学科前沿系列讲座课程总结

学科前沿系列讲座课程总结（共5篇）

篇1：学科前沿系列讲座课程总结

学科前沿系列讲座课程总结

学号： 2014300466

学院：航空学院 学科前沿系列讲座总结

本学期我们进行了四周的学科前沿系列讲座的课程学习。在四周的时间里，我们在四位来自航空学院的教授的精心讲解和介绍下，了解了许多关于航空火控系统发展及趋势、航空电子系统及其综合化发展、飞机通信导航与雷达系统发展历程及趋势、结构健康监测与深度学习理论四个方面的知识，掌握一些先进技术发展的最新动态，受到了很大的教育和启发。

在第一次讲座中，张安教授给我们讲解了航空火力控制系统的发展历程以及新一代机载火控系统的发展方向。从中我们了解到，随着科技的进步，机载武器火控系统已成为现代作战飞机的主体控制系统，将继续向着高度综合化、智能化、模块化、标准化的方向发展，可实现远距指挥引导、超视距多目标、多机协同攻击、近距大机动格斗、对面精确打击和反隐身、反电子对抗的作战能力。而我国的的机载火控雷达技术发展也经历了漫长的过程，到上世纪末，我国已经先后开发完成了多种性能较先进的机载火控雷达系统，形成了国内装备和外贸出口两大系列十余个品种，机载雷达的规格覆盖从装备在歼－７Ｇ上的小口径脉冲多普勒雷达到第三代重型战斗机的大型多用途雷达系统；功能由可以为离轴发射的红外格斗弹引导目标到可制导中距离拦射导弹，再到可导引发射后不管的主动雷达制导导弹和先进对地攻击弹药。我军新型作战飞机装备的雷达系统已经由单纯的制空作战发展到了具备地形测绘、合成孔径、地形跟随等功能，具备较强对地、海目标作战能力的现代化多功能火控雷达系统。以脉冲多普勒体制和平板缝阵天线为标志的新一代机载火控雷达系统，目前已经全面装备国产歼－８系列战斗机、＂飞豹＂战斗轰炸机、新型多用途战斗机和重型远程战斗机等。我国现有机载雷达整体性能基本达到了上世纪九十年代初期的国际先进技术水平，在部分技术性能方面已经接近当今国际先进水平，已经可以满足为我国第三代战斗机配套的需要。在这次讲座之后，我才真正的了解到了火控技术发展的艰辛和它无与伦比的重要性。

第二次讲座由宋东老师为我们讲解了航空电子系统的发展概况。在这次讲座中，我们了解到了综合航空电子技术发展至今，基本上经历了分立、联合、综合到高度综合这四个阶段。航电综合系统结构不断改进,使航空电子综合系统的水平迅速提高，从而促成了战斗机水平的更新换代。在航空电子系统对飞机整体性能影响日益增大的同时，航空电子系统的硬件成本占飞机出厂总成本的比例也在直线上升：从20世纪60年代F-4的10%，70年代F-15C 的21%，80年代中期F-16C的30%，到90年代EF2000和F-22战斗机的40%~50%。因此，未来的航空电子系统除继续保持航空电子的进一步综合化、信息化和智能化的发展势头外，还必须探索有效的解决办法减少航空电子的寿命周期费。

在第三次讲座中，马存宝教授给我们讲解了飞机的通信导航和与雷达系统。飞机的导航系统测量飞机的位置、速度、航迹、姿态等参数，供驾驶员或自动飞行控制系统引导飞行器按预定航线航行。飞机的机载气象雷达系统用于在飞行中实时地探测飞机前方航路上的危险气象区域，以选择安全的回避航路，保障飞行安全工作方式有“气象”、“气象与湍流”、“地图”等几种。机载GPS借助导航卫星给飞机电子设备和机组人员提供飞机位置信息。GPS可以提供经度、纬度、高度、精确时间和地速。GPS 可提供飞机的真航向信息。有了通信导航和雷达系统，飞机便仿佛拥有了千里眼和顺风耳，可以耳听六路眼观八方，使得飞行更加快捷安全。

最后一次讲座，姜洪开老师为我们讲述了结构健康监测与深度学习理论，十分手动。在这次讲座中，我们学习到机在长期飞行过程中，由于疲劳、腐蚀、材料老化以及高空中的环境等不利因素的影响，不可避免地产生损伤积累，甚至发生飞机坠毁等突发的严重事故，造成无法挽回的伤害。因此，对飞机结构进行适时健康监测，从而在事故之前给出预警，减少或避免灾害性事件发生显得十分重要。目前，大量军用及民用飞机在超过其设计寿命很多年的情况下仍在运营，飞机结构健康监测研究对于这类飞机尤为重要，对其进行健康监测以确保其安全运营，在一定程度上是延长了其安全使用寿命。建立安全可靠的健康监测系统将有助于根据飞机的整体性能决定其是否退役，而不是按照设计预定计划退役，从而充分利用了飞机，节约了成本。在飞机结构健康监测研究领域中，常用的方法有基于模态理论的损伤检测和基于波动理论的损伤检测方法。信号分析方法如小波变换、时频分析法、HHT 法以及神经网络法也逐渐在这一领域中被采用。而关于深度学习理论，我们了解到深度学习的概念源于人工神经网络的研究。多层感知器就是一种深度学习结构。深度学习通过组合低层特征形成更加抽象的高层表示属性类别或特征，以发现数据的分布式特征表示。

深度学习的概念由Hinton等人于2006年提出。基于深信度网(DBN)提出非监督贪心逐层训练算法，为解决深层结构相关的优化难题带来希望，随后提出多层自动编码器深层结构。此外Lecun等人提出的卷积神经网络是第一个真正多层结构学习算法，它利用空间相对关系减少参数数目以提高训练性能。

深度学习是机器学习研究中的一个新的领域，其动机在于建立、模拟人脑进行分析学习的神经网络，它模仿人脑的机制来解释数据，例如图像，声音和文本。

同机器学习方法一样，深度机器学习方法也有监督学习与无监督学习之分.不同的学习框架下建立的学习模型很是不同。例如，卷积神经网络(Convolutional neural networks，简称CNNs)就是一种深度的监督学习下的机器学习模型，而深度置信网(Deep Belief Nets，简称DBNs)就是一种无监督学习下的机器学习模型。

通过四次精彩的讲座学习，我们学到了很多。一方面了解了许多新的知识，另一方面将所学的知识与最前沿的技术发展联系到了一起，使我们对于未来的发展方向有了更加明确的认识，开阔了眼界，增长了阅历，受益匪浅。

篇2：学科前沿系列讲座课程总结

一、支持对象

在我校作专场报告的校外院士、著名学者和教授。

其中“21世纪学科前沿”系列学术讲座重点支持在研究生学术活动中作报告的院士、著名学者和教授，报告主要内容为所在学科发展动态、学科前沿理论、重大技术、研究方法及研究成果等。

“名家讲坛”系列讲座重点支持在研究生教育中作报告的院士，报告主要内容为治学与人生、长才成长、学习方法等。

二、酬金标准

院士：3000元/场

外籍专家、著名学者、教授：2000元/场 副教授、其他：1000元/场

三、讲座宣传要求

1、讲座宣传必须使用研究生院指定的海报模板；

2、讲座结束后必须及时在院、校网站上发布讲座新闻，新闻中应注明“‘21世纪学科前沿’系列学术讲座”或“‘名家讲坛’系列讲座”字样。

四、申请酬金需提交材料：

1、报告人酬金申请表（见附件1）；

2、讲座宣传海报（A4纸打印）；

3、讲座新闻（校主页或学院网站新闻,A4纸打印）；

4、讲座录像、照片、PPT等其他材料。

五、备注：

经费卡号：xxxxxxxxxxx(每年研究生院通知报销时间时公布)。通过财务处高级财务管理平台酬金申报提交酬金单，提交完成后下载打印正式单据，连同其他申请材料交至研究生院培养处（研究生楼317）审核。

联系人：张笑艺

篇3：学科前沿系列讲座课程总结

一字之别:两者之内涵辨析

同属于学校文化范畴的科学课程文化和学校课程文化, 虽然只有一字之别, 但内涵所指却各有侧重、各有所属。目前, 对课程文化的探讨还基本停留在学校课程文化的范畴, 由此, 我们提出了学科课程文化的建设问题。清楚辨析两者的内涵, 有助于我们的研究更具方向性。

在《学科课程文化的内涵与特征》一文中, 我们对学科课程文化的内涵已做了初步的界定, 即指师生在以教学活动为根本的学科课程建设中, 经过持续积累并形成的相关的物质、知识、行为、规则和精神等要素的总和, 具体包括学科史实文化、学科亲和文化、教学模式文化、学习方式文化、引导艺术文化、学科通合文化、评价导向文化、教师发展文化等基本元素。

而对于学校课程文化内涵的界定, 仍存不同的说法, 对比之下, 李仲辉校长的概括颇具代表性。其认为:“学校课程文化是指按照一定社会对下一代获得社会生存能力的要求, 对人类文化的选择、整理和提炼而形成的一种课程观念和课程活动形态。学校课程文化, 集中表现为科学与人文相结合的课程文化观和课程活动观, 并在课程目标、课程内容和课程实施三个层面上展示其主要内容及特点。”

对比两者的内涵表述, 其差异是明显的。学校课程文化立足于学校课程这个整体的层面, 而学科课程文化立足于学科这个微观的层面;学校课程文化强调的是“对人类文化的选择、整理和提炼而形成的一种课程观念和课程活动形态”, 而学科课程文化强调的是“在学科教学活动中持续积累并形成的相关的物质、知识、行为、规则和精神等要素的总和”;学校课程文化关注的是课程目标、课程内容和课程实施等三个层面的内容, 而学科课程文化关注的是学科课程史实、亲近学科课程、学科教学模式、学科学习方式、学科教学艺术、学科与学科及生活等联通、学科评价导向、学科教师发展等八个层面的内容。可见, 两者研究的目的、对象及目标达成是不一样的, 学校课程文化管的是宏观、是方向, 学科课程文化管的是微观、是归宿。

端点不同:两者之地位辨析

学校课程文化和学科课程文化虽同属于学校文化建设范畴, 但两者所处的端点不同。如果说学校课程文化处于学校文化的中端, 那么学科课程文化所处的地位就是终端;如果说学校课程文化建设是学校文化建设的核心, 那么学科课程文化建设就是课程文化建设的核心。在此, 特把李仲辉校长的有关表述和我们对学科课程文化的理解做一个粗略的比较:从建设思路看, 学校课程文化建设是一项系统工程, 不仅涉及教材、教学内容的改变, 而且涉及学校内部组织结构、思想观念等方面的调整与变革;学科课程文化建设同样是一项系统工程, 涉及教材内容整合和更新、教学方式探索、学习方式变革、学习评价管理、教学观念更新、教师专业成长等方面。从内容看, 学校课程文化“有历史传统优秀文化的传承、有当今文化精华的内化、有中华民族文化、有外国文化融入、有校园内文化建设、有社会文化精神融入”;学科课程文化包括学科史实文化、学科亲和文化、教学模式文化、学习方式文化、引导艺术文化、学科通合文化、评价导向文化、教师发展文化等元素;从形式看, 学校课程文化“有物质形式的、有制度形式的、有精神形式的”;学科课程文化包括物质形式、知识形式、行为形式、规则形式和精神形式等。从活动时空看, 学校课程文化“有课堂文化和课外文化”;学科课程文化以课堂为核心。从活动方式看, 学校课程文化“有课堂教学、社团活动、文体活动、社会实践、校园文化节”;学科课程文化包括个人研究、同伴互助、专家引领等。

