纳米流体技术的特点

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纳米流体技术的特点范文第1篇

【关键词】管壳式换热器；类型；特点；改进措施

引言

随着我国改革开放程度的不断加深，社会经济的发展同时也促进了我国工业的发展，在目前我国工业生产中，比如在石化、冶金、造纸、纺织等工业领域里利用换热设备很多，在目前最经常使用的就是管壳式换热器，此外还有时板式换热器，本文将主要分析管壳式换热器，因此对于时板式换热器笔者这里不在过多分析。管壳式换热器因具有机构紧凑、换热效果明显等优点，因此在工业生产中广泛引用，但同时，管壳式换热式还存在着承载能力比较小，流动阻力大的缺点，但这并不影响管壳式换热器的应用。

一、管壳式换热器简介

管壳式换热器（shell and tube heat exchanger）又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。

二、管壳式换热器的类型

1、固定管板式换热器管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单，但只适用于冷热流体温度差不大，且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。

2、浮头式换热器管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力；且整个管束可从壳体中抽出，便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。

3、U型管式换热器 每根换热管皆弯成U形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。

4、涡流热膜换热器涡流热膜换热器采用最新的涡流热膜传热技术，通过改变流体运动状态来增加传热效果，当介质经过涡流管表面时，强力冲刷管子表面，从而提高换热效率。最高可达10000W/m2℃。同时这种结构实现了耐腐蚀、耐高温、耐高压、防结垢功能。其它类型的换热器的流体通道为固定方向流形式，在换热管表面形成绕流，对流换热系数降低。

以上是几种常见广泛应用的管壳式换热器，随着技术的不断进步，各行各业的不同需要，许多结构形状特殊、传热表面高强化以及传热面积及结构体积比较大的新型换热器也不断被研制开发，换热器的使用领域还在不断地发展和扩大，除了炼油、化工和石油化工等行业里获得了广泛的应用外，在核能、医药、环保节能等行业中的应用也在逐步的扩大，在高温高压及大容量领域也有新的较大的发展。如集成管箱型管壳式换热器、阶梯式折流板换热器、SMGK型换热器、弹簧刮壁式管板式换热器、螺旋折流板式换热器等各种型式的管壳式换热器被应用在各个领域中。

三、管壳式换热器的特点

管板式换热器是目前我国工业生产中最常使用的一种换热器，相比较于其他换热器来说，管板式换热式的有点众多，笔者将简单介绍一下管板式换热器的特点。1、高效节能，高效节能是管板式换热器最主要的一项特点，也是人们最常使用他的主要原因，节能是他的特点同时也是优点，管板式换热式可以达到6000-8000W/m2.0C。2、使用寿命长，管板式换热式基本都是采用全不锈钢材制作的，耐腐性性比较高，同时也不生锈，延长了他的使用时间，一般每台管板式换热器可以使用接近20年的时间，这对于降低企业的生产成本是有极大好处的。3、采用纳米技术，纳米技术是当今世界最为先进的一项科技，在许多领域都有使用，在管板式换热器上同样使用，采用纳米技术的管板式换热器的换热效果比以前高了接近一倍左右，显著增大了传热系数。4、应用领域广阔，在目前我国大力发展工业的环境下，管板式换热器的应用范围也越来越广，在我国热电、厂矿、石油化工、城市集中供热、食品医药、能源电子、机械轻工等领域都有使用，使用范围非常广阔。5、维修费用低，对于工业企业来说，换热器的维修费用是比较受到关注的，但是管板式换热器的维修保养费用是比较低的，并且操作性比较的简单易学，使用非常灵活，设计结构也可以根据生产要求进行更改，同时安装也简单方便。

结语

管壳式换热器应用广泛，不管新型换热器如何发展，管壳式换热器仍以它自身的独特的优势在石油、化工、炼油、核能等行业有不可取代的地位。在今后的研究中，在管程和壳程传热面的强化传热方面，以及应用领域的扩展、新材料的选用以及抗震、反腐等方面是管壳式换热器设计、生产、使用方主要注重的方向。为满足节能、环保、低耗、高效的要求传热效率高，加工制造工艺简单和安装维修方便易行、占地面积小等特点将是今后管壳式换热器的研制方向。

参考文献

[1]杨明，孟晓风，张卫军.管壳式换热器的一种优化设计[J].北京航空航天大学学报，2013（05）.

[2]李安军，邢桂菊，周丽雯.换热器各种管束支撑的结构与传热性能[J].化工设备与管道，2012（02）.

