高速水流下新型抗冲耐磨材料的开发研究

第一篇：高速水流下新型抗冲耐磨材料的开发研究

高速水流下新型抗冲耐磨材料的开发研究 摘要:随着西部大开发和西电东送发展战略的实施，我国要兴建一批大型高水头电站，其泄水建筑物泄流流速均达40～50m/s，对抗冲磨混凝土和过流面抗冲耐磨防护材料的性能提出了更高的要求，促进了水工抗冲耐磨材料的发展。本文介绍了近年来在新型高抗冲磨材料研究方面取得的进展，主要内容包括：多元胶凝粉体新型抗冲磨混凝土的开发研究；降低高强抗冲磨混凝土体积收缩的技术措施研究；“海岛结构”环氧树脂合金抗冲磨防护材料的开发研究；聚脲高抗冲耐磨防护材料和喷涂技术

研究；圆环高速含沙水流冲刷试验仪的研制等。

关键词: 高速水流，冲刷磨损，抗冲磨混凝土，环氧砂浆，聚脲弹性体，喷涂技术

1前言

含沙高速水流对水工建筑物过流面混凝土的冲磨破坏是水电工程建设和运行中的疑难问题。高速含沙水流对水工混凝土建筑物过流面的冲刷磨损、空蚀作用会导致表层混凝土大面积剥蚀，严重的则引发灾难性事故发生，因此历来备受重视。我国从60年代就开始进行抗冲磨材料的应用研究，主体思路是通过提高抗压强度来提高过流面混凝土的抗冲磨性能，同时加强对过流面混凝土的防护并及时对薄层冲磨破坏进行修补。随着材料科学的发展和进步，抗冲磨混凝土的抗压强度逐渐由早期的C25提高到C50～C70，以硅粉混凝土或改性的硅粉混凝土为主的抗冲磨混凝土得到普遍应用；薄层抗冲磨防护材料和薄层冲磨破坏修补材料则以改性的环氧砂浆为主，如低粘度环氧砂浆、低温潮湿固化环氧砂浆、弹性环氧砂浆等；以环氧树脂改性为主的抗冲磨防护涂料，如用增韧组分和互穿网络技术改性的柔性环

[1]氧抗冲磨涂料，开始在工程中获得应用。

进入二十一世纪，随着西部大开发和西电东送发展战略的实施，我国要兴建一批大型高水头电站，如小湾、龙滩、拉西瓦、构皮滩、溪落度、向家坝、锦屏、白鹤滩、糯扎渡等，其泄水建筑物泄流流速均达40～50m/s，对抗冲磨材料的抗裂性、抗冲磨能力和快速易施工性（特别是对防护和修补材料）等均提出了更高的要求。目前在我国水电工程中普遍应用的硅粉系列抗冲耐磨混凝土、改性环氧树脂砂浆和防护涂料无疑均具有较好的抗冲耐磨能力，这已被大量的室内试验研究和工程应用所证明，但由于选用原材料、组成配方和技术路线的限制，使其在工程施工和应用中也暴露出自身难于克服的种种弱点。硅粉系列抗冲磨混凝土早期强度发展过快，中后期强度增长微小，水化热集中释放，干缩和自干燥收缩大，极易发生裂缝；改性环氧类抗冲耐磨砂浆和防护涂料仍含有较多易挥发性溶剂组分，在潮湿和有水环境下的易施工性没有得到显著改善，柔韧性仍显不足，容易空鼓、开裂和成片剥落。针对当前抗冲耐磨材料在工程应用中存在的遗留问题，结合西部大开发，实现西电东送，兴建大型高水头电站对高抗冲耐磨材料的需求，在国电公司科技项目的资助下，及时展开了“高速水流下新型高抗冲耐磨材料的开发及应用”研究，充分利用现代材料科学发展的新成果和新技术，采用全新技术思路，开发新一代的高性能高抗冲磨材料，以满足当前及今后兴

建高坝大库对高性能抗冲耐磨材料的需求。

第二篇：溪洛渡水电站抗冲耐磨水泥混凝土性能试验研究

溪洛渡水电站抗冲耐磨水泥混凝土性能试验研究

来源：国家电力公司成都勘测设计研究院

2009年07月08日

前言

溪洛渡水电站装机12600MW，位于四川省雷波县和云南省永善县接壤的金沙江溪洛渡峡谷，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运等综合利用效益的特大型水利水电枢纽工程。溪洛渡水电站具有“高水头、大泄量、窄河谷”特点，泄洪洞最大流速接近50m/s，泄洪功率约为9500MW，为二滩水电站的2.5倍。多年平均含沙量1.72 kg/m3，为二滩水电站的3倍多。坝址处多年平均推移质输沙量180万t，多年平均悬移质输沙量2.47万t。这样大的挟沙水流通过电站泄洪排沙建筑物，对建筑物表面材料的磨损破坏是一个急待解决的技术问题。为此，本文结合溪洛渡水电站工程，对各种抗冲耐磨混凝土的特性进行研究，从而优选出抗冲耐磨性能优良的材料供电站施工采用。2 影响混凝土抗冲耐磨性能的主要因素

