计算机科学在各专业领域中的应用1

第一篇：计算机科学在各专业领域中的应用1

计算机科学在各专业领域中的应用--------摘要：计算机应用是研究计算机应用于各个领域的理论、方法、技术和系统等，是计算机学科与其他学科相结合的边缘学科，是计算机学科的组成部分。计算机应用分为数值计算和非数值应用两大领域。非数值应用又包括数据处理、知识处理，例如信息系统、工厂自动化、办公室自动化、家庭自动化、专家系统、模式识别、机器翻译等领域。本文就是从教育，商务这两个领域，来谈谈计算机科学在各专业领域中的应用。关键词：计算机科学；电子商务；全球定位；网络教育 1引言

计算机应用系统分析和设计是计算机应用研究普遍需要解决的课题。应用系统分析在于系统地调查、分析应用环境的特点和要求，建立数学模型，按照一定的规范化形式描述它们，形成计算机应用系统的技术设计要求。应用系统设计包括系统配置设计、系统性能评价、应用软件总体设计以及其他工程设计，最终以系统产品的形式提供给用户。在70年代时，计算机应用普及到社会经济更多的领域。第三代集成电路计算机具有良好的性能价格比和可靠性，它促进了计算机的推广应用。随着微处理机的迅速发展，计算机广泛应用于工业、农业、文化教育、卫生保健、服务行业、社会公用事业等。家用电器采用微处理机后使计算机应用深入到家庭生活和娱乐之中。计算机技术与通信技术的结合，使计算机网络得到发展。信息服务业的兴起使社会信息资源得到更广泛的利用。

2计算机管理教学与计算机辅助教育

计算机管理教学也是计算机在教育领域中的一个重要应用。这类应用是将计算机应用于教学的设计和评价及管理学生的成绩和自然状况，处理与教学有关的事物数据，它包括用计算机制订教学计划、计算机辅助测验、学生错误分析等。计算机在管理上的应用使学校的管理更加方便、快捷、准确，使教学结构更加优化。

随着多媒体课件制作技术的成熟，加快了计算机辅助教育的发展。一些学校已经将课堂多媒体组合教育方式和利用多媒体计算机个别交互学习方式结合到传统教育方式中。目前除了专业的软件技术公司能提供多媒体课件外，学校教师自己设计制作的课件也极大地丰富了教学资源。开展计算机辅助教育不仅使学校教育发生了根本变化，还可以使学生在学校里就能体验计算机的应用，使学生培养计算机

意识，培养出复合型人才。

2.1网络教育

依据教育技术的发展，远距离教育界通常把远程教育发展历程划分为三个阶段：函授教育阶段、广播电视教育阶段、现代远程教育阶段。现代远程教育是指运用计算机网络技术、多媒体数字技术、数据库技术等现代信息技术手段，在数字化环境下进行完成教育教学目标的教育方式。在中国现代远程教育也称网络教育，多数从事高等教育的现代远程教育机构为普通高校的网络教育学院或现代远程教育学院。网络教育是现代信息技术应用于教育后产生的新概念，即运用网络技术与环境开展的教育，在教育部已出台的某些文件中，也称现代远程教育为网络教育【1】。中国国内举办网络学历教育的多为国内著名公办大学。高等网络教育学历证书国家教育部承认【2】，自1999年以来，教育部批准67所普通高校学校和中央广播电视大学开展现代远程教育试点工作，允许上述68所试点高校在校内开展网络教学工作的基础上，通过现代通信网络，开展学历教育和非学历教育。对达到本、专科毕业要求的学生，由学校按照国家有关规定颁发高等教育学历证书，学历证书电子注册后，国家予以承认。网络教育是远程教育的现代化表现，远程教育是一种同时异地或异时异地进行教育的形式。我们认为迄今为止，远程教育经历了三代历程：传统的远程教育、广播电视远程教育和网络教育。传统的远程教育首指函授、刊授教育。最早的函授教育起源于1840 年的英国，当时英国速记法发明人伊萨克.皮特曼通过邮寄方式教速记，教育界一般就认为这便是世界函授教育的开端。广播电视远程教育起步于本世纪60 年代，在近二十多年来得到了巨大的发展。由多媒体计算机技术和网络通讯技术在教育中充分利用而演绎出来的现代远程教育，一般被称为第三代远程教育，即网络教育。网络教育，网络培训，即e-Learning，现在一般指基于网络的学习行为；在线教育，远程教育，网络培训，在线学习等都可理解为统一或相似的概念。知行堂的学习教练肖刚认为E-Learning的“E”代表电子化的学习、有效率的学习、探索的学习、经验的学习、拓展的学习、延伸的学习、易使用的学习、增强的学习。通行的e-Learning概念约在10年前提出来，美国是e-Learning的发源地，有60%的企业通过网络的形式进行员工培训。1998年以后，e-Learning在世界范围内兴起，从北美、欧洲迅速扩展到亚洲地区。越来越多的国内企业对 e-Learning表示了浓厚兴趣，并开始实施e-Learning解决方案。据美国培训与发展协会（ASTD）预测，到2010年，雇员人数超过500的公司90%都将采用e-Learning培训，e-Learning正成为知识经济时代的正确抉择。需要特别指出的是，e-Learning(在线培训)不只是一种技术，技术只是传送内容的手段，重要的是是本身以及通过学习产生的巨大变革，这才是e-Learning(在线学习)主要意义。在线教育顾名思义，是以网络为介质的教学方式，通过网络，学员与教师即使相隔万里也可以开展教学活动；此外，借助网络课件，学员还可以随时随地进行学习，真正打破了时间和空间的限制，对于工作繁忙，学习时间不固定的职场人而言网络远程教育是最方便不过的学习方式。

3计算机在商业中的应用

3.1电子商务

电子商务是人类经济、科技、文化发展的必然产物，是信息化社会的商务模式和未来。直观地说,所谓电子商务就是组织或个人在以通信网络为基础的计算机系统支持下的网上商务活动，即当企业将其主要业务通过Intranet、Extranet以及Internet与企业的职员、客户、供应商及合作伙伴直接相连时,其中所发生的各种商业活动。

3.1.2电子商务与计算机设备的共同特性

计算机设备作为一种新的商务形式具有一些明显的特征，总结起来有以下几点：

商务性电子商务最基本的特性，即提供买、卖交易的服务、手段和机会。网上购物提供了一种客户所需要的方便途径。

低成本，没有店面租金成本、销售人员和商品库存压力，以及很低的行销成本电子化

服务性，首先，书写电子化、传递数据化。其次支付手段高度电子化。再次，便于收集客户信息。最后，特别适用于电子信息产品的销售。

可扩展性，是系统稳定的保障。如果在出现高峰状况时能及时扩展，就可使得系统阻塞的可能性大为下降，避免大量客户流失

安全性，是必须考虑的核心问题，包括加密机制、签名机制、分布式安全管理、存取控制、防火墙、安全万维网服务器、防病毒保护等。【3】

3.1.2电子商务发展趋势

B2B

企业间电子商务（B2B或B to B）将关键的商务处理过程连接起来，以形成虚拟企业。B2B电子商务发展趋势应该是向产品和服务的创新性上发展，传统的B2B提供的发布供求信息以及线上交易，已经满足不了如今需求不断改变的客户了，需要B2B平台更多的开发出新的带有创新性和人性化的产品。慧聪就没有沿用阿里的盈利模式而是不断发展同盟以及合作伙伴，加上由其组织开办展会为其会员服务就是一种不错的尝试，而且事实证明他们这种尝试是正确的，再比如更多的新型的B2B平台开始尝试商业化视频方面的发展，这种盈利模式也是一种技术和服务上的创新，比如说瀛商网，就主推其商业化视频的优势，为客户提供视频化的B2B平台，以及推出了类似于电视台一种网络广告电视，在创新意识上可谓是领先于同行业者。并且他们也像慧聪一样办起了自己的供求洽谈会，不同的是瀛商网自己斥资上亿元建设了商务中心来开办展会，可谓是大手笔，在国内也是首屈一指的，当然这种模式成功与否还需要时间来证实，但是创新的思维的确是B2B平台发展必须的一个元素。长江商学院和易观国际对“小门户+联盟”的网盛生意宝公司的创新模式大加推崇,中国电子商务研究中心也认为该模式是未来互联网发展的趋势.【4】