可见, 两者所处的地位是不同的, 这就决定了两者的行为建构主体也是不一样的。学校课程文化建设的主体是以学校管理者为核心的, 教师在学校课程文化范畴里多以参与者、协调者的身份出现;而学科课程文化建设则以各学科教师为主体, 教师在学科课程文化范畴里需以建设者的身份主动投入和建构。两者互为驱动, 不可相互替代, 学科课程文化的建设成为必然。没有学科课程文化建设的推进, 学校课程文化往往会陷入空中楼阁的尴尬。

案例透视:两者之实践辨析

为进一步认识学校课程文化和学科课程文化的区别和联系, 我们把辨析的视角从理论转向实践。在此, 特以我们蠡园中学的一份实践案例做两者辨析的事实依据。我们学校在邱华国校长的带领下, 从课程文化构建的视角, 组建零号办公室, 基于国家、省、市、区教育改革和发展的战略与部署, 形成了《蠡园中学课程建设总纲要》 (以下简称“纲要”) , (1) 内容以“方向与原则、水准与目标、结构与比例、方式与流程、资源与工具”等五组关键词为引领, 统领学校课程文化建设。“纲要”将课程方向定位为:“培养具有‘孩子气、诗书气、浩然之气’的人, 是蠡园中学的育人方向。蠡中的一切课程建设必须服膺于这一理念。”将课程原则定位为:“‘基于标准, 源于心灵, 成于智慧, 显于展评’是蠡中课程建设的总原则。”将课程水准与目标定位为:“让学生真正实现‘微笑成长, 生动发展’是蠡中课程建设的总目标, 也是蠡中教育‘大质量观’的集中表现。基于此种目标而形成的课程评价体系是体现于落实课程建设总方向、总原则的‘牛鼻子’。”将课程结构与比例定位为:“蠡园中学课程结构秉持‘弘扬共性、尊重差异、善待差距、成就卓越’的设计理念;蠡中课程分为学习日课程与精彩假日课程, 其中学习日课程分为轴心课程、基础课程、拓展课程。”将课程的方式与流程定位为:“先以集中专业设计的方式进行宏观设计, 在此基础上, 对各类课程、各门学科进行具体设计。”将课程的资源与工具定位为:“课程资源分为中心资源及支持性资源两类, 课程工具分为常规教学工具与计算机软件两大类。”在此基础上, 学校又组织各学科教师研创各学科课程建设纲要, 如《情润思品课程建设纲要》、《素养语文课程建设纲要》、《爽体育课程建设纲要》、《智慧历史课程建设纲要》、《“问学日”课程建设纲要》等18门课程建设纲要。

学科课程建设纲要成了学校课程文化与学科课程文化建设的链接点、承接点、转折点。到学科课程建设纲要的形成, 学校课程文化必然向学科课程文化过渡。以我们的思想品德学科为例, 我们在提出“情润思品”这一践行理念后, 形成了《情润思品课程建设纲要》 (2) 。这份纲要围绕秉承学校课程建设总纲要的指导理念, 围绕“方向与共识、水准与目标、结构与比例、方式与流程、资源与工具”等五个方面对课程建设进行了系统描述。在此, 不妨对其内容作一个概述:情润思品, 就是通过情景的创设, 通过情态的激发, 通过心灵的润泽, 以培育学生的健康品质、批判精神和规则意识为核心, 唤醒和滋养学生的道德感、理智感和审美感, 实现课程的育人目标和任务;强调教学过程的情润化, 力图避免“道德教育只注重道德知识灌输, 不注重道德情感培养, 致使道德知识与道德行为脱节”的现象, 要让孩子在情感的温水中浸泡着, 感受永远的心灵温暖;倡导建设性引导, 重视学生健康品质、批判精神和规则意识的培育;追求课堂教学有变化, 课程结构有调整, 评价方式有突破, 育人效果有提升。本课程要根据学校和学生的实际, 对原有的教学内容进行必要的整合和调整;要重视探索积累, 倡导灵活多样, 注重文本浸润, 落实活动参与;要根据轴心课程的设计原则, 探索构建“常规课+演练课”的联动机制;要突破一张试卷“全包揽”的状况, 探索多样化的评价方式, 开发多样化的评价工具, 打破认知评价代替所有评价的现状, 增加情态和能力方面的评价。本课程以提高教学效果为目的, 有效变革单一的传统课堂结构, 形成交互的新型课程结构, 从流程上分为“亲近课程+走进课程+深化课程”三层, 从课型上分为“常规课+演练课”两类;强调教学方法和学习方式的灵活运用, 拒绝机械灌输式的、死记硬背式的学习方式, 提倡“习研演练”这样的参与式新型学习方式;重视从文化积累的视角和现实需要出发, 做好资源与工具的利用与开发工作, 服务于教学、服务于学生。《情润思品课程建设纲要》为有效构建思想品德学科课程文化提供了可能。

可见, 以学科课程建设总纲要为核心的学校课程文化建设是从共性的角度来构架的, 而以学科课程建设纲要为核心的学科课程文化建设解决的是个性的问题。学校课程文化建设往往可以通过领导者的引领来完成, 而学科课程文化建设更多的是需要靠学科教师的自觉行动来完成。从学校课程建设总纲要到各学科课程建设纲要, 无疑是学校课程文化建设的重要内容, 但要使之影响到具体的教育教学实践, 必须延伸到学科课程文化建设上来, 在学科教学活动中持续积累并形成包括学科史实、学科亲和、教学模式、学习方式、引导艺术、学科通合、评价导向、教师发展等要素在内的物质、知识、行为、规则和精神成果。

摘要：通过对学校课程文化与学科课程文化的具体比较分析, 阐释了两者的不同内涵和不同地位, 并通过蠡园中学的实践案例, 具体说明了两者的研究内容和关系, 为深入开展学科课程文化建设的研究提供认识依据。

关键词：学科课程文化,学校课程文化,内涵,体系,实践,辨析

参考文献

篇4：材料学科前沿讲座总结

生物医用高分子

一.引言

生物医用功能材料即医用仿生材料，又称为生物医用材料。这类材料是用于与生命系统接触并发生相互作用，能够对细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的天然或人工合成的特殊功能材料。随着化学工业的发展和医学科学的进步，生物医用功能材料的应用越来越广泛。从高分子医疗器械到具有人体功能的人工器官，从整形材料到现代医疗仪器设备，几乎涉及到医学的各个领域，都有使用医用高分子材料的例子。医用高分子材料所用的材料种类已由最初的几种，发展到现在的几十种，其制品种类已有上千种。

目前，生物医用功能材料应用很广泛，几乎涉及到医学的各个领域。其大致可分为机体外使用与机体内使用两大类。机体外用的材料主要是制备医疗用品，如输液袋、输液管、注射器等。由于这些高分子材料成本低、使用方便，现已大量使用。机体内用材料又可分为外科用和内科用两类。外科方面有人工器官、医用黏合剂、整形材料等。内科用的主要是高分子药物。所谓高分子药物，就是具有药效的低分子与高分子载体相结合的药物，它具有长效、稳定的特点。二.发展历史

生物医用高分子材料的发展经历了三个阶段，第一阶段始于1937年，其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料，如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953年，其标志是医用级有机硅橡胶的出现，随后又发展了聚羟基乙酸酯缝合线以及四种聚酯心血管材料，从此进入了以分子工程研究为基础的发展时期。该阶段的特点是在分子水平上对合成高分子的组成、配方和工艺进行优化设计，有目的地开发所需要的高分子材料。目前的研究焦点已经从寻找替代生物组织的合成材料转向研究一类具有主动诱导、激发人体组织器官再生修复的新材料，这标志着生物医用高分子材料的发展进入了第三个阶段。其特点是这种材料一般由活体组织和人工材料有机结合而成，在分子设计上以促进周围组织细胞生长为预想功能，其关键在于诱使配合基和组织细胞表面的特殊位点发生作用以提高组织细胞的分裂和生长速度。

三.基本性能要求 1.力学性能稳定

在使用期限内，针对不同的用途，材料的尺寸稳定性、耐磨性、耐疲劳度、强度、模量等应适当。比如，用超高分子量聚乙烯材料做人工关节时，应该用模量高、耐疲劳强度好、耐磨性好的材料。2.化学性能稳定

作为生物材料，化学性能必须稳定，对人体的血液、体液等无影响，不形成血栓等不良影响。人体是一个相当复杂的环境，血液在正常环境下呈现微碱性，胃液呈酸性，且体液与血液中含有大量的钾、钠、镁离子，含有多种生物酶、蛋白质、人体的环境易引起聚合物的降解、交联及氧化反应；生物酶会引起聚合物的解聚；体液会引起高分子材料中的添加剂析出；血液中的脂类、类固醇以及脂肪等会引起聚合物的溶胀，使得材料的强度降低。例如聚氨酯中含有的酰胺基极易水解，在体内会降解而失去强度，经过嵌段改性后，化学稳定性提高。

3.与人体的组织相容性好

医用材料必须与人体的组织相容性好，不会引起炎症或其他排异反应材料，所引起的宿主反应应该能够控制在一定可以接受的范围之内。一些含有对人体有毒有害的基团是不能用作生物医用功能材料的，如有些添加剂对人体有害或有些残留单体对人体有不良影响等，这都应该引起极度的警惕。有些添加剂会随时间的变化，从材料内部逐渐迁移到表面与体液和组织发生作用，引起各种急性和慢性的反应。4.无致癌性，耐生物老化

无致癌性，耐生物老化，长期放置体内的材料及物理机械性能不发生明显的变化。生物医用药用功能材料植入人体时，除应该考虑材料的物理性质和化学性质外，另外还应该考虑其形状因素。引起癌变的因素是多方面的，有化学因素、物理因素以及病毒等。应用高分子材料植入人体后，其本身的性能以及它所包含的杂质、残余单体等都有可能引起和众多副反应的发生。研究表明，高分子材料对人体并不存在更多的致癌因素。5.易于加工成型并且来源广泛

除上述一般要求外，根据用途的不同和植入部位的不同有着各自的特殊要求，如与血液接触的不能产生凝血，眼科材料应对角膜无刺激，注射整形材料要求注射前流动性好，注射后固化要快等。作为体外时用的材料，要求对皮肤无害，不导致皮肤过敏，耐汗水等侵蚀，耐消毒而不变质。人工器官还要求材料应具有良好的加工性能，易于加工成所需的各种复杂形状。总而言之，不同的用途有着许多特殊的要求。