混凝土是由胶凝材料和沙石骨料组成的多相复合材料。在悬移质和推移质泥沙的冲磨作用下，组成材料中抗冲耐磨性能较差的部分将首先被磨掉，抗冲耐磨性能较强的部分则凸现出来，并承受较多的冲磨作用。显然，提高混凝土内各组分的抗冲耐磨性能，提高耐磨性较高的组分在混凝土内所占比例及改善各组分之间的界面结合状况，都有利于混凝土抗冲耐磨性能的提高，其中水泥品种与骨料品种是影响混凝土抗冲耐磨性能的主要因素。2.1 水泥品种对混凝土抗冲耐磨性能的影响

水泥的各项力学性能，主要决定于组成它的矿物成分及其含量。对合成单矿物熟料的水泥进行的相同稠度浆体的单矿物水泥石及沙浆的磨损试验结果表明，C3S抗冲磨强度最高，C2S的抗冲磨强度最低，C3A及C4AF的抗冲磨强度较接近。结合溪洛渡水电站的实际情况进行的不同品种水泥的抗冲耐磨性能试验研究结果表明：在相同条件下，采用江津中热525号水泥的混凝土抗冲耐磨性能优于采用水城普硅525号水泥的混凝土。用单位强度的混凝土抗冲耐磨强度指标来衡量，也可以得出这个结论。这是由于江津中热525号水泥与水城普硅525号水泥相比，其C3S的含量较高、C2S含量较低的缘故。水泥的基本性能及不同品种水泥混凝土抗冲耐磨性能见表

1、表2。

2.2 骨料品种对混凝土抗冲耐磨性能的影响

一般情况下，挟沙石的水流首先将混凝土表面水泥石的分子与母体分离，使水泥石逐渐成凹坑，而骨料逐渐凸出来。在挟沙石水流的继续冲击下，凸出的骨料所承受的冲磨作用力大于凹陷下去的水泥石，因而骨料的品种以及骨料的自身耐磨性能对混凝土的抗冲耐磨性能的影响是不容忽视的。

溪洛渡水电站工程区域内天然沙砾石质次、量少，大坝混凝土需采用当地的灰岩和玄武岩加工人工骨料。鉴于溪洛渡水电站的实际情况，对玄武岩和灰岩人工骨料进行了耐磨性能试验，并对不同品种人工骨料混凝土的抗冲耐磨性能进行了试验研究。

2.2.1 人工骨料的耐磨性能

采用ASTM标准中C131和C535方法对灰岩和玄武岩人工骨料分别进行耐磨性能试验。试验结果表明（见表3）：灰岩和玄武岩的磨损率均未超过ASTM标准中C131和C535的规定，不同粒径的玄武岩耐磨性能都优于相应的灰岩。在对ASTM标准中C131和C535方法进行修改和补充的基础上，进行了不同组合人工骨料的耐磨性能试验。试验结果表明（见表4）：玄武岩人工骨料的耐磨性能最好，灰岩人工骨料的耐磨性能最差，玄武岩粗骨料与灰岩细骨料组合的耐磨性能介于两者之间。

2.2.2 不同品种人工骨料对混凝土抗冲耐磨性能的影响

在水泥品种及混凝土配合比相同的情况下，玄武岩混凝土的抗冲磨强度比灰岩混凝土的提高1倍多。当保持混凝土粗骨料品种（玄武岩）不变时，仅改变细骨料品种（将玄武岩人工砂代替灰岩人工砂），混凝土抗冲磨强度提高73%；在保持细骨料品种（灰岩）不变情况下，仅改变粗骨料品种（将玄武为岩代替灰岩作粗骨料），混凝土的抗冲磨强度可提高28%。由此可见，骨料的品种对混凝土的抗冲耐磨性能具有显著的影响，其中细骨料品种的影响要大于粗骨料品种的影响。由试验结果可以看出（见表5），不同一试验条件下，骨料的耐磨性能与混凝土的抗冲磨强度有明显的关系，耐磨性能好（骨料磨耗率小）的骨料，其混凝土的抗冲磨能力就强。对溪洛渡水电站有抗冲耐磨要求的部位，其混凝土应选用玄武岩人工骨料。武岩人工骨料。

