纳米技术论文范文1
纳米光电子主要是研究在所有纳米结构中各个电子以及光子存在的相互作用。将光电子以及纳米电子的相关技术相互结合共同组成了纳米光电子技术。传统的半导体硅并不具备发光的基本功能，但是引进了纳米技术以后，能够发出一种非常耀眼的光，同时开设了一门新兴的纳米光电子。
二、纳米光电子技术的发展
新时代的纳米电子技术能够快速的制作各种单电子存储，同时还可以制作一些非常精巧完美的微电子机械以及电机械系统。随着现代纳米技术的不断进步与发展，集成电路也将成为一种比较先进的半导体器件，并成为了未来发展的新方向。如今的信息社会对于所有使用的集成电路具有的集成度的各种要求也逐渐增高，这就导致人们不断突破尺寸具有的极限途径。在新的社会形势下，纳米电子以及纳米电子光技术应运而生，并成为了半导体科学以及各种工程研究的重要领先技术。光电子技术属于电子技术以及光电子技术的结合体。二十世纪以后，光电子技术逐渐发展，并取得了一定的进步。将光电子技术以及纳米技术巧妙的相互融合最终形成了纳米光电子技术，成为了未来电子技术不断发展的新领域。如今的二十一世纪，也为光电子技术以及纳米光电子技术发展提供了新的机遇。
三、纳米光电子各个器件的具体分类
3.1纳米光电技术探测器
如今的纳米光电技术探测器主要是利用纳米光电子的基本材料进而不断发展而来。这种微型的探测器主要由纳米丝以及各种纳米棒共同组成，例如，超高灵敏度红外探测器等。
3.2纳米发光器件
引进纳米光电子的相关技术并利用纳米光的基本材料，利用纳米光刻技术，最终研制出新兴的纳米发光器件。主要有利用纳米粒子等材料制作完成的一种硅发光二极管，使用各种纳米尺寸制成的可以实现调谐的纳米发光二极管。
3.3纳米光子器件
纳米量子机构以及量子电路等各种集成技术都蕴含着非常深奥的研究内容。例如，利用三维光电子自身的晶体天线，还可以利用光子晶体技术二极管，以及无损耗产生的光电波，光开关等，这些都属于先进的纳米光子器件，在量子保密通信中的各种重要的关键器件，都是利用纳米光子器件完成的。
3.4纳米显示器
纳米显示器主要包括碳纳米管显示器，还有一种碳纳米发生显示器等。如今的纳米电子学还有纳米光子学以及先进的磁学微电子，自身具有的极限线宽都是70nm，这种先进的技术通过几十年的研究就完成了。为了能够在最短的时间内完成新兴的器件，使用单原子具体的操作方式成为重要的研究方向，并且，利用这种先进的技术能够制成计算机，并且能够有效的提升计算机自身的计算能力，甚至可以提高上千倍，但是需要使用的功率只有现在计算机的使用功率的百万分之一。如果使用先进的纳米磁学，计算机具体的信息存储量甚至能够达到上千倍。使用纳米光电子能够提升通信带宽的上百倍。另外，除了以上介绍的各种器件，还可以从广义上分析，纳米器件还有分子电子器件，这种器件无论是在材料上还是在使用的原理上都与上述的半导体量子器件存在较大的差异。
四、结束语
纳米技术论文范文2
[关键词]纳米粒子；吸附；膜处理
安全饮用水被认为是一个国家发展的重要指标，根据最近的报告，世界各地约有6.63亿人无法获得安全饮用水[1]。多年来，污染和滥用地表水导致全球50%以上人口依赖地下水作为饮用水。然而，地下水是氟化物、砷、铅、铬、硝酸盐、硒、氯化物、重金属以及放射性物质的避风港，这些离子极大地损害了地下水的质量，导致了健康问题[2]。此外，腺病毒、甲型肝炎、轮状病毒等病原体通常存在于地表水和地下水中，必须有效地灭活才能提供安全的水。饮用水安全是根据国家标准或国际准则来判断的，卫生组织的饮用水质量准则是最重要的准则之一，并由许多发展中国家实施。报告表明，在依赖改良水源的估计62亿人中，超过10亿人继续使用不安全的水。联合国可持续发展目标(SDG6)之一是到2030年实现人人享有安全和负担得起的饮用水水处理技术的进步可以在实现这一目标方面发挥作用。在传统上用于饮用水处理的各种技术中，砂(颗粒介质)过滤是最古老的处理技术之一。砂过滤最初被认为是通过粒子间间隙的尺寸排除工作的。然而，后来的研究表明，慢沙过滤器(SSF)在富含细菌种群的沙粒周围形成一种活性生物膜(称为Schmutzdecke)，从而提高了介质的过滤能力。颗粒介质过滤的应用面临的挑战之一是，除了易受事故和流量变化的影响外，它无法有效地去除化学污染物。其他一些常规使用的技术包括化学氧化、吸附、化学沉淀/凝固、离子交换等等。最常见的化学氧化剂是氯，它为去除病原体提供了有效和坚固的屏障。另一方面，化学沉淀通过添加反离子来降低离子污染物的溶解度。这通常是絮凝和沉淀或过滤。近年来，人们对纳米粒子作为吸附剂在水处理中的应用越来越感兴趣。纳米技术显示出巨大的前景，作为处理持久性和新兴污染物的最佳可行方法[3]。纳米材料吸附与传统吸附剂相比，具有吸引力的替代品，因为它们具有较高的长径比，增强了反应活性，进而转化为较高的吸附容量。此外，纳米吸附剂还提供了额外的可能性，如在家庭一级以不同形式使用的可能性，例如，以粉末形式使用，涂覆在衬底上或在过滤器中使用等。颗粒的较小尺寸也提供了构建紧凑处理系统的可能性。最近的研究还表明，纳米粒子可以被工程化，同时针对多种污染物，从而可能降低处理成本。然而，人们对纳米材料的安全处置及其对公共健康和生态系统的潜在风险还表示担忧。因此，本综述详细介绍了在水处理中使用纳米粒子的现有技术。虽然对纳米粒子在水处理中的应用进行了大量的研究，但几乎没有任何全面的评论对这一主题进行批判性分析，本文试图填补这一空白。
1纳米粒子在水处理中的应用
用于环境保护和水处理的新型纳米材料的开发和使用近年来受到了广泛的关注，因为它们的表面积与体积比更大，粒径更小[4]。纳米材料在水处理中的四个主要应用领域是(A)吸附去除，(B)催化降解，(C)消毒和(D)膜过滤。其中，吸附去除污染物和使用纳米材料消毒是主要内容。纳米技术使水处理做法有望克服现有技术目前面临的主要挑战，并为水的经济利用提供新的处理方法。
2吸附去除
不同种类的纳米粒子被用于吸附去除研究，即用于去除砷的铁基纳米粒子、用于去除氟化物的碳和铝基纳米材料等[2]。本文综述了在各种使用点(POU)饮用水处理系统中常用的纳米吸附剂。
2.1氟化物的去除
碳纳米管是一种有趣的纳米材料[5-6]，由于其高的机械强度和导电性而得到了广泛的研究。碳纳米管与其他纳米材料一起被广泛应用于从水中去除氟化物。最近改性的多壁碳纳米管被广泛用于去除水中的一些重金属。
2.2重金属的去除
水源中重金属的存在是一种全球威胁[7]，有些已知有毒和致癌。已知铅、砷、镉、铬、硒、汞和钴等重金属离子会损害水质，而且已知其毒性超过允许的限度。吸附是一种常用的重金属去除技术，由于它是一种成熟的技术，成本低，效果好，因此对家庭水处理更有吸引力。铁基纳米粒子是最常见的用于重金属去除的纳米吸附剂。据报道，砷污染影响到全世界约1.5亿人，在大约70个不同的国家。将磷灰石纳米粒子掺入聚丙烯滤筒过滤器中，有效地用于去除砷。初步试验表明，滤料对中等砷浓度(30~40ppb)的泉水的处理效率较高。平均需要100毫克赤铁矿纳米粒子来处理每升泉水[8]。
2.3去除杀虫剂
