地球科学进展课程读书报告

第一篇：地球科学进展课程读书报告

中国地质大学（北京）

博士生《地球科学进展》读书报告

题 目： 硬质合金表面涂层技术研究

姓 名：习建国 学 号： 3002130003 院 部： 工程技术学院 专 业： 材料科学与工程 相近课程名称：硅酸盐体系材料设计原理与方法 授 课 教 师： 马鸿文 上课总学时数： 36 联 系 方 式： ***

SnO2基稀磁半导体的研究进展

习建国 3002130003

稀磁半导体（DMSs）是指在非磁性半导体材料基体中通过入少量磁性过渡金属元素或稀土金属元素使其获得铁磁性能的一类新型功能材料。目前，在DMSs材料中发现了许多新的物理现象，巨法拉第效应、巨塞曼分裂、反常霍尔效应、巨负磁阻效应、磁致绝缘体金属转变等。利用这些效应，可以制备出各种新型功能器件，为一些科技的发展提供条件。因此这种新型材料的研究倍受人们的关注。2000年，Dietl[1]等人用齐纳模型从理论上预言p型ZnO, GaN掺杂Mn的Tc可以达到室温，引起了大家对ZnO基母体材料的研究兴趣。ZnO由于具有优良的特性和广泛的应用，掀起了人们对ZnO基稀磁半导体材料的研究热潮。同时，SnO2氧化物独特的物理和化学性质，也开始成为人们的稀磁半导体研究热点之一。

1.稀磁半导体的磁性机制

在对宽带隙稀磁半导体材料的研究中，已有许多研究小组通过大量实验观察到的室温铁磁性，但是由于稀磁的磁化行为对制备工艺条件的敏感性较强，以及制备工艺重复性较差，造成在不同工艺下制备的材料，其磁性的起源也有所不同。对于过渡金属掺杂的稀磁材料来说，磁性的起因可分为两类，即本征稀磁结构和外在的磁性杂质。如果稀磁材料的铁磁性来源于第二相，这将限制其在自旋电子器件中的应用。所以区分室温铁磁性的来源对研究具有实用价值的稀磁材料至关重要。

由于确定铁磁性来源对发展稀磁半导体材料至关重要，决定该是否具有实际应用的潜力，目前许多研究者致力于稀磁半导体铁磁本征性的证明。然而由于磁性元素掺杂量较少，形成的金属团簇尺寸很可能处于纳米级别，因此即使采用XRD、TEM等传统手段未检测到第二相的存在，依然不能完全确定材料的铁磁性是否为本征属性。近些年来，利用同步辐射源的X射线吸收精细结构技术和磁圆二色技术被引入稀磁半导体的研究，鉴于该检测手段的高灵敏度，目前该实验方法在确定材料铁磁性来源上的可靠性等到了绝大多数研究者的认可。比如Liu等人[2]采用X射线吸收精细结构技术对Co掺杂的ZnO薄膜进行了表征，通过将薄膜的近边结构谱与Co单质和化合物图谱相比，排除了样品中杂质相的存在；另外在对扩展谱进行拟合计算的基础上证实Co原子掺入ZnO晶格取代了Zn原子的位置，从而证明了该Co-ZnO薄膜的铁磁性为材料的本征性能而来自铁磁污染。（1）载流子诱导机制

在早期的稀磁材料研究中，载流子诱导机制在 解释铁磁性起源上占据统治地位。根据此理论，过渡族金属离子间可通过自由载流子媒介作用产生铁磁交换耦合，该机制适用于导电性能良好、载流子浓度较高的稀磁半导体材料。载流子诱导机制又可细分为双交换理论、RKKY理论和平均场理论。双交换理论机制最早在1951年由Zener提出，被人们广泛用来解释锰氧化物的电子输运性质和磁行为[3]。根据双交换理论，两个不同价态的磁性离子间以中间的氧原子为媒介形成铁磁性耦合。2000年，Sato等[4,5]在采用传统双交换理论解释过渡族金属掺杂ZnO的铁磁性时，将交换媒介由O2-换成巡游载流子，磁性离子和载流子间产生直接交换，即电子可以“跳跃”到磁性离子的d轨道上，相邻的磁性离子通过巡游电子的调节而实现铁磁有序。随后Kevin等[6]又对此双交换理论做了进一步的延伸，他们认为电荷转移到过渡族金属的d轨道上，使得过渡族金属离子的价态发生改变。该理论根据形成不同离子价态在能量上的难易，提出Co离子和Mn离子很容易分别通过电子和空穴的转移形成Co-ZnO和p型载流子对Mn-ZnO稀磁材料实现室温铁磁性的重要作用。RKKY理论

二十世纪五六十年代，Kasuya[7]和Yosida[8]在研究Mn-Cu合金核磁共振超精细结构问题时，根据Ruderma和Kittel的理论模型[9]，进一步提出了Mn的d电子和导电电子间的交换作用使电子极化，从而导致Mn原子的d电子与近邻Mn d电子产生间接交换作用的模型。该理论被称作RKKY理论，描述了局域磁矩之间通过传导电子的极化效应而产生的间接交换作用。RKKY相互作用理论已被广泛用来解释稀磁材料中的铁磁性。RKKY相互作用与双交换相互作用同样是由载流子所调制的，但在RKKY理论中载流子作用距离远大于双交换理论中的作用距离，为长程耦合作用。Liao等人[10]将RKKY和双交换理论相结合，合理解释了Al, Co共掺杂ZnO纳米线中的铁磁性机制。Mounkachi等人[11]采用密度泛函第一性原理计算表明，在Zn0.8Mn0.2O1-yNy系统中，当空穴载流子浓度较高时，Mn离子间通过载流子耦合产生的铁磁性可归因为RKKY相互作用。Zener平均场理论

基于原始的Zener模型和RKKY理论，Dietl等人提出了Zener平均场理论[1]，它比较成功地解释了p型（Ga, Mn）As和（Zn, Mn）Te中的转变温度。与RKKY理论相比，Zener平均场理论综合考虑了材料中的自旋轨道耦合和以载流子为媒介的交换作用的各向异性。根据此理论稀磁材料的居里温度量级和p型稀磁材料的易磁化轴曲线均可由自旋轨道耦合来确定。同是，Dielt基于此模型预言在Mn掺杂浓度为5 %，空穴浓度达到1020 cm-3和ZnO和GaN基稀磁材料中可以出现居里温度高于室温的铁磁性[1]。（2）束缚磁极化子模型

2005年，Griffin等人[12]在高绝缘性Co掺杂TiO2稀磁薄膜中观察到了明显的室温铁磁性，Co的饱和磁矩为1.1 μB/Co。该实验结果极大挑战着长期以来占据主导地位的载流子诱导机制，表明自由载流子并非稀磁产生铁磁生的必要条件。为了解释低载流子浓度稀磁半导体中的铁磁现象，Coey等人[13]提出了束缚磁极子模型，该理论将铁磁性与稀磁材料中的结构缺陷密切联系起来。

根据束缚磁极化子模型（见图1a），稀磁材料中的施主缺陷（或受主缺陷）可以捕获电子（或空穴）形成类氢原子轨道，该电子（或空穴）轨道具有一定的扩展半径，可以与半径范围内的磁性离子产生交换耦合作用，形成束缚磁极化子。在束缚磁极化子半径内，磁性离子和施主电子（或受主空穴）间的相互作用产生有效磁场，使磁性离子的自旋沿同一方向排列，形成局域磁矩。相邻磁极子可进一步发生重叠并相互影响，构成关联的磁极化子团簇，导致局域磁矩同向排列。由图 1b中稀磁半导体磁相图可见，当束缚磁极化子的浓度达到愈渗域值δp时，材料将出现长程铁磁有序。此外，中还会存在孤立的磁性离子、通过反铁磁性交换形成的反铁磁性离子对、孤立的磁极化子（其局域磁矩与团簇磁矩方向不同），它们对稀磁材料的宏观铁磁性没有贡献，且会使实验观察到的饱和帮矩小于理论值。在图1b中还可以观察到，当磁性离子的浓度超过临界值xp邻近磁性离子间的反铁磁作用增强，导致材料转变为反铁磁态。

图1束缚磁极化子理论模型及磁相图[13]（a）束缚磁极化子模型示意图；（b）磁相图，电子局域在阴影区，xp和δp分别为磁性离子和磁极化子的逾渗域值，γ是类氢施主电子轨道与Bohr轨道半径比值。2.SnO2的结构与特性

SnO2属于四方晶系，具有金红石结构，属于D4h空间群[14]，晶格结构如图1所示。每个Sn原子位于由6个O原子组成的近似八面体的中心，每个O原子也位于3个Sn原子组成的等边三角形的中心，形成6：3的配位结构。其晶胞参数分别a=0.4743 nm，c=0.3186 nm，c/a =0.673，O2-和 Sn4+半径分别为0.14 nm和0.072 nm。

SnO2属于 IV-VI 族化合物半导体材料，室温下禁带宽度为 3.6~4.0 eV。理想化学配比的 SnO2电阻率低，表现为绝缘体性质。但通常情况下，SnO2材料中存在一定数量的本征氧空位和锡填隙原子，本征缺陷在能带中形成浅施主能级，使得SnO2表现出n型半导体特性，迁移率150-260 cm2/V•s，载流子浓度为1019 cm-3量级。由于SnO2的禁带宽度大于可见光的光子能量(3.1eV)，可见光

