材料研究分析范文1
【关键词】绿色建筑；环保；建筑材料
前言
环保建筑是一个内涵深邃、外延广袤的概念，它赖以发展的基础是环保材料。材料的革新往往引起技术上的革命。可以相信，大力推广环保型建材，运用现代高科技手段进行设计，采用无污染的生产技术，实现建筑可持续发展会逐步变为现。绿色环保型建筑是一个符合可持续发展的绿色建筑，是人类与自然和谐相处的产物，环保建筑是人类文明的标志，是人类保护自己的生存环境的明智的选择。要有意识地保护人居环境，创造良好的居住环境。在设计与做法上力求做到自然与人的协调，为共同的发展创造出优美和谐的绿色家园。在我国， 随着环保型消费逐步占据主流， 住宅建筑的生产商和消费者都对建材提出了安全、健康、环保的要求。采用清洁卫生技术生产， 减少对天然资源和能源的使用， 大量使用无公害、无污染、无放射性、有利于环境保护和人体健康的环保型建筑材料，是住宅建筑发展的必然趋势。
一、环保型建筑材料的特性分析研究
1、满足建筑物的力学性能， 使用功能及耐久性的要求。
2、对自然环境具有亲和性， 符合可持续发展的原则。即节省资源和能源， 不产生或不排放污染环境、破坏生态的有害物质， 减轻对地球和生态系统的背负， 实现非再生性资源的可循环使用。
3、能够为人类构筑温馨、舒适、健康、便捷的生存环境。
二、环保型建筑材料的选用原则分析研究
1、提倡使用 3R 材料 （可重复使用、可循环使用、可再生使用 ）。
2、选用无毒、无害、不污染环境， 有益人体健康的材料和产品， 宜采用取得国家环境保护标志的材料、产品。
三、环保型建筑材料的分类概述
作为现代建筑工程重要物质基础的新型建材， 国际上称之为健康建材、绿色建材、环境建材、生态建材等。环保型建材及制品主要包括： 新型墙体材料、新型防水密封材料、新型保温隔热材料、装饰装修材料和无机非金属新材料等。按照世界卫生组织的建议， 健康住宅应能使居住者在身体上、精神上和社会上完全处于良好的状态， 应达到具体指标最重要的一条， 就是尽可能不使用有毒、有害的建筑装饰材料， 如含高挥发性有机物的涂料； 含高甲醛等过敏性化学物质的胶合板、纤维板、胶粘剂； 含放射性高的花岗石、大理石、陶瓷面砖； 含微细石棉纤维的石棉纤维水泥制品等。因此， 应该仔细地选择和恰当地运用环保型建材， 将建筑材料对环境和人体的不利影响限制在最小范围内。避免使用那些产生放射性污染的材料、溶剂型油漆、化纤毛毯、复合木板和其他建筑产品都可能在空气里释放出甲醛等挥发性的有机混合物（ VO C）， 这些化学制品不仅影响建筑工人和建筑使用者的健康，同时， 也会增加环境中的粉尘和有机物污染。
四、国外环保型建筑材料的使用问题分析研究
发达国家在对环保型建材的研究、开发、实施上起步较早， 制订了一些有机挥发物散发量的试验方法， 规定了一些环保型建材的性能标准， 并且开始推行低散发量标志认证， 同时， 开发了一些环保型建材新产品。国外消费者对建筑装饰材料的环保程度要求很高， 西欧各国和美国等发达国家的建材目前达环保标准的已超过 90% ， 日本还推出了无化学住宅。在倡议和发展环保型建材的基础上， 一些国家已经建成了居住或办公用的样板建筑， 取得了良好的社会和经济效益。充分利用老旧建筑的材料， 尽可能使用由再生原料制成的材料。由再生原料制成的建材产品可以减少固态垃圾， 以及制造的能量消耗， 而且节省自然资源， 这也是具有环保意识的做法， 在世界上逐渐流行起来。许多国家还致力于研究建筑废材 （包括工业废材 ）的改造再生技术， 及其与成本的关系， 以更广泛地节约资源、减少地球垃圾。
五、环保型建材应用的必要性和价值分析研究
我国每年城乡新建房屋面积近 20亿 m2， 其中 80% 以上为高能耗建筑。既有建筑近 400亿 m2， 95% 以上都属于高能耗建筑，能源利用率仅为 33% ， 落后发达国家 20年。在我国， 建筑总能耗（包括建材生产和建筑能耗 ）约为全国能耗总量的 30%， 其中用于建材生产的能耗占到全国总能耗的 12. 48% 。在建筑能耗中， 围护结构材料保温性能差、保温技术落后， 传热耗能高达 73% ～ 77% 。与传统建材相比， 制造环保型建材不仅可以降低自然资源的消耗和能耗， 而且能使大量的工业废弃物得到合理的开发与利用； 环保型建材不仅不会对人类的生存环境造成污染， 而是有益于人体的健康， 有助于改善建筑功能， 起到防霉、隔音、隔热、杀菌、调温、调湿、调光、阻燃、除臭、防射线、抗静电、抗震等作用； 制造环保型建材不仅可以采用不对环境造成污染的生产技术， 而且在产品结束其使用寿命后， 还可以作为生态资源加以利用， 不会形成新的废弃物。长期以来， 中国人已经习惯以地大物博国家的国民自居， 从一次性筷子的大批出口到数以千计的非法小煤矿的开发， 如何让更多中国企业家树立节能意识、让国民树立节能环保已成为亟待解决的问题。
