第一篇：聚乙烯醇在药学领域的应用进展
聚乙烯醇在药学领域的应用进展
摘要：聚乙烯醇（简称PVA）是一种水溶性高分子聚合物,一般为无毒材料,具有良好的生物相容性,目前在药学方面的应用主要集中在膜剂、凝胶剂以及药物缓控释给药系统。本篇综述主要介绍了聚乙烯醇的性能及其在巴布膏剂、膜剂、凝胶剂、骨架材料等方面的应用，并适当展望了其在渗透泵型控释制剂、PVA溶胀控释系统、微球微囊等各个方面的应用前景。除此以外，列举或引用了一些国内外相关的研究成果和结论,最终指出聚乙烯醇在药学领域的发展方向和趋势。关键词：聚乙烯醇；药学；应用；进展 1 概述
随着高分子材料科学和现代药学的相互渗透, 高分子材料作为药物控制释放载体的应用已成为最热门的研究方向之一
[1]，其中聚乙烯醇就是这方面最为重要的一个高分子化合物。聚乙烯醇通常由聚醋酸乙烯在甲醇、乙醇或乙酸甲酯等溶剂中进行醇解制得。醇解度为98%-100%为完全醇解聚乙烯醇。聚乙烯醇是一种良好的成膜和凝胶材料，广泛用于凝胶剂、透皮制剂、涂膜剂、膜剂中，也可作为巴布膏剂的基质，同样是理想的助悬剂、增稠剂，是片剂粘合剂和重要的缓释控释骨架材料，且以其无毒无味, 对皮肤无刺激性, 不会引起皮肤过敏的较好安全性越来越引起人们的重视。性能
PVA具有合成方便、安全低毒、产品质量易于控制、价格便宜、使用方便等特点。因此,PVA是具有再次开发潜力的优良药用辅料。主要具有以下性能： 2.1溶解性
PVA的亲水性极强，可溶于热水或冷水中。水温越高则溶解度越大,但几乎不溶于有机溶剂。除此以外，PVA溶解性与其相对分子质量、醇解度和聚合度有关一般情况下，相对分子质量越大，结晶性越强，水溶性越差，但水溶液的粘度相应增加。通常情况下，谈及对PVA溶解性的影响,醇解度要大于聚合度，而醇解度在87%-89%之间的水溶性较好，醇解度越高，溶解所需温度越高。总体而言,部分醇解和低聚合度的PVA溶解极快，而完全醇解和高聚合度的PVA则溶解较慢。PVA溶解过程是分阶段进行的,即:亲和润湿-溶胀-无限溶胀-溶解。2.2水溶液性质及混溶性
PVA水溶液为非牛顿流体，当聚乙烯醇的浓度增加时，溶液黏度急剧上升；当温度升高，黏度下降。与此同时，PVA水溶液具有一定的表面活性。一般规律：醇解度越低，残存的乙酰基越多，表面张力越低，乳化能力也相对越强。PVA水溶液可与多种水溶性聚合物混合，其中与部分聚合物混合可形成凝胶，例如硼砂或硼酸水溶液与PVA水溶液混合时可发生不可逆的凝胶化现象。2.3成膜性
PVA 具有良好的成膜性能。将一定质量的聚乙烯醇放入去离子水中,在90℃溶解 后降温至室温,过滤、脱泡,然加入一定浓度的戊二醛水溶液和一定当量浓度的硫酸少许作催化剂,搅拌均匀,静止脱泡后的涂膜液在洁净的聚四氟乙烯板上成膜。用红外灯光照，交联一段时间。最后,将膜从聚四氟乙烯板上揭下,在170℃短时间热处理后,即得交联聚乙烯醇膜
[2]
。膜的机械性能优良, 膜的拉伸强度随聚合度、醇解度升高而增强，另外，加入甘油、多元醇等可以起到增塑作用从而进一步改善膜的柔韧性。聚乙烯醇薄膜是一种水溶性薄膜, 具有极好的吸湿性、阻氧性（干燥条件下），也可耐有机溶剂和耐油性, 且可生物降解,不污染环境[3]。
2.4其它
PVA为结晶性聚合物，玻璃化转变温度约为85℃，且聚乙烯醇与亲水性的纤维素有很好的粘接力，一般情况下,聚合度、醇解度越高,粘接强度越强
[4]
。热裂解实验表明，PVA聚合度越低,重量减少越快;醇解度越高,分解时间越短。安全性试验证明PVA一般为无毒材料，浓度高达10%时对皮肤和眼睛无刺激性,日本和美国等已批准其作为一种安全的外用辅料，较多用于医药和食品工业。应用
综上所述，PVA各方面性能优良,在医药制剂中可作为口服制剂、局部用制剂、经皮给药制剂的辅料，也可用于制作微型胶囊的囊材、膜剂和涂膜剂的成膜材料等,应用效果良好。3.1在巴布膏剂中的应用 目前我国对中药巴布膏剂的研究还不够深入，以PVA为基质的巴布膏剂产品不多,但也有了一些文献报道。研究表明，巴布膏剂的粘合剂中，聚乙烯醇与聚乙烯吡咯烷酮对巴布膏皮肤黏附性有明显的改善
[5]
。此外，因为巴布膏剂是以水溶性高分子化合物或亲水性物质为基质,所以聚乙烯醇也可作巴布膏剂的骨架(载体)材料,承载药物,防止药物逸散。例如五倍子巴布剂,主要基质的配比为PVA∶PVP(聚乙烯吡咯烷酮)∶填充剂=2∶1.5∶2,制得的五倍子巴布剂粘性、剥离性、稳定性均良好,临床使用方便,无刺激与致敏性。其他如杏钱巴布剂、五行散、巴布剂等,也选用了PVA作为主要基质。随着对巴布膏剂研究的不断深入,相信PVA在巴布膏剂中会得到更广泛的应用。3.2用作膜剂的成膜材料
PVA是一种良好的成膜材料，广泛用于膜剂、涂膜剂中。膜剂是药物溶解或混悬于合成材料(如PVA)或天然材料(如明胶)中,经涂膜干燥、分剂量而制成的一种含药薄膜。例如以替硝唑和中药紫草、当归提取物为主要成分, PVA17-88及CMC-Na 为成膜材料制成的口腔膜剂,其涂膜性、膜韧性均适宜, 成品不翻卷、不易脱落。有实验表明:聚乙烯醇的成膜性好于其他的成膜材料，成膜材料形成的骨架不溶解，从而延长了膜剂在口腔中的停留时间, 也起到缓释药物的作用。其他如芦荟膜剂、丹皮酚口腔药膜、双黄连膜剂等也选用了PVA作成膜材料。涂膜剂, 为采用有机溶剂溶解成膜材料(如火棉胶)或采用其他成膜材料与药物制成的一种外用剂型。中药涂膜剂是近年来中药制剂领域中研制开发的一种新剂型,其特点是:制备工艺简单；使用时涂于患处,形成药膜保护创面,且耐磨性能良好,不易脱落；不需包扎,容易洗脱而不污染衣服,患者乐于接受。膜的形成减少了皮肤表面水分的蒸发,以促进药物透过角质层缓慢释放,更好地发挥治疗作用
[6]
。涂膜剂的成膜材料种类很多,应用较广泛的是PVA类,国内一般使用的PVA型号为05-88,17-88,124等3种规格。复方喜树碱涂膜剂是以PVA和羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为成膜材料制成的。以PVA05-88为成膜材料制备的土槿皮涂膜剂,性质稳定,涂在皮肤上能迅速成膜,膜片不易脱落,且PVA可直接与中药醇提液以任意比例混合。涂膜剂不仅应用于外科,还为“内病外治”开辟了一条新途径。3.3在凝胶型制剂中作基质
聚乙烯醇是一种良好的凝胶材料，广泛用于凝胶剂的制备中。凝胶又名胶冻,其基质是由天然或合成的水溶性高分子物质组成。凝胶按照分散相介质的不同而分为水凝胶、醇凝胶和气凝胶等。高分子水凝胶是线性高分子链通过交联形成三维网状结构, 再经过大量溶剂溶胀形成的一种胶态物质
