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序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇無機非金屬材料范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。
1.1 低維化發展
低維化發展主要表現在宏觀上和微觀上兩個方面。宏觀上的低維化是從體材料向薄膜材料和纖維材料的發展。例如現代信息功能器件如微電子和光電子等都是由集成化, 在這期間主要應用的就是薄膜材料。薄膜材料的特殊作用更加體現在結構材料也用薄膜來改性,是結構材料增強、增韌耐磨等效果。而作為結構復合材料主體的纖維也同樣起著尤為重要的作用, 如光通信中光信號的放大、調制、選模等都是通過纖維來完成,最終形成纖維光路和光網。而從微觀上看低維化, 即無機非金屬材料的織構與結構上的尺寸如毫米、微米趨向納米。目前人們更加關注的是納米尺度上的超晶格薄膜、納米線到納米點材料的結構中, 在以后的發展中更是以納米器件為中心來研究納米材料的合成、組裝等性能進行調控。
1.2 復合化發展
作為無機非金屬材料與金屬材料和有機高分子材料的復合化發展趨勢。復合化的最終是以應用為目標, 如無機非金屬材料已廣泛應用在鋼筋混凝土、玻璃鋼等方面其中主要就是用有機高分子與無機玻璃纖維來組成, 這種結構材料為主的復合材料, 這也是復合材料具有單一材料所無法滿足的是使用功能,更是建筑材料發展趨勢。
1.3 智能化發展
作為材料的只能花是人們關注的焦點,材料的智能化即是材料性能的多元化,等接受外部環境變化的信息, 并能實時進行反饋。智能化功能材料大部分為多片壓電和鐵電陶瓷的復試結構, 目前應用領域較廣的建筑智能化,提高建筑材料的安全性智能等方面。
1．4 節能、降耗的發展
由于傳統無機非金屬材料產業是一個相對能耗高、環境污染嚴重的領域。隨著可持續發展觀的提出, 要全面、協調、可持續發展的理念, 就必須改變這種落后的傳統生產方式和經營理念,進行科研研發,探索出低能耗、少污染的新的合成工藝,提高產品性能和節耗的技術途徑, 改變生產結構和合理的利用方法。如汽車和柴油機尾氣三效催化劑或者是載體材料以解決汽車和柴油機的尾氣處理方案。特別是建材行業是環境材料的一個重要領域,尤其在我國具有特別重要的意義。我國目前的建筑材料工業每年毀田6～10萬畝,耗土石50億t、標準煤2億t。排放二氧化碳61591億t,占全國總排放量的35%～40%。因此,我國急需發展節省資源和能源及環保型生態建材;有益于健康及凈化功能的生態建材;拓展生存空間和增加可利用資源的生態建材。
2 無機非金屬行業存在的問題
我國在傳統的無機非金屬材料發展中很多大的問題, 與其它的發達國家相比都有著很大的差距,主要基于以下幾個方面。
2.1 產品等級較低。在傳統的無機非金屬材料中,無論是水泥、玻璃等產品等級普遍的偏低。就拿水泥來說,發達國家的平均強度占90%,而我國的平均強度僅為50%,總的來說就是生產的品種處于低級水平。
2.2 資源消耗高和能源消耗高。由于大量的無序開采和未能充分利用有限的資源,就造成了極大的浪費。而在能耗上更是大量的消耗, 突出表現在水泥生產和消耗的問題上。
2.3 資源的高消耗和能源高消耗,最終也就帶來了嚴重的環境污染。如大量的排放粉塵,致使空氣清晰度嚴重受到損失,嚴重的更造成了人們患上疾病危害到人們的身體健康。