环保型建材的应用价值体现在以下几方面：一是住在这些建筑里会感觉更加舒适， 冬天不冷、夏天不热。由于屋顶涂了节能涂料 （称为戴帽 ）、门窗采用中空玻璃、外墙体使用厚板 （称为穿衣 ）。因此其隔热性、保温性良好， 在天气极端闷热或寒冷时， 效果尤其明显。二是住户可以大大节省电费。据有关部门测算， 在同等面积和住户用电习惯的条件下， 节能建筑约能减少 30% 的电费开支。而目前， 选用节能材料对于开发商而言， 每平方米大约只需要多增加 80元 ～ 100元。事实上， 从目前发展绿色节能环保建筑的形势来看， 各地政府酝酿已久。就国内经济发展较快的地方而言，之前节能环保建筑还是凤毛麟角， 多数人习惯了冬冷夏热， 对绿色节能建筑并没有多少清晰概念。如今， 伴随着政府的强势推动， 节能环保建筑渐渐多起来， 一些新项目， 起到了绿色节能的示范作用。三是减少建材生产对地球环境和生态平衡的负面影响。四是产品结束其使用寿命后， 还可作为再生资源加以利用。
六、结语
近年来，随着人们生活水平和环保意识的提高，一场绿色时尚在我国悍然掀起，追求安全、环保、健康的绿色生活就成了一种持续需要。20世纪90年代开始，可持续发展成为世界上许多国家的发展战略，专家们提出了绿色建筑的概念。绿色建筑就是资源有效利用的建筑，亦即节能、环保、舒适、健康、有效的建筑，简言之为低能耗、低污染的建筑。而环保型建筑材料是绿色建筑重要的物质基础。本文以上就此进行详细阐述。
参考文献
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材料研究分析范文2
关键词：功能高分子材料；研究现状；发展前景
一、功能高分子材料的概念及开发意义
功能高分子材料，是指具有一定传递或存储物质、信息及能量作用的高分子和高分子复合材料。这使得功能高分子材料不仅具有原来的力学性能，同时还兼具如光敏性、导电性、化学反应活性、生物相容性、选择分离性、能量转换性等一系列其他特定性能。按照其功能划分，功能高分子材料主要可分为4类：①物理功能：具体包括超导、导电、磁化等功能；②化学功能：具体包括光的聚合、降解、分解等；③生物功能：具体来说包括生理组织及血液的适应性等；④介于化学、物理之间的功能：主要是指高吸水、吸附等功能方面。
功能高分子材料由于具备特殊的功能，受到了各个领域的广泛重视，特别是其不可替代的诸多特性都为很多领域的技术进步提供了基础和前提，甚至已经因此而诞生出了一批先进的、符合社会发展潮流的新产品。因此，当前各国都加大了对功能高分子材料的人力物力财力投入，面对时间各国的竞争，我国也需要尽快加大对功能高分子材料的研发力度，从而摆脱我国国防、电子、医药和其他尖端领域严重依赖国外功能高分子材料市场的困境。
二、功能高分子材料的研究现状分析
目前针对功能高分子材料的研究和应用现状，主要集中于功能高分子材料的光功能、电功能、生物功能以及反应型功能应用这几个方面：
1.光功能高分子材料
目前的光功能功能高分子材料的研究和应用主要体现在光固化材料、光合作用材料、光显示用材料以及太阳能光板这几个方面，这些具体的应用能通过对光的吸收、储存、传输、以及转换功能，实现对光能的有效利用。例如，目前已经能够通过光功能高分子材料的运用实现光传导来帮助植物的光合作用。此外，运用光功能高分子材料实现手机的太阳能充电也已经成为现实。
2.电功能高分子材料
电功能高分子材料，除了具备良好的导电性能外，其电导率还能根据应用状况的不同，在半导体、金属态和绝缘体的范围进行变化。此外，由于电功能高分子材料一般密度较小、易于加工，同时具备良好的耐腐蚀性，在当前的工业领域中也被广泛的应用。
3.生物功能高分子材料
生物功能高分子材料在生物领域被广泛的应用。如常见的有，由生物功能高分子材料所制成的人体植入物（视网膜植入物、脑积水引流装置等）以及人体义肢等。
