逻辑学研究方法在中医领域中的应用论文（5篇模版）

第一篇：逻辑学研究方法在中医领域中的应用论文

中医是中国传统文化的组成部分,在悠久的历史中曾经创造出了灿烂的辉煌“观今宜鉴古，无古不成今”当今中医事业进一步发展在于如何准确的理解古人的医学思想,思维方式,如何继承前人的医疗经验。随着现在医学的发展,科学实验的兴起，中医理论，医疗模式受到了极大的影响和冲击,支撑中医理论的科学性问题,诊疗过程的规范化,流程化问题，中药作用靶向问题都需要我们在准确继承古人思想精髓的基础上做出合理的解释。继承是发展的基础,但古今思维方式的巨大差异可能会导致我们思想认识上的误区，究其原因，是由于一个人的思维方式不仅与其所受到的教育文化有关,还与其所处的时代背景,所生活的地理环境条件,所处之处的生产方式,个人的身份地位，心理变化,关注焦点,所接触的病人疾病种类等因素相关。在曰常生活工作中，人们说话,做事都是在遵循一定的逻辑基础下的行为，它是一种先天能力，是基于语言的思维模式和推理方法,是人们为了实现自己意图的做事方式。逻辑学是研究思维形式,思维规律的学科，它既是一门基础性学科，又是一门工具性学科,人们思维方式正确与否,表达的思想是否周密,是否具有可论证性，是否是必然性的推理都是通过逻辑学这一工具去衡量。古代中国曾经是世界逻辑发展的三大源流之由于历史上种种原因的限制，没有形成形式化,系统化的逻辑学建构体系，未能进入世界逻辑发展的主流之中，这只能说明中国没有形成完备的逻辑学框架，而并不能质疑中国是否有逻辑。既然逻辑是人们大脑中的思维方式，而中医学继承和发展的关键在于合理的理解古代医者的思维方式，将逻辑学研究方法引入到中医领域中来，以期更好的解读古人的思维方式和当今的临床诊疗思维模式，就显得十分的必要了。本文首先对中医领域中已采用的逻辑学方法进行了分类梳理，通过从古至今逻辑学自身发展变化的过程，结合前人的工作经验，分析各阶段逻辑方法的优势和应用点，通过比较为研究中医思维方式找到了合适的逻辑学研究方法：语言逻辑中的言语行为理论。

1.逻辑学在中医中的应用

1.1传统逻辑方法在中医中应用

传统逻辑方法指的是1900年以前的逻辑学发展，主要包括了亚里士多德逻辑（三段论、假言推理）和中世纪逻辑(命题逻辑）。假言推理是一种重要的推理形式，甚至可以说它是一种先天的逻辑能力，后世的分离规则均来源于此，之后逻辑学的发展也都是以假言推理为基础发展起来的。“三段论”作为一种初级推理形式,任何理论思维都离不开它。在《内经》中，对于“三段式”推理的应用，即俯拾皆是。例如“是故味过于酸,肝气以津,脾气乃绝”这段论述的大前提是:凡木皆克土,小前提是:肝属木,脾属土，其结论则为“脾气乃绝”1]。《伤寒论》在构建“证一方”体系的过程中使用的主要是“如果某某证，那么某某方”的充分条件假言命题。假如使用必要条件假言命题,亦多将必要条件假言命题的前件构成“合取式”是这一“合取式”成为充分条件假言命题的前件,从而形成以新的充分条件假言命题。例如“伤寒脉浮缓，身不疼,但重，乍有轻时，无少阴证者,大青龙汤发之”即是“伤寒脉浮缓，身不疼,但重，乍有轻时”与“无少阴证者”的“合取”从而形成“大青龙汤发之”的充分条件2,诸如此类。

传统逻辑方法所面临的难点是逻辑究竟有无民族性的问题。不同民族,不同语言，不同文化背景的人在认知模式上是有很大不同的。中国古人是否与古希腊人一样应用的是三段论逻辑推理方式？从目前的研究来看,逻辑是有民族性的，中国的古人所使用的并非是西方的三段论逻辑推理方式。中国古人更多的应用的是类比和归纳，而非是演绎的推理方式,这是由中国古代的农耕文化所决定的，古人们追求的政治理想和生活目标是“修身，齐家”他们在广茂的土地上辛勤劳作，俯仰天地,仰观宇宙，把自己视为自然宇宙的一部分,把自然事物与自身与身边的事物相联系,用隐喻,归纳的方法认识事物，这一点可以从农谚，二十四节气中得到佐证，二十四节气就是人们在劳作过程中，通过总结经验,并与自然事物相联系而形成的带有隐喻手法的智慧果头。

