第一篇：數字藝術在藝術設計領域中的應用

數字藝術在藝術設計領域中的應用

彭曉輝

（江漢大學藝術學院，湖北，武漢 430056）

摘要：數字藝術是集科學、藝術、技術為一體的現代藝術品締造的綜合性學科。它是通過數字化設備和軟件來表達藝術語言和設計思想的藝術形式。它不僅為設計師提供了前所未有的藝術形式和創意空間，它還具有方便的交互功能，設計中的所有物理操作將由機器代勞，工作效率得以提高。

關鍵詞：數字藝術；藝術設計；輔助設計；創新；

The Application of Digital Arts in the Field of Art Design

PENG Xiao-hui

(From Art College of Jianghan University, Wuhan 430056, Hubei Province, China)

Abstract: Digital arts is a comprehensive course created by modern art objects combining science, art and technology and an art form expressing art language and design ideas by digital equipment and software.It not only provides designers with an unprecedented art form and creative space but also has convenient interactive function.As all of the physical operations are performed by the machine, the working efficiency can be improved.Key words: digital arts, art design, aided design, innovation

1引 言

數字藝術的發展和應用幾乎涉獵了藝術設計的各個領域：視覺傳達設計、環境藝術設計、服裝設計、影視動畫、工業造型等。數字藝術能有如此蓬勃的發展，既表現了數字化技術對傳統方式的沖擊，也是科技與藝術的完美結合的體現?？萍嫉陌l展為現代藝術創作提供了新的載體，它不僅豐富了藝術設計的構成語言和視覺效果，同時增強了藝術作品的感染力。設計者只需提供具體數據和完整的設計思想，即可快速高效完成現代數字藝術設計作品。計算機技術對數字藝術的推動和數字藝術在藝術設計領域中的應用是值得關注的。

2數字藝術的科技依賴性

數字藝術的造型與表現手段依賴于計算機技術，特別是計算機圖形圖像和軟件技術。數字藝術主要涉及計算機圖形圖像在藝術設計不同研究方向的應用與實踐，特別是圖像處理及影視動畫軟件技術的應用。軟件，從核心來講，是算法和編程的集合，它們具有更友好和人性化的界面、圖形編輯工具及操作環境，為設計師打造了更自然、更方便的設計空間，而把繁雜的算法語言、編程邏輯和運算公式都隱藏在“后臺”。因此軟件開發和程序設計是計算機工程師的事情。這并

不意味著數字藝術設計師不需要學習計算機語言，目前很多特效和交互設計都需要用計算機編程來定制，而一般的應用軟件并沒有這些特殊的模塊。如：FLASH數字藝術設計中的交互動畫就需要設計師動的ActionScript編程知識；這些知識對于平面設計、游戲設計等都是非常重要的。因此，設計師不僅要懂得使用軟件，還要能夠輔助編程來實現僅通過軟件所無法實現的藝術效果。

數字藝術對技術的依賴與傳統藝術對創作材料的依賴有所不同，傳統的繪畫藝術的創作依賴于畫筆、畫布、顏料等物質材料，而觀賞者對作品的欣賞并不依賴于這些物質材料。但在數字藝術中，創作者和觀賞者對硬件的依賴是相同的，如二者都需要電腦或網卡等。所不同的是，創作者依賴于更多的創作軟件。于是藝術家就必須成為技術人員，因為他們必須掌握運用軟件，而IT技術的發展迅猛，軟件更新快，這促使藝術者必須不斷學習。技術的迅速發展，使藝術家不斷地思考如何利用一種新的創作資源進行藝術創新，這種創作資源使藝術家可以極其逼真地再現任何形象，也可以隨意塑造任何形象[1]。

3數字藝術的應用

3.1 數字藝術在視覺傳達設計中的應用

視覺傳達設計包括平面設計、包裝設計、書籍設計、廣告設計、電子視傳設計等。在所有設計行業中，視覺傳達設計最易受到計算機系統的影響。其中，計算機桌面排版技術、計算機圖形工作站以及相關藝術設計軟件的發展，引起了設計行業乃至整個印刷工業的巨大變革，計算機輸入、輸出設備的研發也因此得到迅速發展。

在視覺傳達設計中，數字藝術設計具有傳統設計手段無法比擬的強大優越性，它能快速有效地進行圖像的編輯；印刷分色打樣等許多印前工作也都可以通過計算機進行處理；可以很出色地實現復雜而精確的點、線、面的繪制；可模擬特殊效果的圖像，如浮雕效果等；它還可以將多幅圖像進行疊加、羽化，產生虛擬而又真實的視覺效果；也可迅速修改畫面中任何部分的色彩和形狀，設置各種字體，拷貝設計元素，并將畫面存儲以便隨時調出使用、調整，這大大提高了工作效率[2]。

3.2 數字藝術在服裝設計中的應用

服裝行業最初是為了提高生產效率才實施計算機化的。首先是服裝樣版的數字藝術設計，這樣就可以用最少的材料進行合理的安排。服裝效果圖也可以在計算機上完成，利用計算機數字藝術軟件可以很輕松地對服裝設計效果圖進行繪制和色彩調整；利用服裝打版軟件可以直接完成服裝制版、做縫份、牙口、記號、開省、貼邊、剪接等傳統制圖方法[2]?？梢宰詣优虐婕叭藱C交互式排版，同時開

啟服裝設計圖與打版圖，使設計觀念具體化；可以建立常用的打版符號作為版型的制圖標示，讓打版師與縫制工人達到最佳的協調，使作業流程連貫化。

服裝設計軟件的應用使得設計表現手法多種多樣，可以運用三維動畫軟件將模特的形體數據化，在計算機中形成一個虛擬空間中的模特，然后將設計的服裝也轉化為計算機數據，在虛擬空間中與虛擬的模特進行位置結合，通過視頻輸出，有助于設計師對其作品的細節和整體效果的把握，在還沒有成批量生產之前，通過虛擬數字藝術設計將其做得盡善盡美。服裝面料的印染重塑也主要使用計算機系統，用藝術設計軟件將圖案紋樣編輯好，然后進行菲林制作和感光制版。目前服裝行業軟件存在多版本不統一的問題，企業使用的和學生所學的并不一致。這種矛盾有待教育機構、服裝企業和軟件開發商協同解決。

3.3 數字藝術在工業造型設計中的應用

工業造型設計涉及產品造型、色彩、美學、人機、標志等方面的內容。未來的造型設計不僅要表現產品的三維效果，而且還要模擬產品的工作狀況，它可以研究用戶對產品的反應，也可以從生產的角度來檢驗設計。產品模型用三維建模軟件來制作，然后用動畫軟件表現產品要完成的預想功能，這樣使用者就能全方位觀察產品并體會產品在使用甲的感覺。

數字藝術中，概念設計的魅力就在于你要設計一款仿佛真的存在于特定世界的物品，它在那個世界應該是高效率的，可用的。這要建立在對已存在的機械結構和工業設計的深刻理解上。計算機將概念設計圖通過數字藝術軟件轉換為設計創意，渲染生成效果圖方案；這還為生產制作提供數據，從CAD到CAM等系統，還有新開發的CIMS計算機集成制造系統，計算機參與整個產品的設計和制造過程[3]。

汽車工業設計就是較早運用計算機數字藝術設計的行業之一。20世紀80年代中期，世界上大多數大型的汽車制造商都安裝了計算機設計系統，并開始認識到運用計算機設計汽車要比傳統的方法更為有效。計算機技術在設計車身的同時，還能顯示出汽車的所有表面特征和材質效果，它比實物攝影更靈活。由于虛擬的場景中沒有一粒塵埃，所以產品的效果也可以一塵不染。這種模型的質量和精準度遠遠超過了手工技法，使設計師能建造出更為逼真的模型。