[7]，而水凝胶基质可增加皮肤角质层的水合程度，促进药物的皮肤渗透。又因为它是由水溶性分子经过交联后形成的，能够在水中溶胀并且保持大量水分而不溶解的胶态物质。所以除了具备一般水凝胶的性能外, 还凭借低毒性、机械性能良好、吸水量大和生物相容性好等优点备受人们青睐。凝胶用于药物制剂,可以延长药物与病灶部位的接触时间,有利于提高药物的利用度；当凝胶材料与水或消化液接触时,形成凝胶屏障而具有控释作用。当凝胶材料与水或消化液接触时,形成凝胶屏障而具有控释作用。PVA是水溶性和吸水易溶胀的聚合物,且升高温度对PVA膜的遇水溶胀起到一定促进作用[8]。在37℃下,水解度为96(mol)%和97.5(mol)% PVA,其体积膨胀率可达到500%,且它的膨胀能受溶胀控制剂的抑制，因此,可将其制成溶胀控释给药系统。该控释系统的释药速率由药片中PVA的含量、溶胀控制剂的含量、药片的包覆膜的组分和包封情况决定。在药物释放的开始阶段,药物的释放速率由膜的渗透性决定,当膜因PVA溶胀而胀破后,药物的释放速率由PVA基质控制。另外，可以采用互穿网络技术合成互穿网络水凝胶IPN(HPCHS-PVA）。经研究表明，互穿网络水凝胶具有良好的pH及温度敏感性,并且对模型药物利巴韦林具有良好的控制释放作用,有可能作为载体用于药物释放的智能控制。采用CMC-Na 和PVA-124 作为混合型亲水性凝胶基质制得的丹皮酚凝胶,涂展性好、凝胶与皮肤表面能很好地藕合、能形成弹性膜、使用舒适、药物稳定性好并有缓释作用。以明胶、琼脂、淀粉、CMC-Na等制成的凝胶型制剂,一般均有成品成型性差或韧弹性不够等缺点,而用聚乙烯醇凝胶作为载体,制备的止咳祛痰贴膏(咳泰),具有优良的成型性、脱模性、充填性、韧弹性等优点,聚乙烯醇凝胶可望成为凝胶型制剂的优良载体。3.4片剂的骨架材料
PVA因其综合性能优良，也被经常用来制作部分片剂的骨架材料，其在缓释、控释药物方面有显著的表现。近几年以来，人们利用热、反复冷冻以及醛化等交联手段相继制备不溶性PVA凝胶，反复研究了其在药物控制释放、经皮吸收等方面的机理，虽然研究还不够深入具体，但已经为聚乙烯醇在药学领域的缓释控释应用开辟了极为广泛的前景，也为解决胰岛素不能口服给药等一系列的难题提供了技术条件，相信不久的将来，PVA骨架的应用将是一大热门。3.5其他剂型
PVA是较理想的助悬剂、增黏剂以及增稠剂，在各种眼用制剂中应用广泛，浓度在0.25%-3.0%范围内，可以起到润滑剂、保护剂的作用，显著延长药物与眼组织的接触时间。此外，通过聚乙烯醇中活泼氢-OH的反应活性，通过共价键或离子键的方式，将药物分子紧紧结合到聚乙烯醇的侧链上，制得高分子-药物结合物，增强代谢，降低毒副作用。同时，也可用于软膏、糊剂、发型胶。因为PVA无毒且具有优良的粘接性能,在药物制剂的生产和研究中,也常被用来作片剂的粘合剂。据报道，适量的硼砂作为交联剂对于聚乙烯醇粘合剂和聚乙烯醇缩甲醛粘合剂具有很强的增稠作用,并可使这类粘合剂的粘合力大大增加4 展望
目前, 应用于制剂领域的PVA规格不多,PVA在药学领域的应用,也还主要集中在某些外用剂型。但是随着研究的进一步深入与拓展,以及医学尤其是药学领域剂型、药效需求不断提高不断发展。
4.1在渗透泵型控释制剂中的应用
我们可以利用渗透压原理制备口服渗透泵片和渗透植入剂,它们均基本符合在患者体内零级恒速释放药物的要求,也是迄今为止,控释制剂中最为理想的一种[11]
[10]
[9]
。，PVA在药学现代化的应用渠道也会随之不断翻新。美国在1970年已有商品名为OROS的渗透泵片剂上市。除药物外,组成渗透泵片的材料还需要半透膜包衣材料等。选择适宜规格的PVA,使其本身无活性、在胃肠液中不溶解、易成膜、对水有渗透性但不能透过离子或药物,即能作为渗透泵片的优良的半透膜包衣材料。对合成药的渗透泵型控释制剂,国内外已有较多研究。4.2制备载药微球
我们可以采用乳化聚合法制备的5-氟尿嘧啶(5-Fu)PVA微球。此外,在酸催化条件下，可以利用不同浓度的戊二醛来制备不同交联密度PVA 载药微球。这样，就可以通过改变交联密度来达到控制微球释药速率的目的。这种微球成球性良好,表面光滑,无豁连,具有良好的分散性和单分散性。随着PVA浓度增大,其豁度增大,微球粒度增大；PVA浓度越高,微球粒径均方差越大,微球单分散性变差
[11]
。尽管药学领域PVA微球技术尚不成熟，但是合成药物PVA微球的制备研究,为制备PVA 微球提供了可借鉴的经验。4.3制备载药微胶囊
微胶囊是指把分散的固体物质、液滴或气体完全包封在一层致密膜中形成微胶囊,使进入体内的药片在胃或肠中适时发生最佳疗效,避免服用一些水溶性药物后过早发生作用。通常致密膜是由天然或合成高分子材料制成 ,作为药物载体材料的PVA就是一类常用的致密膜材料4.4制备PVA溶胀控释系统
鉴于PVA为吸水易溶胀的特点,可将制成溶胀控释给药系统。这种控释系统的释药速率由药片中PVA的含量、溶胀控制剂的含量、药片的包覆膜的组分和包封情况决定。在药物释放的开始阶段, 药物的释放速率由膜的渗透性决定,当膜因PVA溶胀而胀破后,药物的释放速率由PVA基质控制，且与浓度梯度有一定关系。值得注意的是，该给药系统几乎以零级恒速释放药物溶液；给药一段时间之后,药物即能达到迅速释放的效果；且从实验数据看来，在患者体内可显示并维持长效而平稳的血药浓度。这就意味着PVA溶胀控释系统极有可能成为长效型制剂。从这个角度来看，PVA溶胀控释给药系统无疑为制备现代化药物剂型开辟了新的道路。5结束语
经过短短几十年的研究,聚乙烯醇在药学领域的应用已经得到了相当大的发展。目前看来，也已经成为世界上产量最大的水溶性聚合物
[16]
[12]。
。而且，也得益于PVA制造技术的不断革新,其应用领逐渐从药学领域开始扩展到食品领域，正在越来越多、越来越广泛地服务于广大人民。但归根结底PVA还是在药学领域的应用前景更引人注目，令人格外期待。
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——瓶子
第二篇：3D打印技术及其在地学信息领域应用进展
3D打印技术及其在地学信息领域应用进展
作 者：缪谨励、刘文斐
单 位：中国地质调查局发展研究中心、国土资
源部地质信息技术重点实验室
地 址：北京市西城区阜外大街45号院 邮 编:100037