归纳推理和类比推理起源于近代实验科学发展之时,归纳推理和类比推理是完全不同于演绎推理的推理形式。归纳逻辑是从个别性例证到一般性原理的推理，或是从个别性论断到另外的个别性论断的推理,包括完全归纳,不完全归纳和简单枚举。除完全归纳以外都是一种非必然推理的形式。类比推理是根据两个或两类事物在一系列属性上的相似,从而推出他们在另一个或另一些属性上也相似的推理,也属于一种或然性推理。在演绎一统天下的上个世纪没有得到很好的重视,如今在认知科学的背景下又重新绽放光芒。贾春华等在类比方法上借助语言学研究成果建立了“方剂语法语义”假说。王宏利认为：取象比类思维是中医学特有的思维方式,它既不同于严格的逻辑思维,也不是直观的灵感思维。取象比类思维具有自身特定的逻辑性。它以象为思维的基本单位,经过取象、移象、比类的过程,最终得出思维结果。这一过程的发生是以某些事物存在的时空相同、数类相符或态势相似等为逻辑前提4。中国古人这种独特的推理方式应该得到我们的重视。

1.2基本逻辑方法在中医中应用

基本逻辑方法主要指的是19世纪末到20世纪30年代经典逻辑方法以及由经典逻辑扩充或变异而来的模态逻辑,多值逻辑,模糊逻辑,直觉主义逻辑,相干逻辑等方法。

经典逻辑,又称数理逻辑/数学逻辑，它是在解决由罗素悖论所导致的整个数学基础是什么的问题上产生的，在解决这一问题的过程中，产生了数学逻辑的四大分支，即公理集合论,模型论,证明论和递归论，后来在这四大分支基础上又形成的逻辑演算。1930年哥德尔证明了作为逻辑演算基础的一阶逻辑的完全性定理，即一阶逻辑是一致的，它当中是没有矛盾的，所有定理都是真的；同时该系统也是完全的，所有真的都是可证的，由此数学基础问题得到了彻底的解决。但是,1931年哥德尔却又在该系统中发现了真而不可证明的命题,这就是哥德尔不完全性定理。之后，经典逻辑向着两个方向发展,一个是经典逻辑的扩充,就是不触动经典逻辑的基本公理和规则，但增添新的算子以及相应的公理和规则，如模态逻辑、时态逻辑、道义逻辑、认知逻辑、优先逻辑等；一个是经典逻辑的变异,就是虽然使用与经典逻辑相同或相近的词汇，却从根本上修改了公理和规则，从而得到新的逻辑系统，如多值逻辑,模糊逻辑，量子逻辑、亚协调逻辑等。经典逻辑加上对经典逻辑的扩充和变异合称为基本/基础逻辑。

基本逻辑的方法是人们在进行科学研究过程中由于不满自然语言的歧异性,模糊性,而试图设计出的一套符号语言,试图利用这套符号无矛盾的,严密的推演出整个我们所认为的科学理论问题和哲学问题。这样的符号语言（形式语言）在30世纪的时候达到顶峰，其中代表这种语言革命哲学的巅峰之作就是维特根斯坦早期的《逻辑哲学论》,标志着第一次语言转向。

