生物材料的发展现状篇1
一、生物医用高分子材料的特点
生物医用高分子材料是一种聚合物材料，主要用于制造人体内脏、体外器官、药物剂型及医疗器械。按照来源的不同，生物医用高分子材料可以分为天然生物高分子材料和合成生物高分子材料2种。前者是自然界形成的高分子材料，如纤维素、甲壳素、透明质酸、胶原蛋白、明胶及海藻酸钠等；后者主要通过化学合成的方法加以制备，常见的有合聚氨酯、硅橡胶、聚酯纤维、聚乙烯基吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯等。按照材料的性质，生物医用高分子材料可以分为非降解材料和降解材料。前者主要包括聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃，芳香聚酯、聚硅氧烷等；后者包括聚乙烯亚胺—聚氨基酸共聚物、聚乙烯亚胺—聚乙二醇—聚（β-胺酯）共聚物、聚乙烯亚胺—聚碳酸酯共聚物等。
生物医用高分子材料作为植入人体内的材料，必须满足人体内复杂的环境，因此对材料的性能有着严格的要求。首先，材料不能有毒性，不能造成畸形；其次，生物相容性比较好，不能与人体产生排异反应；第三，化学稳定性强，不容易分解；第四，具备一定的物理机械性能；第五，比较容易加工；最后，性价比适宜。其中最关键的性能是生物相容性。
根据国际标准化组织（internationalStandardsorganization，iSo）的解释，生物相容性是指非活性材料进入后，生命体组织对其产生反应的情况。当生物材料被植入人体后，生物材料和特定的生物组织环境相互产生影响和作用，这种作用会一直持续，直到达到平衡或者植入物被去除。生物相容性包括组织相容性、细胞相容性和血液相容性。
二、生物医用高分子材料的发展历史
人类对生物医用高分子材料的应用经过了漫长的阶段。根据记载，公元前3500年，古埃及人就用棉花纤维和马鬃缝合伤口，此后到19世纪中期，人类还主要停留在使用天然高分子材料的阶段；随后到20世纪20年代，人类开始学会对天然高分子材料进行改性，使之符合生物医学的要求；再后来人类开始尝试人工合成高分子材料；20世纪60年代以来，生物医用高分子材料得到了飞速发展和广泛的普及。1949年，美国就率先发表了研究论文，在文中第1次阐述了将有机玻璃作为人的头盖骨、关节和股骨，将聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床应用情况，对医用高分子的应用前景进行了展望。这被认为是生物医用高分子材料的开端。
在20世纪50年代，人类发现有机硅聚合物功能多样，具有良好的生物相容性（无致敏性和无刺激性），之后有机硅聚合物被大量用于器官替代和整容领域。随着科技的发展，20世纪60年代，美国杜邦公司生产出了热塑性聚氨酯，这种材料的耐屈挠疲劳性优于硅橡胶，因此在植入生物体的医用装置及人工器官中得到了广泛应用。随后人工尿道、人工食道、人工心脏瓣膜、人工心肺等器官先后问世。生物医用高分子材料也从此走上快速发展的道路。
三、生物医用高分子材料的发展现状、前景和趋势
据相关研究调查显示，我国生物医用高分子材料研制和生产发展迅速。随着我国开始慢慢进入老龄化社会和经济发展水平的逐步提高，植入性医疗器械的需求日益增长，对生物医用高分子材料的需求也将日益旺盛。2015年1月28日，中国医药物资协会的《2014中国单体药店发展状况蓝皮书》显示，2014全年全国医疗器械销售规模约2556亿元，比2013年度的2120亿元增长了436亿元，增长率为20.06%。但是相比于医药市场总规模（预计为13326亿元）来说，医药和医疗消费比为1∶0.19还略低，因此业内普遍认为，医疗器械仍然还有较广阔的成长空间，生物医用高分子材料也将迎来良好的发展前景。
根据evaluatemedtech公司基于全球300家顶尖医疗器械生产商的公开数据而得出的报告《2015-2020全球医疗器械市场》预测，2020年全球医疗器械市场将达到4775亿美元，2016-2020年间的复合年均增长率为4.1%。世界医疗器械格局的前6大领域包括：诊断、心血管、影像大型设备、骨科、眼科、内窥镜，其中生物医用高分子材料在其中都得到了广泛的应用。
以往的医学研究对组织和器官的修复，更多是选择一种替代品，实现原有组织和器官的部分功能。随着再生医学和干细胞技术的迅速发展，利用生物技术再生和重建器官、个性化治疗和精准医学已经成为趋势。因此传统的生物医药高分子材料已经不能满足现有的需求，需要模拟生物的结构，恢复和改进生物体组织与器官的功能，最终实现器官和组织的再生，这也是生物医用高分子材料未来的发展方向。
生物医用高分子材料在医疗器械领域中得到了非常广泛的应用，主要体现在人工器官、医用塑料和医用高分子材料3个领域。
1.人工器官
人工器官指的是能植入人体或能与生物组织或生物流体相接触的材料；或者说是具有天然器官组织或部件功能的材料，如人工心瓣膜、人工血管、人工肾、人工关节、人工骨、人工肌腱等，通常被认为是植入性医疗器械。人工器官主要分为机械性人工器官、半机械性半生物性人工器官、生物性人工器官3种。第1种是指用高分子材料仿造器官，通常不具有生物活性；第2种是指将电子技术和生物技术结合；第3种是指用干细胞等纯生物的方法，人为“制造”出器官。目前生物医用高分子材料主要应用在第1种人工器官中。
目前，植入性医疗器械中骨科占据约为38%的市场份额；随后是心血管领域的36%；伤口护理和整形外科分别为8%左右。人工重建骨骼在骨科产品市场中占据了超过31%的市场份额，主要产品是人工膝盖，人工髋关节以及骨骼生物活性材料等，主要应用的生物医用高分子材料有聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、聚砜、聚左旋乳酸、乙醇酸共聚物、液晶自增强聚乳酸、自增强聚乙醇酸等。心血管产品市场中支架占据了一半以上的市场份额，此外还有周边血管导管移植、血管通路装置和心跳节律器等。
目前各国都认识到了人工器官的重要价值，加大了研发力度，取得了一些进展。2015年，美国康奈尔大学的研究人员开发出了一种轻量级的柔性材料，并准备将其用于创建一个人工心脏。在我国，3D打印人工髋关节产品获得国家食品药品监督管理总局（CFDa）注册批准，这也是我国首个3D打印人体植入物。
人工器官未来发展趋势是诱导被损坏的组织或器官再生的材料和植入器械。人工骨制备的发展趋势是将生物活性物质和基质物质组合到一起，促进生物活性物质的黏附、增殖和分化。血管生物支架的发展趋势是聚合物共混技术，如海藻酸钠/壳聚糖、胶原/壳聚糖、胶原/琼脂糖、壳聚糖/明胶、壳聚糖/聚己内酯、聚乳酸/聚乙二醇等体系。
2.医用塑料
医用塑料，主要用于输血输液用器具、注射器、心导管、中心静脉插管、腹膜透析管、膀胱造瘘管、医用粘合剂以及各种医用导管、医用膜、创伤包扎材料和各种手术、护理用品等。注塑产品是医用塑料制品当中产量最大的品种。与普通塑料相比，医用塑料要求比较高，严格限制了单体、低聚物、金属离子的残留，对于原材料的纯度要求很高，对加工设备的要求也非常严格，在加工和改性过程中避免使用有毒助剂，通常具有表面亲水、抗凝血等特殊功能。常用医用塑料包括聚氯乙烯（pVC）、聚乙烯（pe）、聚丙烯（pp）、聚四氟乙烯（ptFe）、热塑性聚氨酯（tpU）、聚碳酸酯（pC）、聚酯（pet）等。
目前医用塑料市场约占全球医疗器械市场的10%，并保持着每年7%～12%的年均增长率。统计数据显示，美国每人每年在医用塑料领域消费额为300美元，而我国只有30元，由此可见医用塑料在我国的发展潜力非常大。
我国医用塑料制品产业经过多年的发展，取得了长足的进步。中国医药保健品进出口商会统计数据显示，2015年上半年，纱布、绷带、医用导管、药棉、化纤制一次性或医用无纺布物服装、注射器等一次性耗材和中低端诊断治疗器械等成为我国医疗器械的出口大户。但是也必须清醒地认识到，我国的医用塑料发展水平还比较落后。医用塑料的原料门类不全、生产质量标准不规范、新技术和新产品的创新能力薄弱，导致一些高端原料导致国内所需的高端产品原料还主要靠进口。