4.反应型功能高分子材料
这种高分子材料是一种具备很强化学活性的高分子材料，能够有效的促进化学反应。它是通过对构建高分子骨架，并将小分子反应活性物质通过离子键、共价键、配位键或物理吸附作用进行骨架填充，以实现高分子功能才能的强化化学合成与化学反应的效果。
三、功能高分子材料的发展前景及趋势分析
功能高分子材料具备很多优势特征，这些都使得其更加符合经济发展和社会发展的需求，这也使得功能高分子材料的研究工作在各国的竞争中日益白热化。而去随着投入的不断深化，和技术的不断完善。新型功能高分子材料必然在我们的尖端科学及日常生产生活中扮演越来越重要的角色。功能高分子材料的几种发展趋势。
1.复合高分子材料
目前，功能高分子材料正逐步由均质材料向着复合高分子材料的方向发展，同时其材料的功能也向着多功能材料的方面发展。复合高分子材料往往是在一种基体材料（如金属、陶瓷、树脂等）上，加入增强或增韧作用的高聚物，再通过将多相物复合成一体，就形成了新的复合高分子材料，这种高分子材料能够充分发挥各相的性能优势，因此具有广泛的发展应用前景。在今后的发展中，航天科技、医疗卫生、生活家居、甚至汽车制造等领域，都需要各种高性能的复合高分子材料。
2.环境友好型高分子材料
经济的粗放发展，给整个地球h境都带来了深重的灾难，而随着人们对环保问题的日益重视，各国对各种材料的生态可降解性要求也日益突出。因此，环境友好型高分子材料的开发和深入研究工作，也引起了各国的重视。当前，生物降解技术和环境友好型高分子材料技术大多掌握在发到国家，我国目前还处于追赶阶段。随着世贸组织对环保观念的更加重视，环境友好型高分子材料在产品中的应用优势也将日益显著，为了把握这一趋势，我国要积极开发研究出有自主知识产权的生物降解技术和环境友好高分子材料。
环境友好型高分子材料，通过易水解的高分子的作用在各种生物酶的作用下，能够加速材料的水解反应，帮助材料进行生物降解。这种高分子材料目前研究的重点方向在理化性能、生物相容性、降解速率的控制以及缓释性等方向。
3.隐身性能高分子材料
隐身性能高分子材料的研究应用主要在军事领域，其也是当前各国的尖端军事技术的研究方向之一。以往的隐身材料多采用超微粒子和细微粉，实践证实，通过吸收衰减层、激发变换层以及反射层等多层材料的微波吸收，能够取得一定的吸波效果，达到隐身的目的。但是，由于材料制备复杂，且雷达技术的日益发展，给隐身技术提出了更高的挑战。此后，隐身性能高分子材料必然是向着厚度更小、质量更轻、功能更多以及频带更宽的方向发展。
材料研究分析范文3
关键词：先进高温材料； 研究现状； 发展趋势；
中图分类号：A715文献标识码： A
前言
高温材料已经成为先进材料中的优先发展方向, 材料在高温下的应用对航天技术领域具有极其重要的推动作用。以下就此进行了详细的论述。
一、高温合金材料分析
高温合金是指以铁、镍、钴为基, 能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。高温合金具有较高的高温强度, 良好的抗氧化和抗热腐蚀性能, 良好的疲劳性能、断裂韧性、塑性等。高温合金为单一奥氏体基体组织, 在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用的可靠性, 且其合金化程度很高。就当今高温环境使用的高温合金来看, 镍基高温合金的使用范围远远大于铁基和钴基高温合金。较早的高温合金是在 80%Ni+ 20%Cr 合金基础上发展起来的锻造镍基高温合金 Nimonic80A, 通过添加少量的Ti 和 Al 来提高合金的蠕变断裂强度及抗高温氧化性能。镍基高温合金的发展最初是通过改变合金成分来提高合金的使用温度, 主要有两类: Ni- Cr-Al 系和Ni -Cr-Al-Ti- W-Mo-Ta 系合金。但随着发动机性能的不断提高, 镍基高温合金的使用温度已经接近极限, 用改变其合金成分来提高使用温度已非常困难。为了满足固体火箭发动机的使用要求, 高温合金的发展重点已由普通锻造和铸造高温合金发展为定向凝固高温合金和单晶高温合金, 并向弥散强化高温合金和纤维增强的高温合金发展。单晶高温合金已由第一代合金和第二代合金发展到含有 5% ~ 7% Re 的第三代单晶合金, 其工作温度已达到 1 204℃。
二、难熔金属材料分析