隨著工業造型設計在工業產品設計中的廣泛應用，設計師提出了數字三維建模和其他數字藝術軟件結合，進行高質快速的應用設計，縮短了工業造型設計周期，降低了設計成本，使造型設計和生產加工更方便、更迅速、更精確。數字藝術和工業造型設計的成熟結合，將為未來的工業造型設計師提供更為豐富的造型語言和創新手段。

3.4 數字藝術在環境藝術設計中的應用

計算機已成為環境藝術設計專業人員不可缺少的重要工具，數字藝術軟件不僅可以繪制線稿圖，還可以繪制高質量的環境效果圖。隨著計算機硬件的不斷升級和設計師對軟件的熟練掌握，環藝設計效果圖在質量上有了令人矚目的提高。

數字藝術的設計模式使設計師從繁重的手工繪圖中解放出來，利用計算機可以完成從方案設計、施工圖紙到效果圖的全部設計工作。目前進行環境藝術設計的軟件很多，應用AutoCAD, 3DS MAX和Photoshop組合軟件即可取得很優秀的效果，它們可以完成平面設計圖到三維效果圖、三維動畫、虛擬現實的全套操作 [4]。

數字藝術的可視化應用也越來越受到環境藝術設計師的重視。設計者可以把天空、樹木、湖泊、人物以及規劃區域附近的保留性景點通過數碼相機拍攝下來，并將這些素材輸入計算機，當我們在三維軟件中將規劃模型建好并調整角度后，便將它們一同合成到計算機中，這樣就能直觀地觀察規劃方案和周邊環境是否和諧統一，如需調整、修改，也很方便、直接。三維動畫在計算機平臺的推廣和應用，我們可以始終身臨其境地在三維環境里進行直觀、真實的創作和設計[5]。數字藝術這一信息時代的寵兒在環境藝術設計領域中，越來越多地影響和改變著傳統的設計方法和觀念，它將為環境藝術設計開辟更廣闊的新天地，使環境藝術設計師的工作更加流暢、完善。

3.5數字藝術在多媒體動畫設計中的應用

多媒體是基于數字藝術的媒體，是文本、圖形、圖像、聲音、動畫和視頻等諸多成分的交織組合。數字動畫是指利用計算機數字化技術生成具有空間維度的動態連續運動畫面的一種形式。它是建立在傳統動畫基礎上，采用計算機圖形圖像技術發展起來的一門高新技術。它利用計算機動畫制作軟件和輸入輸出設備直接在計算機構建的虛擬空間中制作數字模型和材質，配合模擬燈光和攝像機，再為模型或攝像機設置運動軌跡，通過最終的渲染從而在計算機顯示器上顯示出運動的連續畫面。計算機動畫所生成的是一個虛擬的世界，虛擬景物并不需要真正去建造，物體、虛擬攝像機的運動也不會受到什么限制，動畫師可以自由地去創造虛幻世界。動畫使得多媒體信息更加生動，富于表現力[6]。

基于數字藝術的多媒體動畫首先應用于傳媒娛樂，也就是電影、游戲等。許多電影中以假亂真的影視特效，其實都是計算機動畫生成的畫面。其次是宣傳，利用多媒體動畫全方位地表現某種信息。其他，如國際、國內各方面的形式發展變化分析，城市規劃預想等工作，也很適合用多媒體動畫來表達；仿真模擬在軍事、醫學、經濟、工程等許多方面都用得上多媒體動畫技術；采用多媒體動畫技術制作的課件直觀而生動，能充分調動學生的興趣，形象生動地傳授知識，達到較好的教學效果，為現代教育技術的發展奠定了基礎。通過計算機網絡展廳將多

媒體動畫實踐成果進行展示，它既是對學生實踐情況和教師指導工作的檢驗，也是促進學生進一步學習和提高的好渠道[7]。

數字藝術動畫以計算機圖形學，特別是實體造型和虛擬現實技術為基礎，涉及圖像處理技術、運動控制原理、視頻技術、藝術，甚至視覺心理學、生物學、人工智能等領域，它以其自身的特點逐漸成為一門獨立的學科。

4結束語

學會運用數字藝術，這將為我們認識和表現世界提供新的途徑。了解數字化設計和傳統手繪設計的關系，學會應用數字藝術設計軟件，提高動手能力和創新精神。從科學和藝術結合的歷史背景來看，數字藝術的出現絕對不是偶然，而是時代進步的必然產物，是人類對科學和藝術追求的一個重要的里程碑。隨著計算機技術的發展、隨著現代社會信息化的不斷加深，數字藝術的活動范圍和表現深度將不斷加大。今天的數字藝術借助其強大的數學模型和精確的幾何表現手段，在現代工業造型設計中也發揮著越來越重要的作用。結合了繪畫、攝影、動畫和三維空間再現的種種優勢，數字藝術正在成為數字藝術家們表現人類精神世界、探究作為“內在自然”的人類生命的奧秘的有力工具?，敻窭?、達利等人開拓了超現實主義藝術。而當代數字藝術恰好是對傳統藝術的補充和提升。數字藝術打破了客觀世界局限，將抽象思維和意念直接通過計算機硬件和軟件再現于電子顯示器上[8]。這無疑是人類認識世界和表現自身藝術思維的一步大的跨越。

參考文獻：

[1] 李四達.數字媒體藝術概論[M].北京：清華大學出版社, 2006.[2] 彭曉輝.計算機輔助藝術設計[M].武漢：華中科技大學出版社，2006年.[3] 陳宇晨，王大中等.數字制造與數字裝備[M].上海：上?？茖W技術出版社，2011.[4] 陳志明.精雕細琢：中文版PhotoshopCS5建筑表現技法[M].北京：機械工業出版社2011.[5] 劉光然.虛擬現實技術[M].北京：清華大學出版社，2011.[6] 黃峻.Flash MX動畫大風暴[M].北京：北京科海電子出版社, 2003.[7] 吳傲冰，黃華明，王萍.基于網絡技術的藝術設計實踐教學系統[J].實驗技術與管理，2010,27（12）：139.[8] 李四達,數字媒體藝術史[M].北京：清華大學出版社, 2008.

第二篇：復合材料在航空領域中的應用

復合材料在航空領域中的應用

先進復合材料具有高比強、高比模、耐疲勞、多功能、各向異性和可設計性、材料與結構的同一性等優異性能，自上世紀60年代年問世以來，先進復合材料很快獲得廣泛應用，成為航空航天四大材料之一。下面就讓我們對先進復合材料的應用情況和其優異性能做一簡要介紹。

1．應用先進復合材料可以顯著提高戰斗機作戰性能

為滿足新一代戰斗機對高機動性、超音速巡航及隱身的要求，進入90年代后，西方的戰斗機無一例外的大量采用復合材料結構，用量一般都在25％以上，有的甚至達到35％，結構減重效率達30％。應用部位幾乎遍布飛機的機體，包括垂直尾翼、水平尾翼、機身蒙皮以及機翼的壁板和蒙皮等。如美國第四代戰斗機F-22復合材料用量已達到24%，而EF2000更高達43％，EF2000除鴨翼外，機身、機翼、腹鰭、方向舵都采用復合材料，結構的“濕潤”表面的70％為復合材料，陣風也是如此，70％的“濕潤”表面為復合材料，約947kg之重。F-35的復合材料幾乎覆蓋了整個飛機外表面。