目前各国都认识到了医用塑料的重要价值，加大了研发力度，取得了一些进展。2015年，英国伦敦克莱蒙特诊所率先开展了塑胶晶状体移植手术，不仅可以治疗远视眼或近视眼，还可以恢复患有白内障和散光者的视力；住友德马格公司推出一种聚甲醛（pom）齿轮微注塑设备，在新型白内障手术器械中具有重要作用；美国美利肯公司开发了一项技术，可使非处方药和保健品塑料瓶的抗湿性和抗氧化性提高30%；mHt模具与热流道技术公司开发出了pet血液试管，质量不足4g，优于玻璃试管；Rollprint公司与topaS先进高分子材料公司合作，采用环烯烃共聚物作为聚丙烯腈树脂的替代品，以满足苛刻的医疗标准；美国化合物生产商特诺尔爱佩斯推出了一款硬质pVC，以取代透明医疗零部件中用到的pC材料，如连接器、止回阀、Y接头、套管、鲁尔接口配件、过滤器、滴注器和盖子，以及样本容器。
未来医用塑料的发展趋势是开发可耐多种消毒方式的医用塑料，改善现有医用塑料的血液相容性和组织相容性，开发新型的治疗、诊断、预防、保健用塑料制品等。
3.药用高分子材料，
药用高分子材料在现代药物制剂研发及生产中扮演了重要的角色，在改善药品质量和研发新型药物传输系统中发挥了重要作用。药用高分子材料的应用主要包括2个方面：用于药品剂型的改善以及缓释和靶向作用，此外还可以合成新的药物。
药物缓释技术是指将衣物表面包裹一层医用高分子材料，使得药物进入人体后短时间内不会被吸收，而是在流动到治疗区域后再溶解到血液中，这时药物就可以最大限度的发挥作用。药物缓释技术主要有贮库型（膜控制型）、骨架型（基质型）、新型缓控释制剂（口服渗透泵控释系统、脉冲释放型释药系统、pH敏感型定位释药系统、结肠定位给药系统等）。
贮库型制剂是指在药物外包裹一层高分子膜，分为微孔膜控释系统、致密膜控释系统、肠溶性膜控释系统等，常用的高分子材料有丙烯酸树脂、聚乙二醇、羟丙基纤维素、聚维酮、醋酸纤维素等。骨架型制剂是指向药物分散到高分子材料形成的骨架中，分为不溶性骨架缓控释系统、亲水凝胶骨架缓控释系统、溶蚀性骨架缓控释系统，常用的高分子材料有无毒聚氯乙烯、聚乙烯、聚氧硅烷、甲基纤维素、羟丙甲纤维素、海藻酸钠、甲壳素、蜂蜡、硬脂酸丁酯等。
我国的高分子基础研究处于世界一流，但是药用高分子的应用发展相对滞后，品种不够多、规格不完整、质量不稳定，导致制剂研发能力与国际产生差距。国内市场规模前10大种类分别为明胶胶囊、蔗糖、淀粉、薄膜包衣粉、1，2-丙二醇、pVp、羟丙基甲基纤维素（HpmC）、微晶纤维素、HpC、乳糖。高端药用高分子材料几乎全部依赖进口。专业药用高分子企业则存在规模小、品种少、技术水平低、研发投入少的问题。
目前，药物剂型逐步走向定时、定位、定量的精准给药系统，考虑到医用高分子材料所具备的优异性能，将会在这一发展过程中发挥关键性的作用。未来发展趋势是开发生物活性物质（疫苗、蛋白、基因等）靶向控释载体。
四、结语
虽然生物医用高分子材料的应用已经取得了一些进展，但是，随着临床应用的不断推广，也暴露出不少问题，主要表现出功能有局限、免疫性不好、有效时间不长等问题。如植入血管支架后，血管易出现再度狭窄的情况；人工关节有效期相对较短，之所以出现这些问题，主要原因是人体与生俱来的排异性。
生物医用高分子材料隶属于医疗器械产业，其发展备受政策支持。国务院于2015年5月印发的《中国制造2025》明确指出，大力发展生物医药及高性能医疗器械，重点发展全降解血管支架等高值医用耗材，以及可穿戴、远程诊疗等移动医疗产品。可以预见，在未来20～30年，生物医用高分子材料就会迎来新一轮的快速发展。
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生物材料的发展现状篇2
关键词：建筑材料；现状；发展水平；探索
调查研究表明，伴随着人民物质生活水平的不断提高和经济的飞速发展，城乡建筑快速增加，同时，随着我国各大发达城市日新月异，各种各样的造型新颖、功能齐全的地标性建筑纷纷拔地而起，推动了我国建筑结构理论的研究和发展，当今社会，对建筑物的要求越来越高，国内的建筑材料和相关产业迎来了良好的发展期，由于目前国内的环境越来越恶化，建筑业已经和环保行业密切联系到一起了，因而，发展新型节能建筑材料已经成为了建筑材料的主要发展趋势，这样有利于我国构建资源节约型社会和落实科学发展观。
1建筑材料的发展现状
1.1建筑材料的使用造成了能源的消耗及环境污染
由于建筑业的快速发展，建筑领域所使用的资源以及能源越来越多，在消耗大量能源的同时也造成了环境污染问题，经济的发展促进了城市化的进程，同时也促进了国内基础设施的建设，使得建筑领域所消耗的建筑材料的数量非常可观，与此同时，也加大了原材料的消耗量，例如沙、石、铁矿石以及粘土类原材料等等，这些原材料的使用对环境造成了严重的影响，木材的大量使用也加剧了土地的沙漠化，在材料的加工过程中产生的废水、废气、废渣也同时造成了环境的污染，另外在施工过程中产生的噪音、粉尘等等都是污染源。
1.2建筑材料对健康的影响
现在健康问题越来越受到人们的重视，人们对建筑材料释放的甲醛等有机物及放射性物质对健康的影响越来越关注，据研究发现，人们在装修房子时所使用的装饰装修材料对人体健康也有重要的危害，建筑材料释放的甲醛等有机物对健康造成的危害主要在一下三个方面比较突出：第一，刺激人体的皮肤，造成呼吸困难等问题；第二，危害人体的神经系统，造成记忆力下降等等；第三，通过对呼吸道造成炎症从而使人力的免疫力下降。而建筑材料中含有的放射性物质又会造成癌症及生殖系统疾病的发病率增高。
2当前建筑材料存在的问题
虽然，我国建材发展已经取得了较大的进步和可喜的成绩，但是和国际先进水平和现代化的目标相对比的话，我国建筑材料总体的面貌比较落后的现实依旧没有改变，我国的经济增长方式仍然是粗放型的增长方式，因此，改变过度依赖资源、能源和污染环境的不可持续发展的问题还是我国全行业发展所面临的严肃而重大的课题，我国的人均资源相对不足，和其他的国家相比我们处于明显的劣势，自然资源、生态环境和经济发展之间的矛盾日益突出，变得越来越不可调和，我国建筑材料的发展受到能源、资源以及环境的严重制约，传统的建材生产方式不仅能源的利用率低，并且也对环境造成了严重的污染，这与我国倡导建设资源节约型社会和环保型社会是不相适宜的。然而，无论是国内还是国外的建筑材料市场的竞争都在不断的加剧，给建筑材料的发展带来了巨大的压力，为了提高资源的利用率和开发可再生资源，必须不断的开发节能技术和推广节能设备，提高建筑材料的质量，不断的研究生态化建筑材料。
3未来建筑材料的发展趋势
3.1发展新型节能型绿色建筑材料
近几十年来，我国的建筑材料行业一直采用了粗放型的传统生产模式，在自然资源开发的过程中，往往只重视开发，而不注重对周围环境的保护，在利用生态环境进行生产时，往往不重视对环境的改善，从而造成了今天的这种局面，建筑材料在今后的发展过程中必须重视节能，节能建筑材料是发展节能建筑的物质基础，同时也是建筑节能的有效途径。建筑材料的使用不仅改善了使用者的工作和生活环境，而且又有利于我国建设经济和社会的可持续发展目标的实现，因此，大力促进节能型建筑材料的研发是节约资源、保护环境的急切要求。
3.2提高材料的耐久性
为了提高建筑物的安全性和质量，在建筑材料的选择上要求材料具有良好的耐久性，如果材料的耐久性不够好的话就会使建筑物的使用年限受到影响，更严重的结果是：导致建筑物的破坏，因此，我国应该鼓励耐久性材料的研发工作，建筑物中使用耐久性比较强的建筑材料不仅可以延长使用寿命，降低维护保养费用，还会提高建筑物的整体水平。
3.3提高建筑材料的性能
第一，研发节约能源的墙体材料；我国过去的墙体材料所消耗的能源特别多，严重污染了环境，影响了身体健康，为了响应节约资源的号召，提高能源的利用率，使用节能环保型的墙体材料是研发节能型材料的一项重要内容，这样不仅可以解决浪费资源的问题，还可以使墙体更加美观，使整体的环境变得更优雅。第二，开发防水、防火等建筑功能的材料；城市化进程的加快不仅使建筑物变的越来越密集，而且还使建筑物的高度越来越高，电气化和燃气化的发展速度也特别快，这样建筑物内就存在了很多的火灾隐患，一旦发生火灾，其造成的损失是无法估量的，因此，发展能够防止火灾蔓延的建筑材料是一个非常迫切和至关重要的问题。第三，研发新型路面材料；随着经济的发展，我国的基础设施建设也在不断的完善，城市道路、人行道、广场等的建设量也在不断的增加，由于城市中的建筑物十分的密集，导致了路面的透气性比较差，这样路面就不能很好的适应环境的温度和湿度的变化，因此，开发具有透气性、透水性以及排水性的路面材料十分的重要，这种新型的材料可以调节土壤的湿度，将雨水导入低下，有利于植物的生长，同时延长路面材料的使用寿命。
