第一篇：3D打印技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用前景

3D打印技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用前景

課程名稱：3D打印技術(shù)

班級(jí)： 姓名：

學(xué)號(hào): 時(shí)間：2016年10月7日

一、3D打印技術(shù)興起

3D打印產(chǎn)業(yè)是工業(yè)制造領(lǐng)域新發(fā)展起來的技術(shù)，被譽(yù)為“具有業(yè)革命意義的制造技術(shù)”。運(yùn)用3D打印技術(shù)的主要生產(chǎn)流程是先用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)出一個(gè)立體的加工樣式，再通過3D打印機(jī)用特制的固體材料進(jìn)行打印。廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、文化創(chuàng)意及數(shù)碼娛樂、航空航天、生物醫(yī)療、消費(fèi)品、建筑工程、教育和個(gè)性化定制等領(lǐng)域。由此可見3D打印技術(shù)需要依托信息技術(shù)、精密儀器和科學(xué)材料等多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)，作為一項(xiàng)新興的多科學(xué)交叉的技術(shù)，必須在這些相關(guān)的領(lǐng)域投入相應(yīng)的研發(fā)力量才能真正掌握其整個(gè)的核心技術(shù)。

二、簡(jiǎn)介3D打印機(jī)

3D打印機(jī)英文 “3D Printers”，3D打印機(jī)這個(gè)名稱是近年該產(chǎn)品來針對(duì)民用市場(chǎng)而出現(xiàn)的一個(gè)新詞。其實(shí)在專業(yè)領(lǐng)域 他有另一個(gè)名稱快速成形技術(shù)?？焖俪尚渭夹g(shù)又稱快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，簡(jiǎn)稱RPM)技術(shù)，誕生于20世紀(jì)80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)，被認(rèn)為是近年來制造領(lǐng)域的一個(gè)重大成果。它集機(jī)械工程、CAD、逆向工程技 術(shù)、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)于一身，可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，從而為零件原型制作、新設(shè)計(jì)思想的校驗(yàn)等方面提供了一種高效低成本的實(shí)現(xiàn)手段。即，快速成形技術(shù)就是利用三維CAD的數(shù)據(jù)，通過快速成型機(jī)，將一層層的材料堆積成實(shí)體原型。

三、3D打印技術(shù)原理

說到它的原理，其實(shí)也并不不復(fù)雜，其運(yùn)作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)工作原理基本相同。傳統(tǒng)打印機(jī)是只要輕點(diǎn)電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數(shù)字文件便被傳送到一臺(tái)噴墨打印機(jī)上，它將一層墨水噴到紙的表面以形成一副二維圖像，而打印機(jī) 首先將物品轉(zhuǎn)化為一組3D數(shù)據(jù)，然后打印機(jī)開始逐層分切，針對(duì)分切的每一層構(gòu)建，按層次打印。

例如我們制作一個(gè)塑料材質(zhì)的蘋果，首先我們需要在電腦上使用3D軟件制作出一個(gè)蘋果的3D模型文件，然后把它轉(zhuǎn)換成3D打印機(jī)支持的文件格式。接下來需要給3D打印機(jī)放入塑料耗材，現(xiàn)在3D打印機(jī)就可以制作了。這個(gè)過程是不是像我們的平面打印機(jī)的操作呀！好下面說重點(diǎn)。打印系統(tǒng)在制作的時(shí)候會(huì)從這個(gè)蘋果3D模型底部開始切成很多片（多少片呢？這個(gè)要根據(jù)打印機(jī)的技術(shù)指標(biāo)它所支持的“層厚”來決定。）也就是我們上面說的截面圖。最先開始制作的是蘋果模。

四、幾種主要的3D打印機(jī)技術(shù)

（一）SLA技術(shù)3D打印機(jī)

SLA是最早實(shí)用化的快速成形技術(shù)。SLA 是“Stereo lithography Appearance”的縮寫，即立體光固化成型法。用特定波長(zhǎng)與強(qiáng)度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由點(diǎn)到線，由線到面順序凝固，完成一個(gè)層面的繪圖作業(yè)，然后升降臺(tái)在垂直方向移動(dòng)一個(gè)層片的高度，再固化另一個(gè)層面。這樣層層疊加構(gòu)成一個(gè)三維實(shí)體。

SLA技術(shù)主要用于制造多種模具、模型等；還可以在原料中通過加入其它成分，用SLA原型模代替熔模精密鑄造中的蠟?zāi)！LA技術(shù)成形速度較快，精度較高，但由于樹脂固化過程中產(chǎn)生收縮，不可避免地會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力或引起形變。因此開發(fā)收縮小、固化快、強(qiáng)度高的光敏材料是其發(fā)展趨勢(shì)。

（二）SLS技術(shù)3D打印機(jī)

SLS(Selective Laser Sintering)選擇性激光燒結(jié)（以下簡(jiǎn)稱 SLS）技術(shù)。最初是由美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的 Carlckard于1989年在其碩士論文中提出的。后美國(guó)DTM公司1992年推出了該工藝的商業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備Sinter Sation。選擇性激光燒結(jié)是采用激光有選擇地分層燒結(jié)固體粉末，并使燒結(jié)成型的固化層層層疊加生成所需形狀的零件。其整個(gè)工藝過程包括CAD模型的建立及數(shù)據(jù)處理、鋪粉、燒結(jié)以及后處理等。

與其它3D打印機(jī)技術(shù)相比，SLS最突出的優(yōu)點(diǎn)在于它所使用的成型材料十分廣泛。從理論上說，任何加熱后能夠形成原子間粘結(jié)的粉末材料都可以作為SLS的成型材料。目前，可成功進(jìn)行SLS成型加工的材料有石蠟、高分子、金屬、陶瓷粉末和它們的復(fù)合粉末材料。由于SLS成型材料品種多、用料節(jié)省、成型件性能分布廣泛、適合多種用途以及SLS無需設(shè)計(jì)和制造復(fù) 雜的支撐系統(tǒng)，所以SLS的應(yīng)用越來越廣泛。

（三）LOM技術(shù)3D打印機(jī)

分層實(shí)體制造法（LOM———Laminated Object Manufacturing），LOM又稱層疊法成形，它以片材（如紙片、塑料、薄膜或復(fù)合材料）為原材料。激光切割系統(tǒng)按照計(jì)算機(jī)提取的橫截面輪廓線數(shù)據(jù)，將背面涂有熱熔膠的紙用激光切割出工件的內(nèi)外輪廓。切割完一層后，送料機(jī)構(gòu)將新的一層紙疊加上去，利用熱粘壓裝置將已切割層粘合在一起，然后再進(jìn)行切割，這樣一層層地切割、粘合，最終成為三維工件。

該技術(shù)的特點(diǎn)是工作可靠，模型支撐性好，成本低，效率高，缺點(diǎn)是前、后處理費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且不能制造中空結(jié)構(gòu)件。

（四）FDM技術(shù)3D打印機(jī)

熔積成型（FDM—Fused Deposition Modeling）法,該方法使用絲狀材料（石蠟、金屬、塑料、低熔點(diǎn)合金絲）為原料,利用電加熱方式將絲材加熱至略高于熔化溫度（約比熔點(diǎn)高1℃）,在計(jì)算機(jī)的控制下,噴頭作x-y平面運(yùn)動(dòng)，將熔融的材料涂覆在工作臺(tái)上，冷卻后形成工件的一層截面，一層成形后，噴頭上移一層高度，進(jìn)行下一層涂覆，這樣逐層堆積形成三維工件。該技術(shù)污染小。