四、医用高分子材料分类 1.高分子人造器官

高分子人造器官主要包括人造心脏、人造肺、人造肾脏等内脏器官；人造血管、人造骨骼等体外器官；人造假肢等。由于这些人造器官需要长时间与人体细胞、体液和血液接触，因此此类材料除了需要具备特殊的功能外，还要求材料安全无毒，稳定性好，具备良好的生物相容性。大多数的高分子本身对生物体并无毒副作用，不产生不良影响，毒副作用往往来自于高分子生产时加入的添加剂，如抗氧剂、增塑剂、催化剂以及聚合不完全产生的低分子聚合物。因此对材料的添加剂需要仔细选择，对高分子人造器官应进行生物体测定。人造器官在使用前的灭菌也是重要的一个环节。另外，人造器官要求在使用条件下材料不能发生水解、降解和氧化反应等。2.高分子治疗材料 用于治疗用的功能高分子材料主要包括牙科材料、眼科材料、美容材料和外用治疗用材料。对这种材料的基本要求首先也是稳定性和相容性好，无毒副作用；其次才是机械性能和使用性能。例如，人工晶状体以前多用硅玻璃水晶体，后采用硅橡胶球，也可以用甲基丙稀酸环和甲基丙烯酸丁酯的共聚物来提高其折光性和韧性。20世纪80年代初，聚乙烯醇水凝胶被用来制造人工玻璃体，PVA水凝胶的特性与玻璃体比较接近，注入后可以与玻璃体完全融合。3.高分子包装材料

用于药物包装的高分子材料正逐年增加。包装药物的高分子材料大体上可分为软、硬两种类型。硬型材料如聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等，由于其强度高、透明性好、尺寸稳定、气密性好，常用来代替玻璃容器和金属容器，制造饮片和胶囊等固体制剂的包装。新型聚酯聚萘二甲酸乙二醇酯除具有优异的力学性能及阻隔性能外，还有较强的耐紫外线性，可用于口服液、糖浆等的热封装。软型材料如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氯乙烯及乙烯-醋酸乙烯共聚物等，常加工成复合薄膜，主要用来包装固体冲剂、片剂等药物。而半硬质聚氯乙烯片材则被用作片剂、胶囊的铝塑泡罩包装的泡罩材料。至于药膏、洗剂、酊剂等外用药液的包装，则用耐腐蚀性极强且综合性能优良的聚四氟乙烯来担任。

五、小结

医用高分子的发展已经渗透到医学的各个领域，但离随心所欲地应用高分子医用材料的目标尚有许多差距。传统的医用高分子材料多采用聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯作为硬组织材料，但它们的性能还远远不够。医用高分子材料在许多方面尚有待进一步发展。

迄今为止，许多人工脏器还不能解决凝血问题，异体材料的抗凝血性已成为医用高分子材料发展的一个重要的问题，制备生物相容性好、具有抗血栓性能的材料已成为目前的一个重要的课题。研究开发混合型人工脏器，将生物酶和生物细胞固定在高分子材料上，制备具有生物活性的人工脏器已取得很大的成就。医用材料近些年来研究效果显著，但目前仍然处于经验和半经验阶段。由于医用材料与肌体组织在结构、功能、代谢、生物化学行为和生物力学特性方面具有差异，这些材料往往被生物体看作异物，从而不被生物体接受。考虑如何才能使植入材料整合，使得组织重建并建立在分子设计的基础上以材料的结构与性能关系、材料的化学组成表面性质和生命体组织的相容性之间的关系为依据，从而研究开发新材料才是重要课题。

PVC复合材料

一、引言

二十世纪30年代广泛发展起来的以塑料为代表的聚合物，已具有越来越重要的地位。塑料工业在当今世界已成为新型的材料工业，塑料已经和钢材、木材、水泥并列为4大基本材料，而今作为塑料原料的合成树脂产量多年来始终以高速增长。到上实际90年代中期已经突破一亿吨。二十一世纪能源工业、材料工业、信息工业将是世界经济的三大支柱产业。塑料工业将创造各种各样性能的材料，为世界经济的发展注入强大的动力。PVC作为通用树脂之一，具有价廉、阻燃性能优良、绝缘性能好、耐腐蚀等优良的综合性能和价格低廉、原材料来源广泛的优点，已被广泛的应用于建筑、包装及汽车工业等领域，其产量仅次于聚乙烯(PE)而居世界树脂产量的第二位。硬质PVC塑料具有硬度大、刚性和强度大、耐腐蚀、耐老化性优良、电绝缘性好等优点，且价格便宜。近年来硬质品发展迅速，其中硬质挤出制品如管材、板材、异型材等正被用来代替钢材、木材等制造管道、板材、建筑结构材料、装饰材料以及各种嵌条。广泛应用于建筑、化工、医学、电子、轻工、农业及交通等部门。

我国硬质PVC制品比例甚小，无论在树脂品级、改性剂的研究、生产、加工设各改良及制品市场开拓诸方面有待发展。作为结构材料，硬质PVC制品面临的主要技术难点是：材料脆性大、耐热变形性差及热稳定性差、加工性能不佳等，这在一定程度上使它的应用受到限制。为了改进这些性能，国内外自上世纪70年代起开始大规模的开展PVC改性的研究，内容涉及增韧、增强、提 高耐热性能、赋予PVC特种功能等方面，迸一步拓宽了PVC的应用领域。国外常用PVC共混物来替代价格昂贵的工程塑料，大大提高了PVC的使用价值。PVC的增韧增强改性引起了世界各国学者广泛的关注，并展开了大量的研究工作。

二、PVC的改性 1.共混改性PVC 塑料共混改性是指在一种树脂中掺入一种或多种其它树脂(包括塑料和橡胶)。从而达到改变原有树脂性能的一种改性方法。共混方法是高分子材料改性最常用的方法，共混物中各聚合物组分之间主要是物理结合，共混物的形态结构取决于聚合物之间的热力学相容性、聚合物的组分特性、实施共混的方法和工艺条件等多方面的因素影响。PVC与其他性能相对优良的材料共混，可以提高PVC的性能。如PVC与ABS共混，能提高PVC的拉伸强度、冲击强度和加工性能。PVC与ACR或CPE共混，能显著提高PVC冲击强度和加工性能.制备共混物的方法主要有：1．机械共混法：将诸聚合物组分在混合设备如高速混合机、双辊混炼机、挤出机中均匀混合。2．溶液共混法：系将各聚合物组分溶解于共同溶剂中再除去溶剂即得到聚合物共混物。3．乳液共聚法：将不同聚合物的乳液均匀混合再共沉析而得的共混物。溶液共混法适用于易溶聚合物和某些液态聚合物共混物以溶液状态被应用的情况。4．共聚一共聚法：这是制备共混物的化学方法。该法又有接枝共聚一共混与嵌段共聚一共混之分，在制取聚合物共混物方面，接枝共聚一共混法更为重要。5各种互穿网络聚合物(IPN)技术,IPN法形成了互穿网络聚合物，是一种以化学法制备物理共混物的方法。

2.3纳米复合技术改性PVC 研究表明，任何材料进入纳米尺寸(1～100nm)时都会具有奇异或反常的特性，表面界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。这些特性使纳米微粒结构表现出奇异的物理、化学特性，具有卓越的光、力、电、热、放射、吸收等特殊功能。聚合物纳米复合材料是以聚合物为基体、填充颗 粒以纳米尺度(小于100nm)分散于基体中的新型高分子复合材料。与传统的复合材料相比，由于纳米粒子带来的纳米效应和纳米粒子与基体间强的界面相互作用，聚合物纳米复合材料具有优于相同组分常规聚合物复合材料的力学、热学性能，为制各高性能、多功能的新一代复合材料提供了可能。

近年来，利用将纳米材料分散于聚合物中以提高聚合物材料性能的研究日趋活跃。研究较多的复合技术主要有：纳米粒子增韧增强PVC、纳米插层复合物增韧增强PVC、分子复合纳米材料增韧增强PVC、原位复合材料增韧增强PVC、纳米晶须增韧增强PVC及纳米级聚合物微纤增韧增强PVC等。2.4添加改性助剂在PVC中

塑料添加改性是指在聚合物(树脂)中加入小分子无机物或有机物，通过物理或化学作用，以取得某种预期性能的一种改性方法。塑料的添加改性是开发最早的一种改性方法，它改性效果明显，工艺简单，成本低，因而应用十分广泛.塑料添加改性按添加剂的性质可以分成无机添加改性和有机添加改性两种。无机添加改性是指在塑料中添加无机添加剂的一类改性，常用的无机添加剂主要有：填充剂、增强剂、阻燃剂、着色剂及成核剂等。有机添加改性是指在塑料中添加有机添加剂的一类改性，常用的有机添加剂主要有：增塑剂、有机锡稳定剂、抗氧剂从有机阻燃剂等。

PVC的改性助剂主要包括增塑剂、抗冲剂、热稳定剂、润滑剂等几大类。

三、小结

PVC是一种通用塑料，价格低廉，应用广泛，但其韧性差、稳定性差，通过不同的方式对其进行改性复合，不仅可以使PVC达到增强、增韧的目的，还会赋予PVC一些特殊性能（如高阻隔性、高导电性、高阻燃、抑氧、尺寸稳定性、优良的光学性能等）。随着复合材料技术的发展，PVC改性复合材料的市场前景非常看好，在高性能化和功能化方面具有潜在的市场。

航空航天材料

一、简介

航空航天材料是指飞行器及其动力装置、附件、仪表所用的各类材料，是航空航天工程技术发展的决定性因素之一。也是航空航天材料科学是材料科学中富有开拓性的一个分支。18世纪60年代发生的欧洲工业革命使纺织工业、冶金工业、机器制造工业得到很大的发展，从而结束了人类只能利用自然材料向天空挑战的时代。1903年美国莱特兄弟制造出第一架装有活塞式航空发动机的飞机,当时使用的材料有木材(占47%),钢（占35%）和布（占18%）,飞机的飞行速度只有16公里/时。1906年德国冶金学家发明了可以时效强化的硬铝，使制造全金属结构的飞机成为可能。40年代出现的全金属结构飞机的承载能力已大大增加，飞行速度超过了600公里/时。在合金强化理论的基础上发展起来的一系列高温合金使得喷气式发动机的性能得以不断提高。50年代钛合金的研制成功和应用对克服机翼蒙皮的“热障”问题起了重大作用，飞机的性能大幅度提高,最大飞行速度达到了3倍音速。40年代初期出现的德国 V-2火箭只使用了一般的航空材料。50年代以后，材料烧蚀防热理论的出现以及烧蚀材料的研制成功，解决了弹道导弹弹头的再入防热问题。60年代以来,航空航天材料性能的不断提高,一些飞行器部件使用了更先进的复合材料，如碳纤维或硼纤维增强的环氧树脂基复合材料、金属基复合材料等，以减轻结构重量。返回型航天器和航天飞机在再入大气层时会遇到比弹道导弹弹头再入时间长得多的空气动力加热过程，但加热速度较慢，热流较小。采用抗氧化性能更好的碳-碳复合材料、陶瓷隔热瓦等特殊材料可以解决防热问题。