B2C进入垂直细分阶段

企业对消费者电子商务（B2C或B to C）这种模式节省了客户和企业双方的时间、空间、从而大大提高了交易效率，节省了各类不必要的开支。易观国际认为，随着B2C市场的逐步成熟，B2C领域将进入用户细分的市场阶段。2007年之前，B2C用户在线购买的商品种类以图书、音像等出版物以及虚拟产品为主，当当、卓越、云网一直占据市场份额前三位。近年来，随着红孩子、PPG、北斗手机网以及京东商城等垂直领域线上B2C厂商的进入，母婴用品、男士衬衫、手机以及3C产品

等商品的在线销售开始获得线上B2C用户的认可。报告预计，未来将会有更多的厂商进入垂直细分线上B2C市场，消费者可选择的商品品类也会更加丰富，B2C用户的每户平均收入也将有明显提升。【5】

4.1发展中存在的问题

我国计算机应用水平低,企业信息化水平低，上网企业与上网家庭数量还较少，信息技术在企业与家庭中应用尚不够普及。与发达国家及发展中国家相比都有很大差距，据国家统计中心研究，我国信息化能力不仅远落后于美日等发达国家，也落后于新加坡、韩国、菲律宾、埃及、印度等发展中国家；网民占人口比例瑞典达67%,瑞士60%,德国49%,我国仅3.5%。国内计算机应用发展很不平衡，各地区信息化指数高低相差20多倍，互联网用户及计算机拥有量在东西部地区、大陆与台湾地区差距很大，台湾互联网用户有540万，网民占人口比例达26%，连网主机85万台，企业有50%己开展电子商务，大陆开展电子商务企业不到10%。我国信息产业尚不能完全满足信息化发展与计算机应用对软硬件产品的需求，国产化产品技术水平与市场占有率低，重大应用工程与大型应用系统所用的软硬件产品主要依靠国外公司，科技成果转化速度慢，系统集成，信息服务水平有待提高,计算机应用有关标准、规范既缺乏又不统一，急需加强。计算机应用、信息化的市场经济和政策法律环境尚待完善，目前还缺乏有力的技术经济学政策推动信息技术广泛应用，信息化的组织领导与管理体制尚待完善与加强，有关市场管理的法律法规、社会信用体系尚未完全建立，电子商务的发展所需要的市场环境尚不完善。企业管理体制、机制、管理理念与组织机构尚不能适应市场经济的要求，博弈知识的缺乏，部分领导对信息技术应用的重要性、紧迫性认识不足。企业采用信息技术等高新技术尚缺少内在的动力、人力、财力与物力。基础工作薄弱，信息技术人才特别是既懂信息技术又懂行业业务技术的复合型人才更为缺少，广大职工信息意识与信息技术应用知识欠缺，职工文化素质急待提高。

4.发展前景与解决方法

“十.五”期间，北京，上海，广东等地信息化试点经验将进一步推广,在科学发展观的引领下，将建成若干信息化示范省市、地区、城市社区及乡镇，2010年全国各地区、中小城市信息化将会快速发展。社会公用事业，公共服务等公共领域信息化步伐加快。文教卫生，社会保险，社会治安，公共交通，供水供暖供电系统，社区服务等公共领域将广泛应用信息技术，金字系列重点应用工程与数字奥运会胜利完成,社会公共领域信息化水平将上一个新台阶，为人民群众衣食住行提供良好的环境和服务信息技术进入家庭，推进家庭信息化的发展。智能建筑、小区逐步推广，电话、手机、信息家电、家

用电脑进一步普及，使信息技术大量进入家庭及个人生活，推动了家庭信息化的发展。全国家庭电脑普及率2005年将达8－10%，城市家庭电脑普及率达20-30%，2010全国家庭电脑普及率将达15－20%，城市家庭电脑普及率达40-50%，信息家电数字化、智能化、家庭影院、居家办公将逐步普及,家庭信息化的发展将大大提高生活质量。

参考文献 【1】在教育部已经出台的某些文件中，称现代远程教育为网络教育

【2】高等网络教育学历证书国家教育部承认

【3】万晓凤,谢毅.基于JSP的电子商务系统模块的设计[J].南昌水专学报

【4】维基百科

【5】赵丽芬 《大家》 2010 第8期-万方数据

第二篇：复合材料在航空领域中的应用

复合材料在航空领域中的应用

先进复合材料具有高比强、高比模、耐疲劳、多功能、各向异性和可设计性、材料与结构的同一性等优异性能，自上世纪60年代年问世以来，先进复合材料很快获得广泛应用，成为航空航天四大材料之一。下面就让我们对先进复合材料的应用情况和其优异性能做一简要介绍。

1．应用先进复合材料可以显著提高战斗机作战性能

为满足新一代战斗机对高机动性、超音速巡航及隐身的要求，进入90年代后，西方的战斗机无一例外的大量采用复合材料结构，用量一般都在25％以上，有的甚至达到35％，结构减重效率达30％。应用部位几乎遍布飞机的机体，包括垂直尾翼、水平尾翼、机身蒙皮以及机翼的壁板和蒙皮等。如美国第四代战斗机F-22复合材料用量已达到24%，而EF2000更高达43％，EF2000除鸭翼外，机身、机翼、腹鳍、方向舵都采用复合材料，结构的“湿润”表面的70％为复合材料，阵风也是如此，70％的“湿润”表面为复合材料，约947kg之重。F-35的复合材料几乎覆盖了整个飞机外表面。

2．应用先进复合材料可以明显增大军用运输机有效载重量

C-17是上世纪先进大型军用运输机的典型代表，C-17是1986年设计的，限于当时的水平，复合材料主要用于次要结构，如雷达罩、整流罩、操纵面、口盖、翼梢小翼蒙皮等，复合材料重约7258k，占该机结构重量8.1%。树脂基复合材料从非承力结构发展到次承力构件。在复合材料中碳纤维增强复合材料约占结构重量6%，玻璃纤维塑料、Kevlar纤维增强材料占2%。而欧洲EADS正在研究的A400M属于新一代大型军用运输机，在材料应用技术上有了一个新的飞跃，主要表现为先进复合材料占结构重量的35%~40%。与C-17不同的是，在A400M上，碳纤维复合材料用于一些主承力结构，而C-17的复合材料结构重量比仅为8%，且主要用于操纵面及次要结构。A400M的机身仍由传统的铝合金制成，但却开创了采用碳纤维复合材料制造大型运输机机翼的先河，机翼长达19米，令业界颇为瞩目。