五、3D打印技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

（一）制造快速

3D打印機(jī)技術(shù)是并行工程中進(jìn)行復(fù)雜原型或者零件制造的有效手段,能使

產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具生產(chǎn)同步進(jìn)行,從而提高企業(yè)研發(fā)效率，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，極0大的降低了新品開發(fā)的成本及風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于外形尺寸較小,異形的產(chǎn)品尤其適用。

（二）CAD/CAM技術(shù)的集成

設(shè)計(jì)制造一體化一直來說是現(xiàn)在的一個(gè)難點(diǎn),計(jì)算機(jī)輔助工藝（CAPP）在現(xiàn)階段由于還無法與CAD、CAM完全的無縫對(duì)接，這也是制約制造業(yè)信息化一直以來的難點(diǎn)之一,而快速成型技術(shù)集成CAD、CAM、激光技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、化工、材料工程等多項(xiàng)技術(shù),使得設(shè)計(jì)制造一體化的概念完美實(shí)現(xiàn)。

（三）完全再現(xiàn)三維效果

經(jīng)過快速成型制造完成的零部件，完全真實(shí)的再現(xiàn)三維造型，無論外表面的異形曲面還是內(nèi)腔的異形孔，都可以真實(shí)準(zhǔn)確的完成造型，基本上不再需要再借助外部設(shè)備進(jìn)行修復(fù)。

（四）材料種類繁多

到目前為止，各類3D打印機(jī)設(shè)備上所使用的材料種類有很多，樹脂、尼龍、塑料、石蠟、紙以及金屬或陶瓷的粉末，基本上滿足了絕大多數(shù)產(chǎn)品對(duì)材料的機(jī)械性能需求。

（五）創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)效益

與傳統(tǒng)機(jī)械加工方式比較，開發(fā)成本上節(jié)約10倍以上，同樣，快速成型技術(shù)縮短了企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)周期，使的在新品開 發(fā)過程中出現(xiàn)反復(fù)修改設(shè)計(jì)方案的問題大大減少，也基本上消除了修改模具的問題，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的。

六、3D打印技術(shù)未來發(fā)展的主要趨勢(shì)

3D快速成形技術(shù)除了與其他RP技術(shù)一樣,可以用于產(chǎn)品的概念原型與功能原型件制造外,3D快速成形技術(shù)還因其獨(dú)特的成形特點(diǎn),使其在生物醫(yī)學(xué)工程、制藥工程和微型機(jī)電制造等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著智能制造的進(jìn)一步發(fā)展成熟，新的信息技術(shù)、控制技術(shù)、材料技術(shù)等不斷被廣泛應(yīng)用到制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢(shì)。

提升3D打印的速度、效率和精度，開拓并行打印、連續(xù)打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，以實(shí)現(xiàn)直接面向產(chǎn)品的制造；開發(fā)更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及復(fù)合材料等，特別是金屬材料直接成型技術(shù)有可能成為今后研究與應(yīng)用的又一個(gè)熱點(diǎn)；3D打印機(jī)的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作更簡(jiǎn)便，更加適應(yīng)分布化生產(chǎn)、設(shè)計(jì)與制造一體化的需求以及家庭日常應(yīng)用的需求；軟件集成化，實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化，使設(shè)計(jì)軟件和生產(chǎn)控制軟 件能夠無縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠(yuǎn)程在線制造；拓展3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、建筑、車輛、服裝等更多行業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)造性應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】：

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第二篇：超聲成像技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用

超聲成像技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用引言

超聲成像以其使用安全、成像速度快、價(jià)格便宜和使用方便等優(yōu)勢(shì)在臨床診斷中被大量使用，是臨床診斷的重要工具之一[1]。隨著超聲在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域的廣泛而深入的應(yīng)用，以及微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)和探頭技術(shù)等工程技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了超聲診斷技術(shù)不斷發(fā)展。不僅儀器的圖像質(zhì)量明顯提高，而且診斷的模式和方法也更加豐富。國(guó)內(nèi)外很多研究人員從事著超聲的研究，使超聲技術(shù)從模擬技術(shù)擴(kuò)展到數(shù)字技術(shù)，即數(shù)字聲束形成技術(shù)[2]；從低幀率成像擴(kuò)展到高幀率成像[3]；從二維成像擴(kuò)展到三維成像[4]；從線性技術(shù)擴(kuò)展到非線性技術(shù)[5]，以適應(yīng)臨床不同的需求。本文著重對(duì)多普勒血流成像、三維成像技術(shù)和諧波成像技術(shù)作一下介紹，并對(duì)各自在臨床方面的應(yīng)用進(jìn)行概括。超聲多普勒成像技術(shù)

超聲多普勒技術(shù)主要應(yīng)用于心臟和血管疾病的診斷。它是無損診斷血管疾病的一種重要手段，對(duì)超聲多普勒血流信號(hào)的分析處理可以為疾病診斷提供重要依據(jù)[6]。當(dāng)超聲源與人體內(nèi)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),接收到的回波信號(hào)將產(chǎn)生多普勒頻移,由此確定其運(yùn)動(dòng)速度大小、方向以及在斷層上的分布。

2.1多普勒成像技術(shù)簡(jiǎn)介

目前應(yīng)用于臨床的有一維連續(xù)多普勒、一維脈沖多普勒、彩色多普勒、能量多普勒和多普勒組織成像[7]。下面就多普勒組織成像技術(shù)及其應(yīng)用做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

多普勒組織成像技術(shù)[7]是將低速高振幅的心肌運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行彩色編碼顯示心臟運(yùn)動(dòng)信息的圖像診斷技術(shù)。該技術(shù)能夠直觀的觀察心動(dòng)周期內(nèi)各時(shí)相的室壁運(yùn)動(dòng)方向，并定量分析心臟各節(jié)段的室壁運(yùn)動(dòng)速度。與傳統(tǒng)超聲目測(cè)分析室壁運(yùn)動(dòng)相比，能夠更為客觀地評(píng)價(jià)心臟的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。但多普勒組織成像無法克服多普勒聲束與室壁運(yùn)動(dòng)方向夾角所產(chǎn)生的影響[8]。

2.2 超聲多普勒成像技術(shù)應(yīng)用

關(guān)于超聲多普勒成像技術(shù)的臨床應(yīng)用的報(bào)道有很多。學(xué)者經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)二維及

彩色多普勒超聲對(duì)甲狀腺良惡性腫瘤的鑒別有一定的診斷價(jià)值[9]。李斌采用彩色多普勒超聲對(duì)子宮頸部肌瘤的聲像圖特征及其相應(yīng)的生理、病理學(xué)基礎(chǔ)作了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)分析，得出彩色多普勒超聲對(duì)子宮頸部肌瘤有很高的診斷價(jià)值[10]。也有人針對(duì)彩色多普勒超聲和多層螺旋CT兩種檢查方式進(jìn)行比較[11]。另外，超聲多普勒成像技術(shù)也可用于心臟圖像的動(dòng)態(tài)三維圖像[12]。三維超聲成像技術(shù)

三維超聲成像的概念最初由Baun和Greewood在1961年提出[13]。他們?cè)诓杉幌盗衅叫械娜梭w器官二維超聲截面的基礎(chǔ)上，用疊加的方式得到了器官的三維圖像。在這之后，很多人進(jìn)行了這方面的研究工作。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像處理技術(shù)的發(fā)展，三維超聲成像取得了明顯的進(jìn)展，一些實(shí)用的系統(tǒng)開始進(jìn)入臨床應(yīng)用。

3.1 三維超聲成像技術(shù)原理簡(jiǎn)介

三維超聲成像技術(shù)包括數(shù)據(jù)獲取、三維圖像重建和三維圖像的顯示[14]。三維超聲成像是在采集二維圖像的基礎(chǔ)上進(jìn)行重建而成。

