纳米技术研究

纳米技术研究（精选十篇）

纳米技术研究 篇1

一叙事、历史意识与日常生活中的技术叙事

当下的文化叙事学强调把“叙事表现文化事实”与“文化事实具有叙事功能”相结合,把叙事从一种语言行为还原为广泛的文化现象;不只关注叙事对文化现象的描述和表现,还特别关注文化事实所具有的叙事功能及其产生的叙事效果,注重发现叙事文本与现实世界的内在关联。[4]这对把叙事置于文化语境来理解具有启发意义,不过它尚局限于文学领域。但正是现象学与(后)结构主义的融合,对叙事展开了本体论探究,即认为叙事是解释的实现形式,是人们日常生活的奠基性行为方式,本文称之为“文化实践”。

这一转换是当代历史哲学家在解释学的指引下实现的。伽达默尔从本体论层面把时间性与历史意识(效果史)联系起来。利科则讨论了叙事与时间意识的关系:时间性是“在叙事性中影响语言的存在结构”;而叙事是“将时间性作为其最终指涉物的语言结构”[2]229。概而言之,叙述(叙事行为)内在包含着时间性;叙述组织和呈现时间意识。没有它,事件的意义就无法表述。叙事中总是包含着时间概念,叙述并非在一个事先给予的时间框架中进行,叙述中的时间并非物理时间,它是在叙述中被建构的,唯有通过叙事,时间意识才被赋予秩序。因此吕森指出,叙事是历史意识的呈现形式,叙事是人类在把握自身与世界的过程中,对切身体验、感知和回忆进行解释,从而呈现意义的方式。[5]叙事是切身体验、回忆获得人生意义的根本方式,于是叙事在“此在”的生存过程中就具有本体论地位。

这样,叙事和历史意识就具有同一性。历史意识是将时间经验通过回忆、感知和身体体验转化为生活实践导向的文化活动总和。正是叙事将历史意识的内容、形式与功能统一呈现出来,由此理解生活的意义。因此,这种意义建构活动实现的是一种文化功效,即为具体历史境遇中的独特生活方式创造意义,而意义的建构则是“文化挪用”过程。生活实践就是建基于历史意识与叙事实践上的文化实践。因此叙事既是修辞学意义上的,也是对此在本体论生存的现象学描述意义上的。这样我们就能深刻体会到,既然技术始终与我们相伴,技术始终在我们的日常生活叙事中,那么技术对形成我们的历史意识就有重要意义![6]

对技术参与日常生活叙事的讨论,是以后现象学的根本问题为起点的——“在人类日常经验中,技术起什么作用?技术产品如何影响人类的存在和他们与世界的关系?工具如何产生了转变了的人类知识?”[7]伊德对此作了阐述。

他认为,现象学描述的起点应是经验者与经验领域的关系,也就是探究人类身体活动与知觉经验(其次才是意识结构)。因此,人与世界的关联应该是人-技术-世界的多元稳定结构。在此,技术作为居间调节与人相结合而形成的对世界的知觉经验包括两种,即微观知觉和宏观知觉,前者指身体知觉维度,后者指文化-解释维度,“两种都属于生活世界。两种知觉的范围相互连接和渗透”。[8]这些论述表明了技术在日常生活中的本体论地位;也指明了技术作为“文化实践”的面向——“文化的知觉”。不过伊德没有进一步探讨人-技术-世界的呈现方式问题。对此本文的回答是,以叙事来呈现——技术参与、并成为形塑日常生活叙事的奠基性要素。这是本文力图拓展的关键点。

上文指出,生活实践内在蕴涵历史意识与叙事实践。那么,技术参与到生活实践中来,其呈现方式就是日常叙事。事实上,所谓实践,无外乎就是“人-技术”结合体对世界的关系,即(人-技术)→ 世界;而且一种关系直接显现出来,其他三种关系也就得到“共现”。而所谓文化,就是使得一种特定的生活方式显得与众不同的规则及其表征符号的创造与使用活动。这表明实践就是文化实践,在当代文化研究与社会理论语境中,二者互为定义。正因此,伊德把人与技术结合所获得的经验称为“文化的知觉”。这样,文化实践就是人-技术结合体,在日常生活世界的各种实践活动中通过挪用异质要素,来制作文本以寻求生存“意义”的过程——这个制作文本的过程就是叙事;通过诠释意义,人们得以认识和改造自身-世界。

这样,生活实践就内含技术实践。但技术史家只课题化了那些被话语霸权塑造为“重要”的技术及其实践。本质上说,技术实践应理解为人们在生活世界的实践活动中,通过把过去-现在-未来的,技术的、自然的、社会的、个人的,认知的、利益的、政治的、情感的等要素“接合”(articulation)起来,生产、体验和重构“技术物及相关活动的意义”的文化实践过程。技术叙事就是行动者挪用异质要素建构技术杂交体的过程中,把要素参与和展开的时间性按次序组织起来的方式。技术的历史意义就是过去的技术事件在历史意识中构建出的解释方式,也就是人在与技术事件相关的过去、当下和未来之间创造联结以对过去的技术事件的时间延展性(就是过去的事件与后续的时间保持了延续性或对后续事件形成了影响)作出解释的方式。因此说,技术的历史意义实现了一种文化功效,寻求技术的历史意义就是在构建“技术文化”,其目标在于导向当下与未来的实践。正是通过这种方式,技术作为“杂交体”的意义得以呈现出来,其目的在于使技术“生活化”。这样,我们就把伊德的技术现象学推进到技术的文化叙事学研究维度。我们可以具体考察技术参与到日常生活叙事中,通过历史意识组织集体(社会)记忆、民族认同、地域意识、生活空间以及自然观念等。[9,10,11,12]

对于普罗大众在日常生活中技术叙事的考察,我们可以着眼于不同文化对时间性的组织方式,从而揭示不同文化中的技术叙事的类型;我们也需要深究实践逻辑的组织方式,或者我们可称之为“实践叙事学”,它应该着眼于身体-技术的感知和图像叙事的类型及其机制。比如说对技术展开文化研究,需要着手探讨身体-技术的感觉经验的叙事机制、技术表象的叙事机制、从感觉经验到集体表象(社会记忆)过渡的叙事机制。

二技术史家的历史叙事

历史意识为历史编撰提供了奠基即内在意识形式——技术进入到历史意识中建构和形塑了人们的生活叙事,这成为技术史家的意识奠基,技术史编撰是生活叙事的组成部分。本文将进一步论述这种统一性,即集中于以现象学为基础来讨论历史编撰与日常生活的历史意识的关系。

利科曾指出,历史叙述的对象即过去人们的行为,都暗含了一种文本结构,否则我们就无法将它们叙述化;而不经过叙述化,我们就无法呈现它们已达到历史意义。卡尔同样以现象学和(后)结构主义为基础,论述了自我叙事、集体叙事及其相互建构的过程。卡尔首先指出,历史实在不是纯粹的自然事件,而是“人性化”了的事件。即历史事件的发生是处于人对时间过程的体验中的,包含了行动者的过去经验和未来预期。同样,梅洛-庞蒂及其后继者从空间意识角度阐明了身体的感知方式——空间感知中轮廓背景式认识方式的根本性。因此,历史事件总是发生于人对视域的统觉能力中,而非纯物理事件。

上述表明的是人类日常生活实践所具备的一种联结过去-当下-未来的以及空间秩序的能力。基于此,行动者本身就能获得一种故事叙述者位置:即行动过程本身就包含着一种站在现在看过去和采用一种预料的视角站在未来看现在的回溯性位置;也包含着站在过去看其后(比如后悔)以及站在现在看未来的前瞻性观点。符号互动论、现象学社会学、常人方法论和拟剧理论都不同程度揭示了个体行动的这种反思性。在此意义上说,叙事行为在成为历史和小说中的认知的或审美的行为之前,首先是实践行为,伦理或道德行为。换言之,叙事不仅是行动和经验的构成物,而且是自我认同的建构过程——我不是一种纯粹的时间持存物,我同时建构着时间;我是一个在生活过程中不断地被讲述和复述的生活故事的主人公,我还是这个故事的主要讲述者,并且也属于这个故事的听众。建构自我认同的伦理-实践正是这三种角色统一的原动力。

进而依据现象学的交互主体性概念,我们就可以把这种自我认同扩展为集体认同以及二者的相互建构。但这些洞见并非仅仅是哲学玄思,更具经验性的认识存在于社会学中。自我与认同理论、角色理论、拟剧理论、常人方法论,以及新近的预期状态理论,都表明了人的社会实践的叙事性——一种建构自我-社会的过程;而一批新社会学家的试图融合互动与结构的理论更是表明了个体行动者的社会实践如何沟通了个体行动的意向性、实践意识与话语理性、互动网络、制度以至更大的社会结构。这无疑可以作为打通因果说明的宏观历史研究与当今的微观历史叙事的可能途径。由此,历史叙事的社会角色就显现在我们的视野中。他们也许是部落首领、祭司、师傅,借助记忆和亲身经历口述一个神话、传奇或祖师的逸闻趣事,以传承对部族、禁忌、教义或某个手艺活的信仰;他们也许是诗人、传记作者、小说家,精心编写一个故事以传扬自己或某个团体的旨趣主张;它们也许不过是一块碑铭,默默期待后人的凝视。而只是到了现代,职业史家才成为显眼的历史叙述者。他们的研究充分发掘了可资利用的资源,但这些史料最终奠基于历史上人们的生活实践以及史家的生活世界。不过,难道我们要让他们遮蔽这历史叙述之芸芸众生的存在?难道历史写作就只能采用分析性表述以迎合社会科学化史家的梦想?