难熔金属( W、Mo、Ta、Nb 和 Zr 等) 及其合金, 由于具有熔点高、耐高温和抗腐蚀强等突出优点, 一直被列入重要航天材料之一, 应用领域涉及到固、液火箭发动机, 重返大气层的航天器,航天核动力系统等方面。钨具有非常高的熔点, 具有很好的抗烧损和抗冲刷能力, 常用作长时间工作的小型发动机的喉衬, 目前研究和使用较多的是钨渗铜材料, 由钨粉烧结成多孔钨骨架, 再经高温熔渗铜, 形成钨渗铜二元假合金。这种双组分金属复合结构部件在灼热的燃气流中工作时, 可使钨骨架结构中所渗透的铜熔融、汽化, 并从钨骨架中逸出。这种金属相变化需要吸收大量的热量而产生冷却效应, 加上铜良好的导热性, 使部件起到冷却降温效果, 以致部件可保持原有的工作特性而满足控制系统的要求。类似钨渗铜的高温材料还有钨渗银、钼渗铜等。
三、陶瓷材料分析
陶瓷具有高温强度高、熔点高、热稳定性好、热膨胀系数较小、抗氧化性好、密度低、硬度大、耐磨、资源丰富、价格低廉等特点。陶瓷的共价键结合结构在高温下具有按强度、刚度、硬度和耐磨性要求而调整结合的能力, 而且密度较低( 约为高温合金的 1/ 3) 。陶瓷的主要缺点是脆性大, 而且成形过程中内部会形成许多能引发破坏的微裂纹, 因而材料的强度分散系数很大,使用可靠性低, 所以改善韧性, 提高抗脆性断裂的能力, 是现在陶瓷研究的重点内容。
四、金属间化合物材料分析
金属间化合物具有作为高温结构材料的特殊优点, 许多金属间化合物的强度在一定的温度范围内随温度升高不是连续下降, 而是升高或保持不变。这种强度随温度升高而提高是一种反常的强度-温度关系,完全不同于传统金属材料的强度随温度升高不断下降的关系。这一发现推动了在金属间化合物形变特性和屈服强度反常温度关系方面新的理论模型和机制的研究。相比而言, 硅化物金属间化合物低温韧性虽然有些不足, 但高温下抗氧化性优异。在硅化物金属间化合物中,MoSi2基高温结构材料以其优异的综合性能而被认为是目前最有前途的材料。解决MoSi2低温韧性不足的主要途径有: 加入高熔点韧性增强剂, 如 Ti、Cr、Nb、Hf、Ta 和 W 等; 添加在热力学上与 MoSi2相容的陶瓷增强相如 SiC、Si3N4、ZrO2、Al2O3、TiB 和TiC; 通过加入 ZrO2, 利用其相变增韧作用来达到增韧效果; 还可同其他高熔点硅化物如Mo5Si3、WSi2和 NbSi2等进行合金化来提高性能。
五、金属基复合材料分析
金属基复合材料(MMC) 除了具有高的比强度和比刚度之外, 还像纯金属一样易成形和易连接, 具有可塑性、抗环境侵蚀, 以及在高温下能保持力学性能。根据基体材料的不同, 金属基复合材料分为铝基、钛基、镁基、铜基和高温合金基复合材料等。目前研制的金属基复合材料有连续纤维增强和非连续纤维增强两大类。
六、陶瓷基复合材料分析
陶瓷基复合材料( CMC) 的热稳定性、高刚度、高温强度和可接受的密度, 使它主要用于工作温度很高而又不冷却的固体火箭发动机和航天器轻重量结构。常用的陶瓷基体是氧化物、氮化物、碳化物; 增强材料可以是颗粒、晶须、纤维等, 但以长纤维效果最好, 如 C、Ai2O3、SiO2、SiC 等纤维。
七、梯度功能材料分析
所谓梯度功能材料, 是以计算机辅助设计为基础, 采用先进的复合材料, 使构成材料的要素( 组成、显微结构等) 沿厚度方向有一侧向另一侧连续的变化, 因而材料特性及功能也呈梯度变化的一种新型复合材料。梯度功能材料已经成为当前高温材料研究领域中的重要课题之一,在有些梯度功能材料中, 除了金属材料和陶瓷材料以外, 还有一个中间层, 主要为高强度的纤维( 如氧化锆、碳化硅纤维等) 和微粒( 如陶瓷或金属间化合物粉末, 碳粒或玻璃微粒等) 。目前研究用于高温材料的梯度功能材料体系主要有: SiC-C、TiB2- Cu、T iB2- Ni、W- Cu 和 Cu- B4C 等。
八、先进高温材料的发展趋势分析研究
1、将纳米技术引入先进高温材料的研究中, 先进高温材料经过纳米材料复合后, 强度韧性将会得到显著改进, 其高温力学性能尤其明显, 可望成为解决1 600℃以上先进高温材料的重要途径。
2、寻找更好的制备工艺, 减少制备周期及制备成本, 进一步提高材料的各项性能。
3、建立和完善先进高温材料各项性能指标的测试、表征技术和评价标准, 建立有关先进高温材料的数据库。