纳米流体技术的特点范文第2篇

在生产混凝土超塑化剂聚磺化萘甲醛的过程中，水污染严重，而且在半固体的滤饼中含有大量的最终产品，为了降低污染，减少浪费，生产企业采取了一系列措施，包括：过滤过程中滞留水的回用，反应器洗涤水的循环利用，高压泵采用闭环冷却系统，控制原料、产品和水的跑冒滴漏，充分利用固体废物中的最终产品等。经过工艺路线改进，实现了清洁生产，提高了经济效益[29]。清洁的反应体系反应体系对反应十分重要，以超临界CO2、近临界水、高温液态水和离子液体等作为清洁生产的反应体系，可以获得良好的反应效果。徐明仙等[30]在超临界CO2中进行水杨酸合成，CO2既作为溶剂，又作为反应物，成为合成水杨酸的绿色原料。朱宪等[31]利用临界水作为反应介质，提取黄姜中的薯蓣皂苷，发现其可以克服传统水解法需要加碱中和、水消耗大和环境污染严重等缺点。张辉等[32]利用超临界水氧化法与非色散红外法相结合测水质中有机碳含量，发现其反应快，氧化彻底，检测结果准确。Lv等[33]利用高温液态水的特性水解生物质资源生产化工原料，如木糖水解等，具有较好的效果。离子液体作为一类新型绿色反应介质，不仅可替代传统有机溶剂或酸碱用作化工反应和分离的新介质，而且具有作为新型磁性材料、纳微结构功能材料、材料、航空航天推进剂等的潜力[34]。磁化离子液体具有液程宽、蒸气压低、溶解能力强等特性[35]，在有机合成中可作为溶剂兼催化剂和模板剂，具有产物易分离、可回收重复使用等优点。超常规反应技术由于人们对物质状态和反应过程的认识有限，对物质的利用主要基于其正常状态下的物性。随着人们对各种物质处于不同极限状态的特性的研究，化学反应过程在极限状态下的特性受到化工界的广泛关注，于是各种超常规状态的技术不断涌现，如超临界流体技术、超重力技术等。超临界流体技术超临界流体指的是处于临界点以上温度和压力区域下的流体，在临界点附近会出现物性急剧变化的现象。利用流体超临界状态特性的技术称为超临界流体技术，如超临界法制备微粒技术和超临界流体萃取技术等。利用超临界法制备微粒技术有超临界溶液快速膨胀法、超临界辅助雾化法和超临界反溶剂法等。采用超临界法制备微粒，与常规的机械加工法、重结晶法、冷冻干燥法和喷雾干燥法相比，制备的微粒粒径较小，粒径分布均匀，而且解决了有机溶剂残留等问题，具有绿色环保的特点[36]。超临界技术是未来大规模制生物燃料的理想方法，特别是用于废油和脂肪制取生物柴油。

与传统的生物燃料生产方法相比，超临界流体技术具有反应快、生产率高、易于连续操作、而且不需要催化剂等优势，但操作压力和温度高，材料成本高，难以推广应用[37]。超临界流体萃取技术是利用处于临界压力和临界温度以上的流体所具有的超常规的溶解能力而发展起来的化工分离技术。与其它分离技术相比，超临界流体萃取技术具有适用性广、效率高、所得产品无毒无残留等优点，是一种典型的绿色化工分离技术。超临界流体萃取技术在处理常规法难以处理的废水中的有机物和高分子材料等方面具有显著的优越性，在污染治理方面可以发挥重要作用[38]。超重力技术在超重力环境下的物理和化学变化过程的应用技术叫超重力技术。与传统塔器相比，在超重力环境下，微观混合和传质过程得到高度强化，因此超重力技术的研究和应用得到了广泛的关注[39]。超重力技术在分离方面的工业应用比较广泛，如超重力脱氧技术、超重力脱硫技术和超重力脱挥技术等[40]。超重力技术在反应中的应用也比较多，如纳米材料的制备以及在精馏分离和快速反应过程中的应用等[41]。浙江工业大学研发的折流式超重力场旋转床已实现工业应用，与传统的塔器设备相比，该设备高度降低1～2个数量级，可节省场地和材料[42]。其它超常状态技术除超临界流体技术和超重力技术外，还有其它极限技术，如超高温技术、超高压技术、超真空技术、超低温技术等。随着高科技的迅速发展，这超些常规技术在化工领域的研究和应用将越来越多[43]。催化技术催化技术是化学工业实现清洁生产的主要方法。在有机化工中，为了得到尽可能多的目标产品，减少副产品和废物，除了采用合适的工艺设备和工艺线路外，非常重要的是采用高效环保的催化剂，如利用酶催化剂、手性催化剂和仿生催化剂等。酶是一种高效催化剂，催化选择性极高，无副反应，便于过程控制和产品分离。科学家们研究发现2-羟基异丁酰-CoA的酶可以将直链C4化合物转化成支链，作为甲基丙烯酸甲酯前体，这意味着在常规的化学路线基础上有可能会延伸出一条新型的生化法工艺路线[44]。人们在利用酶催化剂时，也在探索研究模拟酶催化剂，如将分子印迹法应用于聚合物模拟酶催化剂的设计合成中，制备的模拟酶催化剂具有抗恶劣环境、高稳定、长寿命等特点[45]。在天然酶催化剂和人造催化剂之间有许多相似的地方，如果能将固体催化剂坚固耐用、容易与产品分离、耐高温等特点与酶催化剂活性高、变构效应好、选择性控制精度高的特点结合，合成兼具固体催化剂和酶催化剂两者优点于一体的催化剂，则化学反应中的清洁生产又将有进一步的突破[46]。在化学工业中，特别是精细化工中，除了催化剂化学选择性外，催化剂区位选择性、立体选择性和对映体选择性具有非常重要的作用[47]，如不对称加氢反应催化剂。目前，不对称加氢多相手性催化剂主要有固定化的均相手性催化剂、手性小分子修饰的多相催化剂和以天然高分子为手性源制备的多相催化剂等[48]。生物界有许多高效催化反应，人们可以根据生物界的反应特点研制仿生催化剂，提高催化效率。叶长英等[49]根据生物表面具有多层次微米和纳米复合结构，以便最大限度地捕获光子进行光合作用的特点，采用模板-超声-水热法制备仿生界面结构的二氧化钛催化剂微球，应用于苯酚光催化降解，发现其具有良好的催化能力，而且在实际工程应用中易沉降分离，有利于光催化技术在实际工业废水处理中的应用。