二、基本性能要求 1.高的比强度和比刚度

对飞行器材料的基本要求是：材质轻、强度高、刚度好。减轻飞行器本身的结构重量就意味着增加运载能力，提高机动性能，加大飞行距离或射程，减少燃油或推进剂的消耗。因此比强度和比刚度是衡量航空航天材料力学性能优劣的重要参数。同时飞行器除了受静载荷的作用外还要经受由于起飞和降落、发动机振动、转动件的高速旋转、机动飞行和突风等因素产生的交变载荷，因此材料的疲劳性能也受到人们极大的重视。2.优良的耐高温性质

航空材料要能耐受较高的工作温度。对机身材料，气动力加热效应使表面温度升高，需要结构材料具有好的高温强度；对发动机材料，要求涡轮盘和涡轮叶片材料要有好的高温强度和耐高温腐蚀性能。3.耐老化、耐腐蚀

各种介质和大气环境对材料的作用表现为腐蚀和老化。航空航天材料接触的介质是飞机用燃料(如汽油、煤油)、火箭用推进剂（如浓硝酸、四氧化二氮、肼类）和各种润滑剂、液压油等。其中多数对金属和非金属材料都有强烈的腐蚀作用或溶胀作用。在大气中受太阳的辐照、风雨的侵蚀、地下潮湿环境中长期贮存时产生的霉菌会加速高分子材料的老化过程。所以耐腐蚀性能、抗老化性能、抗霉菌性能也是航空航天材料应该具备的良好特性。4.寿命长以及安全性高

作为载人技术的支撑材料，安全因素是必须考虑在内的。同时要注意的是，在不断减少飞机质量的同时，更加不能忽视因质量减少而导致安全性减小现象的产生。5.成本要低

新型号的先进飞机价格不断攀升，各航空技术领先的国家和地区都先后对航空产品提出了“买得起”的要求。而材料在航空产品的成本和价格构成中占有相当份额，所以科学地选材和努力发展低成本材料技术是航空材料发展的重要方向。同时很多民航飞机，作为普通民众所要使用的交通工具，努力降低成本也是实现“以人为本”的一项要求。

三、材料分类 1.铝合金 铝合金因其技术成熟、成本低、使用经验丰富等优势，在相当长的时期内，仍将是亚音速飞机和低超音速飞机的主要结构用材之一。2.结构钢

一些新型超高强度钢在今后仍然还会是起落架、主要接头、隔框等一些主要承力构件的备选材料。3.钛合金

钛合金在飞机结构用材中所占的重要地位已确定无疑，但是钛合金的较贵的价格和较差的工艺性，是影响使用的很大因素。4.先进复合材料

由于先进复合材料具有比钢、铝、钛高得多的比强度、比模量和耐疲劳等优点，在未来高性能的飞机结构材料中，先进复合材料将会占据越来越重要的地位，甚至完全有可能出现全复合材料结构的飞机。

光纤通信

一、光纤通信的发展史

1966年，英籍华人高馄指出：如果能够减少玻璃中的杂质含量，就可以制造出损耗低于 20dB/km 的光纤。1970 年是使光纤通信发展出现跨越的一年，美国康宁公司研制出了损耗系数为 20dB / km 的光纤。同年，美贝尔公司研制出使用寿命长达几小时的半导体激光器，光纤通信从此进入飞速发展。通过以上的发展时期可以把光纤通信的发展归纳为三个阶段： 1966～1976 年：从基础研究到商业应用的开发时期；1976～1986 年：以提高传输速率和增加传输距离为目的和大力推广的发展阶段；1986～1996 年：以实现超大容量超长距离为目标，全面深入开展新技术的援救阶段。

二、光纤通信的特点 目前光纤通信己经成为通信中的最主要的传输技术，以下优点： 1.传输频带宽，通信容量大

由信氨论知道，载波频率越高，通信容量越大。它与其他通信传输系统相比，具有目前光纤通信使用的光载波频率在 1014Hz ～1015Hz 数量级，比常用的微波频率高 104倍～105倍，因而，通信容量原则上比微披通信高 104倍～105 倍。

2.传输衰减小，传输距离长

普通传输线的传输损耗，主要是由铜线的电阻以及导线间电容的漏电引起的，要想降低损耗，就得增大传输线的尺寸。而光纤传输损耗不同于普通传输线，其损耗几乎与光纤尺寸无关，且在使用的光波段内，光纤对每一频率的损耗几乎是相同的，提高纯度可以降低损耗。目前，通信用的普通石英光纤损耗一般都低于l0dB/k m。使用 1.55 波长时，损耗可以降为 0.2dB/km。3.抗电磁十扰，传输质量好

制造光纤的材料石英是绝缘介质，它不受输电线、电气化铁路的馈电线和高压设备等电器干扰的影响，不会在光纤中产生感应电磁干扰，也可避免雷电等自然因素产生的损害和危险。4.体积小、重量轻、便于施

光纤真正传光的是线芯，多模光纤的线芯直径为 50 m～85 m，单模光纤的线芯直径为 5 m～10 m，国际上规定通信光纤的包层自径为 125 m，当然，外面还要有保护层，再将若干光纤制成光缆。与电缆相比，无论是尺寸还是重量都少得多，由于光缆线径细，重量轻，可以节约地下管道建设投资，而且便于敷设、运输和施工。

5.原材料丰富，节约有色金属

有利于环保制造光纤的原材料是石英，材料丰富，并且可以代替光缆的铜线或铝线，节约有色金属，也有利于环保。光纤本身也有缺点：如光纤质地脆，机械强度低；光纤的切断和接续需要一定的工具设备和技术，光缆的歪曲半径不能过小等等。但总的说来，光纤技术比其他通信方式优越，大力发展光纤通信己成趋势。

三、光纤的结构与分类

目前通信用的光纤大多采用石英玻璃（SiO2）制成的横截面很小的双层同心圆柱体，未经涂覆和套塑时称为裸光纤，如图1所示。从图1中可以看出，光纤由纤芯和包层两部分组成，纤芯的材料是SiO2，掺杂微量的其他材料，掺杂的作用是为了提高材料的光折射率。包层的材料一般用纯 SiO2，也有掺杂的，掺杂的作用是降低材料的光折射率。所以纤芯的折射率略高于包层的折射率，目的在于使进入光纤的光有可能全部限制在纤芯内部传输。由于石英玻璃质地脆、易断裂，为保护光纤不受损害，提高抗拉度，一般需要在裸光纤外面指经过两次涂敷。它的剖面结构如图2 所示。

图一 光纤的结构图图

从图 2 中可以看出：纤芯位于光纤中心，直径（2a）为 5 m～75 m，作用是传输光波。包层位于纤芯外层，直径（2b）为 100 m ～150 m，作用是将光波限制在纤芯中。为了使光波在纤芯中传送，包层材料折射率 n2比纤芯材料折射率 n l 小，即光纤导光的条件是 n l > n2。一次涂敷层是为了保护裸纤而在其表面涂上的聚氨基甲酸乙脂或硅酮树脂层，厚度一般为30 m ～150 m。套层又称二次涂覆或被覆层，多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次涂敷的裸光纤称为光纤芯线。

图二 光纤剖向结构图

光缆一般由缆芯、加强元件和护层三部分组成。(a)缆芯：由单根或多根光纤芯线组成，有紧套和松套两种结构。紧套光纤有二层和三层结构。(b)加强元件：用于增强光缆敷设时可承受的负荷，一般是用金属丝或非金属纤维制作。（c）护层：具有阻燃、防潮、耐压、耐腐蚀等特性，主要是对己成缆的光纤芯线进行保护。根据敷设条件可由铝带／聚乙烯综合粘接外护层（LAP），钢带（或钢丝）销装和聚乙烯护层等组成。

实际使用的光缆分类如表 1 所示：

表一 实际使用的光缆分类

吸附材料

一、简介 吸附法是利用吸附剂吸附废水中某种或几种污染物，以便回收或去除它们，从而使废水得到净化的方法。利用吸附法进行物质分离已有漫长的历史，国内外的科研工作者在这方面作了大量的研究工作，目前吸附法已广泛应用于化工、环境保护、医药卫生和生物工程等领域。在化工和环境保护方面，吸附法主要用于净化废气、回收溶剂（特别适用于腐蚀性的氯化烃类化合物、反应性溶剂和低沸点溶剂）和脱除水中的微量污染物。后者的应用范围包括脱色、除臭味、脱除重金属、除去各种溶解性有机物和放射性元素等。在处理流程中，吸附法可作为离子交换、膜分离等方法的预处理，以去除有机物、胶体及余氯等，也可作为二级处理后的深度处理手段，以便保证回用水质量。利用吸附法进行水处理，具有适应范围广、处理效果好、可回收有用物料以及吸附剂可重复使用等优点，随着现有吸附剂性能的不断完善以及新型吸附剂的研制成功，吸附法在水处理中的应用前景将更加广阔。

二、基本性能要求

吸附剂是决定高效能的吸附处理过程的关键因素，广义而言，一切固体都具有吸附能力，但是只有多孔物质或磨得极细的物质由于具有很大的表面积，才能作为吸附剂。工业上常用的吸附剂有：活性氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛等，另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的吸附材料。气体吸附分离成功与否，极大程度上依赖于吸附剂的性能，因此选择吸附剂是确定吸附操作的首要问题。工业吸附剂还必须满足下列要求：（1）吸附能力强；（2）吸附选择性好；（3）吸附平衡浓度低；（4）容易再生和再利用；（5）机械强度好；（6）化学性质稳定；（7）来源广；（8）价廉。

三、常见吸附材料种类 1.活性氧化铝

活性氧化铝是由铝的水合物加热脱水制成，它的性质取决于最初氢氧化物的结构状态，一般都不是纯粹的Al2O3,而是部分水合无定形的多孔结构物质，其中不仅有无定形的凝胶，还有氢氧化物的晶体。由于它的毛细孔通道表面具有较高的活性，故又称活性氧化铝。它对水有较强的亲和力，是一种对微量水 深度干燥用的吸附剂。在一定操作条件下，它的干燥深度可达露点‐７０℃以下。市售的层析用氧化铝有碱性、中性和酸性三种类型，粒度规格大多为100～150目。2.硅胶