溪洛渡水电站抗冲耐磨混凝土的性能试验研究

减轻或防止推移质及悬移质破坏水工建筑物的途径，可以从两个方面着手：一是设计时，在工程布置和工程结构上尽可能使水流顺直，消能工应避免采用使水流紊乱的结构形式，以减轻推移质的撞击；二是在水工建筑物过流部位采用抗冲耐磨性能优良的材料加以保护。针对溪洛渡水电站的实际情况分别进行了玄武岩人工骨料混凝土、硅粉混凝土、聚丙烯纤维混凝土、铁矿石混凝土和矿渣微粉混凝土抗冲耐磨性能的试验研究。通过试验研究，推荐适合溪洛渡水电站的抗冲耐磨混凝土，以减轻和防止溪洛渡水电站水工建筑物发生冲磨破坏。

高速挟沙水流及推移质沙石对混凝土材料的冲磨试验方法及抗冲磨性能的评定标准，至今未统一。为了客观地评定各种抗冲耐磨材料的性能，采用了圆环法（以抗冲磨强度表示）、水下钢球法（以抗磨损强度表示）、圆盘耐磨仪法（以耐磨硬度表示）和冲击法（以抗冲击韧性表示）等多种试验方法对混凝土抗冲耐磨性能进行试验研究。

3.1玄武岩人工骨料混凝土的抗冲耐磨性能

玄武岩人工骨料自身坚硬致密（密度为2.96g/cm3，吸水率为0.52％），耐久性能好，其混凝土基本性能及抗冲耐磨特性见表6。试验表明，随着混凝土水灰比的减小，玄武岩人工骨料混凝土的密实性提高，抗冲磨强度增大。但抗冲磨强度随着水灰比减小逐渐增大的规律是有一定区限的。当水灰比过小时，水泥浆过于黏稠，致使在相同坍落度条件下，混凝土内水泥浆量过多，骨料含量相对较少，混凝土抗压强度虽然有所增加，但抗冲磨强度反而可能下降。因此在抗冲耐磨混凝土配合比设计时，不能无限制地减小水灰比，否则不仅不能达到提高混凝土抗冲磨强度的目的，反而会产生浪费水泥、增大混凝土发热量及干缩率等一系列弊病。

3.2 硅粉混凝土的抗冲耐磨特性

硅粉的主要成分为无定形氧化硅，其颗粒为极细小的球形微粒，比表面积达20m2/g，具有很高的活性。试验研究表明：硅粉掺入混凝土中，可显著改善水泥石的孔隙结构，使大于320A的有害孔显著减少，可使水泥石中力学性能较弱的Ca（OH）2晶体减少、C－S－H凝胶体增多；同时也可改善水泥石与骨料的界面结构，增强了水泥石与骨料的界面黏结力，从而提高混凝土的各项力学性能。本次试验研究采用昆明铁合金厂生产的硅粉，其SiO2含量为88.9%，密度为2.28g/cm。硅粉掺入混凝土的方法为内掺法（取代同重量水泥），掺量分别为8%、10%和12%。与普通混凝土相比，掺8%硅粉时，抗压强度增加4%左右；掺10%硅粉时，抗压强度增加9%左右；掺12%硅粉时，抗压强度增加18%左右。

由硅粉混凝土抗冲耐磨特性试验结果可以看出（见表7），硅粉混凝土与普通混凝土相比,抗冲磨强度明显提高。掺8%硅粉时提高22%，掺10%硅粉时提高28%，掺12%硅粉时提高69%。加入硅粉能改善混凝土的抗冲耐磨性能是由于改善了浆体自身的抗磨性和硬度，以及水泥浆与骨料界面的黏结，从而使粗骨料在受到磨损作用时难以被冲蚀。由硅粉混凝土冲磨失重率与冲磨时间的关系曲线可见（见图1），普通混凝土各时段的冲磨失重率明显高于硅粉混凝土，在冲磨早期阶段（水泥石磨蚀阶段，见图2），硅粉混凝土的抗冲磨强度较普通混凝土提高了78.0%－94.5%，掺入硅粉对混凝土水泥石抗冲磨强度的改善可见一斑。