3．应用先进复合材料是高超声速飞行器能否上天的关键因素

高超声速技术主要指研制高超声速（Ma>5）飞行器所需的相关技术。近中期将采用的材料将包括陶瓷纤维增强的金属基复合材料、陶瓷及碳碳复合材料以及轻质隔热材料。此外，发动机及机身将需要导热率高的材料，如碳碳复合材料。更远的将来，将需要先进型的材料，如铍基复合材料之类的超轻材料以及纤维增强陶瓷之类超高温材料。

以NASA开发的第二代可重复使用航天飞机为例，油箱内衬为复合材料。在推进系统中将采用陶瓷基复合材料发射斜轨、金属基复合材料机匣以及树脂基复合材料涵道。此外还将采用复合材料电子设备舱。第三代可重复使用航天飞机将为一智能结构，具有自适应热防护系统及智能化无损检测装置，自愈合的飞机结构及表面。发动机材料将可能使用经冷却的复合材料、金属基复合材料加力燃烧室壳体、超高温复合材料。结构材料将包括超高温树脂基复合材料、低成本耐腐蚀热防护系统复合材料液氧油箱。

美国高超声速飞行器X-43是由超燃冲压发动机作动力装置的验证机。其油箱/机身由石墨/环氧框架及蒙皮组成。蒙皮外再覆以热防护系统。飞机上翼面热防护层为可剪裁的先进绝缘毡，下翼面为内多层屏蔽绝缘物。后者是正处于开发中的防热材料，由C/SiC外面板，中介陶瓷屏以及先进聚酰亚胺泡沫内衬。中介陶瓷屏覆以贵金属以降低其热辐射。机翼及垂尾由钛基复合材料制成，并有一个由二硼化锆制成的前缘。

4．应用先进复合材料能大幅增加无人战斗机载油量

国外目前研制的无人机以复合材料和传统铝合金的混合结构为主。如“捕食者”“全球鹰”等均是如此。其中“全球鹰”的机翼和尾翼由石墨/环氧复合材料制造，而机身仍采用传统铝合金，复合材料占结构重量的65%。

无人战斗机是未来航空武器的一个重点发展方向。为满足采购政策、隐身性能、机动性、生存力对材料的特殊需求，为尽可能地降低结构重量、提高燃油装载量，无人战斗机结构的一个显著特点就是大量应用复合材料。以波音公司的X-45A为例，除机身的龙骨、梁和隔框采用高速切削铝合金外，其余的机体结构都是由复合材料制成。诺斯罗普格鲁门公司的X-47A的机体除一些接头采用铝合金外，整个机体几乎全部采用了复合材料。

5．应用先进复合材料可以极大提升民用飞机市场竞争力

民用飞机方面，复合材料的使用对于增大客舱湿度进而改善乘客的舒适度、降低油耗、易于实现结构/舱内材料的一体化、减少零部件数量、简化系统安装及缩短总装时间等方面潜力巨大。波音、空客两家大型民用客机制造商均将其视为实现新飞机机体减重及降低直接运营成本的有效途径。如在新一代波音787飞机上，复合材料用量将达到50%，创大型客机复合材料的应用记录。欧洲空中客车公司在新近研制的A380型宽体客机的机翼和机身结构上均采用了先进复合材料，用量已占结构重量的25%，其中碳纤维增强复合材料占22%，另采用了3%玻璃纤维增强的铝合金层板复合材料Glare。在机翼前缘等处还采用了聚苯硫醚热塑性复合材料。该公司目前正在研制的新一代客机A350，复合材料的应用比例也将达到39%。

6．应用先进复合材料在减重的同时很好地改善了直升机抗坠毁性

直升机采用复合材料不仅可减重，而且对于改善直升机抗坠毁性能意义重大，因而复合材料在直升机结构中应用更广、用量更大，不仅机身结构，而且由桨叶和桨毂组成的升力系统、传动系统也大量采用树脂基复合材料。H360、S-75、BK-117和V-22等直升机均大量采用了复合材料，如顷转旋翼飞机V-22用复合材料近3000公斤，占结构总重的45％左右，法德合作研制的“虎”式武装直升机，复合材料用量更高达77％。

7．先进复合材料在航空发动机上也得到成功应用

航空发动机使用碳纤维增强树脂基复合材料取代金属材料可以有效减轻发动机重量，降低燃料消耗，增加航程。有资料报导，发动机减轻1磅重量，从而使飞机可减轻10～20磅重量。从70年代初，复合材料就成为TF39、F103特别是GE36UDF发动机研制计划的一部分，在这些发动机上积累了经验之后，在GE90的风扇叶片上成功使用了高性能韧化环氧复合材料。此外，在F119风扇机匣、遄达发动机的风扇机匣包容环及反推力装置上也广泛采用了树脂基复合材料。

近期开发的波音787的动力装置GEnx的风扇机匣及风扇叶片，将由碳纤维/环氧树脂基复合材料制成。除减重外，复合材料还表现出良好的韧性及耐蚀性。

至于陶瓷基复合材料等超高温复合材料，目前已在M88、F119等发动机尾喷管等静止件上获得应用。

随着飞行器向高空、高速、无人化、智能化、低成本化方向发展，复合材料的地位会越来越重要。国外预计，在下一代飞机上，复合材料将扮演主角，目前采用全复合材料飞行器的计划正处于酝酿之中。

第三篇：纳米技术在航天领域中的应用

序列号： 16

课 程 论 文

课程名称

21世纪高新技术

题目名称 纳米技术在航天领域中的应用 学生学院 管理学院 专业班级 电子商务1班 学 号

3113004743

学生姓名 陈昌桐 指导教师 曹晓国

2015年

11月 3日

摘要

本文初步介绍纳米技术、纳米材料及其结构在航天领域中的应用，综述了纳米卫星、纳米碳管、纳米面料、纳米流体等航天领域的应用，重点介绍纳米材料在航天器的结构材料和功能材料方面的应用。可以预料，纳米技术的应用在航天领域有着相当广阔的前景。

关键词

纳米技术；纳米材料；航天；纳米卫星；

正文

引

言

纳米材料由于具有独特的小尺寸效应而表现出不同于传统材料的物理和化学性质。利用纳米材料这些独特的性质，可对传统材料进行改性，进而开发出更高性能的材料，以满足传统材料所不能达到的要求，尤其是满足航天航空领域对材料性能的特殊要求。

一、纳米技术的介绍

纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学和现代技术结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等。

二、航天技术的简介

航天科学技术是20世纪兴起的现代科学技术，自其形成以来，一直汲取基础科学和其他应用科学领域的最新成就，高度综合了工程技术的最新成果，并引领许多学科专业的发展，甚至促成某些专业的形成。它是20世纪以来发展最为迅速、对人类生活影响最大的科学技术之一。进入21世纪，航天科学技术继续保持高科技的重要地位，在推动原始创新，促进学科交叉与学科融合方面扮演着重要角色。

三、纳米技术对航天业的影响

首先是为航天业从宏观向微观发展提供了可能。专用微型集成器将取代现有航天器和运载火箭上使用的有关系统，最终将在航天系统引发一场技术革命，导致微型卫星乃至“纳米卫星”的问世。

其次是纳米技术的使用，将对原有的航天业的制造方法、实验手段、研究方式带来巨大冲击，怎样才能将纳米技术引入到航天领域的制造方法、实验手段和研究方式中呢?