硅胶是硅酸的部分脱水后的产物，其成分是SiO2·xH2O，又叫缩水硅酸。是一种坚硬、无定形链状和网状结构的硅酸聚合物颗粒，为一种亲水性的极性吸附剂。它是用硫酸处理硅酸钠的水溶液，生成凝胶，并将其水洗除去硫酸钠后经干燥，便得到玻璃状的硅胶，它主要用于干燥、气体混合物及石油组分的分离等。工业上用的硅胶分成粗孔和细孔两种。粗孔硅胶在相对湿度饱和的条件下，吸附量可达吸附剂重量的８０％以上，而在低湿度条件下，吸附量大大低于细孔硅胶。

3、活性炭

吸附剂中活性炭应用于水处理已有几十年的历史。60 年代后有很大发展，国内外的科研工作者已在活性炭的研制以及应用研究方面作了大量的工作。制作活性炭的原料种类多、来源丰富，包括动植物(如木材、锯木屑、木炭、谷壳、椰子壳、稻麦杆、坚果壳、脱脂牛骨、鱼骨等)、煤(泥煤、褐煤、沥青煤、无烟煤等)、石油副产物(石油残渣、石油焦等)、纸浆废物、合成树脂以及其他有机物(如废轮胎)等。是将木炭、果壳、煤等含碳原料经炭化、活化后制成的。活化方法可分为两大类，即药剂活化法和气体活化法。药剂活化法就是在原料里加入氯化锌、硫化钾等化学药品，在非活性气氛中加热进行炭化和活化。气体活化法是把活性炭原料在非活性气氛中加热，通常在700℃以下除去挥发组分以后，通入水蒸气、二氧化碳、烟道气、空气等，并在700~1200℃温度范围内进行反应使其活化。活性炭含有很多毛细孔构造所以具有优异的吸附能力。3.分子筛

又包括沸石分子筛和碳分子筛。分子筛与其他吸附剂相比, 还具有特殊的吸附性能, 即在低分压(或低浓度)及较高温度的吸附情况下, 分子筛与其他吸附剂 有显著的差别。如对于水, 即使在低分压或低浓度、高温度下仍有很高的吸附容量, 是其他吸附剂所不及的。

多孔金属材料的制备及应用

一、介绍

多孔材料可分为金属和非金属两大类,也可细分为多孔陶瓷材料、高分子多孔材料和多孔金属材料3 种不同的类型。多孔金属材料又称为泡沫金属,作为结构材料,它具有密度小、孔隙率高、比表面积大等特点;作为功能材料,它具有多孔、减振、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种性能。而且,多孔金属材料往往兼有结构材料和功能材料的双重作用,是一类性能优异的多用途材料。目前,多孔金属材料已经在冶金、石油、化工、纺织、医药、酿造等国民经济部门以及国防军事等部门得到了广泛的应用。

二、制备方法

多孔金属材料作为多孔材料的重要组成部分,在材料学领域具有不可取代的地位。从20 世纪中叶开始,世界各国竞相投入到多孔金属材料的研究与开发之中,并相继提出了各种不同的制备工艺。根据制备过程中金属所处的状态可以将这些制备方法划分为以下几种:(1)液相法,(2)气相法,(3)金属沉积法。1 液相法 1.1 直接发泡法

早在19 世纪六七十年代,以直接发泡法制备多孔金属就已经获得了成功。相关实验主要集中在Al、Mg、Zn 等低熔点金属及其合金的闭孔金属材料的制备方面。经过研究者多年的实验和研究,直接发泡法制备多孔金属材料的工艺日渐成熟,目前已广泛应用于工业生产领域。直接发泡法包括两类不同的工艺:(1)直接吹气法发泡法;(2)金属氢化物分解发泡法。(1)直接吹气法发泡法 对于制备泡沫金属,直接吹气法是一种简便、快速且低耗能的金属发泡方法。该方法的工艺是首先向金属液中加入SiC、Al2O3等以提高金属液的粘度,然后使用特制的旋转喷头向熔体中吹入气体(如空气、氩气、氮气)。该法制备泡沫金属的工艺流程如图1 所示。

图1 直接吹气法发泡法制备泡沫金属材料的流程图

该方法主要应用于泡沫铝的生产中。用这种工艺来生产泡沫铝,首先应在熔融铝液中加入一种高熔点材料的细小颗粒,这种难熔颗粒在铝液中既可以增加铝液粘度,又可以在气体和金属的界面上形成一层表面活性剂,从而保证气体能稳定地滞留在铝液中,并在凝固过程中不会导致泡沫塌陷。尽管有多种符合应用条件的难熔材料,但在实际生产中常选用碳化硅作为增加铝液粘度的增粘剂。在这一过程中,碳化硅可与铝液反应形成碳硅铝的合成物,并使铝液保持在相对较低的搅拌温度。

(2)金属氢化物分解发泡法

这种方法是在熔融的金属液中加入发泡剂(金属氢化物粉末),氢化物被加热后分解出H2 ,并且发生体积膨胀,使得液体金属发泡,冷却后得到泡沫金属材料。在制备过程中,为了防止不均匀现象的发生,也可以加入固体Ca来增加粘度,以避免气泡逸出。1.2 铸造法(1)熔模铸造法 熔模铸造法是先将已经发泡的塑料填充入一定几何形状的容器内,在其周围倒入液态耐火材料,在耐火材料硬化后,升温加热使发泡塑料气化,此时模具就具有原发泡塑料的形状,将液态金属浇注到模具内,在冷却后把耐火材料与金属分开,可得到与原发泡塑料的形状一致的金属泡沫。采用这种方法制备多孔金属的成本较高,以多孔锌为例,每立方厘米的成本在10美元以上。(2)渗流铸造法

该原理是先把填料放于铸模之内,在其周围浇铸金属,然后把填料去除掉,得到泡沫金属材料。渗流铸造法可根据渗透压力的不同分为高压渗流法和低压渗流法。高压渗流法是将填料和调节性载体(均可燃)按一定的比例混合均匀,把这种混合物在模子内压实,烘干后得到一定尺寸的预制块,将预制块放入高压渗流模内,加入熔融金属液,在一定的高压下,金属液体快速渗入预制块的孔隙之中,冷却后将可燃性预制块在一定温度下燃烧去除,就得到了三维网络状的金属泡沫金属。低压渗流法则是将可溶性填料放置于预热炉的上部,通过进气口加压,使金属液体沿着型腔内壁上升至预热炉内并与填料颗粒混合,冷却后将颗粒溶解去除即可。填料有许多种,它可以是有机的或无机的颗粒,也可以是低密度的空心球。可溶性盐、泡沫玻璃球、氧化铝空心球可以作为无机填料颗粒。如果熔融的金属液凝固的速度足够快,高分子聚合物也可以作为有机填料颗粒。为了避免金属液提前凝固而不能充分的渗入,填料颗粒必须经过预热。1.3 溅射法

溅射法可以制备多孔金属(合金)材料。该方法的原理是在反应器内维持可控的惰性气体压力,在等离子的作用下,通过电场的作用将金属沉积在基体上,与此同时,惰性气体的原子也一并沉积,升高温度,金属熔化时惰性气体发生膨胀形成一个个的空穴,冷却后即为泡沫金属。2 固相法

2.1 粉末冶金(PM)法 该方法的原理是将金属粉末与造孔剂按一定的配比混合均匀后,在一定的压力下压制成具有一定致密度的预制品。将预制品在真空烧结炉中进行烧结,制得复合材料烧结坯,将烧结坯以一定方法去除造孔剂,最后制得了多孔金属材料。2.2 粉末发泡法

该方法的基本工艺是将金属或非金属粉末与发泡剂按一定的比例混合均匀,然后在一定的压力下压制成具有一定致密度的预制品。将预制品经过进一步加工,如轧制、模锻等,使之成为半成品,然后将半成品放入一定的钢模中加热,使得发泡剂分解放出气体发泡,最后得到多孔泡沫金属材料。2.3 金属空心球法

该方法是将一个个的金属空心球通过烧结粘结到一起而形成多孔结构。目前所用的金属空心球原料是以铜、镍、钢或者钛为基体的。金属空心球可以通过化学合成和电沉积的方法在高分子球的表面镀上一层金属,然后把高分子球去除而得到;通常金属空心球的直径在0.8～8mm ,壁的厚度在10～100μm。金属空心球可以用来制备通孔或闭孔、排列规则或不规则的多孔金属材料。2.4 金属粉末纤维烧结法

烧结金属粉末多孔材料是采用金属或合金粉末为原料,通过压制成型和高温烧结而制得具有刚性结构的多孔材料。其孔隙结构由规则和不规则的粉末颗粒堆垛而成,孔隙的大小和分布以及孔隙率大小取决于粉末粒度组成和加工工艺。3 金属沉积法

金属沉积法就是采用化学的或物理的方法把欲得泡沫金属的金属物沉积在易分解的有机物上,可分为电沉积和气相沉积两种。3.1 电沉积法

电沉积是用电化学的方法实现制备,它主要由4个步骤组成:(1)以泡沫有机物为基体,由于它不导电,故须在酸性条件下用强氧化剂对有机物进行腐蚀,使其表面变得易于被水润湿并产生微痕,常用的氧化剂为H2Cr2O7、H2SO4、H3PO4的混合物,这一步骤常称为粗化；(2)粗化后用PdCl2 溶液中的Pd2+对表面进行催化,称为活化；(3)放入镀液进行化学镀,得到均匀地附着于与有机物表面导电的金属层,镀液中含有金属离子和还原剂,常见的镀层有Cu、Ni、Fe、Co、Ag、Au和Pd；(4)最后将经过化学镀处理的有机物进行电镀得到所需要种类的金属和厚度。必要时可把有机物在高温下进行处理使其分解。Pd 较为昂贵,活化时加入PdCl2 会导致泡沫金属的生产成本较高,此外Pd2 + 离子吸附在高分子材料表面又具有催化作用,会加速化学镀液的分解使稳定性变差,故可采用Pd 的代用品或进行无Pd 活化工艺的研究,有的已取得了较为理想的效果。3.2 气相沉积法

泡沫金属也可以由气态的金属或金属复合体来制得。固态的基体是必须的,因为它可以说明泡沫金属产生的几何学。以泡沫镍的制备为例,通过Ni+4CO→Ni(CO)4 的反应。当加热到120℃以上时,Ni(CO)4 分解为金属Ni和CO,在分解过程中,Ni沉积在泡沫体表面上即为所要制备的产物。4 多孔金属材料的应用

由于多孔金属材料具有轻质、比表面积大等特点,又集结构材料和功能材料的特点于一身,所以多孔金属材料的应用范围很广。4.1 多孔金属材料作为结构材料的应用

多孔金属材料作为结构材料的应用领域主要集中在汽车行业、船舶行业、铁路行业三大行业。而在这三大行业中,多孔金属材料主要扮演着能量吸收材料和减振材料的角色。此外,多孔金属材料在生物医学领域也有应用。(1)能量吸收材料