摘 要： 3D打印在三维建模方面是一种革命性的进步技术。在地质建模方面可以应用3D打印技术将地理信息数据打印成实体模型。例如地质模型、地形地貌模型、地理信息系统模型、房地产3D沙盘模型。3D打印技术在地质新方面的应用在日益发展。关键词：3D打印、三维建模、实体模型
3D打印技术近年来得到普遍关注。目前，国外3D打印技术在各领域的应用已取得明显进展，而在国内，3D打印技术还没有得到全面应用。就地学信息领域而言，仅在个别部门得到初步应用。
一、3D打印技术简介
（一）发展历史
3D打印技术最早诞生于1986年美国人查尔斯.豪尔（Charles W.Hull）申请的专利。作为3DSystems公司的创始人，查尔斯.豪尔推出了第一款工业化的3D打印设备。80年代末期，出现了熔融层积成型技术（FDM）与选择性激光烧结（SLS），并于1992年售出了第一台基于熔融沉积成型技术的3D打印设备。同年，DTM公司也将选择性激光烧结技术生产的产品推向市场。1993年，美国麻省理工学院启动研究“三维打印技术”，并于1995年推出了第一款产品。随后，一款具有里程碑意义的3D打印机产品--Spectrum Z510于2005年推出，这是第一款能够实现高分辨率彩色3D打印的设备。此后，世界上推出了几十种不同的3D打印制造工艺方法，其成本也逐年降低。
（二）工作原理
3D打印技术的工作原理与传统的喷墨打印技术基本相似，均为基于原料喷射堆叠成型技术。3D打印的主要流程：应用计算机软件设计三维模型蓝图，通过电脑辅助设计技术（CAD）完成一系列的数据切片，然后将这些切片信息发送至3D打印机，对描述打印对象相关属性 的数据文件（如STL文件或者CAD文件）进行快速处理，最后用液化、粉末化或丝化的薄层材料逐层连续地进行堆叠，每层材料只有0.1mm-0.2mm厚，层与层之间通过特殊的液体粘合剂进行粘合，并完成固结，直至“打印”出成型的固态实体模型。
（三）优缺点
3D打印技术在三维模型的模拟方面取得了革命性进步。由于3D打印不需要生产线，既节省了模具制作时间，缩短了生产周期，又减少了前期模型各部件设计及粘合的成本消耗，同时也在一定程度上减少了材料的浪费。另外，3D打印技术具有一次成型，快速个性化定制等特点，在小批量、多品种的生产中占有优势。充分利用3D打印机，消除修改磨具的制作成本消耗，能够使开发成本节约10倍以上，同时缩短产品开发周期至1/3，同时在制作的过程中无需考虑工具的路径和脱模的方式。
3D数字可视化技术能够成功地将真实环境下的目标对象呈现于虚拟环境之下。而3D打印技术制作的三维实体物理模型能够辅助用户更好地理解目标对象在现实世界中不同维度下的形态。事实上，3D打印技术在舒适度、基于目标对象特征的探索、分析和实现大规模讨论的可行性简易程度、以及对用户专业素质的要求等方面明显优于3D数字可视化技术。
然而，3D打印技术还存在一些技术难点，如3D打印数据、粉末材料和液体粘合剂的准备过程复杂，3D打印机易用性差等问题。STL格式数据输入的过程很难实现用户可视化，并且处理后输出的数据还需进行一系列用户不可见的不规则数据自动化清理过程。由于3D打印产业不断发展带来的社会安全和知识产权保护等问题，也可能影响3D打印技术的发展进程。
（四）工艺分类
目前，比较成熟的主流3D打印技术有十余种，其中SLA快速成型技术是目前应用最广、精度最高的快速成型方法。每种技术都有其各自的优势和劣势。还有一些不常用的技术,如多喷嘴建模系统、V Flash Printer、Desktop Factory、DLP激光成型技术、UV紫外线成型技术、实体磨削固化（SGC）、数码堆叠成型技术（DBL）、三维焊接（3DW）、直接铸壳成型技术（DSPC）、直接金属成型技术（DMD）等工艺方法。
二、3D打印技术的应用现状
3D打印在制造业已经悄然兴起，随着3D打印技术社会需求量的逐年增加，3D打印机的价格逐年降低。截至2010年初，中国3D打印设备使用量占亚洲总额的30.4%，占世界总额的3%。
（a）（b）
图 1（a）美国佛罗里达州迈阿密的The Realization Group 多维可视化服务公司采用ZPrinter 310 Plus 制作了这款28 英寸高的迈阿密“The Met”建筑物模型，所用时间和成本为传统建筑模型制作方法的四分之一。（b）南非德班千禧塔(F.A.D Publishers)以及南非斯坦陵布什大学学生使用ZPrinter 310打印机根据实际工程参数制作的千禧塔三维模型。
3D打印技术在许多领域均有涉及。生物化学医疗方面，3D打印技术可以将CT 和MRI 扫描数据转化成三维模型，以供学术和临床用途，包括手术方案的制定、医学假肢或生物体植入物的设计，还有比较新兴的“三维细胞打印”和“仿生定制”等，使活细胞打印有可能在未来成为现实。3D打印技术还可打印化学反应容器，可产生新的化学化合物。3D打印技术可以复制无法翻模、不适于翻模、以及局部残缺的文物，对于重建古生物化石、考古学复原文化古迹和珍贵艺术品意义重大。由于3D打印技术可用于复杂形状、尺寸微细、特殊性能的零部件和构件制造，对于结构复杂、成本高昂的航空航天零件，一旦出现瑕疵或缺损，只能整体更换，可能造成数十万、上百万元损失。而通过3D打印技术，可以用同一材料将缺损部位修补成完整形状，修复后的性能不受影响，大大节约了时间和资金。另外，美国航空航天局（NASA）正在研究食物3D打印机，目的是研发新的方式来生产营养食品，并可在漫长的航天任务中进行储存。3D打印成型的建筑项目模型能让建筑设计师从创造性和空间感方面考虑问题，有助于与负责按设计施工的工程师之间进行良好的沟通。3D模型也可用于各学科的教学和科研。在北美的一些中学、普通高校和军事院校，3D打印机已经被应用于
教学和科研，其中以麻省理工学院尤为领先。同时，位于南非的斯坦陵布什大学工业工程系也验证了3D打印技术在教育领域的价值。3D打印技术在资源、能源开采领域也逐渐得到推广。中国石化工程技术人员首创的“礁滩相储层开发精细描述技术”，将3D打印技术制作的地下储层精细的三维地质模型，应用于普光天然气田的钻井设计，钻井成功率达100%，从而解决了世界难题。
三、3D打印技术在地学信息领域的应用
（一）基于地理信息数据制作各种三维实体模型
3D打印技术能够准确地区分土地、水体、建筑物和其它地形特征，特别是复制一个复杂的等比例自然地形结构或城市构造，使3D打印技术在地学信息技术领域的应用深度逐渐增加。对于大面积的地理结构图，可将地理模型分段处理，逐块打印，最终拼接到一起。应用3D打印技术可以将地理信息数据打印成多种实体模型：