尽管银纳米粒子的主要作用是在消毒领域，但它们也被用于去除卤化农药和有机物，该技术已被印度技术研究所马德拉斯的研究人员申请饮用水净化专利[9]。嵌入在活性氧化铝中的银纳米粒子用于有效去除卤化有机物和农药。通过纳米粒子表面与农药之间的新型化学反应，实现了农药的去除。杀虫剂中的大部分要么是卤化碳，要么是含硫的分子。例如，卤化碳在室温下与贵纳米粒子相互作用后被降解为金属卤化物和非晶态碳。观察到，当加入农药的水(50ppb浓度)通过过滤器时，可以获得无农药水。由于银纳米粒子以其抗菌性能而闻名，因此过滤器也很可能是有效的消毒工具。然而目前市场上没有这种产品。
3膜过滤
用于饮用水处理的膜是一个快速增长的领域[10]。膜为水中的不良成分提供了物理屏障。然而，膜污染是其有效应用的最大障碍之一。纳米技术正被用于开发创新的聚合物和陶瓷膜，以提高膜过滤系统的性能。理论上，纳米粒子在膜中的掺入提供了污垢阻力以及消毒和污染物降解的额外好处，这取决于所使用的纳米材料。纳滤膜，如NF90和NF400，已被用来去除地下水中的氟化物，在10bar的压力下，氟去除率为98%。商业上可用的NF膜也被修饰使用聚电解质薄膜，以提高膜的选择性。银纳米粒子也被浸渍到硝化纤维素膜上，用于去除细菌病原体。如Aquapure，Kinetico和QSI纳米使用浸渍银纳米粒子的膜，并显示99.9%的去除细菌，病毒和原生动物。亲水性金属氧化物纳米粒子通常被添加到膜中，通过增加亲水性来减少污垢。例如，氧化铝、二氧化钛、二氧化硅和沸石纳米粒子被添加到聚合物超滤膜中，已经进行了实验室规模的研究，以确定碳纳米管膜在水处理中的潜力，这些纳米管膜已被研究为可有效的去除细菌，病毒，浊度和有机污染物。因为这些过滤器需要较少的能量，高渗透性，更耐用，更容易清洁和重复使用。这些膜具有很好的市场前景。
4催化降解
光催化降解常用的纳米材料有二氧化钛，铈和碳纳米管[11]。其中，二氧化钛纳米粒子由于其稳定性、摄入无毒、成本低，在水处理中得到了广泛的探索。二氧化钛纳米颗粒在水、紫外线照射和氧气的存在下产生自由基，随后分解成毒性较小的碳化合物。钛可以用作浆料，涂层作为薄膜或膜。二氧化钛纳米粒子对有机污染物的光催化降解已被用于工业规模的净水系统。然而，纳米粒子在光催化降解中的大规模应用还存在一些技术挑战需要解决：(1)高效的光催化反应器设计和(2)催化剂利用可见光的优化。
5纳米粒子的安全处置环境影响
基于纳米粒子的POU系统在饮用水处理领域具有巨大的优势。纳米材料的影响不仅需要从其应用的角度来评估，而且需要从其释放到环境中的潜在毒性效应的角度来评估。有研究表明，特定纳米材料性能和毒性极限的影响取决于纳米粒子的类型和大小[12]。纳米粒子在环境中的行为也取决于许多因素，如pH、周围介质、离子浓度、表面封盖剂和粒径。现有信息不足以确定饮用水中特定纳米材料的最大允许浓度。尽管有许多评估纳米结构的工具，纳米毒理学仍然需要在纳米尺度上精确地测定生物系统和纳米材料[4]。因此，对纳米粒子的释放进行仔细的控制和严格的指导是至关重要的。然而，虽然已经提出了安全措施，但没有处理纳米毒性的具体准则。金属离子从纳米材料中溶解是另一个主要问题，检测其释放是一个挑战，需要复杂、昂贵的技术和具有超低检测水平的分析方法。在环境机构制定更明确的纳米材料释放指南之前，处置管理的最佳方式是纳米粒子的回收利用。使用过的纳米颗粒可用于制造砖块或填充在钢瓶中，并在地球深处作为填埋场处置。再生金属离子也可用于其他材料的合成..利用天然沸石从废废物中固存重金属的方法。同样的方法可以进一步探索废纳米吸附剂的污泥。研究人员还探索了各种方法，以水泥、砖块、聚合物基质的形式固化和稳定废弃的重金属废物，最终将在填埋场处置。
6总结和结论
纳米技术论文范文3
2012年8月，美国经济发展局奖给布法罗大学349，565美元（约2，171，672元），用于在纽约西部10个县扶植培养创新精神，创造工作岗位和鼓励私人投资。联邦基金将用于创造一个创新中心，这是一个为期两年的项目，推动从纽约大学各个分校产生的发明和创新。目的是加速创新和发明商业化的渠道，把企业家和大学及社区的资源紧密联系起来。这一创新中心将会为企业家、商业和经济开发商提供一个合作和信息交流的平台，为企业提供新的商业信息，提供开发技术公司在早期阶段的领导能力训练，提供新产品开发的工艺流程，帮助解决中小企业的技术难题。
二、建立大量的多学科研究中心
UB建立有大量的研究中心和研究所，共有158个。这些研究中心主要侧重于协作、多学科的工作，覆盖了从建筑和新生媒介到国家安全和妇女的健康等广泛的研究领域。例如布法罗大学的多学科地震工程研究中心（MCEER）是由来自整个美国许多学科和研究机构的多名研究人员和工业界的合作伙伴组成的科研团队。MCEER最初由美国自然科学基金委于1986年建立，作为第一个国家地震工程研究中心。1998年，更名为多学科地震工程研究中心。MCEER的使命已经从最初侧重于研究地震工程到研究各种各样的自然或人为的灾害对于关键的基础设施、结构和社会的技术和社会经济等方面的影响。MCEER通过一个多学科的、多种自然灾害研究，同教育和外界紧密联系的系统来完成研究工作。
三、制订长远和前瞻性的学校发展计划，强化优势学科
为了确保布法罗大学持续的繁荣和发展，保持长期的创新活力和世界一流研究型大学的地位，学校董事会制订了UB2020计划。UB2020计划旨在提供学生最好的大学教育，提供社会（社区）最前沿的科研和医疗。其中计划的主要内容之一是培养战略优势学科。其战略优势主要分布在如下的八个方面：（1）艺术和表演艺术；（2）公民参与公共政策；（3）文化和文本；（4）极端事件的减缓和应对；（5）整个生命周期的健康问题；（6）信息与计算技术；（7）集成纳米结构系统（INS）；（8）生物系统和生物分子识别。每一个方面都设定达到世界一流的目标。如在集成纳米结构系统方面，倡导纳米科学和纳米技术的合作研究，做出能改变世界的发明和创新成果。集成纳米结构系统的研究人员们主要集中在下面六个主要的研究区域：（1）自旋电子学。用电子的自旋来储存、处理和传播信息，从而开发出一些以前不可能实现的电子仪器设备，使未来计算机的体积更小效率更高。（2）纳米电子技术。纳米电子技术侧重在创造纳米尺度的仪器和电路元件，克服现在微电子电路的不足，并实现这些仪器的包装。UB的研究人员正在设计和制造纳米尺度的电路、芯片和包装技术，未来的电器元件能够承受很高的电流密度和温度梯度，从而能够提供更快、更小、功能更加强大的计算机。（3）纳米医学。纳米医学的进展在UB包括新的微创诊断方法，药物和基因的目标（靶向）递送系统，促进光动力癌症治疗的方法，新的医学成像模式和实时药物疗效监测方法。这些研究向着临床实践的方向发展，最终能够提高病人的生命周期和生活质量。（4）传感器和纳米技术在生物医学中的应用。UB在传感器领域的工作包括神经元网络、模式分析、低功率光探测器和光源、新的分析物的识别技术。确定复杂化学模式作为各种疾病的标志，例如糖尿病和各种不同类型的癌症，最终能够实现这些疾病的早期诊断和治疗。（5）太阳能。UB研究人员正在开发一种新的科技用于制造和组装无机纳米材料，用于创造造价低、更加经济有效的太能电池。研究活动包括在一个导电聚合物母体上基于无机纳米晶体组装纳米材料用于制造和测试完全混合无机/有机太阳能电池的工艺过程中所发生的光诱导表面电子转移反应的基本表征。（6）能量储存和转换。改进的能量储存对于许多新兴的技术从电动和混合动力汽车到植入式医疗设备是非常关键的。UB的研究人员正在开发（研发）纳米材料并将它们应用到电池中，与现在的技术相比，新材料的应用能产生更高的功率体积比、更高的电流密度和更长的工作时间。这些微型电源对于许多传感器技术来说是必不可少的。