多孔金属材料可用作能量吸收材料。例如，泡沫铝材作为能量吸收材料已广泛应用于汽车行业，它在汽车制造中的应用多为三明治式的三夹板,即芯层为泡沫铝或泡沫铝合金,上下层为铝板或其他金属薄板。(2)减振材料 多孔金属材料具有优良的抗冲击性能,因此它可作为减振材料。超轻质泡沫镁是密度最低的轻质金属材料,并且具有很高的减振能力。此外,在发生碰撞时,泡沫镁合金能有效地吸收冲击能。(3)生物材料

因为多孔材料具有开放多孔状结构,允许新骨细胞组织在内生长及体液的传统。尤其是多孔材料的强度及杨氏模量可以通过对孔隙率的调整同自然骨相匹配。多孔钛对人体无害且具有优良的力学性能和生物相容性,已被用作植入骨用生物材料。多孔镁因具有生物降解及生物吸收特性也被列入植入骨用生物材料的行列。

三、多孔金属材料作为功能材料的应用

用传统的粉末冶金法制备的多孔金属材料作为功能材料的应用很广泛,就目前来看,其应用主要有以下几个方面。1.电池电极材料

利用高孔隙率的多孔金属材料作电极是电池电极行业的一大发展。例如，泡沫镍可以作为电化学反应堆中的电极材料还可以作可充电的NiCd 电池。2.过滤与分离

多孔金属材料具有优良的渗透性,因此过滤与分离又是其应用的一大热点。多孔金属材料的孔道对液体有阻碍作用,从而能从液体中过滤分离出固体或悬浮物。目前使用最广的金属过滤器材料是多孔青铜和多孔不锈钢。3.催化载体材料

泡沫金属在韧性和热导率方面的优势,是催化载体材料的又一选择。如将催化剂浆料涂于薄的泡沫金属片表面,然后通过成型(如轧制)和高温处理, 可以用于电厂废气氮氧化物(NOX)等的处理。4.消音材料 多孔金属材料具有如此好的能量吸收的性能,因此它也是一种很好的消音材料。泡沫铝由铝质骨架和气孔组成,它质轻并具有一定的强度,具有吸声、耐火、防火、减震、防潮、无毒等优良的特性。因此,泡沫铝是一种综合性能良好的多孔性吸声材料。5.装饰材料

泡沫金属材料作为一种新材料,不仅被工业界的人士所重视,而且也受到了设计师和艺术家们的重视。与普通材料相比,在装饰领域,泡沫金属材料可以给人们一种独特的视觉效果。以金、银为基体的泡沫材料被认为是一种有很大潜力的珠宝材料,它可以给人们带来意想不到的利润。泡沫铝已被用来制作奇特的家具、钟表、灯具等。6.其他用途

多孔金属材料的孔道对电磁波有很好的吸收能力,因此可以用作电磁屏蔽材料。在石油化工、冶金等工业中,青铜、镍、蒙乃尔合金、不锈钢等粉末烧结多孔材料应用于流体分布板。多孔金属材料还用于流体控制。最近大量应用的是在自动化系统中作为信号的控制延时器。用多孔金属材料作为灯芯材料,用多孔青铜作铸模中的排气塞,可提高铸锭质量。用多孔钛作为海水钓鱼鱼饵。在日本,多孔铁已被用作一种去臭材料。泡沫材料已经成为建筑物、高速列车电机室、无线电录音室等建筑内经常使用的吸音材料、装饰材料。由于具有质量轻和能量吸收的特点,多孔金属材料还可以应用在运动器械等领域。具有开孔结构的多孔金属材料还可以起到净化水的作用,因此被用于污水处理行业中。

锂离子电池

一、介绍

锂离子电池：是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则 相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，通常人们俗称其为锂电池，而真正的锂电池由于危险性大，很少应用于日常电子产品。

二、发展历史

1970年，埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。电池组装完成后电池即有电压，不需充电。锂离子电池(Li-ion Batteries)是锂电池发展而来。

1982年伊利诺伊理工大学(the Illinois Institute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性，此过程是快速的，并且可逆。与此同时，采用金属锂制成的锂电池，其安全隐患备受关注，因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。

1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料，具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高，且氧化性远低于钴酸锂，即使出现短路、过充电，也能够避免了燃烧、爆炸的危险。

1989年，A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。

1992年日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。随后，锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。此类以钴酸锂作为正极材料的电池，至今仍是便携电子器件的主要电源。

1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸铁锂(LiFePO4)，比传统的正极材料更具安全性，尤其耐高温，耐过充电性能远超过传统锂离子电池材料。因此已成为当前主流的大电流放电的动力锂电池的正极材料。纵观电池发展的历史，可以看出当前世界电池工业发展的三个特点，一是绿色环保电池迅猛发展，包括锂离子蓄电池、氢镍电池等；二是一次电池向蓄电池转化，这符合可持续发展战略；三是电池进一步向小、轻、薄方向发展。在商品化的可充电池中，锂离子电池的比能量最高，特别是聚合物锂离子电池，可以实现可充电池的薄形化。正因为锂离子电池的体积比能量和质量比能量高，可充且无污染，具备当前电池工业发展的三大特点，因此在发达国家中有较快的增长。电信、信息市场的发展，特别是移动电话和笔记本电脑的大量使用，给锂离子电池带来了市场机遇。而锂离子电池中的聚合物锂离子电池以其在安全性的独特优势，将逐步取代液体电解质锂离子电池，而成为锂离子电池的主流。聚合物锂离子电池被誉为 “21世纪的电池”，将开辟蓄电池的新时代，发展前景十分乐观。

2015年3月，日本夏普与京都大学的田中功教授联手成功研发出了使用寿命可达70年之久的锂离子电池。此次试制出的长寿锂离子电池，体积为8立方厘米，充放电次数可达2.5万次。并且夏普方面表示，此长寿锂离子电池实际充放电1万次之后，其性能依旧稳定。

三、组成部分

锂离子电池虽然形状各不相同，但其组成部分主要为以下几个部分： 1.正极

活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料，电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂（俗称三元）或者三元+少量锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电极流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。2.隔膜

一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。3.负极 活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。4.有机电解液

溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶状电解液。5.电池外壳

分为钢壳（方型很少使用）、铝壳、镀镍铁壳（圆柱电池使用）、铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。

参考文献

篇5：学科前沿系列讲座课程总结

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大数据与云计算

通过老师对云计算的相关概念的解析，云计算，这个在网络上十分火热的名词在我们的脑海里有了更为生动的概念。

云计算是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云是网络、互联网的一种比喻说法。过去在图中往往用云来表示电信网，后来也用来表示互联网和底层基础设施的抽象。因此，云计算甚至可以让你体验每秒10万亿次的运算能力，拥有这么强大的计算能力可以模拟核爆炸、预测气候变化和市场发展趋势。用户通过电脑、笔记本、手机等方式接入数据中心，按自己的需求进行运算。

对云计算的定义有多种说法。对于到底什么是云计算，至少可以找到100种解释。目前广为接受的是美国国家标准与技术研究院（NIST）定义：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络，服务器，存储，应用软件，服务），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。

而大数据技术(big data)指的是所涉及的资料量规模巨大到无法通过目前主流软件工具，在合理时间内达到撷取、管理、处理、并整理成为帮助企业经营决策更积极目的的资讯。（在维克托·迈尔-舍恩伯格及肯尼斯·库克耶编写的《大数据时代》中[2] 大数据指不用随机分析法（抽样调查）这样的捷径，而采用所有数据的方法）大数据的4V特点：Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多样）、Veracity（真实）。

那这两者之间到底存在着何种关系呢？

从技术上看,大数据与云计算的关系就像一枚硬币的正反面一样密不可分。大数据必然无法用单台的计算机进行处理,必须采用分布式计算架构。它的特色在于对海量数据的挖掘,但它必须依托云计算的分布式处理、分布式数据库、云存储和虚拟化技术。

云计算为什么能盛行呢?在互联网领域应用系统的构建：客户群体是不确定的、系统规模不确定、系统投资不固定、业务应用有很清晰的并行分割特征、数据仓库系统的构建、数据仓库规模可估算、数据仓库的系统投资与业务分析的价值和回报相关、商业智能应用属于整体应用、Saas模式构建数据仓库系统。

大数据管理，分布式进行文件系统，如Hadoop、Mapreduce数据分割与访问执行;同时SQL支持，以Hive+HADOOP为代表的SQL界面支持，在大数据技术上用云计算构建下一代数据仓库成为热门话题。从系统需求来看，大数据的架构对系统提出了新的挑战：

1、集成度更高。一个标准机箱最大限度完成特定任务。

2、配置更合理、速度更快。存储、控制器、I/O通道、内存、CPU、网络均衡设计，针对数据仓库访问最优设计，比传统类似平台高出一个数量级以上。

3、整体能耗更低。同等计算任务，能耗最低。

4、系统更加稳定可靠。能够消除各种单点故障环节，统一一个部件、器件的品质和标准。

5、管理维护费用低。数据藏的常规管理全部集成。

6、可规划和预见的系统扩容、升级路线图。

生物特征识别技术

生物特征识别技术作为一种身份识别的手段,具有独特的优势,近年来已逐渐成为国际上的研究热点，并且具有广阔的应用领域和市场前景。以指纹自动识别系统为代表的生物特征识别技术已经在公安刑侦、人口管理等领域广泛应用；在边检、金融、教育、医疗、社保等领域的应用也在逐步扩大。研究此选题主要是为了加强对生物特征识别技术的更进一步的认识，并将其更好地应用到电子商务领域中，为人们的日常商务活动包括人员管理、资金管理、信息资源的规划等活动提供更加安全、方便、快捷、可实施性强的解决方案。

如今,随着国际互联网络的飞速发展，网上的电子交易日益频繁,这要求对身份的确认要有绝对的保证。每个从事商务活动的个体或团体都或多或少的拥有多个账户和密码，账户和密码越多越不易保密和管理，反安全技术也越来越发达。

人的许多生物特征包括指纹、DNA等是终身不变的，而且这些生物特征具有个体唯一性。因此，相比于，比如密码等技术而言，生物特征识别具有可靠性高，重复率小的特点。由于这些特点。生物识别技术是目前最为方便与安全的识别技术，它不需要记住复杂的密码，也不需随身携带钥匙、智能卡之类的东西。生物识别技术认定的是人本身，没有什么能比这种认证方式更安全、更方便了。由于每个人的生物特征具有与其他人不同的唯一性和在一定时期内不变的稳定性，不易伪造和假冒，所以利用生物识别技术进行身份认定，安全、可靠、准确。此外，生物识别技术产品均借助于现代计算机技术实现，很容易配合电脑和安全、监控、管理系统整合，实现自动化管理。

随着网络经济和互联网技术的发展, 我国的经济、军事、社会各方面活动都越来越依赖于互联网, 特别是电子商务和金融方面。与此同时，计算机网络上出现利用网络窃取盗用他人信息的电子攻击现象也越来越多。非法登录计算机的案件正呈上升趋势, 在电子商务中假冒当事人上网采购所造成的欺诈案也在逐渐增多，甚至有孩子假充家长上网采购的案例。另外，我国也出现了使用盗窃来的身份证造成移动电话通信的损失和用他人信用卡疯狂透支的案件。