4、探索一些具有特殊性能的可应用于高温环境的新材料种类, 同时应研制容易制造和高温氧化环境中能重复使用的材料。
5、对于某些高温结构材料二次加工比较困难的问题, 同时为了降低陶瓷零件的制造成本, 需研究新的更经济的特种加工技术和近净成形加工工艺。
6、 研究整体结构的先进高温材料用来取代过去采用的一些复合结构, 达到减重的目的。
7、 将智能结构引入先进高温材料中, 研究和开发高温智能材料。
8、先进高温材料的应用研究也要大大加强, 同时应注意根据不同使用温度和环境合理选择不同的先进高温材料。
参考文献
材料研究分析范文4
【关键词】SWOT；环保节能材料；科学发展观
建筑业是我国国民经济的重要支柱产业，而建筑材料产业是我国国民经济建设的重要原材料产业之一。总体来讲，我国建筑材料市场发展还极不完善，其发展模式仍然停留在以高能耗、高污染建筑材料阶段，新型环保节能材料在市场中所占据的比例较小。环保节能材料在拥有巨大的发展潜力的同时也面临着极为尴尬的境地。工业废弃物作为放错地方的资源，以现有的技术来讲，转化成建制材料资源完全具有可行性，同时建制材料还能够很好的为节能材料的制造提供支撑。随着世界范围内能源供给紧张的进一步加剧，大力推广应用建制环保节能材料对我国经济的可持续发展十分重要。
一、我国环保节能材料发展的现状分析
我国环保材料的发展相比于西方发达国家来讲，存在明显的劣势，不仅起步较晚，而且发展存在着较多的问题。归纳总结造成我国环保节能材料发展出现较多问题的原因不难发现，开发商的短视行为和普通用户对环保节能材料认知的缺乏是现阶段制约环保节能材料发展的最主要的两个。随着我国节能减排及相关政策的出台，环保节能材料的推广问题已经成为建筑业和环保部门共同关注的重要问题。
现阶段，环境污染问题、能源危机问题已经成为国际社会普遍关注的焦点问题，如何能够最大限度的境地房屋建筑的能源消耗，以实现能源节约的同时获得更高的经济利益和更高的居住舒适度已经成为行业专家重点研究的课题之一，近年来，随着我国建筑行业的快速发展，我国在节能环保材料领域的研究也取得了较大的进展，但由于受传统观念根深蒂固的影响，新型节能环保的推广和应用仍旧任重而道远。
二、我国环保材料发展环境的SWOT分析
为了更好的研究我国环保材料市场发展环境，本文通过调查问卷的方式对南京市浦口区民众进行了环保节能材料接受情况和满意度的调查，本次调查采用随机调查的形式，共发放调查问卷500份，收回调查问卷486份，其中有效调查问卷为450份，本次调查有效率为90%。根据调查内容，作者制定了SWOT分析表，如表1所示：
三、我国环保材料发展的SWOT策略选择
仅仅选择民众作为调查研究的对象不能有效全面的反应现阶段我国环保节能材料的发展状况，为此，笔者走访了建材市场进行了深入的调查，通过发放调查问卷的形式与经营管理者因素评价和强度及权重收集，并对收集的数据进行了加权平均综合分析。分析公式如下：
第i个因素的优势力度：Si=对应强度值×重要性估计值
第k个因素的劣势力度：Wk=对应强度值×重要性估计值
第m个因素的机会力度：Om=对应强度值×重要性估计值
第n个因素的威胁力度：Tn=对应强度值×重要性估计值
问卷整理优势、劣势、机遇、威胁各因素强度及重要值统计结果如下：
Vi及Wi依次代表以下要素的强度及重要性值：低耗、寿命长、污染小；环保材料功能先进；环保节能材料舒适度高；环保材料价格较贵；认证体系不完善；宣传推广力度不够；国家政策支持；低碳理念深入人心；技术创新带来的影响；普通建材的威胁；虚假节能环保材料威胁；消费者坚持价格向导。
通过将四个数值置于SWOT分析图中，如图1所示：
从图中可以看出，环保节能材料战略选择的重心应该在第一象限，也即应当选择OS战略。
四、我国环保材料发展的策略制定
SO战略是一种发展企业内部优势与利用外部机遇的战略，是企业最理想的发展战略模式。当企业具有特定的内部优势，且外部环境又为这种优势的发挥提供有利机遇时，可以应用SO战略。环保节能材料的发展符合我国科学发展观的要求，国家在政策层面给予了大量的支持，且环保材料也能以其强大的功能和安全、节能效用为用户带来真正的实惠。
（1）充分利用国家政策，发挥环保材料优势，加大创新力度