要獲得理想而準(zhǔn)確的三維圖像，需要清楚地了解二維圖像的位置及角度，還需盡快掃查以避免運(yùn)動(dòng)偽像。常用機(jī)械驅(qū)動(dòng)掃查、自由掃查、一體化容積探頭掃查等方式獲取[15]。

獲取二維圖像數(shù)據(jù)后，便可形成三維立體數(shù)據(jù)庫。當(dāng)選擇一個(gè)參考切面對(duì)三維立體數(shù)據(jù)庫進(jìn)行任意方向的切割和觀察時(shí)，即可完成對(duì)感興趣結(jié)構(gòu)的三維重建與顯示。常用的重建方法為[15]：基于特征的三維圖像重構(gòu)法、基于體素的三維圖像重構(gòu)方法。顯示方式有：斷面成像、表面成像、透明成像。

3.2 三維超聲成像的優(yōu)缺點(diǎn)

與傳統(tǒng)二維超聲成像相比，三維超聲成像具有明顯的優(yōu)勢(shì)。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[16]：直接顯示臟器的三維解剖結(jié)構(gòu)；可對(duì)三維成像的結(jié)果進(jìn)行重新斷層分層，從而能從傳統(tǒng)成像方式無法實(shí)現(xiàn)的角度進(jìn)行觀察；可對(duì)生理參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量，對(duì)病變位置精確定位。

無可厚非，三維超聲成像還存在不足之處[16]。主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：(1)成像速度慢；(2)空間分辨力低；(3)成像效果未達(dá)到臨床診斷要求。

3.3 三維成像的應(yīng)用

三維超聲在產(chǎn)科領(lǐng)域的應(yīng)用較早，技術(shù)也較成熟[14]。不僅可以對(duì)胎兒體表結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面成像，還可利用透明成像對(duì)胎兒體內(nèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建，從而對(duì)胎兒整體形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。在心血管疾病診斷中，可用于多種心臟疾病以及血管內(nèi)疾病的檢查。隨著實(shí)時(shí)三維超聲成像的研究成功，三維超聲有望在心臟疾病檢查中發(fā)揮更大的作用。另外，三維成像對(duì)慢性膀胱炎癥、憩室、結(jié)石、凝血塊等膀胱疾病的診斷，也顯示出優(yōu)越性[14]。當(dāng)然，它的臨床應(yīng)用還有很多，如在肝臟疾病、腎臟疾病以及眼科疾病等方面的治療中也取得不錯(cuò)的成效[17]，再次不一一列舉。諧波成像技術(shù)

在諧波成像應(yīng)用于臨床之前，所有超聲成像系統(tǒng)都是按照線性超聲來設(shè)計(jì)的。非線性聲學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)表明，有限振幅聲波在傳播過程中會(huì)產(chǎn)生非線性效應(yīng)，因此可以利用人體組織產(chǎn)生的高次諧波進(jìn)行成像[18]。當(dāng)前應(yīng)用較廣的有造影諧波成像，組織諧波成像等。具有諧波成像和Doppler血流成像功能成為高端超聲成像儀的主要標(biāo)志。

4.1 組織諧波成像和造影諧波成像

臨床上，由于肥胖、胃腸氣體干擾、腹壁較厚或疾病等原因，約有20%-30%此類的病人被稱為超聲顯像困難病人[18]。對(duì)于此類病人需要較低頻率的超聲檢查以增加穿透力從而得到進(jìn)一步的診斷研究，組織諧波成像便能解決此問題。

組織諧波成像是利用超聲傳播過程中由人體組織自身產(chǎn)生的高次諧波進(jìn)行成像[19]。組織諧波成像和造影諧波成像都是通過提取回波信號(hào)中的高次諧波分量進(jìn)行成像，但高次諧波產(chǎn)生的物理原理卻不相同。造影諧波成像的原理如下

[20]：超聲造影劑內(nèi)存在大量的微氣泡，若通過靜脈注射造影劑，由于造影劑中的微氣泡與周圍血液的聲阻抗差異較大，增強(qiáng)了超聲束的后向散射信號(hào)，從而提高超聲圖像的對(duì)比度，改善圖像質(zhì)量。這種利用造影劑反射回波的二次諧波成像的方式稱為造影劑諧波成像。

4.3 諧波成像應(yīng)用

目前諧波成像技術(shù)在心臟和腹部疾病超聲圖像診斷方面的應(yīng)用較為廣泛。但諧波成像發(fā)射頻率較低，接受頻率較高，使得靶區(qū)圖像分辨力降低。因此，此項(xiàng)技術(shù)尚處在初級(jí)應(yīng)用階段。國(guó)內(nèi)對(duì)組織諧波成像研究?jī)H限于臨床應(yīng)用研究，尚缺

少對(duì)該項(xiàng)技術(shù)在理論和實(shí)驗(yàn)方面的深入研究。國(guó)外已經(jīng)開展了組織諧波成像模型的理論研究，取得了一些成果。比如Yadong Li研究了用于產(chǎn)生諧波B型超聲圖像的計(jì)算模型[21]。組織諧波成像已經(jīng)被證實(shí)具有較好的影像解析度，它比基波圖像有著更好的對(duì)比，造影劑二次諧波成像可以增強(qiáng)造影劑與周圍組織的對(duì)比度，使成像更為清晰。展望

從早期超聲診斷技術(shù)到目前的超聲多普勒成像技術(shù)、三維成像技術(shù)和諧波成像技術(shù)的發(fā)展歷程來看，超聲圖像診斷技術(shù)的發(fā)展目的是為了提高圖像質(zhì)量，準(zhǔn)確反映疾病信息。超聲成像技術(shù)在過去、現(xiàn)在和將來都是醫(yī)學(xué)影像研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。隨著技術(shù)的發(fā)展、研究的深入，相信將會(huì)有更多新發(fā)現(xiàn)和新技術(shù)用于超聲成像中。

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第三篇：無線光通信技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用

無線光通信技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用

一、無線光通信技術(shù)發(fā)展歷史

光在空氣中直接傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q之為無線光通信。也就是利用激光束作為信道在空間（近地或外太空）中直接進(jìn)行語音、數(shù)據(jù)、圖像等信息雙向傳送的一種技術(shù)。又稱為“自由空間光通信”（Freespace opticalunicanon）或虛擬光纖（VirtualFiler）。無線光通信的出現(xiàn)比無線電通信要早得多。在兩千七百年前的周幽王時(shí)代，就有了利用烽火臺(tái)通信的方法。這是人類最早利用無線光通信的典型方式。后來，雖然人類社會(huì)的文明程度和科學(xué)技術(shù)得到了很大的提高，但是簡(jiǎn)單的利用光傳遞信息的方式仍然在廣泛使用，例如紅黃綠交通信號(hào)燈、旗語等。不論是烽火臺(tái)，還是交通紅綠燈、旗語，它們都是利用大氣來傳播可見光，由人眼來接收。這些都是非常原始的無線光通信方式。其后許多年，無線光通信幾乎沒有什么太大的發(fā)展。

盡管如此，人們?nèi)匀粵]有對(duì)無線光通信失去興致。以發(fā)明電話而著名的貝爾，在1876年發(fā)明了電話之后，就想到利用光來通電話。1880年，他利用太陽光作光源，大氣為傳輸媒質(zhì)，用硒晶體作為光接收器件，成功地進(jìn)行了光電話的實(shí)驗(yàn)，通話距離最遠(yuǎn)達(dá)到了213m。1881年，貝爾宣讀了一篇題為《關(guān)于利用光線進(jìn)行聲音的產(chǎn)生與復(fù)制》的論文，報(bào)導(dǎo)了他的光電話裝置。在貝爾本人看來：在他的所有發(fā)明中，光電話是最偉大的發(fā)明。這被認(rèn)為是近代無線光通信的開始。1930年至1932年間，日本在東京的日本電報(bào)公司與每日新聞社之問實(shí)現(xiàn)了3 6kn，的無線光通信，但在大霧大雨天氣里效果很差。第二次世界大戰(zhàn)期間，無線光電話發(fā)展成為紅外線電話，因?yàn)榧t外線肉眼看不見，更有利于信息保密。