图 1.SnO2单胞结构

照射不会引起本征激发，材料在可见光区的透过率高于97%，这一特点使 SnO2可以作为薄膜太阳能电池，平面显示器和发光器件的透明导电极等。SnO2的激子结合能为130 meV，远大于室温下分子热离化能的 26 meV，使得激子在室温甚至超过室温下可以稳定存在[15]。SnO2表面易吸附氧形成表面能级，电位势垒为 0.3~0.6 eV，因此 SnO2在气体传感器方面也有着重要的应用。此外，SnO2材料还具有良好的热稳定性和化学稳定性。由此可见，SnO2材料是一种具有良好应用前景的多功能半导体，被广泛应用于气敏传感器，钾离子电池电极，太阳能电池，透明导电薄膜，陶瓷材料，催化剂等领域。

SnO2优异的物化性能使得其在稀磁半导体领域也具有极大的应用潜力和理论研究价值。SnO2的高禁带宽度和大的激子结合能使过渡族金属掺杂 SnO2材料的居里温度可以达到室温以上，满足稀磁半导体材料实际应用的前提条件。另外，SnO2的有效电子质量较大(0.3m0，m0为自由电子质量)，预期在自由载流子和局域磁离子之间有强的磁相互作用，从而使材料表现出许多奇特的物理性能。使用过渡族金属元素制备 SnO2基稀磁半导体有望研制出基于单一化合物的磁、光、电一体化置。

3.SnO2基稀磁材料的研究近况

基于Dietl等人的理论预测[1]，研究者对宽带隙基的稀磁半导体材料展开了广泛研究，寄望于制备出具有实际应用价值的稀磁半导体材料。其中SnO2材料由于具有高禁带宽度、大的激子结合能和有效电子质量而成为研究者关注的对象。2002年Kimura 等人[16]首先采用PLD法制备出顺磁性的Mn-SnO2稀磁薄膜，并在 5K低温下观察到了60%的巨正磁阻效应，拉开了SnO2基稀磁材料实验研究和理论探索的序幕。2003年，Ogale等人[17]采用PLD

图2 Ogale等人制备的Co-SnO2薄膜的磁性测量结果（a）室温磁化曲线；（b）居里温度曲线[17] 方法制备了5%Co元素掺杂的SnO2薄膜，磁性测量结果发现薄膜具有惊人的高达 7.5 μB/Co 的原子磁矩，且材料的居里温度(Tc)达到 650 K(见图 2)。如此大的磁矩和高居里温度激发了人们对SnO2基稀磁材料的研究兴趣。之后有不少研究小组参与到Co掺杂SnO2薄膜性能的研究工作中，然而所报道的实验结果却相差甚远。比如Gopinadhan研究小组[18]采用喷雾热裂解法制备的 Co-SnO2薄膜的饱和磁矩仅为0.04~0.26 μB/Co；而Fitzgerald 等人[19]使用PLD法沉积的Co-SnO2薄膜的饱和磁矩则达到5.0μB/Co。然而这些实验所报道的原子磁矩值均远低于Ogale等人报道的7.5 μB/Co，目前对于高达7.5 μB/Co 原子磁矩出现的真正原因尚待进一步的研究。

同时人们针对其它过渡族金属元素如 V[20]、Cr[21]、Mn[22]、Fe[23-24]、Ni[25]掺杂的SnO2稀磁薄膜材料也开展了相应的研究工作。2004年，Coey等人[22]在PLD 制备的 Fe-SnO2薄膜中观察到室温铁磁性，每个Fe原子的磁矩为1.8 μB，穆斯堡尔谱测试结果表明Fe处于高自旋态，但是薄膜在原子尺度上磁性不均匀，仅23%的Fe离子为铁磁有序。Figzgerald等人[19]在研究过渡族金属(Cr，Mn，Ni，Fe等)掺杂SnO2稀磁薄膜时发现，随着磁性元素掺杂浓度的提高，样品的饱和磁矩降低；且饱和磁矩表现出各向异性，当外加磁场垂直薄膜表面时的磁矩值显著高于平行表面测量值。在V-SnO2薄膜中，Hong等人[20]观察到薄膜的室温磁性能与使用的基片种类密切相关，在Al2O3基片上制备的薄膜为顺磁性，而在LaAlO3和SrTiO3基片上沉积的薄膜为铁磁性，最大磁矩达到 3μB/V。

除了 SnO2基稀磁薄膜材料以外，许多研究小组还致力于制备具有优异磁性能的掺杂 SnO2纳米颗粒。Gamelin小组[26-27]使用化学法制备了顺磁性的 Ni-SnO2纳米晶，磁性能测试显示当采用旋涂法制成纳米晶薄膜后，样品由顺磁性转变为铁磁性(0.8 μB/Ni)，然而后期空气热处理又使得铁磁性再次消失，Gamelin等人将 Ni-SnO2薄膜铁磁性的出现归结为晶界处结构缺陷的调节作用(见图 3)。对于Fe-SnO2纳米晶稀磁材料，Punnoose小组[25, 27]研究了Fe含量对纳米晶微观结构和磁性能的影响，实验结果表明样品的饱和磁化强度随Fe含量的提高而单调增加，该结果与Ogale等人[17]制备的Co-SnO2薄膜饱和磁化强度随掺杂量的变化趋势恰恰相反，且与Gopinadhan等人[28]的实验结果也有很大不同；同时Punnoose等人发现高温热处理(>600℃)将使F原子从SnO2晶格中析出，导致材料转变为顺磁性。此外，Bouaine等人[29]在不同掺杂浓度的Co-SnO2纳米晶中探测到顺磁性和反铁磁性的混合磁态，他们认为这是由于纳米晶中载流子浓度过低造成的。

图3 晶界对Ni-SnO2磁性能的影响示意图 表 1 SnO2基稀磁半导体实验研究结果

在表1中列出了自 2002年以来SnO2基稀磁材料的部分实验研究结果。从以上的分析和此表结果可见，不同研究小组报道的磁化行为差异较大，甚至彼此矛盾。在过渡族金属掺杂的SnO2半导体中，有的研究者获得了室温铁磁性，而有的研究者则仅观察到了顺磁和反铁磁现象。即使同一种元素掺杂的SnO2材料，其磁性状态、居里温度及饱和磁矩等参数仍存在巨大差异。大量的实验结果表明：制备方法、掺杂元素、掺杂浓度、基片类型和实验参数等因素对SnO2基稀磁材料的磁性能具有重要影响。在对SnO2基稀磁材料铁磁性机制的理解上，不同研究小组也存在很大分歧。比如Ogale小组[17]和Chaudhary小组[22]采用载流子诱导铁磁性机制合理解释了Co-SnO2薄膜中室温铁磁性的起源。2004 年，Coey等人[22]在研究 Fe-SnO2稀磁薄膜铁磁性机制时，提出了如图 4所示的以氧空位为媒介的 F心模型，该模型与束缚磁极化子机制极为相似，肯定了结构缺陷对铁磁性的调节作用。此外，自d0铁磁性理论提出之后，众多研究者针对不含磁性元素的稀磁材料开展了相关理论计算和实验研究。基于密度泛函的第一性原理，Rahman 等人[28]和Zhou[29]等人分别计算了无掺杂 SnO2和 K-SnO2材料的磁性能，其结果显示材料的局域磁矩来源于Sn空位和 K 替位缺陷周围的氧原子；随着缺陷间距的变化，邻近缺陷间可以表现出铁磁、顺磁和亚铁磁的不同耦合作用。

4.SnO2基稀磁材料研究中存在的问题

如前所述，SnO2优异的物化性能使得其在稀磁材料领域具有极大的应用潜力和理论研究价值。2003年Ogale等人[17]在Co-SnO2稀磁薄膜中发现的巨磁矩和高居里温度吸引了众多研究者的注意，揭开了对 SnO2基稀磁材料研究的序幕。迄今为止，许多小组针对不同磁性元素掺杂的SnO2材料已经开展了一系列的研究工作，但目前仍存在以下几个方面的问题：

图 4 F心磁性机制示意图

首先，SnO2基稀磁材料的铁磁性来源仍存在很大争议。由于掺杂磁性离子与Sn4+的半径和价态存在一定差异，因此磁性离子的固溶度有限，容易在基体SnO2中形成纳米级的铁磁性第二相，使得不少研究者对材料铁磁性的本征性提出质疑。目前人们对SnO2基稀磁材料的微观结构，特别是掺杂元素的精细结构的认识尚不深入，相关研究有助于阐明材料铁磁性的真正起源，亟待进一步的开展。

另外，SnO2基稀磁材料的铁磁性物理机制尚未得出统一的结论。载流子诱导机制和束缚磁极化子模型在解释SnO2基稀磁材料中均获得一定的成功。目前研究者对这两种机制还存在激烈的争辩，这是由于在SnO2半导体中，点缺陷数量的改变往往伴随着载流子浓度的变化，因此很难区分二者对材料铁磁性的作用。