因此,海登·怀特、安克施密特、拉卡普拉等对叙事史学的讨论的重要意义就在于表明,历史表述内在地具有修辞性、叙事性和意识形态内涵;而利科、吕森、卡尔等则指明了此在生存的叙事性质。由此,历史叙事学就大大扩展了“历史编撰”的含义,即一旦放宽视界,这众多不同的历史叙事方式就都值得我们去探讨。历史叙述是一种组织机制,它只有在组织时间、行动和历史进程的基础上,才发展为职业历史家组织历史的专门方式。另一方面,叙事过程也是传递历史意识的手段。历史叙事学可以把制约叙述的意识形态、历史性等因素都抖落出来。[13]本文就是在“叙事是历史意识的组织机制”的意义上来思考以下问题,即历史上的人们如何把技术纳入他们的日常生活叙事中来建构意义,技术史家如何组织技术史叙事。这样,本文开篇所概括的四种历史叙事立场就融通了,即历史叙事是奠基于人生存的时间意识之上的、置身于生活世界情境中的实践,它通过修辞而把这个过程组织和呈现出来,从而力图实现自我和集体的认同功效。

那么我们如何从叙事学角度分析技术叙事?本文将讨论两个问题:其一,技术史叙事模式的历史考察;其二,技术史叙事的意识形态蕴涵性。

关于人类历史上出现的技术史叙事模式类型的考察,是迄今为止技术史家尚未展开讨论的。而且仅是近来,历史学家才走出修昔底德和希罗多德划定的历史叙事范围而关注了神话、史诗、谱系等叙事类型。同样可以说古老的技术史叙事也呈现为神话、诗歌和谱乐。比如图腾禁忌传说、各民族的神话以及各种手艺匠人关于自己的师承门派的传说等,都包含着人类关于技术、工程的历史叙事。随后我们可以注意各行各业手艺中流传的口述传说,技艺歌谣等,它们借助于不同的叙事模式叙说着技术与人事,实现技艺传统的承继和行业认同。随后我们的分析才进入到学科化技术史叙事模式中来。本文列出下表来简要比较其中几种叙事模式。

限于篇幅,本文对上表不作进一步解释。但它可能启发读者对各种不同的技术叙事模式进行深入探讨,尤其是展开跨文化比较研究。上表的分析反映了经典叙事学的分析视角;而后经典叙事学则更突出强调文化情境中的读者反应以及多元叙事。如此看来,技术史叙事学向我们展开了非常广阔的研究空间。

三技术叙事的认识论、美学与政治学

在此我们将更深入考察叙事现实化历史意义的机制即隐喻与情节化,从而说明叙事的意识形态蕴涵。

想象和联想是人类认知(统觉,即赋予感知片断以统一性的认知机制)的奠基性机制,在叙事中这种统觉机制就是隐喻,它是人类的思维与表述机制。比喻性的诗性预构行为先于任何概念化的层面,而决定了历史学家看待和建构研究领域和研究对象的基本方式。隐喻——它所建立的是对象之间的类比关系;以隐喻为奠基,其他几种比喻类型都试图建立事物之间的联系,从而形成统觉。比如怀特提到历史叙事中的另外几种比喻类型:提喻、转喻和反讽。本文认为,这四种比喻类型分别对应着技术决定论、与境论、建构论和文化论的历史意识。

基于隐喻,情节化提供了把这些连结扩展为故事的组织机制。怀特深入描述了这一过程并区分了不同模式,[14]同时指出,情节类型与论证方式及意识形态含义类型的结合并非一一对应的关系,而是依据实践逻辑而定的。

通过比喻和情节化等连接机制,叙事就把过去-现在-未来,把物与符号、语言与实在连结并呈现出来,创造一种现实性。所谓现实性是指,叙述表征着某种实在,并使过去的事件对叙事者/读者而言具有了当下与未来的意义。如怀特所说,它遵循的是一套实践逻辑。实践逻辑常常超越于同一律和不矛盾律之上,因为叙事要应对社会创造的种种处境,使得你身处其中时必须在矛盾中采取行动。生活就是矛盾,因此我们需要一套对置身其中的实践进行表述的理论,叙事是我们对实际生活的句法作出说明的方式。[15]正是在此意义上,劳斯指出,科学的文化建构也是实践过程的集合,对实践过程的描述就是叙事。叙事的这种性质使得它既包含认知(求真)维度,也具有审美和意识形态维度——后两者常超出对实在的镜像表征的范畴而包含建构性。也就是说除了如实地言说以外,还存在什么是合适的、正确的或具有美感的、引人入胜的言说的问题,这取决于文化传统、个体偏好、言说的具体情境,以及谁有权力来作出判断。从而,历史叙事模式的选择除了以历史事件的事实性、时间性为依据以外,同时又是向当前的文化实践框架的融合并通过语言和思维表现出来,即它是对当下文化框架的参照、对叙事者知识背景所构成的文本语境的参照、对叙事者的叙事意图和所处情境的参照……由此历史叙事学也是话语美学与话语政治学的理论。历史叙事学就是要揭示历史文化如何与现实“接合”的过程,即揭示叙事文本及其符号等文化产物如何转化成为被认为是现实经验的东西的意象,从而让我们相信这些意象就是现实。同时也通过对实践过程的分析来揭示行动者如何建构认知、美感、社会认同,展示得体的社会存在方式,以及借助象征手段显示地位和等级,以制度化、物化的形式展示群体或阶级存在等。而因为这个过程始终与权力运作连结,所以分析叙事实践就可以分析权力结构的运作过程,这也就是从表征的分析进入对社会的分析。

我们可以根据上述机制来具体分析一个技术史案例——20世纪以来技术史家关于惠特尼与美国标准化生产线的研究。库珀从编史学角度考察了这一分析视角转换的过程。[16]本文则从叙事模式视角来展开分析。

上表显示,史家起先从技术决定论视角把惠特尼塑造为发明标准化生产方式的民族英雄;论证形式是着力突出惠特尼的个性和行动的独特性,强调他个人对于历史进程的左右。史家后来从与境论角度把他打扮成精明的投机者;采用社会科学化史学立场,力图用“覆盖率”因果关系的论证方式,通过演绎来说明惠特尼成功的原因。70年代的建构论则把惠特尼变成了江湖骗子;史家把他的创新活动置于社会结构中来说明他的位置。近来史家则认识到应该从行动者的多元实践中来理解他,在具体文化情境中解释历史实践,从而理解历史进程以及个体的自我与社会认同的多元性、断裂性。它们分别对应一种意识形态,以此建构霸权与政治批判。由此可见,技术史实现的是文化功效,寻求技术的历史意义就是在构建特定群体的“技术文化”,目标在于在实践中建构身份、分配权力与资源。

四结论

论述到此,我们可以说,对技术实践展开的研究是一种叙事学考察,技术实践哲学的方法论乃是叙事学。同时我们对“技术叙事的研究路径”问题也可作出回答:通观全文,我们都强调了实践的“文化”性质,因此对技术叙事的研究应采取文化研究路径。只是这种路径也需要超越目前文化研究仅仅局限于符号学的缺陷而把技术-身体的经验关系作为奠基来思考。

摘要：技术叙事包含双重含义:人们在日常生活中通过技术展开文化实践;技术史家的写作实践,它们分别对应日常知识和专家知识。文章以现象学为指引,以论述二者在实践层面的可通达与统一性为出发点,比较分析了各种不同技术叙事模式及其历史意义的建构方式。进而以关于惠特尼的不同历史叙事模式为例,比较分析了不同技术叙事模式通过不同的隐喻与情节化组合以现实化历史意义的方式,以此深入讨论叙事的情节化机制,从而展示了技术叙事的本体论、认知、审美与政治维度。由此,文章展现了对技术叙事进行文化研究的不同侧面与文化研究路径。

研究技术运用技术促进学校发展 篇2

随着信息技术的发展，技术装备也越来越齐全，信息技术越来越广泛的运用于教育教学中。然而要想让信息技术更好的服务于教育教学，需要很多与教育教学相关的信息技术资源做为支持，这些资源是教学与信息技术结合的基础和前提。

面对教育信息化的快速发展，龙城小学将信息技术融入到教育教学工作中，实现了校园网络化、管理信息化和教育现代化。近年来，学校在“激励每一个人充分发展”的办学思想引导下，在信息化建设与应用方面进行积极的探索与实践。

一、评估存在问题，让信息技术更好地为教育教学服务

（一）存在问题

由于龙城小学1995年建校，2001年启用的网络设备使用至今，虽然有所更新，但线路老化；学校的教育技术发展、现代化信息化发展程度存在不足。

（二）改进措施

为了全面推进学校教育、教学及管理的信息化建设，基本实现教育信息数字化、教学手段现代化、教育管理电子化，学校制订发展规划如下：

1．发展目标：

（1）进一步改善校园信息化环境，重点在局域网的优化配置。

（2）更新校园电视系统，建好校园电视台，充分发挥校园电视系统的最大效益，开发更多有利于学生发展的栏目。

2．具体操作：

（1）合理增加硬件投入，加强现有设备的管理与维护工作，注重提高现有设备的使用效益。

（2）加强软件建设，进一步建设丰富校内各种资源库。做好学校课件、课例、教案等教学资源的收集整理工作，进一步完善学校主页，并定期更新、整理。

二、科用现代教育技术，建设特色项目

2010年，学校以全市第一名的总成绩被评为深圳市科技教育特色学校，同时被评为龙岗区艺术教育特色学校。

学校是中国少年科学院科普基地、广东省知识产权试点学校、深圳市“机器人进课堂”试点学校、龙岗区青少年科技教育基地，拥有国家发明专利106项，专利获得量雄踞深圳市学校之首；深圳市科技馆的103件珍贵科技藏品落户我校，龙岗区教育局斥资180万在我校兴建科技展馆，把龙城小学打造为科技教育示范单位向社会推广。学校的特色品牌正是依托现代教育技术发展起来的：

(一)利用现代教育技术，发展“航模、机器人、科技小发明、综合实践活动”等四大项目

2004年以来，学校利用第二课堂开设了兴趣班，并配备“四室”，学生在“四室”听奇思妙想录像课，看科技小发明视频，在老师的指导下自己动手实验，激发了创造热情，收获了创新成果。

（二）运用现代教育技术，开展丰富多彩的活动

学校的科技节年年举办，至今已有八届，每一届的科技活动，都离不开现代教育技术。如科普知识竞赛，需要运用电子设备为它服务；奇思妙想大家谈活动，需要信息技术作强大支持；小发明、小制作、航模等活动更离不开网络学习。

（三）开辟网络与校报专题，寓教于无形 学校利用校园网开辟了科技论坛和科普博客等教育阵地，还在每月一次的校报《旭日月报》开设专门版面展示科技教育内容，寓主题教育于无形活动之中，形成了“时时在教育、处处受感染”的良好教育氛围。

（四）为学生创建表演平台，使艺术教育开花结果

龙城小学管乐团已连办三届，两次在“世博号角”2008上海之春国际音乐节管乐艺术周暨“创智杯”中国第二届非职业优秀管乐团队展演中脱颖而出，荣获小学组金奖。好成绩的取得并不是因为幸运，而在于学校积极利用现代多媒体技术，为学生创设表演平台，狠做了“实”字文章。

艺术科组的教学改变传统模式，利用活动课程，促进学生训练；创造演出机会，使演出学生得到及时评价，获得提高。学校的二楼小剧场利用率相当高，如大型活动每年一届的校园文化艺术节、每年的六一汇演、元旦汇演；平时学校内的朗诵比赛、歌咏比赛、英语课本剧表演等基本上都要利用小剧场的多媒体设备，每次的比赛管乐班总要在台上亮相表演，通过表演锻炼了孩子的胆量、能力。学校还建成了专业的排练室供学生使用。当然也少不了艺术课程教学计划的落实。学校要求艺术课要做到四个到位：开课设节到位，教学设施到位，学生上课到位，专职教师到位。管乐班同学勤学苦练，技艺日渐纯熟，演出的成绩也一次比一次出色。

三、课题引领，激励教育与教育现代技术结合引发课堂教学改革

随着学校的硬件设施逐步完善，现代教育技术也实现了与各学科的完美整合。在省级课题《小学激励教育实践》模式的带领下，课堂教学也发生了变化，主要体现在教师的转变、学生的转变、教学内容的变革等几个方面：