化工设备技术随着化工工艺的进步和发展以及环保要求的不断提高，化工设备技术也不断发展和完善。目前，化工设备逐渐专业化、系列化，并朝着大型化、微型化和智能化方向发展。化工设备向大型化、精密化、一体化、成套化和采用先进控制技术方向发展[50]。其中换热器趋向大型化，并向低温差和低压力损失的方向发展，压缩机向超高压方向发展，化工流程泵向超低温方向发展等。与设备大型化发展相反，化工设备的另一个发展方向是朝着小型化和微型化方向发展。微反应器技术是把化学反应控制在尽量微小的空间内，化学反应空间的数量级一般为微米甚至纳米，化学反应速率快，转化率和收率高，并能解决强腐蚀、易爆、高能耗、高溶剂消耗和高污染排放等问题，具有清洁生产工艺的特点，在化学合成、化学动力学研究和工艺开发等领域具有广阔的应用前景[51]。目前已有微反应器用于工业化生产，产量可达几十吨到几千吨[52]。随着信息化与工业化不断融合，化工生产系统逐渐智能化。化工设备的智能化包括两个方面：一是设备控制的智能化；二是设备设计的智能化[53]。设备智能化是提高产品质量、产量，提高能源利用率以及满足环境要求的重要方向。清洁能源现在化学工业的供能主要来自石油和煤炭，这两种能源在消耗过程中都会产生大量的污染，而且石油和煤炭在开采过程中也会对环境造成破坏。面对国际国内节能减排的重压，使用清洁能源是发展的必然趋势。为了降低对环境造成的污染，人们努力开发清洁的能源技术，包括利用太阳能、风能、地热等。但开发和利用这些清洁能源技术并不一定清洁[54]，因为尽管清洁能源利用时对环境无污染或少污染，但从整个生命周期来看，清洁能源的开发和使用实际上需要从其它环节获取资源或者将污染转移到其环节。生物燃料是一种比较清洁的燃料，是柴油发动机等的理想替代燃料。目前先进的生物质燃料生产技术有超临界流体技术，包括采用酯交换反应利用植物油生产生物柴油、通过生物质气化和生物质液化制取生物油。但目前生物燃料生产的成本比较高，难以推广应用[37]。目前，国内外有关清洁能源的研究热点除了核能、太阳能、水能、风能和生物质能外，还有常规天然气和非常规天然气。天然气是一种清洁能源，但随着常规天然气资源的逐渐减少，开发难度不断加大，以页岩气、煤层气为主的非常规天然气将成为研究和开发的热点[55]。我国第一部《页岩气发展规划（2011—2015）》提出，到2015年，页岩气将初步实现规模化生产，产量将达到65亿立方米/年，到2020年，产量最高达到1000亿立方米。虽然页岩气等非常规天然气开发已是大势所趋，但伴随着开发的热潮，开采技术制约、开采过程中的环境污染和破坏、初期投入大、开发成本高、回报周期长等方面仍面临争议。但毋庸置疑，随着技术进步和能源安全问题的日益凸显，非常规天然气在未来化工领域中的应用还是非常有前景的。尽管关于清洁能源的开发与利用的研究很多，但在化工领域中利用清洁能源取代化石能源的还极其有限，有关取代技术需要进一步研究。为推进燃煤工业锅炉清洁燃料替代，加强工业锅炉的节能减排，上海市为天然气优化替代燃煤提出菜单式的技术指导以及余热深度利用技术，开发生物质气化气部分替代燃煤的混烧技术，为清洁能源替代专项工作提供支撑[56]。刘超等[57]尝试利用清洁的可再生能源代替化石能源为冶金生产提供能量支持，提出“风光互补非碳冶金”，以减少碳排放。通过研究，解决清洁能源利用技术与钢铁冶金技术相融问题，最终确立的系统单元之间，基本满足了能量的协调匹配，能够获得1600℃以上的冶炼高温。这种钢铁冶炼中的“风光互补”思路为化工企业中利用清洁能源代替化石能源提供了借鉴作用。

研究热点

从上述文献综述及其分析可以看出，化学工业中清洁技术的研究热点主要有以下几方面。（1）信息技术与化工技术结合，化学工程与工艺技术不断优化升级。特别是随着计算机技术和信息化的发展，辅助设计、辅助制造、辅助工程等数字化设计工具在化工企业中的广泛应用，有利于化工生产工艺流程优化和自动化及创新，特别是化工过程集成技术的应用，使化工生产的原料、水耗、能耗更加合理，能降低企业资源消耗和工业污染物排放，实现清洁生产。（2）制造技术和化工技术相结合，化工设备制造技术不断升级。随着制造技术的不断发展，化学工业的设备制造技术不断升级换代，化学工业中的装置向大型化、微型化、集成化和智能化等方向发展，有利于节能减排、提高生产效率。（3）开发环保高效的催化技术，提高选择性和收率，减少副产物和废物，节约资源，减少环境污染。（4）开发特殊状态的反应体系和超常规状态的反应技术。突破常规，研究和利用物质特殊状态下的物化性能和特殊环境中的物理和化学变化过程，提高反应效率，节约资源。（5）新能源的研究是热点，但由于许多新能源的开发和应用研究还处于初期阶段，新能源如何在化工企业中应用的研究并不多。在未来，新能源，包括生物质能和页岩气、煤层气等非常规能源在化学工业中如何利用将成为研究热点。

展望

纳米流体技术的特点范文第3篇

关键词：纳米；磁性材料

中图分类号：TM273文献标识码：A文章编号：1672-3198（2007）10-0284-02

1引言

磁性材料一直是国民经济、国防工业的重要支柱与基础，广泛地应用于电信、自动控制、通讯、家用电器等领域，在微机、大型计算机中的应用具有重要地位。信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能方向进展，因而要求磁性材料向高性能、新功能方向发展。纳米磁性材料是指材料尺寸限度在纳米级，通常在1～100nm的准零维超细微粉，一维超薄膜或二维超细纤维（丝）或由它们组成的固态或液态磁性材料。当传统固体材料经过科技手段被细化到纳米级时，其表面和量子隧道等效应引发的结构和能态的变化，产生了许多独特的光、电、磁、力学等物理化学特能，有着极高的活性，潜在极大的原能能量，这就是“量变到质变”。纳米磁性材料的特殊磁性能主要有：量子尺寸效应、超顺磁性、宏观量子隧道效应、磁有序颗粒的小尺寸效应、特异的表观磁性等。