此外，由前人的研究结果(表1)可见，掺杂 SnO2稀磁材料的磁化行为包括铁磁、顺磁和反铁磁性；且铁磁性材料的居里温度和磁矩也不尽相同。如此大的差异是由于各研究小组采用的实验方法不同，导致材料微观结构的差异，由此引发磁性能的改变。因此需对材料微观结构和磁性能的关系进行系统探讨，以期获得制备稳定室温铁磁性 SnO2基稀磁材料的方法，并提高实验重复性。再者，Rahman等人[28]和Zhou[29]等人的第一性原理计算表明，不含磁性元素的SnO2材料同样可以表现出室温铁磁性，其磁矩来源于材料中的点缺陷。然而目前此理论尚缺乏实验数据的支持，相关实验研究还需进一步的开展。

参考文献：

[1] T.Dietl, H.Ohno, F.Matsukura, J.Cibert, D.Ferrand, et al, Zener Model Description of Ferromagnetism in Zinc-Blende Magnetic Semiconductors, Science, 2000, 287: 1019-1022

[2] Liu X J, Song C, Zeng F, et al.Strain-induced ferromagnetism enhancement in Co: ZnO films.J.Appl.Phys., 2008, 103:093911

[3] Zener C.Interaction between the d-shells in the transition metals.2.Ferromagnetic compounds of manganese with perovskite structure.Physical Review, 1951, 82: 403-405.[4] Sato K, Katayama Yoshida H.Stabilization of ferromagnetic states by electron doping in Fe-, Co-or Ni-doped ZnO.Japanese Journal of Applied Physics Part 2-Letters, 2001, 40:L334-L336.[5] Sato K, Katayama-Yoshida H.Material design for transparent ferromagnets with ZnO-based magnetic semiconductors.Japanese Journal of Applied Physics Part 2-Letters, 2000, 39: L555-L558.[6] Kittilstved K R, Norberg N S, Gamelin D R.Chemical manipulation of High-Tc ferromagnetism in ZnO diluted magnetic semiconductors.Phys.Rev.Lett., 2005, 94: 147209 [7] Kasuya T.A theory of metallic ferromagnetism and antiferromagnetism on Zeners model.Progress of Theoretical Physics, 1956, 16:45-57 [8] Yosida K.Magnetic properties of Cu-Mn Alloys.Physical Review, 1957, 106:893-898.[9] Ruderman M A, Kittel C.Indirect exchange coupling of nuclear magnetic moments by conducting electrons.Physical Review, 1954, 96:99-102.[10] Liao L, Lu H B, Zhang L, et al.Effect of ferromagnetic properties in Al-doped Zn1-xCoxO nanowires synthesized by water-assistance reactive vapor deposition.J.Appl.Phys., 2007, 102:114307.[11] Mounkachi O, Benyoussef A, El Kenz A, et al.Ab initio calculation of Zn0.8Mn0.2O1-yNy.Jounal of Magnetism and Magnetic Materials, 2008, 320: 2760-2765.[12] Griffin K A, Pakhomov A B, Wang C M, et al.Intrinsic ferromagnetism in insulating cobalt doped anatase TiO2.Phys.Rev.Lett., 2005, 94:157204.[13] Coey J M D, Venkatesan M, Fitzgerald C B.Donor impurity band exchange in dilute ferromagnetic oxides.Nat.Mater., 2005, 4:173-179.[14] E.Burstein, Anomalous optical absorption limit in InSb, Phys.Rev, 1954, 93: 632-633 [15] Yu B L, Zhu C S, Gan F X.Exciton spectra of SnO2 nanocrystals with surficial dipole layer.Optical Materials, 1997, 7:15-20.[16] Kimura H, Fukumura T, Kawasaki M, et al.Rutile-type oxide-diluted magnetic semiconductor: Mn-doped SnO2.Appl.Phys.Lett., 2002, 80:94-96.[17] Ogale S B, Choudhary R J, Buban J P, et al.High temperature ferromagnetism with a giant magnetic moment in transparent Co-doped SnO2-δ.Phys.Rev.Lett., 2003, 91:077205.[18] Gopinadhan K, Kashyap S C, Pandya D K, et al.Evidence of carrier mediated room temperature ferromagnetism in transparent semiconducting Sn1-xCoxO2-δthin films.Journal of Physics-Condensed Matter, 2008, 20:125208.[19] Fitzgerald C B, Venkatesan M, Dorneles L S, et al.Magnetism in dilute magnetic oxide thin films based on SnO2.Phys.Rev.B, 2006, 74:115307.[20] Hong N H, Sakai J.Ferromagnetic V-doped SnO2 thin films.Physica B-Condensed Matter, 2005, 358:265-268.[21] Hong N H, Sakai J, Prellier W, et al.Transparent Cr-doped SnO2 thin films: Ferromagnetism beyond room temperature with a giant magnetic moment.Journal of Physics-Condensed Matter, 2005, 17:1697-1702.[22] Coey J M D, Douvalis A P, Fitzgerald C B, et al.Ferromagnetism in Fe-doped SnO2 thin films.Appl.Phys.Lett., 2004, 84:1332-1334.[23] Mathew X, Enriquez J P, Mejia-Garcia C, et al.Structural modifications of SnO2 due to the incorporation of Fe into the lattice.J.Appl.Phys., 2006, 100:073907.[24] Archer P I, Radovanovic P V, Heald S M, et al.Low-temperature activation and deactivation of high-Curie-temperature ferromagnetism in a new diluted magnetic semiconductor: Ni2+-doped SnO2.Journal of the American Chemical Society, 2005, 127:14479-14487.[25] Punnoose A, Hays J, Thurber A, et al.Development of high-temperature ferromagnetism in SnO2 and paramagnetism in SnO by Fe doping.Phys.Rev.B, 2005, 72:054402.[26] Gopinadhan K, Pandya D K, Kashyap S C, et al.Cobalt-substituted SnO2 thin films: A transparent ferromagnetic semiconductor.J.Appl.Phys., 2006, 99:126106.[27] Bouaine A, Brihi N, Schmerber G, et al.Structural, optical, and magnetic properties of Co-doped SnO2 powders synthesized by the coprecipitation technique.J.Phys.Chem.C, 2007, 111:2924-2928.[28] Rahman G, Garcia-Suarez V M, Hong S C.Vacancy-induced magnetism in SnO2: A density functional study.Phys.Rev.B, 2008, 78:184404.[29] Zhou W, Liu L J, Wu P.Nonmagnetic impurities induced magnetism in SnO2.Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2009, 321:3356-3359.

第二篇：2010《地球科学概论》野外实习报告

《地球科学概论》野外实习报告

地点一：下苇甸

片流和坡积物:大气降落的雨水或雪水中一部分通过蒸发回到大气，一部分渗透到地下成为地下水，其余约1/3水体形成地表水流。起初，降水向下沿自然斜坡均匀流动，其流速小、水层薄，水流方向受地面起伏影响大，无固定流向，成为网状细流，称为片流。片流能比较均匀地洗刷山坡上的松散物质。由片流搬运的物质一般在山坡的凹入部位或山麓堆积起来，形成坡积物。坡积物在山麓地带常连接成覆盖斜坡的群状地形，称为坡积裙。坡积物成分单一，与山坡上的基岩一致；颗粒较细，通常以砂、粉砂、粉砂质粘土为主，偶夹有细小的岩屑砾石，磨圆度与分选性差，略具与坡向一致的层理。

过桥后可见河流沉积作用形成的堆积物，即冲积物，一层一层的（粗细间隔反映出层面），表现为粗砾石与碎屑物的二元结构，砾石有一定的磨圆度和分选性。此处冲积物位于桥的上方，是由早期河流的堆积形成，上面平坦，早先的河漫滩高出河床成为阶地。

在间歇性河道两侧山坡上，分布着多条冲沟（冲沟由洪流的冲蚀作用形成），呈V字形；在冲沟中几乎没有沉积物，大量的碎屑物质在冲沟出口处堆积，构成洪积扇（洪积扇：洪流沉积作用形成的沉积物称为洪积物，绝大部分洪积物在冲沟出口处沉积，在地貌上呈扇状地形，故称为洪积扇）。在接近扇顶的部位地形坡度大，洪积物厚度较大，主要由粗大的砾石组成，砾石的磨圆度与分选性都很差；从洪积扇的上部到边缘，地形变缓，洪积物厚度变小，颗粒变细，由砂过渡为粉砂和粘土，并出现层理；洪积物的成分较简单，与山坡及冲沟中的基岩一致。

河床边上可见一些板岩，棱角状，无磨圆度；此处板岩是受高温烘烤发生变质作用而形成，含矿物结晶，且矿物分布均匀，相对致密，其原岩为泥岩。此处其他岩石：石灰岩（有层理，次圆状），岩浆岩（此处岩浆岩为侵入岩，中粒结构，含有黑白两种矿物，黑为角闪石，白为斜长石），大理岩（变质岩，此处白色），砾岩（层状，有粘性）。

继续走可见河曲（由河流凹岸受侵蚀、凸岸发生堆积形成）。在河水单向环流作用下，主流线偏向并冲击凹岸，河湾最大弯曲点往下游迁移；在单向环流作用下，凹岸不断地被侵蚀、掏空，并发生重力崩塌而后退；凸岸则不断地发生堆积并向前推进，从而形成河曲。这里可见凹岸大多有基岩出露，坡度很陡；而凸岸有大量的沉积物，坡度很缓。

