规模问题时需要的训练时间很长和存储空间很大的难点而提出的，英文名是psfnr SVMs，在训练阶段，psfm2SVMs采用一簇平行超平面对大规模问题实施软划分，然后针对每个子问题并行训练支持向量机。在测试阶段，测试样本坐落于哪个子问题所在空间中，就由该子问题训练的支持向量机给出判别结果。在4个大规模问题上的实验表明:与采取硬划分的快速模块化支持向量机(fm2SVMs)相比，软划分能够使psfm2SVMs得到更加光滑的分类面，因而ps2fm2SVMs的泛化能力较高。在不增加训练时间的条件下，psfm2SVMs减少了由于训练集分割导致的分类器泛化能力下降。

支持向量机方法的本质是在训练集的一个高维像空间中寻找最大间隔分类超平面，这个分类超平面对应于训练集所在空间的一个光滑曲面。如果采用训练集分割的方法，将这个光滑曲面分段求出，然后进行连接，就可以得到这个光滑曲面的近似曲面。

该算法使用平行超平面簇对训练集实施软划分，使得拼接后的分类面相比fm2SVMs得到的分类面更光滑，更接近最优分类曲面。因而，psfm2SVMs 的泛化能力比fm2SVMs的泛化能力要高。在并行条件下，两者的训练时间和测试时间相同。在多核计算技术快速发展的今天，本文提出的算法，提供了一种可行的并行机器学习框架，对于研制高速高精度的机器学习算法具有一定的借鉴意义。未来计划研究随机向量w的方向对psfm2SVMs泛化能力的影响，并将

该算法用于高速高精度工业图像检测。

篇6：学科前沿讲座心得

近年来，大数据、云计算等非常火热。听了老师所讲的关于《数据挖掘》这块的相关知识讲解，颇有感受。下面就是我听过讲座之后以及查阅资料之后，对数据挖掘的一些认识。

随着数据库技术和计算机网络的迅速发展以及数据库管理系统的广泛应用，人们积累的数据越来越多，而数据挖掘就是在这样的背景下产生的。简单的说，数据挖掘就是从大量数据中提取或“挖掘”出潜在的、有价值的知识、模型或者规则的过程。作为一类深层次的数据分析方法，它利用了数据库、人工智能和数理统计等方面的技术。

在听讲座时，老师主要讲解了一下数据挖掘中的有关关联规则、聚类、分类的方法以及相关的算法。老师在讲关联规则时，提到了关于“尿布与啤酒”的故事。一般，按照我们常规思维，这两种东西根本就是两个毫无关联的商品，但是借助数据挖掘技术对大量交易数据进行挖掘之后，却可以寻求到这一有价值的规律。从一定程度上可以表明数据挖掘技术的巨大价值。

另外还讲到了关联规则算法---Apriori算法。Apriori算法使用频繁项集的先验知识，使用一种称作逐层搜索的迭代方法，k项集用于探索(k+1)项集。首先，通过扫描事务（交易）记录，找出所有的频繁1项集，该集合记做L1，然后利用L1找频繁2项集的集合L2，L2找L3，如此下去，直到不能再找到任何频繁k项集。最后再在所有的频繁集中找出强规则，即产生用户感兴趣的关联规则。其中，Apriori算法具有这样一条性质：任一频繁项集的所有非空子集也必须是频繁的。因为假如P(I)< 最小支持度阈值，当有元素A添加到I中时，结果项集（A∩I）不可能比I出现次数更多。因此A∩I也不是频繁的。

说到数据挖掘，应该了解数据挖掘包含哪些步骤？第一，要确定研究对象，这是数据挖掘的重要一步。数据挖掘的最后结是不可预测的，但是要探索的问题是很明确的。第二，数据准备阶段。具体包含以下步骤：