（一）改变了教师的教学方式

现代教育技术的应用使教师由“教书匠”向“研究型”教师转换。学校的省级重点课题的“小学激励教育实践模式研究”自2001年立项以来，致力于课堂教学研究，形成了激励教育“四因素课堂”模式，激励教育课堂教学“四因素”即情感激励、展示激励、评价激励、参与激励。激励教育课堂教学模式在各学科组开展教学研讨课活动，极大地影响着教师的教学行为，最终推出了三节较有影响力的示范课，如其中一节数学课，教师在运用评价激励时，采用了动画的形式给出学生反馈：答对了一点击鼠标皮卡丘便跳出来举红旗祝贺，答错了一点击鼠标皮卡丘便举白旗大哭。“四因素”课堂教学类似的例子俯拾皆是，它探讨课堂的师生互动、教学资源的动态生成，信息的判断和重组等，其中的任何一项都离不开现代化教育技术的支持。在它的带动下，教师的研究热情也日益提高，学校拥有2项省级课题，7项市级课题，14项区级课题，教师还拥有校级小课题研究27项。研究使教师的教学方式适应了现代化教育变革的需求。

（二）改变了学生的学习行为

现代教育技术引入课堂后，学生的学习成为一个自主探索学习的过程，也是一个与教师信息互动的过程。为了更好地运用好激励教育“四因素”课堂教学模式的评价激励，学校在校园网、校报、校园电视台征集教师课堂激励用语和学生课堂激励用语，然后由教师、学生、家长在网络投票选出精彩评价语，刊登在学校网和报纸上，交互式的评价充满课堂，使课堂洋溢着愉悦的活力，现在走进课堂，这样的及时评价语随处可闻，如教师对学生说：你都把老师比下去了！学生对老师说：老师是好老师，是当老师的料！

自主探索学习在科学学习的第二课堂上体现得尤为突出，学校利用先进的教育技术设备，从2008年起，组建了“四室”，即“机器人实验室”、“综合实践活动室”、“航模工作室”、“科技小发明工作室”，“四室”先进的现代教育技术设备成为了学生学生奇思妙想的“梦工厂”。因此，学生参加国内机器人比赛，多次在省级、国家级机器人科普教育竞赛中荣获奖项，共获省级奖项20多项，获奖达60余人次。在2008年5月广东省第七届青少年机器人大赛中，龙城小学队荣获小学组FLL项目第一名。

（三）丰富了教学内容

1．教学内容的外在形式生动化 现代教学技术为教学注入了新鲜血液并带来了活力。它动静结合、图文并茂，使教学内容变得生动形象。教学内容的内在结构多样化。

2．学校开设了多门拓展性课程 如科学学科的《动手做》、《观察与思考》，大部分课程都在网络环境下开展活动；语文科组的《经典诵读》、《概念作文》等；文学社把着眼点放在了网络环境下的作文教学上，他们利用网络创设情境，激活学生的写作热情；学生利用网络搜集、整理信息，扩大视野；教师通过网络进行作文评改，并及时反馈给学生；美术科组的《少儿动漫》，更是利用电脑技术，将漫画与动画完美结合，学生在教师的指导下创意出了自己的动画片；学校的管乐班已连办三届，每一次的训练、排练、演出都离不开信息技术的支持。

四、整合资源，创设与教育教学相适应的技术环境

（一）以网络平台为载体，加强信息技术与教育教学的整合

学校工作小组在发展中不断调整信息化实践工作，带领全体教师开展现代教育技术教学活动。随着信息化建设的进一步发展与深化，龙城小学已建成一个以网络为基础，从环境（如教室，设备等）、资源（如图书、教案、课件等）到应用（如教学、管理、服务、办公等）实现数字化的新平台。

（二）完善信息化环境，服务学校办公系统

学校为每位教师配备一台电脑，实现无纸化办公；装备了两间电脑室；25间教室安装了多媒体电教平台;安装了校园网络，为教师及时掌握新的教学理念、教学知识等提供了方便的学习的平台；建立了校讯通，加强了家校之间的联系、沟通；同时，校园内还安装了视频监控，共有视频点60个，覆盖了整个校园。所有教学班与学校信息中心及公众网连接，教师在各学科教学中使用网络资源和自制教学课件进行教学活动，受到师生的欢迎。

（三）快捷的数字化校园网络平台

通过各网络平台的高效率应用，现代教育技术不仅在师生的备课、上课及学习中得到广泛应用，在学校的管理过程中同样发挥了非常重要的作用。如全校师生可以通过“通知公告”及时了解本周的工作安排及重要通知；各部门可以通过学校FTP文件服务器完成有关文件、通知的转发，教师也可以通过FTP文件服务器提交各种资料到相关部门；每位教师可以将自己的重要资料存放在学校服务器“网络硬盘存储”的教师个人文件夹中，老师可凭帐号、密码通过“龙城小学网络办公系统”查询；师生还可以通过“校长信箱”向学校提建议或就某些问题发表自己的看法等等，校长信箱、学校论坛、校讯通等为学校与学生、家庭搭建起良好的沟通桥梁。

学校的各类设备，有专人管理登记，设备从购入到淘汰的全过程由电子档案管理，同时有设备及专用教室使用维护日志，记录详细，为学校资产的数据建立、更新、淘汰提供了查询和参考作用。

（四）信息技术与德育紧密结合，促进家校合作

传统的德育教学手段过于依赖教师的一言一行，现代教育技术的介入，使学校教育与家庭教育能相互补充，对学生的习惯养成起到促进作用。学校的广东省德育课题《小学段增强家校教育合力的研究》，便充分利用现代教育手段，使家庭教育与学校教育实现无缝对接。如学校开设的网络家长学校，每月推荐一篇教育文章供家长阅读，一个育子视频供家长学习，学校还编辑了《龙城小学亲子读本》供家长阅读，家长与家长之间可以通过学校的家教论坛和QQ群互相交流育子经验，组织亲子活动，从而达到家庭教育与学校教育形成合力，使学生得到充分发展的目的。

（五）信息技术与学科紧密结合，优化常规教学工作

现代教育与学科教学已经成为了一个不可分割的整体，因此我们特别重视各学科的资源库建设：各个科组均建成了自己的资源库，内容包括课件、试卷、备课资料、教案、音像制品、优质课视频等，数学科组还以《小学数学科组信息资源库建设研究》为课题，开展了资源库及网站建设研究，实现了信息的及时更新、使用，这些资源几乎每一节课都会用到，解决了资源匮乏对教学的约束问题；各学科组还根据自己的学科特色建立了与之相匹配的平台：每个科组均设有QQ群，语文科组有班级博客，英语科组有网络口语训练营等，学生可以根据自己的需要在电脑室及家庭电脑中阅读、分享、交流这些信息；学校还利用现代教育技术，提高学校管理工作质量与效益，如：考试成绩的统计，学生考勤记录，操行评定，大大减轻了工作强度。特别是综合实践活动课更依赖信息技术的支持，以学校获深圳市综合实践活动课一等奖的课《有趣的鞋》为例，首先，学生进行有关鞋的历史、演变、功能、类型等进行调查，考察，并提出有一定价值的问题。再根据自己的喜好选择研究的课题，查阅相关资料，浏览有关网站。然后将自己收集到的资料和研究的成果在班上与老师、同学进行交流，再选择合适的制鞋厂参观、记录，最后将自己的收获形成作品，在班上、学校及社区进行展示，并将部分优秀作品发送到相关的网站上。通过活动，让学生在“玩”中学习科学知识，学习信息技术，学会做事，学会做人。

学校信息技术与学科的整合已经超越了单纯传授知识的层面，而是把信息技术作为工具，最大限度地为教育教学服务。

五、分析学校技术资源优势是运用信息技术的前提

（一）学校的师资优势

龙城小学创办于1995年，以“现代化、高质量、示范型”为办学目标，创建“激励教育”品牌。学校是广东省一级学校，广东省现代教育技术实验学校，拥有广东省特级教师2人、市级优秀教师和班主任14人、南粤教坛新秀4人、市骨干教师6人、区学科带头人2人、区骨干教师18人、区教坛新秀6人。100%的教师达到了大专以上学历，11名教师硕士研究生在读,所有教师均取得计算机等级证书。

（二）学校的资源优势

良好的师资优势促进学校走向名校发展之路。学校依靠电化教育资源的优势，积极开展课题研究，激励教育课题为学校奠定了发展方向，学校先后承担2项省级课题，7项市级课题，14项区级课题的研究，教师还拥有校级小课题研究27项。尤其是由教导处牵头，由数学科组长主持，全体数学老师参与研究的《小学数学信息资源库的建设研究》（区级）和《现代信息技术在小学数学教学中的运用》（市级），促进了学校各学科资源库的建设，取得了有效的成果。

（三）学校的的制度优势

由于办学基础好，管理到位，学校的教育技术制度十分健全。每学年都拟定有《现代教育技术工作计划》，使现代教育技术工作的开展，具有目标性、计划性和可行性。并且责任明确到人，先后制订了《网络中心管理制度》、《电教设备使用制度》、《电教设备维修制度》等。

（四）学校的技术设备优势

学校信息教育技术装备日趋完备。现拥有多媒体教室37间，学生计算机房2间，学生计算机125台，一套闭路电视系统，数码摄像机、数码照相机各4台，课件制作室一个，组建了电视台，开通了校园网，因特网，班班已实现了四机一幕（电视机、计算机、投影机、录音机）进教室。图书室已运用计算机软件进行管理。学校的网站已建立11年；校园网有供老师内部交流的资源平台；供家长与学校交流的网络平台。2001年，学校正式启用校园网，校园网内所有现代教育技术设备配备原则、设备使用极具人性化，使整个校园网成为一个随时随地可以使用的现代教育技术大环境。

目前，学校有完善的校园网络和网络管理中心，设有1名专职网络维护员、1名兼职网络管理员，专职教师87名，每位教师均配备一部电脑，每间教室都有一整套多媒体设备。教师参加继续教育电脑培训率为100%，掌握计算机基本技能的教师比例为100%，能制作课件的教师比例为100%，能运用信息技术进行学科教学整合的教师比例达100%。

学校已建成由一个网络控制中心、1台catalyst3500的千兆核心交换机、五个楼层共有的12台catalyst3500汇聚层交换机、1台H3C AR 28-11千兆路由器、3台服务器构建而成的网控中心，内连局域网，计算机终端共有700个，交换机总接口1000个。各教室、实验室、功能室、行政办公室、计算机房、每个教师桌上都设有终端。学生计算机160台，教师计算机80余台。学校学生：计算机比例≥9/1，老师：计算机比例为1：1；全校各办公室、各教室及功能室，均可选择以宽带高速连接到网络控制中心、网络资源库及互联网上。

学校具有完善而快捷的校园网络系统，包括以下五大平台：学校门户网站、校园网综合管理平台、家校互联管理平台、FTP文件服务器、学校—科组—教师个人三级资源库。

学校门户网站，是学校对外宣传的窗口，体现出了学校的特色。校园网综合管理平台一直是学校管理的核心，学校各类数据、资料以及工作流程的科学化管理为学校的决策提供了可靠的依据。