地点二：丁家滩东小山丘

此处比现代河床高40余米，显然不会被洪水所淹没。在小路边近山顶和山顶处，可见一层厚度约2～3m的砾石层，砾石成分为从异地搬运来的、抗风化能力强的岩石碎屑，磨圆度和分选性均较好，粒径多为2～5cm，含较多的红色粘土，故砾石表面呈砖红色。根据砾石特征推断，该砾石层为冲积物，也就是由河流沉积作用形成的。由此可知，该砾石层构成了永定河较高处的阶地，属于Ⅲ级阶地。实际上，这个谷地与点处相连的部位是中更新世时期的一条古河谷。

该处以西有一个大致东西向延伸的、横断面近似于“V”字形的谷地。该谷地底部的高度与点处的基本相同，或前者略高一点。

阶地的形成与地壳运动有关。多级阶地：永定河边发育着河漫滩；丁家滩村建在Ⅰ级阶地上；丁家滩村以西和上述谷地之间有一块略向河床倾斜的、较平坦的地面，属于Ⅱ级阶地；点处属于Ⅲ级阶地。这表明自中更新世以来，该地区发生过三次相对短暂的、快速的上升运动，从而形成了这三级阶地。

深切河曲：在点处及路线沿途可以看到，永定河已是极度弯曲，但是河床一侧或两侧的谷坡却很陡，即类似于深切河曲。这说明从中更新世开始，该地区快速上升时期是短暂的；而长期则处于较稳定的时期，侧蚀作用广泛进行，形成河曲，并曾发生河流改道，后来地壳上升，侵蚀基准面下降，下蚀作用加强，从而形成了深切河曲。另外，由公路至点处，沿途

可以看到层理很清楚的沉积岩。

地点三：军庄南约1km铁路边

下二叠纪厚层粗砂岩夹细砂岩、粉砂岩，岩性分层及层理都很明显。受构造运动影响，地层已发生倾斜。在厚层粗砂岩中发育规模较大的斜层理，它与上、下岩层面相交的角度大小不同，并且能看到有些岩层中由下往上砂的粒度有明显的变化，由此可以判断沉积时水的流动方向及岩层的顶底面。

上述地层中发育一系列的构造节理，把岩石切割成大小不等的块体。此处还发育一条小断层，岩层被错断，两盘发生了相对位移，断层面较平缓，上盘相对下降，为正断层。

沿铁路向南至隧道口有一处侏罗纪玄武岩。岩石呈浅紫红色，隐晶质结构，仔细观察岩石块发现有杏仁状构造，杏仁体位置为原来的气孔，被CaCO3、SiO2溶液填充。气孔规则，近似圆或椭圆。杏仁体成分主要为方解石或石英。岩石中裂隙较发育，且多被方解石所充填。另有针状浅色矿物是斜长石。这套玄武岩层平行不整合覆盖在下二叠统砂岩之上，两者之间缺失了上二叠系和三叠系。

地点四：大觉寺

大觉寺后山有大量花岗岩，本是白垩纪3公里以下形成的深层侵入岩，因地壳抬升而出露地表，岩石呈中、粗粒等粒结构，块状构造，晶体结构为显晶质，总体呈灰白色，细看有三种颜色的矿物，主要矿物为斜长石、钾长石、石英，次要矿物有黑云母、角闪石。

球形风化：花岗岩中发育三组节理，它们相互之间近于垂直或大角度相交，把岩石切割成长方体、菱面体或不规则状块体。这些岩块的角、棱最容易遭受风化破坏，并且在节理面上也产生由表及里的风化作用（可见层状剥落现象），最终岩块被改造成大小不等的球体或椭球体。

根劈作用：生长在岩石裂隙中的植物，随着植物长大，根系也变粗，从而使裂隙加宽、加深，导致岩石崩解。这里多处可见根劈现象。

第三篇：化学工程进展 课程论文

《化学工程进展》课程论文

摘要：化学工程作为国民经济的主导产业，与我们每个人都联系密切，其生产的产品在日常生活中也有着极其广泛的应用。本文从学术角度介绍化学工程的进展，化学工程作为一级工程学科正与相关学科结合，形成新的边缘与交叉学科，占领新的学术领城；同时还从工艺角度介绍化学工业的发展态势。化学工业正向原料多样化、产品精细化、技术高新化的方向发展。关键词:化学工程；进展；技术；化学工业；

Abstract:Chemical engineering is closely with each of us as a leading industry of national economy.Its products also have an extremely wide range of applications in everyday life.This article introduces the progress of chemical engineering from an academic perspective.As the first level engineering discipline, chemical engineeringis combining with related disciplines to form a new-edge and crossing discipline and conquer new academic file, introducing the development trend of the chemical industry from the process perspective at the same time.The chemical industry is towarding the diversification of raw materials, product refinement, technology high xinhua direction.Key words: chemical engineering;development;technology;chemical industry;引言：

化学工程是一种将一系列与化学专业有关的技术进行深入研究的化学或者物理过程，包括对原有设备的改进和优化及研究新的技术的一项工程性学科。以化学为指导思想，将其基础理论和工程应用结合到一起，包括研发产品、设计实验过程、模拟系统、装备强化、操作控制、保护环境、管理生产等方面的工作。化学工程领域包括无机化学、有机化学和石油化工化学等领域。因此化学工程既是国民经济建设的重要工程，又是推动社会进步的重要工程，也是与高精尖端技术领域相结合的重要工程，推动了高精尖端技术的发展。目前化学工程领域的发展方向：集约化、连续化、高效化、自动化和精细化。由于化学工程和生活的联系比较紧密，范围比较广，因此，探索化学工程的进展具有深远意义，对此进行研究不仅可以掌握化学工程发展的动态，同时也有利于吸收国内外的最新科研成果，有利于改进设备和技术，提高工作效率。1.概述

1.1 “化工”的概念

“化工”是“化学工程”、“化学工艺”、“化学工业”的有机结合。（1）化学工程—工程一级学科，研究过程工业中反应、分离、传递、单元操作、运行优化与运行控制的共性规律。（2）化学工艺—研究无机、有机、精细、高分子、生物等化学加工的技术路线及其加工方法。

（3）化学工业—实现化学加工并获得产品的工业部门。1.2“化工”的发展对策

（1）产品对策[ 1 ]—传统产品与精细产品并举，不断开发新产品

     化肥、农药、制碱等传统产品在化工中仍占重要位置。

石油产品(汽油、柴油、润滑油、沥青及橡塑原料)将进一步发展。精细化工产品(助剂、催化剂、添加剂)发展迅猛。

药物及生化产品(干扰素、酶制剂、新型药物等)得到重点发展。新材料(功能材料、结构材料、特种材料等)特别受到重视。

（2）原料对策[ 2 ]—原料的多样化，适合国情、省情原料的综合利用

 石油与天然气依然受到青睐，在今后相当长时期内仍具生命力，可能还要进口原油。

 煤的洁净利用技术，煤化工与一碳化工在我国尤为重要，发展方向是以煤为原料，发电、供电、供煤气与联产化工产品一体化。

 天然作物的综合利用是化工原料的又一来源。

（3）技术对策—挖潜、引进、消化、创新

   现有装置重在节能降耗、挖潜改造与技术革新。引进少量关键技术，进行消化吸收，形成中国技术。石油化工、大化肥、大氯碱装备一定要实现国产化。

（4）体制对策—集约化、大型化，资产经营是体制发展的重点

 化工企业将由生产经营型向资产经营型过渡，保证国有资产增值是企业的任务。

 化工企业向大型化、集约化方向发展，组建大型化工集团公司，生产成为有目的性的集约化体制。

 企业家是化工企业的无形资产，要造就一大批德才兼备、懂技术、善经营的企业家。2.化学工程的进展

2.1近代化学工程的发展趋势之一—化学工程与相关学科的交叉

（1）生物化学工程：化学工程与生物化学、微生物学的结合  生物化学工程的特点[ 3 ]：操作条件温和(常温常压反应)；多为分批操作；产物浓度低，反应器体积大；温度、pH、溶氧的影响大；多为非牛顿高粘物系；无菌操作。

 生物化学工程的应用[ 4 ]：

生产化工原料(到2020年，预测20%化工产品将由生物技术生产)[ 5 ]； 生产单细胞蛋白(如甲醇蛋白)；

生产氨基酸(22种氨基酸中，18种由生化法提取)； 生产酶制剂(如碱性蛋白酶用于洗涤剂)； 生产有机酸(如发酵法生产柠檬酸、乳酸)； 生产生物农药(如农用抗菌素)；

生产生物医药(如辅酶、激素、维生素、多糖、核酸)。

（2）材料化学工程：化学工程与高分子化学、高分子物理的结合

 材料化学工程的核心问题：聚合反应工程、高分子传递过程、粘性物流体力学。

 材料化学工程的应用[ 6 ]：

生产新品牌树脂(农用薄膜、汽车用基材、新型建材、光缆等)；

生产新品牌纤维(中空纤维分离膜、海水淡化渗透蒸发膜、异形纤维丝等)；生产新品牌功能材料(导电高分子、感光树脂、防伪材料等)； 生产新品牌复合材料(陶瓷基高分子、长短纤维增强复合基材料)。（3）精细化学工程：化学工程与有机化学、无机化学的结合