無機非金屬新材料研發存在的問題。由于經濟條件的限制, 我國目前仍處于發展中國家的水平, 與發達國家仍然存在相對大的缺陷,目前的情況來看,也是相應的取得了明顯的成績。但是還是存在差距,基于以下幾個方面的原因。
2.4 技術落后和基礎設備的落后。由于我國經濟條件的影響, 對無機非金屬材料的研發的起步較晚,所以對科研費用和人力投入,都存在著相應的不足,致使最關鍵的因素核心的技術沒有掌握。無機非金屬新材料工業,不僅是光有技術,制備技術也相應的落后, 生產能力低, 效率低等因素,就直接影響了高科技產品質量。
2.5 無機非金屬本身的材料性能低、品種也不齊全。由于研發就必須要由相應的無機非金屬材料的原料, 很多的關鍵配套材料還需要進口。這就使得材料性能低、質量差的問題的存在。當然還有技術裝備落后等因素等等條件的限制。由于出現了這些問題, 所以在以后的發展無機非金屬材料的同時我國也應制定相應的法案去解決存在的不足,改變現狀,最終使無機非金屬材料的發展實現快速、健康、穩定的發展。
3 無機非金屬材料發展的、建議
3.1 從國家的角度來看,政府應該加強在建材工業發展的產業化結構調整, 并且合理引導相關的企事業單位, 使其朝著正規化、可持續化的發展戰略。
3.2 從法律的角度來看,政府要相應的制定相關的保護無機非金屬,防止亂開采,導致大量的無機非金屬新材料的浪費,要充分利用法律的嚴肅性打擊不法分子對新材料的破壞。
3.3 從市場競爭的角度來看,要盡快制定適應我國市場經濟發展和科研體制改革,加大投資力度和項目的審核,最終保證無非金屬新材料的研發、生產的制度化發展。
3.4 從企業的角度來看,必須要促進形成如干個有國際競爭力的大型建材工業集團, 建立以企業為主導的新型建材工業科技創新體系, 以提高無機非金屬新材料品種的多樣性, 當讓更應與國際接軌。
3.5 從人才的角度來看,必須加快人才的培養, 不斷進行革新無機非金屬的教育設置,把最新本產品的相關領域和研發,寫入教材中使得對無機非金屬的學習, 培養對無機非金屬新材料人才。例如重視基本的物理、化學原理的基礎作用,加強原始創新, 最終使無機非金屬材料更好的應用到信息、能源、交通、生物醫學、生態環境和國防事業中區, 為我國的經濟建設提高到一個更高、更好的平臺。
4 結束語
新材料是發展高新技術的物質基礎,新材料及與其直接相關的研究領域,如信息存儲材料、微電子材料、生物材料、納米材料、超導材料及高溫電子學等,在當今高新技術領域及未來技術中均占有重要地位。因此世界各國都給予高度重視,很多國家把新材料的研究與開發列為關鍵技術。而在新材料中,新型無機非金屬材料又是特別活躍的領域,在整個新材料中占據主要地位。它對我國的、對世界各國來說都是一個新型的產業, 更應抓住這個機遇去研發、去運用到更行各業中,提高國家的更項水平,當然困難也是與此存在的,所以要克服困難, 迎難而進, 創造出新的佳績。
無機非金屬材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成的材料。是除有機高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統稱。
傳統的無機非金屬材料是工業和基本建設所必需的基礎材料。如水泥是一種重要的建筑材料;各種規格的平板玻璃、儀器玻璃和普通的光學玻璃以及日用陶瓷、衛生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和電瓷等與人們的生產、生活休戚相關。
1 水泥
水泥作為三大建筑材料之一，是最大宗的無機非金屬材料。日前，傳統水泥的生產工藝日趨完善，水泥材料的發展主要表現在高性能水泥基材料、節能型水泥等方面。