3在冲击荷载作用下，硅粉混凝土的能力比普通混凝土增加53.8%－200.0%，并随着硅粉掺量的增加而增大。在模拟高速水流下推移质对混凝土表面的冲磨情况下，硅粉混凝土的抗磨损强度较普通混凝土提高了78％～92％。由圆盘耐磨仪法试验结果来看，在同等条件下，硅粉混凝土的耐磨硬度比普通混凝土提高174％～246％。从硅粉混凝土的抗冲耐磨特性来看，掺入硅粉对混凝土整体抗冲击能力的提高幅度要大于对混凝土表面抗冲磨能力的提高幅度，说明掺入硅粉有利于混凝土整体增强。

3.3 聚丙烯纤维混凝土的抗冲耐磨特性 在混凝土中掺入一定量的聚丙烯纤维具有防止或减少混凝土裂缝、改善混凝土长期工作性能、提高变形能力和耐久性等优点，因而在工程上得到广泛的应用。本次试验研究采用四川华神建材有限公司研制开发的“好亦特”聚丙烯纤维，试验中聚丙烯纤维采用的三种掺量分别为0.6kg/m3、0.9kg/m3和1.2kg/m3。由聚丙烯纤维混凝土的基本性能可以看出（见表8），同不含纤维的普通混凝土相比，聚丙烯纤维混凝土的脆性指数有所降低，弹性模量降低，极限拉伸变形增大。聚丙烯纤维所具有的这些特征，有利于提高混凝土的延性，改善混凝土变形性能，这对约束混凝土裂缝的扩展以及提高混凝土裂后的承载能力都起很大的作用。混凝土的收缩试验结果表明，掺入一定量的聚丙烯纤维可以明显地减少混凝土的收缩变形，随着纤维掺量的增加，其收缩变形减少的幅度加大。

从混凝土在高速挟砂水流下所测试验结果来看（见表

9、图3），在混凝土中掺入一定量的聚丙烯纤维可以提高混凝土的抗冲磨强度（24％～45％），其抗冲磨强度随着聚丙烯纤维掺量的增加而增大。由聚丙烯纤维混凝土抗冲磨强度时段曲线可以看出（见图4），在冲磨的初期，由于聚丙烯纤维的掺入，水泥石的整体性能增强，抗冲磨强度提高了38．8％～69.4％。随着磨蚀的不断增加，混凝土中的骨料不断裸露，骨料开始承担着大部分的冲磨作用。由于两种混凝土的骨料相同，此时聚丙烯纤维混凝土和普通混凝土两者抗冲磨强度的差异逐渐减小，仅相差18.6%－31.4%。对聚丙烯纤维砂浆表面进行的耐磨硬度测定结果表明，在同等条件下，聚丙烯纤维可使砂浆表面耐磨硬度提高37%。在冲击荷载的作用下，掺入一定量的聚丙烯纤维可以明显提高混凝土的抗冲击韧性（提高26.9%－57.7%），并随着掺量的增加而增大。

第三篇：新型功能材料的开发研究（精选）

新型功能材料的开发研究

摘要：材料是人类社会生活的物质基础，材料的发展导致着时代的变迁，可以这么说，材料的先进就代表着时代进步和物质文明的进步。而新型功能材料正是在引领着材料发展的潮流。一个国家对于各种新型功能材料的个、结构、性能、制备和应用，反映着该国在材料领域的水平。同时也成为衡量一个国家经济和社会发展、国防实力等的重要标志。正是由于新型功能材料对于国家、社会都有着举足轻重的地位和重要性，对起的开发的研究也显得尤为的重要。本文将对新型功能材料基本概念、作用、主要特征、地位、国内外的研究现状以及当前产业化发展态势进行逐一的介绍。

关键词：新型功能材料：产业化：发展趋势

1、选题依据

功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。

功能材料不仅是发展信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，而且是改造与提升基础工业和传统产业的基础，直接关系到资源、环境及社会的可持续发展。经济的快速增长和社会可持续发展，对发展新型能源及能源材料具有迫切的需求。能源材料是发展能源技术、提高能源生产和利用效率的关键因素。

2、研究意义

功能材料不仅是发展我国信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，而且是改造与提升我国基础工业和传统产业的基础，直接关系到我国资源、环境及社会的可持续发展。我国国防现代化建设一直受到以美国为首的西方国家的封锁和禁运，所以我国国防用关键特种功能材料是不可能依靠进口来解决的，必须要走独立自主、自力更生的道路。如军事通信、航空、航天、导弹、热核聚变、激光武器、激光雷达、新型战斗机、主战坦克以及军用高能量密度组件等，都离不开特种功能材料的支撑。