 精细化学品的特点：批量小；附加值高；质量要求高；装置柔性化；品种多；更新快；有极强的商品性[ 7 ]。

 现有化工企业必须大力发展精细化学品：现有化工企业有原料、人才、公用工程的优势；精细化学品发展的重点是涂料、助剂、表面活性剂、饲料添加剂、水处理剂等；化肥厂要发展甲醇下游产品与一碳化工系列产品；石化厂要发展石油精细化工产品。

（4）微电子化学工程[ 8 ]：化学工程与物理学、微电子学的结合

 微电子化工产品的重要性：95年世界电子信息产业产值已达1万亿美元，需要电子化工原料300亿美元。

 18种微电子化工用原料，举例— 基材：硅、砷化稼等半导体元件材料，聚酷线路板材； 光刻胶：光致抗蚀剂、甲基丙烯酸及其酷的聚合物； 掺杂剂：气态AsH3固体硼化物提高导电能力； 封装材料：聚硅氧烷、硅树脂等； 微电子专用清洗剂：氯甲烷、氯乙烯等。

2.2近代化学工程的发展趋势之二—化学工程与数学、物理学、基础化学的进一步结合

（1）与近代数学的结合，举例—

   非线性数学在化学工程中得到广泛应用； 最优化方法是化学工程必须掌握的数学工具； 偏微分方程理论在化学工程中受到高度重视。

（2）与近代物理的结合，举例—

     X光衍射测物相与分子筛结构与物质相态； 气相色谱程序升温脱附(TPD)研究物质表面性质[ 9 ]； 气相色谱程序升温氧化(TPO)研究催化剂析炭； 红外光谱研究吸附状态与反应动态学； 电子能谱研究催化剂状态组成与失活。

（3）与物理化学的结合，举例—

   热力学参数的预测；

非理想溶液与复杂反应的化学平衡； 多态反应动力学。

（4）与生物化学的结合，举例—

  生物环境治理；

SOD(超氧化歧化酶)等生物活性物质的合成[ 10]。

2.3近代化学工程的发展趋势之三—“十项延伸”

（1）由简单物系向复杂物系发展，举例—

   流体输送：多相流流体输送； 反应工程：气液固三相床反应；

系统工程：多种反应、分离装置的结合优化。

（2）由定态向非定态[ 11 ]发展，举例—  非定态SO2转化、非定态甲醇合成。

(3)由常规小分子向高分子、大分子发展，举例—

  特种高分子材料的开发； 团簇化合物，如C60的崛起。

（4）由宏观向微观发展，举例—

  超微粒子形态控制与包裹[ 12 ]；

分子化学工程学科分支的形成，研究分子热力学、分子传递现象与分子动力学。

（5）由描述现象向阐述机理发展，举例—

  反应器的多态与颗粒催化剂的多态，从现象到机理； 动力学方程的实验测定与机理探讨。

（6）由理想溶液向非理想溶液发展，举例—

  由牛顿型流体到非牛顿型流体；

由常压发展到超临界反应与超临界分离。

（7）由非生命向有生命发展，举例—

   生物医药工程，药物设计与疗效的关系； 基因工程、酶工程与化学工程的结合； 动植物细胞在生物反应器中的大规模培养。

（8）由探索试验向有效预测发展，举例—

  催化剂设计； 药物分子设计。

（9）由简单过程向耦合过程发展，举例—

    反应—精馏藕合(在MTBE、TAME[ 13 ]工艺中应用取得实效)； 反应—萃取藕合(中药、香料有效成分提取和稀有贵金属提取中应用)； 反应—结晶祸合(超细超纯炸药合成)； 反应—膜分离藕合(甲烷一步制甲醇)。

（10）由参数的单项测量向过程的集散系统控制发展，举例—

 DCS[ 14 ]分散控制系统，IDS[ 15 ]集成控制系统与网络标准化已逐步推广使用，并迅速发展。 智能控制成为新的热点，模糊控制、模式识别、专家系统、人工神经网络均取得突破进展。2.4近代化学工程的重要方向

（1）合成化工

  极端条件下的合成(高温化学工程、高压化学工程、超临界反应合成)； 温和条件下的合成(丁辛醇、甲醇、氨向较低压力与温度合成的方向发展)；

   新结构化合物合成(分子化学工程学发挥更大作用)； 功能分子设计(选态化学、选键化学的产生)； 合成路线的优化(如避开有毒、污染的零排放合成工艺)（2）超分子构筑

 天然高级分子的模拟—以大环化合物起步的超分子化学已经起步；用组装、复合、掺杂、改性的方法构筑新型高分子；

  生物化工中的单体设计—新型药物分子的构筑与合成路线探索； 可控合成[ 16 ]—分子识别下的定向合成，如酶控制下合成手性化合物。

（3）化学工程中的新基础研究

   非定态技术(稀SO2转化)；

过程模型化技术(特别是复杂系统的模型化问题)；

反应一分离藕合(反应一精馏、反应一萃取、反应一结晶、反应一膜分离、三相床反应分离一体化)。（4）新材料化工

  纳米材料(超细磁粉、超细碳酸钙、超细催化剂等)；

医用材料(要求安全、无毒、纯度高、可加工成不同形状，物化与机械性能好，适应性强，正努力开发新型骨质材料、牙质材料、人造血管、人造心脏等)；

    记忆材料[ 17 ](即智能材料)，分子器件(由有机高分子组成的器件)； 仿生材料(如新型固定氮材料)；

导电高分子(聚唾吩、聚钦普、聚乙炔等)。

（5）能源化学工程  节能—大力推广热管技术、热管换热器；大力推广热泵技术，拓宽蒸汽压缩式热泵的应用范围；推广高效导向浮阀塔盘等节能型板式塔。

 煤炭加工中的化学工程问题—煤气化新工艺，国产新型煤气化炉，水煤浆气化；以煤为原料整体联合循环发电，提高煤利用率。

 新能源化工—制氢与贮氢，研制贮氢合金新品种；再生能源的化工利用(再生纸，垃圾与塑料的再生)；太阳能与化学能的转化与利用。（6）催化剂工程

 开发方法上的发展—重视热力学研究；神经网络用于催化剂活性组分、助剂与制备方法的优选。

 新型催化剂开发—分子筛催化剂、均相络合催化剂、生物催化剂、三相床催化剂、环境保护催化剂等的开发。

 新型催化工艺，举例—低压液相法生产丁辛醇，可使生产能力提高70%，消耗下降；乙苯加氧新工艺制苯乙烯，选择性提高到93%，装置增容30%。（7）计算机技术在化工中的应用

   共享新库—化合物库、物性数据库、数学模型库等。

辅助分子设计—计算机成为合成、设计、预测与控制不可缺少的工具。生产优化控制—仿真培训系统，DCS集散控制系统。

（8）环境化学工程

  洁净合成工艺(废除光气等毒害物的生产工艺，减少或消除三废排放)。环境无害化(如汽车尾气净化催化剂，电厂烟气SO2治理，新型克劳斯尾气处理催化剂等)。

 CO2利用(CO2合成有机物的探索)。

（9）深度加工技术

各企业根据自己的具体情况，开发深度加工产品。3.化学工程学科未来的发展动态 3.1将化工过程与系统过程研究相结合

化学变化是一个复杂的过程，这是因为性质决定的，其非对称性和不平衡性打破了人们的惯性思维，使其控制因素增多，结构尺度变多，其中结构是对过程工程研究的中心问题，主要解决办法是简化其结构，使复杂的结构变得简单，更具有使用价值；首先研究特殊系统，然后推理出一般性的结论，进而推而广之，这些都为解决结构问题打下了良好的基础，解决了复杂系统不容易被分析的问题，采用整体法和还原法研究复杂的系统有利于把握系统的主要变换方向，多尺度的思考问题的方式可以将过程问题转换成平时的时间和空间问题，对研究化学工程的复杂结构有好处[18 ]。

化学工程的这一转变趋势预示着化学正在向着应用领域进行扩张，更加注重其实用性和价值性，而非学科本身理论的研究。这就需要化学与数学、物理等相结合，甚至与计算机技术相结合，进而实现化学过程的更好研究。3.2将化学工程与材料科学研究相结合

科学的进步使大量新的技术和产品能源不断涌现，并且在先进技术的引导下得到了广泛的应用，这就为化学工程的研究提出了新的问题那就是如何为新的产业的形成和发展提供良好的服务并不断形成新的完整的理论，化学工程的发展就此进入一个新的发展阶段。在学科研究的方法上更多的注重学科的交叉，更多的研究材料其中包括信息和化学、生物与化学、能源与化学、环境与化学相结合的工程学科，这些都为化学工程的发展提出了新的发展方向和研究课题，为化学的发展做了良好的铺垫。3.3将化学工程与信息工程研究相结合

化学工程技术的热点是将化学工程与信息工程研究相结合，随着信息技术的发展，信息技术已经深入各行各业，通过计算机技术可以收集大量信息，并对此进行精细的计算，随着大量的数据的统计和分析，可以得出很多重要的规律和结论，这些规律可以用来作为提高效率和生产效益的理论依据，同时可以预见，将化学工程和材料科学结合起来进行分析必将是化学工程领域的重点研究课题，必将成为引领化学研究的主要方向。