4结语
建筑业是我国的支柱性产业，它在国民经济中占有十分重要的位置，为了适应建筑工程现代化的发展趋势，以及响应我国建设资源节约型、环保型社会的号召，使用低能耗、多功能、少污染、可循环再生的材料将是我国建筑材料的发展趋势，这样集可持续发展、环境保护、清洁生产、资源有效利用等综合效益与一体，符合时代的发展潮流和人类的发展需要。面对我国恶化的环境问题，促进绿色建材的研发和使用，转变过去的经济增长方式，提高企业在市场中的竞争力，促进经济社会的可持续发展，对于未来整个建筑行业的发展，具有十分重要的意义，其中发展环保型建筑材料就是一项很好的举措。
参考文献
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生物材料的发展现状篇3
关键词：高分子材料；化工材料；发展现状
我国自上世纪80年代以来，开始致力于高分子化工材料的研发，并且将高分子化工材料用于多种领域，满足了节能减排、高性能高科技等现代社会发展的要求。除了本文主要介绍三种材料以外，我国在烯类单体聚合、a―烯烃的聚合、乙烯基单体的光聚合与光刻胶等方面也取得很大的研究成果，随着现代科技的发展以及社会发展的进一步需求，高分子化工材料将得到进一步的开发研究，并广泛的应用于农业、工业、医学、生物、能源等领域。高分子智能材料已经成为材料科学发展的一个重要研究领域，全世界各个国家科学家都在为此作不懈的努力。从人类历史发展来看，任何一种重要材料的发明和利用，都能够把人类改造自然，创造社会的能力提高到一个新的高度，并给社会生产力和人类生产生活带来巨大的影响，使人类的物质文明建设和精神文明建设共同向前推进一大步。所以可以肯定的说，未来将会有更多更好更实用的智能材料出现在我们的面前。
一、高分子材料概念描述
所谓高分子材料是指由许多重复单元共价连接而成的，分子量很大的一类分子所组成的相关聚合物，并且具有粘弹性。高分子材料正在向以下几方面发展：高功能化，高性能化，复合化，精细化和智能化。鉴于此，我国的高分子材料在进一步开发通用的基础上，应该重点发展高分子材料品种、提高技术水平、扩大生产以进一步满足市场需要。天然高分子是存在于动物、植物及生物体内的高分子物质，可分为天然纤维、天然树脂、天然橡胶、动物胶等。合成高分子材料主要是指塑料、合成橡胶和合成纤维三大合成材料，此外还包括胶黏剂、涂料以及各种功能性高分子材料。合成高分子材料具有天然高分子材料所没有的或较为优越的性能，较小的密度、较高的力学、耐磨性、耐腐蚀性、电绝缘性等。
二、高分子材料的应用分析
（一）聚烯烃材料
聚烯烃是高分子化工材料中用量最大的，也是应用范围最广的一种，主要在汽车、建筑、家电等领域得到广泛的应用。聚烯烃是烯烃的聚合物，是由乙烯、丙烯1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α-烯烃以及某些环烯烃单独聚合或共聚合而得到的一类热塑性树脂的总称，主要通过高压聚合或者低压聚合如溶液法、浆液法等方法生产合成，主要品种有聚乙烯以及以乙烯为基础的一些共聚物、聚丙烯以及以聚丙烯为基础的丙烯共聚物。具有容易加工、综合性能良好、原料丰富，价格低廉等优点。目前，各研究机构正在研究使用过渡金属做催化剂，进行各类烯烃的聚合。近年来，随着节能减排、低碳经济以及可持续发展思想的深入，聚烯烃的合金化、高性能化和多样化成为研究的方向和重点。
（二）高分子智能材料
高分子智能材料是通过有机和合成的方法，使无生命的有机材料变得具有生物功能的一种材料。其功能可随外界条件的变化而有意识地调节、修饰和修复。形状记忆高分子材料是指在一定条件下赋予高分子材料的起始装态，当外部条件发生改变时，它可以改变成相应地形状，并能固定其形态。当外部条件再次发生改变时，智能高分子材料以特定的规律和方式再一次发生变化并恢复至起始态。从而完成从起始记忆态到固定变形态再到恢复起始态的循环过程。自行调温调光的新型建筑材料，成分是由水和聚合物构成的。在低温时聚合物是成串排列的，为透明状，能够透过90%的光线。加热时，这种聚合物就以纤维的形式聚合在一起，成乳白色，能够阻挡90%的光线。并且这种可逆过程是在两三度温差范围内完成的。具有传感功能的高分子材料，这种与传感器结合起来的高分子材料，已成为智能材料的一个新特点。例如，装有压电陶瓷传感器的机器人，可以灵敏地感觉到轴承脱离时摩擦力突然变化的情况，并迅速作出握紧反应。
（三）稀土催化材料
稀土元素具有独特的化学性能和物理组成，以稀土元素为基础的稀土功能材料在信息、生物、新技术、新能源以及环境保护等现代科学技术和现代工业发展中起着十分重要的作用，稀土催化材料比传统的贵金属催化材料相比，具有资源丰度高、成本低、生产工艺水平高以及性能优越等方面的优势。稀土催化材料不仅能够提高生产效率，最重要的是能够节约资源和能源，进而减少环境污染。上世纪60年代，中科院长春应用化学研究所运用稀土化合物组成新型催化剂用于二烯烃的聚合以及橡胶的制备，打破了传统的Z-n催化剂，取得重大研究进展。目前稀土催化材料大量运用在能源环境领域中，如汽车尾气净化、工业废气以及人居环境净化等方面。
（四）生物医用材料
生物医学材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。高分子合成的生物医用材料通过分子设计和聚合，能够获得具有良好物理性能和生物相容性的生物材料，其中高分子软材料常用做为人体软组织如血管、食道和指关节等的替代品。合成的高分子硬材料可以用作人工硬脑膜、笼架球形的人工心脏瓣膜的球形阀等；液态的合成材料如室温硫化硅橡胶可以用作注入式组织修补材料。
三、结束语
新型高分子材料对人们的日常生活和工作产生越来越大的影响，本文从几个方面介绍新型智能高分子材料。主要包括高分子材料的含义，发展现状和高分子材料的应用等几方面内容。作为一种与国民经济、高科技技术和现代化生活密切相关重要的材料已经在各个领域中发挥了巨大的作用，人类已经进入了高分子时代。
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4.生物材料在植入性医疗器械中的地位及展望姚志修
5.生物医用材料及其产业化概况与发展思考刘昌胜，陈芳萍
6.生物医用材料的发展与介入医疗器械的产业化罗七一
7.生物医用材料在医疗器械领域的应用及产业发展概述胡堃，刘晨光
8.我国生物医用材料产业面临的机遇与挑战范德增
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11.大型风电场运行的特点及并网运行的问题邓恩思
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3.英国软性电子发展战略冯瑞华，万勇，马廷灿
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生物材料的发展现状篇5
关键词：智能混凝土发展
abstract:intelligentisamodernconcretebuildingmaterialsandmoderntechnologytocombinetheproductofatraditionalconcretematerialdevelopmentoftheadvancedstage.Recallingthehistoryofthedevelopmentofconcreteintelligenceandresearchandlookforwardtoasmartconcretedevelopmenttrendsandapplicationprospectsontheresearchshouldpayattentionto.