大力推广应用环保节能材料符合我国科学发展观的要求，且环保理念已经深入人心，企业应当借此机会，大力宣传环保节能材料，宣传过程中应当着重于方式的选择和产品特点的选择，可以为顾客提供不满意无条件退款等优惠，让消费者在实际使用过程中通过切身的体验，来实现更好的宣传效果。
（2）加大科技创新力度，优化环保材料功能
环保节能材料的研发过程应当更多的考虑人性化的设计。随着科学技术的进步，满足功能需要的需求仅仅只是第一步，为了更好的吸引消费者，增强环保节能材料在使用过程中的舒适度，研发单位应当加强环保材料在节能功效上的稳定性，减少环保节能材料在使用过程中发生的功能逐渐丧失的情况。
（3）重视企业品牌建设，提高产品知名度
企业应当利用国家对环保节能材料的支持，加快产品品牌建设，尽快树立一个名牌，使消费者在选择环保材料时有一个明确选择的目标。以便在确保消费者合法利益的同时，增加企业获利的空间和竞争力提升的余地，以此为据点寻找环保节能材料的突破口。
参考文献
材料研究分析范文5
关键词：左手材料；电磁特性；介电常数；磁导率；隐身
中图分类号：O411 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）05-0009-02
LHM早在1968年就成为科学家们的研究对象，但是，由于在自然界中，一直无法找到天然的左手材料，它的存在性一度受到人们的质疑。直到1996年，Pendry等人提出，周期排列的细导线阵列和周期放置的开口谐振环阵列在微波波段分别呈现出负介电常数和负磁导率效应，这一重大发现为隐身领域的发展开启了一扇大门。本文通过对左手材料的三大电磁特性进行分析，论述了左手材料隐身特性的可行性。
1 左手材料的存在性
1.1 Smith棱镜实验
在Pendry研究理论的基础上，美国Smith等人将细金属导线阵列和开口谐振环阵列刻制在同一块电路板上，制成了微波段下的左手材料。使入射波通过楔形左手材料块，在可能的折射区域用检测器检测各处折射波束功率的强弱，实验发现，当折射波束和入射波束在交界面法线的同侧时，折射波束的功率最大，证明了材料试品具有负折射特性，即左手材料是存在的。
1.2 实验补充
由于实验材料会对波束产生损耗，棱镜各处的厚度不一，对波束的耗散程度不同，可能会使折射角为负的区域检测到的波束功率较大。为了排除材料对波束耗散作用的影响，很多科学家又设计了波束平移实验、波束汇聚实验、左手材料填充波导方针实验等，都充分地证实了左手材料的负折射特性，从而验证了左手材料的存在。
2 左手材料的电磁特性
2.1 左手特性
由麦克斯韦方程可得：
K×E=w?H
K×H=-wεE
式中：K为波向量，E为电场方向，H为磁场方向。当介电常数ε和磁导率?均为负时，电场方向E、磁场方向H、波向量K将形成左手正交关系，即左手材料具有左手特性。
2.2 后向波特性
由能量守恒定理可知，能量是由近及远传播，并逐级递减的。在普通材料中，能量传播方向和相位波前的传播方向一致，而在左手材料中，K为负值，通过下式：
V=w/K
可得，其相位波前的传播方向与普通材料是相反的，即电磁波的能量传播方向与相位传播方向相反。因为相位波前由远及近传播，所以能量依然是由近及远传播，并不违背能量守恒定律。
2.3 负折射特性
折射定律可改写为：
式中：p1为入射波所在材料的正向性，P2为折射波所在材料的正向性。
当两种材料的正向性一致时，不管是普通材料还是左手材料，都只发生正折射现象，只有当两种材料的正向性不一致时，才会发生负折射现象。
3 左手材料在隐身领域的应用
3.1 隐身材料的发展
隐身材料，最初被认为是只吸收电磁波，而丝毫不发生反射或反射的电磁波不足以使人们产生视觉效果的材料。随着人们对左手材料认识的不断提高和对隐身领域的不断研究，隐身已经扩展到了使电磁波绕过被隐身对象实现隐身效果的范畴。
3.2 左手材料的隐身模型
以无限长非均匀各向异性介质覆盖圆柱体模型为例，利用仿真软件可以得出，电磁波能够在介质层的作用下，绕过内部导体，而不形成任何散射。不仅仅高度对称的左手材料介质层圆柱体模型具有隐身效果，无限长棱柱体、球体、椭球体都具有类似的隐身特性。
3.3 左手材料适用于隐身领域的条件
3.3.1 电磁波波长条件。左手材料隐身特性的应用环境为微波波长，这种波在电磁波谱中的位置紧邻无线电波，相当于可以吸收此微波频段的“黑洞”。微波的波长较长，可以绕过障碍物，左手材料只有在微波波段才具有负介电常数和负磁导率，从而具有隐身特性。