广义的电子商务是指当事人或参与人利用计算机技术和网络技术等现代信息技术手段所进行的各类商务活动，包括货物贸易和知识产权贸易之间（主要是企业和企业之间、企业与消费者之间）利用现代信息技术和计算机网络按照一定的标准所进行的各种商务活动。狭义的电子商务是指通过Internet进行的商务活动。[14]电子商务的功能有：交易活动管理、市场调研、广告宣传与信息发布、咨询洽谈、网上购物、网上支付、网上金融服务、服务传递、在线服务支持等。[15]这些活动都离不开身份识别。身份识别是电子商务领域中的重要环节。目前电子商务中身份认证常用一种传统的身份认证方法, 在网上提供标识信息(使用者帐号+ 密码来表明本人身份)。这种方法的缺点是：标识信息容易遗忘或记错, 容易被非法用户在信息传递过程中截获，更关键的是身份识别系统无法辨清标识信息真正拥有者和取得标识信息的冒充者。[16]所以，无论是谁，只要获得了标识信息，就一样拥有了相同的权力。针对出现的问题, 有效的身份鉴别技术可以防止这类案件发生。随着网络技术的广泛应用, 电子商务的迅速发展。发展电子商务的当务之急是如何解决安全问题, 包

括如何解决用户的身份、密码、保障网上交易活动的安全性, 防止网上金融诈骗和各种犯罪活动等, 这是新时代提出的新课题。Bill Gates曾做过这样的断言, 生物识别技术, 利用人的生理特征, 例如像指纹等来识别个人的身份, 将成为今后几年IT产业的重要革新。

数字矿山与虚拟现实

本节课赵老师和我讲的是数字矿山和虚拟化技术，通过这节课我们对数字化、信息化的采矿技术有了基本的了解。我们也将意识到伴随中国改革开放的步伐，伴随中国矿山企业的高速高效发展，我国煤矿数字矿山的发展前景将会极为光明。

虚拟现实即真实幻觉(Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。

而数字化矿山技术中最为吸引人的就是虚拟现实技术在其中的运用。通过虚拟技术可以更为直观的了解矿区检测网络连接的每个角落。

通过几年来在数字化建设方面的探索，我们已在宏观上了解了国内外数字矿山的发展现状，并对其含义与内容有了进一步的认识：数字矿山是利用计算机技术，网络技术及数字化技术来描述矿山管理，监测与控制安全生产过程的数字化信息系统，其是实现矿山数字化的最终目标。

在很多人质疑数字矿山实践意义的阴霾之下，中国煤炭学术界提出了数字矿山的“五化”发展目标。我个人对于“五化”发展目标的理解归纳如下：

1数字化地集成管理与共享利用各类矿山数据与信息资源。从横向的角度收集庞大的信息量，对于指导实际工作有着客观，全面的意义；真正使矿山管理实现集成化、信息化、高效化。

2可视化地三维模拟和虚拟再现矿山地质采矿环境、过程及其相关现象。从视觉上对以往的二维图纸显现发生了空间及思维层次的超越。

3仿真化地模拟分析矿山采掘活动、采动影响与灾变过程。从以往的不可预测的，无法防治的漩涡之中，找到了清晰可见的研究道路。

4智能化地分析提取采动影响规律及环境与工艺参数。针对以往的经验性规律，数据性资料无疑更为精确与客观。

5自动化地预警矿山灾害并启动应急预案。更加全面科学的实践了安全生产这一煤矿开采的灵魂宗旨。

就目前我国矿山企业的具体情况而言，在承受着巨大经济压力与任务重量的同时，数字矿山对于企业的发展到底能给予什么样的利益与优势成为了很多人谈论与关注的焦点，我保守的总结一下，数字矿山的建设至少可以给矿山企业带来以下益处：

1拓展矿山企业的生存与发展空间，提高企业的实际竞争力。2促进矿山企业组织结构的优化，使各种资源有效合理的配置。3提供全面客观准确的对策分析，降低了决策的风险性。4提高了企业快速反应的能力，为突发形势与状况的处理提供了技术上的有力支持。

从我国现有部分矿山企业的数字矿山发展的进程中，这些优势正在逐步地体现，其所取得的成果也是有目共睹的。

机器学习

上学期的丁老师所教的人工智能中我们初步接触了机器学习的概念。通过这一次陈伟老师为我们讲的有关机器学习的一些基本理论和发展前景，让我们对于这门学科有了更好的理解。众所周知，学习是人类具有的一种重要智能行为，但究竟什么是学习，长期以来却众说纷纭。社会学家、逻辑学家和心理学家都各有其不同的看法。按照人工智能大师西蒙的观点，学习就是系统在不断重复的工作中对本身能力的增强或者改进，使得系统在下一次执行同样任务或相同类似的任务时，会比现在做得更好或效率更高。西蒙对学习给出的定义本身，就说明了学习的重要作用。在人类社会中，不管一个人有多深的学问，多大的本领，如果他不善于学习，我们都不必过于看重他。因为他的能力总是停留在一个固定的水平上，不会创造出新奇的东西。但一个人若具有很强的学习能力，则不可等闲视之了。机器具备了学习能力，其情形完全与人类似。

什么是机器学习？迄今尚没有统一的定义，由其名字可理解为机器学习是研究如何使用机器来模拟人类学习活动的一门学科。稍微严格的提法是机器学习是一门研究机器获取新知识和新技能，并识别现有知识的学问。这里所说的“机器”，指的就是计算机，现在是电子计算机，以后还可能是种子计算机、光子计算机或神经计算机等等。

机器能否像人类一样能具有学习能力呢？1959年美国的塞缪尔(Samuel)设计了一个下棋程序，这个程序具有学习能力，它可以在不断的对弈中改善自己的棋艺。4年后，这个程序战胜了设计者本人。又过了3年，这个程序战胜了美国一个保持8年之久的常胜不败的冠军。这个程序向人们展示了机器学习的能力，提出了许多令人深思的社会问题与哲学问题。机器的能力是否能超过人的，很多持否定意见的人的一个主要论据是：机器是人造的，其性能和动作完全是由设计者规定的，因此无论如何其能力也不会超过设计者本人。这种意见对不具备学习能力的机器来说的确是对的，可是对具备学习能力的机器就值得考虑了，因为这种机器的能力在应用中不断地提高，过一段时间之后，设计者本人也不知它的能力到了何种水平。

机器学习的研究是根据生理学、认知科学等对人类学习机理的了解，建立人类学习过程的计算模型或认识模型，发展各种学习理论和学习方法，研究通用的学习算法并进行理论上的分析，建立面向任务的具有特定应用的学习系统。这些研究目标相互影响相互促进。

目前，机器学习领域的研究工作主要围绕以下三个方面进行： 1）面向任务的研究。研究和分析改进一组预定任务的执行性能的学习系统。

2）认知模型。研究人类学习过程并进行计算机模拟。3）理论分析。从理论上探索各种可能的学习方法和独立于应用领域的算法，机器学习是继专家系统之后人工智能应用的又一重要研究领域，也是人工智能和神经计算的核心研究课题之一。现有的计算机系统和人工智能系统没有什么学习能力，至多也只有非常有限的学习能力，因而不能满足科技和生产提出的新要求。对机器学习的讨论和机器学习研究的进展，必将促使人工智能和整个科学技术的进一步发展。

计算机视觉（机器视觉）

姚老师在本堂课上为我们讲解了机器视觉的基本概念。通过较为生动的多媒体教学，让我们对这个学科有了基本的了解。

机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分 CMOS 和CCD 两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

如今，中国正成为世界机器视觉发展最活跃的地区之一，应用范围涵盖了工业、农业、医药、军事、航天、气象、天文、公安、交通、安全、科研等国民经济的各个行业。其重要原因是中国已经成为全球制造业的加工中心，高要求的零部件加工及其相应的先进生产线，使许多具有国际先进水平的机器视觉系统和应用经验也进入了中国。

经历过长期的蛰伏，2010年中国机器视觉市场迎来了爆发式增长。数据显示当年，中国机器视觉市场规模达到8.3亿元，同比增长48.2%，其中智能相机、软件、光源和板卡的增长幅度都达到了50%，工业相机和镜头也保持了40%以上的增幅，皆为2007年以来的最高水平。

2011年，中国机器视觉市场步入后增长调整期。相较2010年的高速增长，虽然增长率有所下降，但仍保持很高的水平。2011年中国机器视觉市场规模为10.8亿元，同比增长30.1%，增速同比2010年下降18.1个百分点，其中智能相机、工业相机、软件和板卡都保持了不低于30%的增速，光源也达到了28.6%的增长幅度，增幅远高于中国整体自动化市场的增长速度。电子制造行业仍然是拉动需求高速增长的主要因素。2011年机器视觉产品电子制造行业的市场规模为5.0亿人民币，增长35.1%。市份额达到了46.3%。电子制造、汽车、制药和包装机械占据了近70%的机器视觉市场份额。

通过上课的PPT我们可以知道一个典型的工业机器视觉系统包括：光源、镜头、相机（包括CCD相机和COMS相机）、图像处理单元（或图像捕获卡）、图像处理软件、监视器、通讯 / 输入输出单元等。

系统可再分为

一、采集和分析分开的系统。主端电脑（Host Computer)影像撷取卡（Frame Grabber)与影像处理器 影像摄影机 CCTV镜头 显微镜头 照明设备

Halogen光源LED光源 高周波萤光灯源 闪光灯源 其他特殊光源 影像显示器 LCD 机构及控制系统 PLC、PC-Base控制器 精密桌台 伺服运动机台

二、采集和分析一体的系统 智能相机（图像采集和分析一体）

其他配套外围设备：光源、显示、PLC控制系统等等。由于机器视觉系统可以快速获取大量信息，而且易于自动处理，也易于同设计信息以及加工控制信息集成，因此，在现代自动化生产过程中，人们将机器视觉系统广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。

但是机器视觉技术比较复杂，最大的困难在于人的视觉机制尚不清楚。人可以用内省法描述对某一问题的解题过程，从而用计算机加以模拟。但尽管每一个正常人都是“视觉专家”，却不可能用内省法来描述自己的视觉过程。因此建立机器视觉系统是十分困难的任务。

可以预计的是，随着机器视觉技术自身的成熟和发展，它将在现代和未来制造企业中得到越来越广泛的应用。

多尺度变化的图像处理

本次孙老师给我们讲的是多尺度变换和图像感知，这个学科目前研究的问题是基于子波的统计处理方法。

目前，研究者提出了包括Ridgelet，Curvelet，Bandelet，Contourlet等一系列多尺度几何分析工具，由于

它们主要以变换为核心，因此也称为多尺度多方向变换．为了能充分利用原函数的几何正则性，这些变换基的支撑区间表现为“长条形”，以达到用最少的系数来逼近奇异曲线．多尺度几何分析技术在图像压缩、去噪、增强及特征提取等领域，表现出的性能优势显示了其强大的发展和应用潜力。