1.地质模型：辅助工程人员了解不同地层在水平和垂直方向上的属性特征、矿体特性、地下水概况和各深度的蓄水层构造。
2.地形地貌模型：提高了商谈复杂解决方案的效率。
3.地理信息系统模型：迅速、高质量地呈现乡村、城市、地形地图。4.房地产3D沙盘模型：不仅外观精细准确，内部结构也符合标准比例尺。
（a）（b）
图 2（a）应用3D打印技术生成的描述地形和地下地质情况的3D模型；（b）应用3D打印技术在水晶玻璃中生成的洞穴几何形状及根据地震数据生成的彩色3D模型
（二）应用3D打印技术呈现GIS图层的技术难点
通过3D打印技术呈现GIS数据的技术仍处于起步阶段，存在一定的技术难题，主要包括：
1.需要将大量不同种类的地理空间数据格式转换成STL文件格式。
2.减少在DEM数据转换为STL文件格式过程中的数据丢失。STL格式文件是目前3D打印机识别的几种文件格式之一。研究人员正在通过使用各种软件和方法分几个阶段获取3D STL格式的数据。已经成功的一种是将DEM ASCII XYZ直接转换成3D STL 数据。
3.3D打印技术本质上并不是一个廉价的技术手段，因此在制作实体三维物理模型时，一定要估算打印材料的使用量。
4.3D打印技术可以制作高精度、高分辨率的实体模型，但同时也可能丢失一部分细节特征。模型打印过程中，材质层堆叠的宽度将决定打印的分辨率，以及模型壁的最小厚度极限值。
5.用户需要提前准备好3D数字模型用于3D打印数据输入。
6.原始GIS数据被打印成3D模型后，数据的属性被整合压缩。但是有时研究人员需要研究数据的个别属性，需要重新返回平面地图--参考初始平面形态。
（三）3D打印技术与虚拟三维城市模型(CityGML)的联系
空间数据的可视化进程经历了一系列发展阶段。起初，仅能应用2D纸质地图以固定比例的非交互式的静态模式，对现实事物进行二维展示。随着信息技术的问世，这些2D地图可以被扫描至计算机，生成可根据需求进行适度缩放的非交互式数字2D图像，而虚拟世界的比例尺寸概念成为当时的技术挑战。随着地理空间信息技术的提出，附加相应非空间属性的交互式2D数据得以生成。GIS技术的进一步发展，成功创建了交互式3D数据和附加相应属性的虚拟模型。紧接着，三维建模功能迎来了一系列快速的进步和技术革新，在此基础上提出了3D模拟漫游概念，并应用相关软件生成动态视频。随后，随着硬件的进步，3D打印机的问世很大程度上缩短了三维实体物理模型的生成时间，使之前不可能实现的目标对象制作过程变得简单易行。
CityGML是一种用于虚拟三维城市模型数据交换与存储的格式,是开放地理空间信息联盟OGC认可的标准。与其它3D矢量格式相比，CityGML是表达现实世界的通用拓扑模型。对于特定的领域，CityGML也可以在保存语义互操作性的前提下提供拓展机制来丰富具有识别功能的数据。目标应用领域明确包括了城市和景观规划、建筑设计、旅游和休闲活动、三维地籍图，可采用5个连续的分辨率等级（LOD0-LOD4），打印精度从≤0.2 m至≤5 m不等。现阶段许多城市都根据CityGML建立了3D城市模型，如德国的柏林市和荷兰的阿珀尔多伦市。
四、3D打印技术在地学空间信息领域应用的发展趋势
当前，3D打印技术在地学空间信息领域的应用主要朝着三个新方向发展：
1.3D打印技术生成的房地产3D沙盘模型，不仅外观细节精确，分辨率较高，内部结构也符合标准比例尺，从而极大地提升规划和设计的参考价值。随着国内有关3D打印产业政策的舆论呼声日渐高涨，房地产领域在应用3D打印技术向消费者和规划设计人员进行展示的标准化问题会获得新进展，国家科技部的相关负责人已经表示，将会制定有关的3D打印行业规范及相关政策。
2.3D地质沙盘也有助于对建筑地基、地下空间构造、隧道等地质数据集成的理解。应用3D打印技术可快速生成三维地质矿产模型，帮助地质和矿山开发人员了解地质矿体情况。3D打印技术在一些技术较发达的国家的地学研究领域已有实践，在地下矿床油气田结构可视化、地质研究、野外环境分析、矿产资源能源开采以及军事指挥中，均有了许多成熟的应用。
3.地理空间信息科学研究需要更高三维精细度的3D模型。目前，全球最为流行的专业3D打印机是Zprinter系列产品，这种型号的打印机可以很好地兼容地理空间信息模型的输出，并支持全彩打印，从而将地质结构的三维实体特性清晰细致地展现出来，其效率很高。
世界著名商业建筑设计公司Jerde 在波兰华沙“Zlote Tarasy”项目的波状玻璃屋顶设计以及加利福尼亚州“Morongo 娱乐场耀眼天蓬”设计时，其效率呈“指数式”提升。麻省理工学院也将Z Corp.3D打印机应用于教学和科研中。不仅提升了学生教育体验的效益，同时也完善了建筑设计等相关专业的尖端课程，增强了与世界顶级研究机构及重点实验室的紧密联系。国内的一些测绘装备类企业，也积极在为国内的3D打印技术提供着硬件、软件技术和精准测绘数据上的支持，可以清晰地打印出高标准的模型。
3D打印技术被视为地学信息技术领域最大众化的发展方向。英国Terrainator.com地图平台是一家打印3D地图工艺产品的网站。用户可以在网站提供的地图中，按照一定的比例尺圈定区域，提交给地图平台，系统会自动生成三维地形结构图。网站会根据该区域的版图面积、地形复杂程度和一些定制化的要求为用户打印出三维地形模型。目前，该地图平台仅支持美国大部分地区、加拿大西部、英国及欧洲少数国家的部分地区。除此之外，美国网站Landprint.com则是一个明码标价出售3D地理模型和地形模型的公司，主要出售夏威夷群岛、世界著名山峰、著名国家公园和月球陨石坑四个类型的3D模型，比如圣海伦斯火山的3D地形模型可卖到195美元的高价。同样，该公司也提供3D地形定制化服务，满足客户的特殊需求。
3D打印技术在地学信息领域应用日趋广泛，并且技术上已经日臻完善，必将在地质调查三维模拟和地质勘查三维模型成果输出方面发挥重要作用。
(转自中国勘测联合网：www.xiexiebang.com 技术百科)
第三篇：碳化硅在其他领域的应用
碳化硅材料的研究在近20年中取得了令人注目的成就,在各种先进设备与工艺技术的推动下,材料的性能得到了充分的发掘与应用,制成了能够满足各种极端工况条件的陶瓷构件,为高新技术的发展以及工程陶瓷在未来技术领域的应用打下了坚实的基础.虽然与其它工程结构陶瓷一样,使用过程的可靠性、性能可重复性等方面存在的问题仍然是影响碳化硅材料得到广泛应用的主要障碍
由于碳化硅陶瓷所具有的高硬度、高耐腐蚀性以及较高的高温强度，使得碳化硅陶瓷得到了广泛的应用。主要有以下几个方面：