INS的研究人员来自整个的UB校园，并且和许多系（共约18个系）和研究中心（4个研究中心）一起工作，INS是纳米科学的焦点。并且INS拥有一套集中调配的仪器支持（支撑）纳米科学和相关的物理、工程和材料的研究工作，所有的仪器对于UB的工作人员和外部的用户是开放的，收取适度的成本回收费用。其中的设备有高分辨率投射电子显微镜装置、聚焦离子束扫描电镜设施、洁净室设施、电子束普光设备和原子力显微镜设备等。这些高精的尖端科研设备有力地推动了研究工作的进展。通过合作基金、研讨会和学术会议，INS形成了一个良好的研究环境，已经获得了很多突破性的研究成果。比如化学系教授SarbajitBanerjee被麻省理工技术评论（MITTechnologyRe-view）评为世界上35岁以下最优秀的发明家之一。他最有名的发明之一即是“智能玻璃”。这种玻璃具有夏天隔热，冬天透热的温度调节功能。
四、研究生课程设置
以美国布法罗大学的土木工程博士学位为例，分析一下课程设置和有关的要求。有如下三个方面的要求：（1）完成研究生课程学习；（2）通过博士资格考试（书面考试和口试）；（3）毕业论文答辩和评审。具体来讲，博士学位必须包括除了本科学位之外的72个学分，包括12到24个学分来自论文，至少18个学分来自课程学习。论文是最为重要的工作，必须能够对所学习的领域做出有意义的贡献。课程通常是由导师和研究生共同选定，但是必须包括在数学方面的两门课程和力学（流体力学或固体力学）方面的两门课程。在专业课程的设置方面，既重视基础知识学习，同时注意学科交叉和最新知识进展的介绍。如开设有结构健康监测和无损测试、桥梁工程中的新兴技术、材料的力学行为，土木工程中的统计方法等课程。课程的设置为研究生的学习打下了良好的基础，并使研究生对最近的学科知识和技术有所了解，为他们进行创新性的研究工作打下了良好的基础。
五、从事具有突破性的创新发明工作
2012年，布法罗大学评出了7项最令人震惊的发明。（1）自生长血管。研究者们开发了一种可以特别为病人产生部分血管的方法。当移植入病人体内的时候这些分段的血管能够产生几乎正常的血管。发明小组是由医学、化学和生物工程以及生物物理学等科研人员组成的团队。（2）超级细菌毁灭者。医学人员发明了能够给予平均抗生素超级强度的方法。采用一种在乳汁中的脂质蛋白质复合物，在单独使用时具有很小的抗菌能力。当与存在的抗生素结合的时候，即可具有很强的药物敏感性。（3）生物膜去除剂。布法罗大学的工程师和医学研究人员合作开发了一种能够除去医用金属植入物上的感染生物膜的电化学方法。（4）蛋白质疗法的纳米保护壳。蛋白质基的药物能够治疗多种疾病，但是人体的免疫系统经常把蛋白质作为侵入异物而进行攻击。UB的药物科学家们利用lipid-based纳米颗粒（分子）训练整个免疫系统来接收这些蛋白质治疗分子。（5）肿瘤抑制基因。许多癌细胞在它们的表面有碳水化合物结构（也叫CD176抗原），在肿瘤的传播中起着重要的作用。UB科学家们发现一种小鼠抗体对这种抗原非常有效。KateRit-tenhouse-Oslon（发明人）教授已经开始注册了一个公司（For-Robin）来开发这种抗体应用于人体内。（6）发明了用作控制癌症的microRNA。UB科学家发现了可以恢复的microRNA水平能够对抑制某种类型的癌症肿瘤的生长。（7）新的显像剂。UB的科学家们已经开发了一系列的用于核磁共振的造影剂。这些智能的造影剂将来可能用于监视癌症治疗的整个过程，并且能够进一步决定具体的实施疗程（治疗措施）。这些新的发明成果对整个社会都产生了很大的影响。
六、总结
纳米技术论文范文4
关键词：国际科学期刊；期刊封面；经典艺术；图像学；符号学
如今，国际科学期刊杂志不仅对科学知识有所研究，而且对大众所理解的具有严肃性、认真性、一丝不苟性的“科学”名词给予了另一种解释，科学也可以富有艺术气息。翻阅世界顶级科学期刊，每本期刊的封面都如同“工艺品”一般。赫伯特•斯宾塞曾指出：国际平面有时会被界定为一门研究符号学的学科，所以在理论层面，国际平面也是与符号学相关的一类。符号学当中的“能指”“所指”、信息交流方式及字面、语言和图像，在同样语言和图像的呈现当中不仅仅只代表了一种物体或观念，而是可以有着多种表达方式，此类表达并非消极，更多带有积极意义[1]。顶级科学期刊也以此为基础，通常只有专业人士才能解读的论文，通过图片或图片变形来呈现科学研究成果、传递科学知识使它们变得易于理解。现代图像艺术作为现代科技和艺术的完美结合，分享和传播必将带来更多的趣味性。顶级科学期刊很好地运用了这两大特性，在艺术与科学之间寻到了一个完美的契合点，从图像上的运用延伸至内涵之间的相互影响、借鉴。在探究世界科学期刊封面内容与艺术画作的内在联系时，笔者以封面期刊上所展示的图片、论文及所对比的艺术作品间存在的联系进行分析，品读图像与论文间的相互联系与互通内涵。钱学森先生曾在几十年前便强调过，国民不仅需要科学技术知识，更需要文化艺术修养[2]。回头看国内期刊，生硬的字体、简单的几何图形就是一期科学期刊的封面。
一、科学期刊封面图像示例
（一）悄然融入的浮世绘
1.凯风快晴
《GenestoCells》是一本由日本分子生物学会发行的细胞生物学学术期刊。此期刊是一本独具风格的杂志，能将浮世绘作品与生物学不露声色地融合其中。2014年2月期刊上的画作源自“三十六景”之一的《凯风快晴》。被称为“浮世绘之王”的《凯风快晴》，描绘的是“赤富士”时的景象。在夏日晴朗之时，太阳初升。此期刊封面中的细胞质所含有的器官都包含于改写版的《凯风快晴》之中。期刊中富士山被红日映照，山体通红。“凯风”则是指从南方吹来的风，将云朵的形状自上而下呈现出不同的纹理，鳞片状的云有的似光滑内质网、有的似糙面内质网、有的似运输囊泡。由于《凯风快晴》的作者葛饰北斋受印象派影响较大，而细胞器研究出现重大突破也是出现在这个时期。不论从科学或是艺术的领域都是中西方交流与互通的最好代表。
2.深川万年桥下
《GenestoCells》2011年6月期杂志上的画作源自“三十六景”之一的《深川万年桥下》，拱桥如虹，水平如镜，远眺富士，赏心悦目。万年桥建造地点位于日本小名木川和隅田川合流处，桥身是一个流畅的大圆弧，期刊封面则是以万年桥为基础，连续的桥梁同水中倒影连接形成了一个DNA双螺旋结构。这幅图以隅田川水面上的船只为视角，从斜上方看万年桥与水面倒影，而富士山则巧妙地出现在桥洞之中。通过原画中来往匆忙的人们表现DNA中所含有的各类元素，同时通过水中倒影表现复制的DNA双螺旋。
3.消防员