纳米技术在航天领域中的应用

一、纳米卫星

纳米卫星，又叫“纳星”，通常指重量小于10公斤、具有实际应用价值的卫星。纳米卫星的概念最早由美国宇航公司于1993年提出，未来重量可以实现降低到0.1公斤以下。利用微电子机械和纳米电子技术制造的惯性检测元件、换能器、射频元件、光学元件、电源系统及各种传感器核芯片作为星载设备，可使卫星的体积和重量大大减小。由于它的部件都集成在芯片上，故也称为“芯片级卫星”。用一枚小型运载火箭一次可以发射数百枚到上千枚的这种卫星，从而使航天器的发射费用从目前的每磅一万美元降至约 200 美元。

1995年，美国开始研制纳米卫星。这种卫星比麻雀略为大些，所用元器件全部为纳米材料制成。由于纳米卫星性能好，可靠性强，故它在通信领域、军事领域、对地观测、科学研究等方面有广泛的应用前景。

为降低发射费用，纳米卫星常采用一箭多星的发射方式进行发射，目前已经发射的包括：俄罗斯的SPUTNIK-2卫星、美国的AUSat卫星和PICOSAT卫星，以及英国的SNAP-1卫星等。

纳米卫星的功能多样。QuakeSat卫星可以使用磁力计对高空的低频磁场等进行研究，用以对地震进行分析预测。日本东京大学的XI-IV纳米卫星就使用CMOS相机对地球和太阳影像进行拍照，英国萨瑞公司的SNAP-1型卫星可对其它卫星拍照，用以判断在轨航天器的完好状态和工作能力。nCube卫星可以接收船只的广播AIS信号，提供船只的方位、位置等信息，确保船舶航行安全。此外，纳米卫星组成的卫星网络在应急通信领域也具有巨大的潜在优势。

目前在国际纳米卫星研究领域，美国处于技术领先地位。2002年12月，美国“奋进”号航天飞机就发射了两颗只有2磅重的纳米卫星。从2003年开始，美国空军和国防高级研究计划局开始研发新一代低成本军用纳米卫星，并于近几年相继交付。

二、纳米碳管———太空缆绳

碳纳米管由日本科学家于1991年研究发现，是由Sp2杂化碳原子排列成的石墨片层卷曲而成，具有纳米级一维管状结构的纳米碳材料。理论预测和实验结果均表明：CNT具有超高的强度、模量和韧性，其弹性模量高达1 TPa，拉伸强度超过100 GPa，断裂伸长率达到15%-30%。

纳米碳管具有强度高、质量轻、性能稳定、柔软灵活、导热性好、表面积大及许多奇异的电子性质等特点。单个纳米碳管的直径只 1.4nm，5万个纳米碳管并排在一起仅相当于一根头发丝的直径。它可能成为未来理想的超级纤维。纳米碳管的一种可能具有突破性的应用，是用于太空升降机。用其做成的太空缆绳，与钢或其他特质不同的关键是它能支持住自身的质量而不会断掉。这就提供了一种把人或物品提升到外层太空的可能方法，也许将成为人类移居外星球的最理想方法。

2013年，中国清华大学魏飞教授团队成功制备出单根长度达半米以上的碳纳米管，创造了新世界纪录，对于碳纳米管的生长而言，其高温生长过程中催化剂的失活是一个不可逆的规律，从而限制了碳纳米管的长度；因此尽可能地提高其催化剂活性概率是进一步提高碳纳米管长度的唯一途径。

三、纳米军服面料和纳米纤维

利用特殊的纳米技术对传统的材料进行处理，形成相互交错混杂的具有互特性的二维纳米相区，使原来无法兼容的特性通过它低度的相互协同作用表现出来，从而生产出功能强大的新型军用服面料。这种新型军服具有抗紫外线、吸收红外线、抗老化和热老化，以及减轻、保暖、隔热的作用。由于纳米材料具有小尺寸效应及宏观量子效应，将大幅度地提高材料的弹性、强度、耐磨性和稳定性。二维协同纳米技术的运用，使军服不但防油、防水、抗菌、抗污，清洁起来也极其简便，穿着也柔软舒适，更加适应野战条件下的要求。此类军服所需面料，在理论上已得到证实，现正加紧应用研究。在这一领域我国处于世界先进水平行列。

四、纳米流体流动强化传热

航天器中安装有借助于液体工质单相对流换热实现热控制的泵驱动液体回路系统实现舱内温度指标的控制。液体回路系统的质量及功耗在压力舱内占有较大比例，而新型航天器(如大型航天器、无人自主深空探测器、小卫星和纳米卫星等)的研制需求日益迫切，航天器的电子器件及设备的功率日趋增大，对航天器热控制技术和液体回路系统提出了更新更高的要求，加上航天器所处的空间电子器件散热困难。传统的纯液体工质和常规的散热措施难以满足热负荷日益增长的航天器热控系统的需要。目前，航天器液体回路系统采用的传热工质是一种冰点低、比热大、粘度小、无毒的化合物，具有适合在航天器中使用的独特优点，但由于它的导热系数极低，很难满足航天器不断增长的高强度、高负荷传热的要求。

纳米流体是指以一定的方式和比例在液体中添加纳米级金属或金属氧化物粒子，形成一类新的传热工质。已进行的研究表明，在水、乙二醇等常规液体中添加纳米粒子，可以显著增加液体的导热系数和对流换热系数，显示了纳米流体在强化传热领域具有广阔的应用前景。实验研究已证明，纳米流体强化传热技术应用于航天器热控系统是可行的。

五、纳米材料在航天器材料上的应用(一)纳米材料在航天器功能材料上的应用

(1)金属及金属基复合材料

晶粒细化是目前唯一的一种既可以提高金属强度，又可以提高韧性的方法，而且也是提高金属材料强度最有效的方法之一。在纳米金属材料中普遍存在着细晶强化效应，即材料的硬度和强度随着晶粒尺寸的减小而增大，利用添加纳米陶瓷来增强金属合金基材料的方法，就是把超微细陶瓷粉末引入金属基体(如向铝、铜、银、钢、铁等合金中引入SiC、Si3N4、TiN)均匀分散于合金中，例如，将纳米碳化硅、纳米氮化硅、纳米氮化钦、纳米硅粉添加到金属基体(铝、铜、银、钢、铁等合金)中，可制造出质量轻、强度高、耐热性好的新型合金材料。

纳米晶合金打破了常规合金生产中的一些定律，即硬度提高必然伴随韧性下降的结论，对于小尺寸晶粒，纳米合金变质剂的高表面活性可以使晶粒以较快速度合并，使晶粒尺寸增大和晶粒与晶粒合并的驱动力同时减小。在合金中形成晶须结构，明显提高合金硬度及韧性。

研究发现，在航天领域使用较多的金属材料Al、Ti，采用纳米材料增强后，其强度有较大提高，同时重量有较大降低，有望在航天舱体结构材料上得到应用。

(2)聚合物基复合材料

纳米粒子加入聚合物基体后，可提高其耐磨性、硬度、强度和耐热性等性能。举例说明，在酚醛树脂中加入5 %左右的某纳米粉，除层剪强度无显著提高外，玻璃钢的拉伸强度、弯曲强度、弹性模量等力学性能均有显著提高，并且线烧蚀率显著下降。北京玻璃钢研究院的研究表明，将某些纳米粒子掺入树脂体系，对玻璃钢的耐烧蚀性能大大提高。这些研究对于提高导弹武器酚醛防热烧蚀材料性能、改善武器系统工作环境、提高武器系统突防能力有着深远影响。像纳米氮化铝应用于环氧树脂，玻璃化转变温度提高，弹性模量达到极大值。将纳米氮化铝添加到环氧树脂中制得的复合材料，在结构上完全不同于添加粗晶的氮化铝-环氧树脂基复合材料：粗晶氮化铝一般作为补强剂加入，其主要分布在高分子材料的链间，而纳米氮化铝由于表面严重的配位不足、庞大的比表面积使其表现出极强的活性，同时，尚有一部分纳米氮化铝颗粒分布在高分子链的空隙中。与粗晶氮化铝相比，纳米氮化铝具有很高的流动性，可使环氧树脂的强度、韧性及延展性均大幅提高。