密封环碳化硅陶瓷的耐化学腐蚀性好、强度高、硬度高，耐磨性能好、摩擦系数小，且耐高温，因而是制造密封环的理想材料。它与石墨材料组合配对时，其摩擦系数比氧化铝陶瓷和硬质合金小，因而可用于高PV值，特别是输送强酸、强碱的工况中使用。
研磨介质（磨介）碳化硅陶瓷,由于其高硬度的特点而广泛用于耐磨机械零件中，特别是球磨机中的研磨介质（磨介）。球磨机中所用的磨介对研磨效率有着重要的影响，其基本要求是硬度高、韧性好，以保证研磨效率高、掺杂少的要求。SIC-1型碳化硅陶瓷磨介适合于普通球磨机中使用，它具有硬度高、强度高、价格适中的特点。而SIC-2型碳化硅陶瓷磨介则由于强度高、韧性好，适合于振动球磨机和搅动球磨机中使用。合理地选择磨介可保证你以最低的成本获得较高的研磨效率和最少的掺杂。
防弹板碳化硅陶瓷由于硬度高、比重小、弹道性能较好、价格较低，而广泛用于防弹装甲中，如车辆、舰船的防护以及民用保险柜、运钞车的防护等。碳化硅陶瓷的弹道性能优于氧化铝陶瓷，约为碳化硼陶瓷的70-80%，但由于价格较低，特别适合用于用量大，且防护装甲不能过厚、过重的场合。
喷嘴用作喷嘴的陶瓷材料有多种，常用的是氧化铝、碳化硅和碳化硼陶瓷等。氧化铝陶瓷喷嘴的价格低，但由于硬度低，其耐磨性较差，多用于喷砂工作量不大的场合。
碳化硅陶瓷的使用寿命是氧化铝陶瓷的３－５倍，与硬质合金相当，多用于硬质合金的替代品，特别是在手持喷枪的工况中使用。SIC-２型碳化硅陶瓷的韧性好，可用于有冲击和振动的喷砂的工况。
研磨盘是半导体行业中超大规模集成电路用硅片生产的重要工艺装备。通常使用的铸铁或碳钢研磨盘其使用寿命低，热膨胀系数大。在加工硅片过程中，特别是高速研磨或抛光时，由于研磨盘的磨损和热变形，使硅片的平面度和平行度难以保证。采用碳化硅陶瓷的研磨盘由于硬度高研磨盘的磨损小，且热膨胀系数与硅片基本相同因而可以高速研磨、抛光。特别是近几年来的硅片尺寸越来越大，对硅片研磨的质量和效率提出了更高的要求。碳化硅陶瓷研磨盘的使用将使硅片研磨的质量和效率有很大的提高。同时碳化硅陶瓷研磨盘还可用于研磨、抛光其它材料的片状或块状物体的平面。
磁力泵泵件随着工业化的发展，特别是ISO14000国际标准的贯彻执行，对不利于环境保护液体的输运提出了更高的要求。磁力泵由于采用静密封代替机械密封、填料密封等动密封，因而泄漏更小、可靠性更高、使用寿命更长。对于磁力泵一般要求免维护的时间为八年，即要求连续运转八年不得拆卸，因而对磁力泵件的选材提出了极为苛刻的要求。如泵中的泵轴、止推盘、轴套等，必须耐磨损、耐腐蚀。而目前能满足上述条件的材料只有碳化硅陶瓷最适合。
高温耐蚀部件碳化硅陶瓷最重要的特性之一是它的高温强度，即在1600°C时强度基本不降低，且抗氧化性能非常好，因而可在高温结构件中使用。如高温炉的顶板、支架，以及高温实验用的卡具等。
碳化硅制品的用途
一、有色金属冶炼工业的应用：利用碳化硅具有耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击、作高温间接加热材料，如竖罐蒸馏炉、精馏炉塔盘、铝电解槽、铜融化炉内衬、锌粉炉用弧形板、热电偶保护管等。常规的锌粉冶炼需要的塔盘型号有：
一、塔式炉：600、990、1088、1260、1350；
二、卧式炉：1300、1160、928。
二、钢铁行业方面的应用：利用碳化硅的耐腐蚀、抗热冲击、耐磨损、导热好的特点，用于大型高炉内衬提高了使用寿命。
三、冶金选矿行业的应用
碳化硅硬度仅次于金刚石，具有较强的耐磨性能，是耐磨管道、叶轮、泵室、旋流器、矿斗内衬的理想材料，其耐磨性能是铸铁、橡胶使用寿命的5-20倍，也是航空飞行跑道的理想材料之一。
四、建材陶砂轮工业方面的应用：
利用其导热系数、热辐射、高温强度大的特性，制造薄板窑具，还提高了窑炉的装容量和产品质量，缩短了生产周期，是陶瓷、搪瓷釉面烘烤烧结理想的间接材料。
五、节能方面的应用
利用其良好的导热和热稳定性，作热交流器，燃耗减少20%，节约燃料35%，使生产率提高20%-30%
摘要：用涂层和其他表面改性处理方法制取的碳化硅／碳复合材料兼有碳化硅的硬度高、耐热性、抗磨损、耐腐蚀和碳素材料可加工性等优良特性，在滑动摩擦材料，电子元件热处理用夹具、单晶硅提拉用加热器、坩埚硅片外延生长用感受器、高温材料等方面获得广泛应用。其应用范围不断扩大，被雀为划时代的新材料。由无机材料和有机高分子所组成的有机-无机杂化材料是近年来国内外研究较多的一种新型复合材料，它同时具有有机高分子和无机材料的优点。SiC陶瓷具有硬度高、高温强度大、抗蠕变性能好、耐化学腐蚀、抗氧化性能好、热膨胀系数小及高热导率等优异性能，是一种在高温和高能条件下极具应用前景的材料。SiC用于制备金属基、陶瓷基和聚合物基复合材料，已经表现出优异的性能。此外，SiC在隐身吸波材料方面也有重要的应用。本文综述了SiC在聚合物中的应用。
近年来研究发现，聚合物基复合材料用少量坚硬的无机物改性就可以显著地提高其力学性能和热学性能。SiC有机-无机复合材料就是一类用SiC陶瓷改性的聚合物基复合材料。现在这类复合材料被厂泛地应用在包装工业、涂料工业电子工业、汽车工业及舫空航天等工业。相信在不久的将来，随着SiC有机－无机复合材料应用领域的不断拓宽改性研究的不断深人,SiC陶瓷将在更多领域发挥更大的作用。
碳化硅半导体材料的应用
碳化硅优越的半导体特性将为众多的期间所采用，利用其高热导，高绝缘性目前在电子工业中做大规模集成电路的基片和封装材料，在冶金工业中做高温热交换材料和脱氧剂，碳化硅的用途主要有：
(1)作为磨料，可用来做磨具，如砂轮、油石、磨头、砂瓦类等。(2)作为冶金脱氧剂和耐高温材料。碳化硅主要有四大应用领域,即: 功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料。目前碳化硅粗料已能大量供应, 不能算高新技术产品,而技术含量极高 的纳米级碳化硅粉体的应用短时间不可能形成规模经济。
(3)高纯度的单晶，可用于制造半导体、制造碳化硅纤维。
主要用途：用于3—12英寸单晶硅、多晶硅、砷化钾、石英晶体等线切割。太阳能光伏产业、半导体产业、压电晶体产业工程性加工材料。磨料磨具
主要用于制作砂轮、砂纸、砂带、油石、磨块、磨头、研磨膏及光伏产品中单晶硅、多晶硅和电子行业的压电晶体等方面的研磨、抛光等。化工