3.3.2 频率要求。左手材料具有隐身特性时，要求其频率低于工作器件的谐振频率。由于在高频段，左手材料的分布参数效应增大，模型要求的单元尺寸远小于波长的条件不再满足。
4 左手材料的发展趋势与应用前景
随着左手材料的不断发展，负介电常数材料和负磁导率材料在越来越多的领域受到青睐，“超常媒质”的概念也随之衍生出来。普通的左手材料由于其带宽窄、损耗大、结构单元电尺寸大等问题严重限制了其应用。将普通材料和左手材料相互穿插，可以得到具有超强电磁波聚焦特性的材料；左手材料和右手材料相结合，可以实现微带天线的小型化；以左手材料为基础研究的零折射材料，可以实现汇聚波束的作用，从而增强天线增益；通过改变左手材料的本构参数，可以实现更宽的工作带宽和较好的通带特性，使左手材料具有更广的应用领域。
5 结语
左手材料具有异常的电磁特性，其左手特性、后向波特性和负折射率特性使左手材料在隐身领域得到广泛应用。但其必须在微波波段和低于工作器件谐振频率的情况下使用，通过改变左手材料的结构参数和将左手材料与其他材料相结合，可以将左手材料应用得更广。
参考文献
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材料研究分析范文6
关键词:排水基层；材料组成: 分析
交通工程采用的水泥混凝土路面，其损坏主要是路基、路面的损坏，而水是促使路面过早损坏的主要因素之一。《公路排水设计规范》(JTJ018-97)在路面内部排水部分内容中指出：对于年降雨量在600mm以上的湿润多雨地区，路基由透水性差的细粒土组成的高速公路、一级公路或重要的二级公路宜设置路面内部排水系统。《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2002)也将多孔隙水泥稳定碎石排水基层和沥青稳定碎石排水基层列为可选的基层类型。如此，路面排水系统考虑路面结构内部滞水的排放，设置有效的路面结构内部排水系统即多孔隙排水基层的情况下，降低了内部滞水的危害性。
一、德昌高速公路收费广场工程概况
德昌高速公路收费广场路面内部排水系统是采用开级配水泥稳定碎石基层，排水层横贯路基整个宽度，不设纵向集水沟和集水管以及横向出水管。德昌高速公路收费广场路面设计为28cm水泥混凝土路面，其下结构层为14cm多孔隙水泥稳定碎石排水基层，排水基层下设15cm水泥稳定碎石基层，在14cm排水基层与15cm水稳基层间设0.6cm沥青下封层。收费站为2进4出式，位于德兴互通A匝道，收费广场路面宽度33.4m，双向横坡1.5%，纵坡1.81%，14cm排水基层每边宽度比路面尺寸多出25cm，最大单向坡路面宽度22.1m，该22.1m范围内的混凝土面板长度5m，宽度为5.7m+5.4m+5.4m+5.6m。
二、排水基层材料组成的设计
1.技术要求
1.1《公路排水设计规范》(JTJ018-97)对路面内部排水系统提出以下要求：
1.1.1路面内部排水系统中各项排水设施的泄水能力应大于渗入路面结构内的水量；
1.1.2渗入水在路面结构内的最大渗流时间，冰冻地区不应超过1小时，其他地区不应超过2小时(重交通时)~4小时(轻交通时);
1.1.3渗入水在路面结构内的渗流路径长度不宜超过45m~60m。
1.1.4水泥处置碎石集料的水泥用量不宜少于160Kg/m3，其7d浸水抗压强度不得低于3MPa~4MPa。
1.2《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2002)对排水基层的集料规格及个别关键筛孔通过率有以下要求：
1.2.1多孔隙水泥稳定碎石的集料公称粒径宜为31.5mm或26.5mm；
1.2.2小于0.075mm颗粒含量不得大于2%，小于2.36mm的颗粒含量不得大于5%，小于4.75mm颗粒含量不得大于10%。
2.水力计算
《公路排水设计规范》(JTJ018-97)指出，排水层的厚度视需要排泄的渗入水水量和所选透水材料的渗透系数而定，排水基层的泄水能力是透水材料渗透系数和基层厚度的函数。可以先选定透水材料，而后依据其渗透系数确定所需的排水基层厚度；或者，先选定排水基层的厚度，再确定所需的透水材料渗透系数。显然本项目收费广场排水基层厚度已由设计给出为14cm，我们需要据此计算所需透水材料渗透系数。