参考文献 [1]房鼎业.化学工程的技术进展与化学工业的发展态势[J].化工生产与技术,2009(2):1-8.[2]戴干策.化学工程进展[M].上海:化工进展,2012.[3]潘慧.论生物化学工程技术在绿色食品生产中的应用[J].中国农学报,2004,21（1）：60-61.[4]Ma Longlong.Process technology of bio2energy utilization and its development [J].Chemical Industry , 2007 ,25(8):9～14.(in Chinese)[5]陈惜明 ,彭宏.化学工程技术的几个热点与发展趋势[J].安徽化工,2006(1).[6] 徐南平,时钧.我国材料化学工程研究进展[J].化工学报,2003(4).[7]Li Na , Ma Xiaoqian, Zhao Zengli, et.Benefits of biomass gasification and waste incineration combined power technology on CO2reduction[J].Transactions of t he Chinese Society for Agricultural Machinery , 2007 ,38(6):121～124.(in Chinese)

[8]韩钢,宋喆.化学工程技术中微化工技术的应用研究[J].中国科技博览,2012（34）:326-326.[9]吴创之,马隆龙.生物质能现代化利用技术[M].北京:化学工业出版社,2003.[10]Wu Chuangzhi,YinXinli, Ma Longlong, et.Design and operation of a 5.5 MW biomass integrated gasificationcombined cycle demonstration plant [J].Energy &Fuels , 2008 ,22(6):4 259～4 264.[11]Huang Yanqin , Yin Xiuli , Wu Chuangzhi , et al.Feasibility of integrated biomass gasification and fuel cell powergenerating system in China[J ].Journal of Wuhan University of Technology , 2008 ,30(5):11～14.(in Chinese)[12]宋东安,裴广庆,王风芹等.中国燃料乙醇生产用原料的多元化探索[J].农业工程学报,2008,24(3):302-307.[13]马志强,谢磊,朱永跃.我国生物质能开发利用现状及对策建议[J].生产力研究,2009,14(9):106-108.[14]金涌,汪展文,王金福等.化学工程迈入21世纪[J].化工进展,2000(1).[15]叶庆国，周传光.化学工程技术的发展动向及对策[J].山东化工，2011，,31（4）：80-82.[16]徐南平,时钧.我国材料化学工程研究进展[J].化工学报,2003(4).[17]梁斌,段天平,傅红梅等.化学反应工程[M].科学出版社,2003.[18]刘志平,黄世萍,汪文川.分子计算科学--化学工程新的生长点[J].化工学报,2003(4).

第四篇：生物工程进展读书体会

生 物 工 程 进 展

……读 书体会

本学期一开始老师就给我们介绍了十几种期刊，要求我们去网上查阅这些期刊的论文，并写一篇读书心得，为此我在网上查找了很多天，细读了酿酒科技、食品科学、江南大学学报、微生物学报等期刊的几十篇论文，由于我来自中国酒都仁怀，所以我搜集的论文基本上都与“酱香白酒的酿造”有关，主要涉及酿酒微生物的研究、美拉德反应、酱香白酒的风味物质、所用原料（糯高粱、小麦）等。并将自己现在所学的东西与其中的研究思路、研究方法相联系、相比较，在此过程中我收获了很多。

在仔细阅读这些论文的过程中，我知晓了很多研究酒类的专家与研究单位，如中国科学院成都酒类研究院的庄名扬教授、王仲文教授，中科院的连宾教授等，他们在研究酒类的时候用到的“微生物培养、型态观察”、“微生物对营养物质的利用”、“气相、液相色谱分析”、“气质联用技术”来研究的方法都是我们在本学期学的内容，所以通过阅读这些优秀的论文让我知道了很多实验方法、实验设备的广泛用途，同时也让我深深的体会到在学校所学的东西的重要性。除了研究方法之外，我也学习到了一些理论方面的知识，比如说了解了美拉德反应的全过程、知道了什么是希夫碱、阿马多利亚化合物，同时还了解了许多在酱香白酒酿造过程中期重要作用的微生物，如：枯草芽孢杆菌、嗜热芽孢杆菌、白色球是酵母、地衣芽孢杆菌，此外在研究的过程中可能会用到的最小二乘法、神经网络等分析方法都有了一些了解。

以下是我通过阅读期刊论文知晓了一些关于酱香白酒酿造的问题： 1 研究中存在的困难及其产生原因

近年来研究者对酱香型白酒的微量成分、生产工艺进行了大量的研究与分析,取得了一些有益的进展,但是对于酱香型白酒风味物质的本质及酱香产生所必须的微生物种类尚不清楚;而从其生理生化角度,对于微生物在酱香物质产生过程中产生何种酶及其具体作用及各种微生物之间存在怎样的相互协同作用等方面亦一直没有确切的解释，并且与酱香产生密切相关的美拉德反应过程复杂,酱香主体成分的不确定，使得研究酱香产生的思路从源头上被封闭,因此只能着重从酱香的产生过程进行分析,而产酱香的过程本身又极其复杂,受多种因素的制约,这也就使研究上产了更多的难题。酿造过程中微生物的作用

酱香型白酒主香成分是什么虽然没有定论,但来源于曲药却是公认的。大曲中的微生物在酿酒中的主要作用是糖化、发酵、生香,高温曲糖化酶的糖化力很低,这是高温大曲与其它大曲最大的差异,这个差异决定了大曲酱香型酒生产的两个显著工艺特点:一是大用曲量,二是窖外堆积。微生物的代谢作用微生物与微生物所产生的酶同样是酒曲生物活性的重要来源,酶的活性不仅影响到酒曲中各种物质的转化,也直接影响到有机香味物质的品质和数量,从而对白酒香味物质的形成产生深刻的影响。

3归纳起来在酿造过程中需要解决如下的问题

目前,对于酱香型白酒酿造的研究主要为改进或者用纯种的微生物强化发酵，以及对那些影响酱香型白酒生产的模式菌株的分离、筛选和鉴定

上,而对各种有益微生物之间的相互作用了解甚少。因此该把生物工程和基因工程的研究作为今后的重点研究目标，运用生物信息学方法,分析酿造微生物的生物化学功能、基因表达概貌,预测与酱香型白酒生产相关的蛋白质和微生物功能，此外还可从基因水平上了解主要微生物对酱香物质生产的影响,开掘基因和蛋白质功能,结合已建立有的技术改进酱香型白酒生产工艺。

通过阅读那些优秀的论文，并将其与我们现在的实际相联系，我渐渐认识到学校所教予的东西的重要性，知道了很多仪器、实验方法、实验的设计思路、理论知识等在实际生活中的应用，这些极大拓宽了我的视野，我将在以后的学习中尽量的多看这类文章，以此丰富自己的知识面，在学习中与其联系，以便抓住重点，力求进一步的自我提升。通过这次的学习更让我体会到学习外语的重要性，以后一定要加强对外语的学习，因为在搜索期刊论文的过程中我发现很多的优秀论文都是用英语写的，要是自己能看懂那些外文，并将外国人的研究方法、研究思路同我们相比较，通过取长补短，一定会对我以后的工作、学习和生活产生重大影响。

最后，我要感谢我们的老师，由于他的引导，以及介绍大量的期刊论文，我才会好好的、仔细的去阅读那些期刊，也才对生物工程这个专业有了更深一步的了解，增强了自己的专业自信心，让我看到就度本专业的美好前程，同时也为自己迈出下一步奠定了良好的基础。

第五篇：现代中药学进展课程论文

现代中药学进展课程论文

题

目：综述中药GAP、化学成分、质量控制及整体药理的主要研究进展、热点、存在的问题与展望

作者姓名:陈鹏 学号：MZ11732

摘要：随着现代科学技术的不断发展，中药研究越来越受到科学工作者的重视，本文主要对中药GAP、中药化学成分、质量控制及整体药理学的现代研究做一综述。

关键词：中药；GAP；化学成分；质量控制；整体药理学；进展。

1.中药GAP GAP全称Good Agricultural Practice，中文译作“良好的农业规范”，是欧洲零售商农产品工作组(EUREP)1997 年提出来的，用以保证初级农产品生产安全的一套规范体系。中药材生产质量管理规范（GAP）就是从保证中药材的质量出发，控制影响药材生产质量各种因子，规范各个生产环节乃至生产全过程，以达到中药材的“真实、优质、稳定、可控”的目的。[1]1.1研究进展 1998年11月，国家药品监督管理局在海口市召开GAP第一次研讨会，会上学习了《欧共体GAP》及日本厚生省药务局《药用植物栽培及质量评价》并研究如何制定我国的GAP[2]。经过5年努力，于2002年3月18日颁布了《中药材生产质量管理规范（试行）》，其内容有10章57条，并规定自2002年6月1日起施行。2003年9月16日，国家食品药品监督管理局发布了《中药材生产质量管理规范认证检查评定标准（试行）》，标准共有104项，其中关键项19项，一般项95项。同时公布了《中药材生产质量管理规范认证管理办法（试行）》，规定自2003年11月1日起施行GAP认证。截止2009年底，全国已有49家中药材企业、63个基地、47品种中药材通过中药材GAP 认证。

[4]