基于食品科学中纳米技术的研究 篇3

关键词：纳米技术；食品科学；应用

一、纳米技术

自从上个世纪90年代出现纳米技术后，在纳米技术领域的新概念、新名词、新材料不断涌现，使得人们对纳米技术的理解不够透彻，对其研究也处于初级阶段。其实，纳米技术是一门基础研究与应用研究多学科交叉的科学，不管是在原子、分子或者是在超分子角度上对其分析，纳米技术都堪称是一项新的、空前的技术创新，对今后物理学的发展起着重要作用。纳米技术的目标主要是根据纳米结构所具有的特性和功能，结合人们的需求，对材料进行加工，并制造具有特定功能的产品，给人们带来全新的技术革命。此外，在设计过程中在原子、分子的水平上运用纳米技术进行材料设计，进而制造出具有全新性质和各种功能的材料，从而满足人们日益增长的生活需求。

二、纳米食品的概述

所谓纳米食品，指的是在食品加工、生产或包装过程中采用了纳米技术手段的食品。但是，纳米食品不仅仅是采用纳米技术将食品的尺寸加工至纳米级别，也涉及到通过纳米技术对食品进行了改造从而改变食品性能的食品。从而使经过纳米技术加工的食品在营养、吸收等方面会很大的提高，在这方面应用最广泛主要有维生素制剂、钙、硒等矿物质制剂、豆奶与纳米添加营养素的钙奶茶等。但是，由于人们对纳米技术研究的局限性决定了纳米食品也存在一些问题，从而使得纳米食品的安全日益受到人们的关注。因为，在纳米食品生产过程中主要采用球磨法使食品的尺寸变小而达到纳米级别，从而不可避免地产生粉料污染，同时，纳米技术给食品所带来的危害与不利影响等，目前我们还无法预测，难以判断纳米材料是否对人体有害。目前，我国乃至国际上的纳米食品行业还没有形成一个统一的、有效的标准，无法对纳米食品进行安全性评价，也不利于食品健康的管理与监控。此外，据研究部分纳米食品存在一些有害成分，采用球磨法对食品进行加工，所制备得到的纳米粉末更容易进入细胞甚至细胞核内，进而对人体所产生的危害也没有研究清楚。

三、纳米技术在食品科学中的应用分析

1.微乳化技术和纳米胶囊制备技术

所谓的微乳液，就是通过将两种互不相溶的液体形成的吉布斯自由能最小、状体均匀并且稳定，各向同性、粒径大小为l～100纳米、外观透明或半透明的分散体系，而制备该微乳液的技术也称为微乳化技术。自从上个世纪末以来，人们加大对微乳理论和应用的研究，并将微乳化技术已应用于纳米颗粒、微胶囊和纳米胶囊的制备。采用纳米技术，将微胶囊制备成具有粒径大小在10～1 000纳米尺寸的新型材料。由于纳米胶囊颗粒微小，形成胶体溶液，易于分散和悬浮在水中，并形成清澈透明的液体，从而使所载的药物或食品功能因子改变分布状态而浓集于特定的靶组织，进而有利于提高疗效的目的，增加药品生产效率。

在食品包装行业，纳米技术的应用最为普遍，并且该技术能给人们带来极大的利益。因为，在包装材料过程中，只需加入一定的纳米微粒就能够有效地增加包装材料的抗菌性能与密封效果，从而更好地为食品包装提高质量安全保障。同时，在冰箱制造行业也能看到纳米技术的应用情况，通过纳米技术能够有效地生产出一些抗菌性的冰箱，从而满足人们日常生活需求。此外，由于纳米材料的尺寸微小（纳米级别），并体现出特殊的功能，在食品包装过程中加入一定的纳米微粒有利于改变对现有包装材料的性能，从而进一步保证食品的安全。甚至已有不少人研究纳米技术在玻璃和陶瓷容器等领域的应用，通过加入纳米颗粒，可以有效地增加了脆性材料的韧性与强度，还可以有效地吸收紫外线防止塑料包装由于时间过长而出现老化、变质等现象，进而增加食品包装的使用寿命，促进食品包装行业的发展。

2.纳米技术在超细微粒和纳米粒子制备中的应用

在当今的高新技术研究领域中，超细微粒尤其是纳米粒子已经成为人们研究的热门方向，并是当今急需加大研究投入的领域。经过超细化处理后的物质，粒子之间的接触面积增大，比表面积也大大增加，界面能显著提高，表面能会发生巨大变化，从而显现出独特的物理与化学性能。通常情况下，制备超细粒子的方法为超细碾磨法，例如市场上比较普遍的具有强抗氧化性的超细绿茶粉与具有强结合水能力的超细面粉等。研究表明，粒子越小越有助于人体的吸收消化，约1 000纳米的超细绿茶粉呈现出较好的营养消化和吸收率，其营养价值大大超出普通的绿茶粉。又近年来迅速发展起来的新技术——超临界流体制备超细微粒技术，也属于纳米技术制备超细粒子的范畴，该技术可以较准确地控制结晶过程，对粒子尺寸进行精确的控制，从而生产出的超细微粒粒径小且粒度分布均匀，该技术在医疗药物制造行业较为普遍，具有诱人的应用前景。

3.纳米技术在食品检测中的应用

随着计算机技术的飞速发展，使得纳米传感器技术也得到了惊人的发展，并已在食品安全监测中得到广泛的应用。所谓纳米生物传感器技术，采用选择性结合靶分子的生物探针，对食品进行安全监测的技术。因为，纳米材料本身就是非常敏感，对于不均匀的生物与化学物质反应灵敏，将纳米技术与生物学、计算机技术、电子材料相结合，可以制备新型的传感器件，并提高食品安全监测效率。例如与生物芯片等技术结合，可以使分子检测更加简便、高效的纳米生物传感器。近年来，人们通过纳米生物传感器技术可以实现对食品安全、临床诊断与治疗的快速、有效、灵敏地检测。例如，在传统的检测领域，尤其是监测微量细菌时需要扩增或富集样本中的目标菌，从而无形中增加监测步骤，同时过程繁琐而费时费力，然而，利用纳米技术与表面等离子体共振、石英晶体微天平等研制而成的纳米生物传感器，不仅能够大大减少检测所需的时间，还可以提高检测的灵敏度，进而提高监测效率与精确度。

四、结语

综上所述，由于纳米材料发展比较晚，各方面的研究还不够完善，纳米技术也存在一些不足和缺陷。但是，这并不影响纳米技术在食品工业中的应用，随着人们对纳米技术研究的不断深入，我相信在不久的将来纳米技术将会引发一场新的食品科学的革命，为食品行业带来巨大的经济效益与发展空间，也会使人们的饮食结构和生活方式发生巨大的变化，引领人们走进一个全新的食品行业，进而提在很大程度上提高人们的生活水平。

参考文献：

[1]孙炳新，马涛.国外纳米技术在食品工业中的应用研究进展[J].食品研究与开发，2008，（09）

纳米技术合成水泥矿物工艺参数研究 篇4

1 原材料及方法

1.1 实验原材料

反应前驱物:有机硅正硅酸乙酯(TEOS,A.R)和硝酸钙[Ca(NO3)2·4H2O,A.R];有机溶剂:正丙醇(NPA,A.R);水:去离子水。

1.2 测试方法及仪器

采用甘油-酒精法测定烧成物中f-CaO的含量。

以X射线衍射仪(D8ADVANCE X-ray Diffractomer)表征物相的种类及结构。采用Cu靶,X光管功率为40 kV×30 mA,对粉状样品进行连续扫描,扫描速度为1(°)/min。

用场发射扫描电子显微镜(FSEM)观察C3S颗粒形貌、大小、分布、取向及颗粒间连接情况变化,同时以EDXA记录微区n(Ca)/n(Si)比值,间接表明可视区域内C3S表面的元素分布。

使用美国Varian公司生产的Inova600型核磁共振仪(nuclear magnetic resonance spectroscopy)进行NMR分析,磁场强度14 T,采用固体魔角旋转(MAS)技术,化学位移采用四甲基硅烷(TMS)作为外标。

1.3 制备程序

(1)按化学计量比计算所需反应物的量,将其分别置于相应的干燥容器中。

(2)溶解并混合钙质和硅质原料,加入特选的催化剂[8],控制温度为60℃,搅拌6 h。

(3)溶解时测量溶胶的pH值,酸性体系的pH值控制在4左右,碱性体系的pH值控制在8左右。

(4)测试溶胶的基本胶凝时间(静置2 min,将烧杯倾斜,液面不流动时的时间),然后将其置于70℃的烘箱中陈化24~48 h。

(5)设置基本温度制度,按设定的温度制度煅烧陈化后的凝胶。

(6)煅烧所得产物急冷,煅烧物粉磨后进行组成、结构及形貌分析。

2 工艺参数试验研究

2.1 反应物配比选择

为研究反应程度,确定各反应物之间合适的比例,分别对Ca/Si、H2O/S(i摩尔比,下同)2个关键参数进行研究。

2.1.1 Ca/Si的影响

取Ca/Si为3∶2、2∶1及3∶1的试样,编号分别为a-1、b-1、c-1,在相同的搅拌及陈化程序下,经1200℃煅烧,并对煅烧所得粉末进行XRD测试,结果如图1所示。

由图1可以看出,在相同的合成条件下,3组试样中均有C2S及C3S出现,且含量超过50%。证明该方法可用于含有Ca、Si系统的合成产物制备。但由于反应不够充分,样品中仍有部分CaO存在。通过比较不同物相峰的强度发现,反应基本可按照初始反应物的摩尔比进行。Ca/Si=3∶1时,反应最充分;当Ca/Si>3∶1时,系统中有多余的CaO出现;Ca/Si<3∶1时,又有未化合的SiO2出现。而Ca/Si=3∶1时,C3S主峰最强,因此确定Ca/Si摩尔比为3∶1。但是由于煅烧能量不够,需在后续提高煅烧温度。

2.1.2 H2O/Si的影响

加水量较多时,最终形成的凝胶内包含大量的水,使凝胶干燥收缩和干燥应力增大,干燥时间延长。烧成过程中容易产生不均匀现象。由于含钙原料加入TEOS中,其本身含有的结晶水与TEOS的摩尔比为12∶1,同时在试验过程中需加少量水使TEOS预先水解,故使加入的水过量,经反复选择,确定H2O/Si为14∶1。

2.2 催化剂选择

在纯水体系中,正硅酸乙酯水解及胶凝速度均较慢,为加快硅氧网络结构的形成,提高产物生成率,需在体系中加入酸性或碱性催化剂。催化剂的选择影响反应过程及溶胶产物的结构[8]。在碱性条件下,TEOS的水解过程是亲核基团OH-直接进攻硅原子的亲核反应过程。在酸性条件下,阴离子和水合质子都对TEOS的水解过程产生影响。水合质子对烷氧基中氧原子进行亲电进攻,同时水分子等亲核试剂对硅原子进行亲核进攻[9]。大量试验表明,酸性条件有利于水解,而碱性条件有利于胶凝。