我国国防现代化建设一直受到以美国为首的西方国家的封锁和禁运，所以我国国防用关键特种功能材料是不可能依靠进口来解决的，必须要走独立自主、自力更生的道路。如军事通信、航空、航天、导弹、热核聚变、激光武器、激光雷达、新型战斗机、主战坦克以及军用高能量密度组件等，都离不开特种功能材料的支撑。

我国经济的快速增长和社会可持续发展，对发展新型能源及能源材料具有迫切的需求。能源材料是发展能源技术、提高能源生产和利用效率的关键因素，我国目前是世界上能源消费增长最快的国家，同时也是能源紧缺的国家。发展电动汽车、使用清洁能源、节约石油资源等政策措施使得新型能源转换及储能材料的需求不断增加。我国西部还拥有一些储量丰富的资源，如稀土、钨、钛、钼、钽、铌、钒、锂等，有的工业储量甚至占世界总储量的一半以上，这些资源均是特种功能材料的重要原材料。研究开发与上述元素相关的特种功能材料，拓宽其应用领域，取得自主知识产权，将大幅度地提高我国相关特种功能材料及制品的国际市场竞争力，这对实现西部资源的高附加值利用，将西部的资源优势转化为技术优势和经济优势具有重要意义，将有力地支持国家的西部大开发。

材料是现代科技和国民经济的物质基础。一个国家生产材料的品种、数量和质量是衡量其科技和经济发展水平的重要标志。随着新技术将更迅猛地发展，我们对功能材料的需求也日益迫切。因此，我们要加强对功能材料的研制和开发应用，把新成果应用于劳动生产。在未来的五到十年，我国经济、社会及国家安全对功能材料有着巨大的需求，功能材料是关系到我国能否顺利实现第三步战略目标的关键新材料。

3、实际应用方面的价值

新型功能材料是指新近发展起来和正在发展中的具有优异性能和特殊功能，对科学技术尤其是对高技术的发展及新产业的形成具有决定意义的新材料。主要包括电子信息材料、功能陶瓷材料、能源材料、生物医用材料、生态环境材料、超导材料、智能材料、功能高分子材料、先进复合材料、梯度材料等。

功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。它是信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业的先导、基石与支撑。

在未来的5～10年，我国经济、社会及国家安全对功能材料有着巨大的需求。目前，功能材料已成为我国材料科学和工程中最具活力与创新性的热点；有关功能材料的项目已占整个新材料研究项目的70%以上。功能材料不仅是发展我国信息技术、生物技术、能源技术等高技术和加强国防建设的重要基础材料；而且对我国基础工业与传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用；同时还直接关系到我国资源、环境及社会的可持续发展。目前光电信息材料、功能陶瓷材料、生物医用材料、超导材料、功能高分子材料、先进复合材料、智能材料以及生态环境材料等功能材料是世界各国战略高技术竞争的热点和重点，也是我国“十二五”国家科技计划材料领域的重点。

当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料及材料的分子、原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展功能材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。

4、国内外的研究现状

当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料及材料的分子、原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展功能材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。从国内外功能材料的研究动态看，功能材料的发展趋势可归纳为如下方面：

（1）开发高技术所需的新型功能材料，特别是尖端领域（如航空航天、分子电子学、高速信息、新能源、海洋技术和生命科学等）所需和在极端条件（如超高压、超高温、超低温、高烧蚀、高热冲击、强腐蚀、高真空、强激光、高辐射、粒子云、原子氧、核爆炸等）下工作的高性能功能材料。（2）功能材料的功能从单功能化向多功能化和复合或综合功能发展，从低级功能（如单一的物理性能）向高级功能（如人工智能、生物功能和生命功能等）发展。（3）功能材料和器件的一体化、高集成化、超微型化、高密积化和超分子化。（4）功能材料和结构材料兼容，即功能材料结构化，结构材料功能化。（5）进一步研究和发展功能材料的新概念、新设计和新工艺。（6）完善和发展功能材料检测和评价方法。

（7）加强功能材料的应用研究，扩展功能材料的应用领域，特别是尖端领域和民用高技术领域，并把成熟的研究成果迅速推广，以形成生产力。基于以上发展趋势，下面介绍几种重要的新型功能材料： 智能材料