2．應用先進復合材料可以明顯增大軍用運輸機有效載重量

C-17是上世紀先進大型軍用運輸機的典型代表，C-17是1986年設計的，限于當時的水平，復合材料主要用于次要結構，如雷達罩、整流罩、操縱面、口蓋、翼梢小翼蒙皮等，復合材料重約7258k，占該機結構重量8.1%。樹脂基復合材料從非承力結構發展到次承力構件。在復合材料中碳纖維增強復合材料約占結構重量6%，玻璃纖維塑料、Kevlar纖維增強材料占2%。而歐洲EADS正在研究的A400M屬于新一代大型軍用運輸機，在材料應用技術上有了一個新的飛躍，主要表現為先進復合材料占結構重量的35%~40%。與C-17不同的是，在A400M上，碳纖維復合材料用于一些主承力結構，而C-17的復合材料結構重量比僅為8%，且主要用于操縱面及次要結構。A400M的機身仍由傳統的鋁合金制成，但卻開創了采用碳纖維復合材料制造大型運輸機機翼的先河，機翼長達19米，令業界頗為矚目。

3．應用先進復合材料是高超聲速飛行器能否上天的關鍵因素

高超聲速技術主要指研制高超聲速（Ma>5）飛行器所需的相關技術。近中期將采用的材料將包括陶瓷纖維增強的金屬基復合材料、陶瓷及碳碳復合材料以及輕質隔熱材料。此外，發動機及機身將需要導熱率高的材料，如碳碳復合材料。更遠的將來，將需要先進型的材料，如鈹基復合材料之類的超輕材料以及纖維增強陶瓷之類超高溫材料。

以NASA開發的第二代可重復使用航天飛機為例，油箱內襯為復合材料。在推進系統中將采用陶瓷基復合材料發射斜軌、金屬基復合材料機匣以及樹脂基復合材料涵道。此外還將采用復合材料電子設備艙。第三代可重復使用航天飛機將為一智能結構，具有自適應熱防護系統及智能化無損檢測裝置，自愈合的飛機結構及表面。發動機材料將可能使用經冷卻的復合材料、金屬基復合材料加力燃燒室殼體、超高溫復合材料。結構材料將包括超高溫樹脂基復合材料、低成本耐腐蝕熱防護系統復合材料液氧油箱。

美國高超聲速飛行器X-43是由超燃沖壓發動機作動力裝置的驗證機。其油箱/機身由石墨/環氧框架及蒙皮組成。蒙皮外再覆以熱防護系統。飛機上翼面熱防護層為可剪裁的先進絕緣氈，下翼面為內多層屏蔽絕緣物。后者是正處于開發中的防熱材料，由C/SiC外面板，中介陶瓷屏以及先進聚酰亞胺泡沫內襯。中介陶瓷屏覆以貴金屬以降低其熱輻射。機翼及垂尾由鈦基復合材料制成，并有一個由二硼化鋯制成的前緣。

4．應用先進復合材料能大幅增加無人戰斗機載油量

國外目前研制的無人機以復合材料和傳統鋁合金的混合結構為主。如“捕食者”“全球鷹”等均是如此。其中“全球鷹”的機翼和尾翼由石墨/環氧復合材料制造，而機身仍采用傳統鋁合金，復合材料占結構重量的65%。

無人戰斗機是未來航空武器的一個重點發展方向。為滿足采購政策、隱身性能、機動性、生存力對材料的特殊需求，為盡可能地降低結構重量、提高燃油裝載量，無人戰斗機結構的一個顯著特點就是大量應用復合材料。以波音公司的X-45A為例，除機身的龍骨、梁和隔框采用高速切削鋁合金外，其余的機體結構都是由復合材料制成。諾斯羅普格魯門公司的X-47A的機體除一些接頭采用鋁合金外，整個機體幾乎全部采用了復合材料。

5．應用先進復合材料可以極大提升民用飛機市場競爭力

民用飛機方面，復合材料的使用對于增大客艙濕度進而改善乘客的舒適度、降低油耗、易于實現結構/艙內材料的一體化、減少零部件數量、簡化系統安裝及縮短總裝時間等方面潛力巨大。波音、空客兩家大型民用客機制造商均將其視為實現新飛機機體減重及降低直接運營成本的有效途徑。如在新一代波音787飛機上，復合材料用量將達到50%，創大型客機復合材料的應用記錄。歐洲空中客車公司在新近研制的A380型寬體客機的機翼和機身結構上均采用了先進復合材料，用量已占結構重量的25%，其中碳纖維增強復合材料占22%，另采用了3%玻璃纖維增強的鋁合金層板復合材料Glare。在機翼前緣等處還采用了聚苯硫醚熱塑性復合材料。該公司目前正在研制的新一代客機A350，復合材料的應用比例也將達到39%。

6．應用先進復合材料在減重的同時很好地改善了直升機抗墜毀性

直升機采用復合材料不僅可減重，而且對于改善直升機抗墜毀性能意義重大，因而復合材料在直升機結構中應用更廣、用量更大，不僅機身結構，而且由槳葉和槳轂組成的升力系統、傳動系統也大量采用樹脂基復合材料。H360、S-75、BK-117和V-22等直升機均大量采用了復合材料，如頃轉旋翼飛機V-22用復合材料近3000公斤，占結構總重的45％左右，法德合作研制的“虎”式武裝直升機，復合材料用量更高達77％。

7．先進復合材料在航空發動機上也得到成功應用

航空發動機使用碳纖維增強樹脂基復合材料取代金屬材料可以有效減輕發動機重量，降低燃料消耗，增加航程。有資料報導，發動機減輕1磅重量，從而使飛機可減輕10～20磅重量。從70年代初，復合材料就成為TF39、F103特別是GE36UDF發動機研制計劃的一部分，在這些發動機上積累了經驗之后，在GE90的風扇葉片上成功使用了高性能韌化環氧復合材料。此外，在F119風扇機匣、遄達發動機的風扇機匣包容環及反推力裝置上也廣泛采用了樹脂基復合材料。

近期開發的波音787的動力裝置GEnx的風扇機匣及風扇葉片，將由碳纖維/環氧樹脂基復合材料制成。除減重外，復合材料還表現出良好的韌性及耐蝕性。

至于陶瓷基復合材料等超高溫復合材料，目前已在M88、F119等發動機尾噴管等靜止件上獲得應用。

隨著飛行器向高空、高速、無人化、智能化、低成本化方向發展，復合材料的地位會越來越重要。國外預計，在下一代飛機上，復合材料將扮演主角，目前采用全復合材料飛行器的計劃正處于醞釀之中。

第三篇：納米技術在航天領域中的應用

序列號： 16

課 程 論 文

課程名稱

21世紀高新技術

題目名稱 納米技術在航天領域中的應用 學生學院 管理學院 專業班級 電子商務1班 學 號

3113004743

學生姓名 陳昌桐 指導教師 曹曉國

2015年

11月 3日

摘要

本文初步介紹納米技術、納米材料及其結構在航天領域中的應用，綜述了納米衛星、納米碳管、納米面料、納米流體等航天領域的應用，重點介紹納米材料在航天器的結構材料和功能材料方面的應用?？梢灶A料，納米技術的應用在航天領域有著相當廣闊的前景。

關鍵詞

納米技術；納米材料；航天；納米衛星；

正文

引

言

納米材料由于具有獨特的小尺寸效應而表現出不同于傳統材料的物理和化學性質。利用納米材料這些獨特的性質，可對傳統材料進行改性，進而開發出更高性能的材料，以滿足傳統材料所不能達到的要求，尤其是滿足航天航空領域對材料性能的特殊要求。

一、納米技術的介紹

納米技術（nanotechnology）是用單個原子、分子制造物質的科學技術，研究結構尺寸在0.1至100納米范圍內材料的性質和應用。納米科學技術是以許多現代先進科學技術為基礎的科學技術，它是現代科學和現代技術結合的產物，納米科學技術又將引發一系列新的科學技術，例如：納米物理學、納米生物學、納米化學、納米電子學、納米加工技術和納米計量學等。

二、航天技術的簡介

航天科學技術是20世紀興起的現代科學技術，自其形成以來，一直汲取基礎科學和其他應用科學領域的最新成就，高度綜合了工程技術的最新成果，并引領許多學科專業的發展，甚至促成某些專業的形成。它是20世紀以來發展最為迅速、對人類生活影響最大的科學技術之一。進入21世紀，航天科學技術繼續保持高科技的重要地位，在推動原始創新，促進學科交叉與學科融合方面扮演著重要角色。

三、納米技術對航天業的影響

首先是為航天業從宏觀向微觀發展提供了可能。專用微型集成器將取代現有航天器和運載火箭上使用的有關系統，最終將在航天系統引發一場技術革命，導致微型衛星乃至“納米衛星”的問世。

其次是納米技術的使用，將對原有的航天業的制造方法、實驗手段、研究方式帶來巨大沖擊，怎樣才能將納米技術引入到航天領域的制造方法、實驗手段和研究方式中呢?