Keywords:smartconcretedevelopment
前言
随着现代材料科学的不断进步，作为最主要的建筑材料之一的混凝土已逐渐向高强、高性能、多功能和智能化发展。用它建造的混凝土结构也趋于大型化和复杂化。然而混凝土结构在使用过程中由于受环境荷载作用。疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的影响，结构将不可避免地产生损伤积累、抗力衰减，甚至导致突发事故。为了有效地避免突发事故的发生，延长结构的使用寿命，必须对此类结构进行实时的“健康”监测，并及时进行修复。现有的无损检测方法，如声波检测X射线及C扫描等，只能定性检测，而不能定量、数据化处理，更主要的是不能实现实时监测。因而对结构内部状态的监测和损伤估计还比较困难，甚至是不可能的。传统的混凝土结构的维修方式主要是在损伤部位进行外部的加固，而对损伤的原结构进行维修比较困难，尤其是对结构内部的损伤修复更是非常困难。随着现代社会向智能化的发展，这种停留在被动和计划模式的检测与修复方式已不能适应现代多功能和智能建筑对混凝土材料提出的要求。因此，研究和开发具有主动、自动地对结构进行自诊断、自调节、自修复、恢复的智能混凝土已成为结构一功能（智能）一体化的发展趋势[1]
1智能混凝土的定义和发展历史
智能材料，指的是“能感知环境条件，做出相应行动”的材料。它能模仿生命系统，同时具有感知和激励双重功能，能对外界环境变化因素产生感知，自动作出适时。灵敏和恰当的响应，并具有自我诊断、自我调节、自我修复和预报寿命等功能。智能混凝土是在混凝土原有组分基础上复合智能型组分，使混凝土具有自感知和记忆，自适应，自修复特性的多功能材料。根据这些特性可以有效地预报混凝土材料内部的损伤，满足结构自我安全检测需要，防止混凝土结构潜在脆性破坏，并能根据检测结果自动进行修复，显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感知和记忆、自适应。自修复等多种功能的综合，缺一不可，以目前的科技水平制备完善的智能混凝土材料还相当困难。但近年来损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土。仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相继出现；为智能混凝土的研究打下了坚实的基础。
1.1损伤自诊断混凝土
自诊断混凝土具有压敏性和温敏性等自感应功能。普通的混凝土材料本身不具有自感应功能，但在混凝土基材中复合部分其它材料组分使混凝土本身具备本征自感应功能。目前常用的材料组分有：聚合类、碳类、金属类和光纤。其中最常用的是碳类、金属类和光纤。下面主要介绍2种当前研究比较热门的损伤自诊断混凝土。
1.1.1碳纤维智能混凝土
碳纤维是一种高强度、高弹性且导电性能良好的材料。在水泥基材料中掺入适量碳纤维不仅可以显著提高强度和韧性，而且其物理性能，尤其是电学性能也有明显的改善，可以作为传感器并以电信号输出的形式反映自身受力状况和内部的损伤程度。将一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺入到混凝土材料中，可以使混凝土具有自感知内部应力、应变和操作程度的功能。通过观测，发现水泥基复合材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。碳纤维水泥基材料在结构构件受力的弹性阶段，其电阻变化率随内部应力线性增加，当接近构件的极限荷载时，电阻逐渐增大，预示构件即将破坏。而基准水泥基材料的导电性几乎无变化，直到临近破坏时，电阻变化率剧烈增大，反映了混凝土内部的应力一应变关系。根据纤维混凝土的这一特性，通过测试碳纤维混凝土所处的工作状态，可以实现对结构工作状态的在线监测[2].在入碳纤维的损伤自诊断混凝土中，碳纤维混凝土本身就是传感器，可对混凝土内部在拉、压、弯静荷载和动荷载等外因作用下的弹性变形和塑性变形以及损伤开裂进行监测。试验发现，在水泥浆中掺加适量的碳纤维作为应变传感器，它的灵敏度远远高于一般的电阻应变片。在疲劳试验中还发现，无论在拉伸或是压缩状态下，碳纤维混凝土材料的体积电导率会随疲劳次数发生不可逆的降低。因此，可以应用这一现象对混凝土材料的疲劳损伤进行监测。通过标定这种自感应混凝土，研究人员决定阻抗和载重之间的关系，由此可确定以自感应混凝土修筑的公路上的车辆方位、载重和速度等参数，为交通管理的智能化提供材料基础。
碳纤维混凝土除具有压敏性外，还具有温敏性，即温度变化引起电阻变化（温阻性）及碳纤维混凝土内部的温度差会产生电位差的热电性（Seebeck效应）。试验表明，在最高温度为70℃，最大温差为15℃的范围内，温差电动势（e）与温差t之间具有良好稳定的线性关系。当碳纤维掺量达到一临界值时，其温差电动势率有极大值，且敏感性较高，因此可以利用这种材料实现对建筑物内部和周围环境变化的实时监控；也可以实现对大体积混凝土的温度自监控以及用于热敏元件和火警报警器等可望用于有温控和火灾预警要求的智能混凝土结构中。
碳纤维混凝土除自感应功能外，还可应用于工业防静电构造。公路路面、机场跑道等处的化雪除冰。钢筋混凝土结构中的钢筋阴极保护。住宅及养殖场的电热结构等。
1.1.2光纤传感智能混凝土
光纤传感智能混凝土[3]，即在混凝土结构的关键部位埋人入纤维传感器或其阵列，探测混凝土在碳化以及受载过程中内部应力、应变变化，并对由于外力、疲劳等产生的变形、裂纹及扩展等损伤进行实时监测。光在光纤的传输过程中易受到外界环境因素的影响，如温度、压力、电场、磁场等的变化而引起光波量如光强度、相位、频率、偏振态的变化。因此人们发现，如果能测量出光波量的变化，就可以知道导致光波量变化的温度、压力、磁场等物理量的大小。于是，出
现了光纤传感技术。近年来，国内外进行了将光纤传感器用于钢筋混凝土结构和建筑检测这一领域的研究，开展了混凝土结构应力、应变及裂缝发生与发展等内部状态的光纤传感器技术的研究，这包括在混凝土的硬化过程中进行监测和结构的长期监测。光纤在传感器中的应用，提供了对土建结构智能及内部状态进行实时、在线无损检测手段，有利于结构的安全监测和整体评价和维护。到目前为止，光纤传感器已用于许多工程，典型的工程有加拿大Caleary建设的一座名为Beddingtontail的一双跨公路桥内部应变状态监测；美国winooski的一座水电大坝的振动监测；国内工程有重庆渝长高速公路上的红槽房大桥监测和芜湖长江大桥长期监测与安全评估系统等。
1.2自调节智能混凝土
自调节智能混凝土具有电力效应和电热效应等性能。混凝土结构除了正常负荷外，人们还希望它在受台风、地震等自然灾害期间，能够调整承载能力和减缓结构振动，但因混凝土本身是惰性材料，要达到自调节的目的，必须复合具有驱动功能的组件材料，如：形状记忆合金（Sma）和电流变体（eR）等。形状记忆合金具有形状记忆效应（Sme），若在室温下给以超过弹性范围的拉伸塑性变形，当加热至少许超过相变温度，即可使原先出现的残余变形消失，并恢复到原来的尺寸。在混凝土中埋入形状记忆合金，利用形状记忆合金对温度的敏感性和不同温度下恢复相应形状的功能，在混凝土结构受到异常荷载于扰时，通过记忆合金形状的变化，使混凝土结构内部应力重分布并产生一定的预应力，从而提高混凝土结构的承载力。
转贴于
电流变体（eR）是一种可通过外界电场作用来控制其粘性、弹性等流变性能双向变化的悬胶液。在外界电场的作用下，电流变体可于0.1ms级时间内组合成链状或网状结构的固凝胶，其初度随电场增加而变调到完全固化，当外界电场拆除时，仍可恢复其流变状态。在混凝土中复合电流变体，利用电流变体的这种流变作用，当混凝土结构受到台风，地震袭击时调整其内部的流变特性，改变结构的自振频率、阻尼特性以达到减缓结构振动的目的。
有些建筑物对其室内的湿度有严格的要求，如各类展览馆、博物馆及美术馆等，为实现稳定的湿度控制，往往需要许多湿度传感器、控制系统及复杂的布线等，其成本和使用维持的费用都较高。日本学者研制的自动调节环境温度的混凝土材料自身即可完成对室内环境湿度的探测，并根据需要对其进行调控。这种混凝土材料带来自动调节环境湿度功能的关键组分是沸石粉。其机理为：沸石中的硅酸钙含有（3－9）X10－10m的孔隙。这些孔隙可以对水分、n0x和S0x气体选择性的吸附。通过对沸石种类进行选择，可以制备符合实际应用需要的自动调节环境湿度的混凝土复合材料。它具有如下特点：优先吸附水分；水蒸气压力低的地方，其吸湿容量大；吸、放湿与温度相关，温度上升时放湿，温度下降时吸湿。
1.3自修复智能混凝土