2纳米磁性材料的研究概况

纳米磁性材料根据其结构特征可以分为纳米颗粒型、纳米微晶型和磁微电子结构材料三大类。

2.1纳米颗粒型

磁存储介质材料：近年来随着信息量飞速增加，要求记录介质材料高性能化，特别是记录高密度化。高记录密度的记录介质材料与超微粒有密切的关系。若以超微粒作记录单元，可使记录密度大大提高。纳米磁性微粒由于尺寸小，具有单磁畴结构，矫顽力很高的特性，用它制作磁记录材料可以提高信噪比，改善图像质量。

纳米磁记录介质：如合金磁粉的尺寸在80nm，钡铁氧体磁粉的尺寸在40nm，今后进一步提高密度向“量子磁盘”化发展，利用磁纳米线的存储特性，记录密度达400Gbit/in2，相当于每平方英寸可存储20万部红楼梦小说。

磁性液体：它是由超顺磁性的纳米微粒包覆了表面活性剂，然后弥漫在基液中而构成。利用磁性液体可以被磁场控制的特性，用环状永磁体在旋转轴密封部件产生一环状的磁场分布，从而可将磁性液体约束在磁场之中而形成磁性液体的“O”形环，且没有磨损，可以做到长寿命的动态密封。这也是磁性液体较早、较广泛的应用之一。此外，在电子计算机中为防止尘埃进入硬盘中损坏磁头与磁盘，在转轴处也已普遍采用磁性液体的防尘密封。磁性液体还有其他许多用途，如仪器仪表中的阻尼器、无声快速的磁印刷、磁性液体发电机、医疗中的造影剂等等。

纳米磁性药物：磁性治疗技术在国内外的研究领域在拓宽，如治疗癌症，用纳米的金属性磁粉液体注射进人体病变的部位，并用磁体固定在病灶的细胞附近，再用微波辐射金属加热法升到一定的温度，能有效地杀死癌细胞。另外，还可以用磁粉包裹药物，用磁体固定在病灶附近，这样能加强药物治疗作用。

电波吸收（隐身）材料：纳米粒子对红外和电磁波有吸收隐身作用。由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3-4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。

2.2纳米微晶型

纳米微晶稀土永磁材料：稀土钕铁硼磁体的发展突飞猛进，磁体磁性能也在不断提高，目前烧结钕铁硼磁体的磁能积达到50MGOe，接近理论值64MGOe，并已进入规模生产。为进一步改善磁性能，目前已经用速凝薄片合金的生产工艺，一般的快淬磁粉晶粒尺寸为20-50nm，如作为粘结钕铁硼永磁原材料的快淬磁粉。为克服钕铁硼磁体低的居里温度，易氧化和比铁氧体高的成本价格等缺点，目前正在探索新型的稀土永磁材料，如钐铁氮、钕铁氮等化合物。另一方面，开发研制复合稀土永磁材料，将软磁相与永磁相在纳米尺寸内进行复合，就可获得高饱和磁化强度和高矫顽力的新型永磁材料。

纳米微晶稀土软磁材料：在1988年，首先发现在铁基非晶的基体中加入少量的铜和稀土，经适当温度晶化退火后，获得一种性能优异的具有超细晶粒（直径约10nm）软磁合金，后被称为纳米晶软磁合金。纳米晶磁性材料可开发成各种各样的磁性器，应用于电力电子技术领域，用作电流互感器、开关电源变压器、滤波器、漏电保护器、互感器及传感器等，可取得令人满意的经济效益。

2.3磁微电子结构材料

巨磁电阻材料：将纳米晶的金属软磁颗粒弥散镶嵌在高电阻非磁性材料中，构成两相组织的纳米颗粒薄膜，这种薄膜最大特点是电阻率高，称为巨磁电阻效应材料，在100MHz以上的超高频段显示出优良的软磁特性。由于巨磁电阻效应大，可便器件小型化、廉价，可作成各种传感器件，例如，测量位移、角度，数控机床、汽车测速，旋转编码器，微弱磁场探测器（SQUIDS）等

磁性薄膜变压器：个人电脑和手机的小型化，必须采用高频开关电源，并且工作频率越来越高，逐步提高到1～2MHz或更高。要想使高频开关电源进一步向轻薄小方向发展，立体的三维结构铁芯已经不能满足要求，只有向低维的平面结构发展，才能使高度更薄、长度更短、体积更小。对于10～25W小功率开关电源，将采用印刷铁芯和磁性薄膜铁芯。几个微米厚的磁性薄膜，基本上不成形三维立体结构，而是二维平面结构，其物理特性也与原来的立体结构不同，可以获得前所未有的高性能和综合性能。

磁光存储器：当前只读和一次刻录式的光盘已经广泛应用，但是可重复写、擦的光盘还没有产业化生产。最具有发展前途的是磁性材料介质的磁光存储器，其可以像磁盘一样反复多次地重复记录。目前大量使用的软磁盘，由于材料介质和记录磁头的局限性，其存储密度已经达到极限；另外其已经不能满足信息技术的发展要求，无法在一张盘上存储更多的图象和数据。采用磁光盘存储，就能在一张盘上记录数千兆字节到数十千兆字节的容量，并且能反复地擦写使用。

3展望

纳米技术是本世纪前20年的主导技术,纳米材料是纳米技术的核心,是21世纪最有前途的材料,也是纳米技术的应用基础之一。纳米科技的发展给传统磁性产业带来了跨越式发展的重大机遇和挑战,纳米级磁性材料的开发和研究是磁性材料发展的一个必然方向,但同时也应重视用纳米技术改造传统产业和对现有材料进行纳米改性方面的研究,以全面提高企业的技术水平和竞争能力,在世界民族之林树立中华民族的大旗。

参考文献

［1］王瑞金.磁流体技术的应用与发展［J］.新技术新工艺,2001,(10):15-18.