可用做炼钢的脱氧剂和铸铁组织的改良剂，可用做制造四氯化硅的原料，是硅树脂工业的主要原料。碳化硅脱氧剂是一种新型的强复合脱氧剂，取代了传统的硅粉碳粉进行脱氧，和原工艺相比各项理化性能更加稳定，脱氧效果好，使脱氧时间缩短，节约能源，提高炼钢效率，提高钢的质量，降低原辅材料消耗，减少环境污染，改善劳动条件，提高电炉的综合经济效益都具有重要价值。耐磨、耐火和耐腐蚀材料
利用碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击等特性，碳化硅一方面可用于各种冶炼炉衬、高温炉窑构件、碳化硅板、衬板、支撑件、匣钵、碳化硅坩埚等。另一方面可用于有色金属冶炼工业的高温间接加热材料,如竖罐蒸馏炉、精馏炉塔盘、铝电解槽、铜熔化炉内衬、锌粉炉用弧型板、热电偶保护管等；用于制作耐磨、耐蚀、耐高温等高级碳化硅陶瓷材料；还可以制做火箭喷管、燃气轮机叶片等。此外，碳化硅也是高速公路、航空飞机跑道太阳能热水器等的理想材料之一。有色金属
利用碳化硅具有耐高温&def强度大&def导热性能良好&def抗冲击&def作高温间接加热材料&def如坚罐蒸馏炉&def精馏炉塔盘&def铝电解槽&def铜熔化炉内衬&def锌粉炉用弧型板&def热电偶保护管等.钢铁
利用碳化硅的耐腐蚀&def抗热冲击耐磨损&def导热好的特点&def用于大型高炉内衬提高了使用寿命.冶金选矿
碳化硅硬度仅次于金刚石&def具有较强的耐磨性能&def是耐磨管道&def叶轮.泵室.旋流器&def矿斗内衬的理想材料&def其耐磨性能是铸铁.橡胶使用寿命的5--20倍&def也是航空飞行跑道的理想材料之一.建材陶瓷砂轮工业
利用其导热系数.热辐射&def高热强度大的特性&def制造薄板窑具&def不仅能减少窑具容量&def还提高了窑炉的装容量和产品质量&def缩短了生产周期&def是陶瓷釉面烘烤烧结理想的间接材料.节能
利用良好的导热和热稳定性&def作热交换器&def燃耗减少20%&def节约燃料35%&def使生产率提高20-30%&def特别是矿山选厂用排放输送管道的内放&def其耐磨程度是普通耐磨材料的6--7倍.②磨料粒度及其组成按GB/T2477--83。磨料粒度组成测定方法按GB/T2481--83。珠宝
合成碳化硅（Synthetic Moissanite）又名合成莫桑石、合成碳硅石（化学成分SiC），色散0.104比钻石(0.044)大，折射率2.65-2.69(钻石2.42)，具有与钻石相同的金刚光泽，“火彩”更强，比以往任何仿制品更接近钻石。这是由美国北卡罗来那州的C3公司制造生产的，已拥有世界各国生产合成碳化硅的专利，正在向全世界推广应用。
第四篇：生物材料在骨科的应用进展
生物材料在骨科的应用进展
[摘要] 生物材料在骨科的应用十分广泛，目前用于骨组织修复与替代的材料主要有医用金属材料、医用高分子材料和医用无机非金属材料等。
[关键词] 生物材料 骨科
应用
生物材料是指“以医疗为目的，用于和活组织接触以形成功能的无生命材料”，包括具有生物相容性的材料。本文总结近年来用于骨组织修复的骨科生物材料的种类以及其在骨科临床实践中的应用。
医用金属材料
骨科生物金属材料是指能够植入人体，治疗骨骼疾病、替换骨组织，恢复骨骼的正常生理功能的一种生物惰性材料，由于具有较高的强度和韧度，金属材料是骨科中应用最多的植入材料，主要用于制造钢板，螺钉，髓内钉等内固定物，广泛用于各类骨折的治疗。医用金属材料要求具有足够的力学强度和抗疲劳性能；极好的耐腐蚀性能，无磁性；无毒、无致癌性与过敏反应；良好的光洁度[1]。现在常用于临床的医用生物金属材料主要包括医用不锈钢、钴基合金、医用形状记忆合金等。
1.1医用不锈钢：医用不锈钢的材料有多种，最好的不锈钢合金是316L型，比重约是人体骨骼的2倍，一直作为器具材料广泛使用。具有较好的机械性质，易于加工制造且价格便宜，但同钴基合金相比有较大的局部腐蚀敏感性，主要用于接骨板、骨螺钉、人工关节等。
1.2 合金类：主要包括①钴基合金：钴基合金包括钴铬钨镍合金、钴铬钼合金[2]。其优点是耐腐蚀性和机械性能较好，乃腐蚀性比不锈钢高40倍，是目前综合性能最好的材料之一，已列入ISO国际标准，但缺点是机械性能低于不锈钢，而且加工困难、产量低、价格贵，常被选择为永久性植入材料。多用于骨折固定和制作人工关节。②钛合金：具有优于前两种材料的机械性能，质轻，组织相容性良好，生物界面结合牢固，在机体内有极高的惰性和抗腐蚀性，是理想的植入材料，缺点是耐磨损性差和难以加工。钛合金微型钢是颌骨骨折复位内固定的首选内固定物[3]，目前对膝、髋等大的人工关节多使用钛合金。③镍钛记忆合金：该材料有形状记忆效应，其理化性能表现为强度高，耐磨、耐腐蚀、无磁、无毒等特点，而且其硬度和刚度跟人体骨组织最接近，被认为是最理想的生物内固定植入材料。
金属材料普遍的缺点是植入人体后，长期存在人体，金属中某些元素离子进入人体组织液、血液、器官，如铬、镍离子对人体具有致敏作用，甚至诱导机体发生癌变，另外长期受力的金属还会发生金属受力疲劳和内部结构的改变，从而引起远期手术的失败等问题，是其普遍缺陷。并且，当前的金属生物材料的弹性模量与正常骨组织并不十分相称，这会导致应力遮挡效应，这样的后果是对新生骨组织产生和塑性的刺激减弱，并使内植物的稳定性下降，且必须在患者充分痊愈后行二次手术将其取出。多次手术会增加医疗过程中的费用且会造成患者死亡率的上升[4]。镁相关材料作为轻金属、可降解、生物相容性好且具有生物活性的骨科内植物材料的有美好前景。医用高分子材料
2.1非生物降解型高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯等，具有稳定性好，不发生降解，交联或物理磨损等，而且有良好的机械性能，对机体不产生明显毒副作用，主要用于制作组织工程软、硬组织，人工器官等。如硅橡胶是含有硅原子的各种合成橡胶的总称。其优点是耐高低温，透气性好，便于清洁，耐腐蚀性，具有良好的生物惰性。可用于引流管，人工腱鞘，还用于防止粘连。高密度聚乙烯：其用于制造人工髋臼的分子量多在200～500万左右，其摩擦系数低，约为0.03～0.06，抗冲击性强，耐磨性强，年磨损率约为0.1～0.2 mm，是目前国际上普遍用于制造人工关节的较好材料。聚酯、聚酰胺（尼龙）：主要用于人工肌腱，人造血管，手术缝线。聚甲基丙烯三甲酯：即骨水泥，主要用于骨缺损的修复，如人工关节假体嵌插部位使用可增加接触面积，还用于椎体成形术。