1. 1高性能水泥基材料
對水泥材料高性能的要求首先是基于高強。通過降低孔隙率、改善孔結構及孔徑分布可開發出高致密、高強度的水泥基材料，為此，一般可采用以下兒種方法:改變成型方法；摻加超細活性硅質材料，摻加高分了材料;摻加纖維材料，取得了很好的增強和增韌效果，從理論上講，理想的纖維材料是硅酸鈣纖維，它與水泥材料的化學兼容性好，還可起品種作用促進水化;發展新型水泥材料，傳統的硅酸鹽水泥及其衍生品種的強度和耐久性均不夠理想，
1.1.1浸漬水泥基材料
采用高分子聚合物對水泥漿體浸漬，使整個材料非常密實，所得材料的抗壓強度可達240MPa。
1.1.2壓實水泥
根據巖石的成礦機理采用類似于制造陶瓷的熱壓工藝，在100MPa-345M P。的壓力和150°C - 250°C的溫度下獲得了抗壓強度達350MPa- 500MP的水泥材料，使其幾乎與金屬材料媲美。
1.1.3MDF水泥
又稱宏觀無缺陷水泥是指一種綜合性能優異的抗壓強度高達300MPa，抗折強度更高達的200MPa，在電學、磁學、聲學和低溫使用性能方面也有某些性能的新型水泥制品。 MDF水泥抗折強度高韌性好，可用于制造各種管 道尤其是用其他材料不易制作的大直徑管道，及對抗折強度有較高要求的支撐材料。 MDF水泥絕緣性好，體積電阻率和擊穿電壓高，可代替陶瓷、塑料用作力學性能好的經久耐用電絕緣材料； 經微細化處理的MDF水泥，可用作唱片、音箱材料以及制作水泥彈簧等； MDF水泥還有望成為一些金屬材料、木材和陶瓷材料的廉價代用品。
1.2節能型水泥
節能型水泥的生產可通過改變熟料礦物組成、生產少熟料水泥等途徑達到。
1.2.1改變熟料礦物組成：在保證質量的條件下以含鈣量低，形成溫底低的低能耗熟料礦物代替傳統硅酸鹽水泥中的C3S,C3A等高能耗礦物。
1.2.2生產少熟料水泥： 利用堿―礦渣水泥的生產原理，提高混合材摻量，減少水泥用量可大幅度降低水泥生產能耗及成本，同時還可充分利用工業廢渣，如鋼渣、磷渣、鐵合金渣、鉛渣、鎳渣、鋁渣等，還可利用沸石、火山灰等天然或人工火山灰質材料。提高混合村摻量通常對水泥長期強度沒影響，但使凝結變慢、早強下降，采用堿性激發劑充分激發混合材的活性或采用早強劑可彌補這一缺點。
2玻璃
玻璃是另一類傳統的、歷史悠久的無機非金屬材料。傳統的玻璃材料及器皿等工藝技術己基本成熟，玻璃新材料包括醫用玻璃和生物工程玻璃、非線性光學玻璃、光通訊用玻璃、平面集成微光學玻璃、電致變色和光致變色玻璃等。
2.1醫用玻璃和生物工程玻璃
自發明生物玻璃以來，人們發現許多玻璃和微品玻璃能與生物骨形成鍵合，其中一些己應用于臨床，用作牙周種植、人造中耳骨等。日前已經利用玻璃、微品玻璃制備高韌性生物活性金屬，生物活性聚合物等。微品玻璃尤其是多孔微品玻璃可用作生物工程中的載體，用在固定床反應器、固定床循環反應器和流化床反應器上。
2. 2非線性光學玻璃
近年來，非線性光學玻璃，特別是未來全光學裝置所要求的具有高二階極化率X,快的響應時間T和低的光吸收特性的材料研究引人注日。制備方法包括傳統微品玻璃制備法分離了交換法、溶膠―凝膠法和離了注入法。
2. 3光通訊用玻璃
目前利用摻稀土的氟化物光纖制作具有從可見光到中紅外光操作波長帶的纖維激發器和放大器，以滿足超高容量和適應性強的光學網絡系統的需要。
3陶瓷
陶瓷是具有悠久歷史的材料，通常作為陶瓷器、磚瓦、衛生陶器等民用產品用于人們的日常生活，作為工業產品，廣泛用著耐火材料、電絕緣子、磨削砂輪等。