［2］许改霞，王平，李蓉等.纳米传感技术及其在生物医学中的应用［J］.国外医学生物工程分册，2002，25（2）：49-54.

纳米流体技术的特点范文第4篇

高中新课程改革以来，化学学科的学业评价在试题的新颖度和真实性等方面变化巨大。高考命题权下放以来，高考化学试题呈现“百花齐放，百家争鸣”的态势。以教育部考试中心引领下的单科和理科综合试卷创新性强，与新课程标准的接轨度高。江苏、上海、广东等地命题改革起步早，新课标理念浓郁。纵观这些地区的试题特点，感受最深的一点是：特别强调考查学生的信息素养，特别重视考生获取与加工信息的能力，因此以考查信息素养为主题的新兴试题――综合探究题值得研究。

1获取信息的素养：化学学科的核心素养

完整的信息素养包括两个层面：一是在认识、态度层面上的，即对信息、信息社会、教育信息化等的认识和态度。二是在能力、操作层面上的，即对信息的获取、理解、分析、加工、处理、创造、传递的理解和活用能力，这是信息素养的更重要内容。美国信息产业协会主席保罗・泽考斯基(Paul Zurkowski)在1974年给美国图书馆学与信息学委员会的一份报告中提出：信息素养(Information Lite-racy)是人们在工作中运用信息，学习信息技术，利用信息解决问题的能力，它主要具有五大特征：捕捉信息的敏锐性、筛选信息的果断性、评估信息的正确性、交流信息的自如性和应用信息的独创性。把信息素养作为课程与教学改革中渗透素质教育的核心要素，反映了时代的要求，体现了现代教育的特征，也正是课程自身发展的需要，而化学信息素养培养指的是要有意识地将其渗透到化学教学中去，从而达到信息素养与化学学科内容的有效整合。

获取信息的素养是化学学科的核心素养，考查获取信息素养的能力，尤其是筛选、评估、交流、应用新信息的能力是化学素养考查的重要纬度。《2007教育部化学学科考试大纲》中明确的四种能力为观察能力、实验能力、思维能力、自学能力。《2007年江苏考试说明》的考试内容与要求中，化学学习能力被界定为四个方面，理解化学科学、形成信息素养、学会实验探究、解决化学问题等，其中“信息素养”被解读为：(1)能够通过对实际事物、实验现象、实物、模型、图形、图表等的观察，以及对自然界、生产、生活和科学实验中化学现象的观察，获取有关的感性知识和印象，并具有初步加工和应用能力。(2)能够敏捷、准确地获取试题所给的相关信息，并与已有知识整合，具有在分析评价的基础上应用新信息的能力。这些考查要素的确定基本上符合国际潮流，也具有前瞻性。

2使用信息的素养：化学命题的重要纬度

在真实的化学场景或研究场景下使用有效信息的能力，是化学学科素养的重要方面。如何考查中学生使用信息的素养，必须多纬度地思考这个问题。一方面在真实的场景中考查，即传统的设计评价能力、创新整合能力、协调组织能力等。另一个方面是独立的理论思考能力，即纸笔测试过程中，对思维的严密、深刻、多元、批判、创新、演绎、归纳等综合素养的考查，这就要求设计高质量的综合探究题，承担考查独立的理论思考能力。这类试题需要考试研究者和一线教师共同研究创造，笔者以三个试题为例进行如下分析。

2.1再现真实化工流程，演绎真实的化学

化学是真实的。化学工作者在教学过程中，都不同程度地感受到平时所训练的试题有“虚假”、“捏造”的痕迹，但是为了形成某种能力，为了达成某种目标，有时大家都在“违心地给学生训练大量自知无用，但又不敢割舍的试题。这类试题尤其在一些框图型试题、选择型试题、计算型试题中比较多见。为了考查以氮和铝为核心的知识网络，就让AIN与水反应；为了考查以铝和碳为核心的知识网络，就让Al4C3与水反应等，这样的例子还有很多。难道考查元素化合物知识就不可回避这些传统的桎梏吗？不是，其实真实的工业生产中有许多鲜活的情境可以采撷。2006年江苏高考卷的第17题，针对学生获取信息的能力提供了一种考查模式。

［例1］(2006江苏高考)苯甲醛在医药、染料、香料等行业有着广泛的应用。实验室通过下图所示的流程由甲苯氧化制备苯甲醛。

试回答下列问题：

(1)Mn2O3氧化甲苯的反应需要不断搅拌，搅拌的作用是__________。

(2)甲苯经氧化后得到的混合物通过结晶、过滤进行分离。该过程中需将混合物冷却，其目的是________。

(3)实验过程中，可循环使用的物质分别为_____、________。

(4)实验中分离甲苯和苯甲醛采用的操作I是_____________，其原理是________。

(5)实验中发现，反应时间不同苯甲醛的产率也不同(数据见下表)。

请结合苯甲醛的结构，分析当反应时间过长时，苯甲醛产率下降的原因________。

该试题命题意图是借助工业生产背景，考查学生读取信息、分析信息、信息加工的能力。整个试题的设计遵循思维由浅入深的原则，前2问主要侧重实验操作的目的或作用，第3问则是考查信息读取和分析能力，第4问主要是有机物分离的原理和操作的考查，第5问既有信息分析，又有有机官能团性质的综合应用能力。这道试题难度属于中等偏上，难点在于这是一个新的信息情境，甲苯氧化为苯甲醛，而不是氧化为苯甲酸，与学生既有“前知识”产生冲突，而且在表述作用、目的、原理、原因的过程中语言不精炼或不到位，还会被扣分。如：搅拌的作用，很多学生回答为“充分接触”、“充分反应”等，只是回答到操作产生的直接效果，而对操作产生的目的效果表达没有到位。这道试题的缺陷是“信息源”使用效率不高。如：锰元素的循环没有体现，实验室如何进行油水分离等信息片段未涉及。最后一问的质量还不够高。