(3)工程塑料及其它复合材料

纳米材料与工程塑料复合既能提高工程塑料的固有性能，又可赋予其高导电性、高阻隔性及优良的光学性能等。因此，把纳米材料应用于工程塑料的改性，可进一步拓宽工程塑料的应用范围。

工程塑料与纳米粒子复合材料就是采用纳米粒子对有一定脆性的工程塑料增韧是改善工程塑料韧性和强度等力学性能的一种行之有效的方法。只要纳米粒子与基体树脂结合良好，纳米粒子也可承受拉伸应力，增韧、增强作用明显。少量纳米氮化钦粉体用于改性热塑性工程塑料时，可起到结晶成核剂的作用。而大量纳米氮化钦颗粒弥散于PET中，可大幅提高PET工程塑料的耐磨性和抗冲击性能。

另外的像还有工程塑料与纳米磁性金属及其氮化物复合材料，纳米磁性材料具有单磁畴结构，其磁化率、矫顽力很高，饱和磁矩和磁损耗较低，而且它的磁化过程完全由旋转磁化进行，所以可用作永磁记忆材料，以显著提高信噪比，改善图形质量，有望在卫星记忆材料上得到应用。国外已制造出性能优于NdFeB 的具有高矫顽力的纳米 NdFeB 材料。日本于 1988 年研制成功的纳米软磁材料“Finemet”，具有铁基非晶材料优异的高频特性，有可能在航天仪表上得到应用。

而工程塑料与纳米磁性金属复合材料则具有特殊的光电功能(对电磁波有特殊的吸收作用)和优良的磁性能及导电性，可广泛应用于军事、航空航天、电子通讯等高技术领域。

比如用偶联剂进行表面处理后的纳米碳化硅，在添加量为10%左右时，可大大改善和提高PI聚酞亚胺)、PEEK(聚醚醚酮)、PTFE(聚四氟乙烯)等特种塑料的性能，全面提高材料的耐磨、导热、绝缘、抗拉伸、耐冲击、耐高温等性能。

(4)陶瓷基复合材料

陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体，与各种纳米材料复合制得的材料。陶瓷基体包括氮化硅、碳化硅等。这些先进陶瓷具有耐高温、强度和硬度高、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，而其致命的弱点是具有较强的脆性，在应力作用下，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。而纳米陶瓷在室温下就可以发生塑性变形，在高温下有类似金属的超塑性。研究发现，将纳米粒子分散到陶瓷基体中，可以极大提高材料的断裂强度和断裂韧性，明显改变耐高温性，并提高材料硬度、弹性模量和抗热震及抗高温蠕变性，其强度和韧性约提高 2～4 倍。

新型陶瓷材料具有优异的高温强度、耐磨性、耐热性和耐蚀性，是固体发动机碳 / 碳喷管和燃烧室之间的热结构绝热连接件的理想材料，还可用于喷管出口锥有关部件。把纳米粉末引入陶瓷基体中制成颗粒增强复合材料可极大地提高材料的强度、韧性和高温性能，使之成为很有前途的高温结构材料，有可能用于未来的热机和航天热防护。

陶瓷基复合材料己实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。例如，纳米氮化硅掺杂制造的精密陶瓷结构器件可用于冶金、化工、机械、航空、航天及能源等行业中使用的滚动轴承的滚珠和滚子、滑动轴承、套、阀，以及有耐磨、耐高温、耐腐蚀要求的结构器件中。(二)纳米材料在航天器功能材料上的应用

(1)导电、导磁、导热、隔热、耐烧蚀、防热等功能材料

纳米TiN具有优良的导电性能，在Al2O3基体中加入纳米TiN颗粒可以有效降低其电阻率，随着纳米TiN加入量的增加，复合材料的电阻率逐渐降低，当加入量达到20vol%以后，复合材料的电阻率趋于稳定。由于纳米材料自身的特点，纳米TiN-Al2O3复合材料具有更好的导电性能，特别在低添加量时，效果尤为明显。

超高导热纳米AlN复合的硅胶具有良好的导热性，良好的电绝缘性，较宽的电绝缘性使用温度（工作温度-60℃～-200℃），较低的稠度和良好的施工性能。如CPU与散热器填隙、大功率三极管、可控硅元件、二极管、与基材接触的细缝处的热传递介质。纳米导热膏是填充IC或三极管与散热片之间的空隙，增大它们之间的接触面积，达到更好的散热效果。

纳米AlN粉体可以大幅度提高塑料的导热率。通过实验产品以5~10%的比例添加到塑料中，可以使塑料的导热率从原来的0.3提高到5。导热率提高了16倍多。相比较目前市场上的导热填料（氧化铝或氧化镁等）具有添加量低，对制品的机械性能有提高作用，导热效果提高更明显等特点。目前相关应用厂家已经大规模采购纳米氮化铝粉体，新型的纳米导热塑料将投放市场。

纳米AlN粉体与硅匹配性能好，在橡胶中容易分散，在不影响橡胶的机械性能的前提下（实验证明对橡胶的机械性能还有提高作用）可大幅度提升硅橡胶的导热率，在添加过程中不像氧化物等会使其黏度上升很快，添加量很小（根据导热要求一般在5%左右就可以使导热率提高50%-70%），现广泛应用与军事，航空以及信息工程中。

飞行器在大气中高速飞行时，由于气动加热飞行器表面与空气发生剧烈的摩擦，产生大量的热量，使飞行器表面温度急剧上升。随着科技的发展，采用纳米改性的玻璃钢材料能显著提高材料的热防护性能，在未来航天领域具有广阔的应用前景。

在导弹、火箭的发动机喷管上防热材料普遍采用碳-酚醛、高硅氧-酚醛。热防护材料中的树脂体系和含碳量决定了碳层的质量，进而影响其耐烧蚀性能。石墨及C-C复合材料是制造固体火箭发动机喷管的理想烧蚀材料，但石墨及C-C复合材料在使用中暴露出一个严重不足就是氧化侵蚀。在 500 ℃以上就可以被氧化，生成CO2、CO，使材料强度降低。通过在材料中加入非氧化物陶瓷纳米颗粒，使非氧化陶瓷纳米颗粒氧化成膜来实现碳材料自愈合抗氧化。

此外，纳米材料在航天领域还有很多的应用，如采用纳米材料对光电吸收能力强的特点可制作高效光热、光电转换材料，可高效地将太阳能转换成热、电能，在卫星、宇宙飞船、航天飞机的太阳能发电板上可以喷涂一层特殊的纳米材料，用于增强其光电转换能力；在火箭发动机壳体上喷涂一层防静电纳米涂料，可以有效的提高火箭工作的可靠性。(2)涂层材料