2.2 生物降解型高分子材料 在体温下可以在一定时间内分解为小分子化合物，由体内代谢排除体外。其中最主要的是聚乙交酯(PGA)、聚丙交酯(PLA)及其混聚物，聚酯类似一类亲水性非常强的高分子降解材料。聚酯类能在体内降解，最终被分解代谢成CO2和H2O2从人体排出。PLA具有一定机械强度和良好的加工性能。PGA可支架诱导促进成骨细胞的黏附增殖和分化，但其降解过快，且降解产物积聚会造成局部PH值下降，导致细胞中毒死亡。PGA与PLA形成的混聚物可通过二者的比例来调节其机械强度和降解速率[5]。聚酯类生物降解材料可以制成棒、针、螺钉、接骨板等，受其降解速度限制，固定部分在愈合期间不能承受较大的应力。是目前组织工程中广泛应用的支架，临床上多用于固定骨折愈合相对较快的骨骼，亦可用于关节镜下膝前十字韧带的损伤后重建、半月板损伤的修复，在骨组织工程学领域也是一种很有前景的细胞培养支架材料[6]，但不适于长骨干骨折固定，因其临床愈合所需时间较长，骨折断端应力大。生物降解材料作为内固定材料，在手术操作过程中不易割伤软组织，即使在加压情况下也不会损伤松质骨，在所固定的组织愈合之前能够保持足够的强度，可随着骨组织的愈合机械强度适当衰减，使骨折断端得到正常的应力刺激，没有金属材料存在的应力遮挡、腐蚀反应等缺点，可使患者避免清除植入物的第2次手术，亦不影响MR或CT等影像学复查，使用起来比金属制品要安全和方便。但如果内植物的降解产物超过组织的清除能力，可发生迟发性无菌性炎症，局部突然发红、疼痛、肿胀、有波动感，反应严重者，可发生广泛性皮肤坏死，降解速度快的PCA比降解速度慢的PIA炎症发生率高，血运不佳的部位更易并发炎症反应，因此应权衡利弊，谨慎选择。
医用无机非金属材料
3.1生物活性陶瓷，主要有磷酸钙陶瓷、生物活性骨水泥及生物活性玻璃等，生物活性陶瓷具有骨传导性，它作为一个支架，成骨在其表面进行，还可作为多种物质的外壳或填充骨缺损。目前最常用的主要有羟基磷灰石(HA)、磷酸三钙(TCP)及两者结合使用3种。骨水泥很少引起免疫反应，系统毒性也微不足道，具有良好的生物相容性，并能和骨直接融合，在骨科临床上已经应用于股骨颈骨折的内固定增强和桡骨远端骨折内固定等。由于此类材料在生物学上缺乏有效的骨诱导性，脆性较大，抗张、抗扭和抗剪力差，为保证固化正常进行，应用时要求受区相对干燥，因此单纯此类材料临床应用较少，仍需进一步改进。
3.2 生物惰性陶瓷 氧化铝：氧化铝是一种生物陶瓷，其硬度大，耐磨，生物相容性好，单晶氧化铝可用于骨折内固定，多晶氧化铝即刚玉，可制作人工关节。研究发现将氧化铝晶体纳米化合物团块浸在与生物体液相似的溶液中，其表面可生成骨样磷灰石层，提示在活体内可能形成生物陶瓷如HAP、TCP等[7]。此外氧化锆陶瓷的高强度和韧性降低了破裂的风险，故被做成人工股骨头用于全髋关节置换。最近还报道研制出一种结合了氧化铝的生物特性及铠氧化锆的机械特性的新型物质，这种混合陶瓷比氧化铝陶瓷的磨损率低，在模拟人上进行的初步实验结果具有一定的应用前景[8]。
3.3碳素材料：碳纤维有利于生物组织攀附生长，可用于人工肌腱和韧带的置换[14]。低温裂解碳又称各向同性碳，是将烃类气体在高温下炭化，可以直接蒸镀在人工关节的运动磨损表面，作为减磨涂层。类金刚石膜(DLC)亦称金刚石样碳素膜，是一种非结晶的碳氢化合物，具有良好的细胞相容性、血液相容性及高耐磨性高硬度等特点，可以沉积于人工关节表面。作为聚乙烯的对抗面，DLC同氧化铝、钴基合金的耐磨相当，可显著改善矫形装置的磨损，是一种很有发展前景的膜材料。
纳米生物材料在骨科领域研究最广泛的是用作组织工程支架材料。理想的基质支架材料不仅需要具备良好的生物相容性、适度的生物降解性、良好的结构相容性、良好的表面相容性以及特定的生物活性，还必须使材料表面能够促进种子细胞的黏附与生长，并能通过表面修饰、控释生物分子或对环境刺激做出响应等机制对种子细胞的黏附和生长进行调控。纳米生物材料的开发为这种高度仿生或“智能”型基质支架材料的研制提供了可能[9]。
近年来，随着生物医学工程、医学分子生物学、基因工程、组织工程学、材料科学、纳米技术的的迅速发展，利用不同的生物材料复加工，组配成理想中具有多种生物活性的人工骨将成为现实。
参 考 文 献
[1] 胥少汀，葛宝丰，徐印坎．实用骨科学．第2版．北京：人民军医出版社，2003．357-360．
[2]朱肖奇.生物材料在骨科中的临床应用.中国组织工程研究与临床康复.2009:5738.[3] 李青．钛合金表面涂层应用生物骨的研究．生物骨科材料与临床研究，2004，3(4)：46-49．
[4]王义生,王建儒.可降解镁合金作为骨科应用生物材料的研究进展.河南医学研究.2009,18(1):75-77.[5] Valentin J E,Badylak J S,McCabe G P, et al．Extracellar matrix bioscaffolds for orthopaedic applications.A comparative histologic study [J].J Bone Joint Surg Am,2006，88(12)：2673-2686．
[6] Jeon O.Song S J.Kang S W Enhancement of ectopic bone formation by bone morphogenetic protein-2 released from a heparin-conjugated poly(l-lactic-co-glycolic acid)scaffold [J].Biomaterials, 2007,28(17)：2763-2771．
[7] Ozturk A.Yetkin H.Memis L Demineralized bone matrix andhydroxyapatite/tri-calcium phosphate mixture for bone healing in rats[J].Int Orthop,2006,30(3):147-152.[8] Kim H.Camata R P.Vohra Y K Control of phase composition in hydrox-yapatite/tetracalcium phosphate biphasic thin coatings for biomedical applications [J].J Mater Sci Mater Med, 2005,16(10):961-966.[9]郑启新,潘海涛,郭晓东.骨科纳米生物材料的研究现状与展望.中华实验外科杂志.2007,24(6):646-648.