精細陶瓷是相對于傳統陶瓷而言的。它是采用高度精選的原料，具有能精確控制的化學組成，按照便于控制的制造技術制造、加工的，便于進行結構設計的，具有優異特性的陶瓷。精細陶瓷可分為:電了陶瓷、高溫陶瓷、生物陶瓷、結構陶瓷等。
3. 1電陶瓷
電陶瓷可分為導電陶瓷、光電陶瓷、電介質陶瓷等。
導電陶瓷：導電陶瓷有碳和SiC系陶瓷、BaTi03系半導體陶瓷等。可用作電阻器、高溫用電熱電阻、熱敏電阻器、濕敏電阻器、具有開關和存儲功能的非線性電阻器等。光電陶瓷：光電陶瓷制成光敏元件、光電導模元件、光生伏打模元件。燒結CaS多品可作成x射線到紫外線范圍的光檢測器。電介質陶瓷：電介質陶瓷可分為絕緣陶瓷、壓電陶瓷和鐵電陶瓷。
3.2高溫陶瓷
高溫陶瓷與金屬相比，能耐更高的溫度。高溫陶瓷有氧化物系陶瓷和非氧化物系陶瓷。碳化物、硼化物、氮化物等顯示出不同于以往氧化物系陶瓷的性能，成為超高溫度技術領域中的重要材料。
3. 3生物陶瓷
生物陶瓷是用于人體器官替換、修補和外科矯形的陶瓷材料，它己用于人體，近年來發展相當迅速。這類材料卞要包括氧化鋁、烴基磷灰石、生物活性玻璃及生物活性玻璃陶瓷、涂層及可被吸收降解的磷酸鈣陶瓷。
3.4結構陶瓷
結構陶瓷以耐高溫、高強度、耐磨損、抗腐蝕等機械力學性能為主要特征，在冶金、宇航、能源、機械、光學待領域有重要應用。在這些領域中用非金屬代替部分金屬是總的發展趨勢。
結語
未來科學技術的發展，對各種無機非金屬材料，尤其是對特種新型材料提出更多更高的要求。由于對材料科學基礎研究的日益深入，各種精密測試分析技術的發展，將有助于按預定性能設計材料的原子或分子組成及結構形態的早日實現。（鄭州大學材料科學與工程學院；河南；鄭州；450001）
我國的經濟發展為目前的無機非金屬材料工程專業的改革提供了方向，做好基礎性、根本性、原則性的工作任務是目前應該完成的要求，教學體系的改革首當其沖。當前專業的培養目標是：培養政治上合格的，在無機非金屬材料學科領域內有廣闊而扎實的理論基礎、適應能力強、具有創新精神和技術開發能力的高級專門人才。無機非金屬材料工程專業的課程體系改革應該從以下三個方面著手：首先加強科學基礎以及計算機基礎技術的學習，隨著科技的發展，科學技術無疑成為了影響社會生產的第一要素，強化學生的自然科學基礎能力同時結合計算機技術的適用，在加強其對自然科學本質理解的情況下，顯著提高其運用科學技術解決基本問題的能力和速度；其次是重視對工程基礎的學習，在無機非金屬材料工程專業中，基礎知識的學習能提高學生的工作適應能力，掌握了工程技術的共同理論、共同技術，即使就業工程中專業知識有所偏差，也能利用基礎知識彌補，強化學生適應人才市場缺口的問題；最后，建立完善的學科專業知識實踐教學平臺，為了培養更全面的應用型人才，針對地方經濟發展以及人才缺口方向，加大對實踐教學環節的重視有利于讓學生走入工作崗位就能迅速為企業創造產業價值，理應成為本次教學課程改革的重點，因此強化無機材料科學基礎、熱工基礎以及水泥等研究方法和實驗等實踐環節至關重要。具體到應用步驟，應加大對每一個環節的檢查力度，教師做出相應的實踐要求，一環扣一環，分步完成。保證學生的實踐環節無論是設計或是草圖繪制等階段都有配套的記錄，以便于對實踐教學質量的控制。同時，讓學生運用所學知識進行實驗，從事實驗操作并對實驗結果進行數據處理、誤差分析，有助于觀察問題、解決問題能力的提高。
2建構應用型人才培養體系