纳米材料用作涂层可提高工件的耐磨性、抗剥蚀性和抗氧化能力。研究表明，用纳米SiC、ZrC、TiC、TiN、B4C粉作为金属表面上的复合涂层可以获得超强耐磨性和自润滑性，其耐磨性要比轴承钢高100倍，摩擦系数为0.06-0.1，同时还具有高温稳定性和耐腐蚀性等。在液体火箭发动机关键零组件中应用纳米技术，大大拓展了这些零件的使用范围。如在重载、高DN值轴承表面上采用纳米级材料粉末涂层，可提高其寿命和可靠性。

在动密封和其他具有相对运动的摩擦副面喷镀上一层纳米级金属或非金属粉末就能极大地提高它们的抗磨损、耐高温和防腐蚀性；采用纳米磁性材料，探索发动机新型密封结构，可使发动机密封发生根本性改变等。这些技术在80年代研制的发动机上已得到应用，效果良好。将纳米技术应用在液浮轴承中，会使轴承的寿命和可靠性成百倍提高。涡轮盘是发动机中最关键的零件，它是在高温、高压、高速条件下工作，失效率很高。如果采用纳米级粉末冶金制造，将大幅度提高涡轮盘的强度和耐高温性能。推力室的内壁冷却和抗高温是发动机的关键技术，经常因为推力室的冷却和抗高温问题而降低发动机的性能，如果采用纳米级金属粉末涂镀在推力室内壁上，就可以解决这个问题。

用纳米SiC、ZrC、TiC、TiN、B4C粉还可以作为模具、切削刀具、汽轮机叶片、涡轮转子以及汽缸内壁涂层，耐热涂层，散热表面涂层，防腐涂层及吸波涂层等。(3)特种密封材料

发动机出现故障最多的是各种密封的失效，密封面的表面质量是决定密封性能好坏的主要因素，利用纳米材料制成密封零件基体或在密封表面覆盖一层纳米粉末将会极大的改善其密封性。纳米粒子加入橡胶能极大地改善其力学性能。纳米AlN粒子与橡胶复合可以提高其介电性和耐磨性。添加纳米SiN的新型橡胶不但具有优越的力学性能，还可以根据需要设计具有特殊性能的新型橡胶，这种新型材料中的纳米SiN不仅具有补强作用，而且具有常规橡胶不具备的一些功能特性，例如通过控制纳米SiN的颗粒尺寸可以制备对不同波段光敏感不同的橡胶，既可抗紫外线辐射，又可反射红外；也可利用纳米SiN制成电绝缘性能优异的橡胶。纳米级金刚石粉可用来增强橡胶、塑料、树脂。目前橡胶所用的增强剂多半为纳米级炭黑，若改用SiN能使其拉伸强度提高1-4倍，并改善其耐磨性和密封性。(4)固体火箭推进剂

固体火箭推进剂主要由固体氧化剂和可燃物组成。固体火箭推进剂的燃烧速度取决于氧化剂与可燃物的反应速度，它们之间的反应速度的大小主要取决于固体氧化剂和可燃物接触面积的大小以及催化剂的催化效果。纳米材料由于粒径小、比表面积大、表面原子多、晶粒的微观结构复杂并且存在各种点阵缺陷，因此具有高的表面活性。正因为如此，用纳米催化剂取代火箭推进剂中的普通催化剂成为国内外研究的热点。近年来，国外研究了加入纳米铝粉以及金属/聚合物纳米层压材料片状粉末添加剂改性的纳米火炸药、推进剂和固体燃料。试验研究表明，在火炸药、推进剂和固体燃料配方中加入上述纳米粉末具有加快燃烧速度，改善燃烧效率，提高性能以及防止凝结有害金属微滴等优点。

将纳米金属粉添加到火箭固体推进剂中，可以显著改进推进剂的燃烧性能。20 世纪 90年代美国的 Argonide 公司生产了商品牌号为Alex的纳米铝粉，用Alex纳米铝粉铝化端羟基聚异丁烯，其燃烧速度是微米铝粉(20～35μm)的2倍，燃烧速率是微米铝粉的 40～60 倍，没有铝微滴凝结现象，从而避免了加入微米铝粉会凝结铝微滴造成降低燃烧效率、影响火箭飞行特性以及增加热红外信号等重大缺点。

未来展望

纳米技术是在20世纪90年代初才逐步发展起来的一门主导性的新兴科学技术，它将与信息技术和生物技术一样，对21世纪经济、国防和社会产生重大影响，并可能引导下一场工业革命。随着纳米技术以及大规模工业化生产进程的发展，纳米材料在国民经济各领域越来越得到广泛应用。由于保密原因，纳米材料在军事、航空、航天等特殊领域的应用报道还较少。从纳米材料的特性出发，结合航天产品的发展趋势和特点，可以看出纳米材料在航天领域具有较大的应用前景。

纳米科学技术正处于重大突破的前夜，它取得的一系列成果，引起了关心未来世界发展的科学家的思索。人们正注视着纳米科学技术领域不断涌现出的奇异现象和新进展。纳米技术无论是在理论上还是在实际使用过程中，还存在很多问题，需要我们进一步的探索和改进。我们相信，随着纳米科技的发展，纳米材料在航天领域将得到越来越多的应用，纳米技术将为促进我国的航天事业的发展做出重大贡献。

参考文献

[1] 李强，航天用纳米流体流动与传热特性的实验研究，宇航学报，2005，第26卷 第4期

[2] 王绍凯，飞行器结构用复合材料四大核心技术及发展，2004 [3] 袁俊，纳米技术及其对科技产业革命的影响，中国工程科学，2001，第3卷 第10期

[4] 宋文国，纳米材料在航空航天领域的应用，专稿，2010 [5] 赵云峰，纳米材料在航天领域的应用，宇航材料工艺，2005，第5期 [6] 毛克祥，纳米材料在航天领域的应用与发展，中国粉体技术，2006，第6期

[7] 樊东黎，纳米技术和纳米材料的发展和应用，金属热处理，2011，第36卷 第2期

[8] 荣烈润，纳米技术在航空航天领域中的应用，航空精密制造技术，2008，第44卷 第2期

[9] 宋宏文，纳米技术在航天领域的应用探讨，中国航天，2002，第1期 [10] 纳米卫星：基于纳米技术的“星球大战”悄然拉开帷幕 中国科技网 2015-3-3 http://

[11] 中国制备出世界最长碳纳米管 可应用于航天 中国新闻网2013-07-31 http://

第四篇：材料科学在医学领域中的重要应用

材料科学在医学领域中的重要应用

摘要：材料科学是一门多学科交叉的综合性学科，在很多科学领域都起着至关重要的作用。在医学科学方面，它一次次的掀起新技术的革命，促进医学的不断发展。目前，它在解决困扰医学界多年的难题——器官移植方面也起着重要的作用。

关键词：材料科学、医学、器官移植、生物医学材料、医用金属材料、高分子水凝胶。

材料科学是基于物理，化学，力学，计算机科学、数学和生物学等基础科学而形成的一门多学科交叉的综合性学科，以研究材料性质，组成和结构，合成和加工以及它们之间关系为内涵和特色。它既是一个以探索自身规律为目标的基础科学领域，又是一门与电子，冶金，能源，化工和机械等工程技术密切相关的应用科学。它在工业，航天航空，信息技术，交通运输，军事，医学等领域都起着至关重要的作用。