納米技術在航天領域中的應用

一、納米衛星

納米衛星，又叫“納星”，通常指重量小于10公斤、具有實際應用價值的衛星。納米衛星的概念最早由美國宇航公司于1993年提出，未來重量可以實現降低到0.1公斤以下。利用微電子機械和納米電子技術制造的慣性檢測元件、換能器、射頻元件、光學元件、電源系統及各種傳感器核芯片作為星載設備，可使衛星的體積和重量大大減小。由于它的部件都集成在芯片上，故也稱為“芯片級衛星”。用一枚小型運載火箭一次可以發射數百枚到上千枚的這種衛星，從而使航天器的發射費用從目前的每磅一萬美元降至約 200 美元。

1995年，美國開始研制納米衛星。這種衛星比麻雀略為大些，所用元器件全部為納米材料制成。由于納米衛星性能好，可靠性強，故它在通信領域、軍事領域、對地觀測、科學研究等方面有廣泛的應用前景。

為降低發射費用，納米衛星常采用一箭多星的發射方式進行發射，目前已經發射的包括：俄羅斯的SPUTNIK-2衛星、美國的AUSat衛星和PICOSAT衛星，以及英國的SNAP-1衛星等。

納米衛星的功能多樣。QuakeSat衛星可以使用磁力計對高空的低頻磁場等進行研究，用以對地震進行分析預測。日本東京大學的XI-IV納米衛星就使用CMOS相機對地球和太陽影像進行拍照，英國薩瑞公司的SNAP-1型衛星可對其它衛星拍照，用以判斷在軌航天器的完好狀態和工作能力。nCube衛星可以接收船只的廣播AIS信號，提供船只的方位、位置等信息，確保船舶航行安全。此外，納米衛星組成的衛星網絡在應急通信領域也具有巨大的潛在優勢。

目前在國際納米衛星研究領域，美國處于技術領先地位。2002年12月，美國“奮進”號航天飛機就發射了兩顆只有2磅重的納米衛星。從2003年開始，美國空軍和國防高級研究計劃局開始研發新一代低成本軍用納米衛星，并于近幾年相繼交付。

二、納米碳管———太空纜繩

碳納米管由日本科學家于1991年研究發現，是由Sp2雜化碳原子排列成的石墨片層卷曲而成，具有納米級一維管狀結構的納米碳材料。理論預測和實驗結果均表明：CNT具有超高的強度、模量和韌性，其彈性模量高達1 TPa，拉伸強度超過100 GPa，斷裂伸長率達到15%-30%。

納米碳管具有強度高、質量輕、性能穩定、柔軟靈活、導熱性好、表面積大及許多奇異的電子性質等特點。單個納米碳管的直徑只 1.4nm，5萬個納米碳管并排在一起僅相當于一根頭發絲的直徑。它可能成為未來理想的超級纖維。納米碳管的一種可能具有突破性的應用，是用于太空升降機。用其做成的太空纜繩，與鋼或其他特質不同的關鍵是它能支持住自身的質量而不會斷掉。這就提供了一種把人或物品提升到外層太空的可能方法，也許將成為人類移居外星球的最理想方法。

2013年，中國清華大學魏飛教授團隊成功制備出單根長度達半米以上的碳納米管，創造了新世界紀錄，對于碳納米管的生長而言，其高溫生長過程中催化劑的失活是一個不可逆的規律，從而限制了碳納米管的長度；因此盡可能地提高其催化劑活性概率是進一步提高碳納米管長度的唯一途徑。

三、納米軍服面料和納米纖維

利用特殊的納米技術對傳統的材料進行處理，形成相互交錯混雜的具有互特性的二維納米相區，使原來無法兼容的特性通過它低度的相互協同作用表現出來，從而生產出功能強大的新型軍用服面料。這種新型軍服具有抗紫外線、吸收紅外線、抗老化和熱老化，以及減輕、保暖、隔熱的作用。由于納米材料具有小尺寸效應及宏觀量子效應，將大幅度地提高材料的彈性、強度、耐磨性和穩定性。二維協同納米技術的運用，使軍服不但防油、防水、抗菌、抗污，清潔起來也極其簡便，穿著也柔軟舒適，更加適應野戰條件下的要求。此類軍服所需面料，在理論上已得到證實，現正加緊應用研究。在這一領域我國處于世界先進水平行列。

四、納米流體流動強化傳熱

航天器中安裝有借助于液體工質單相對流換熱實現熱控制的泵驅動液體回路系統實現艙內溫度指標的控制。液體回路系統的質量及功耗在壓力艙內占有較大比例，而新型航天器(如大型航天器、無人自主深空探測器、小衛星和納米衛星等)的研制需求日益迫切，航天器的電子器件及設備的功率日趨增大，對航天器熱控制技術和液體回路系統提出了更新更高的要求，加上航天器所處的空間電子器件散熱困難。傳統的純液體工質和常規的散熱措施難以滿足熱負荷日益增長的航天器熱控系統的需要。目前，航天器液體回路系統采用的傳熱工質是一種冰點低、比熱大、粘度小、無毒的化合物，具有適合在航天器中使用的獨特優點，但由于它的導熱系數極低，很難滿足航天器不斷增長的高強度、高負荷傳熱的要求。

納米流體是指以一定的方式和比例在液體中添加納米級金屬或金屬氧化物粒子，形成一類新的傳熱工質。已進行的研究表明，在水、乙二醇等常規液體中添加納米粒子，可以顯著增加液體的導熱系數和對流換熱系數，顯示了納米流體在強化傳熱領域具有廣闊的應用前景。實驗研究已證明，納米流體強化傳熱技術應用于航天器熱控系統是可行的。

五、納米材料在航天器材料上的應用(一)納米材料在航天器功能材料上的應用

(1)金屬及金屬基復合材料

晶粒細化是目前唯一的一種既可以提高金屬強度，又可以提高韌性的方法，而且也是提高金屬材料強度最有效的方法之一。在納米金屬材料中普遍存在著細晶強化效應，即材料的硬度和強度隨著晶粒尺寸的減小而增大，利用添加納米陶瓷來增強金屬合金基材料的方法，就是把超微細陶瓷粉末引入金屬基體(如向鋁、銅、銀、鋼、鐵等合金中引入SiC、Si3N4、TiN)均勻分散于合金中，例如，將納米碳化硅、納米氮化硅、納米氮化欽、納米硅粉添加到金屬基體(鋁、銅、銀、鋼、鐵等合金)中，可制造出質量輕、強度高、耐熱性好的新型合金材料。

納米晶合金打破了常規合金生產中的一些定律，即硬度提高必然伴隨韌性下降的結論，對于小尺寸晶粒，納米合金變質劑的高表面活性可以使晶粒以較快速度合并，使晶粒尺寸增大和晶粒與晶粒合并的驅動力同時減小。在合金中形成晶須結構，明顯提高合金硬度及韌性。