混凝土结构在使用过程中，大多数结构是带缝工作的。混凝土产生裂缝，不仅强度降低，而且空气中的Co2、酸雨和氯化物等极易通过裂缝侵人混凝土内部，使混凝土发生碳化，并腐蚀混凝土内的钢筋，这对地下结构物或盛有危险品的处理设施尤为不利，一旦混凝土发生裂缝，要想检查和维修都很困难。自修复混凝土就是应这方面的需要而产生的。在人类现实生活中可以见到人的皮肤划破后，经一段时间皮肤会自然长好，而且修补得天衣无缝；骨头折断后，只要接好骨缝，断骨就会自动愈合。自愈合混凝土[4]就是模仿生物组织，对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土传统组分中复合特性组分（如含有粘结剂的液芯纤维或胶囊）在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，模仿动物的这种骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理。采用粘结材料和基材相复合的方法，使材料损伤破坏后，具有自行愈合和再生功能，恢复甚至提高材料性能的新型复合材料。在日本，以东北大学三桥博三教授为首的日本学者将内含粘结剂的胶囊或空心玻璃纤维掺入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下发生开裂，部分胶囊或空心玻璃纤维破裂，粘结液流出并深人裂缝。粘结液可使混凝土裂缝重新愈合。美国伊利诺伊斯大学的CarolynDry在1994年采用类似的方法，将在空心玻璃纤维中注人缩醛高分子溶液作为粘结剂埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。在此基础上CarolynDry还根据动物骨骼的结构和形成机理，尝试制备仿生混凝土材料，其基本原理是采用磷酸钙水泥（含有单聚物）为基体材料，在其中加人多孔的编织纤维网。在水泥水化和硬化过程中，多孔纤维释放出聚合反应引发剂与单聚物聚合成高聚物，聚合反应留下的水分参与水泥水化。这样便在纤维网的表面形成大量有机与无机物，它们相互穿插粘结，最终形成的复合材料是与动物骨骼结构相似的无机与有机相结合的材料，具有优异的强度及延性等性能。而且在材料使用过程中，如果发生损伤，多孔有机纤维会释放高聚物，愈合损伤。
2智能混凝规究现状和应注意的问题
前面所述的自诊断、自调节和自修复混凝土是智能混凝土研究的初级阶段，它们只具备了智能混凝土的某一基本特征，是一种智能混凝土的简化形式。因此有人也称之为机敏混凝土。然而这种功能单一的混凝土并不能发挥智能混凝土作用，目前人们正致力于将2种以上功能进行组装的所谓智能组装混凝土材料的研究。智能组装混凝土材料是将具有自感应、自凋节和自修复组件材料等与混凝土基材复合并按照结构的需要进行排列，以实现混凝土结构的内部损伤自诊断、自修复和抗震减振的智能化。
智能混凝土具有广阔的应用前景，但作为一种新型的功能材料，如果投入实际工程，还有很多问题需要进一步地研究：如碳纤维混凝土的电阻率稳定性、电极布置方式、耐久性等；光纤混凝土的光纤传感阵列的最优排布方式；自愈合混凝土的修复粘结剂的选择。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解决上述一系列问题将对智能混凝土今后的发展产生深远的影响。为促进智能混凝土研究工作的顺利开展有必要就以下几点形成共识：
（1）开发应有针对性。所谓针对性就是要针对混凝土性能发生恶化和结构发生破坏等现象，考虑不同的智能方法，如针对这些现象，设想开发出一种能应对所有这些情况的手段是很困难的，因此，缩小智能化范围，以某种功能为对象，
从而开发出相对最适应的方法是必要的。
（2）实施中应具有可行性。浇注混凝土多在施工现场进行，因而作为智能混凝土的施工方法，对其技术与工艺要求不能过高。应以原有工艺为基础开发相应的较为简单的方法。选用的材料应具有化学稳定性，要有利于安全使用，不挥发任何有刺激的气味和其它有害物质，并能大量应用而且成本较低。
（3）设计应具有综合性。采用智能化，虽然可以提高材料的耐久性，但也会带来负面作用。如由于使用了某种材料虽然能对某种恶化现象进行控制和改善，但是否会对强度等其它性能有所影响，所有这些正反两方面的问题都必须在判断和设计时进行综合考虑和权衡。
生物材料的发展现状篇6
关键词：新型建筑材料生态绿色环保绿色建材
一．现代绿色建材是指具有优异的质量、使用性能和环境协调性的建筑材料。其性能必须符合或优于该产品的国家标准；在其生产过程中必须全部采用符合国家规定允许使用的原、燃材料，并尽量少用天然原燃材料，同时排出的废气、废液、废渣、烟尘、粉尘等的数量、成份达到或严于国家允许的排放标准；在其使用过程中达到或优于国家规定的无毒、无害标准，并在组合成建筑部品时不会引发污染和安全隐患；其使用后的废弃物对人体、大气、水质、土壤等造成较小的污染，并能在一定程度上可再资源化和重复使用。现代绿色建筑材料种类和数量很多，主要有：
1．现代绿色混凝土材料
混凝土是现代建筑的主要建筑用材，所以发展绿色混凝土材料对于绿色建筑至关重要。①高性能混凝土材料。高性能混凝土是一种新型的高技术的混凝土，其大幅度的提高常规混凝土性能的基础上，具有优良的耐久性、适用性、工作性、各种力学性能、体积稳定性和经济合理性等性能。高性能混凝土除采用优质水泥、水、集料外，还必须采用低水胶比掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂，采用现代混凝土技术，选用优质原材料，在妥善的质量控制下制成。②利用废弃混凝土生产的绿色混凝土。现在大量的研究表明,废弃混凝土可用作再生混凝土的骨料，也可取代部分优质石灰石生产水泥。将废弃混凝土清洗、破碎、分级并按一定比例配合后得到的骨料称为“再生骨料”，将再生骨料作为部分或全部骨料配置的混凝土成为“再生混凝土”。实验表明再生混凝土的抗压强度可满足设计要求,其它力学性能指标和耐久性指标与普通混凝土基本接近（抗压强度、弹性模量有所降低），用水量比普通混凝土多。③加气混凝土。加气混凝土（其中一类）是以石英沙为基础，以水泥和石灰为胶凝材料，以石膏为硬化剂，铝粉为发泡剂，经高温高压养护后形成的多孔状材料。④合成纤维混凝土。合成纤维混凝土现已得到广泛应用。对增强混凝土早期抗拉强度，防止早期由沉陷、水化热、干缩而产生的内蕴微裂纹，减少表面裂缝和开裂宽度，增强混凝土的防渗性能、抗磨损抗冲击性能及增强结构整体性有显著作用。⑥多孔预制块植栽混凝土。植栽混凝土有连续的空隙，在空隙部分，使用特殊的工艺技术填充无机培养土、肥料和种子等混合生长基料，施工后，种子发芽和生长所需要的水分，除靠保存在生长基料中的雨水外，还可吸收植栽混凝土下面的基层培养土中的水分，不需要另外浇水，这样既实现了绿化，有能防止构筑物表面被污染和侵蚀。植栽混凝土还具有相当好的透水性能，雨水可向地下渗透，这样有可以补充地下水资源，有可以减少城市市政雨水管道的排水压力。
2．木材
木材成为现代绿色建材的亮点，其随着技术的进步出现了许多新的使用形式。①彩色木材：利用先进的染色技术，使原生树木中所没有的色彩渗透在木材组织中，形成彩色木材。它又可分为两种，一种先天着色木材。即在树木生长各个时期，往树木根部浇灌或在树干部位灌注无害的水溶性配色营养液，色彩沿树木内部导管传输并被吸收、着色，形成彩色的木纹。另一种是后天着色木材。即选择富于纹理的木材切片，先脱色处理，然后染上合适的颜色。彩色木材适合作家具、天花板、墙面等大面积表面装饰，别有情调。②瓷化木材：用饱含钡离子的化学溶液浸泡木材使钡离子扩散、渗透到木材组织和细胞内，采用一定的工艺处理过程，木材变成瓷化木材。瓷化木材疏水、稳定、阻燃性能优异。经喷射火焰试验，不出火苗、几乎无烟，只产生低度碳化。这种超级阻燃木材适合大厅家具和装饰，适合车辆内部尤其是大型公共娱乐场所的内部装修。③塑化木材：将乙烯类树脂加压注入木材内部，形成塑化木材。塑化木材具有很强的压缩、弯曲、剪切综合强度，大大地缩小了诸如劈裂等缺陷，具有转自省略很强的耐磨强度和硬度。塑化木材将广泛用于地板装修工程中。④疏水木材：疏水木材在潮湿空气中膨胀率只有普通木材的一半，吸水率只有普通木材的1/5，疏水材料的原理是将木材中亲水性的活性羟基转化成疏水性的乙酰基。疏水木材可以用作浴室内装修、桌面和船舶内家具等，还可用于露天的装修。
3.保温隔热材料
保温材料根据其在围护结构的使用部位不同，可分为内、外保温隔热材料；根据其状态的不同分为板块状、浆体状保温隔热材料。保温隔热材料的主要性能指标有：导热系数、表观密度、压缩强度、尺寸变化率、吸水率、水蒸气渗透系数、粘结强度、氧指数。板块状保温隔热是材料，可以用于内、外保温工程；以其形状的特点，具有使用简便、能保证保温隔热层的厚度要求，性能比较稳定。优良的板块状保温隔热材料有：发泡型聚苯乙烯板（epS），挤出型聚苯乙烯板（XpS），岩棉板，玻璃棉板等不同材料。浆体状保温隔热材料目前主要用于外墙内保温，也用于隔墙和分户墙的保温隔热。浆体状材料有两种类型，以胶凝材料为主的固化型和以水分蒸发为主的干燥型。其主要成分是由聚苯粒、矿物纤维、硅酸盐为主的多种材料，经一定的生产工艺复合而成的轻质保温材料。此外保温隔热材料还包括其它一些常用材料：空隙性材料，如空心砖、加气混凝土块；断桥隔热铝合金窗框，用导热性远远低于铝的隔条将铝型材隔断，形成铝材―隔热条―铝材组成的铝合金门窗型材；Low―e低辐射保温玻璃、中空玻璃、夹胶玻璃等。