正是由于多尺度几何变换的诸多优良特性，多尺度几何分析非常适合于进行诸如去噪、压缩、增强和特征提取等图像处理任务。

10多年来，图像多尺度几何分析技术的研究取得了不少进展，但是仍然存在很多问题，有许多方向有

待进一步研究．

1）自适应和非自适应方法的选取

近几年来，在图像多尺度几何分析领域，学者们普遍认为自适应 方法相对非自适应方法具有更好的逼近性能，于是提出了各种各样的自适应分析方法，但在某些情况下，一些非自适应方法通过简单的硬阈值处理获得的非线性逼近性能并不比复杂的自适应方法差，因此，如何选择自适应和非自适应方法，一直是学者们研究的方向． 2）滤波器组的构造和设计

图像多尺度几何分析算法中滤波器组作为各种多尺度方向变换的重要

组成部分，其性能直接影响到多尺度方向变换在实际应用中的性能，因此，有很多学者投入到滤波器组的构造和设计中，以便取得更好的变换性能．

3）基本理论框架的建立

目前，多尺度几何分析理论都是针对不同应用目的提出来的，如何从根本

上揭示其数学本质，构建统一的多尺度几何分析理论是值得研究的方向之一．

4）快速处理工具的建立目前，多尺度多方向变换没有统一有效的变换工具，如何设计快速有效的算法，发展新的多维信号处理工具，也是值得研究的方向之一．

5）多维图像模型的建立当前，多尺度几何分析方法都是建立在简单的二维图像模型之上，然而真正的自然图像远比这个模型复杂，对于更复杂的自然图像模型，如包含纹理的模型等还需要建立更好的图像模型，以便得到更优的图像多尺度几何表示方法．

6）与其他领域的结合如何将多尺度几何分析方法与数学理论、谐波分析、视觉感知、计算机视觉和信息处理等多门学科相结合，相互发展，也成为研究方向之一．

7）“稀疏逼近”的发展方向不同的多尺度几何分析技术对不同的图像有不同的稀疏表示能力，如何将变换系数的能量更加集中，有助于提取和分析图像的重要特征，得到更稀疏的图像表示，也是值得研究的方向之一．

8）算法的效率和复杂度及评价标准目前，已有的多尺度几何分析算法很多，不少算法的效果还是不错的，然而各种解决方法都是以计算复杂度或冗余度的增加为代价来获得变换精度的提高，因此，如何在提高算法效率和降低复杂度之间获得最优的结果，也是值得研究的方向之一．同时，各种分析算法目前还没有统一的评价标准．一般采用真实的或由标准测试图像人工合成的低分辨图像序列来检验新算法及改进算法，如何对各种变换算法进行量化评价，也是值得研究的方向之一

自然语言处理

在本次讲座中，老师为我们大致讲解了自然语言处理的基本原理和发展趋势。自然语言处理是计算机科学领域与人工智能领域中的一个重要方向。它研究能实现人与计算机之间用自然语言进行有效通信的各种理论和方法。自然语言处理是一门融语言学、计算机科学、数学于一体的科学。因此，这一领域的研究将涉及自然语言，即人们日常使用的语言，所以它与语言学的研究有着密切的联系，但又有重要的区别。自然语言处理并不是一般地研究自然语言，而在于研制能有效地实现自然语言通信的计算机系统，特别是其中的软件系统。因而它是计算机科学的一部分。

众所周知，语言是人类区别其他动物的本质特性。在所有生物中，只有人类才具有语言能力。人类的多种智能都与语言有着密切的关系。人类的逻辑思维以语言为形式，人类的绝大部分知识也是以语言文字的形式记载和流传下来的。因而，它也是人工智能的一个重要，甚至核心部分。

用自然语言与计算机进行通信，这是人们长期以来所追求的。因为它既有明显的实际意义，同时也有重要的理论意义：人们可以用自己最习惯的语言来使用计算机，而无需再花大量的时间和精力去学习不很自然和习惯的各种计算机语言；人们也可通过它进一步了解人类的语言能力和智能的机制。

实现人机间自然语言通信意味着要使计算机既能理解自然语言文本的意义，也能以自然语言文本来表达给定的意图、思想等。前者称为自然语言理解，后者称为自然语言生成。因此，自然语言处理大体包括了自然语言理解和自然语言生成两个部分。历史上对自然语言理解研究得较多，而对自然语言生成研究得较少。但这种状况已有所改变。

无论实现自然语言理解，还是自然语言生成，都远不如人们原来想象的那么简单，而是十分困难的。从现有的理论和技术现状看，通用的、高质量的自然语言处理系统，仍然是较长期的努力目标，但是针对一定应用，具有相当自然语言处理能力的实用系统已经出现，有些已商品化，甚至开始产业化。典型的例子有：多语种数据库和专家系统的自然语言接口、各种机器翻译系统、全文信息检索系统、自动文摘系统等。

自然语言处理，即实现人机间自然语言通信，或实现自然语言理解和自然语言生成是十分困难的。造成困难的根本原因是自然语言文本和对话的各个层次上广泛存在的各种各样的歧义性或多义性（ambiguity）。

一个中文文本从形式上看是由汉字（包括标点符号等）组成的一个字符串。由字可组成词，由词可组成词组，由词组可组成句子，进而由一些句子组成段、节、章、篇。无论在上述的各种层次：字（符）、词、词组、句子、段，„„还是在下一层次向上一层次转变中都存在着歧义和多义现象，即形式上一样的一段字符串，在不同的场景或不同的语境下，可以理解成不同的词串、词组串等，并有不同的意义。一般情况下，它们中的大多数都是可以根据相应的语境和场景的规定而得到解决的。也就是说，从总体上说，并不存在歧义。这也就是我们平时并不感到自然语言歧义，和能用自然语言进行正确交流的原因。但是一方面，我们也看到，为了消解歧义，是需要极其大量的知识和进行推理的。如何将这些知识较完整地加以收集和整理出来；又如何找到合适的形式，将它们存入计算机系统中去；以及如何有效地利用它们来消除歧义，都是工作量极大且十分困难的工作。这不是少数人短时期内可以完成的，还有待长期的、系统的工作。以上说的是，一个中文文本或一个汉字（含标点符号等）串可能有多个含义。它是自然语言理解中的主要困难和障碍。反过来，一个相同或相近的意义同样可以用多个中文文本或多个汉字串来表示。

因此，自然语言的形式（字符串）与其意义之间是一种多对多的关系。其实这也正是自然语言的魅力所在。但从计算机处理的角度看，我们必须消除歧义，而且有人认为它正是自然语言理解中的中心问题，即要把带有潜在歧义的自然语言输入转换成某种无歧义的计算机内部表示。

自然语言处理发展至今，任然有着许多有待突破的难点： 单词的边界界定、词义的消除句法的模糊性、有瑕疵的或不规范的输入、语言行为与计划。未来的自然语言处理发展必然离不开这些问题的讨论。

感知矿山（wsn能量优化路由与矿山CPS）

本次讲座时由姜老师为我们讲解感知矿山----矿山物联网的相关理论和具体是实例。

我们知道物联网是近年来新兴起的一种技术，目前在国际上还没有形成统一认识。美国和欧洲将其视为一种智能的、传感的、泛在的网络技术。国际电信联盟在 2005 年发表的网络报告《ITUInternet Reports 2005 ：The Internet of Things》中也没有对其的内涵进行明确的解释。而在 2009 年 9 月的中欧之间的物联网与企业环境研讨会上，当时的欧委会信息社会与媒体司，也就是现在的通信网络、网络数据和技术司的部门负责人则提出了他们对于物联网的理解：物联网是全球性的动态网络基础设施，它能够对标准化和能互相操作的通信协议进行自我组织，其中物既包括物理的也包括虚拟的，它有物理属性、虚拟属性、身份特征和智能接口，并能够与信息网络做到无缝结合。无论物联网的定义是什么，它都有其核心的四大技术基础，即传感网络技术、物对物的信息交换技术（M2M）、两化融合技术和传感技术（RFID）。

现如今，无论是国内外学者、研究机构还是企业都对物联网理论和其应用技术研究非常重视。在我们国家矿山物联网物联网建设进程正在不断深入，有关矿山物联网建设的理论模型已经逐渐建立起来了，也建立起了矿山物联网技术的开放性标准模型。

矿山作为物联网应用的一个重要发展区域，矿山物联网是通过各种传感、信息传输、处理技术、云计算、自动化控制技术、现代信息管理等与现代采矿及数据挖掘技术紧密相结合，构成矿山中人与人、人与物、物与物相联的网络，将原本各自独立的作业体系通过无形的纽带连成一个整体，并通过集成化的管理平台提供生产指导、安全调度、生产经营、辅助决策等功能，从而实现对真实矿山整体及相关现象的可视化、数字化及智慧化以保证矿山企业的又好又快发展。

矿山物联网的建设综合应用了物联网技术和可视化管理理论，主要是通过感知、信息传递以及信息处理，来对整个矿山及生产施工现场进行系统化、数字化和可视化的监控。潞安集团司马煤业公司在实践中试点应用了矿山物联网的物联网技术，为我们提供了宝贵的经验，矿山物联网的建设要将地质地理、采矿生产、安全监测、产品运输以及生态环境等多方面信息进行收集并数字化，把传感技术、信息处理技术、现代信息管理技术、现代监控技术等高科技与现代采矿业的生产加工技术紧密联系起来，最终形成人与人、人与物、物与物的全面联系的综合矿山网络，为详尽地感知和控制矿山生产和运营做准备，以保证整个矿山的安全与和谐。

在煤矿综合自动化建设的基础上,矿山物联网建设的核心问题是“三个感知”,即矿山物联网灾害风险,实现各种灾害事故的预警预报;感知矿工周围安全环境,实现主动式安全保障;矿山物联网设备工作健康状况,实现预知维修。“三个感知”的目标是减灾保安全为了实现“三个感知”,需要研究开发矿山特有的感知与测量技术。许多地质参数与岩层运动规律是影响矿山安全的关键因素,如地下水赋存情况、瓦斯与煤突出、岩层受力与冲击地压、采空区发火等。目前对这些影响煤矿安全的重要因素的感知技术还不是很成熟。电磁幅射、声发射、透地成像、微振监测、红外视觉识别等技术是研制矿用感知传感器的热点技术。还应加强各类新型MEMS传感器的研制。

需要利用先进智能传感器与物联网技术对煤矿有关环境与地质参数进行实时采集,根据采集的数据与理论分析,研究煤炭资源开采尤其是深部资源开采中重大灾害的成因、预测预报理论以及防治对策等关键问题;重点研究煤与瓦斯突出、矿井突水、顶板冒落与冲击地压等突发性动力灾害成灾机理、矿山重大灾害应急救援与事故分析理论与技术,为深部资源开发中重大灾害事故的预测、预报和防治提供可靠的理论基础和技术支持。