《GenestoCells》2013年6月期刊以噬菌体为封面，而噬菌体的出现为分子生物学的发展做出巨大贡献。在此期封面中，一位江户消防员扛着本应是消防队的队标，被更换成噬菌体形状的事物；背景中原本的红灯笼则被表现为细菌。由于细菌“火灾”的产生，消防员便代表噬菌体将其围攻扑灭。原画是丰原国周的《消防员》。画面中威武的日本古代消防员，举着画着噬菌体样子的旗子，代表的正是噬菌体，后面则是队员举起大肠杆菌的红色灯笼，预示着接下来将有一场硬仗。而噬菌体本身是病毒的一种，专以细菌为宿主，较为人知的噬菌体就是大肠杆菌为寄主的T2噬菌体。
（二）别有一番寓意的“蒙娜丽莎”
英国著名杂志《Nature》2017年11月期刊展示利用DNA自组装技术，创造8,704像素的《蒙娜丽莎》画像。使用二维DNA纳米结构产生具有纳米精度的表面图案，而此项技术并非新技术，但是此前的尺寸大小一直局限于0.05平方微米左右。科研人员钱璐璐及同事表明，假如在一个多级加工过程中递归应用简单的组装规则，就可以利用一个特别小组的DNA链创造出最大达0.5pm2的2D阵列。DNA纳米技术最早的人像结构选取的就是《蒙娜丽莎》，也如同蒙娜丽莎美丽而又神秘的微笑一般，DNA纳米技术也突破这些看似神秘的技术，科学家们一一攻破的同时也在不断地追求如同蒙娜丽莎一般神秘而又特别的更加深层次的科学。
（三）非洲文化与毕加索
美国杂志《Science》是全世界最权威的学术期刊之一。《Science》2009年3月封面非洲是所有现代人类的源头。此次研究在非洲确定了14个祖先人口群，这些群体与自我描述的种族和共享的文化或与语言属性相关。在大多数人群中观察到高水平的混合血统，反映了整个非洲大陆的历史迁徙事件。因此，此次期刊封面借鉴了毕加索立体主义。因为毕加索后期对非洲原始文化十分感兴趣。非洲传统的艺术审美方式与西方的审美方式是不同的。非洲传统造型艺术不像西方传统造型艺术那样，力求向观者表现或说明什么。所以在毕加索的画中，令人印象深刻的是大眼睛，包括他著名的画作《格尔尼卡》在内都能看到非洲传统艺术的身影。
（四）音符间的康定斯基
《nature》2016年4月的封面期刊，以癌症为主要内容。此期期刊封面图案的每一个节点都象征着神经细胞的节点，如同康定斯基的绘画一样。康定斯基的绘画有着一定的音乐性，而画面中的点象征着静止，线则象征着内在的张力，这些都源于运动。点、线这两种元素同时造就自己“语言”的交织、布局。删除了“虚饰”，掩盖并削弱语言的内在声音，赋予画面更为简洁和准确的体现，使纯粹的形式服务于丰富、生动的内涵。每幅画似乎如同一个个鼓点一般有着节点和交织的线条[3]，如同神经节点与肿瘤细胞相互制约、相互联系。
（五）蒙德里安空间中的红蓝黄构图
《nature》2017年6月的封面来自论文“Hi-C数据分析计算方法的比较”。封面制作是由ChiaraNicoletti创作的图像灵感，来自Hi-C地图和PietMondrian艺术。Hi-C是一种全基因组测序技术，用于研究细胞核内的3D染色质构象，结合生物信息分析方法，研究全基因组范围内整个染色质DNA在空间位置上的关系，获得高分辨率的染色质调控元件相互作用图谱。颜色的拼接形成了蒙德里安的红黄蓝构图，粗重的黑色线条把画面格局形成几个不同大小的矩形形状，非常简洁。与Hi-C一样，《红黄蓝构图》是艺术领域中的先驱，而红黄蓝所对应的区域正好对应了上述研究中研究的突破点。
（六）记忆的永恒
《ANGEW》是德国化学类期刊。《ANGEW》上收录的文章以简讯类为主，封面论文为“通过可调谐FRET从镧系元素到量子点的单纳米颗粒细胞条形码”，纳米颗粒的荧光条形码为多参数成像提供了许多优点。然而，创建不同浓度无关的代码而不混合各种纳米颗粒并且通过使用单波长激发和发射用于多路复用细胞成像是极具挑战性的。受达利《记忆的永恒》的启发，图中的三个时钟完美地代表了这项研究的想法。其中三个时间光学检测窗口用于RGB（红色，绿色，蓝色）编码，显示的是左下方的单纳米粒子组件（原始蚂蚁覆盖的橙色时钟），中心（蓝色时钟下方）的显微镜物镜（原始中的“怪物”）和红色的显微镜载玻片，左上角的绿色和蓝色单元格（原始平台或池中）。
二、国内科学期刊与艺术融合
通过上述世界顶级科学期刊封面不难发现，科学不仅仅是一门独立的学科，可以涵盖的知识面甚至是影响力数不胜数，现如今生活的点点滴滴都会使科学与艺术相互联系，但国内科学期刊似乎因为过于严肃的出版方式，让我们对“科学”二字敬而远之。钱学森先生指出以思维科学角度来观察，科学工作是猜想开始的，然后才是科学论证。换言之，科学工作是源于形象思维，终于逻辑思维。形象思维源于艺术，所以科学工作是先艺术，后才是科学。相反，艺术工作必须对事物有个科学的认识，然后才是艺术创作，科学需要艺术，艺术也需要科学[4]。
（一）文化认同感
翻阅国际科学期刊，通过比对各自国家杂志为主的科学期刊，可以看到美国的现代主义、英国的古典主义、日本的浮世绘等，即使是面向全球的科学期刊，但从各国的期刊中，便可知晓它们国家的科学、文化、艺术等。然而相关数据分析，截止2013年我国图书馆馆藏2000多种科技期刊中，国内仅有695本科技期刊有可视化封面设计，可视化比例约30%左右。国内大多科技期刊还处于封面无图或者用图随意的状态，没有认识到插图、配色等对期刊封面设计的重要价值[5]。然而国际科学期刊《cell》封面也曾经出现以中国元素为主题的期刊封面。以2015年5月《CancerCell》封面为例，封面期刊发表了中国科学院季红斌研究组的最新研究成果“LKB1失活引发氧化还原不平衡以调节非小细胞肺癌可塑性和治疗反应”。封面应用了中国人熟知的孙悟空炼丹炉里练就火眼金睛的故事。八卦炉里练就孙悟空火眼金睛所代表的就是科研成果中缺失LKB1的肺腺癌。而炼丹炉有更强的可塑性，不仅可以解除更高的氧化应激，而且还可以进行系统重编程转分化为肺鳞癌产生耐药性。此番设计，在突出研究成果的同时也为传播中国神话故事、绘画、动画做到了一定的推动作用。
（二）创新不失本源
中国上下五千年，国画、书法、刺绣、木雕、榫卯等，无一不是我们的骄傲。现今，中国科技强大、技术先进，却似乎与中国古代技法失去了联系。我们是否可以在国内期刊设计中既做到创新又不失本质？
三、结语
（一）国内封面设计应对
国内科学期刊封面设计应该做到简洁明快、极具创意、和谐统一，在突出期刊特色的同时兼顾严肃性与活泼性[6]。可以借鉴日本期刊《GenestoCells》，采用名画变形的方式，使人不经会心一笑。例如，把研究中的元素以水墨画、刺绣的形式呈现。
（二）审美价值
如同钱学森先生所说的艺术与科技是相辅相成的，当艺术审美价值提升时，不论是科技还是人文艺术，都会以一个全新的面貌展示给世人。我们在提升科技硬实力的同时，是否也应该注意到人文艺术这一软实力的提升呢？相信科技与艺术之间能够碰撞出不可估量的火花，中国的实力也必将不可匹敌。
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[5]王国燕，程曦，李清华.Nature及其子刊封面视觉艺术特征分析[J].科技与出版，2014（7）：63-68.