第五篇：纳米材料在航空航天领域的应用
纳米11
陈美龄
41136025
纳米材料在航空航天领域的应用
学 院：姓 名：学 号：班 级：
——《纳米材料科学与技术前沿》论文
材料科学与工程学院 陈美龄 41136025 纳米11班 2014.7.30 纳米11
陈美龄
41136025
一、摘要：
随着我国社会经济的快速发展，科技技术更新速度日益加快。纳米材料早已渗透到我们人类生活的方方面面，在我们的日常生活中发挥着不可替代的作用。
目前，纳米材料材料研究领域，已经由原来如何方便人类生活、如何开发新型材料，逐步向减少环境负担、材料可循环利用、低能高效的方向发展。同时，随着航天事业的发展，纳米材料材料同样发挥着不可替代的作用。在未来的研究方面，将会是向低碳环保和科技技术方面发展。
本文主要介绍在航天领域方面的热门两种纳米材料。
二、无机抗菌纳米材料
（1）简介
细菌、霉菌、酵竹苗、凛类等_仃害微牛物小仅对人类生活作业境造成污染，而且时人体健康和生命造成严币损害。即使在远离地球的找人航天E行器舱内环境中同样不能丰免。美国载人航无器E行史中，因细菌感染而导致乘员患感冒、尿路感染、皮炎、I I牌，溃疡的病例就打多起。如阿波罗7、8 q曾发生呼吸道感染，9、1I、12、14发生中耳炎，其他E行任务中也牲牛过皮疹等皮肤感染性疾病，P号宅川站乘员留轨期问也有因细菌感染患疵，从而不得不提返航的病例。纳米11
陈美龄
41136025
（2）机抗菌纳米材料材料简介
无机抗菌纳米材料材料就是含有无机抗菌成分并具有抗菌抑菌功能的纳米材料材料。无机抗菌剂是一种新的、含有银、锌、铜等金属离子成分和无机载体的接触型抗菌制剂，其所含金属离子具有超强抗菌能力。
当细菌、霉菌等微生物接触到载体中游离态金属离子后，带正电荷的金属离子与带负电荷的微生物因库仑引力相互吸附，并在微生物表面聚积，在金属离子之正电荷达一定量时，就会有效击穿细菌细胞壁，接触细胞内部蛋白质和核酸，产生化学反应，使蛋白质变性，从而降低蛋白酶活性。蛋白质失活就会影响细胞的代谢和呼吸功能，使其无法进行分裂繁殖，直到死亡，从而达到灭菌、抑菌目的。
（3）分子材料航天应用现状
目前我国己试制和生产出硅、钙、钾三大系列七大类多种抗菌剂，而且还为各种制剂选配了合适载体，较好的解决了部分抗菌纳米材料制品的生产工艺技术难题。如抗菌尼龙丝、聚乙烯板，药品包装材料、食品包装膜、聚丙编织丝料、无纺布、ABS、PS、聚酯泡沫塑料、涂料、空气清新剂等多种抗菌制品，经过进一步严格筛试，均可应用于载人航天技术领域。
为给乘员创建安全可靠工作条件和舒适方便的生活环境，纳米材 纳米11
陈美龄
41136025
料聚合材料越来越多的运用于载人航天舱内设备。航天服就用到多种经特殊处理的保温耐压纳米材料材料。又如头盔及其面窗材料，通信用麦克和耳机材料，飞行程序控制用计算机壳体、操作键盘，各种连接导线和电缆，多种非金属餐饮、复水器具，食品、饮料及药品包装材料，废物和大小便收集存贮装置，尿液及航天废水再生处理用过滤、透析膜材料,吸水材料，保温材料，各种通用工具及设备的操作把手，各种通风排气复合软管材料，减震保温用发泡材料，有时电热设备的绝缘隔热层也不得不用纳米材料材料制成。纳米材料材料为人类创建生活和工作便利的同时，同样也会遭受有害菌侵蚀，不仅损害材料外观，而且严重损害到材料质量，甚至通过交叉传播殃及人体健康。据调查，105 f-1电话中46％的机子上有大肠杆菌，仅在塑料听筒、话筒上就有480余种细菌和2400种病毒。有害微生物的繁衍速度很快，在适宜条件下，一个大肠杆菌经9个小时可达1亿个之多。
三、聚磷腈在航空航天中的应用
（1）简介
在现代材料科学与技术发展历程中，航空航天材料一直扮演着先导性角色，材料进步不仅推动了航空航天业本身的发展，也带动了地面交通工具进步，航空航天材料反映了材料发展的前沿，代表一个国家材料的最高水平。航空航天材料主要要求是抗疲劳、耐高温、耐腐蚀、长寿命等。纳米11
陈美龄
41136025
（2）聚磷腈材料在航空航天领域中的应用
1、在织物阻燃中
航空航天领域织物包括降落伞和宇航服装，要求材料具有高的阻燃和耐热性能，以满足特殊条件下的使用。
刘霞等人通过热重分析(TGA)、差热分析(DTA)，红外光谱(IR)等详细研究了TAP对织物阻燃性能的影响。当添加质量分数为l7％ 时，成率(燃烧分解后剩余质量占原来质量的分数)为39％，氧指数为47。5，手感好，强度损失小，水平点燃有自熄性。国外有人对TAP(日本曹达公司产品)的水合物和盐酸盐进行研究。经TAP化合物阻燃整理的棉纤维性能见表1。
由表1可知，经TAP化合物整理后，棉缎具有高的耐洗性和耐久性，阻燃效果明显，基于增质量率和不同条件下的极限氧指数(iO0最高达到39。TAP化合物与防火整理剂(丙烷一派罗伐特克斯，cp)进一步经热分析对比，发现CP在受热过程中发生放热分解。TAP化合物在受热过程中，由于放出HCI和NH 而发生吸热，且TAP在纤维素中发生缩聚反应(如图3所示)，在酸催化作用下，脱除NH，而发生缩聚，生成不溶于水的聚合物，从而赋予纤维以持久的阻燃性。用TAP化合物进行阻燃整理有如下优点：赋予棉纤维以持久阻燃性；不会游离出甲醛；经整理的布手感柔软，强度保持率(经向)高达90％；不变色；由于不含卤素，燃烧时不会产生卤素气体和卤化氢气体。此 外，TAP对人造纤维、棉针织物、丝绸有防缩整理效果。纳米11
陈美龄
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2、在阻燃泡沫橡胶中
美联邦航空局的Richard等人对高效阻燃聚磷腈泡沫材料进行了测试。聚磷腈材料与其他材料相Ii试数据见表2.前者的热性能显示了非常大的优势，EYPEL—A热释放能力比航空用Pu橡胶降低了66．4％，膨胀石墨改性聚磷腈橡胶的 更是降低了80．7％。从反应材料阻燃性的成炭率可看出：EYPEL—A比航空用Pu橡胶的成炭率提高9倍，膨胀石墨改性聚磷腈橡胶更是提高了近20倍。另外聚磷腈材料的燃烧性能更为优越(表3)，与Pu相比，燃烧时聚磷腈材料最大热释放速率降低70％，平均有效燃烧热量降低37．5％，显著降低燃烧释放出的热量，减少燃烧造成的损失，石墨改性的聚磷腈性能则更优。6 纳米11
陈美龄
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3、在胶黏剂中
聚磷腈胶黏剂[1 具有突出的耐热性能，300度以上有较好的耐热性和黏结一IIii(对金属粘接剪切强度为200MPa以上)，并且其抗冲击韧性比无机盐胶黏剂好得多。聚磷腈胶黏剂主要用于高温作业下如火箭、导弹、飞机等有关耐高温部件的金属、陶瓷和玻璃钢等工件的粘接。典型的聚磷腈胶黏剂合成见图4。纳米11
陈美龄
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四、结语
纳米材料也叫做聚合物材料，通常是指由千万个小分子有化学键连接而成的大分子聚合物。我们生活中应用的纳米材料材料就是指合成材料、合成橡胶、合成纤维等合成纳米材料材料。然而20世纪60年代，纳米材料工业已基本完善，解决了人们的衣着、日用品、和工业材料等需求。因此，在未来的纳米材料航空航天应用领域，纳米材料材料功能化、纳米纳米材料材料复合技术以及可降解生物纳米材料材料研发将是三个重要的研究领域。
五、参考文献
（1）许胜国，魏民，赵成坚，谢琼-中国宇航学会首届学术年会论文集，无机抗菌纳米材料材料在载人航天技术中的应用前景。（2）李爱元，张慧波，陈亚东，王建-《胶体与聚合物》，聚磷腈纳米材料材料在航空航天领域中的应用。
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