以王瑞祥对《伤寒论》的研究为例，他用数理逻辑解读典籍原文,提出了对中医语言进行符号化、规范化的思路，例如《伤寒论》中有如下关于太阳病治疗的语句“太阳中风，阳浮而阴弱。阳浮者，热自发；阴弱者，汗自出。啬啬恶寒,淅淅恶风,倉倉发热,鼻鸣干呕者，桂枝汤主之/’“太阳病…，无汗,恶风,葛根汤主之/’“太阳病，头痛发热，身疼，腰痛，骨节疼痛，恶风，无汗而喘者，麻黄汤主之。用F(x)表达使用x方剂,则上述语句可以转化为如下蕴含表达式：Z(太阳中风）AS(鼻鸣）AS(干呕）F(桂枝汤）；Z(太阳病)八S(无汗）八S(恶风）F(葛根汤）；Z(太阳病）八S(头痛)AS(发热）AS(腰痛）AS(骨节疼痛）AS(恶风）八S(无汗）AS(喘）F(麻黄汤）。当确定一个患者是否适用桂枝汤时,首先找到太阳病,然后根据太阳病等价公式找到太阳病的所有症状，就是S(脉浮)AS(头项强痛)AS(恶寒），如果符合，再确定是否符合鼻鸣、干呕症状，如果符合,则适用于桂枝汤5。丁占螯对中医阴阳学说与五行学说建立数学模型，提出采用动态二值逻辑的方法进行描述0。彭瑜以慢性乙型肝炎患者的苔色分类为例，提出了一种基于模糊逻辑的算法辅助中医师进行苔色诊断，建立典型舌苔隶属度矩阵，输入采集图像并进行推理,确定模糊输出H。周昌乐等介绍引入次协调逻辑、缺省推理逻辑等先进逻辑来与中医诊断学结合的思想和方法，为今后构造一种符合中医诊断原则的中医阴阳五行推演逻辑系统做准备，用来描述基本的中医辨证推演过程8。贾春华以相干蕴涵原理为基础对《伤寒论》中的条件句予以分析08。运用基本逻辑的方法的难点在于：能否用一套形式化的语言代替自然的中医语言，从而解决中医语言的模糊性和歧异性,从而在形式语言的框架下，无矛盾的推出整个中医理论。从逻辑学的发展历程上来看，这种想法行不通。但是这样的研究仍然是有意义的，只有吸收了形式化的研究成果,才能更好的解读中医的自然语言,这一点在逻辑学发展上也是如此，逻辑学中第二次语言转向中，自然语言研究中正是吸收了形式语言的研究成果，才形成了形式化的自然语言,才能形成与传统逻辑自然语言完全不同的自然语言,完成否定之否定的转化过程。

1.3当代逻辑方法在中医中应用

当代逻辑方法主要是指以基础逻辑作为研究工具，各学科相互交叉而形成的哲学逻辑、语言逻辑、人工智能逻辑和认知逻辑。1931年哥德尔发现不完全性定理后，维特根斯坦也意识到早期的形式系统存在问题，这些发现破灭了人们在逻辑学发展道路上试图构造出一种纯净的语言，并在该语言框架下构造出纯净的逻辑系统，用该系统说明人类思维的一切真理的理想。这种理想语言和纯粹逻辑的局限性使得逻辑学家重新思考人类对逻辑的想法是否正确。维特根斯坦很快从早期对纯粹逻辑的崇拜返回到自然语言，著成《哲学研究》,提出语言游戏论，这就是第二次语言转向。50年代相继出现了一批语言学派和逻辑学派的大师,他们均返回到无比丰富的自然语言中，代表性的有乔姆斯基的句法学，蒙太格的语义学，以及奥斯汀和塞尔的语用学。经过60年代的发展,语言逻辑和语言哲学的三大派均已发展成熟。1975年认知科学建立，带动了包括逻辑学在内的各门学科的发展。基础逻辑成为各个领域的研究工具,各门学科相互交叉,形成了哲学逻辑、语言逻辑、人工智能的逻辑和认知逻辑。哲学逻辑研究经典逻辑自身的问题,逻辑的基本概念以及经典逻辑的扩充与变异产生的各种结果。对他们的研究是把经典逻辑自身作为对象，因而越出逻辑学的范围，成为哲学逻辑的对象M。语言逻辑是现代语言学与现代逻辑学的交叉学科,他是孕育于语言哲学之中成长起来的。它与语言哲学都是研究句法学，语义学，语用学，不同的是语言哲学侧重于哲学方面，而语言逻辑侧重于逻辑方面。人工智能逻辑是逻辑学与计算机科学交叉产生出来的学科,包括了布尔代数，可计算性理论，计算机编程的逻辑,格论逻辑,矩阵逻辑,递归论,组合逻辑,概率逻辑等。认知逻辑是逻辑学与认知科学交叉产生出来的学科。包括心理逻辑，文化与进化的逻辑,神经系统的逻辑。

比如:桂起权认为古代中医理论的逻辑基础在于辩证逻辑，中医理论在古代阴阳辩证法思想指引下，通过“以形正名”形成类概念（包括证型、典型模式）,通过“取象比类”进行归类判断，由将新案例代入典型模式,推测出未知。从而完成了由现象把握本质、由感性上升到理性、由经验上升到理论的认识过程,也使中医学能够透过现象抓住生命和疾病的本质规律。于是构筑起中国人特有的富于朴素辩证逻辑意味的医学理论体系。贾春华从认知语言学特别是隐喻认知的立场多中医学的诸多概念进行分析探究，分析探究中医概念中所蕴含的比喻的、想象的、类比的东西……症状与症状之间的联结就是语法,证候的临床意义就是语义,证候出现的背景，就是它的语用。由此可见，证候的研究不只是一个临床意义所能解决的，必将涉及到症状所出现的背景以及“症状体征序列”之间的关系[12]。刘奋荣运用动态认知逻辑的系统思想对中医治疗的总原则进行分析和阐释,揭示其动态的特征，中医诊疗之总则“观其脉证，知犯何逆，随证治之”是一个典型多主体的动态过程，其中信息在中医学家和患者的具体交流中不断流动，导致中医学者和患者认知的变化。把中医学家和患者之间的交流看作是一个多主体认知系统中主体间的信息互动。