纳米技术论文范文5
自进入21世纪以来，随着科学技术的不断发展，新能源的开发与利用也得到了快速的发展，但由于受到各种条件的限制，现阶段新能源仍无法完全取代石油、天然气的作用，因此，采油行业在我国仍有着非常大的发展前景。本篇论文主要分析并探讨了采油工程技术的发展及其展望。
关键词：
采油；工程技术；发展现状；展望
随着社会经济的不断发展，人们的生活水平、生活质量的不断提高，对石油能源的需求量正在不断上升，我国石油行业得到了不断的发展。采油技术经过近几年的不断发展，化学驱油、注水开发技术得到了开发与应用，从而在一定程度上使原油采收率、油井产量得到了提升，但是现阶段还是比较低。因此，在油田的开发过程中，采油工程技术的发展以及应用非常重要。
1采油工程技术的发展
自进入21世纪以来，科学技术得到了不断的发展与进步，我国石油行业的采油工程技术经过不断研究与实验实践，也得到了不断发展。在进行发展的过程中，采油工程技术主要包括三个发展阶段，即分层采油技术的发展、采油工程技术的突破性发展以及采油工程体制的完善。
1.1分层采油技术的发展阶段
上世纪50到70年代，经过多方面的长期探索与实践，我国分层采油技术得到了有效的发展，主要成果包括实现了油田堵水、油田防砂等试验。分层采油技术的有效发展阶段主要包括以下四个方面：第一，分层采油，指的是有效地利用低渗透层潜力，分采自喷井，分层采油主要包括高压单管封隔器、油套管分采工艺、双管分采工艺。第二，分层测试，主要是对有杆泵抽油井实施环空测试以及对注水井的注入剖面、自喷采油井的产出剖面实施分层测试，第三，分层管理，通过在平面调整中实施注水结构，使注采系统得到完善，工程生产能力、细分注水能力得到提高，从而实现结构调整以及控液稳产的效果。第四，分层研究，以吸水刨面、产出剖面、密闭取心等资料为根据，结合油水井并进行改造，分析剩油分布情况、开发状态与油层动用情况，在油田的生产过程中掌握主动权。
1.2采油工程技术的突破性发展
上世纪70到90年代，我国采油工程技术得到了突破性发展，适合多种油藏类型、满足不同场地需要的采油工程技术得到开发与应用。主要有：首先，气顶砂岩采油技术，此种技术在大庆喇嘛甸油田的开采过程中得到了应用，并取得了良好的效果。其配套技术主要包括保障最优射孔井段、水锥与气锥保持稳定等。其次，稠油热力采油技术，上世纪80年代，在我国的许多油田中，稠油热力采油技术进行了大规模的实验以及应用，在克拉玛依、胜利等油田中完成了技术攻关。再次，潜山油藏开采技术，任丘油田中的一种典型油藏及时潜山油藏，与砂岩油藏不同的是，潜山油藏存在着是否适合开采、其大多数油气是否存在于孔隙、裂缝之中等问题。开采潜山油藏需要耐高温、大排量电潜泵技术以及完成裸眼测试。最后，断块采油技术，由于其油藏形状、油藏大小具有不确定性以及断层相互分割使油藏成为一个独立的单元等因素，在断块油藏的开采过程中，必须要采取滚动勘探的方法进行注水、油层改造，才能保证产油效率及产油数量。
1.3采油工程体制的完善
在采油工程技术进行不断发展的过程中，采油行业的采油工程体制进行了不断地发展以及完善，体现在以下几个方面：第一，蒸汽吞吐接替的发展，能够扭转稠油开采过程中的被动局面。第二，在采油过程中采取中长期发展规划，可以处理好近期应用技术以及基础研究之间的关系，及时地、有效地解决出现的问题，并对采油技术进行改进。第三，采用简化地面流程、加强注水等采油工程技术对低渗透油田进行开发，可以使单井产量得到有效提高，实现利益的最大化。
2采油工程技术的展望
2.1对采油工程进行全面了解
第一，应对石油开采过程的规律性有一个全面的了解，对以此为根据采取相应的采油工程技术。第二，在采油过程中，采取人工补充能量、保持地层压力的采油措施，能够在很大程度上延长稳产期，实现采油效果的有效提高。第三，应国际项目加强合作，了解在采油技术方面国际上的最新发展趋势，并进行研究借鉴，使我国的采油工程技术得到发展。
2.2加强对专业人才的培养
采油工程技术的有效发展，离不开一支具有高技术水平、高操作技能的技术队伍。因此，采油企业应加强对专业人才的培养，组建专业团队，充分发挥其自身的组织能力、管理能力，深入挖掘人才潜力，从而实现整体队伍专业素质的提高，有助于采油工程实现效益的最大化。
2.3合理应用先进技术
应在采油工程合理应用先进技术，例如纳米技术、微生物技术等，从而使采油工程技术得到进一步的发展与完善。第一，纳米技术，目前纳米采油工程技术在我国处于起步阶段，MD膜驱油技术正在应用。第二，微生物技术，微生物采油技术是正在进行发展的三采技术，在含水高的油田、枯竭老油田中具有比较强的活力。
3结语
综上所述，随着人们对能源需求量的不断提升，我国正在面临着是由能源短缺问题，在油藏开采过程中合理利用采油工程技术，能够使原油采收率、油井产量得到有效的提升。
作者：刘尧 单位：冷家油田开发公司
参考文献：
[1]杨晓梅,庞波,王利霞.探讨石油工程采油技术的现状及对未来的展望[J].石化技术,2015,01:74+95.
纳米技术论文范文6
[关键词]胶体化学；物理化学；课程改革；启发式方法；自主学习
社会工业化及信息化的不断发展使对应用型人才的需求不断增加，应用型人才培养模式逐渐成为了大众化高等教育的重点发展方向。工科类高校以解决生产和工程需求为本，以应用和实践为重，承载着为社会主义建设培养和输送应用型工程技术人才的重要职责，在社会发展及经济建设中发挥着关键的作用，是“工程师的摇篮”。人才的培养离不开专业的教育。2020年9月，总书记在科学家座谈会上提到：“要坚持把创新作为引领发展的第一动力，加强创新人才教育培养。要加强数学、物理、化学、生物等基础学科建设……”。物理化学是四大基础化学之一，涉及热力学、电化学、胶体化学和动力学四大方面，主要是以物理学的理论成就为基础、实验技术为手段探索和归纳化学的一般规律及理论并应用于求解复杂工程问题，属于数学、物理和化学相交叉的边缘学科。该课程具有系统理论性强、逻辑变换复杂、抽象严谨、公式繁多等特点，但兼具启发后续课程学和培养化学理论素养两大功能[1]，在促进产教融合中发挥着举足轻重的作用。
1物理化学课程定位
工科类专业以工程需求为本，以应用和实践为重。工科物理化学课程的层次介于基础课程和专业课程之间，在多数工科类高校属于专业基础课程，主要起服务专业的作用。物理化学课程具有完整的体系化特点，包含知识源头的基本问题、概念、定律以及实际应用，主要是用数学和物理学的相关方法探究化学中最具有普遍性的一般规律的学科，涉及宏观、微观不同尺度，动、静不同状态，固、液、气不同相态，要求学生具备必要的高等数学、大学物理、普通化学等方面的基础知识。该课程的教学目标主要是让学生建立完整系统的物理化学基本理论和方法的框架，使其掌握热力学、动力学、电化学及胶体化学中涉及的实验及普遍规律，并养成求真、求实的优良品德，培养工程意识、科学思维和创新能力，为从事与化学有关的工作打下坚实的理论基础[2]。对于此类“绿叶型”课程，教学重点应放在基础知识学和基础技能培养等方面。实际课程内容的取舍不应以是否新颖前沿为依据作取舍，当以在工程实践中是否实际可用为标准进行优化和筛选。工科类物理化学课程教学现状主要呈现出以下几个问题：(1)教学模式单一：教学以基础知识灌输为主，多采用教师为主体、学科知识为导向、灌输式的程序化教学模式。讲课ppt以文字居多，以理论居上，课堂氛围过于死板，师生互动少；(2)学生重视程度不够：由于缺乏理论与生活化物理化学案例的结合，无法有效体现物理化学的重要性和实用价值，吸引力不够，易给学生造成“用处不大、多学无益”的错觉；(3)授课周期短：授课周期受限，课程连贯性变差，课上思考、消化时间严重受限，学难度增大；(4)考核方式有待创新：学生自我约束力不够，教师对学生又缺乏监督，课后作业存在明显抄袭、雷同和“作业帮”现象，不能做到举一反三，导致了“课后都会，考试都不会”的巨大落差。美国能源情报署(EIA))最新报告显示，2015年至2040年，石油和天然气等化石能源继续主导的全球能源消费预计将持续增长28%。石油工程是根据油气和储层特性建立适宜的流动通道并优选举升方法，经济有效地将深埋于地下油气从油气藏中开采到地面所实施的一系列工程和工艺技术的总称，其直接目标是以最小代价最大限度地开采地下油气资源，服务于国民经济。我国是油气进口第一大国，2020年对外依存度分别为73%和43%，而且一些关键核心技术和装备仍存在“卡脖子”的风险。国内高校石油工程专业的开设主要是为了培养能适应石油战略快速发展需要，专业理论基础扎实，实践能力强，能在石油工程领域从事工程设计、生产施工、技术创新与应用研究等方面的高级应用型技术人才。油气采收率是衡量油气开采技术高低的重要指标，提高采收率技术的发展与创新也是石油与天然气领域永不褪色的话题。以长江大学石油工程专业为例，作为该校的老牌专业，物理化学课程的开设主要是为了服务于等油田化学原理、提高采收率原理等专业核心课程，不仅为体系和技术的创新提供了重要的基础理论支持，也为油田化学用剂的研发和优化指明了方向。然而受传统教学模式及教学方法的限制，使物理化学这类“绿叶型”课程的教学目的无法很好达成，其服务性的作用无法得到充分体现，因此推行物理化学教学改革具有现实必要性。本文结合长江大学石油工程专业的专业目标、学生素质和教师水平，以胶体化学部分为例，“因地制宜”、“因材施教”地开展了物理化学改革探索与实践，取得了一定的效果也发现了一些问题。