2.1《公路排水设计规范》(JTJ018-97)给出水泥混凝土路面纵向每延米表面水渗入量计算公式为：Qi=Ic×(nZ+nh )
式中 Qi―纵向每延米路面结构表面水的渗入量[m3/(d•m)]；
Ic―每延米水泥混凝土路面接缝或裂缝的表面水设计渗入率[m3/(d•m)]，可按0.36m3/(d•m)取用；
B―单向路面的宽度(m) ；
L―水泥混凝土路面的横缝间距(即板长)(m)；
nZ―B长度范围内纵向接缝和裂缝的条数(包括路面与路肩之间的接缝)；
nh―L长度范围内横向接缝和裂缝的条数。
考虑2倍的设计保险系数，依据设计给出的资料可计算出本项目德兴收费广场路面纵向每延米表面水渗入量为Qi=6.06m3/(d•m)。
2.2依据以上计算结果及达西定律计算所需透水材料的渗透系数Kb。
Qb=KbiA=Kbihh
式中 Qb―纵向每延米排水基层的泄水能力[m3/(d•m)][本例取上式计算的渗入量 6.06m3/(d.m)]；
Kb―透水基层材料的渗透系数(m/d)；
i―渗流路径的水力坡度；
ih―基层横坡；
A―每延米排水基层的过水断面面积(m2)；
h―排水基层的有效厚度(m)(考虑到排水基层厚度有可能被水泥混凝土路面影响，本例取为12cm)。
代入以上数据可以计算出所需透水基层材料的渗透系数为Kb=3367(m/d)。
2.3集料试配
《公路排水设计规范》(JTJ018-97)给出了水泥处置排水基层的两组参考级配，因2.2计算出所需渗透系数为3367(m/d)，且参考1.2.2集料关键筛孔的要求，我们选取级配②进行级配控制(如表一)。
我们选用的原材为4档集料：0-4.75mm、4.75-13.2mm、13.2-19mm、19-31.5mm，
经反复调整最终确定该4档集料按1:1:77:21比例掺配后其级配能满足表一要求(掺配后级配见表二)。
3.级配验证
3.1验证其渗透系数能否满足不小于3367(m/d)的要求。
《公路排水设计规范》(JTJ018-97)给出了渗透系数的计算公式如下：
K=-0.251+0.92Vr+ -0.005P0.075(cm/s)
式中 K―透水材料的渗透系数(cm/s)；
P0.6―透水材料通过0.6mm筛孔的百分率；
P0.075―透水材料通过0.075mm筛孔的百分率；
Vr―透水材料的孔隙比。
经实测Vr=0.33，P0.6=0.6，P0.075=0.2代入上式得K=4.52(cm/s)=3904(m/d)，满足不小于3367(m/d)的要求。
3.2最大渗流时间及渗流路径长度验证
《公路排水设计规范》(JTJ018-97)提供的公式如下：
式中 t―渗流时间(h)；
Ls―渗流路径长度(m);
Vs―渗流速度(m/s);
Kb―透水材料的渗透系数(m/s)；
ne―透水材料的有效孔隙率；
iz―路面纵坡；
ih―路面横坡；
将设计图纸提供的数据代入，计算可得渗流路径长度Ls=22.17m，满足小于容许长度45～60m的要求；渗流时间t=1.5h满足最大径流时间小于2h要求。
3.3强度验证及水泥剂量的选取
按以上级配分别按照5.5%、7.5%、9.5%水泥剂量制做3组无侧限抗压强度试件，试验结果如下：
水泥选用强度42.5MPa，考虑到经济性及根据实际经验，过高的水泥剂量可能导致基层开裂，选择水泥剂量为5.5%。
三、结语
在水泥混凝土路面排水系统中设置排水基层排水逐渐成为高等级公路路面结构内部排水的主流，在实际施工中应注意，排水基层的材料渗透系数应根据设计图纸提供的资料利用《公路排水设计规范》(JTJ018-97)中提供的公式进行计算，不能简单的以规范中给出的不小于300m/d为控制指标。本项目中若以300m/d为控制目标，可以反算出所需排水基层最小厚度为136cm，明显不符合实际。另外，通过以上分析与研究可知多孔隙水泥稳定排水基层材料组成设计的关键是确定良好的级配，并使之能满足排水与强度的需要。由于关键筛孔的通过率要求较为苛刻，对于4.75mm以下的集料尽可能少掺甚至不掺，同时应严格控制好各档集料的含泥量，否则很难配出合理级配。
参考文献：
［1］JTGD40-2002,《公路水泥混凝土路面设计规范》[S]。
［2］ JTJ 018―97, 《公路排水设计规范》[S]。
［3］姚祖康.《公路排水设计手册》［M］北京：人民交通出版社。