2.讨论

通过上述的分析,我们看到,0世纪前后，数学逻辑取得了一统天下的地位，其作用也被无限放大。由此形成的哲学派别被称为逻辑实证主义。数学逻辑的影响如此之大，以至于在21世纪的今天我们的头脑里仍然受到这种逻辑实证主义的影响，我们所探究的自然科学问题必须用实验室数据去验证我们提出的假说；世界上所有发生的事件都被看为是一个个的命题,原子命题对应原子事件,复合命题对应复合事件,将自然语言翻译成形式语句，形式语句的真假性可以通过数学逻辑的推导得到证明，似乎只有且仅有通过这两种方法得到证实的东西我们才称之为科学。中医的问题既不能通过实验反复验证，也不能通过严密的数学逻辑的推导得到证实，因而被质疑为是不科学的，但是逻辑实证主义的思想本身随着逻辑学的发展也逐步被人们认识到是不完善的，是有漏洞和缺陷的,而我们仍然还在用这种标准去衡量一切事情的真伪,会造成认识上的错误。

在解读古人思维方式和当今中医诊疗思维模式时，我们应当重视将当代逻辑方法引入中医领域中来，尤其应当重视自然语言逻辑研究方法。借助于符号学的分类方法，自然语言研究被分为句法学，语义学和语用学三个部分。句法学研究的是语言符号的空间排列关系，语义学研究的是语言符号与现实世界的关联，语用学则不仅侧重于语言符号与现实世界的关联,更加重视的是语言和语言使用者之间的关系,也就是说一个语句最完整的意义是语用学上的定义。语用学涉及五大要素，即说话者，时间，语境，地点，听话者，中医医家的思想必然与当时的政治、历史、文化环境相联系，即使处于同一时代的医家，由于其所处的地理环境条件的不同也会产生出不同的医学思想。同时，医家的医学思想还会受到医家心理，焦点，预设等的影响，再运用隐喻,类比等手段表现出来，这些也都是语用学关注和研究的重点。形式语用学的核心是言语行为理论。言语行为理论关注的是我们在说话过程中的一类特殊的语言，这类语言我们使用它的目的不是为了“说”而是为了“做事”其最早可以追溯到20世纪30年代维特根斯坦建立的“语言游戏论”他认为人们的说话是一种受规则支配的行为。20世纪50年代初，牛津学派分析哲学家奥斯汀在维特根斯坦后期思想的影响下，重视对日常语言的语词和语句意义的分析,特别是对语言使用条件即语境因素的分析,在维特根斯坦所描绘的“语言游戏论”的蓝图下，构建起言语行为理论的具体框架,彻底改变了人们对语言的性质和功能的看法。之后奥斯汀的重要思想”doingsomethinginsayingsomething”被其学生塞尔等人丰富发展，形成了言语行为理论,开辟了语言哲学发展的新时代。中医学中无论是记录古人思想的中医古籍，还是现今中医的诊疗过程,都是用自然语言为载体进行表述的。例如我们在诊疗过程中，问诊的过程就可以看做是一个言语行为的过程，医者有什么样的思维方式就会问出什么样的问题，医者问诊的内容不是为了“说事”（sayingsomething),更是用来“做事”（doingsomething)的,利用该方法可以更好的认识中医诊疗过程中的各类认知和思维规律问题。

3.总结

逻辑学作为反应人类思维和认知规律的一门科学，可以很好的诠释古代医者思维方式和和当代名老中医的临床诊疗思维模式。自然语言逻辑研究方法中的语用学研究重视的是说话者（医者）,听话者（患者）,时间，语境，地点等各种要素对语句意义的影响，此外语用学研究还重视对心理,预设,焦点，隐喻的分析,其理论核心言语行为理论更加重视的是我们所说的语言中不仅为了“说事”更为了“做事”的那一部分语言，这些对于分析中医诊疗思维模式和规律具有重要的作用，是一种能将各种实际因素都能完全考虑进去的方法,该方法相对于其他逻辑学研究方法而言,既保留了自然语言无比丰富的特点，又吸收了形式逻辑发展的精华,在分析古代医者和当代名老中医的思维诊疗模式中具有更大的优势。

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