分别以浓HNO3及NH4OH为催化剂对反应体系进行研究,体系pH值对胶凝时间的影响如表1所示。

2组试样在同样的煅烧条件下,最终产物的XRD测试结果如图2所示。

由表1和图2可知,加入酸性或碱性催化剂,影响了体系的胶凝时间。pH值较小的体系胶凝时间较短,但在高温煅烧条件下并不影响最终产物的结构。由于加入酸性催化剂,体系水解更充分,且胶凝时间短。为得到均匀且具有一定强度的Si—O骨架结构的凝胶,选择浓硝酸为催化剂。

2.3 前驱物混合加料方式

前期试验时,将Ca(NO3)2·4H2O晶体直接加入到正硅酸乙酯和水的混合体系中,由于固相的质量和体积均较液相大,溶解搅拌困难,很难形成溶胶且胶凝时间长,甚至不胶凝。生成的胶凝体系不稳定,静置冷却后会有Ca(NO3)2晶体从底部析出,上部和下部密度不均而使溶胶分层。表明此时体系中Ca和Si并未按3∶1的配比进行充分、均匀的混合,且正硅酸乙酯水解不充分。此凝胶体系若进行煅烧,必然会造成Ca和Si不能按配比充分化合,而使f-CaO含量较高。

经过分析,提出改进的试验方法:温度控制在60℃,使正硅酸乙酯先充分水解,然后分3次加入预先高温溶解的Ca(NO3)2·4H2O溶液,并按NPA/TEOS为5∶1的配比分多次加入溶剂正丙醇。由于原料分多次以均匀的溶液状态混合,能保证反应物在离子水平上混合均匀。再施以强磁力搅拌,体系中很快出现乳白色絮状物,此为水解胶凝的产物,搅拌1.5 h即可形成透明、稳定的溶胶体系。

2.4 搅拌方式

搅拌方式有磁力搅拌和电动搅拌2种。

在反应初始阶段为液相体系,如采用电动搅拌会使液体溅出,造成质量损失而改变溶液的精确配比。因此采用磁力搅拌方式,在高强度的均化作用下形成直径在50~500 nm的细小液滴,比表面积大大增加,有利于后续烧结,同时减小固相颗粒的尺寸。

从试验过程观察,当磁力搅拌1.5 h时,溶胶即转变为透明凝胶状。由于体系黏度增大,对旋转磁子的阻碍作用增强,体系不能充分、均匀的混合,此时应采用电动搅拌方式,在叶片强力搅拌作用下,体系黏度进一步增大。搅拌约3.5 h后,静止,将容器倾斜2 min,液面无明显流动现象,即达到胶凝。搅拌6 h后,该凝胶具有一定粘结力,温度降低后有较强的粘结性。

2.5 凝胶陈化时间

湿凝胶内包含溶剂和水分。当增加陈化时间,随着有机溶剂挥发和水分的散失,液相表面张力逐渐降低,内部骨架结构逐渐增强。

试验结果表明,有机溶剂在70℃的陈化温度下会缓慢挥发,体系内部仍发生离子的迁移和扩散。为确保样品无明显收缩,得到稳定的凝胶体系且尽量缩短陈化时间,将陈化时间定为24~48 h,视样品不同可适当调整。

综合以上试验结果,合成C3S溶胶及凝胶的合理配比及陈化时间和陈化温度参数见表2。

2.6 煅烧制度

(1)煅烧速率及最高煅烧温度

在加热过程中,干凝胶先在低温下脱去吸附在表面的水和醇,263~300℃发生—OR基的氧化,300℃以上则脱去结构中的—OH基,在热处理过程中伴随较大的体积收缩,释放各种气体,同时—OR基在非充分氧化时还可能碳化,所以升温速率不宜过快。在最高煅烧温度分别为1200、1300、1400及1450℃下进行煅烧试验,以确定既降低煅烧能耗又能尽量充分的反应最佳反应温度。采用XRD对不同温度下煅烧1次产物进行检测的过程中发现,随着煅烧温度提高,未化合的氧化钙含量逐渐下降,当煅烧至1400℃以后,制品中仍有部分游离钙存在,表明反应仍不够充分,需提高温度或将此体系进行再次煅烧,以得到高纯度C3S。经试验,合理的煅烧速率及温度如表3所示。

(2)煅烧次数影响

将初次煅烧至1400℃的Ca/Si为3∶1的样品粉磨后加入少量乙醇,混合均匀,在60 kN压力下成型成饼状试块。按以上温度制度升到1450℃进行第2次及第3次煅烧。对第2次及第3次煅烧后样品(c-2、c-3)进行XRD测试,结果见图3。

从图3可以看出,煅烧2次和3次均能得到均一、稳定的C3S相。将各峰的位置及形状与ASTMⅠ型标准水泥进行比对发现,2个煅烧样品的谱线位置及形状均与标准水泥中C3S相的吻合。通过比对标准粉末衍射卡片(PDF卡片)发现,所得到的高纯度C3S相最接近于单斜晶系。

同时用甘油-酒精法测定煅烧2次及3次样品中的游离氧化钙,测试结果表明其含量均在0.1%~0.2%。表明在上述工艺参数控制下可制备高纯度C3S。

3 C3S纳米特性表征

3.1 C3S纳米颗粒形貌

煅烧2次及3次样品的颗粒形貌及粒度分析见图4。

由图4可见,煅烧2次及3次所得的C3S矿物均为等大粒状颗粒并以一定大小的无定形连体板状物堆积而成,颗粒尺寸在1~1000 nm,有较高的堆积密实度。

3.2 C3S纳米颗粒水化特性

为验证煅烧2次及3次C3S样品的水化特性,将得到的白色粉末磨细,在0.5水胶比下成型养护,观察其水化7 d的形貌,用29Si NMR魔角自旋核磁共振仪研究其硅氧链的变化。

3.2.1 C3S水化产物形貌(见图5)

由图5可见,(1)煅烧2次和3次的样品在水化7 d时即有较高的水化活性,可观察到无定型水化硅酸钙(C-S-H)及结晶的氢氧化钙(CH),二者以相互嵌套的结构形成层状生长。从凝胶产物形貌来看,纤维状凝胶在早期从水泥颗粒向外辐射生长,长0.5~1.0μm,宽约0.05μm,尖端有分叉现象。(2)早期水化产物中存在大量网络状凝胶,它是由许多小粒子相互接触而形成的联锁的网状构造,粒子间为树枝状交接,尖端仍有分叉现象,在交结点相互生长,形成连续的三维空间网。在水化产物中也存在三向尺寸相等或扁平状的小颗粒。

3.2.2 硅氧链及聚合度的变化

C3S水化试样的NMR谱见图6和图7。由Q0-Q1或Q2的变化可以了解C3S水化前后硅氧链的变化。

由图6、图7可看出,c-2和c-3水化后的NMR谱变化趋势大致相同,属于Q0的3个比较明显的29Si NMR信号都有不同程度的降低,且都随着水化出现了新的29Si NMR信号,根据文献[10-11]可以认为,新的信号代表了Si的Q1和Q2环境,从而证明了水化硅酸钙的形成。图6中,c-2水化7 d后,Q1和Q2分别出现在-79.3×10-6和-85.6×10-6附近,但Q1信号不是很明显,水化14 d后,Q1强度大大增加。图7中,c-3水化7 d后,Q1和Q2分别在-79.5×10-6和-85.3×10-6附近出现,此时Q1信号已很明显,水化14 d后Q1和Q2强度都有更大程度提高。随龄期增加,2种煅烧次数下的水化样品中,Q2/Q1增大,但仍以Q1为主。

比较未水化和水化样品的NMR图谱可以认为:煅烧3次得到的C3S比煅烧2次时的水化特性表现更为优良。

4 结论

(1)采用纳米技术合成水泥中主要矿物C3S,基准配比为:Ca/Si=3∶1,H2O/Si=14∶1,NPA/TEOS=5∶1。

(2)加入酸性催化剂增加了水解程度,加快了胶凝的时间,但对最终高温烧成的产物并无明显影响。

(3)前驱物的加料方式影响正硅酸乙酯的水解及加入硝酸钙后的胶凝过程。经研究提出分多次少量分步加料的方法,待部分正硅酸乙酯充分水解,加入少量溶液状态的硝酸钙,并按5∶1加入溶剂正丙醇。反应体系在较短时间即可形成透明、稳定的溶胶并胶凝。

(4)在水解初期采用磁力搅拌,待变成凝胶状态后采用电动搅拌,在高强度的均化作用下,形成直径在纳米尺度的细小颗粒,比表面积大大增加,有利于提高后续高温合成的纯度及效率。

(5)充分反应又能节能节时的合成方式是,在1450℃下经设定的升温制度煅烧2~3次,即可得到高纯度的纳米C3S。

摘要：利用溶胶-凝胶纳米合成技术,针对水泥基材料最重要矿物C3S的合成方法进行了系统研究,通过优化前驱物混合比例、水解及溶胶-凝胶化时间、确定最终煅烧制度等3个阶段的工艺参数,确定了溶胶-凝胶技术合成纳米C3S的控制因素,可以在较传统煅烧水泥方法更低温度、更短时间内得到较高纯度的C3S,其良好的水化特性得到充分验证,并开辟了纳米水泥制备的新思路。

关键词：纳米C3S,溶胶-凝胶技术,工艺参数,水化

参考文献

[1]王结良,梁国正,赵雯,等.纳米材料制备新技术研究进展[J].河南化工,2003(10):7-10.

[2]潘群雄,潘晖华,陈建华.溶胶-凝胶技术与纳米材料的制备[J].材料导报,2001,15(12):40-42.

[3]杨南如,余桂郁.溶胶-凝胶法简介第一讲——溶胶凝胶法的基本原理与过程[J].硅酸盐通报,1993(2):56-63.

[4]Stephan D,Maleki H,Knofel D,et al.Influence of Cr,Ni and Znon the properties of pure clinker phases part I C3S[J].Cementand Concrete Research,1999,29(4):545-552.

[5]LU Zhongyuan,XU Xun,XIAO Xiangqi.Effect of grain size ofCaCO3 and SiO2 on the formation of C3S under different condi-tions[J].Journal of Wuhan University of Technology-Mater.Sci.Ed.,2007,22(3):533-536.

[6]冯秀平.溶胶-凝胶法合成β-C2S的早期水化[J].河海大学学报,2000,28(3):82-85.

[7]陈红霞,王培铭.溶胶-凝胶法制备C2S粉末[J].材料科学与工程,2000,18(7):53-56.

[8]俞包廷,刘小明,王裕光.正硅酸乙酯的水解和胶凝过程的研究[J].硅酸盐学报,1981,9(4):388-394.

[9]顾宇辉,古宏晨,徐宏,等.正硅酸乙酯水解过程的半经验量子化学研究[J].无机化学学报,2003,19(12):1301-1306.

[10]Richardson I G.The nature of C-S-H in hardened cements[J].Cement and Concrete Research,1999,29(8):1131-1147.