在医学领域，材料化学必不可少，新材料的不断产生和应用在医学领域掀起一次次的技术和观念革命，不断推动着医学科学的前进与发展。微创介入技术的诞生，使得多年来医疗服务中追求已久的“及时，微创，无痛，舒适”的观念终于得到实施，特殊的器械与材料使得医生在进行手术时可以把刀口开小，有效减少病人的出血和创伤，使病人并发症少，术后恢复快，尤其在治疗心脑血管疾病方面更是疗效显著。纳米材料的应用更是在医学领域掀起了风暴——空心结构的金纳米粒子利用纳米材料特有的小尺寸效应在肿瘤诊断和治疗方面起着重要作用，贵金属纳米银以其超强的还原能力成为一种性能优良的抗菌材料，而目前正在研发的用于医学方面的纳米机器人相信其一旦问世，也将震撼世界。

在长期的医学治疗方面，对于病变的器官和组织，在器官移植技术没有出现之前，人们长期停留在以药物进行治疗和缓解的阶段。但能以药物治好的都是轻中度的病变，而对已经重度病变或是已经坏死的器官，药物根本不起作用，病人只能在极大的痛苦中死去。多年以来，医疗界一直在探求是否能够进行器官移植来挽救患者的生命。但器官移植存在着三个重要的难关——1.移植器官一旦植入受者体内，必须立刻接通血管，以恢复输送养料的血供，使细胞赖以存活，这就要求有一套不同于缝合一般组织的外科技术。2.切取的离体缺血器官在常温下短期内（少则几分钟，多则不超过1小时）就会死亡，不能用于移植。而要在如此短促的时间内完成移植手术是不可能的。因此，要设法保持器官的活性，为器官移植手术赢得时间。3.医疗上用的器官来自另一个人。但是受者作为生物有着一种天赋的能力和机构（免疫机构），能对进入其体内的外来“非己”组织器官加以识别、控制、摧毁和消灭。这种生理免疫过程在临床上表现为排斥反应，导致移植器官破坏和移植失败。人类的主要两大类主要抗原：ABO血型和人类白细胞抗原(HLA)，它们决定了同种移植的排斥反应。ABO血型只有4种(O、A、B、AB)，寻找ABO血型相同的供受者并不难；但是HLA异常复杂，现已查明有7个位点，即HLA──A、B、C、D、DR、DQ、DP，共148个抗原，其组合可超过200万种。除非同卵双生子，事实上不可能找到HLA完全相同的供受者。所以，同种移植后必然发生排斥反应，必须用强有力的免疫抑制措施予以逆转。在经过几十年的探索及解决这些问题之后，1962年美国J.E.默里第一次进行人体肾移植获得了长期存活，标志着器官移植作为医疗手段成为现实。

但是尽管器官移植手术经过几十年的发展已经十分成熟，但仍然存在着很大的 弊病：1.可移植的器官数量稀少，往往很多病人还未等到所需器官就已去世。2.某些器官移植的难度太大，医生稍不注意就会造成医疗事故。3.某些病人因自身体质原因不能进行器官移植。4.由于病人体质的各不相同，免疫抑制药物的用量很难控制，往往引起较大的不良反应。5.道德、伦理、法律上的某些问题不允许进行有关的器官移植。

但是，生物医学材料的出现和应用有效的解决了这一问题。生物材料种类繁多，按照其属性，可分为天然生物材料，合成高分子生物材料，医用金属材料，无机生物医学材料，杂化生物材料，复合生物材料等等。其中，医用金属材料应用最早，可被用做生物材料的金属和合金，是非常合适的外科用金属材料。它具有较高的机械强度和抗疲劳性能，良好的生物力学性能和优良的抗生理腐蚀性，生物相容性，无毒性和简易可行及确切的手术操作技术。众所周知，骨、牙齿这样的硬组织损坏之后，由于器官移植所需费用过高且会产生免疫排斥反应，所以具有和这些硬组织一样有较高的强度和韧性的的金属材料被广泛的应用于修复和替换这些硬组织。如不锈钢材料因其具有耐蚀性和屈服强度，所以可以用来制成多种形体，如髓内针、齿冠、三棱刀等器件和人工假体用于临床；钴基合金由于具有极为优异的耐腐蚀性和耐磨性而被应用于人工关节的制作，人工骨及骨科内处固定器件的制造，齿科修复中的义齿，心血管外科及整形科等；记忆合金由于其特有的形状记忆效应，而在临床上被应用于如外耳道之类的管腔狭窄的治疗，断骨连接，弯曲脊柱矫正等等。医用高分子材料的应用也十分广泛。由于其是由天然聚合物衍生或改性而来，因此其具有一些独特的性能。如高分子水凝胶，它由于具有三维网络结构，所以具有在水中能够吸收大量的水分溶胀，并在溶胀后继续保持其原有结构而不被溶解性质，因而被广泛的应用于生物医药领域。它类似于生命组织材料，表面粘附蛋白质及细胞能力很弱，在与血液、体液及人体组织相接触时，表现出良好的生物相容性，它既不影响生命体的代谢过程，代谢产物又可以通过水凝胶排出，性质上类似于细胞外基质部分，吸水后还可减少对周围组织的摩擦和机械作用。因此，它可以代替坏死或功能低下的器官，起到相同的作用——1.可作为组织填充剂，注射隆乳、面颊、颞部、臀部填充，阴茎加粗等。2.防止受伤的子宫角、腱、肠的浆膜引起组织之间的粘连。因其含水率高，避免了血栓的粘附；又因其柔软而富弹性，伤害所接触生物组织的可能性很小。3.因为其具有透气性和生物适应性，可制作成角膜接触镜，具有矫正视力和追求美观的作用，而且比传统的隐形眼镜更加方便，舒适，也比传统的视力矫正手术更加安全、可靠。当然，具有像这样的特殊功能及生物活性的材料还有很多，它们都可被用作制成相应的人造器官来造福人类。目前由于多种新材料的诞生和应用，越来越多的衰竭或坏死器官可以被新研发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，甚至更为优异。而且没有免疫排斥反应，患者的恢复时间也较快。虽然此项技术目前还不十分成熟，但是相信日后必将在医学领域带来一场革命。

当然，材料科学在医学领域的重要作用不仅于此，医疗观念、技术、手段、器械等的不断进步都与材料科学的发展有着重要关系，材料科学对医学科学的发展有着重要影响与推进作用。

参考文献： 百度百科

《水凝胶在医学领域的热点研究和应用》，杨连利，梁国正《材料导报》2007年2月第21卷第二期

《水凝胶的应用与研究发展》，王萃萃，杨伟平，许戈文《PU技术》 《口腔材料器械杂志》

第五篇：信息技术在数学教学领域中的应用

12010247253 吴姗姗

信息技术在数学教学领域中的应用

摘 要：教育技术的发展要求教师的角色发生根本性变化，作为教师要改变传统的教育观念，努力学习新的先进的教育教学理论，积极进行教学改革与实验。随着现代信息技术的发展，计算机这种媒体以其生动的图像、声音等多媒体效果已越来越受到各学科教师的欢迎。传统的教学强调教师讲的作用，在课堂上利用的媒体也多是粉笔、黑板和幻灯，教学过程显得非常单调；而运用多媒体信息技术进行教学，可使学生手、脑、眼、耳并用，使学生有新颖感、惊奇感、独特感、直观感，能唤起学生的情趣，激发他们的兴趣，从而提高教学效率。