利用光在大氣中傳送信息方便簡(jiǎn)單，所以人們開始研究的光通信都是這種方式。但是光在大氣中的傳送要受到氣象條件的很大限制，比如在遇到下雨、下雪、陰天、下霧等情況，信號(hào)傳輸受到很大阻礙。此外，太陽光、燈光等普通的可見光源，都不適合作為通信的光源，因?yàn)閺耐ㄐ偶夹g(shù)上看，這些光都是帶有“噪聲”的光。也就是說，這些光的頻率不穩(wěn)定、不單一，光的性質(zhì)也很復(fù)雜。因此，要用光來通信，必須找到高強(qiáng)度的、可靠的光源。在此后的幾十年中，由于這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)沒有得到解決，無線光通信就一直裹足不前。也正因此，貝爾的光話始終沒有走上實(shí)用化的階段。

1960年7月8日，美國(guó)科學(xué)家梅曼發(fā)明了紅寶石激光器，從此人們便可獲得性質(zhì)與電磁波相似而頻率穩(wěn)定的光源。激光器的發(fā)明對(duì)無線光通信的研究工作產(chǎn)生了重大的影響。研究現(xiàn)代化無線光通信的時(shí)代也從此開始。20世紀(jì)60年代后，隨著人們對(duì)通信的要求變得越來越強(qiáng)烈，無線光通信獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。許多實(shí)驗(yàn)室用氫-氖氣體激光器做了傳送電視信號(hào)和20路電話的實(shí)驗(yàn)。也有的公司制成了語言信道試驗(yàn)性通信系統(tǒng)，最大傳輸距離為600米。到70年代初無線激光通信己進(jìn)入應(yīng)用發(fā)展階段。然而1970年半導(dǎo)體激光器和低損耗光纖這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的重大突破，使光纖通信開始從理想變成可能，這立即引起了各國(guó)電信科技人員的重視，他們競(jìng)相進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)。1977年，世界上第一條光纖通信系統(tǒng)在美國(guó)芝加哥市投入商用，速率為45Mb/s。這也同時(shí)標(biāo)志著無線光通信的研發(fā)開始轉(zhuǎn)向外太空光通信，近地的無線光通信工作幾乎停滯。20世紀(jì)90年代后期，隨著全光接入網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)固定無線應(yīng)用的關(guān)注和對(duì)高速率的要求，無線光通信技術(shù)因其具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，在固定無線寬帶接人技術(shù)中，能為寬帶接人的快速部署提供一種靈活的解決方案，又得到了極大的關(guān)注。其應(yīng)用范圍己從軍用和航天逐漸邁人民用領(lǐng)域，技術(shù)也在得以逐步完善。

二、基本工作原理

1880年，貝爾的光電話用弧光燈或者太陽光作為光源，光束通過透鏡聚焦在話筒的震動(dòng)片上。當(dāng)人對(duì)著話筒講話時(shí)，震動(dòng)片隨著話音震動(dòng)而使反射光的強(qiáng)弱隨著話音的強(qiáng)弱作相應(yīng)的變化，從而使話音信息調(diào)制在光波上。在接收端，裝有一個(gè)拋物面接收鏡，它把經(jīng)過大氣傳送過來的載有話音信息的光波反射到硅光電池上，硅光電池將光能轉(zhuǎn)換成電流。電流送到聽筒，就可以聽到從發(fā)送端送過來的聲音了。這是無線光通信的基本工作原理。現(xiàn)代無線光通信設(shè)備的每一端分別包括專用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、激光收發(fā)器、線路接口、電源、機(jī)械支架等部分組成。一些廠商的設(shè)備還包括伺服機(jī)構(gòu)、監(jiān)控裝置、微波備份及遠(yuǎn)程管理軟件等部分。

激光收發(fā)器的光源主要采用LD和LED，其中的LD多采用鋁砷化鉀二極管、DFB，接收器主要采用PIN或APD。

三、技術(shù)優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)

1、技術(shù)優(yōu)勢(shì) 相對(duì)于常用的數(shù)字微波、銅纜數(shù)字用戶線、光纖等其他幾種接入方式，無線光通信主要優(yōu)勢(shì)有：①良好的安全保密性，由于激光的高指向性使它的發(fā)射光束極窄，方向性很好。通常激光光束的發(fā)散角都在毫弧度，甚至微弧度數(shù)量級(jí)，因此具有數(shù)據(jù)傳遞極高的保密性。②無微波頻段的許可證，因?yàn)闊o線光通信的工作頻段在350THz，設(shè)備間無射頻信號(hào)干擾前無需申請(qǐng)頻率使用許可證。③運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)低廉，由于無須進(jìn)行昂貴的管道工程鋪設(shè)和維護(hù)，使得其造價(jià)約為光纖通信工程的五分之一。④架設(shè)迅速無線光通信架設(shè)、組網(wǎng)速度快，只須在通信節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行設(shè)備安裝，工程建設(shè)以小時(shí)或天為計(jì)量單位，尤其適合作為光纖通信的應(yīng)急故障后備及臨時(shí)構(gòu)造大容量的通信鏈路。重新撤換部署也很方便。⑤透明的傳輸協(xié)議對(duì)于任何傳輸協(xié)議均可容易的迭加，電路和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都可透明傳輸。⑥設(shè)備尺寸小，由于光波的波長(zhǎng)短，在同樣功能情況下，光收發(fā)天線的尺寸比微波、毫米波通信天線尺寸要小許多，同時(shí)功耗小，體積小，重最輕。⑦信息容量大，光波作為信息載體可輕易傳輸高達(dá)10Gb/s的數(shù)據(jù)。目前已經(jīng)商用無線激光設(shè)備，最高速率已達(dá)2 5Gb/s。實(shí)驗(yàn)室里最高傳輸速率已達(dá)160Gb/s。

2、技術(shù)劣勢(shì)

當(dāng)然，無線光通信也有其固有的劣勢(shì)：①天氣影響通信質(zhì)量天氣因素尤其是大霧、沙塵暴等所引起的光的色散、漫反射將極大影響光通信的質(zhì)量。②通信距離受限目前用于近地的民用無線光通信的設(shè)備所能達(dá)到的距離受人眼安全的發(fā)射功率、成本、數(shù)據(jù)速率、天氣條件等的限制，一般為100m-5kmm，延長(zhǎng)傳輸距離也可以通過建立中繼站的方法。③只能在視距范圍內(nèi)建立通信鏈路兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)之間視距范圍內(nèi)必須無遮擋。對(duì)于中間存在障礙物而不可直視的兩點(diǎn)之間的傳輸，可以通過建立一個(gè)中繼站實(shí)現(xiàn)連接。④安裝點(diǎn)的震動(dòng)影響樓頂搖晃、振動(dòng)可能會(huì)影響兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的激光對(duì)準(zhǔn)，使通信質(zhì)量下降甚至?xí)簳r(shí)中斷。⑤意外因素可能使通信鏈路中斷如飛鳥等障礙物經(jīng)過鏈路空問，通信可能會(huì)瞬間中斷。

總之，由于無線光通信設(shè)備固有的特點(diǎn)，在眾多接入方式中具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