1)数据的选择，即搜索所有与业务对象有关的内部和外部数据信息，并从中选择出适用于数据挖掘应用的数据

2)数据的预处理，即研究诗句的质量，为进一步分析做准备，并确定将要进行的挖掘操作的种类

3)数据的转换，将数据转换成一个分析模型，这个分析模型是针对挖掘算法建立的，能否建立一个真正适合挖掘算法的分析模型是数据挖掘成功的关键。

第三，数据挖掘阶段。即对经过预处理的数据进行挖掘，包括分析和预测，关联分析以及聚类分析相关算法等。第四，结果分析阶段，解释并对结果进行评估，通常使用到可视化技术。第五，知识的同化，将分析所得到的知识集成到业务信息系统的组织结构中去，从而得到有价值的信息。

通过上网查询资料，了解到数据挖掘有一下七种常用方法：

① 分类。分类是找出数据库中一组数据对象的共同特点并按照分类模式将其划分为不同的类，其目的是通过分类模型，将数据库中的数据项映射到某个给定的类别，使用到KNN算法。它可以应用到客户的分类、客户的属性和特征分析、客户满意度分析、客户的购买趋势预测等，如一个汽车零售商将客户按照对汽车的喜好划分成不同的类，这样营销人员就可以将新型汽车的广告手册直接邮寄到有这种喜好的客户手中，从而大大增加了商业机会。②回归分析。回归分析方法反映的是事务数据库中属性值在时间上的特征，产生一个将数据项映射到一个实值预测变量的函数，发现变量或属性间的依赖关系，其主要研究问题包括数据序列的趋势特征、数据序列的预测以及数据间的相关关系等。它可以应用到市场营销的各个方面，如客户寻求、保持和预防客户流失活动、产品生命周期分析、销售趋势预测及有针对性的促销活动等。③聚类。聚类分析是把一组数据按照相似性和差异性分为几个类别，其目的是使得属于同一类别的数据间的相似性尽可能大，不同类别中的数据间的相似性尽可能小。使用到 K-means算法。它可以应用到客户群体的分类、客户背景分析、客户购买趋势预测、市场的细分等。

④关联规则。关联规则是描述数据库中数据项之间所存在的关系的规则，即根据一个事务中某些项的出现可导出另一些项在同一事务中也出现，即隐藏在数据间的关联或相互关系。在客户关系管理中，通过对企业的客户数据库里的大量数据进行挖掘，可以从大量的记录中发现有趣的关联关系，找出影响市场营销效果的关键因素，为产品定位、定价与定制客户群，客户寻求、细分与保持，市场营销与推销，营销风险评估和诈骗预测等决策支持提供参考依据。

⑤特征。特征分析是从数据库中的一组数据中提取出关于这些数据的特征式，这些特征式表达了该数据集的总体特征。如营销人员通过对客户流失因素的特征提取，可以得到导致客户流失的一系列原因和主要特征，利用这些特征可以有效地预防客户的流失。

⑥变化和偏差分析。偏差包括很大一类潜在有趣的知识，如分类中的反常实例，模式的例外，观察结果对期望的偏差等，其目的是寻找观察结果与参照量之间有意义的差别。在企业危机管理及其预警中，管理者更感兴趣的是那些意外规则。意外规则的挖掘可以应用到各种异常信息的发现、分析、识别、评价和预警等方面。

⑦Web页挖掘。随着Internet的迅速发展及Web 的全球普及，使得Web上的信息量无比丰富，通过对Web的挖掘，可以利用Web 的海量数据进行分析，收集政治、经济、政策、科技、金融、各种市场、竞争对手、供求信息、客户等有关的信息，集中精力分析和处理那些对企业有重大或潜在重大影响的外部环境信息和内部经营信息，并根据分析结果找出企业管理过程中出现的各种问题和可能引起危机的先兆，对这些信息进行分析和处理，以便识别、分析、评价和管理危机。数据挖掘是一种决策支持过程，它通过高度自动化地分析企业的数据，做出归纳性的推理，从中挖掘出潜在的模式，帮助决策者调整市场策略，减少风险，做出正确的决策。这对于一个企业的发展十分重要。