4.防水材料
现代绿色建筑防水材料不仅具有基本的防水功能还具有其它如保温、去污等功能，并在生产是使用的过程中对环境的影响较小。①聚合物水泥防水涂料。聚合物水泥防水涂料以水泥和丙烯酸等（乳液或其它类）水性聚合物为主原料，加入其它外加剂制得的双组份水性建筑防水涂料。两组份在现场搅拌成均匀、细腻浆料，涂刷或喷涂于基体表面，固化后形成柔韧、高强的防水涂膜。这种涂料既有水泥类胶凝材料高强度，易与潮湿基面粘结的性能，又兼有聚合物涂膜弹性大，防水性好的优点，尤其是以水作为载体，克服了沥青、焦油、有机溶剂型防水材料易造成环境污染的弊端，是一种无毒无害、可湿作业、施工简便的新型绿色环保防水材料。它不仅适用于各种防水工程，还可用于修补、界面处理、混凝土防护、装饰、结构密封等工程。②渗透结晶型防水材料。渗透结晶型防水材料是指材料中含有的活性化学物质向混凝土内部渗透，在混凝土中形成不溶于水的结晶体，堵塞毛细孔道，从而使混凝土致密的防水材料。其防水性能及其优良。③塑料防渗补漏剂。塑料防渗补漏剂是一种能够迅速防止房屋渗漏的新型建筑化工涂料。其以废旧塑料纺织袋、塑料薄膜、泡沫塑料等废塑料为原料，再配以合理的增塑剂、固化剂，采用低压冷溶反应生产而成，具有塑化快，干燥迅速以及良好的平滑性、密封性、粘接性、防水性、弹塑性和耐热、耐寒、耐腐蚀、抗老化等特点。其生产过程不仅设备投资少、节约能源，而且彻底消除了废旧塑料对环境的污染。④聚乙烯双面复合防水卷材。聚乙烯双面复合防水卷材采用高压法生产低密度线性聚乙烯树脂为主要原料，两面复合化学纤维无纺布，并经特殊的工艺加工而成。具有较好的综合技术性能，如抗拉强度高、抗透气能力大、低温柔性好，适应温度范围宽,-45℃～110℃无变化，抗自然老化能力强，有较好的气密性，耐酸和碱腐蚀，使用寿命长等特出优点，是新建房屋或旧房维修较好的新材料。
总之，现代绿色建筑材料具有其发展的必要性，是现代建筑材料的发展方向，日益的受到各界的重视。现代绿色建筑材料的发展现状与发展速度都呈现良好的态势，表明其将有非常好的发展前景，将有越来越多的新型、高质量的绿色建筑材料被开发和使用。
二、常见的绿色建材在建筑业中的应用
1．结构材料
传统的结构用建筑材料有木材、石材、粘土砖、钢材和混凝土，现代结构用材料主要是钢材和混凝土。
（1）木材、石材，这两种材料是自然界提供给人类最直接的建筑材料，不经加工或通过简单的加工就可用于建筑。木材和石材消耗自然资源，由于木材是可再生的永续的材料，如果自然界木材的生长量与人类的消耗量相平衡，那么木材是最绿色的建筑材料。石材虽然消耗了矿山资源，但由于它的耐久性较好，生产能耗低，重复利用率高，可以说它也具有绿色建筑材料的特征。
目前能大规模取代木材的新型绿色建材还不是很多，其中应用较多的一种绿色建材是竹材人造板。我国是森林资源贫乏的国家,但我国的竹类资源十分丰富,素有“竹子王国”的美誉，因此好多人把竹材资源看作是替代木材的好的后备资源。
由于竹结构具有如上所述的众多优点,绿色建材――竹材人造板在土木工程领域的应用前景广阔。
（2）粘土砖，其能耗是比较低的，但它是以破坏良田为代价且是不可恢复的，可以说是最不绿色的建筑材料。20世纪90年代开始限制使用粘土砖到如今粘土砖已禁止生产和使用。
粘土砖的绿色替代建材的主要发展方向是利用工业废渣替代部分或全部天然粘土资源的新型建材。
由于工业废渣来源丰富，其力学性能普遍优于粘土砖，并且可以满足不同使用环境的要求，所以具有广阔的应用前景。
（3）钢材，由于钢材的不可替代性，因此“绿色钢材”主要发展方向是在生产过程中如何提高钢材的绿色指标上下功夫，研究发展新技术、新生产工艺，努力降低生产能耗，减少污染物排放，对生产过程中产生的废弃物资源化，加快钢材的绿色化进程。
（4）混凝土，由水泥和集料组成，是复合材料，它的生产能耗主要是由水泥生产造成的。而传统的水泥生产需要消耗大量的资源与能量，并且对环境的污染较大，所以水泥生产工艺的改善是绿色混凝土发展的重要方向。目前水泥绿色生产工艺主要采用新型干法生产工艺取代落后的立窑等工艺。
现今土木工程使用的绿色混凝土主要有低碱性混凝土，多孔混凝土，植被混凝土，护坡植被混凝土，透水性混凝土，吸收分解nox的光催化混凝土，生态净水混凝土等。其中应用较为广泛的是多孔混凝土。
多孔混凝土也称为无砂混凝土，它只有粗骨料，没有细骨料，直接用水泥作为黏结剂连接粗骨料，它具有连续空隙结构的特征，其透气和透水性能良好，连续空隙可以作为生物栖息繁衍的地方，而且可以降低环境负荷。多孔混凝土按其气孔结构形成的方式不同,又可分为泡沫混凝土和加气混凝土两大类。
参考文献：
[1]伍兹.绿色住宅设计方法与实例，中国电力出版社.2005.
[2]克里尚.建筑节能设计手册.中国建筑工业出版社.2005.
生物材料的发展现状篇7
关键词：包装材料；现状；包装；发展趋势
为了防止食品受到外界一些物质的污染，包装对食品提供着一种保护，可减少食品的氧化。在我们的生活中可见的包装材料有很多，现在包装工业中，纸及纸制品、塑料、玻璃和木材是最常用的包装材料，因为木材是一种生物质材料，具有很好的环境性能，木材所制作的包装材料在很早前就被作为包装所用的容器和运输中用的器具了。作为包装材料使用时具有很多性能优势：如强重比高，抗机械损伤能力强、可承受较大的堆垛载荷、具有一定的缓冲性能、取材广泛、制作比较容易、易于吊装和回收性能好等特点，特别是很多笨重、易碎及需要特殊保护等产品不可或缺的储运器具。
木质包装材料指用于包装、铺垫、支撑、加固货物的木质材料，如木箱、木板条箱、木卡板、垫仓木料、木桶、木垫方、枕木、木楔等。经人工合成的材料或经加热、消毒等深度加工的包装用木质材料，如胶合板、纤维板等不在此列。木质包装在国际贸易中被广泛使用，但实木包装材料能携带森林病虫害，要是采用湿的木质材料作为木托、木卡板，在遇到天气潮湿或者是多雨的季节都会导致霉变，使木料进行烘干或风干处理，再用来制作木托、木卡板这样就可以防止产品霉变。近年来其在国际间传播扩散的速度和频率呈现逐渐加快和增高的趋势，世界上很多国家都对进境货物木质包装采取了更为严格的检验检疫制度。我国森林资源又相对匮乏，近年来木材供需之间的矛盾也越来越激烈，使得实木在包装工业中的继续发展得到了限制。然而经干燥、热压等深加工工艺生产的包装用人造板，因其在资源、结构和检验检疫方面的优势，近年来发展迅速，具有广阔的应用前景。而且我国农林生物质资源（包括竹林和农作物秸秆）丰富，也为人造板工业的进一步发展提供了原料基础，用其开发人造板包装材料也逐渐引起了人们的关注。
1应用现状
我国较为常见的木质包装容器有普通木箱、滑木箱、框架木箱、底盘和钢丝捆扎箱，每年用于机电产品包装的木材就达1000万m3，我国木包装制品应用方式如下：
1）在500kg或以上的大容量木包装箱：主要应用于大型机电设备、仪表、仪表柜包装。
2）在500kg以下的小型木包装箱：主要应用于内燃机等小型机电设备、五金零部件、电子元件、卫生洁具、建筑材料、家用电器、体育用品和食品水果等包装。
3）木质底座：应用于大型机电设备及大型罐类容器的底座固定。
4）木质托盘：应用于缠绕包装的托盘，如化工原料、生活用品、粮食等运输托盘。
5）木质包装充填辅料：主要应用于包装箱的底托、隔板、支架、固定物、木轴楔等包装结构。
1.2人造板的应用现状
我国有刨花板、胶合板和单板层积材的人造板。在目前定向结构刨花板已经成为发达国家的木质包装的主材料，国外开发成熟的定向刨花板并未在我国包装行业得到很好的应用，与我国定向刨花板行业落后有着很大的关系。
一些异形包装制品的开发方面，也有人造板应用的相关报道，如包装用人造板圆桶是用竹胶合板或纤维板以及它们的边角料制成，用于染料，胶料，五金件和药品等包装。木质碎料经拌胶、干燥后在特制的模具中经加高温热压也能制成各种异形包装制品，目前模压异性包装中应用较多的是管状和圆盘状包装，如电缆包装盘侧板。
人造板板材在食品包装行业中也添加了应用，如无醛纤维板被用淳朴色调和刚柔相济的材性于一些高档的月饼包装盒和茶叶包装，以提高产品附加值。竹材及竹制品也能作为餐具、食具和食品包装容器。竹子具有特有的自然清香、，是其它材料的产品无法比拟的，但其研发和生产仍处在起步阶段。
2问题和发展趋势
2.1面临的问题
2.1.1病虫害
随着植保理念的影响，木质包装使用不当对贸易所造成的影响也会越来越大。木质包装材料是森林病虫害传播的重要载体，实木包装材料是国际贸易中林木害虫的重要传播介质。若控制不当就会产生严重的影响，使企业和社会都蒙受巨大的损失。木质包装材料经常在货物运抵目的地拆卸后随意丢弃，一旦包装材料来自疫区国家，则松材线虫极易扩散。在跨国贸易中，很多种类的森林病虫害可以随木质包装材料在国际间传播，松材线虫是中国禁止入境的植物危害性生物之一，也是国际上公认的重要有害生物。