[3]1.2 热点

在中药材GAP认证中，具体包括以下8个方面：①中药材产地生态环境方面的要求；②种质和繁殖材料的要求；③栽培和饲养管理要求；④采收的要求；⑤包装、运输和贮藏要求；⑥质量管理要求；⑦人员及设备要求；⑧文件管理要求[5]。

近年来，中药产业集中度不断增高，大型中药企业纷纷建立GAP基地，提高产品质量，建立品牌文化。如天士力集团的主打产品“复方丹参滴丸”连续保持4年领跑国内中药单品种市场销售记录，年均销售额突破10亿元。

国家“九五”、“十五”科技攻关累计资助了182种中药材的规范化种植（养殖）技术，国家发改委、计委、经贸委、中医药管理局也设立专项资金支持中药材规范化种植及其相关研究，各省区科技厅、教育厅、农业厅、经委等部门也大力资助GAP研究。如四川省政府拨专款设立中药现代化和产业化基地办公室，专门组织引导中药材生产基地建设。

1.3 存在问题

GAP作为一个新生事物，还处在试点阶段。中药种植的具体情况相当复杂，经过了近5年的试点认证之后发现，目前的认证办法和操作中还有许多需要完善的地方。1.3.1缺乏各类专业人员 人员培训必须先行，包括对员工的培训及雇佣工或签约农民的培训。培训可以采取多种方式相结合，分层次、分对象地进行。对农民的培训可以采取集中培训和现场培训相结合，对不识字的农民派人在田间操作现场指导；针对员工的培训可以送到先进企业去参观，送到大专院校或科研院所进修，质检人员可以送到药检所学习等。培训必须制定培训计划、培训教材，必须有培训记录，培训后必须有考核等。只有人员准备好了，才能真正将GAP启动并实施起来。1.3.2监管力度不足 通过市场调查发现，目前非GAP基地的药材同样能步入制药企业的GMP（《药品生产质量管理规范》）车间，进入符合GSP（《药品经营质量管理规范》）的医院、药店的仓库或摆上GPP（《优良药房工作规范》）柜台，这与医药行业的强制标准GMP、GSP是自相矛盾的。加之GAP基地药材的包装外观没有统一专识标志，销售价格和税免上没有相应的保护性、支持性政策，导致基地建设企业的经济效益不能保证，企业、农户积极性深受打击，甚至近两年GAP研究也陷入低迷状态[6]。1.3.3企业实施GAP积极性不高 各中药制药企业和新兴企业紧跟国家政策，从期盼中药材GAP的光明前景着眼，纷纷上马实施中药材GAP，花了大量人力、物力、财力建立GAP基地生产出高质量的、符合GAP要求的、但也是高成本的中药材，但在市场上与同品种中药材在市场售价上没有什么区别，用它生产出的中成药与用非GAP药材生产的中成药市场价位也一样。这时，实施中药材GAP的企业，只感受到成本的升高和竞争力的减弱，这必然要挫伤企业实施和认证中药材GAP的积极性[7]。

1.3.4相关法规、政策不到位 按照现行《中药材GAP认证管理办法（试行）》的规定，中药材GAP认证一次5年有效。但中药材生产受自然环境和气候影响较大，同一品种不同区域、同一地域不同生产周期，其产量、质量均收到不同程度影响，不肯能更在5年内都保证药材质量稳定均一。部分品种的一个生产周期就超过5年，无法减毒其影响质量的每个该关键环节[8]。

1.4 展望

保证中药材质量稳定性、均一性的唯一选择就是实施GAP，按SOP标准操作规程进行操作。可以说没有中药材的GAP，就没有中成药的GMP，就没有新药研制开发的GLP和GCP，当然也就没有药品经营的GSP。所以推动中药的现代化发展，规范化和规模化的中药材种植，是实现中医药现代化的必经之路。中药材GAP的实施就是遵循高科技、高起点、高标准的原则，建设优质、无公害的中药材GAP生产基地，这既符合中药现代化研究与产业的需求，还可恢复和建设生态环境，以达到生态、社会、经济效益三统一，实现可持续发展，意义重大，中药材GAP有广阔的。

2.中药化学成分的研究

2.1进展

在化学成分提取分离方面，近年来有超临界萃取法，超声波法，半仿生提取法，酶工程技术，膜分离技术是，树脂吸附法，分子蒸馏法，双水相萃取技术。许多研究报道表明，这些新的提取技术在中药提取方面主要是针对中药材中的有效部位或某些有效成份提取效率高、成分损失少、周期短等优点，这些优点显示出它们在中药有效成分工艺研究方面具有广泛的应用前景。查阅近10年的文献，中药中化合物的鉴别方法有显微鉴别法、色谱法（TLC、SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳、裂解气相色谱法和高效液相色谱法）、光谱法（红外分光光度法、示波极谱鉴别法、一阶导数光谱法、X-射线图谱法、热分析法）、质谱法（ESI-MS）、分子生物学方法。结构鉴定方法有UV、IR、MS、NMR等。

2.2热点

近几年，中药化学成分中化合物的鉴别一般采用薄层色谱法。薄层色谱法是快速分离和

定性分析少量物质的一种很重要的实验技术，也用于跟踪反应进程，它可以同时分离多个样品，分析成本低，对样品预处理要求低，对固相、展开剂的选择自由度大，适用于含有不易从分离介质脱附或含有悬浮微粒或需要色谱后衍生化处理的样品分析。TLC法是一种快速、灵敏、高效地分离微量物质的方法，是最简单的色谱技术之一，具有操作方便，设备简单，分离效率高，专属性好，分析速度快，色谱参数易调整等特点，在药物分析中应用较为广泛[9]。而化合物的结构鉴定一般采用NMR。化合物分子中同种核由于与其相连接的原子或原子团的不同，所处的化学环境就不同，也就是说被测核的核外电子的状态与电子云的密度是不同的。因此导致对外加磁场产生的屏蔽作用也不同，也就是说这些核实际所受的磁场强度是不同的，分裂的磁能级间隔不同。由于这个原因它们将在稍微不同的频率处出现共振吸收。这种共振吸收频率相对于人为规定的基准核共振频率之差与基准核频率基准之比，即这个吸收峰的相对位移，称为化学位移。根据不同基团中核的化学位移在各自特定的区域内出现的特点可以确定化合物分子中官能团的种类。邻近基团之间有相互作用会导致谱峰有更精细的裂分，利用这种裂分裂距的大小与形状可进一步确定分子内部相邻的基团的连接关系，最后便可推断分子的化学结构。

2.3存在问题

中药作用的多样性给活性成分的研究带来了机遇的同时，也带来了困难。中医特别强调中药及方剂对人体的治疗作用主要是通过对身体功能的多项平衡调节作用来实现，即作用于多个靶点。因此在追踪分离活性成分过程中，像西方那样，只用单一活性筛选体系追踪分离得到的活性物质很难合理说明中药的真正作用物质基础。中药，特别是复方研究，提倡采用多指标活性筛选体系进行活性成分的追踪分离，但说起来容易，实践起来却十分困难。功能基因芯片的出现及应用有可能为此提供一种简易、可行的初筛方法。

2.4展望

①以阐明药用生物有效成分，获得具有新结构的化合物或具有生物活性的单体为目的，进行提取分离条件、结构鉴定、一般活性研究；②以解决自然资源有限的活性化合物或其前体的来源为目的，进行半合成及生物转化研究；③以获得高效低毒的创新药为目的，以天然活性化合物为先导物，合成一系列结构类似物进行构效关系研究。由此可见，天然药物研究已经从最初对天然来源活性化合物被动全盘地接受到积极主动地改进，研究在不断深入。

3.质量控制

中药质量控制是依据一系列质量标准规范，对中药形成过程中的每个环节进行质量监测、评价与控制，质量标准规范的制定是基于中药质量评价体系建立的，包括2方面内容：提供中药质量评价的方法；提供中药质量控制的指标，其目的是确保中药在安全、有效的前提下，保证中药质量均一性和疗效稳定性[10]。

3.1 研究进展

早期的中药质量控制自中药鉴别开始，其发展大致可分为古代、近代和现代3个阶段

[11]

。（1）从中药形成至19世纪前、后为古代中药质量控制发展阶段。这一时期中药质量控制的特点是以药材的图形、形状、大小、颜色、气味、表面特征、质地、断面等特征鉴别药材的真伪。（2）19世纪至20世纪50年代为近代中药质量控制发展阶段。吗啡从阿片中的提出标志着生药有效成分研究的开始。显微镜的发明为中药鉴别带来了革命性的进步，并出现了4大鉴别法：基原鉴别、显微鉴别、性状鉴别及初期的理化鉴别[12]。（3）20世纪50年代至今，随着各种现代分析技术的不断发展和计算机的普及，紫外光谱、红外光谱、荧光光谱[13]、核磁共振、扫描电子显微镜[14]、X 衍射、各种电泳技术、差热分析技术、分子生物学技术[15]、薄层色谱、气相色谱、高效液相色谱等各种色谱技术均被应用于中药质量控制中。同时，人们也不断尝试利用数学方法挖掘大量化学测试数据中深层次的信息，增加对化学成分整体系统的认识。