2教学设计(90分钟)
2.1基本概念引入
首先采用启发式教学方法引导学生思考并了解分散系统、分散相和分散介质的定义及分散系统的分类。启发式提问包括：(1)生理盐水、硅溶胶、泥浆除了都是液体之外还有什么共性？(2)三个系统中分别有哪些成分，哪个组分多，哪个组分少？(3)氯化钠，二氧化硅和粘土分别以什么形式存在于系统中？(4)如果含量高和低的两个成分浓度互换，新形成的体系有什么不同？通过分析和讲解，可以发现三者均属于分散系统，分散相为固体(含量低)，分散介质为水(含量高)，其中氯化钠主要以钠离子(＜1nm)和氯离子(＜1nm)，二氧化硅主要以0.1μm~1nm颗粒形式，粘土主要以＞1μm颗粒形式存在于系统中，根据分散相被分散的程度进行区别分别对应分子分散系统(均相，真溶液)，胶体分散系统(粒子细小，光学显微镜下不可见)和粗分散系统(粒子粗大，光学显微镜下可见)。若以上三个体系分散相和分散介质进行互换，则可得到凝胶类分散系统。按物质聚集状态差异，可将分散系统分为八大类，包括泡沫、溶胶、乳状液、凝胶、悬浮体等。本部分介绍约10分钟。
2.2胶体分散系统性质与特点介绍
胶体分散系统中分散粒子的半径在1~100nm范围内，是众多分子或离子的集合体，是高度分散的多相系统。胶体与表面化学与生活和生产实际联系最为紧密，是应用最为广泛的化学分支。通过系列疑问句，如“胶体分散系统到底有什么特殊性？生活中哪些体系可能属于胶体系统？它是如何联系生活，助力解决实际生产？”等问题等激发学生对学胶体系统光学、电学、动力学相关性质的兴趣，并采用ppt结合线上小视频的形式帮助学生了解丁达尔效应产生的原因及条件。本部分约30分钟。
2.3前沿知识拓展
通过学发现，胶体分散系统的性质与分散粒子的尺寸密切相关。通常地，我们把至少有一维大小在1~100nm范围内的固体材料称为纳米材料，主要包括零维纳米粒子、一维纳米线、二维纳米薄膜和三维纳米块体，如图2所示。纳米技术已经迅速崛起为一种能够在技术和经济上与传统方法相媲美的新型技术。由于纳米材料具有优异的渗透和吸附能力，可调的物理化学特性和独特的热性能，因此在石油与天然气领域可用于稠油降粘、润湿反转、钻井液粘度调节、油田污水处理、管道防腐等多个方面。通过简单介绍纳米材料的制备、用途和实际应用效果，激发学生探究作用机理及材料选择标准建立的兴趣，并鼓励学生进行文献阅读。本部分约10分钟。
2.4学生自主调研文献汇报
将每两个学生分为一组，以一周为限，每组阅读一篇与纳米材料在石油领域应用有关的文献并制作ppt进行汇报，每组汇报时间3~5min，采用任务驱动法以提问的方式检查学生课下自主学的效果，并实现教师与学生的交互，促进理论与应用的结合。本文以长江大学石油工程专业2019级某班为试点开展了相关实践。该班有学生21人，共分为7组，文献来源主要包括知网、美国化学学会、SPE期刊和会议论文、Elsevier等，内容涉及新型电池、纳米机器人、纳米增注、纳米导向药物等多个方面。总体上学生积极性较高，合作交流、口头表达能力和科研思维均得到了一定的培养。本部分约35分钟。
2.5课程思政
培养学生的社会责任感是课程思政的一大重要方面。21世纪以来，纳米材料在很多领域均得到了广泛的应用。但所有的事物都有两面性，纳米材料亦是如此。当颗粒尺寸减小到纳米尺度，其物理和化学性质都将发生巨大变化。纳米材料由于比表面积巨大，会富集环境中对人体和生态有害的物质，并跟随物质迁移或随气流漂浮至更广阔的空间，并可能自由穿过细胞膜，进入生物体内，与蛋白质、细菌、病毒等发生相互作用，并可能引发一些症状奇特的新型疾病。然而，我国目前在该方面的研究仍非常局限，从我国现状及需求出发，激发学生的社会责任感和科研精神，鼓励他们为我国的科技发展贡献力量[3-4]。学科学家们的精神对于培养学生正确的价值观有很好的促进作用。笔者引入了爱因斯坦世界科学奖得主和能源界最高奖—埃尼奖得主王中林院士的故事。王中林院士在1978年考入西北电讯工程学院物理专业，为达到每门课不低于90分的成绩，无数个夜晚和周末都是陪着书本度过的，在西安读书的四年里，除了能找到书店外，其他地方对于他而言都是陌生的。机缘巧合下，王中林投入到了高分辨电子显微学奠基人Cowley教授门下，教授对他的评语是：无论做什么，都是做的最好的。1987年7月，他仅用4年的时间便拿到了别人一般需要5~8年才能取得的物理学博士学位，成为了该系有史以来的第一人。同时，王忠林院士还积极参与祖国的教育和科研事业的发展，自1992年以来长期推进中美教育和科技交流，为国内培养和输送了一批优秀科研工作者。以此引导学生学他孜孜不倦，潜心研究，敢为人先的精神和爱国主义情怀。本部分约5分钟。
3课后反思
通过“教师引导、学生主体”的课上基础与课下自主延拓相结合的方式助力工科高校应用型人才培养模式的发展，深化“绿叶型”专业基础课程与专业核心课程的对接与融合，使学生做到学有所获，学以致用。通过课后与学生沟通，超过85%的学生认为采用此教学模式，对提高学兴趣，提升学生的参与度，活跃课堂气氛，充实教学内容，了解前沿知识有很好的促进作用[5]。然而通过此次实践，也发现了一些问题，如(1)学生多局限于阅读中文文献，对国际前沿科技的了解有较大欠缺；(2)即使选择了英文文献，也多采用翻译软件全文翻译，对内容的理解不全面；(3)采用分组模式开展此次实践，有不少同学存在着“背靠大树好乘凉”的不端正心态；(4)提问环节，学生的表现仍有很大提升空间等。改进方法有：(1)优化时间安排，给学生多一些时间消化课堂知识和了解科技前沿，努力创建学型课堂，以“教师引导，学生主体”的方式提高课堂效率；(2)优化督促机制，采用线上线下相结合的方式督促学生全员高效地参与到课堂学中。对于学积极性不高的学生，要及时做好思想教育工作；(3)教师要努力做到教学理念的及时更新，与时俱进，让学生想“动”、会“动”，能“动”，培养学生自主发现规律，自主寻找方法，自主探索思路、自主解决问题的能力。
4结语
纳米技术论文范文7
[关键词]胶体化学；物理化学；课程改革；启发式方法；自主学习
社会工业化及信息化的不断发展使对应用型人才的需求不断增加，应用型人才培养模式逐渐成为了大众化高等教育的重点发展方向。工科类高校以解决生产和工程需求为本，以应用和实践为重，承载着为社会主义建设培养和输送应用型工程技术人才的重要职责，在社会发展及经济建设中发挥着关键的作用，是“工程师的摇篮”。人才的培养离不开专业的教育。2020年9月，在科学家座谈会上提到：“要坚持把创新作为引领发展的第一动力，加强创新人才教育培养。要加强数学、物理、化学、生物等基础学科建设……”。物理化学是四大基础化学之一，涉及热力学、电化学、胶体化学和动力学四大方面，主要是以物理学的理论成就为基础、实验技术为手段探索和归纳化学的一般规律及理论并应用于求解复杂工程问题，属于数学、物理和化学相交叉的边缘学科。该课程具有系统理论性强、逻辑变换复杂、抽象严谨、公式繁多等特点，但兼具启发后续课程学习和培养化学理论素养两大功能[1]，在促进产教融合中发挥着举足轻重的作用。