关键词： 信息技术

数学教学

优化激活

以计算机技术和网络技术为代表的信息技术，已逐步渗透到社会的各个领域，正日新月异的改变着人们的生产与生活、工作与学习方式。教育作为全社会的一个重要领域，当然也不例外，最令人瞩目的信息技术与学科的整合。而对于数学，面对21世纪的挑战，学生数学方面发展的愿望和能力最重要的基础之一就是现代信息技术与新的数学课程理念的融合，现代信息技术为数学教学改革提供了切实可行的方案、方法和工具，营造了新的数学学习环境。教师运用现代多媒体信息技术对教学活动进行创造性设计，发挥计算机辅助教学的特有功能，在数学课堂上，为学生传递了形、声、光、色、意等大量信息，将枯燥抽象的概念、复杂的计算过程，转换成形象的画面，生动地展现在学生面前，使数学与生活融为一体，学生津津乐 “看”、乐“思”、乐“学”。可以使教学的表现形式更加形象化、多样化、视觉化，有利于充分揭示数学概念的形成与发展，数学思维的过程和实质，展示数学思维的形成过程，激活我们的数学课堂，使数学课堂教学收到事半功倍的效果。

一、合理利用信息技术，可以激发学生的学习积极性。

“兴趣是最好的老师”，有良好的兴趣就有良好的学习动机，但不是每个学生都具有良好的学习数学的兴趣。“好奇”是学生的天性，他们对新颖的事物、知道而没有见过的事物都感兴趣，要激发学生的学习数学的积极性，就必须满足他们这些需求。而传统的教学和现在的许多教学都是严格按照教学大纲，把学生 1 封闭在枯燥的教材和单调的课堂内，使其和丰富的资源、现实完全隔离，致使学生学习数学的兴趣日益衰减。将多媒体信息技术融于教学课堂，利用多媒体信息技术图文并茂、声像并举、能动会变、形象直观的特点为学生创设各种情境，可激活学生的各种感官的参与，调动学生强烈的学习欲望，激发动机和兴趣。

二、合理利用信息技术，可以激活学生的自主探究。

要充分发挥学生的主动性，要让学生能根据自身行动的反馈信息来形成对客观事物的认识和解决实际问题的方案。强调和利用各种信息资源来支持学生的学。为了支持学习者的主动探索和完成意义建构，在学习过程中要为学习者提供各种信息资源。

在教学实践中，老师们充分利用现代信息技术，结合教学内容和学生的认知特点最大限度地为学生提供自主学习、自主探索的活动机会。如在教学《圆的周长》一课时，我首先通过电脑屏幕演示“圆一周的长”，使学生产生形象的感知，然后让学生动手操作，将课前准备好的圆分别沿直径滚动一周，观察讨论，滚动一周的长度与圆有什么关系？通过交流小结圆不论大小，圆的周长总是它直径长度的3倍多一些，这个倍数是一个固定不变的数，这就是圆周率。最后推导公式，通过以上的观察、操作、讨论、小结，引导学生用简洁、完整的语言表达“圆的周长”的计算公式。这样不仅使学生主动参与公式的推导过程，而且让学生体验知识由未知、探索、已知的学习过程，培养学生自主探索的精神。在现代信息技术与数学教学整合的教学模式中，我们要充分利用信息技术的优势，充分调动学生认识与实践的主观能动性，让学生真正成为数学学习的主人。

三、合理利用信息技术，可以激活学生的发散性思维。

数学教学过程，事实上就是学生在教师的引导下，对数学问题的解决方法进行研究，探索的过程，继而对其进行延拓，创新的过程。于是，教师如何设计数学问题，选择数学问题就成为数学教学活动的关键。而问题又产生于情境，因此，教师在教学活动中创设情景就是组织课堂教学的核心。现代多媒体信息技术如网络信息，多媒体教学软件等的应用为我们提供了强大的情景资源。数学是集严密性、精确性、逻辑性、创造性于一身的一门基础科学，要想让学生逐渐掌握这门科学，就应该注重在教学过程中培养学生的思维能力，特别是发散思维能力。教学《用地砖密铺》时，我用心质疑，启发学生放飞思维：地砖的形状往往是正方 2 形的，也有长方形的，我们还见过正六边形的地砖。无论是正方形、长方形还是正六边形的地砖，都可以将一块地面不留空隙也不重叠地铺满，也就是密铺。还有什么形状的图形可以密铺地面呢？你知道这些多边形能铺满地面的奥秘吗？然后借助多媒体课件，通过各种图片的 “飞”入“飞”出，把各种颜色的多边形铺成各种美丽的图案，并让学生自己亲自操作键盘，进行有趣的拼图。这样，学生很快在动手操作、仔细观察中揭开了多边形能够铺地面的奥秘，教学内容就由难变易了。

四、合理利用信息技术，可以优化教学内容。

如在教学《亿以内数的读法和写法》时，课前，我安排学生自己通过各种途径（包括上网），搜集有关数据，课上学生代表汇报。上课时，学生带来的材料：有的是查阅课外书籍，世界珍奇树木的种类，某两个星球之间的距离，中国土地面积大小等；有的是上网查询，今年中央电视台春节晚会的收视率，今年报名参加成人高考的人数，近期游览九寨沟风景区游客的人数等„„通过生动、富有教育意义、有说服力的数据和统计材料，学生不仅轻松的完成本节课的教学任务，而且成功地接受了一次爱祖国、爱社会主义、爱科学的思想教育。教师这样有意识地让学生自己去查阅资料或进行社会调查，把学习数学由课内延伸到课外，不仅开阔学生的知识视野、丰富了课余知识，并且培养学生自主探求知识的能力，提高学生搜集和处理信息的能力。我们正是利用网络信息丰富、传播及时、读取方便、交互性强及信息资源跨越时空界限等特点，将传统的课堂教学模式引向计算机多媒体网络信息领域，将信息技术融合到小学数学教学中来。充分利用各种信息资源，引入时代活水，与小学数学教学内容相结合，使学生的学习内容更加丰富多彩，更具有时代气息、更贴近生活，使教材“活”起来。从而促进学生对数学产生强烈的求知欲。

五、合理利用信息技术，可以优化教学反馈。

知识的掌握、技能的形成、智力的开发、能力的培养，以及良好的学风的养成，必须通过一定量的练习才能实现。所以，练习是学生学习过程中的重要环节。在教师的主导作用下，发挥计算机容量大，信息的检索、提供、显示及信息类型的转换方便迅速，信息传播速度快的功能优势，巧妙设计练习，激发学生“乐学乐做”的情感非常重要。因此，在教学中，应广泛借助多媒体为学生提供更多的 3 练习素材，更多的练习和表现自己能力与成就的机会。同时，也为教师提供及时获得学生准确、真实的学习成效和学习态度及反馈信息的方法和途径。

时代的发展，要求竞争者提高自身素质，也要求学校教育走在发展的最前端，学校发展的方向要求教师更新教学手段，教学手段的更新首先要教师们转变教育观念，真正把现代信息教育技术融入到我们新课标所倡导的合作，探究性学习模式之中。在师生互动的教与学过程中，信息技术已成为产生数学问题，促进学生思维扩散的路标。

不过它仅仅是课堂教学的一个辅助工具，我们不能盲目的使用信息技术，用它来取代教师在教学活动中的地位。所以，正确客观合理的将信息技术应用于课堂教学，积极探索现代信息技术于课堂教学整合方法，才是现代教师在新课标教学活动中应转变的观念。

参考文献：

余文森等.《新课程的深化与反思》［M］.北京：首都师范大学出版社，2004 孔企平.《数学教学过程中的学生参与》[M].上海:华东师大出版社,2003尹启泉.论课堂教学中的问题意识培养[J].中小学教师培训,2005,03:57