2.2 阅读最新化学工艺，感受有用的化学

化学是有用的，是好用的。化学世界其实是一个真、善、美的世界。它的“真”体现在真实，如新合成的物质会真实地体现它的价值，新原理会真实地表现它的应用，不仅在反应程度上，而且在反应内涵上。它的“善”体现在自然界中自发的反应几乎向着人类有利的方向发生，而强加了人为思想的一些反应则不然。光合作用的反应伟大吗？呼吸作用的反应伟大吗？它的“美”自不用说。新材料之美、新能源之美、新的化学工艺融合了基础化学知识的信息，让学生对化学充满激情，这也是信息素养考查中应该关注的。下面是我们原创的一道试题：

［例2］超临界流体(SCF)是指流体的温度和压力处于它的临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上时的一种特殊状态的流体。它兼具气态和液态的特征，同时又具有许多独特的性质，如无机盐在超临界水(SCW)中的溶解度很低，而有机物和氧气、氮气以及二氧化碳等气体则与超临界水完全互溶等。水的状态与压强、温度关系如右图示意：

(1)在773K、10MPa时，水的状态是____，使之成为超临界水的必要措施为_______。

(2)80年代中期美国学者Modell首次提出超临界水氧化技术(SCWO)，即以超临界水为介质，用空气、氧气等氧化剂将有机废物氧化成二氧化碳、氮气、水以及盐类(SO 、PO )等无毒小分子，反应过程中放热。该项技术很快在航天领域得到应用，生产火箭燃料的工业废水中含有少量的偏二甲肼［(CH3)2NNH2］，利用SCWO技术，偏二甲肼能迅速被双氧水氧化，反应的化学方程式为____________。该项技术处理废水时，除了反应彻底、迅捷和广泛的适用性外，还具有的优点是(填一项)______。

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(3)SCWO基本工艺流程如上图所示。工业上利用SCWO技术对一些难降解的有机废水进行处理。在处理某些含可溶性无机盐(只含钠盐、钾盐)的有机废水时，常常会出现管道堵塞现象，发生这种现象的原因是_________________。若检测到管道c中的流体的温度为360K，管道e、d中的流体的温度为500K，则上述a-h管道中易发生堵塞的管道为_______(填字母)。定期清洗管道的方法是_____________。

超临界水或二氧化碳是一个研究热点，以此为载体设计试题能开拓学生视野。这道试题设计了三个层次的内容，梯度明显。第一个问题只要能够阅读图中的相关信息，准确查找到成为超临界水的两个必备条件“温度和压强”参数即可，但第2问的回答“加压”就不够严谨了，应该注意关键词“必要措施”，显然要准确答到“加压到22MPa以上”才行。第二个问题主要考查信息方程式的书写，同时考查学生对“绿色化学”的理解。第三个问题要求较高，要能读懂流程图，同时兼顾上述信息中的关键词：“出现管道堵塞现象”，关键是解决“堵”的原因，只有当水成为超临界水时无机盐才会析出。分析a、b、c、d四管道，形成超临界水的条件不足，而c、g、h温度会逐渐降低，形成超临界水的条件也不足，只有f中有超临界水流过，其原因是在超临界水氧化反应器中发生放热反应，使500K的水超过647K，从而使无机盐析出导致堵塞。最后一问也非常具有实用价值，是一个纯粹的工业生产应用问题，处理的方法中只要答到关键词：“降压或常压下”、“用普通热水或冷水对堵塞管道进行清洗”即可。

这道试题测试的结果表明，考生对信息素养试题觉得“不难”但是“难拿全分”，主要是分析信息的深刻性、严密性不够，另外在语言表达上不够规范，遵循“关键词”的意识不强。这类试题的取材比较广泛，来源比较丰富，对学生的信息素养能力考查的最大特点是：没有高要求的知识背景，但是有较高的信息提取和信息加工能力要求。这道题的区分度非常明显，效度非常好，被测学生感触很深：新颖、公平，愿意接受这类试题的检测。

2.3 介绍前沿问题，感受创新的化学

人类文明的进步，化学创新起到十分重要的作用。化学材料的创造和发明，大大改变了人类生活的方式，大大促进了社会的发展，化学的创新正改变和影响着世界。让学生在前沿问题中感受创新的化学，是考查信息素养能力别应该关注的。让学生知道“绿色化学”，人类才会在地球的家园中走得更远；让学生知道“环境问题”，人类才会在享受自然赋予中保护自然；让学生知道“纳米科学”、“导电塑料”、“超导材料”、“超临界物质”等，就能真正理解我们的生活是因“化学而美好”，而不是因“化学而糟糕”。下面是我们设计的一道关于“纳米科技与医学”的试题：