基于GIS技术的勘测技术系统研究 篇5

【关键词】房地产；勘测；数据库；GIS

0.概述

地理信息系统GIS(Geographic Information System)是为获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的数字化的计算机数据库管理系统。空间数据库技术是地理信息系统技术的重要技术之一。地理信息系统研究计算机技术和空间地理分布数据的结合，通过一系列空间操作和分析方法，为地球科学、环境科学和工程设计，乃至企业管理提供对规划、管理和决策有用的信息。房地产勘测、选线和布设工作中，需要用到地形图、遥感影像图、基础地质图和地质灾害资料等工程相关的参考资料。在以往的管理方式中，往往采用手工录入蓝图数据、委派地理信息部门对新线路重新勘测的办法，工作效率低且容易在二次输入时出错。通过建立专门的GIS系统利可查询有关数据、图片、图象、地图、技术资料、管理知识等，可以大大提供勘测工程的效率。

1.数据库结构

GIS中的数据库有两种：空间数据库（存储地理信息）和属性数据库（存储非地理信息）。基础地理数据库中存储和管理的数据，目前主要包括1:5万的数字地形、数字地名、大地数据、用户空间专题库和4D产品、遥感影像数据等。专题数据库包括基础地质图、地质灾害专题数据、房地产位置及属性数据、工程相关技术文档数据、多媒体数据等。本系统各种运行及故障数据、变电站设备信息采用非地理数据库存储，而行政区、线路、杆塔等采用地理数据库存储，降低了开发难度，较好地实现了所需功能。

2.数据库的建设

空间数据库技术是GIS基础和核心,由于空间数据非常复杂，使GIS理论研究与软件开发的难度很大，至今还没有一种数据库技术有能力把GIS空间数据的管理、分析、显示和传输都表示得很好。因此需要建立一种有效的空间数据模型在系统的建设过程中起重要的作用。

2.1数据库内容

2.1.1基础地形图数据

地形信息主要包括境界信息、流域边界信息、地形信息、交通信息、水系信息、行政區划信息、居民地信息等。数字地形库的主题划分以国家基础地理信息系统中的主题划分方法为基础。

2.1.2遥感影像数据

包括航空遥感数据、航天遥感数据等。遥感影像库中，对不同分辨率的遥感影像数据分别进行存储和管理，实现多尺度、多数据源、多时态空间的遥感海量信息的集中管理。

2.1.3基础地质资料

各种比例尺的地质图件、新构造分布图等。

2.1.4多媒体数据

存放野外勘测和布设影像和视频等资料数据。

2.1.5技术文档数据

房地产勘测、选线和布设各环节所产生的工程技术文档资料，包括相关的法律法规和技术标准规范等。

2.1.6用户空间专题库

主要存储各个行业的用户，地区用户的统计数据，用户图层、报警用户图层，这些专题图层数据的详尽程度根据地图比例尺及应用需求而定。

2.1.7系统维护数据

主要存贮系统运行维护日志，系统用户、角色和权限表，数据字典等。

2.2数据采集方案

在数据入库过程中，我们需要将图纸和文本表格资料录入数据库。主要遵循准确高效原则，采取合理的采集手段实现原始数据的数字化。

2.3图纸矢量化方法

2.3.1资料整理

按要求整理好图纸资料和相关的文档资料。

2.3.2扫描

对预处理好的作业底图，用扫描仪扫描。所有的图件扫描后都必须经过扫描纠正，对扫描后的栅格图进行检查，以确保矢量化工作的顺利进行。

2.3.3分层矢量化

矢量化前要对扫描图进行坐标配准。选取图幅控制点，进行配准。矢量化的要求如下：

①线状要素：线状要素的采集主要采用分层方式进行，分层方式按本系统建设数据库标准要求处理。

②点状要素：点状要素的采集主要是先建立相关属性结构，然后根据不同情况进行录入。

③面状要素：分层方式按本系统建设数据库标准要求处理。

④注记：需要输入的注记包括水系、堤防、道路名称的注记，行政区的注记。以属性的形式输入到对应的数据库中，然后通过应用工具将其动态地标注出来。

2.3.4投影坐标转换

将矢量化后的要素转换成规定的投影和坐标系。

2.3.5数据质量初检

在进行一系列的数据录入和转换之后，需要对数据进行严格的检查。为保证数据的质量，在一幅图中重、漏、错的比例超过5％ ，则需要重新返工。

2.3.6投影坐标转换

将矢量化后的要素转换成规定的投影和坐标系。

2.3.7数据质量初检

在进行一系列的数据录入和转换之后，需要对数据进行严格的检查。为保证数据的质量，在一幅图中重、漏、错的比例超过5％ ，则需要重新返工。

2.3.8图幅拼接

对相邻图幅数字化后的要素执行拼接，形成整个区域的无缝图层。

2.3.9与属性数据关联

使用属性连接工具将图形和属性关联，形成完整的图形矢量化文件。

2.4数据库入库

一般数据地图是用AutoCAD或其它绘图软件绘制的，对这些数据地图的导人需要很复杂的过程。只有空间信息而没有编码属性信息，要对其进行必要的编辑处理才能入库。

2.5系统功能

地理空间数据必须保持其权威性、现势性和正确性。数据管理子系统包括图层管理、数据编辑、元数据管理、数据转换与输出、图片多媒体数据维护、系统数据字典维护等功能。

2.5.1图层管理

图层管理的主要功能包括图层增删、图层属性结构编辑，以及对图层的显示、访问属性进行设置等。

2.5.2元数据管理

元数据用于描述数据的内容、覆盖范围、质量、管理方式、数据的所有者、数据的提供方式等有关的信息。系统提供元数据的录入、查询、输出等功能。

2.5.3数据编辑

数据编辑提供相对常用的数据编辑功能，可以满足用户对现有图层进行简单的编辑，如增加或删除图形要素、修改图形参数或属性等。

2.5.4数据转换与迁移（下转第113页）

（上接第35页）数据转换与迁移功能，主要是为解决不同格式空间数据之间的数据转换，实现MAPGIS格式与ArcGIS、MapInfo等常见格式之间的数据转换。实现不同地理数据库之间的数据迁移。

2.5.5多媒体数据管理

多媒体数据管理，主要为了更为直观、生动地反映地理要素对象的特征面貌，实现电网信息图层中要素对象与多媒体数据之间的关联。这样，就可以在空间信息展示子系统中查看图层时，可以查看其所对应的多媒体信息。

3.结论

GIS是近年发展迅速，其内涵和外延正在不断变化。由于地理信息在人类生活和国民经济中的重要作用，GIS在未来的几十年中将保持高速发展的势头，成为高科技领域的核心技术。利用GIS 技术可以将与地理有关的文本数据以地理图形方式显示出来,使管理人员能够全面了解空间的分布状况。要想做好GIS系统，GIS系统数据库的设计及建设是非常关键的一步，GIS系统中最重要的就是数据了，在GIS系统中几乎所有的功能都是在对已有数据分析处理的基础上完成的，而所有的数据(包括基础地理数据、空间数据、属性数据)都是通过数据库来存储和管理的。因此通过数据采集与管理子系统完成数据的采集,建立数据库是非常重要的。它的好坏直接影响到GIS系统的功能和效率。

【参考文献】

［１］王家耀.空间信息系统原理[M].科学出版社，2001.

［２］郭仁忠.空间分析[M].武汉测绘科技大学出版社，1997.

［３］陶华学，孙英君.GIS空间分析模型的建立[J].四川测绘，2001，24(4)：147-149.

水泥领域中纳米技术的应用研究现状 篇6

一纳米是一米的十亿分之一，即1nm=10-9m，纳米颗粒属于学术定义上的“超细颗粒”，由纳米级颗粒组成的材料便是纳米材料。纳米技术和超细颗粒材料的发展，正日益受到世界各国科技工作者的关注，使人类科技发展进入了充满希望的新天地。

超细颗粒材料的制备，在技术上有一定的难度，并在产品规模和成本上都影响着工业部门的采用。此外纳米颗粒一旦产生就很容易团聚成二次颗粒，所以实际上很难得到真正的纳米颗粒，也很难贮存和运输，又由于超细颗粒具有很大的表面积，在大气中极易急剧氧化而生热，所以在处理纳米材料时还要考虑慢氧化措施。尽管有这么多难题，但人类从来就没有惧怕过，技术总是在向前发展着。

水泥颗粒范围约在10-1～100μm之间，属于亚微米级以上颗粒范畴，即便是“超细水泥”，指的也是广义上的“超细”，即30μm以下颗粒占有较大比例的水泥。纳米技术和纳米材料能否应用于水泥领域?能否提高水泥质量和起到“节能减排”的作用?这些正是人们考虑和研究的问题。本文梗概介绍一下国内外的研究现状。

1 利用纳米技术提高水泥机械运转效率

水泥工厂使用了破碎、筛分、输送(给料)、贮存、粉磨、选粉(分级)、收尘等几乎所有粉体物料处理的机械设备，此外还有大量的风机、泵等机械。这些设备与机械的工作环境相当恶劣，如酷热(严寒)、粉尘及腐蚀等，处理的物料有许多硬度大、不易破碎和粉磨的矿石物料，对机械磨损相当严重。然而水泥生产是连续的过程，要求机械设备能长期连续安全运转，否则某个部分的事故造成停产，将给水泥企业造成巨大经济损失，甚至工人的安全也要受到威胁。

因此水泥厂的机械设备最基本的要求是耐磨损，可连续稳定运转，我国与国外有关研究人员采用纳米技术来改进机械运转水平的研究，有如下内容：

誗对纯铁表面进行纳米化处理，实现常规气体氮化技术，这就解决了以往金属表面进行氮化处理提高耐磨、耐蚀性时不易解决的难题，这种提高金属表面耐磨性的方法，可以使水泥厂内使用的风机叶片、机械轴承、输送管道、磨机内衬板、研磨介质等部件提高工作性能;

誗防止设备磨损破坏，加强机械运转部位的润滑工作相当重要，将纳米铜粉或纳米铜合金粉加入润滑油中，可使润滑性提高10倍以上，能有效减少机械部件磨损，提高设备运转率，延长设备使用寿命;

誗使用纳米润滑油添加剂，在摩擦磨损过程中产生的纳米金属粉和氧化物粉将会产生自修复作用，解决机械磨损的自适应和自修复难题，纳米润滑油添加剂可用MoS2、PbS、WS2等纳米材料。还有一种“硬修复层”的自修复作用，即纳米颗粒在一定压力、温度、摩擦力作用下，在“摩擦对偶”新生面的化学活性、催化作用及负电子还原作用下，还原为微晶单质，再加之摩擦产生的局部高温，微晶单质形成具有磨损补偿作用的熔融合金膜，可以使用CuO、PbO、Ag2O、CuS、PbS、Ag2S等纳米材料。

2 利用纳米技术提高燃烧效率

现在国内外水泥熟料热耗最先进指标已达到2700～2800kJ/kg，距理论热耗2200kJ/kg已很接近，因此水泥科技工作者又在努力开发低钙水泥或生态水泥等。如此说来在燃烧过程中采用纳米技术、提高燃烧效率、降低水泥熟料热耗是水泥工业节能研究领域中重要的一个方面。