與傳統(tǒng)的租用線路比較，無線光通信綜合了光纖通信與微波通信的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)其最大優(yōu)勢(shì)（寬帶寬）與最大劣勢(shì)（短距離），定位在城域接入網(wǎng)、交換機(jī)和移動(dòng)基站等設(shè)備的連接、閉路監(jiān)視系統(tǒng)、廣播電視信號(hào)的單、雙工的傳輸中使用?？梢院莒`活的接人數(shù)據(jù)、話音、視頻業(yè)務(wù)。其益處在于長(zhǎng)期費(fèi)用的節(jié)約和對(duì)數(shù)據(jù)吞吐能力的增長(zhǎng)。目前的主要應(yīng)用場(chǎng)合包括：①對(duì)于特殊要求的線路進(jìn)行冗余備份以及應(yīng)急時(shí)鏈路和意外恢復(fù)：在突發(fā)的自然或人為意外災(zāi)害中，原有通信線路被破壞，難以立即恢復(fù)時(shí)，或者在一些特殊地方發(fā)生突發(fā)事件，需要應(yīng)急通信，采用無線光通信進(jìn)行快速的部署。②提供室內(nèi)外、臨近局域網(wǎng)之間的互連互通：當(dāng)分布在兩座樓宇之間的辦公室需要建立一條企業(yè)內(nèi)部通信鏈路，受價(jià)格、帶寬、線路資源等因素和其他通信方式不能較好地解決時(shí)，采用無線光通信就可快速解決。③解決綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)（FSN）接入的“最后一公里”：對(duì)智能小區(qū)的寬帶接入，大企業(yè)Intmnet的互連，校園網(wǎng)的互連，大客戶的寬帶接入等提供一種快速靈活的方案，可提供2Mb／s～2.5Gb／s的帶寬。④在不具備接入條件或帶寬不足時(shí)提供高效的接入方案：在通信鏈路跨越高速公路、鐵路、河流、峽谷、海灣或擁擠的城區(qū)時(shí)，由于地理?xiàng)l件的限制無法敷設(shè)光纖線路時(shí)，采用無線光通信可以有效解決。⑤用于移動(dòng)通信蜂窩網(wǎng)基站與交換中心的互聯(lián)。⑥用于一些大型集會(huì)如運(yùn)動(dòng)會(huì)、展覽會(huì)、慶祝會(huì)等需要快速建立一些臨時(shí)鏈路用于現(xiàn)場(chǎng)通信的場(chǎng)合。

五、結(jié)束語

無線光通信填補(bǔ)了受頻率資源許可、價(jià)格、帶寬等限制的無線通信方式與受地形、建網(wǎng)時(shí)間等特殊限制的光纖通信方式之間的空白。在一些情況下可以解決其他方式無法解決的問題?？梢造`活、快速地以較小的投資建立寬帶通信鏈路。因此，在調(diào)查和了解使用過程中的不同條件和要求如傳輸?shù)木嚯x、速率、誤碼率、可通率以及當(dāng)?shù)氐镍B群和氣象條件如降雨、雪、霧、沙塵的天數(shù)及程度等情況下，可以充分考慮利用無線光通信的方式組阿，迅速建立一個(gè)有效覆蓋且能夠?yàn)橛脩籼峁┒说蕉说木C合接入服務(wù)能力的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)。

第四篇：電廠化學(xué)水處理技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

電廠化學(xué)水處理技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

摘要：有效的水處理是維持電廠生產(chǎn)工作正常進(jìn)行的基本條件，為了保證電廠鍋爐等熱力設(shè)備的生產(chǎn)效率得以提高，并在此基礎(chǔ)上改善電力生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行工況，則應(yīng)注意合理選用化學(xué)水處理技術(shù)。在選用化學(xué)水處理技術(shù)時(shí)不但需要考慮電廠的實(shí)際生產(chǎn)狀況，同時(shí)還應(yīng)考慮水處理過程是否符合節(jié)能及環(huán)保要求，以便能夠降低水處理成本及提高電廠的運(yùn)行效益。

關(guān)鍵詞：電廠 化學(xué)水處理技術(shù) 工藝

水處理工作伴隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和國(guó)家行業(yè)的要求，仍然需要在改革中進(jìn)行創(chuàng)新，在繼承中進(jìn)行發(fā)展，需要我們用科學(xué)發(fā)展的眼光、用開拓進(jìn)取的思維模式、用與時(shí)俱進(jìn)的工作作風(fēng)進(jìn)行探索和思考，在電廠化學(xué)水處理工藝中，采用全膜分離技術(shù)替代傳統(tǒng)的離子交換處理工藝，完全滿足鍋爐補(bǔ)給水要求，而且解決了傳統(tǒng)工藝存在的一系列問題，并消除酸堿廢液對(duì)環(huán)境的污染。我國(guó)電廠水的處理還是存在很大的問題的，與先進(jìn)國(guó)家相比還是存在很大差距的，在我國(guó)社會(huì)迅速發(fā)展的今天水處理已是一個(gè)需要重視的關(guān)鍵性的問題了，引進(jìn)國(guó)外的技術(shù)來發(fā)展是一個(gè)趨勢(shì)，但是成本偏高則是影響推廣的重要元素，我國(guó)電廠處理已發(fā)展幾十年，在有些方面已經(jīng)較完善，但是，還是存在不足需要改進(jìn)的。水處理的發(fā)展是穩(wěn)定的，是需要進(jìn)一步結(jié)合我國(guó)國(guó)情研究發(fā)展的。

一、電廠化學(xué)水處理技術(shù)的發(fā)展

水處理質(zhì)量及效率可對(duì)電廠的日常生產(chǎn)效率產(chǎn)生非常重要的影響，隨著電力能源需求量的不斷增加，對(duì)于化學(xué)水處理效率及質(zhì)量也提出了更高的要求。電廠化學(xué)水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)具有以下三種特征：水處理設(shè)備的布置趨于集中化。傳統(tǒng)的水處理步驟較多，所采用的設(shè)備種類及處理系統(tǒng)也較為繁雜，這就會(huì)給水處理工作帶來生產(chǎn)分散及管理不便等問題。目前，多數(shù)電廠的水處理流程已經(jīng)得到了優(yōu)化，點(diǎn)狀、松散及平面的設(shè)備布置形式也逐漸被集中、立體及緊湊的布置形式所代替。如此一來不但能夠集中管理處理設(shè)備及相應(yīng)的水處理工作，同時(shí)還可以提高水處理效率與質(zhì)量。水處理方式趨于節(jié)能化與環(huán)保化。在采用化學(xué)方法進(jìn)行水處理時(shí)，或多或少會(huì)添加一些化學(xué)藥品，隨著環(huán)保觀念及意識(shí)的增強(qiáng)，盡量使用無污染的化學(xué)藥品成為了水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。水處理流程趨于自動(dòng)化。傳統(tǒng)水處理系統(tǒng)中主要使用模擬盤對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行控制，在機(jī)械化自動(dòng)控制技術(shù)不斷發(fā)展的情況下，PCL自動(dòng)控制技術(shù)也逐漸取代了模擬盤控制技術(shù)。

二、電廠化學(xué)水處理技術(shù)

（一）循環(huán)水處理技術(shù)。在發(fā)電廠中對(duì)循環(huán)水進(jìn)行有效處理可以提高水的利用率，降低生產(chǎn)成本，使電廠經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最大化。同時(shí)對(duì)水進(jìn)行循環(huán)使用，可以減少廢水排放量，這對(duì)環(huán)境也有一定好處?，F(xiàn)在我國(guó)許多發(fā)電廠都在大力研發(fā)穩(wěn)定水質(zhì)技術(shù)和冷卻水循環(huán)使用技術(shù)，該技術(shù)是提高水處理技術(shù)的重點(diǎn)內(nèi)容。我國(guó)在循環(huán)水濃度研發(fā)方面同發(fā)達(dá)國(guó)家一直存在著差距，因此當(dāng)前我國(guó)發(fā)電廠在水處理上的重點(diǎn)就是提高冷卻水的循環(huán)使用率，減少二次污染，提高經(jīng)濟(jì)效益。