［例3］随着纳米技术的飞速发展，四氧化三铁纳米颗粒在磁性记录、磁流体、吸波、催化、医药等领域有着广泛的应用。“共沉淀法”是制备四氧化三铁纳米颗粒的常见方法，具体步骤为：将一定量的FeCl2・4H2O和FeCl3・6H2O制成混合溶液加入到烧瓶中，在N2气氛下，滴加氨水、搅拌、水浴恒温至混合液由橙红色逐渐变成黑色，继续搅拌15min，用磁铁分离磁性颗粒，用蒸馏水洗去表面残留的电解质，在60℃下真空干燥并研磨，可得直径约10nm Fe3O4磁性颗粒。

(1)“共沉淀法”中N2的作用是_____，制备的总离子反应方程式为_________。

(2)在医药领域，四氧化三铁纳米颗粒经表面活性剂修饰后，被成功制成磁性液体，又称磁流体(见图a)。磁流体属于____分散系。负载药物后的该磁流体通过静脉注射或动脉注射进入人体，在外界磁场的作用下，富集于肿瘤部位，当外磁场交变时，可控释药。这利用四氧化三铁磁流体的________功能。

(3)科学研究表明，Fe3O4是由Fe2+、Fe3+、O2-通过离子键而组成的复杂离子晶体。O2-的重复排列方式如图b所示，其中存在着两种类型的由O2-围成的空隙，如1、3、6、7的O2-围成的四面体空隙和3、6、7、8、9、12的O2-围成的八面体空隙，Fe3O4中有一半的Fe3+填充在正四面体空隙中，另一半Fe3+和Fe2+填充在正八面体空隙中，则Fe3O4晶体中，正四面体空隙数与O2-数之比为_________，其中有_______%正四面体空隙填有Fe3+，有______%正八面体空隙没有被填充。

这道试题的第一问是关于制备过程中“防止Fe2+被氧化”的问题和反应原理的考查，只要学生能够读懂信息，并注意信息中的有效信息即可顺利解题。第二问考查读图能力，要能够看懂“尺寸”比例，知道磁流体的直径在“胶体”分散系的范围。同时提取题中有效信息，并结合胶体相关性质，知道作用是“磁性和吸附”两个作用，很多学生漏填了“吸附”。第三问提供了一个关于四面体空隙和八面体空隙问题。学生不难得出该晶胞中四面体的数目是8个，O2-的数目是4个，两者之比为：“2∶1”。第二个问题也比较容易，“1/8”即12.5%。第三个问题难在晶胞中的八面体数目，很多学生只能看出中间的独立的一个正八面体，而不能“识别”其它三个八面体，由于其它三个八面体是“分散”的，因此，要引导学生建立“平均或分割思想”。一种方法是以12条棱中的任意一条为四面体的中心轴线，如“1、6、7、10”构成一个正八面体的1/4，12条棱就形成12个1/4，即三个正八面体。第二种方法是以一个“O2-”为中心，放射出6条射线，即一个“O2-”被6个正八面体共用(一个正八面体占据1/6的“O2-”)，6个“O2-”围成一个正八面体，所以每个正八面体“独立拥有”的“O2-”数为1个，而一个晶胞中“O2-”数是4个，所有八面体数是4个。第三个问题的答案是“2/4”即“50%”。

这道试题的测试结果表明，学生普遍对空隙数目的推算比较困难，也反映了学生有效提取有价值信息能力还很缺乏。但是这类试题给学生有“耳目为之一新”之感，同时很多学生知道了纳米技术在医学上的作用，更加理解化学学科的实用性、创造性，增强了学科的自豪感和认同感，对学生的信息素养培养和未来的专业发展大有裨益。

3 考查方向：真实与接轨性兼顾

化学学科素养的考查，应该更多关注信息素养的考查，考查信息素养的关键是真实性与接轨性兼顾。所谓的真实性，就是取材要真实、鲜活，不能做“假”。素材可以是工业生产流程的片段，可以是现代工艺流程的演变、革新，可以是生活中的应用等。这类素材的最大优势是范围广，涉及的知识点丰富，融综合性与探究性于一体。但是，此类试题在改造的过程中，更应该考虑“接轨性”。这里有两层含义，一是与新课程接轨。要让学生形成探究能力，在试题中就要体现，要让学生形成综合分析问题的能力，在试题设计的过程中要兼顾，二是与学生知识容量和知识背景接轨。离开学生的知识背景，离开学生广义的知识容量设计试题，那是非常危险的，容易使中学教师任意扩张教学内容。因此在设计此类试题的过程中，要遵“本”(遵守教材、课程标准)、循“纲”(考试说明、教学要求等)，不能超越学生的知识和技能要求。

2006年的高考试题中以广东试卷“水体中重金属铅的污染问题”和《江苏考试说明》中“江苏省大气污染问题”为代表的综合探究试题，已经为考查学生的信息素养能力提供了较好的范本。重视信息素养的培养，首先要抓住课堂教学主阵地，其次是在考查中要有所体现。考查信息素养能力的关键是设计好这类试题。创造性地设计信息素养能力考查题不是考研人员的专利，广大一线教师应投身到试题研究的过程中，开发好题，使用好题，为化学新课程学业水平评价增添亮色。

纳米流体技术的特点范文第5篇

关键词：机械制造；制造工艺；精密加工

在机电控制系统中，机电技术是最重要的技术基础。现阶段，传统的机械制造工艺与加工技术已经无法满足机械制造的需要，因此，必须研发现代机械制造的新工艺，实现精密加工技术的新突破，以促进机械制造业的不断发展。本文从两个方面探讨了机械制造工艺与精密加工技术，一是其发展的特点，二是其现代机械制造工艺与精密加工技术。希望本文有助于促进机械制造业的发展。