智能材料是具有感知温度、力、电、磁等外界环境并产生驱动(位移等)效应的一类重要功能材料，主要包括形状记忆、压电和磁料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等，都是目前产业关注的热点。另外，薄膜太阳能电池由于大大地减少了半导体材料的消耗，也容易批量生产，从而大幅度地降低了太阳能电池的成本，但是效率相对较低，目前商用薄膜电池的光电转换效率只有6～8%。随着纳米技术的发展和成熟，纳米结构材料成为新颖的太阳能电池材料，在太阳能电池中使用纳米结构材料将能够提高太阳能电池的光电转换效率，降低电池的生产成本，对于实现太阳能电池的大规模应用将起着重要的作用，例如燃料敏化纳米晶膜太阳能电池的光电转换效率已达到11.04%，而其成本只有传统硅光电池的十分之一，已成为目前应用前景看好的光电转换器件。电子信息材料

电子信息材料是指在微电子、光电子技术和新型元器件基础产品领域中所用的材料，主要包括单晶硅为代表的半导体微电子材料；激光晶体为代表的光电子材料；介质陶瓷和热敏陶瓷为代表的电子陶瓷材料；钕铁硼（NdFeB）永磁材料为代表的磁性材料； 纳米材料

纳米材料是指三维空间中至少有一维处于1～100nm或由它们作为基体单元构成的材料，其命名出现在20世纪80年代。纳米技术、信息技术及生物技术将成为世纪社会经济发展的三大支柱。

纳米科技的兴起，对我国提出了严峻的挑战，同时也为我国实现跨越式发展提供了难得的机遇。1991年美国将纳米技术列入“政府关键技术”。1993年德国提出今后10年重点发展的9个关键技术中有4个涉及纳米技术。日本、欧盟也都斥巨资用于纳米材料与技术的开发。我国将其列入“863”、“973”计划和“十五”、“十一五”规划，在2001年7月下发了《国家纳米科技发展纲要》，指出我国纳米科技在今后5～10年的主要目标：在纳米科学前沿取得重大进展，奠定发展基础；在纳米技术开发和应用方面取得重大突破；逐步形成精干的、具有交叉综合和持续创新能力的纳米科技骨干队伍；建立全国性的纳米科技研发中心和以企业为主体的产业化基地，促进基础研究、应用研究和产业化的协调发展。2004年曼彻斯特大学的Geim和Philip Kim首先发现了该材料并于2010年获物理学诺贝尔奖。石墨烯的出现打破了二维晶体无法真实存在的理论预言，带来了众多出乎人们意料的新奇特性，使它成为继富勒烯和碳纳米管后又一个里程碑式的新材料。目前，该材料的研究和产业孕育开发正在全世界范围内轰轰烈烈地展开，都在力争抢占石墨烯产业创新的制高点。光纤通信材料 磁存储和光盘存储为主的数据存储材料；压电晶体与薄膜材料；贮氢材料和锂离子嵌入材料为代表的绿色电池材料等。这些基础材料及其产品支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等现代信息产业的发展。电子信息材料的总体发展趋势是向着大尺寸、高均匀性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向发展。当前的研究热点和技术前沿包括柔性晶体管、光子晶体、SiC、GaN、ZnSe等宽禁带半导体材料为代表的第三代半导体材料、有机显示材料以及各种纳米电子材料等。电子信息材料及产品支撑着现代通信、计算机、信息网络技术、微机械智能系统、工业自动化和家电等现代高技术产业。电子信息材料产业的发展规模和技术水平，已经成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志，在国民经济中具有重要战略地位，是科技创新和国际竞争最为激烈的材料领域。

新能源材料

寻找清洁的能源和可再生能源是当今世界共同关心的问题。太阳能是一种用之不竭的绿色环保能源，太阳能电池材料是新能源材料研究开发的热点，自从1954年单晶硅太阳能电池在贝尔实验室问世以来，硅电池因其较高的光电转换效率（约20%）而在各类光伏电池中占据主导地位。但由于其制造工艺复杂、硅原材料的短缺而限制了硅电池的广泛应用。寻找与传统能源材料价格相当的新材料和制备工艺是太阳能电池能够得到普及的关键。IBM公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达40%。美国能源部在全部氢能研究经费中，大约有50%用于储氢技术。固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜和电池阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等，都是目前产业关注的热点。另外，薄膜太阳能电池由于大大地减少了半导体材料的消耗，也容易批量生产，从而大幅度地降低了太阳能电池的成本，但是效率相对较低，目前商用薄膜电池的光电转换效率只有6～8%。随着纳米技术的发展和成熟，纳米结构材料成为新颖的太阳能电池材料，在太阳能电池中使用纳米结构材料将能够提高太阳能电池的光电转换效率，降低电池的生产成本，对于实现太阳能电池的大规模应用将起着重要的作用，例如燃料敏化纳米晶膜太阳能电池的光电转换效率已达到11.04%，而其成本只有传统硅光电池的十分之一，已成为目前应用前景看好的光电转换器件。