众所周知，我们若将水泥原料经过超细粉磨等煅烧前处理，使其获得最佳的机械力活性化效果，可以使之易于烧结，在高温下煅烧时，烧结时间可能缩短或使烧成温度从1480℃下降低。正在研究提高燃烧效率的纳米技术，是将纳米微粒燃烧催化剂添加到燃料中去，利用纳米微粒高比表面积与高活性的催化作用，提高燃烧效率，并且还能减少CO2的排放量。Fe2O3超细颗粒可将CO2分解成C和H2O，这对于减少温室气体排放量来说有着重要的意义。

3 水泥基材料的纳米技术应用基础研究

日本水泥研究人员发现水泥基材料中约有70%纳米级的C-S-H凝胶，从材料科学与颗粒设计观点出发，有可能用超细纳米颗粒和纳米技术改造传统水泥产业，已在水泥水化、混凝土结构、功能混凝土等方面取得了一些应用基础研究成果。在水泥混凝土系材料中，结构组织分为三级，即100μm以上的组织尺度、10nm～100μm的颗粒尺度和10nm以下的原子尺度。支配水泥、混凝土性能的尺度范围在10nm～100μm，水泥水化物中C-S-H(硅酸钙水化物)存在着直径约1nm的空隙，另外，钙离子等硅酸盐离子与近似于原子大小(0.1nm)的水分子反应，能生成几十纳米的C-S-H水化物。在加水搅拌混凝土时，除去砂、骨料外，水泥净浆中含有固态水化物、未水化的水泥颗粒以及空隙等，水泥水化反应的颗粒大小也近似原子大小，虽然水化过程的混凝土颗粒范围在1nm～10000nm，但水化产物仍属于纳米级范畴。

誗在水泥粉体的密充填方面，当混凝土拌合时加入一种称为硅土的混合材(Silila fame)，这是一种纳米级粉体，平均粒径在100nm以下，为球状超细粉，在加水拌合时，这种混合材与水泥颗粒形成间隙梯度，从而促进了粉体密充填，当硅土混合材在搅拌水中分散时还扩大了水相体积，减少了需水量，使之成为低水灰比混凝土。另外，采用石灰石粉充填的水泥，也有利于水泥密充填，因为石灰石的易磨性比水泥熟料好，因此在混合粉磨水泥时，石灰石易形成超细粉，细度在2μm以下。掺加石灰石粉后，由于C-S-H凝胶的发展，CaCO3起着晶核的作用，硅酸盐离子可以从C3S边界移出，并在CaCO3颗粒上形成C-S-H凝胶相，因而提高了水泥硬化浆体的性能。

誗在混凝土中水泥颗粒的分散方面，由于减水剂使水泥颗粒表面产生负电荷，因而使混凝土中带有负电荷的水泥颗粒之间因同性相斥而分离，当颗粒间距离大于1nm，表面电位在负20mV以上时，可以形成稳定的分散，因此1nm左右的距离是决定颗粒分散与团聚的关键，这是研究萘系混凝土减水剂要考虑的问题。

还有一种聚碳酸系减水剂，能显著降低水灰比增加混凝土的强度。这种减水剂的结构上有主链和侧链，主链丙烯(长度20nm～100nm)上结合着侧链聚乙烯乙二醇(长度5nm～20nm)，成为栉状构造。由于侧链的立体屏蔽作用，阻止了水泥颗粒间的团聚，因此改变聚碳酸减水剂的主链与侧链的长度就可改变水泥颗粒的分散效果，增加混凝土的流动性。

誗在控制水泥硬化体空隙方面，由于水泥硬化体的特性是由内部空隙决定的，所以混凝土的强度与空隙构造有着非常密切的关系。毛细管空隙量占混凝土硬化体中全部空隙量的2/3左右，胶凝空隙的直径在2nm左右，相当于C-S-H层间距离，凝胶空隙约占毛细管空隙量的20%。50nm以上的毛细管空隙量越多，则离子透过性、透气透水性越好，但混凝土的强度就要降低，利用纳米矿粉填充水泥硬化体的空隙，即可提高混凝土的流动性，还可改善水泥硬化基体与骨料的界面结构，从而使混凝土的强度、抗渗性与耐久性提高。在掺硅粉的水泥硬化体中，由于硅粉可以堵塞硬化体中空隙，并与水泥水化时产生的Ca (OH) 2发生化学反应，生成C-S-H凝胶，可提高混凝土的抗压强度。

4 对水泥基材料的纳米化改性

现在我国、日本和美国利用纳米技术和纳米材料对混凝土进行改性都有一些研究成果。

利用纳米材料的特性提高混凝土的弹性和韧性，现在已取得很大进展。例如在混凝土中加入具有柔性功能的且与水泥有良好亲和性的纳米材料，就可能改善混凝土的韧性。

欧盟支持纳米技术研究开发与应用 篇7

1. 纳米电子技术。

来自微电子技术的延伸, 主要应用于信息通讯技术 (ICT) 产业、仪器设备的小型化、燃料电池、碳捕获及储存技术 (CCS) 应用等。

2. 纳米生物技术。

结合纳米工程技术和生物技术, 在分子尺度上操纵活性有机体或制造生物分子系统的活性材料, 主要应用于生命科学和医学、制药行业。

3. 纳米材料技术。

准确地控制纳米材料尺寸、纳米成分形态、纳米加工工艺、纳米测试仪器及纳米操作工具等, 是所有纳米技术研发与应用的基础。

DNA自组装纳米技术研究进展 篇8

1DNA纳米自组装周期阵列

Seeman[1]把DNA作为结构材料,奠定了“结

构DNA纳米技术”的基础,他提出了一套把DNA分子结构自组装成周期性方格的规律。此后,各种各样具有明确周期性和内部特征的DNA纳米结构被设计合成出来。DNA的自组装开辟了研究分子间和分子内相互作用的新领域。

最近,Mao[2]和他的同事先把单链DNA自组装成小的建筑模块——“分子瓦”;带有互补的粘性末端的“分子瓦”进一步自组装成较大的具有鲜明拓扑和几何特征的阵列,再利用对称的DNA序列分子瓦,合成出了毫米级别的二维DNA阵列(图1a)。使用较少的DNA材料,自组装成有固定尺寸和边界的DNA纳米阵列是研究人员的强烈愿望,Liu[3]等人利用几何对称性特点,减少所需的分子瓦的数量自组装合成了有限大小的DNA纳米阵列(图1b)。

Rothemund[4]利用DNA折纸术方法,把一条含7000个碱基的病毒M13mpls基因组序列按蛇形固定,利用200 多条短的DNA 辅助链在特定位置与其杂交,再组装得到直径大约100nm的DNA二维结构(图1c)。由于DNA折纸主链上的序列和位点都是确定的,每个位点都可以作为潜在的探针指挥其他分子(如纳米粒子或蛋白质分子)组装成空间位置固定的阵列。这在纳米电子学、纳米光子学和医学应用领域具有重要的意义。

a)交叉分子瓦对称阵列;b)对称且间距相等的纳米格阵列;c) DNA折纸。

2DNA分子引导的纳米材料自组装

Elias M. Puchner[5]等通过“单分子剪切-粘贴(SMCP)”技术把生物素修饰的DNA依次转移到目标区域,接着这些DNA骨架与连接在链霉亲和素上的荧光半导体纳米颗粒杂交,组装成特定的四叶草结构(图2a)。

Ryoko[6]等人运用3种由不同的配体核苷酸(Ligand DNA)、模板核苷酸(Template DNA)、辅助核苷酸(Supporting DNA)组建的DNA单共轭的金纳米颗粒模块相继通过Au-S键作用力、杂交、程序化自组装过程构建了纳米级三聚环结构(如图2b)。用远程传输光谱研究显示,该结构在可见光区有两条清晰的吸收带,而单体结构仅有一条吸收带。说明由金纳米颗粒的等离子体共振态杂交得到的三聚环具有特殊的光谱性质。

James C. Mitchell[7]课题组利用DNA分子瓦的概念,结合DNA分子的识别特性和内在手性,利用DNA分子粘性末端的弱相互作用力将其卷曲、闭合为螺旋形管状结构(如图2c)。螺旋形DNA纳米管作为一类新型的纳米管结构,除了具备DNA分子内在的手性外,还具有分子瓦之间连接形成的类似于碳纳米管的手性特征,其特定的半径,能抵抗弹性挤压,弥补了碳纳米管易瓦解的缺陷。该结构可用于构建螺旋形运载轨道、蛋白质检测仪的感受器等。

a)四叶草结构;b)金三聚环;c)手性DNA纳米管。

3生物传感的DNA自组装

通过化学共价修饰策略可以生成各种功能化的DNA,这些DNA可引导从生物学到无机材料领域的自组装。通过特殊的内部结构设计,使纳米阵列在特定位置携带高精度的探针,探针用于捕获具有诊断和治理性质的分子,起到了在医学方面的应用目的。

作为生物传感材料DNA纳米阵列有以下优势[8]:①DNA序列是水溶性的,溶液中分子的识别比固液界面的分子识别更有效;②通过自组装形成纳米序列的过程可以大规模且高效的进行;③一套丰富的分子探针(配体DNA、RNA)可以被很容易的模块化操纵,形成从蛋白质、DNA、RNA到小分子的大范围多重检测的组合阵列。利用这些独特的性能优势,Luo[9]和他的同事利用树枝状DNA开发了一个多重检测系统。在他的工作中,Y型DNA被作为建筑元素。把不同荧光染料嵌入到每个具有唯一标识的树状DNA位点上。多种寡核苷酸致病原可以在该系统中以相近的检出限被检出。Yan[10]和他的同事利用自组装已被标记的配体,在溶液中检测各种蛋白质。他们把配体内部的一个核苷酸位点替换为荧光类似物,结果显示,与目标分子结合后,那些位点荧光增强(图3a)。

Williams[11]等人用双功能粘结剂把Myc的抗原肽连接为短肽,随后,Myc的抗原肽通过自组装共价结合到DNA分子瓦表面突起的DNA序列上。最终,Myc抗体会结合到DNA分子瓦上显示的Myc抗原肽上。结果显示,连接到DNA分子上的肽链仍保持了其与抗体的高亲和性(图3b)。在DNA分子瓦上引入DNA或RNA配体,包含不同配体的序列可引导多蛋白质纳米阵列形成复杂的纳米结构,从而实现程序化组装各种蛋白质的目标。Chhabra[12]用这种方法通过配体修饰复杂结构的DNA折纸瓦,指导了“S”形凝血酶的组装(图3c)。

a)检测蛋白质的DNA序列;b)DNA为模板形成的抗原肽序列;c)配体引导的多蛋白阵列;配体修饰的DNA折纸引导的’S’。

4DNA超分子结构

除了结构较为简单的一维和二维DNA纳米结构,一些三维超分子模型也陆续被构建出来。Turberfield用一步多链DNA杂化策略合成了四面体[13](图4a)、双三角锥[14](图4b)形式的DNA模型,他们表明这样的DNA分子笼可用于封装蛋白质分子。Sleiman[15]等人用刚性的有机分子作为顶点制成了一系列复杂的多边三维DNA分子结构(图4c)。Andersen[16]课题组用DNA折纸术合成了一个可程序化的纳米笼,纳米笼的内部空腔可以封装核糖体蛋白和骨髓灰质炎病毒。这个纳米笼有一可控的盖子以响应特殊的DNA键,具备了运载和传递功能(图4d)。这些超分子的纳米容器可望用作先进的药物输送和生物传感模型,DNA固有的识别特性和易于附着化学、药物、蛋白质和小分子特性相结合,可以连接到DNA纳米容器上并被转运到所需位置后释放。

a)DNA四面体;b)DNA双三角锥;c)三维DNA多面体模型;d)带盖的三维DNA笼。

5DNA分子的修饰策略

众所周知,自组装过程通常是构建纳米材料和纳米设备的关键步骤,DNA分子自组装的空间结构受碱基组成、排列顺序及修饰基团等的影响。根据Bottom-up策略,我们可以利用化学修饰的DNA纳米结构引入额外的连接点,从而使自组装的超分子材料在性能上更具多样性。