（二）廢水處理技術(shù)。我國(guó)電廠在廢水處理處理技術(shù)上缺乏創(chuàng)新，多數(shù)發(fā)電廠在廢水處理模式上都是套用寶鋼電廠的技術(shù)。即先將全部廢水集中到一起，然后再將廢水進(jìn)行分步處理。一般對(duì)于污水處理時(shí)采用PH調(diào)整、曝氣氧化以及混凝澄清等工藝。但由于污水的水質(zhì)較為復(fù)雜，水成分變化較大，所以采用此種處理方法進(jìn)行水處理難度較大，同時(shí)在一定程度上也會(huì)影響對(duì)水的回收及再次利用。隨著技術(shù)的發(fā)展，兩相流固液分離技術(shù)出現(xiàn)在人們的視線中，并逐漸被人們應(yīng)用在電廠污水處理中。利用該技術(shù)對(duì)污水進(jìn)行處理時(shí)，要注意的是加藥混凝要一次性完成，并且要在一組設(shè)施內(nèi)連續(xù)完成絮凝、澄清、污泥濃縮等一系列過程，這樣就可以使水中的雜物可以在同一設(shè)施中分離開來。該處理方法不但可以改善水質(zhì)，同時(shí)也增加了廢水回用率，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

（三）全膜分離技術(shù)。超濾（UF）超濾膜是一種利用壓力除去水中膠體、顆粒和相對(duì)分子量大的活性膜?？繅毫︱?qū)動(dòng)，屬于多孔膜上的機(jī)械截留，分離范圍為大分子物質(zhì)、病毒、膠體等。而采用全膜分離技術(shù)正好克服了傳統(tǒng)水處理技術(shù)的缺陷，具有以下優(yōu)點(diǎn)：膜分離設(shè)備的運(yùn)動(dòng)部件少，設(shè)備緊湊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修和操作簡(jiǎn)便，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。產(chǎn)水品質(zhì)高、性能穩(wěn)定、能連續(xù)生產(chǎn)。膜分離過程可在常溫下進(jìn)行，工作環(huán)境安全，無酸堿排放，無污染。膜分離效率高，耗能低，設(shè)備體積小，占地少。

（四）鍋爐爐水處理技術(shù)。在發(fā)電廠中對(duì)鍋爐爐水的處理一直都是采用磷酸鹽對(duì)其進(jìn)行處理，該技術(shù)已經(jīng)處于成熟期，在全球都已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。該技術(shù)在之前之所以能夠得到廣泛應(yīng)用，主要原因就是古老的鍋爐設(shè)備內(nèi)壁參數(shù)較低，長(zhǎng)時(shí)間在存在鈣鎂離子的水中浸泡容易形成大量污垢，如果在鍋爐爐水中加入一些磷酸鹽含量較高的水，那么就可以除去鍋爐爐水中的鈣鎂離子，這樣就會(huì)降低鍋爐爐水的硬度。因此，利用磷酸鹽較高的水對(duì)鍋爐爐水進(jìn)行處理，不但具有除垢效果，同時(shí)也具有較強(qiáng)的防腐效果。但近年來隨著鍋爐參數(shù)的提高，酸性腐蝕逐漸成了腐蝕鍋爐的主要“力量”。現(xiàn)在發(fā)電廠的一些高參數(shù)鍋爐水處理都使用了二級(jí)除鹽法，這樣可以確保鍋爐爐水中不存在硬度成分，磷酸鹽在水處理中的作用也由處理硬度成分轉(zhuǎn)變成了對(duì)PH進(jìn)行調(diào)節(jié)以及防腐。所以，近幾年人們又提出了平衡磷酸鹽處理以及低磷酸鹽處理法。采用低磷酸鹽處理方法一般要將磷酸鹽的密度控制在0.4mg/L左右，由于鍋爐爐水中硬度不同可以適當(dāng)?shù)貙?duì)磷酸鹽密度進(jìn)行調(diào)整，但不論鍋爐爐水硬度多高，磷酸鹽的濃度都不得高于3mg/L。平衡磷酸鹽處理法原理是：在爐水能進(jìn)行硬度反應(yīng)的前提下，最大程度降低爐水中磷酸鹽的濃度。在爐水中可以有低濃度的NaOH，其作用是對(duì)爐水的PH進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保PH值在9.2-9.5之間。

三、結(jié)束語

我國(guó)的電廠化學(xué)水處理技術(shù)已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比無論是化學(xué)處理的科研研究水平，還是電廠化學(xué)水處理技術(shù)的發(fā)展速度上都存在巨大的差異，應(yīng)該在今后的電廠化學(xué)水處理工作中，利用好已經(jīng)成型的經(jīng)驗(yàn)和組織結(jié)構(gòu)，通過向先進(jìn)電廠化學(xué)水處理技術(shù)的不斷學(xué)習(xí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電廠化學(xué)水處理技術(shù)的不斷提升，為電廠的電能生產(chǎn)提供更為穩(wěn)定和高質(zhì)量的用水。

第五篇：光穩(wěn)定劑的應(yīng)用與技術(shù)發(fā)展

光穩(wěn)定劑的應(yīng)用與技術(shù)發(fā)展

摘要：隨著國(guó)際工業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)光穩(wěn)定劑在工業(yè)產(chǎn)能、產(chǎn)量、品種數(shù)量、國(guó)內(nèi)消費(fèi)量、出口量均有大幅增長(zhǎng)。光穩(wěn)定劑可以明顯地延長(zhǎng)塑料制品的使用壽命，有效的提高塑料制品的使用價(jià)值，具有十分重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文主要論述了光穩(wěn)定劑的一些應(yīng)用和現(xiàn)今的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r。

關(guān)鍵詞：光穩(wěn)定劑、PVC、HALS，UVC。

涂料、塑料、橡膠、合成纖維等制品在日光或強(qiáng)的熒光下，因吸收紫外線而引發(fā)自動(dòng)氧化，導(dǎo)致聚合物降解，使制品的外觀和物理機(jī)械性能惡化，這一過程稱為光氧化或光老化。而光穩(wěn)定劑可以提高高分子材料的光穩(wěn)定性，能夠防止高分子材料發(fā)生光氧化和光老化，大大延長(zhǎng)它們的使用壽命。光穩(wěn)定劑的用量極少、價(jià)格高、用途廣泛，目前，在各種塑料制品、纖維、橡膠制品、涂料、油漆粘合劑中，光穩(wěn)定劑是必不可少的添加組分。在汽車部件的塑料化發(fā)展中，對(duì)耐候性的要求更高，隨之對(duì)光穩(wěn)定劑的需求量也更大。目前，全球光穩(wěn)定劑市場(chǎng)以高于整個(gè)塑料助劑市場(chǎng)2%的速度增長(zhǎng)。可以預(yù)期，隨著聚合物材料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，光穩(wěn)定劑的重要作用將進(jìn)一步顯示出來。

1.光穩(wěn)定劑的類別

常用的光穩(wěn)定劑按其作用機(jī)理大致可分為4類，即紫外線吸收劑、猝滅劑、自由基捕獲劑和光屏蔽劑。下面介紹一下這4類光穩(wěn)定劑：

1.1紫外線吸收劑（UVA）

紫外線吸收劑能有效地吸收波長(zhǎng)為290-410nm的紫外線，而很少吸收可見光，它本身具有良好的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性。UVA按化學(xué)結(jié)構(gòu)主要可分為5 類：鄰經(jīng)基二苯甲酮類，如UV一，UV一531等；苯并三哇類，如tjv一P，UV一327，UV一326等；水楊酸醋類，BAD、TBS、OPS等；三嗓類，如紫外線吸收劑三嗦一5等；1/2取代丙烯睛類，如UV一Absorbe：317等。近年來，UVA常作為輔助光穩(wěn)定劑與受阻胺類光穩(wěn)定劑共同使用，尤其在聚烯烴或涂料中更是如此。