5、课题研究的方法及研究中的主要难点及解决方法

课题主要采用文献法，即通过查阅各类资料、图表等,分析、比较得出结论。搜集和分析研究各种现存的有关文献资料，从中选取信息，以达到某种调查研究目的的方法。它所要解决的是如何在浩如烟海的文献群中选取适用于课题的资料，并对这些资料做出恰当分析和使用。

课题研究中存在的问题

（1）理论支撑的力度不够

课题研究，离不开理论学习，无论是研究的方法、研究的途径、手段，必须经过一系列的理论学习，没有理论做指导，任何一种的研究都是盲目的，甚至是无从着手的，没有成体系的理论依据来指导自己的课题研究以致理论依据比较单薄，无法支撑课题。

（2）盲目的选取材料 在进行课题的研究过程中，对于浩瀚如烟的资料，刚开始时我将显得分外芒然，不知该怎么从这些资料中选取有用的资料来为课题服务。解决方法

通过老师的讲解及专业知识的学习，加深对于课题理论知识的认识和了解。收集资料初步研究，在找到相关资料后，对问题进行初步讨论和研究，查找解决问题的有关理论、文献，充分占有资料，听取专业老师及各方意见，以便为总体计划的拟定做好诊断性评价。

6、总结

目前新型功能材料是世界各国研究的热点，充满了机遇和挑战，新技术、新专利层出不穷，新型功能材料在整个新材料产业中的市场份额越来越大，我国目前在功能材料的创新性研究和产业化方面与发达国家相比仍有较大差距。但近年来，在国家“863”、“973”、国家自然科学基金等计划的支持下在功能材料领域取得了丰硕的成果，取得了一批接近或达到国际先进水平的研究成果，在国际上占有了一席之地，培养了一批优秀的功能材料研发人才和队伍，随着我国在功能材料系统集成和产学研相结合等方面的完善，我国新型功能材料产业化的能力将得到大幅的提升和快速的发展。

参考文献

[1] “科学中国人”，2013年2期，P60-64.[2] 殷景华，等.“功能材料概论”，哈尔滨工业大学出版，ISBN978-7-5603-1384-9，2009年7月。

[3] 张立德，牟季美.“纳米材料和纳米技术”，科学学出社，ISBN978-7-03-008459-0，2008年1月。

[4]功能材料及其应用手册编写组.功能材料及其应用手册.北京：北京机械工业出版社

[5]高技术新材料要览编辑委员会.高技术新材料要览.北京：中国科学技术出版社

[6]师昌绪.新型材料与材料科学.北京: 科学出版社,1988.14

第四篇：乡村旅游规划之古村落保护开发研究篇：申世界文化遗产,促古堡大发展-北京山合水易规划设计院

【乡村旅游规划之古村落保护开发研究篇】

摘要：中国具有悠久的历史文化，但是，文化资源不注重保护就难以留存。具有历史文化内涵的古村落该如何保护来传承民俗历史文化，不仅是地方政府应该考虑的问题，更是每一个人应该关注的问题。北京山合水易规划设计院在做乡村旅游项目规划时，有许多项目涉及古村落保护问题，本文以中国河北蔚县古村堡群保护规划为例进行古村落保护的创新研究，以期古村落保护能够得到重视，并且有更好的发展前景。

申世界文化遗产，促古堡大发展

——乡村旅游规划之古村落保护与开发创新总结

北京山合水易规划设计院 乡村旅游研究中心

一、项目背景

蔚县位于河北省西北部，总面积3220平方千米，东距首都北京244公里，北距张家口市162公里，南距省会石家庄343公里，西至山西大同200公里，是东出西联、承南接北的重要枢纽。蔚县有着3000多年的历史，是一座有着众多珍贵古建筑和独特文化脉络的历史文化名城。蔚县是全国文化先进县，是中国民间艺术之乡、中国剪纸艺术之乡，中国剪纸艺术研究基地。其中，暖泉镇是“全国历史文化名镇”，北方城村是“全国历史文化名村”，代王城镇是“河北省历史文化名镇”，南留庄村和上苏庄村是“河北省历史文化名村”。蔚县的古村堡古有“八百庄堡”之说，“十里一堡，五里一庄，有村便有堡，见堡即是村”，时至今日，仍遗存有345座古村堡，其中保存完整和比较完整的有242座。