研究發現，在航天領域使用較多的金屬材料Al、Ti，采用納米材料增強后，其強度有較大提高，同時重量有較大降低，有望在航天艙體結構材料上得到應用。

(2)聚合物基復合材料

納米粒子加入聚合物基體后，可提高其耐磨性、硬度、強度和耐熱性等性能。舉例說明，在酚醛樹脂中加入5 %左右的某納米粉，除層剪強度無顯著提高外，玻璃鋼的拉伸強度、彎曲強度、彈性模量等力學性能均有顯著提高，并且線燒蝕率顯著下降。北京玻璃鋼研究院的研究表明，將某些納米粒子摻入樹脂體系，對玻璃鋼的耐燒蝕性能大大提高。這些研究對于提高導彈武器酚醛防熱燒蝕材料性能、改善武器系統工作環境、提高武器系統突防能力有著深遠影響。像納米氮化鋁應用于環氧樹脂，玻璃化轉變溫度提高，彈性模量達到極大值。將納米氮化鋁添加到環氧樹脂中制得的復合材料，在結構上完全不同于添加粗晶的氮化鋁-環氧樹脂基復合材料：粗晶氮化鋁一般作為補強劑加入，其主要分布在高分子材料的鏈間，而納米氮化鋁由于表面嚴重的配位不足、龐大的比表面積使其表現出極強的活性，同時，尚有一部分納米氮化鋁顆粒分布在高分子鏈的空隙中。與粗晶氮化鋁相比，納米氮化鋁具有很高的流動性，可使環氧樹脂的強度、韌性及延展性均大幅提高。

(3)工程塑料及其它復合材料

納米材料與工程塑料復合既能提高工程塑料的固有性能，又可賦予其高導電性、高阻隔性及優良的光學性能等。因此，把納米材料應用于工程塑料的改性，可進一步拓寬工程塑料的應用范圍。

工程塑料與納米粒子復合材料就是采用納米粒子對有一定脆性的工程塑料增韌是改善工程塑料韌性和強度等力學性能的一種行之有效的方法。只要納米粒子與基體樹脂結合良好，納米粒子也可承受拉伸應力，增韌、增強作用明顯。少量納米氮化欽粉體用于改性熱塑性工程塑料時，可起到結晶成核劑的作用。而大量納米氮化欽顆粒彌散于PET中，可大幅提高PET工程塑料的耐磨性和抗沖擊性能。

另外的像還有工程塑料與納米磁性金屬及其氮化物復合材料，納米磁性材料具有單磁疇結構，其磁化率、矯頑力很高，飽和磁矩和磁損耗較低，而且它的磁化過程完全由旋轉磁化進行，所以可用作永磁記憶材料，以顯著提高信噪比，改善圖形質量，有望在衛星記憶材料上得到應用。國外已制造出性能優于NdFeB 的具有高矯頑力的納米 NdFeB 材料。日本于 1988 年研制成功的納米軟磁材料“Finemet”，具有鐵基非晶材料優異的高頻特性，有可能在航天儀表上得到應用。

而工程塑料與納米磁性金屬復合材料則具有特殊的光電功能(對電磁波有特殊的吸收作用)和優良的磁性能及導電性，可廣泛應用于軍事、航空航天、電子通訊等高技術領域。

比如用偶聯劑進行表面處理后的納米碳化硅，在添加量為10%左右時，可大大改善和提高PI聚酞亞胺)、PEEK(聚醚醚酮)、PTFE(聚四氟乙烯)等特種塑料的性能，全面提高材料的耐磨、導熱、絕緣、抗拉伸、耐沖擊、耐高溫等性能。

(4)陶瓷基復合材料

陶瓷基復合材料是以陶瓷為基體，與各種納米材料復合制得的材料。陶瓷基體包括氮化硅、碳化硅等。這些先進陶瓷具有耐高溫、強度和硬度高、相對重量較輕、抗腐蝕等優異性能，而其致命的弱點是具有較強的脆性，在應力作用下，會產生裂紋，甚至斷裂導致材料失效。而納米陶瓷在室溫下就可以發生塑性變形，在高溫下有類似金屬的超塑性。研究發現，將納米粒子分散到陶瓷基體中，可以極大提高材料的斷裂強度和斷裂韌性，明顯改變耐高溫性，并提高材料硬度、彈性模量和抗熱震及抗高溫蠕變性，其強度和韌性約提高 2～4 倍。

新型陶瓷材料具有優異的高溫強度、耐磨性、耐熱性和耐蝕性，是固體發動機碳 / 碳噴管和燃燒室之間的熱結構絕熱連接件的理想材料，還可用于噴管出口錐有關部件。把納米粉末引入陶瓷基體中制成顆粒增強復合材料可極大地提高材料的強度、韌性和高溫性能，使之成為很有前途的高溫結構材料，有可能用于未來的熱機和航天熱防護。

陶瓷基復合材料己實用化或即將實用化的領域有刀具、滑動構件、發動機制件、能源構件等。例如，納米氮化硅摻雜制造的精密陶瓷結構器件可用于冶金、化工、機械、航空、航天及能源等行業中使用的滾動軸承的滾珠和滾子、滑動軸承、套、閥，以及有耐磨、耐高溫、耐腐蝕要求的結構器件中。(二)納米材料在航天器功能材料上的應用

(1)導電、導磁、導熱、隔熱、耐燒蝕、防熱等功能材料

納米TiN具有優良的導電性能，在Al2O3基體中加入納米TiN顆?？梢杂行Ы档推潆娮杪?，隨著納米TiN加入量的增加，復合材料的電阻率逐漸降低，當加入量達到20vol%以后，復合材料的電阻率趨于穩定。由于納米材料自身的特點，納米TiN-Al2O3復合材料具有更好的導電性能，特別在低添加量時，效果尤為明顯。

超高導熱納米AlN復合的硅膠具有良好的導熱性，良好的電絕緣性，較寬的電絕緣性使用溫度（工作溫度-60℃～-200℃），較低的稠度和良好的施工性能。如CPU與散熱器填隙、大功率三極管、可控硅元件、二極管、與基材接觸的細縫處的熱傳遞介質。納米導熱膏是填充IC或三極管與散熱片之間的空隙，增大它們之間的接觸面積，達到更好的散熱效果。

納米AlN粉體可以大幅度提高塑料的導熱率。通過實驗產品以5~10%的比例添加到塑料中，可以使塑料的導熱率從原來的0.3提高到5。導熱率提高了16倍多。相比較目前市場上的導熱填料（氧化鋁或氧化鎂等）具有添加量低，對制品的機械性能有提高作用，導熱效果提高更明顯等特點。目前相關應用廠家已經大規模采購納米氮化鋁粉體，新型的納米導熱塑料將投放市場。

納米AlN粉體與硅匹配性能好，在橡膠中容易分散，在不影響橡膠的機械性能的前提下（實驗證明對橡膠的機械性能還有提高作用）可大幅度提升硅橡膠的導熱率，在添加過程中不像氧化物等會使其黏度上升很快，添加量很?。ǜ鶕嵋笠话阍?%左右就可以使導熱率提高50%-70%），現廣泛應用與軍事，航空以及信息工程中。

飛行器在大氣中高速飛行時，由于氣動加熱飛行器表面與空氣發生劇烈的摩擦，產生大量的熱量，使飛行器表面溫度急劇上升。隨著科技的發展，采用納米改性的玻璃鋼材料能顯著提高材料的熱防護性能，在未來航天領域具有廣闊的應用前景。