2.1.2除害处理
木质包装材料的检疫除害处理方法即关系到货物的质量，又涉及到有害生物的致死程度，还影响到进境成本和通关速度。目前木质包装材料检疫中采用的技术手段有熏蒸、热处理、药剂喷洒法、辐射和微波处理法等。在我国熏蒸处理是目前普遍使用的化学处理方法，而溴甲烷又是木质包装出口货物熏蒸中使用最多的熏蒸剂。目前我国认可的溴甲烷熏蒸标准规定还包括：在温度≥5℃时投药80g/m3，木质包装的熏蒸时间为24h。
2.2应用前景
人造板是木材的深加工产品，其相对于实木包装来说，不仅具有木材的一些天然特性，而且还具有一些独特的优点，可以预见人造板逐步替代实木作为包装材料将成为可能。
包装用人造板板材是经干燥、热压等深度加工工艺制成，制造过程中的高温已将有害微生物全部杀死，所以不需再进行杀虫熏蒸除害处理。利用人造板板材对货物进行包装即减小了跨国贸易中传播森林病虫害的风险，又加快了货物的通关速度，也降低了木质包装的成本。
木材是生物质材料，有着一些自身材料不可抗拒的特性，如木材易受温度和湿度影响产生热胀冷缩和吸湿解吸现象，导致箱体变形或裂缝，并且易燃和易腐朽。人造板作为包装材料使用时，其结构性能具有可设计性，可以根据使用条件的不同（干燥或潮湿环境），精确地设计其载荷等级。通过对板材厚度、密度以及热压工艺的控制，获得不同的力学机械性能。不同用途的包装箱体可以选择不同的人造板结构板材，使得包装箱体在力学结构上具有可控制性。当然人造板也能很好地满足大型包装箱体的幅面要求。
3展望
我国木质包装材料市场巨大，而且还在不断增长。木质包装材料作为一种环境协调性材料，具有绿色包装材料的特点，将会受到人们越来越多的重视。
1）实木包装材料是国际贸易中林木害虫的重要载体和传播介质，为了降低有害生物入侵风险，减小企业熏蒸除害处理成本，大力发展经过深加工的复合型包装材料，将是我国木包装的发展方向。
生物材料的发展现状篇8
单向记忆效应是指当材料被加热后能恢复到原始形态，但是只能单程，不可逆，也就是说继续加热冷却，材料形状都不再发生变化。能够根据加热冷却的不同，反复出现低温状态和高温状态的材料则具有双程记忆效应。全方位记忆效应的材料除了具有双程记忆效应外，最显著的特点就是可以出现和高温时完全相反的形状，这只需要将材料冷却到更低的温度就可以做到。
一、形状记忆合金的发展历史
“形状记忆”这一名称的提出是在20世纪60年代，但是人们早在30年代就发现了形状记忆这一奇特的现象，遗憾的是当时没有引起人们足够的重视。最初形状记忆只被人们当成某些材料的个例，根本无法在实际应用中运用。记忆材料之所以能在生产、生活中广泛应用，还是得益于tini合金的研究与发展。现在形状记忆合金已多达几十种。我国是在20世纪70年代后期才开始研究记忆合金的。形状记忆合金材料的发现，改变了一直以来形成的金属热胀冷缩等传统观念。
二、形状记忆合金的特点
形状记忆合金具有优良的延展性，一般只要不超过8％至10％的变形量，均可恢复原有形状。此外它还具有不次于不锈钢的耐腐蚀性能和抗疲劳性能。并且高温下记忆合金仍有较大的刚度。这些异于普通材料的特点决定了形状记忆合金的广阔发展前景。但是由于形状记忆效应需要电源加热，温度过高又会影响它的记忆性能，这就大大缩小了形状记忆合金材料的使用范围，并且在长期使用后它的工作稳定性较差，因此，在一定程度上制约了形状记忆合金的应用。
三、形状记忆合金的用途
形状记忆合金由于良好的力学性能以及优良的生物相容性，在生物医学领域正扮演着不可替代的角色，尤其niti形状记忆合金应用最为广泛。例如心脏修补器、血栓过滤器、牙科正畸器、人造骨骼、伤骨固定加压器、各类腔内支架、栓塞器、介入导丝和手术缝合线等涉及心血管，牙科，整形外科，耳鼻喉科，放射科，介入医学等。
利用结构简单、重量轻、所占空间小，并且安全性高、拆卸方便等特点，形状记忆合金可做连接紧固件如管接头、紧固圈、紧固螺钉等。人造卫星飞行器的天线则是利用了记忆合金的形状记忆效应。由于记忆合金在加热时形状恢复的同时其恢复力可对外做功的特性，可将其制成各种驱动元件。形状记忆的发展为机器人机械手的发明提供了理想的材料。
生物材料的发展现状篇9
关键词：nial金属间化合物ni-al合金制备工艺研究发展现状
中图分类号：tG22文献标识码：a文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0080-02
1nial金属间化合物材料的研究现状和应用
ni-al金属间化合物主要包括nial金属间化合物材料。nial金属间化合物材料由于具有较高的力学性能，良好的耐磨损性能和抗高温氧化性能等而被广泛应用在工程领域中。nial金属间化合物具有金属键和共价键共存的特点，所以nial金属间化合物材料具有较高的力学性能，具有较高的熔点，具有较高的热导率，具有良好的抗氧化性能以及耐腐蚀性能等优点[1-5]。nial金属间化合物材料作为耐高温抗氧化结构材料有望在高温工程领域中得到广泛应用[1-5]。由于nial金属间化合物具有较高的性能而且制备成本较低，所以在实际应用中具有很大优势。对nial金属间化合物的性能进行广泛的研究和应用。但是nial金属间化合物材料还存在室温脆性大和抗蠕变性能差等问题[1-5]。为此研究者对nial合金开展了广泛的研究[1-5]。nial合金的熔点为1638℃，nial合金的密度为5.86g/cm3，nial合金的弹性模量为294Gpa，nial合金的热导率较高，nial合金的成分比例是ni50：al50[5-10]。nial金属间化合物材料具有较高的抗高温氧化性能和良好的耐高温性能，但其nial合金在室温条件下塑性较差，断裂抗力较差以及高温强度较低等[5-10]。nial金属间化合物的使用温度更高[5-10]。所以nial合金可以作为高温结构材料应用于更高的温度和环境中[5-10]。nial金属间化合物由于具有较高的力学性能，较高的耐磨损性能，良好的抗高温氧化性能而被广泛应用在高温工程领域中。nial金属间化合物的组成是ni元素与al元素的摩尔比例为50∶50。本文主要详细讲述nial金属间化合物材料的制备工艺，力学性能和其他性能以及研究发展现状等，并介绍nial金属间化合物材料在工程领域中的应用。并简要介绍nial金属间化合物基复合材料的研究现状。并对nial金属间化合物未来的研究发展趋势进行分析和预测。
2nial金属间化合物材料的制备技术
nial金属间化合物材料可以作为功能材料和结构材料[5-10]。nial金属间化合物材料具有较高的力学性能和良好的抗高温氧化性能[5-10]，nial金属间化合物材料可以作为高温结构材料和复合材料基体应用在工程领域中[5-10]。nial金属间化合物材料的制备方法有很多种类，制备工艺方法将会影响nial金属间化合物材料的性能。nial金属间化合物材料的制备方法有机械合金化法、热压烧结法和热等静压烧结法，燃烧合成法等。
2.1机械合金化法
机械合金化是一种制备高温合金粉末和金属间化合物粉末的高能球磨工艺。机械合金化工艺是将不同种金属粉末放入高能球磨机进行机械球磨，通过磨球，粉末和球磨罐之间的强烈相互碰撞，破碎和焊合作用，粉末颗粒发生碰撞粘结，变形断裂和冷焊并被不断细化，金属粉末颗粒就会被粘结在一起形成层状结构的颗粒，继续球磨破碎形成粉末粒度较细的金属合金粉末。从而使得金属混合粉末实现合金化形成金属合金粉末。采用机械合金化球磨工艺可以制备出nial金属间化合物材料。利用机械合金化制备纳米晶nial金属间化合物，在机械合金化工艺后形成具有纳米结构的nial金属间化合物粉末。可以将ni粉末和al粉末按照摩尔比例为50∶50进行混合然后进行机械合金化工艺和热处理工艺得到nial金属间化合物粉末，并通过热压烧结工艺制备nial金属间化合物块材。
2.2热压烧结法和热等静压法
采用热压烧结和热等静压可以制备致密的nial金属间化合物块材。热压烧结法和热等静压法适用于烧结nial金属间化合物材料。热等静压处理还能提高nial合金的致密性[5-10]。采用机械球磨和热压烧结法合成nial金属间化合物块材，按照摩尔比例为50∶50球磨ni粉末和al粉末，机械球磨过程中通过反应合成nial金属间化合物粉末，最后通过热压烧结工艺制备出nial合金块体材料。也可以将机械合金化得到的nial合金粉末通过热等静压烧结工艺制备致密的nial合金块材。所以可以通过机械合金化工艺制备nial合金粉末，并通过热压烧结工艺制备nial合金块材[5-10]。
2.3燃烧合成法
燃烧合成法可以制备nial金属间化合物材料。制备方法主要有自蔓延高温合成，热压放热反应合成法等。将ni粉末和al粉末通过自蔓延高温合成工艺可以制备nial金属间化合物粉末，并通过热压烧结工艺制备nial金属间化合物块材。通过热压放热反应合成法可以制备颗粒增强的nial金属间化合物基复合材料。