二、保护模式的创新提出

蔚县古村堡数量庞大，地面构筑物、建筑物内容丰富，类型多样，在历史、军事、民俗、建筑等多方面都有着不可替代的价值。然而，这样有价值的历史财富并没有得到很好的保护，原有的古堡墙破坏严重，有些古村堡的轮廓与外围村庄失去了明显的界线，新建民居与传统民居不相协调，在一定程度上破坏了古城原有的空间格局。

针对于这样的情况，宏观上，北京山合水易规划设计院创新性的提出在古村堡保护的大前提下，以古堡资源作为串联，通过形象、技术、学术、商务等平台的搭建，形成文化、科技、信息、商务、人才、资金、服务、物料等多重要素的聚集，实现保护平台国际化、资源价值最大化、实施途径多元化，最终构建国家级古村落保护区，成为世界级文化遗产。

结合实地考察，北京山合水易规划设计院发现蔚县的每座古村堡的历史价值、现存情况等都有所不同，为了使得保护规划能够具有可操作性和针对性，北京山合水易规划设计院对蔚县现存的古村堡进行了梳理，并在一类保护古村堡中提炼了五个先期重点保护古村堡，并根据古村堡的现存资源情况，对古村堡的重要的五个资源体系进行了评价，根据古村堡遗存情况调研，提出了古村堡的分类保护及开发实施办法。

三、古堡保护与开发的创新结合

北京山合水易规划设计院认为，蔚县的古村堡除了要进行全面的保护外，还要将保护与开发相结合，将合理的开发融入保护之中。

根据蔚县古村堡的特点，北京山合水易规划设计院对古村堡保护区的主题定位提出了“古韵蔚州，古堡丰汇——世界古堡之最（林）”，突出了蔚县古村堡的历史文化底蕴和其古村堡集聚的群落特征，古韵蔚州同时又是一个风情的蔚州，风情主要体现在五个方面，即：

边情——蔚县位于冀西北山地、黄土高原和内蒙高原交汇处，处于内外长城之间的边关地带。为抵御塞外匈奴的侵略，古代曾在此筑赵长城，明代大修古堡，历史上这里曾是军事要地，涌现许多抗日战争英雄事迹。“边情”形容塞外风情及边关特征，是蔚县古堡大大门形象，是东部主题古堡保护区的整体发展格调。

农情——蔚县是京津农产品供应基地，是河北省最大的杏扁、贡米生产基地。农业依然是大部分人的主要经济来源，从而形成了具有当地特色的一系列农产品如杏扁、贡米、胡麻油及具有较高知名度的蔚县杂粮。“农情”不但是当地农业风俗的体现，更是现代化社会主义新农村风貌的整体展现。

丰情——“丰”，丰收，丰富多彩。当地人为了祈求丰收来祭拜火神、祭拜雹神、雨神等等，丰收了为此扭秧歌、跑活马、耍旱船等等，在丰收的背景下形成了当地丰富多彩 的民俗活动。丰情是蔚县人民淳朴生活劳作的形象展示，对城市居民尤其具有很强的吸引力。

神情——蔚县素来有“八百庄堡”之说，且堡堡有庙，其中上苏庄村就有庙宇14座，卜北堡有庙宇28座，由此可见，祭神已经是当地民俗生活当中不可或缺的部分，人们将淳朴的愿望寄托于神，真武庙、观音庙、华严寺、五道庙、三义庙、释迦寺、地藏寺等一同构成了当地宗教习俗，是人们生活方式的一种体现。

民情——当地人的生活习惯本身就是一道风景，比如抽烟袋、住土炕、挖地窖、赶驴车，玩古纸牌等等，深入民情，体会当地人的生活世界，回味曾经的趣味童年时代，同样是一种很有意义的文化。同时，古堡的保护与开发，也引进了时代发展的文化科技元素，改善当地人的思想及经济状况，有利于当地人素质及生活条件的提升。

按照古堡未来的发展方向、区位关系及资源特点，北京山合水易规划设计院最终提出将重点古村堡保护空间划分为五个主题保护区，对每个主题保护区进行主题定位和功能定位，促使古村堡未来更加有序的发展。

四、结语

蔚县的古村堡历史悠久，特色鲜明，文化性强，布局密集，作为古堡群在中国较为稀有，有很强的独特性和唯一性。对于古堡群的保护刻不容缓，保护规划针对古村堡的现状情况，北京山合水易规划设计院提出了创新型的保护模式

和切实可行的保护措施，对于日后古村落文化遗址保护实施和发展，以及乡村旅游的规划建设都具有重要的指导意义。