在導彈、火箭的發動機噴管上防熱材料普遍采用碳-酚醛、高硅氧-酚醛。熱防護材料中的樹脂體系和含碳量決定了碳層的質量，進而影響其耐燒蝕性能。石墨及C-C復合材料是制造固體火箭發動機噴管的理想燒蝕材料，但石墨及C-C復合材料在使用中暴露出一個嚴重不足就是氧化侵蝕。在 500 ℃以上就可以被氧化，生成CO2、CO，使材料強度降低。通過在材料中加入非氧化物陶瓷納米顆粒，使非氧化陶瓷納米顆粒氧化成膜來實現碳材料自愈合抗氧化。

此外，納米材料在航天領域還有很多的應用，如采用納米材料對光電吸收能力強的特點可制作高效光熱、光電轉換材料，可高效地將太陽能轉換成熱、電能，在衛星、宇宙飛船、航天飛機的太陽能發電板上可以噴涂一層特殊的納米材料，用于增強其光電轉換能力；在火箭發動機殼體上噴涂一層防靜電納米涂料，可以有效的提高火箭工作的可靠性。(2)涂層材料

納米材料用作涂層可提高工件的耐磨性、抗剝蝕性和抗氧化能力。研究表明，用納米SiC、ZrC、TiC、TiN、B4C粉作為金屬表面上的復合涂層可以獲得超強耐磨性和自潤滑性，其耐磨性要比軸承鋼高100倍，摩擦系數為0.06-0.1，同時還具有高溫穩定性和耐腐蝕性等。在液體火箭發動機關鍵零組件中應用納米技術，大大拓展了這些零件的使用范圍。如在重載、高DN值軸承表面上采用納米級材料粉末涂層，可提高其壽命和可靠性。

在動密封和其他具有相對運動的摩擦副面噴鍍上一層納米級金屬或非金屬粉末就能極大地提高它們的抗磨損、耐高溫和防腐蝕性；采用納米磁性材料，探索發動機新型密封結構，可使發動機密封發生根本性改變等。這些技術在80年代研制的發動機上已得到應用，效果良好。將納米技術應用在液浮軸承中，會使軸承的壽命和可靠性成百倍提高。渦輪盤是發動機中最關鍵的零件，它是在高溫、高壓、高速條件下工作，失效率很高。如果采用納米級粉末冶金制造，將大幅度提高渦輪盤的強度和耐高溫性能。推力室的內壁冷卻和抗高溫是發動機的關鍵技術，經常因為推力室的冷卻和抗高溫問題而降低發動機的性能，如果采用納米級金屬粉末涂鍍在推力室內壁上，就可以解決這個問題。

用納米SiC、ZrC、TiC、TiN、B4C粉還可以作為模具、切削刀具、汽輪機葉片、渦輪轉子以及汽缸內壁涂層，耐熱涂層，散熱表面涂層，防腐涂層及吸波涂層等。(3)特種密封材料

發動機出現故障最多的是各種密封的失效，密封面的表面質量是決定密封性能好壞的主要因素，利用納米材料制成密封零件基體或在密封表面覆蓋一層納米粉末將會極大的改善其密封性。納米粒子加入橡膠能極大地改善其力學性能。納米AlN粒子與橡膠復合可以提高其介電性和耐磨性。添加納米SiN的新型橡膠不但具有優越的力學性能，還可以根據需要設計具有特殊性能的新型橡膠，這種新型材料中的納米SiN不僅具有補強作用，而且具有常規橡膠不具備的一些功能特性，例如通過控制納米SiN的顆粒尺寸可以制備對不同波段光敏感不同的橡膠，既可抗紫外線輻射，又可反射紅外；也可利用納米SiN制成電絕緣性能優異的橡膠。納米級金剛石粉可用來增強橡膠、塑料、樹脂。目前橡膠所用的增強劑多半為納米級炭黑，若改用SiN能使其拉伸強度提高1-4倍，并改善其耐磨性和密封性。(4)固體火箭推進劑

固體火箭推進劑主要由固體氧化劑和可燃物組成。固體火箭推進劑的燃燒速度取決于氧化劑與可燃物的反應速度，它們之間的反應速度的大小主要取決于固體氧化劑和可燃物接觸面積的大小以及催化劑的催化效果。納米材料由于粒徑小、比表面積大、表面原子多、晶粒的微觀結構復雜并且存在各種點陣缺陷，因此具有高的表面活性。正因為如此，用納米催化劑取代火箭推進劑中的普通催化劑成為國內外研究的熱點。近年來，國外研究了加入納米鋁粉以及金屬/聚合物納米層壓材料片狀粉末添加劑改性的納米火炸藥、推進劑和固體燃料。試驗研究表明，在火炸藥、推進劑和固體燃料配方中加入上述納米粉末具有加快燃燒速度，改善燃燒效率，提高性能以及防止凝結有害金屬微滴等優點。

將納米金屬粉添加到火箭固體推進劑中，可以顯著改進推進劑的燃燒性能。20 世紀 90年代美國的 Argonide 公司生產了商品牌號為Alex的納米鋁粉，用Alex納米鋁粉鋁化端羥基聚異丁烯，其燃燒速度是微米鋁粉(20～35μm)的2倍，燃燒速率是微米鋁粉的 40～60 倍，沒有鋁微滴凝結現象，從而避免了加入微米鋁粉會凝結鋁微滴造成降低燃燒效率、影響火箭飛行特性以及增加熱紅外信號等重大缺點。

未來展望

納米技術是在20世紀90年代初才逐步發展起來的一門主導性的新興科學技術，它將與信息技術和生物技術一樣，對21世紀經濟、國防和社會產生重大影響，并可能引導下一場工業革命。隨著納米技術以及大規模工業化生產進程的發展，納米材料在國民經濟各領域越來越得到廣泛應用。由于保密原因，納米材料在軍事、航空、航天等特殊領域的應用報道還較少。從納米材料的特性出發，結合航天產品的發展趨勢和特點，可以看出納米材料在航天領域具有較大的應用前景。

納米科學技術正處于重大突破的前夜，它取得的一系列成果，引起了關心未來世界發展的科學家的思索。人們正注視著納米科學技術領域不斷涌現出的奇異現象和新進展。納米技術無論是在理論上還是在實際使用過程中，還存在很多問題，需要我們進一步的探索和改進。我們相信，隨著納米科技的發展，納米材料在航天領域將得到越來越多的應用，納米技術將為促進我國的航天事業的發展做出重大貢獻。

參考文獻

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[2] 王紹凱，飛行器結構用復合材料四大核心技術及發展，2004 [3] 袁俊，納米技術及其對科技產業革命的影響，中國工程科學，2001，第3卷 第10期

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[11] 中國制備出世界最長碳納米管 可應用于航天 中國新聞網2013-07-31 http://

第四篇：材料科學在醫學領域中的重要應用

材料科學在醫學領域中的重要應用

摘要：材料科學是一門多學科交叉的綜合性學科，在很多科學領域都起著至關重要的作用。在醫學科學方面，它一次次的掀起新技術的革命，促進醫學的不斷發展。目前，它在解決困擾醫學界多年的難題——器官移植方面也起著重要的作用。

關鍵詞：材料科學、醫學、器官移植、生物醫學材料、醫用金屬材料、高分子水凝膠。

材料科學是基于物理，化學，力學，計算機科學、數學和生物學等基礎科學而形成的一門多學科交叉的綜合性學科，以研究材料性質，組成和結構，合成和加工以及它們之間關系為內涵和特色。它既是一個以探索自身規律為目標的基礎科學領域，又是一門與電子，冶金，能源，化工和機械等工程技術密切相關的應用科學。它在工業，航天航空，信息技術，交通運輸，軍事，醫學等領域都起著至關重要的作用。