1.现阶段机械制造工艺与精密加工技术的特征分析

1.1.关联性

从机械制造技术的发展历程来看，较为先进的机械制造技术，不止在制造过程中得以体现，而且在产品的调研、工艺的设计以及产品销售等各个环节，都可以体现出来。不难看出，这些环节之间的关联性很强，各个环节相互协调才能产生良好的经济效益。但如果其中的一个环节出现问题，则会给整个流程造成严重的影响。

1.2.系统性

先进的科学技术是先进的机械制造技术的保障，先进的机械制造技术往往需要多项科技的协调运用。随着科学技术的不断发展，计算机、自动化等现代技术在机械制造中的运用越来越广泛。笔者相信，随着科技的不断进步，现代机械制造工艺及精密加工技术会日臻完善。

1.3.全球化

当前，经济发展已经实现了全球化，在经济全球化的背景下，机械制造业也面临着全球化的挑战。这主要表现在机械制造的技术和制造业市场的竞争越来越激烈市场竞争。我国的机械制造企业若想在全球的市场竞争中占据一席之地，就必须加大工艺和技术研发力度，增强核心竞争能力。

2.机械制造工艺与精密加工技术分析

2.1.机械制造技术

现代机械制造技术主要包括四个方面的内容，一是机械工艺结构设计，二是结构设计，三是材料的选择，四是设计方法。随着机械制造业的发展，传统的设计方法，诸如数控机床设计、节能节电设计等等，已经无法满足现代机械设计的要求。相比以前，现阶段的机械制造方法已发生了很大的改变，由传统单一的设计方法向综合经验设计、有效方法设计以及直觉设计等设计方法转变。这也是现代机械设计的一种发展趋势。

现代的机械设计，涉及到优化设计、系统工程以及仿真设计等各方面的内容。在机械设计中，采用科学的设计方法和信息技术能够促进机械制造工艺设计的效率和水平，从而促进机械制造设计技术的不断发展。

2.2.机械制造工艺

相比以前，现阶段的机械制造工艺已经取得了很大的进步。机械制造工艺取得了很大的进步，其发展呈现出三个显著的特点，也可以说是未来机械制造对制造工艺的三个要求：

2.2.1.高精度。我们知道，精度是现代机械制造工艺的一个重要要求。在国防、航空航天以及科研等领域，机械制造对于精度的要求更高，也更加的严格。

2.2.2.高柔性。机械制造的发展方向之一便是柔性加工。这里的柔性加工指的是加工的灵活性、加工品种的多样性以及加工的多适应性。最近几年来，柔性加工得以实现的保障是各种工业机器人和数控机床在机械制造中被广泛使用。柔性制造系统以数控设备为基础，可以分为三个系统，一个是柔性制造自动线，一个是柔性制造单元，一个是柔性制造系统。这些系统的连接方式是用自动存储系统进行连接，通过计算机控制多种零件的生产和加工。

2.3.机械设备的精密加工技术

2.3.1.模具成型技术分析

现阶段，模具的加工制造广泛应用于家电产品以及电机、汽车、飞机和仪表等各类制造产品中。在模具加工过程当中，如何提高模具加工的精度，是模具成型技术的核心问题所在。模具加工的精度，也是衡量一个国家制造业发展水平的一个重要标志。在当前的模具加工中，广泛采用的是电解加工工艺，它能够使模具的精度达到微米级，从而可以有效解决工件表面的质量问题，尤其是有助于较为复杂腔型的模具加工。

2.3.2.精密切削技术

当前，用直接切削来得到高精度的产品仍然是较为常用的一种精密加工技术。但是，如果想要得到更高精度的产品，就必须最大程度上减少刀具、机床和工件等因素对切削的影响。此外，加快机床的转速也是提高精密度一种比较有效的方法，当前机床的转速已经提高到差不多每分钟几万转。

2.3.3.超精密研磨技术

一般情况下，集成电路基板硅片的加工才用到超精密的研磨技术。它要求其表面的粗糙度必须小于2毫米。因此，传统的精密研磨技术已无法达到集成电路的加工要求，需要进行原子级抛光。在这种情况下，各种新方法和新原理的超精密研磨技术应时而生，比如非接触研磨，其通常应用于弹性发射加工，流体动压型悬浮研磨等。各种新研磨方法极大促进了超精密研磨技术的发展。

2.3.4.纳米技术

在平时的生活中，我们常听到纳米技术这个词汇，它是人们把先进的工程技术与现代物理学相结合研发出来的一种新技术。最近几年来，纳米机械制造技术得到了比较快的发展，已近可以在硅片上画出纳米宽的线来。

2.3.5.微细加工技术

随着科学技术日新月异的发展，电子元件的体积也越来越小，其使用的频率也越来越高，但是能量消耗却在不断降低。超微粒子技术的问世，使得半导体的加工精度达到了几百个埃的精度。微细加工技术的发展，促进了机械制造技术向高精细方向不断发展。

结语：

机械制造业发展的关键在于机械制造工艺与精密加工技术。因此，必学加大机械制造工艺和精密加工技术的研发力度，增强机械制造的自主创新能力，提高机械制造的精密加工技术，以便更好的促进现代机械制造业的发展。本文分析了当前机械制造工艺与精加工技术及其特征，希望有助于我国机械制造业的发展壮大。

参考文献：

[1]黄庆林，张伟，张瑞江. 现代机械制造工艺与精密加工技术[J]. 科技创新与应用，2013（6）

[2]夏永清. 浅议现代机械制造工艺与精密加工技术[J]. 华章，2013（4）

[3]谈毅. 浅谈现代机械制造工艺与精密加工技术[J]. 科技风，2012（12）

[4]赵惠贤，田小英. 浅谈现代机械制造工艺及精密加工技术[J]. 科技风，2012（8）