1.2猝滅劑

猝滅劑與紫外線吸收劑都是通過轉(zhuǎn)移光能而達(dá)到光穩(wěn)定目的的。猝滅劑是與

塑料材料中因光照而產(chǎn)生的高能量、高化學(xué)反應(yīng)活性的激發(fā)態(tài)官能團(tuán)發(fā)生作用，轉(zhuǎn)激發(fā)態(tài)官能團(tuán)的能量。目前，工業(yè)產(chǎn)品中的猝滅劑主要是二價(jià)鎳，但由于其分子中含有重金屬鎳，從保護(hù)環(huán)境和人體健康的方面考慮，西歐、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)停止使用猝滅劑，目前國(guó)內(nèi)猝滅劑產(chǎn)量正逐漸減少，年產(chǎn)量在50t左右，未來應(yīng)該會(huì)逐漸限制生產(chǎn)甚至禁止使用[1]。

1.3自由基捕獲劑

這類光穩(wěn)定劑能捕獲高分子中所生成的活性自由基，從而抑制光氧化過程，達(dá)到穩(wěn)定目的。這類光穩(wěn)定劑主要是受阻胺光穩(wěn)定劑(HALS)。HALS自20世紀(jì)70年代由日本首創(chuàng)后，在國(guó)際上受到普遍重視，是發(fā)展最快、最有前途的一類新型高效光穩(wěn)定劑。其光穩(wěn)定效率比二苯甲酮及苯并三哇類紫外線吸收劑要高2－3倍。在國(guó)際上，HALS平均年需求量增長(zhǎng)率為20%-30%。HALS主要是呱咤系、呱嗦系衍生物及咪哇烷酮系衍生物。目前開發(fā)研究較多、市場(chǎng)需求量較大的是呱陡系和呱嗦系HALS。就其開發(fā)特征分類，有高分子量型、反應(yīng)型、多功能型及非堿性型等。HALS有猝滅劑的功能，還能夠分解過氧化物，而自身生成穩(wěn)定的氮氧自由基，氮氧自由基又能消除在氧化過程中生成的大分子游離基和過氧游離基。因此，HALS的使用已使聚合物的紫外光穩(wěn)定性能比先前由UVA或猝滅劑所達(dá)到的穩(wěn)定性能顯著提高了很多。

1.4光屏蔽劑

光屏蔽劑主要是炭黑、鈦白粉和氧化鋅等。隨著納米技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，大幅度提高了光屏蔽劑在塑料制品中的耐光性和耐候性能，如美國(guó)杜邦（Dupont）公司新推出的納米級(jí)TiO2光穩(wěn)定劑DLS210在農(nóng)用薄膜、化纖織物、戶外塑料和化纖制品等應(yīng)用效果良好[2]。未來的研究方向是全納米TiO2產(chǎn)品的開發(fā)，提高其在聚合物中分散性能及與其他類光穩(wěn)定劑的協(xié)同使用的效果等[3]。

2.國(guó)內(nèi)外光穩(wěn)定劑的發(fā)展?fàn)顩r

我國(guó)對(duì)光穩(wěn)定劑的研究和生產(chǎn)，始于五十年代末期。六十年代時(shí)，水揚(yáng)酸醋類、二苯甲酮類、苯并三哇類和三嚓類都先后有代表性品種研制成功。七十年代有少數(shù)品種曾有小批量生產(chǎn)。例如武漢助劑廠、遼陽石油化工廠生產(chǎn)UV-9，天津力生化工廠生產(chǎn)UV-327。七十年代末，作為高效的猝滅劑—有機(jī)鎳絡(luò)合物和新型的受阻胺光穩(wěn)定劑也相繼試制成功。而進(jìn)入八十年代后，發(fā)展變得很快，據(jù)

報(bào)導(dǎo)，1980年在吉林省龍縣化工廠建成了年產(chǎn)15噸規(guī)模的三嗓一5的工業(yè)裝置并投產(chǎn)；1984年在鎮(zhèn)江樹脂廠建成了年產(chǎn)10噸的二苯甲酮類UV631的生產(chǎn)裝置。山西省化工研究所和太原溶劑廠協(xié)作研制成受阻胺類光穩(wěn)定劑GW-540，于1985年5月通過年產(chǎn)5噸的中試定。

和國(guó)外相比，我國(guó)的光穩(wěn)定劑工業(yè)還有很大差距。雖然研究試制成功的品種很多，但工業(yè)化的很少。1979年產(chǎn)量29噸，1980年產(chǎn)量卻達(dá)到了85噸。無論從品種、數(shù)最、質(zhì)量，還是從價(jià)格看，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)目前合成材料工業(yè)發(fā)展的需要。我國(guó)光穩(wěn)定劑工業(yè)發(fā)展較慢的主要有兩個(gè)原因：一是原料不足，缺少化學(xué)中間體；二是研究力量分散，缺少統(tǒng)一規(guī)劃。目前國(guó)內(nèi)的某些光穩(wěn)定劑由于質(zhì)量不高、價(jià)格昂貴，致使有些用戶不用或盡量少用光穩(wěn)定劑，國(guó)內(nèi)主要用戶幾乎全靠進(jìn)口，這些情況應(yīng)該引起我們足夠重視。

3.光穩(wěn)定劑在PVC中的應(yīng)用

PVC是世界五大通用塑料之一，自20世紀(jì)50年代問世以來，人們一直在努力開發(fā)利用這類材料，制造出了軟、硬聚氯乙烯制品。添加適量的光穩(wěn)定劑，可以有效地延長(zhǎng)PVC制品的耐候性能。二苯甲酮類和苯并三唑類紫外線吸收劑是常用的光穩(wěn)定劑。而受阻胺型光穩(wěn)定劑是堿性體系，通常認(rèn)為與PVC的相容性很差，其胺基的存在導(dǎo)致PVC在高溫加工過程中更容易脫掉HCL，加速制品的老化。因此，到日前為止，受阻胺型光穩(wěn)定劑尚未在PVC光穩(wěn)定方面得到廣泛應(yīng)用[4]。

3.1在PVC膜中的應(yīng)用

中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所在國(guó)內(nèi)首先進(jìn)行了受阻胺光穩(wěn)定劑添加于PVC農(nóng)用棚膜的研究工作。將受阻胺光穩(wěn)定劑770、622、GW-540和紫外線吸收劑UV-

9、UV-531單獨(dú)或復(fù)合使用，分別與PVC樹脂經(jīng)壓延制成農(nóng)用棚膜，經(jīng)人工模擬氣候加速老化實(shí)驗(yàn)、自然暴露試驗(yàn)和實(shí)際扣棚應(yīng)用，得出的結(jié)論為：一是受阻胺型光穩(wěn)定劑完全可以應(yīng)用于PVC棚膜中，其光穩(wěn)定效果可以同目前在PVC棚膜中普遍應(yīng)用的UV-531和UV-9相媲美；二是將受阻胺光穩(wěn)定劑同紫外線吸收型光穩(wěn)定劑復(fù)配應(yīng)用于PVC棚膜中，雖然不能延長(zhǎng)棚膜的使用壽命，但在扣棚應(yīng)用過程中，其防光老化效果優(yōu)于單獨(dú)使用的受阻胺型和紫外吸收型光穩(wěn)定劑；三是受阻胺型光穩(wěn)定劑具有防止棚膜發(fā)生“背板效應(yīng)”的作用[5]。