1物理化学课程定位
工科类专业以工程需求为本，以应用和实践为重。工科物理化学课程的层次介于基础课程和专业课程之间，在多数工科类高校属于专业基础课程，主要起服务专业的作用。物理化学课程具有完整的体系化特点，包含知识源头的基本问题、概念、定律以及实际应用，主要是用数学和物理学的相关方法探究化学中最具有普遍性的一般规律的学科，涉及宏观、微观不同尺度，动、静不同状态，固、液、气不同相态，要求学生具备必要的高等数学、大学物理、普通化学等方面的基础知识。该课程的教学目标主要是让学生建立完整系统的物理化学基本理论和方法的框架，使其掌握热力学、动力学、电化学及胶体化学中涉及的实验及普遍规律，并养成求真、求实的优良品德，培养工程意识、科学思维和创新能力，为从事与化学有关的工作打下坚实的理论基础[2]。对于此类“绿叶型”课程，教学重点应放在基础知识学习和基础技能培养等方面。实际课程内容的取舍不应以是否新颖前沿为依据作取舍，当以在工程实践中是否实际可用为标准进行优化和筛选。工科类物理化学课程教学现状主要呈现出以下几个问题：(1)教学模式单一：教学以基础知识灌输为主，多采用教师为主体、学科知识为导向、灌输式的程序化教学模式。讲课ppt以文字居多，以理论居上，课堂氛围过于死板，师生互动少；(2)学生重视程度不够：由于缺乏理论与生活化物理化学案例的结合，无法有效体现物理化学的重要性和实用价值，吸引力不够，易给学生造成“用处不大、多学无益”的错觉；(3)授课周期短：授课周期受限，课程连贯性变差，课上思考、消化时间严重受限，学习难度增大；(4)考核方式有待创新：学生自我约束力不够，教师对学生又缺乏监督，课后作业存在明显抄袭、雷同和“作业帮”现象，不能做到举一反三，导致了“课后都会，考试都不会”的巨大落差。美国能源情报署(EIA))最新报告显示，2015年至2040年，石油和天然气等化石能源继续主导的全球能源消费预计将持续增长28%。石油工程是根据油气和储层特性建立适宜的流动通道并优选举升方法，经济有效地将深埋于地下油气从油气藏中开采到地面所实施的一系列工程和工艺技术的总称，其直接目标是以最小代价最大限度地开采地下油气资源，服务于国民经济。我国是油气进口第一大国，2020年对外依存度分别为73%和43%，而且一些关键核心技术和装备仍存在“卡脖子”的风险。国内高校石油工程专业的开设主要是为了培养能适应石油战略快速发展需要，专业理论基础扎实，实践能力强，能在石油工程领域从事工程设计、生产施工、技术创新与应用研究等方面的高级应用型技术人才。油气采收率是衡量油气开采技术高低的重要指标，提高采收率技术的发展与创新也是石油与天然气领域永不褪色的话题。以长江大学石油工程专业为例，作为该校的老牌专业，物理化学课程的开设主要是为了服务于等油田化学原理、提高采收率原理等专业核心课程，不仅为体系和技术的创新提供了重要的基础理论支持，也为油田化学用剂的研发和优化指明了方向。然而受传统教学模式及教学方法的限制，使物理化学这类“绿叶型”课程的教学目的无法很好达成，其服务性的作用无法得到充分体现，因此推行物理化学教学改革具有现实必要性。本文结合长江大学石油工程专业的专业目标、学生素质和教师水平，以胶体化学部分为例，“因地制宜”、“因材施教”地开展了物理化学改革探索与实践，取得了一定的效果也发现了一些问题。
2教学设计(90分钟)
2.1基本概念引入
首先采用启发式教学方法引导学生思考并了解分散系统、分散相和分散介质的定义及分散系统的分类。启发式提问包括：(1)生理盐水、硅溶胶、泥浆除了都是液体之外还有什么共性？(2)三个系统中分别有哪些成分，哪个组分多，哪个组分少？(3)氯化钠，二氧化硅和粘土分别以什么形式存在于系统中？(4)如果含量高和低的两个成分浓度互换，新形成的体系有什么不同？通过分析和讲解，可以发现三者均属于分散系统，分散相为固体(含量低)，分散介质为水(含量高)，其中氯化钠主要以钠离子(＜1nm)和氯离子(＜1nm)，二氧化硅主要以0.1μm~1nm颗粒形式，粘土主要以＞1μm颗粒形式存在于系统中，根据分散相被分散的程度进行区别分别对应分子分散系统(均相，真溶液)，胶体分散系统(粒子细小，光学显微镜下不可见)和粗分散系统(粒子粗大，光学显微镜下可见)。若以上三个体系分散相和分散介质进行互换，则可得到凝胶类分散系统。按物质聚集状态差异，可将分散系统分为八大类，包括泡沫、溶胶、乳状液、凝胶、悬浮体等。本部分介绍约10分钟。
2.2胶体分散系统性质与特点介绍
胶体分散系统中分散粒子的半径在1~100nm范围内，是众多分子或离子的集合体，是高度分散的多相系统。胶体与表面化学与生活和生产实际联系最为紧密，是应用最为广泛的化学分支。通过系列疑问句，如“胶体分散系统到底有什么特殊性？生活中哪些体系可能属于胶体系统？它是如何联系生活，助力解决实际生产？”等问题等激发学生对学习胶体系统光学、电学、动力学相关性质的兴趣，并采用ppt结合线上小视频的形式帮助学生了解丁达尔效应产生的原因及条件。本部分约30分钟。
2.3前沿知识拓展
通过学习发现，胶体分散系统的性质与分散粒子的尺寸密切相关。通常地，我们把至少有一维大小在1~100nm范围内的固体材料称为纳米材料，主要包括零维纳米粒子、一维纳米线、二维纳米薄膜和三维纳米块体，如图2所示。纳米技术已经迅速崛起为一种能够在技术和经济上与传统方法相媲美的新型技术。由于纳米材料具有优异的渗透和吸附能力，可调的物理化学特性和独特的热性能，因此在石油与天然气领域可用于稠油降粘、润湿反转、钻井液粘度调节、油田污水处理、管道防腐等多个方面。通过简单介绍纳米材料的制备、用途和实际应用效果，激发学生探究作用机理及材料选择标准建立的兴趣，并鼓励学生进行文献阅读。本部分约10分钟。
2.4学生自主调研文献汇报
将每两个学生分为一组，以一周为限，每组阅读一篇与纳米材料在石油领域应用有关的文献并制作ppt进行汇报，每组汇报时间3~5min，采用任务驱动法以提问的方式检查学生课下自主学习的效果，并实现教师与学生的交互，促进理论与应用的结合。本文以长江大学石油工程专业2019级某班为试点开展了相关实践。该班有学生21人，共分为7组，文献来源主要包括知网、美国化学学会、SPE期刊和会议论文、Elsevier等，内容涉及新型电池、纳米机器人、纳米增注、纳米导向药物等多个方面。总体上学生积极性较高，合作交流、口头表达能力和科研思维均得到了一定的培养。本部分约35分钟。
2.5课程思政
培养学生的社会责任感是课程思政的一大重要方面。21世纪以来，纳米材料在很多领域均得到了广泛的应用。但所有的事物都有两面性，纳米材料亦是如此。当颗粒尺寸减小到纳米尺度，其物理和化学性质都将发生巨大变化。纳米材料由于比表面积巨大，会富集环境中对人体和生态有害的物质，并跟随物质迁移或随气流漂浮至更广阔的空间，并可能自由穿过细胞膜，进入生物体内，与蛋白质、细菌、病毒等发生相互作用，并可能引发一些症状奇特的新型疾病。然而，我国目前在该方面的研究仍非常局限，从我国现状及需求出发，激发学生的社会责任感和科研精神，鼓励他们为我国的科技发展贡献力量[3-4]。学习科学家们的精神对于培养学生正确的价值观有很好的促进作用。笔者引入了爱因斯坦世界科学奖得主和能源界最高奖—埃尼奖得主王中林院士的故事。王中林院士在1978年考入西北电讯工程学院物理专业，为达到每门课不低于90分的成绩，无数个夜晚和周末都是陪着书本度过的，在西安读书的四年里，除了能找到书店外，其他地方对于他而言都是陌生的。机缘巧合下，王中林投入到了高分辨电子显微学奠基人Cowley教授门下，教授对他的评语是：无论做什么，都是做的最好的。1987年7月，他仅用4年的时间便拿到了别人一般需要5~8年才能取得的物理学博士学位，成为了该系有史以来的第一人。同时，王忠林院士还积极参与祖国的教育和科研事业的发展，自1992年以来长期推进中美教育和科技交流，为国内培养和输送了一批优秀科研工作者。以此引导学生学习他孜孜不倦，潜心研究，敢为人先的精神和爱国主义情怀。本部分约5分钟。
3课后反思