5.1在核酸末端位点修饰

通常,用氨基、巯基和羧基对DNA 3’-和5’-末端进行修饰(图5a),因为带有官能团的有机分子更易与携带以上多功能化学基团的DNA进行共价结合。另外,一些特殊的官能团如醛、乙炔和叠氮化物或环烷烃,可用于DNA末端修饰[17]。相对于内部改造,末端修饰更易实现,因为这时取代基的结构和性能不受空间立体约束。

5.1.1在核酸5’-末端位点修饰

对5’-位进行修饰有两种方法:第一种方法是在磷酸基团的外延引入基团,以达到DNA的骨架延伸目的; 第二种方法是通过化学方法直接修改连接在5’-脱氧核糖上的官能团,这样的修饰具有更灵活的化学反应性(如图5b)。比如把5’-OH酯化或氧化成醛,也可以把5’-OH转换为胺或酰胺。

a)DNA末端修饰基团; b)核酸5′-末端的两种修饰方法。

对5’-末端修饰有各种用途,但主要还是增加DNA对酶降解的稳定性,以提高其与目标分子的亲和力或监测结构性变化。对5’-末端修饰最广泛的研究当属Richert[18],他列举了从甘氨酸到万古霉素的52种修饰物。Berova等人[19]在DNA分子中引入一个手性基团,使原来无手性的DNA显示手性特征,并具有圆二色性(Circular Dichroism,CD)光谱性质,做成诱导CD光谱卟啉的标记附件(图6)。

5.1.2在核酸3’-末端位点修饰

除了在5’-末端修饰,3’-末端修饰也较为常见。从化学活性来看,3’-末端修饰的效率比5’-末端修饰要低。在3’-末端引入修饰的常见方法是运用通用载体的标准合成过程。任何3’-磷酸基团(无论是否被修饰)都会连接到一个通用固相载体上,在此基础上合成3’-末端修饰的脱氧核苷酸链。Ihara[20]等人用标准法合成了3’-氨基修饰的DNA(图7),用于引入碳酸取代的官能团。

5.2对DNA分子内部的碱基进行改造

对原有碱基的切除和替换是DNA修饰的另一策略。大多数碱基的修饰方法是引入芳香核,以便进行重复堆积。由核磁共振光谱和热分析测试得出:链与链间的堆叠可以增加双面的稳定性, 而氢键体系并不是关键要素。

近年来,Kool[21]等人提出模仿传统的碱基对,把核糖环改造为芳香环结构,改造后的结构用‘yDNA’表示(如图8)。尽管它们的核酸环被替换,新形成的碱基仍然可以于聚合酶作用下在体内复制,且在细菌细胞内也能被成功复制。

a)符合Watson-Crick 规则的 A-T 和 G-C 配对;b)经过‘yDNA’修饰的 A-yT 和 G-yC 配对。

6结语

DNA具有许多独特的性能,使其在纳米自组装技术方面成为一种应用前景广泛的材料。运用DNA分子瓦,已经可以构建出复杂的纳米结构。结合其他多种可用的纳米材料,通过功能单元精密的空间定位,一种强有力的纳米加工方法正在迅速发展。

但是,用于DNA 纳米组装技术的核酸分子具有相对的柔性, 在一定范围内, 其空间结构的改变, 不仅表现在其分子结构受碱基组成、排列顺序及修饰基团等的影响, 而且表现在易受一些环境因素的影响,如温度、pH值、相对湿度、平衡离子等都会使空间结构发生改变。由于缺少合适的研究方法以及研究手段,DNA 纳米结构的耐久性研究还远远不够。 这些因素在很大程度上限制了DNA 模板在纳米粒子组装技术中的应用。因此,开发出特定的光敏或光驱动胶黏剂用于共价交联两条解开的DNA单链至关重要。此外,DNA分子在溶液中较难形成固定形状, 所以还需考虑解决DNA 分子的固定技术。

我们可以推测,未来DNA结构的改造仍是关键,DNA纳米技术的研究将还会致力于探索制造具有实际应用功能的纳米材料。随着相关难题的解决,DNA纳米技术走近实际应用的障碍将进一步被扫除,其应用前景必定会更加广阔。

摘要：结合近年来相关研究工作,讨论了DNA自组装形成有序纳米结构的进展,阐述了其在传感、计算、药物运输等方面的应用,并探讨了DNA自组装纳米技术的前景。

纳米技术研究 篇9

尽管聚乙烯水管的预计使用寿命最长为100年, 但现有的测试无法准确预测在现场条件下的使用寿命, 特别是对熔融接头。水管主要采用高密度和线性低密度聚乙烯混合制成。

材料科学家Young Jong Lee说, 这种组合提高了聚合物的坚硬度、强度和抗断裂性, 但截至目前, 我们还无法准确知晓这种相互作用的具体原理。

HDPE和LLDPE在化学性质上十分相近, 因此一直以来都无法通过X射线或扫描型电子显微镜来加以区分。NIST的BCARS部门 (全称为宽带相干反斯托克斯拉曼散射显微术) 采用两种激光来分析与每种分子的不同振动模式相关的频率。

通过控制光偏振, 该技术能更细致地显示聚合物中分子的局部晶向。例如, 图片会显示部分结晶形成微观球形区域, 且LLDPE更向中央部分靠拢。

种子技术研究 篇10

[关键词]种子；质量管理；技术研究

由于我国国内种子质量管理还基本上处于初级阶段，即质量检验阶段。突出表现为种子收获后“事后检验”为主，种子质量监督检测与管理措施单一，检测手段相对落后，检测技术达不到标准化要求。

一、研究内容与方法

1.种子生产过程田间检验技术研究

每年随机选取20个左右小麦、玉米种子田实施田间检验，确定最佳检验时期与次数；通过对不同地块品种纯度、杂草、作物混杂程度、病虫感染程度、生育状况、安全隔离措施等检验调查，实行常规检验与新技术相结合，创新检验技术。

2.种子扦样技术研究

根据种子生产规模大小和《农作物种子检验规程》规定，在小麦、玉米种子扦样时，科学合理确定种子批的大小和各级种子样品的分取方法；提高扦样代表性技术，从提高种子批均匀度、采用适宜的扦样器和扦样技术、保持样品的可溯性和原始性等方面进行研究探讨；进行散装种子、袋装种子、小包装种子的扦样技术研究。

3.商品种子监督检测技术研究

进行种子质量4项指标抽检与企业报检情况分析和种子室内检测技术研究；开展种子色泽、外观、包装、计量、标识等监督检查，判定种子质量。

二、研究结果与分析

种子生产过程田间检验技术

1.田间检验的时期与次数

共实施了小麦常规制种田和玉米杂交制种田12个品种66个地块的田间检验。实践证明：小麦种子田应在拔节前苗期、抽穗期和腊熟期检验3次。苗期检验，可对苗期纯度和种子田基本情况进行调查，能及早拔除杂株和杂草，既省工效果又好；抽穗至子粒形成期是品种特征特性表现最充分、最明显的时期，是实施田间检验辨别品种真实性、一致眭，搞好田间去杂的最佳时期；腊熟期检验能最终确定田间纯度和种子田是否取舍。玉米抽穗开花期最能反映父母本真实性与纯度及田间授粉情况，是玉米制种田间检验的最佳时期，杂交制种田应在苗期、抽穗期和成熟期搞好3次检验的基础上，增加1～2次花期检查。

2.田间检验内容、程序与方法

实施田间检验，应本着科学、简便、准确、高效的原则，做到调查、取样、检验、计算、报告程序化、科学化、规范化。一是详细调查基地情况。对种子田基本情况以及影响制种产量质量的因素如种子来源、前茬、隔离条件、栽培管理、生长状况、污染源等都作调查记录。二是标准化取样。根据品种特性和种子基础情况，制定取样方案。

三、商品种子监督检测技术

种子外观与包装标识检验。在实施种子企业种子质量抽检的同时，对种子零售网点主要通过组织全市种子市场检查和巡查等方式，依据GB20464-2006《农作物种子标签通则》和农业部《农作物种子标签管理办法》等规定，实行种子外观、包装标识和进货渠道等方面识别检查，间接检验种子质量。种子外观主要看色泽、特征、均匀度；包装标识主要看计量包装和标签标注是否规范，内容是否齐全并符合国家标准的法规要求；进货渠道主要看是否是有资质种子企业生产经营的种子，手续是否完备。根据《农作物种子标签通则》判定标准，必要时结合室内检测结果，判定种子质量和是否为假劣种子或仿冒包装、非法包装。

四、结果与分析

种子质量管理由单纯的质量检验上升到质量监测，初步形成了种子质量检测综合技术。一是通过对小麦、玉米种子生产过程田问检验时期、次数和方法研究，种子基地种子质量控制措施探讨，商品种子监督检测技术研究等，初步形成了种子遗传质量与物理质量监控相结合的《小麦大田用种生产基地全程质量监控管理规程》和适用型《杂交玉米制种田间检验方法》，在小麦大田用种生产基地全程质量监控管理方面有所创新。二是结合目前全面推行种子精小包装和种子企业较多的实际，总结了散装种子、袋装种子和小包装种子不同的扦样技术；采取了以品种和产地为单位，其他方面如生产年度、收获时期、种子质量一致性和以100kg基本单位等为依据的小包装种子批扦样方法；依據种子批定义和原理，采取禁止新陈种子混合、扦取加工精选均匀度高的种子、搞好异质性鉴定等措施，从而提高了扦样代表性。三是通过商品种子监督检测技术研究，强化了种子质量抽检与种子企业报检的力度，总结了盐溶蛋白电泳法快速测定玉米种子纯度技术，找到了利用种子外观和包装标识快速鉴别真假种子的方法，创新了种子检测标准化综合技术，提高了种子质量监控力度和水平，全面提高了种子质量。

参考文献

[1]袁隆平，马国辉.超级杂交稻强化栽培理论与实践[H].长沙：湖南科学技术出版社，2005

[2]范秀华.旱地夏播春小麦高产栽培技术[J].内蒙古农业科技，2004(10)：14