3.2 热点

目前，中药质量控制技术研究主要集中在中药化学指纹图谱技术的研究。中药指纹图谱是借助于色谱和波谱等技术获得的中药化学成分的色谱（或光谱）图，是一种综合的鉴别手 段。指纹图谱在一定程度上较全面地反应了中药疗效的物质基础，体现了中医用药理论，并在药物配合、君臣佐使用药、药物性味等方面均有所反映。GC指纹图谱是研究含挥发性组分的药材和制剂的重要手段，尤其是全二维气相色谱法（GC×GC）对具有挥发成分的中药的鉴定尤为适宜。HPLC指纹图谱目前已成为开展指纹图谱应用较多的方法，也是定量指纹图谱中较常用的方法。徐柏颐

[16]

等建立体现黄蜀葵花特征及质量的HPLC指纹图谱，建立了具有17个共有峰的具有能区别黄蜀葵花花冠和花萼

特征的高效液相指纹图谱，对深入研究中药色谱指纹图谱的定量评价功能及中药谱效学研究都具有重要意义。CE指纹图谱已经日益广泛地应用于中药生药化学成分的分离、鉴别和含量测定，成为近几年来发展较快的中药指纹图谱研究方法之一。对中药注射液或水提取物而言，其CE指纹图谱的特征性远超过HPLC指纹图谱。

3.3 存在问题与展望

中药质量的不可确定性一直是其走向世界的瓶颈，因此，中药走向现代化需要解决的关键技术问题之一是解决中药的质量可控。中药为多成分的复杂体系，测定少数几种有效成分或指标成分，不足以保证其质量。中药指纹图谱具有整体性、特征性及可量化等特点，可用于鉴别中药真伪、评价药材的道地性以及产品的一致性与稳定性，是一种有效的质量控制模式。目前, 中药指纹图谱研究已从化学指纹图谱研究转向“谱效关系”研究，但中药谱效关系研究尚处于起步阶段，存在众多问题急需解决，如中药化学指纹图谱的整体性评价方法及化学成分表征，药效模型的选择，以及能准确反映中药谱效间规律的数学模型等问题都是今后“谱效关系”研究中亟待解决的问题。随着指纹图谱研究的不断深入，最终将解决中药质量评价的关键技术问题，建立成熟的中药质量评价体系。

4.中药的整体药理学研究

药理实验方法主要分为在体试验和体外试验两大类。两者互相补充，可以从不同角度，不同深度研究中药新药药效。两种方法各有所长。体外试验包括离体器官、组织、细胞、酶、受体、细胞内信息及基因等实验。其可以按要求严格控制实验条件，具有重复性好，用药量少、节省动物等优点，且可排出体内神经体液等各种复杂因素的干扰，可进行直接观察，获得准确结果，所得结果较易分析。例如在试管内抗菌作用较强的中药，常常在体内不一定表现出强大的抗菌作用；某些中药含有大量钾离子、钙离子，其粗制剂在麦氏浴槽中表现出对离体平滑肌、心肌有明显的药理活性，但口服后不一定产生相应作用。体内试验也称在体试验，其比较接近于临床状态，适于综合性研究，所得结果较为可信，可以直接反映临床疗效。中医药学以整体思想体系为基础，重视宏观调控。中药具有多成分多靶点的特点，整体试验能较全面的反映药物的作用。特别是中药新药2类药材、6类复方制剂大多属粗制剂，更应强调以体内试验为主。要证实新药具有某种药理作用必须通过体内

试验证明有效。体外试验仅起辅助作用。

4.1研究进展

研究药物的作用仅仅在正常动物身上进行还不够，还需要制备各种动物病理模型，因为病理模型模拟疾病状态，比正常机体更接近病人的机能状态，有些药理作用在正常动物身上观察不到。因此，病理模型在新药研究中占有重要地位。病理模型的选择应首选符合中医临床证或病的动物模型。应根据各种试验的具体要求，合理选择实验动物，对其种属、品系、性别、年龄、体重、健康状态、饲养条件及动物来源，合格证号，均应按试验要求严格选择，宜选用2—3种动物进行药效试验，动物模型与临床有区别，特别是中医证的模型与临床差异更大，因此“动物点头”临床不一定疗效就好。人与动物既有共性又有差异。如在不同种属动物身上均作出与临床疗效相似的结果，可信度就大。故在进行药效研究时不要只选用一种动物，用2—3种动物的实验结果可信度更大。给药剂量和给药途径 因为中药新药复方制剂有效成份含量低，口服生物利用度低，不易作出量效关系。根据技术要求各类新药主要药效试验至少应设三个剂量组。犬与猴等大动物可设2个剂量组，但每组动物数不少于6只，纯度比较高的1、5、7类中药新药应尽量作出量—效和时—效关系。剂量设计：合理的剂量设计在药效设计中占有重要的地位。在材料合格，模型和方法可靠的前提下，试验结果好坏在很大程度上取决于剂量设计是否合理。

4.2热点

中药血清药理学是将中药或中药复方经口给动物灌服一定时间后采集动物血液、分离血清，用此含有药物成分的血清进行体外实验的技术，是为了研究中药复方药物离体实验而诞生的学科，具有直接、快速、敏感、准确等作用特点。它是一种离体实验方法，也是适合中药特点的、更为科学的一种研究方法，不但能反映中药及其代谢产物的药理作用，而且能反映可能由药物诱导机体内源性成分所产生的作用，在某种程度上可排除中药制剂直接进行离体实验所特有的、难以确定因素的干扰，客观地模拟药物在体内环境中产生药理效应的过程，实验条件更接近于药物在体内产生效应的内环境，使实验结果的可信度大为提高[17]。近年来，随着中枢神经系统疾病日益成为威胁人类健康的主要疾病，如以神经元病变为主的帕金森病和亨廷顿病，以急性脑出血为主的急性脑血管病变等的发病率都在逐年增高，使得中药及其复方对于神经系统保护的物质基础及作用机制的研究日益兴起，脑脊液药理学

[18]这一概念随之被提出。

4.3存在问题及展望

中药药理学方法是在以前体外实验的基础上加以改进形成的，即以含药血清代替中药粗提物进行体外实验，它不仅具有体外实验的优点：如条件可控性强，可在细胞、亚细胞水平进行超微、生化、受体、基因等方面的研究，揭示药物作用机理较为深入，重复性好，使用材料少等，而且有其更适合中药及其复方制剂研究的独特之处：中药尤其是复方制剂的化学成分极其复杂，经过体外的煎煮或其他制备过程，再经口服以后在体内发生一系列变化，有的是药物本身物质发挥作用，有的是经过肝脏代谢的产物发挥作用，有的是肠道细菌代谢产物发挥作用，因此，以中药的粗提物的体外实验结果来评价药物的体内效应是不客观的也是不确切的，而以含药血清代替中药粗提物进行实验更接近药物在体内环境中产生药效的真实过程[19]。

参考文献

[1] 周荣汉．中药材GAP实施与SOP制定[J].中药研究与信息，2000，9（2）：6． [2] 郭吉刚．中药材GAP的研究与发展[J].中国新医药，2004，3（9）:84.[3] 魏建合，陈士林，郭巧生.中国实施GAP现状及发展探[J]．中药研究与信息，2004，6（9）：4．

[4] 王化东，黄俊勇，卫莹芳.我国中药材GAP基地建设现状[J].现代中药研究与实践，2011,25（4）.[5] 王洪彪.中药材实施GAP认证工作的探讨[J].中华民族民间医药，2009：59.[6] 费曜，王刚，朱丹平.《中药材生产质量管理规范》实施现况及问题解析[J].中国药房，2009，20（36）：2801.[7] 张翼，郭红军，曾凤英.中药材GAP实施中存在的问题和建议[J].中华中西医学杂志，2008，9（6）：55．

[8] 肖江宜，王文全.我国中药材GAP实施分析与探讨[J].中药材，2009，32（12）：1795.[9] 冯雅斌.薄层色谱在药物应用中的应用及研究发展[J].疾病监测与控制杂志，2011,5（1）：60 [10] 魏萍.中药质量控制方法的研究进展[J].临床合理用药，2011,4（1B）：157-158.[11] 张汉明，许铁峰，秦路平.中药鉴别研究的发展和现代鉴别技术介绍[J].中成药，2000，22（1）：101—110.[12] 乔传卓，张汉明，宓鹤鸣.生药学[M].上海：同济大学出版社，1995.[13] 孙文基，沙振方，严智慧.荧光光谱法鉴别中药材[J].中国中药杂志，1991，16（6）：326—328．

[14] 张淑华，李连怀，刘振通等.几种易混种子类中药的扫描电镜鉴别[J].中草药，1995，26（8）：427—429．

[15] 黄璐琦．展望分子生物学技术在药学中的应用[J]．中国中药杂志，1995，20（11）：643． [16] 徐柏颐，谈献和，朱华云，池玉梅.黄蜀葵花HPLC指纹图谱研究[J].中药材，2011,34（6）：888.[17] 牛国庆，武果桃.中药血清药理学研究进展[J].中兽医医药杂志，2011，1：73.[18] 梅建勋，张伯礼，陆融.中药脑脊液药理学研究方法的初建；对中药影响的星形胶质细胞神经营养作用的观察[J].中草药，2000，31：523-526.[19] 徐祥，朱建华.中药脑脊液药理学方法研究的概况[J].科教前沿，2011,1:462—463.