通过“教师引导、学生主体”的课上基础与课下自主延拓相结合的方式助力工科高校应用型人才培养模式的发展，深化“绿叶型”专业基础课程与专业核心课程的对接与融合，使学生做到学有所获，学以致用。通过课后与学生沟通，超过85%的学生认为采用此教学模式，对提高学习兴趣，提升学生的参与度，活跃课堂气氛，充实教学内容，了解前沿知识有很好的促进作用[5]。然而通过此次实践，也发现了一些问题，如(1)学生多局限于阅读中文文献，对国际前沿科技的了解有较大欠缺；(2)即使选择了英文文献，也多采用翻译软件全文翻译，对内容的理解不全面；(3)采用分组模式开展此次实践，有不少同学存在着“背靠大树好乘凉”的不端正心态；(4)提问环节，学生的表现仍有很大提升空间等。改进方法有：(1)优化时间安排，给学生多一些时间消化课堂知识和了解科技前沿，努力创建学习型课堂，以“教师引导，学生主体”的方式提高课堂效率；(2)优化督促机制，采用线上线下相结合的方式督促学生全员高效地参与到课堂学习中。对于学习积极性不高的学生，要及时做好思想教育工作；(3)教师要努力做到教学理念的及时更新，与时俱进，让学生想“动”、会“动”，能“动”，培养学生自主发现规律，自主寻找方法，自主探索思路、自主解决问题的能力。
4结语
纳米技术论文范文8
关键词：落脚点；课程教学改革；地方院校
一、引言
长期以来，不少高校对于《大学物理》课程及教学在高素质理工科人才培养中的基础地位及重要性认识不足，甚至不少高校理工科专业在课程体系建设中，为了进行所谓的人才培养方案的改革，压缩学分，取消了大学物理的课程，或将课程的学分降到让人啼笑皆非的地步。究其原因，有以下几个方面的因素：
1.作为主管教学的院校负责人对于《大学物理》课程在人才培养中的基础地位认识不足，甚至是误解，主要是由于他们对于人才培养目标的认识和理解都不够。
2.作为《大学物理》课程教学方式、教学内容以及教学目标的自身改革做得远远不够，教师“固步自封”，缺少对于人才培养深层次的理解和认识，缺少课程教学改革目标的引导和支持。
3.《大学物理》课程对于专业人才培养所起到的作用由于短时间无法观测到，结果就使得一些人形成此专业不需要学学物理的错误和肤浅的认识。从大的方面说，可能会影响到几届甚至十几届毕业生在专业技术能力和创新能力上的严重缺失。
4.大学生普遍缺少学学物理课程的兴趣以及一些专业老师对于学生的误导也是导致对于大学物理课程重视不够的原因之一。五邑大学作为一个地方性高等院校，其理工科学生比例超过65%。《大学物理》课程组近十年来对上述问题进行了较为深入的探讨和有益的尝试，从大学物理课程教学的自身和老师入手来探讨形成上述问题的主要原因，从如何提升学生的学习兴趣和教学质量入手，以“四个结合”为突破口和抓手，充分发挥《大学物理》课程在高素质应用型人才培养中的作用，不断进行教学改革和教学研究，取得了一定成效。
二、大学物理课程教学改革的落脚点
在多年的地方院校理工科《大学物理》的教学中，我们深深体会到教学中的酸甜苦辣。首先，地方院校的学生整体入学分数偏低，物理、数学的基础普遍不够扎实，加上一些学生和老师的错误认识，对于学习数学和物理，尤其是物理，总是带有一定的抵制情绪，这就为地方院校学生的培养带来一些十分突出的问题。其次，大部分大学物理老师都来自985或211院校，用一些985院校和211院校的教学方法来为这些学生教授大学物理是十分困难的，往往很“失败”和“失效”。“要求过高”显然很不现实，也完全违背“因材施教”的教育原则。再次，由于绝大部分国内的教材大多是从理论到理论，缺乏理论与实际工程、工业应用的结合与联系，很多所谓的精品教材放在985学校还可以，但放在地方院校很显然是不合适的。近些年，我们通过“四个结合”的实践，发现上述问题是可以找到一些有效的方法和途径来加以解决的。
1.大学物理教学和物理实验的结合。国内很多院校大学物理的教学往往与物理实验教学脱节，各教各的，缺乏必要的交流，甚至出现相互指责的现象。我们觉得，大学物理的教学必须要和物理实验紧密结合起来，因此，在五邑大学所有上大学物理课程的老师，也都承担物理实验课教学，不仅在知识内容上有衔接，在教学内容上也要相互支撑，构成了一个完整的教学体系。其次，这种结合使老师既要了解物理的思想、理论体系以及物理的哲学史，也要清楚这些知识体系是如何通过实验得到并加以验证的，在此基础上才可能谈到最原始的创新和应用。第三，这种结合激发了学生的学习兴趣，对课程的知识体系有了更完整的理解，对实践动手能力和思维方式有了更系统的训练。与此同时，我们还增加了综合性设计实验、开放性实验、学生自选实验等，鼓励学生自己设计制作演示实验装置和有别于传统实验的新的实验内容，收到了良好的教学效果。
2.大学物理教学和学生课外科技活动以及专业拓展的结合。大学物理教学的成效取决于学生的学习动力，我们引导鼓励广大学生利用物理的基本原理在其所学的专业上进行拓展，鼓励他们组建课外科技活动小组，坚持长期开展课外科技活动，鼓励同学申请学校的课外科技活动项目课题，积极参加学校的多种科技竞赛活动和国家、省“挑战杯”竟赛和科技制作、物理实验设计大赛等。这不仅取得了丰富的课外科技活动成果，同时也极大地提高了学生学习物理、应用物理的积极性，使得大学物理的教学效果得到明显提高，同时也增强了学生的综合素质和能力。
3.大学物理教学和科学技术的发展前沿以及实际生产应用的有机结合。教学现代化是教学改革的永恒主题，而教学内容的现代化是教学改革的最重要课题。要增强学生学习物理的动力，光靠原有的“基础框架”是不行的。大学物理的教学必须与科学技术的发展进步以及工业生产应用紧密结合起来。这不仅需要教师长期的教学经验和体会，更需要教师持续科研积累起来的物理功底。如，中国高铁的力学设计、青藏铁路等的减震系统设计、各种电器的基本物理原理、工业生产技术中的物理问题、各类传感器技术与物理、各种光学器件薄膜的设计、纳米技术、纳米器件、光伏技术、超导磁悬浮、隐身材料、光电子器件等内容的引入，不仅学生十分感兴趣，而且很多学生被“诱惑”到实验室和科研课题中来。
4.大学物理教学和专业培养的结合。大学物理的教学能够与专业培养相结合，不仅有利于大大提升学生学习物理的兴趣，同时也为学生的专业学习奠定了扎实的基础，提升了学生们利用物理原理来结合专业课程的专业发展能力。要想实现这种结合，首先承担相应学院物理教学的老师要对所在学院的专业设置有一定的了解，其次要找到物理的知识点与专业知识结构的结合点，比如振动与波动与通讯电子专业、路桥专业以及机电工程专业的结合，电磁理论与自动控制、轨道交通、物联网、大数据等专业方向的结合点，等等。
三、教学建设与实践效果
近四年来，大学物理课程教师先后发表了200余篇学术论文，其中120余篇被SCI、EI收录，发表教学研究论文近40篇，同时取得了丰硕的教学研究成果，近三年来共获得校教学研究立项18项，获得校教学成果一等奖3项，校教学改革一等奖2项和其他教学成果奖多项。先后有4位教师连续被校教学质量评价委员会评为“优秀”。与此同时，很多学生在省挑战杯竞赛、省大学生物理实验设计大赛以及国家和广东省的多个科技竞赛中获得多项大奖，发表学术论文80余篇，其中SCI／EI收录18篇。
四、教学建设的一些体会
大学物理课程教学的“四个结合”能够在五邑大学大学物理教学中顺利实施离不开以下几个要素：首先，要有一批乐于奉献、致力于不断进行大学物理教学改革的精干师资队伍；其次，要不断更新教学和人才培养的观念，更新教学理念，敢于突破传统的观念，把提高学生的学习兴趣、激发学生的学习热情始终摆在教学改革的前列；再次，教师要有积极、饱满的工作热情，不失时机地引导学生参加课外科技活动（第二课堂）的学习、参加教师的科研课题，注重学生综合能力和素质的培养，注重学生科学观念的培养；第四，教师作为教学体系的主要实施者，要不断提高教学能力，提高认识水平，把培养学生作为教学的终极目标，注意理论联系实际，注意知识的传播、知识的运用、知识的创新几个方面的有机结合。
参考文献：
[1]王忆,朱慧群,曾庆光.地方院校复合应用型人才多层次培养模式的探索与实践[J].中国教育发展研究,2009,6(7):18-19.
[2]朱慧群,王忆.探索教学与科研互融,构建激发创新意识的大学物理教学新体系[D].第四届全国大学物理课程报告论坛论文集,2009.6:104-106.