在醫學領域，材料化學必不可少，新材料的不斷產生和應用在醫學領域掀起一次次的技術和觀念革命，不斷推動著醫學科學的前進與發展。微創介入技術的誕生，使得多年來醫療服務中追求已久的“及時，微創，無痛，舒適”的觀念終于得到實施，特殊的器械與材料使得醫生在進行手術時可以把刀口開小，有效減少病人的出血和創傷，使病人并發癥少，術后恢復快，尤其在治療心腦血管疾病方面更是療效顯著。納米材料的應用更是在醫學領域掀起了風暴——空心結構的金納米粒子利用納米材料特有的小尺寸效應在腫瘤診斷和治療方面起著重要作用，貴金屬納米銀以其超強的還原能力成為一種性能優良的抗菌材料，而目前正在研發的用于醫學方面的納米機器人相信其一旦問世，也將震撼世界。

在長期的醫學治療方面，對于病變的器官和組織，在器官移植技術沒有出現之前，人們長期停留在以藥物進行治療和緩解的階段。但能以藥物治好的都是輕中度的病變，而對已經重度病變或是已經壞死的器官，藥物根本不起作用，病人只能在極大的痛苦中死去。多年以來，醫療界一直在探求是否能夠進行器官移植來挽救患者的生命。但器官移植存在著三個重要的難關——1.移植器官一旦植入受者體內，必須立刻接通血管，以恢復輸送養料的血供，使細胞賴以存活，這就要求有一套不同于縫合一般組織的外科技術。2.切取的離體缺血器官在常溫下短期內（少則幾分鐘，多則不超過1小時）就會死亡，不能用于移植。而要在如此短促的時間內完成移植手術是不可能的。因此，要設法保持器官的活性，為器官移植手術贏得時間。3.醫療上用的器官來自另一個人。但是受者作為生物有著一種天賦的能力和機構（免疫機構），能對進入其體內的外來“非己”組織器官加以識別、控制、摧毀和消滅。這種生理免疫過程在臨床上表現為排斥反應，導致移植器官破壞和移植失敗。人類的主要兩大類主要抗原：ABO血型和人類白細胞抗原(HLA)，它們決定了同種移植的排斥反應。ABO血型只有4種(O、A、B、AB)，尋找ABO血型相同的供受者并不難；但是HLA異常復雜，現已查明有7個位點，即HLA──A、B、C、D、DR、DQ、DP，共148個抗原，其組合可超過200萬種。除非同卵雙生子，事實上不可能找到HLA完全相同的供受者。所以，同種移植后必然發生排斥反應，必須用強有力的免疫抑制措施予以逆轉。在經過幾十年的探索及解決這些問題之后，1962年美國J.E.默里第一次進行人體腎移植獲得了長期存活，標志著器官移植作為醫療手段成為現實。

但是盡管器官移植手術經過幾十年的發展已經十分成熟，但仍然存在著很大的 弊病：1.可移植的器官數量稀少，往往很多病人還未等到所需器官就已去世。2.某些器官移植的難度太大，醫生稍不注意就會造成醫療事故。3.某些病人因自身體質原因不能進行器官移植。4.由于病人體質的各不相同，免疫抑制藥物的用量很難控制，往往引起較大的不良反應。5.道德、倫理、法律上的某些問題不允許進行有關的器官移植。

但是，生物醫學材料的出現和應用有效的解決了這一問題。生物材料種類繁多，按照其屬性，可分為天然生物材料，合成高分子生物材料，醫用金屬材料，無機生物醫學材料，雜化生物材料，復合生物材料等等。其中，醫用金屬材料應用最早，可被用做生物材料的金屬和合金，是非常合適的外科用金屬材料。它具有較高的機械強度和抗疲勞性能，良好的生物力學性能和優良的抗生理腐蝕性，生物相容性，無毒性和簡易可行及確切的手術操作技術。眾所周知，骨、牙齒這樣的硬組織損壞之后，由于器官移植所需費用過高且會產生免疫排斥反應，所以具有和這些硬組織一樣有較高的強度和韌性的的金屬材料被廣泛的應用于修復和替換這些硬組織。如不銹鋼材料因其具有耐蝕性和屈服強度，所以可以用來制成多種形體，如髓內針、齒冠、三棱刀等器件和人工假體用于臨床；鈷基合金由于具有極為優異的耐腐蝕性和耐磨性而被應用于人工關節的制作，人工骨及骨科內處固定器件的制造，齒科修復中的義齒，心血管外科及整形科等；記憶合金由于其特有的形狀記憶效應，而在臨床上被應用于如外耳道之類的管腔狹窄的治療，斷骨連接，彎曲脊柱矯正等等。醫用高分子材料的應用也十分廣泛。由于其是由天然聚合物衍生或改性而來，因此其具有一些獨特的性能。如高分子水凝膠，它由于具有三維網絡結構，所以具有在水中能夠吸收大量的水分溶脹，并在溶脹后繼續保持其原有結構而不被溶解性質，因而被廣泛的應用于生物醫藥領域。它類似于生命組織材料，表面粘附蛋白質及細胞能力很弱，在與血液、體液及人體組織相接觸時，表現出良好的生物相容性，它既不影響生命體的代謝過程，代謝產物又可以通過水凝膠排出，性質上類似于細胞外基質部分，吸水后還可減少對周圍組織的摩擦和機械作用。因此，它可以代替壞死或功能低下的器官，起到相同的作用——1.可作為組織填充劑，注射隆乳、面頰、顳部、臀部填充，陰莖加粗等。2.防止受傷的子宮角、腱、腸的漿膜引起組織之間的粘連。因其含水率高，避免了血栓的粘附；又因其柔軟而富彈性，傷害所接觸生物組織的可能性很小。3.因為其具有透氣性和生物適應性，可制作成角膜接觸鏡，具有矯正視力和追求美觀的作用，而且比傳統的隱形眼鏡更加方便，舒適，也比傳統的視力矯正手術更加安全、可靠。當然，具有像這樣的特殊功能及生物活性的材料還有很多，它們都可被用作制成相應的人造器官來造福人類。目前由于多種新材料的誕生和應用，越來越多的衰竭或壞死器官可以被新研發出的人造器官所取代。其生理功能和移植器官的功能不想上下，甚至更為優異。而且沒有免疫排斥反應，患者的恢復時間也較快。雖然此項技術目前還不十分成熟，但是相信日后必將在醫學領域帶來一場革命。

當然，材料科學在醫學領域的重要作用不僅于此，醫療觀念、技術、手段、器械等的不斷進步都與材料科學的發展有著重要關系，材料科學對醫學科學的發展有著重要影響與推進作用。

參考文獻： 百度百科

《水凝膠在醫學領域的熱點研究和應用》，楊連利，梁國正《材料導報》2007年2月第21卷第二期

《水凝膠的應用與研究發展》，王萃萃，楊偉平，許戈文《PU技術》 《口腔材料器械雜志》

第五篇：信息技術在數學教學領域中的應用

12010247253 吳姍姍

信息技術在數學教學領域中的應用

摘 要：教育技術的發展要求教師的角色發生根本性變化，作為教師要改變傳統的教育觀念，努力學習新的先進的教育教學理論，積極進行教學改革與實驗。隨著現代信息技術的發展，計算機這種媒體以其生動的圖像、聲音等多媒體效果已越來越受到各學科教師的歡迎。傳統的教學強調教師講的作用，在課堂上利用的媒體也多是粉筆、黑板和幻燈，教學過程顯得非常單調；而運用多媒體信息技術進行教學，可使學生手、腦、眼、耳并用，使學生有新穎感、驚奇感、獨特感、直觀感，能喚起學生的情趣，激發他們的興趣，從而提高教學效率。