受阻胺類光穩(wěn)定劑不但可以提高光穩(wěn)定效果，而且可以有效地抑制制品的變色。王佩璋等[6]將受阻胺類光穩(wěn)定劑GW-944Z用于PVC型材，經(jīng)紫外燈照射，其抗變色能力略有提高。汽巴精細(xì)化工公司開發(fā)的新型高效光穩(wěn)定劑TinuvinXT可以針對(duì)PVC材料的類型及用途進(jìn)行有效的調(diào)整，不易和HCL反應(yīng)，經(jīng)人工老化后制品顏色保持率和力學(xué)性能均有明顯改進(jìn)[7]。美國(guó)專利報(bào)道[8-10]，低分子量受阻胺Tinuvin770、Tinuvin144與熒光染料用于PVC膜中，以6500W氨弧燈照射100h，制品的顏色保留率比未添加受阻胺時(shí)提高數(shù)倍。

葉永成等[11]研究了Tinuvin770、GW540和UV9對(duì)PVC農(nóng)用薄膜的光穩(wěn)定性，Tinuvin770、GW540對(duì)PVC材料的光穩(wěn)定性可以與傳統(tǒng)的紫外線吸收劑UV9相媲美。汽巴公司為此研發(fā)出了針對(duì)PVC防水卷材的受阻胺類光穩(wěn)定劑(Tinuvin XT833)，Tinuvin XT833在對(duì)PVC防水卷材的抗紫外老化性能方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的UV531、UV326等紫外線吸收劑[12]。

3.2在PVC硬制品中應(yīng)用

在沖擊改性硬質(zhì)PVC片材(1mm厚)的光穩(wěn)定試驗(yàn)中，測(cè)定黃色指數(shù)增加20個(gè)單位的時(shí)間，添加0.3%UV-531的樣片為6000h，添加0.3%受阻胺770的樣片大于7500h，添加各0.15%受阻胺770和紫外線吸收劑的樣片大于7500h。這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明單獨(dú)使用受阻胺光穩(wěn)定劑或與紫外線吸收劑復(fù)合使用時(shí)的作用效果略優(yōu)于單獨(dú)使用紫外線吸收劑。

塑料門窗的變色現(xiàn)象是常見的、多發(fā)的，一般采用在制造型材時(shí)加入熒光增白劑和鈦白粉，以提高并保持制品的白度。事實(shí)上，熒光增白劑僅提高型材的初始白度，不能長(zhǎng)期保持白度。不同型號(hào)、不同生產(chǎn)廠家的鈦白粉對(duì)型材抗紫外線并保持白度的能力不同。選用純度高的鈦白粉，使用適當(dāng)而又適量的光穩(wěn)定劑，是提高并保持型材白度的根本方法。

3.3紫外線吸收型光穩(wěn)定劑在PVC中的應(yīng)用

紫外線吸收劑在PVC基材中的分布情況對(duì)其穩(wěn)定時(shí)效也有重要影響。一般認(rèn)為，光穩(wěn)定劑在基體材料中的分布形式是呈一定濃度梯度的。事實(shí)上，光穩(wěn)定劑的遷移具有溫度依賴性。當(dāng)材料受到紫外光照射時(shí)，基體內(nèi)部會(huì)積聚一定的熱量，這種熱量會(huì)導(dǎo)致內(nèi)層的穩(wěn)定劑向表層遷移，形成濃度梯度場(chǎng)，不斷地補(bǔ)給表層所散失掉的穩(wěn)定劑，從而減緩材料的老化進(jìn)程。

相比光穩(wěn)定劑的揮發(fā)性，其溶劑的影響在實(shí)際應(yīng)用中更為嚴(yán)重。Lamola和Sharp[13-14]發(fā)現(xiàn)：鄰烴基芳簇羰基化合物的光譜及光化學(xué)性質(zhì)和溶劑的性質(zhì)有很大關(guān)系。在極性溶劑，特別是有氫鍵的溶劑中，分子中的一部分氫鍵被拉開，迅速的互變異構(gòu)受到抑制，使穩(wěn)定劑抗紫外老化性能劣化。而目極性溶劑易于溶脹聚合物基材，這樣使紫外線吸收劑隨著極性溶劑滲入PVC中而導(dǎo)致其散失掉。與極性溶劑相比，水對(duì)紫外線吸收劑的危害小得多，盡管如此，PVC材料的許多嚴(yán)重危害都是由于材料長(zhǎng)期與水接觸引起的。針對(duì)紫外線吸收劑7日前存在的問題，高分子質(zhì)量以及帶有反應(yīng)性基團(tuán)的紫外線吸收劑成為人們研究的重點(diǎn)。

4.光穩(wěn)定劑的開發(fā)趨勢(shì)

上世紀(jì)80年代以來光穩(wěn)定劑開發(fā)研究領(lǐng)域非?；钴S，其中，受阻胺光穩(wěn)定劑的發(fā)展更為迅速，據(jù)綜合文獻(xiàn)報(bào)道，國(guó)外光穩(wěn)定劑品種開發(fā)呈現(xiàn)如下趨勢(shì)：

4.1受阻胺光穩(wěn)定劑研究獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷

受阻胺光穩(wěn)定劑（HALS）不過20年的歷史，但其發(fā)展速度之快不能不令世人矚目。在市場(chǎng)消費(fèi)方面，HALS已逐步成為光穩(wěn)定劑的主流.就趨勢(shì)而言，HALS的開發(fā)研究集中在高分子量化、官能團(tuán)結(jié)構(gòu)多樣化、低堿性和鍵合型品種開發(fā)等方面。

4.2高分子量化趨勢(shì)[15]

與其它助劑一樣，受性能及衛(wèi)生安全等因素的制約，高分子量化亦是光穩(wěn)定劑發(fā)展的主題?？傮w來看，聚合型品種所占比重較大。

4.3多功能化趨勢(shì)

一劑多能是塑料助劑開發(fā)應(yīng)用者刻意追求的目標(biāo)，光穩(wěn)定劑的研究亦不例外。實(shí)踐證明，將具有吸收紫外線、碎滅激發(fā)態(tài)和捕獲自由基功能的官能團(tuán)集中在同一分子內(nèi)，使一種助劑同時(shí)設(shè)置多道防線不失為提高光穩(wěn)定性能的有效之舉。

4.4反應(yīng)型光穩(wěn)定劑趨向成熟[16]

反應(yīng)型光穩(wěn)定劑分子內(nèi)含有反應(yīng)性基團(tuán)，它們與聚合物基料能以化學(xué)鍵合的方式結(jié)合起來，因此從根本上解決了添加型光穩(wěn)定劑易揮發(fā)、易遷移損失所造成的持久穩(wěn)定性的不足。反應(yīng)型光穩(wěn)定劑開發(fā)的關(guān)鍵在于應(yīng)用技術(shù)的完善。最近幾年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此作了大量的基礎(chǔ)研究，比較引人注目的表面接技化技術(shù)取得

了突破性進(jìn)展。

5.小結(jié)

隨著科技的進(jìn)步，光穩(wěn)定劑在塑料制品行業(yè)正扮演著一個(gè)重要的角色。雖然近年來世界經(jīng)濟(jì)的衰退給國(guó)內(nèi)制造業(yè)帶來了沖擊，經(jīng)濟(jì)衰退還尚未觸底，但光穩(wěn)定劑的開發(fā)研究領(lǐng)域依然活躍，趨勢(shì)不錯(cuò)。相信將來，光穩(wěn)定劑能在制造業(yè)更多方面起到作用，新的更優(yōu)良的光穩(wěn)定劑更多的涌現(xiàn)出來。

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