3nial合金的改性研究
改善和提高nial金属间化合物性能的主要方法是向nial基体中加入合金元素，并且在nial金属间化合物材料中取得成功[5-10]。向nial合金中加入ti，Cr，nb，Si，Fe等形成高温合金材料将提高nial合金的抗高温氧化性能和耐高温性能[5-10]。
4nial金属间化合物基复合材料的制备和性能
nial金属间化合物材料由于具有较高的力学性能、较高的熔点、较低的密度、较高的导热率、较高的弹性模量以及良好的抗腐蚀性能和抗氧化性能等[5-10]。因此nial合金在工业领域中有着广泛的应用前景。制备nial金属间化合物基复合材料是nial合金材料主要的研究发展方向。制备nial合金基复合材料可提高nial金属间化合物材料的室温断裂韧性，室温塑性以及高温强度等性能。所以就需要制备nial金属间化合物基复合材料，提高nial合金的高温力学性能、抗蠕变性能、抗高温氧化性能等[5-10]。
4.1nial纳米晶复合材料
采用纳米颗粒增强和增韧nial合金制备nial基复合材料可以提高nial合金的力学性能、耐磨损性能、抗高温氧化性能等。纳米级颗粒在nial合金基体中起到增强和增韧的作用。通过纳米颗粒的强化作用有助于增强nial合金材料的抗蠕变能力。制备纳米颗粒增强和增韧的nial基复合材料成为提高nial合金性能主要方法。此外采用机械合金化工艺制备纳米nial合金粉末，并通过热压烧结工艺或者放电等离子烧结工艺制备纳米nial合金块材。
4.2nial金属间化合物基复合材料的制备技术和性能
制备nial金属间化合物基复合材料的制备方法是将金属颗粒、陶瓷颗粒、晶须和短纤维加入到nial金属间化合物基体中，从而制备颗粒增强，晶须增强或短纤维增强的nial基复合材料，制备nial基复合材料可以提高nial合金的室温韧性和室温塑性以及高温强度[5-10]。并通过增强相的增强和增韧作用提高nial金属间化合物基复合材料的强度和韧性[5-10]。通过tiB2、tiC颗粒的弥散强化使得nial金属间化合物的强度和韧性得到较大提高。通过原位反应合成和热压烧结工艺制备tiB2，tiC颗粒增强nial基复合材料。还可以通过热等静压烧结工艺制备颗粒增强nial基复合材料[5-10]。热压放热合成工艺是将放热反应合成与热压烧结工艺相结合，用热压放热反应合成工艺制备tiC、tiB2、al2o3颗粒增强nial基复合材料。现在已经制备出nial-tiC复合材料、nial-tiB2复合材料、nial/Cr（mo）-tiC复合材料和nial-al2o3-tiC复合材料等。还可以将晶须或者短纤维加入到nial合金基体中形成晶须增强和增韧的nial基复合材料。通过复合后得到的nial合金基复合材料的高温强度得到显著提高，韧性和塑性得到明显改善[5-10]。有些研究者研究tiC颗粒增强nial（Co）复合材料的合成和力学性能。有些研究者研究nial/HfC复合材料的机械合金化和力学性能。有些研究者研究nial/tiB2复合材料的显微结构和力学性能。
4.3nial金属间化合物基复合材料的研究发展趋势和发展方向
nial金属间化合物基复合材料主要包括：nial/al2o3复合材料，nial/tiC复合材料，nial/Zro2复合材料，nial/wC复合材料，nial/HfC复合材料，nial/tiB2复合材料，nial/HfB2复合材料，nial/aln复合材料等。还可以将连续纤维与nial合金相复合制备连续纤维增强nial基复合材料，例如制备al2o3纤维增强nial基复合材料，mo纤维增强nial基复合材料。可以将短纤维或晶须加入到nial合金中制备晶须或短纤维增强nial基复合材料。还可以制备具有复合层状结构的nial/ni复合材料，nial/al复合材料等。采用扩散粘结法可以制备连续纤维增强nial基复合材料。例如连续mo纤维增强nial基复合材料，连续al2o3纤维增强nial基复合材料。连续纤维增强nial金属间化合物基复合材料具有较高的力学性能。
5结语
nial金属间化合物由于具有较高的力学性能，良好的耐磨损性能和抗高温氧化性能等而被广泛应用在工程领域中。该文主要讲述nial金属间化合物材料的制备工艺和性能以及研究发展情况等。该文主要讲述nial金属间化合物材料的制备工艺、力学性能和其他性能以及研究发展现状等，并介绍nial金属间化合物在工程领域的应用。nial金属间化合物的未来研究发展趋势是开发新型制备工艺制备具有高性能的nial金属间化合物材料；将颗粒、晶须和短纤维、连续长纤维等引入到nial金属间化合物基体中形成nial基复合材料；还可以通过机械合金化工艺制备纳米级nial金属间化合物粉末，并通过粉末冶金工艺制备出nial金属间化合物纳米块材，可以显著提高nial合金的力学性能。
参考文献
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生物材料的发展现状篇10
关键词：废旧材料；纸制品；泥工活动；塑料制品
一、结合幼儿园泥工活动和多种材质的废旧材料
（一）结合幼儿园泥工活动和纸制品
杂志、旧报纸、餐巾纸都属于可塑的废旧纸类。由于容易着色和可塑性强，这类纸类材料通常会被作为填充物或外部装饰应用于泥工活动。例如，在《七彩饺子》这一主题的软陶泥活动中，由于使用了颜料，许多餐巾纸都染上了颜色，这时就可以收集餐巾纸，在饺子中包入各色餐巾纸。由于纸张具有易燃和耐高温的特点，就可以结合软陶泥和餐巾纸，将其放入烤箱，进行高温加固。
包装盒、筒状内芯、瓦楞纸、硬板纸都属于不可塑的废旧纸张。这类纸张具有较硬的质地，但其同样容易着色，所以在加工制作时就可以进行使用。例如，在进行小动物制作时，教师就可以让小朋友提前进行牛奶盒、纸质饮料盒的准备，既环保又能帮助幼儿进行物品的制作。
（二）结合幼儿园泥工活动和塑料制品
与纸制品相比，塑料制品具有很多相像的地方，塑料袋容易塑形、质地柔软，具有丰富的颜色。但在应用过程中教师需要提前将其做成丝状或小片，防止幼儿因为塑料袋出现意外事故。除此之外，对于塑料制品，其方便获得，具有优美的形状、质地坚硬，可以使幼儿在其形状的基础上进行再加工，在教师对其分解后再行使用。
（三）结合幼儿园泥工活动和纺织品
布和线是幼儿园中最为常见的纺织品，这类物品易于着色，颜色丰富，但往往在泥工活动中很难看到纺织品的身影。在人物肖像制作中，就可以利用到纺织品。教师可以在小朋友使用黏土做好人物肖像后，让其对肖像的头发、嘴巴、眼睛、鼻子使用毛线进行勾勒，使其线条更加明显，这不仅能使其制作的人物肖像立体感得到增强，还使作品颜色增强。
（四）结合幼儿园泥工活动和玻璃制品
玻璃制品方便获得，具有优美的形状、质地坚硬，能够经受高温，在进行泥工活动中，玻璃制品是代替塑料制品的最好选择。
（五）结合幼儿园泥工活动和木制品及金属制品
在幼儿园中，木制品、金属制品出现的形式往往是牙签、木棒或者铁丝等。这些材料通常会应用于制作内部骨架、连接泥工制品。除此之外，还能作为泥工工具进行雕琢。
二、结合幼儿园泥工活动和多种形状的废旧材料
（一）结合泥工活动和平面材料
在结合泥工活动和平面材料的过程中，可以将其支撑泥工制品的底板或背景，在泥工活动中还可以使用较为坚硬的平面材料，教师在这一过程中可以帮助小朋友进行大面积压平和切片。
（二）结合泥工活动和立体材料
1.筒状材料
常见的筒状材料包括矿泉水瓶瓶身、保鲜膜和卫生纸的筒身，这些都可以利用在幼儿园的泥塑活动中。
2.盒状物
幼儿园最多见的就是盒子，特别是体积较小的盒子。例如在制作动物园的软泥陶活动中，教师就可以剪裁鞋盒成相同大小，将其刷成不一样的颜色。将小朋友制作的小兔子、小猫、小狗、长颈鹿、大象等都进行分类摆放，鞋盒的边缘即为动物园的栅栏，既有趣又环保。
3.棒状物
牙签、吸管和竹签等棒状物，不仅可以在辅助物扮演中进行连接、支撑，还能使泥塑作品更加有趣、有吸引力。但在这一过程中，要注意将细长棒状物的尖端磨平，尽量使用粗一点的棒状物，防止幼儿因为这些材料出现意外伤害。小朋友在设计棒棒糖的过程中，就会在竹签上插上自己制作的泥塑作品。小朋友如果在手中搓动竹签，就会产生动态效果。例如，教师在带领小朋友制作蝴蝶时，就可以在竹签上安插制作的蝴蝶，轻轻晃动竹签，蝴蝶就会在空中“飞舞”。
本文就废旧材料在幼儿泥工活动中的应用情况进行了探讨，首先介绍了结合幼儿园泥工活动和多种材质的废旧材料，随后阐述了结合幼儿园泥工活动和多种形状的废旧材料。通过收集废气材料，将其与泥工活动相结合，不仅能够保护环境，还能使得原本的泥工作品变得生动有趣。除此之外，还能对幼儿的大脑、眼睛和手进行锻炼，有利于幼儿的口语表达能力、审美、合作、想象、观察能力的提高，从而促进幼儿实现健康全面的发展。
参考文献：
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