關鍵詞： 信息技術

數學教學

優化激活

以計算機技術和網絡技術為代表的信息技術，已逐步滲透到社會的各個領域，正日新月異的改變著人們的生產與生活、工作與學習方式。教育作為全社會的一個重要領域，當然也不例外，最令人矚目的信息技術與學科的整合。而對于數學，面對21世紀的挑戰，學生數學方面發展的愿望和能力最重要的基礎之一就是現代信息技術與新的數學課程理念的融合，現代信息技術為數學教學改革提供了切實可行的方案、方法和工具，營造了新的數學學習環境。教師運用現代多媒體信息技術對教學活動進行創造性設計，發揮計算機輔助教學的特有功能，在數學課堂上，為學生傳遞了形、聲、光、色、意等大量信息，將枯燥抽象的概念、復雜的計算過程，轉換成形象的畫面，生動地展現在學生面前，使數學與生活融為一體，學生津津樂 “看”、樂“思”、樂“學”?？梢允菇虒W的表現形式更加形象化、多樣化、視覺化，有利于充分揭示數學概念的形成與發展，數學思維的過程和實質，展示數學思維的形成過程，激活我們的數學課堂，使數學課堂教學收到事半功倍的效果。

一、合理利用信息技術，可以激發學生的學習積極性。

“興趣是最好的老師”，有良好的興趣就有良好的學習動機，但不是每個學生都具有良好的學習數學的興趣。“好奇”是學生的天性，他們對新穎的事物、知道而沒有見過的事物都感興趣，要激發學生的學習數學的積極性，就必須滿足他們這些需求。而傳統的教學和現在的許多教學都是嚴格按照教學大綱，把學生 1 封閉在枯燥的教材和單調的課堂內，使其和豐富的資源、現實完全隔離，致使學生學習數學的興趣日益衰減。將多媒體信息技術融于教學課堂，利用多媒體信息技術圖文并茂、聲像并舉、能動會變、形象直觀的特點為學生創設各種情境，可激活學生的各種感官的參與，調動學生強烈的學習欲望，激發動機和興趣。

二、合理利用信息技術，可以激活學生的自主探究。

要充分發揮學生的主動性，要讓學生能根據自身行動的反饋信息來形成對客觀事物的認識和解決實際問題的方案。強調和利用各種信息資源來支持學生的學。為了支持學習者的主動探索和完成意義建構，在學習過程中要為學習者提供各種信息資源。

在教學實踐中，老師們充分利用現代信息技術，結合教學內容和學生的認知特點最大限度地為學生提供自主學習、自主探索的活動機會。如在教學《圓的周長》一課時，我首先通過電腦屏幕演示“圓一周的長”，使學生產生形象的感知，然后讓學生動手操作，將課前準備好的圓分別沿直徑滾動一周，觀察討論，滾動一周的長度與圓有什么關系？通過交流小結圓不論大小，圓的周長總是它直徑長度的3倍多一些，這個倍數是一個固定不變的數，這就是圓周率。最后推導公式，通過以上的觀察、操作、討論、小結，引導學生用簡潔、完整的語言表達“圓的周長”的計算公式。這樣不僅使學生主動參與公式的推導過程，而且讓學生體驗知識由未知、探索、已知的學習過程，培養學生自主探索的精神。在現代信息技術與數學教學整合的教學模式中，我們要充分利用信息技術的優勢，充分調動學生認識與實踐的主觀能動性，讓學生真正成為數學學習的主人。

三、合理利用信息技術，可以激活學生的發散性思維。

數學教學過程，事實上就是學生在教師的引導下，對數學問題的解決方法進行研究，探索的過程，繼而對其進行延拓，創新的過程。于是，教師如何設計數學問題，選擇數學問題就成為數學教學活動的關鍵。而問題又產生于情境，因此，教師在教學活動中創設情景就是組織課堂教學的核心?，F代多媒體信息技術如網絡信息，多媒體教學軟件等的應用為我們提供了強大的情景資源。數學是集嚴密性、精確性、邏輯性、創造性于一身的一門基礎科學，要想讓學生逐漸掌握這門科學，就應該注重在教學過程中培養學生的思維能力，特別是發散思維能力。教學《用地磚密鋪》時，我用心質疑，啟發學生放飛思維：地磚的形狀往往是正方 2 形的，也有長方形的，我們還見過正六邊形的地磚。無論是正方形、長方形還是正六邊形的地磚，都可以將一塊地面不留空隙也不重疊地鋪滿，也就是密鋪。還有什么形狀的圖形可以密鋪地面呢？你知道這些多邊形能鋪滿地面的奧秘嗎？然后借助多媒體課件，通過各種圖片的 “飛”入“飛”出，把各種顏色的多邊形鋪成各種美麗的圖案，并讓學生自己親自操作鍵盤，進行有趣的拼圖。這樣，學生很快在動手操作、仔細觀察中揭開了多邊形能夠鋪地面的奧秘，教學內容就由難變易了。

四、合理利用信息技術，可以優化教學內容。

如在教學《億以內數的讀法和寫法》時，課前，我安排學生自己通過各種途徑（包括上網），搜集有關數據，課上學生代表匯報。上課時，學生帶來的材料：有的是查閱課外書籍，世界珍奇樹木的種類，某兩個星球之間的距離，中國土地面積大小等；有的是上網查詢，今年中央電視臺春節晚會的收視率，今年報名參加成人高考的人數，近期游覽九寨溝風景區游客的人數等??通過生動、富有教育意義、有說服力的數據和統計材料，學生不僅輕松的完成本節課的教學任務，而且成功地接受了一次愛祖國、愛社會主義、愛科學的思想教育。教師這樣有意識地讓學生自己去查閱資料或進行社會調查，把學習數學由課內延伸到課外，不僅開闊學生的知識視野、豐富了課余知識，并且培養學生自主探求知識的能力，提高學生搜集和處理信息的能力。我們正是利用網絡信息豐富、傳播及時、讀取方便、交互性強及信息資源跨越時空界限等特點，將傳統的課堂教學模式引向計算機多媒體網絡信息領域，將信息技術融合到小學數學教學中來。充分利用各種信息資源，引入時代活水，與小學數學教學內容相結合，使學生的學習內容更加豐富多彩，更具有時代氣息、更貼近生活，使教材“活”起來。從而促進學生對數學產生強烈的求知欲。

五、合理利用信息技術，可以優化教學反饋。

知識的掌握、技能的形成、智力的開發、能力的培養，以及良好的學風的養成，必須通過一定量的練習才能實現。所以，練習是學生學習過程中的重要環節。在教師的主導作用下，發揮計算機容量大，信息的檢索、提供、顯示及信息類型的轉換方便迅速，信息傳播速度快的功能優勢，巧妙設計練習，激發學生“樂學樂做”的情感非常重要。因此，在教學中，應廣泛借助多媒體為學生提供更多的 3 練習素材，更多的練習和表現自己能力與成就的機會。同時，也為教師提供及時獲得學生準確、真實的學習成效和學習態度及反饋信息的方法和途徑。

時代的發展，要求競爭者提高自身素質，也要求學校教育走在發展的最前端，學校發展的方向要求教師更新教學手段，教學手段的更新首先要教師們轉變教育觀念，真正把現代信息教育技術融入到我們新課標所倡導的合作，探究性學習模式之中。在師生互動的教與學過程中，信息技術已成為產生數學問題，促進學生思維擴散的路標。

不過它僅僅是課堂教學的一個輔助工具，我們不能盲目的使用信息技術，用它來取代教師在教學活動中的地位。所以，正確客觀合理的將信息技術應用于課堂教學，積極探索現代信息技術于課堂教學整合方法，才是現代教師在新課標教學活動中應轉變的觀念。

參考文獻：

余文森等.《新課程的深化與反思》［M］.北京：首都師范大學出版社，2004 孔企平.《數學教學過程中的學生參與》[M].上海:華東師大出版社,2003尹啟泉.論課堂教學中的問題意識培養[J].中小學教師培訓,2005,03:57