首先，建立一支教學水平高、技術能力硬、思想素質好的師資隊伍，形成應用型學科的專兼職教學建設。“兵熊熊一個，將熊熊一窩”，一位高水平的教師給學生帶來的好處是其他方面無法比擬的。教師不但要具有淵博的理論知識，更應該在實踐教學上給學生正確的指導，從一開始就避免學生走入操作的誤區。同時，學校可以與相關大型企業建立起互動關系，建立教學激勵機制，鼓勵教師與一線工作者多多交流，培養教師的創新能力；聘用基層工作經驗豐富的技術骨干在學校擔任客座講師，讓企業的技術人員向其講解各個生產線的優缺點，保證本專業學生能夠迅速掌握一線工作中的先進技術和經驗，以幫助其迅速掌握學習中的要領，從而適應工作的需要。其次，積極開展與當地的企業相互合作，建立一批質量較高、相對穩定的校外技術實訓基地；將校外實訓基地建立在當地的相關企業內部，充分利用生產技術骨干和先進的生產設備；同時利用學校的實驗室，“材料制備技術”、“工程測試技術”、“材料表征技術”三大課程實驗及“專業綜合實驗”為建設重點，充分利用校內外的教學資源，把實驗室打造成技術培訓和理論知識結合的基地以滿足應用型人才的培養工作。最后，要革新學生考核體系，開展校內證書認證制度過去的一卷考核體系已經不適應當前學習的需要，考生在考試前簡單突擊一下就能隨意應付過去，為了讓學生從深入理論研究，可以開展論文考察等形式，高屋建瓴的從應用的角度掌握理論的知識。目前，專業證書代表了各專業的等級水平，也得到了社會的承認。學校可順應潮流構建校內證書認證制度，建立獎勵機制，將職業資格證書引入人才培養機制，以鼓勵學生多多考取專業資格證書，強化基礎專業的理解，拓展相關知識的學習。
作者簡介：張露露（1975-），女，湖南邵陽人，三峽大學機械與材料學院，副教授；楊學林（1973-），男，湖北均縣人，三峽大學機械與材料學院，副教授。（湖北 宜昌 443002）
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）20-0080-02
無機非金屬材料是與金屬材料、有機高分子材料并列的三大材料之一，是國民經濟的重要基礎，也是航空、航天、交通、能源和電子等高技術領域的重要支撐。目前，它正朝著多元化、復合化、功能化、結構—功能一體化方向發展。按照教育部“拓寬基礎，淡化專業意識，擴大專業口徑，培養復合型人才”的要求，結合三峽大學“高素質、強能力、應用型”的人才培養目標，金屬材料工程專業開設了“無機非金屬材料”課程作為專業選修課，這對于拓展學生專業知識、增強學生就業競爭力有著重要意義。
“無機非金屬材料”課程主要介紹無機非金屬材料的組成、結構和性能之間的關系，介紹陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料的制備工藝、組織結構特征、性能特點及其應用，以及無機非金屬基復合材料和功能無機非金屬材料等研究現狀及其發展方向。該課程基礎性、系統性和實用性較強。它作為金屬材料工程專業的專業選修課，在教學內容和教學要求上不同于其作為無機非金屬材料工程專業的專業必修課。金屬材料工程專業開設“無機非金屬材料”課程作為選修課的目的是讓學生在完成金屬材料工程專業必修課程的基礎上，初步了解和認識無機非金屬材料的基本理論知識、成型加工方法及其應用領域，掌握相應的基本知識、基本技能及必要的理論基礎，深化學生的專業基礎知識，拓展學科知識面。由于課程內容豐富，涉及化學、物理、材料學等多學科的專業知識，又緊跟材料科學發展的前沿，要讓學生在有限的課時內理解并掌握其內容具有一定難度，因此，這對教學提出了較高要求。本文主要結合筆者近幾年的教學實踐和經驗，就如何從教學內容、教學模式、教學方法和手段以及考核方式等方面進行改革和創新進行了探討，以期更好地提高教學質量、增強教學效果。
一、優選教學資源，優化教學內容
目前，無機非金屬材料方面的教材很多，如戴金輝等主編的《無機非金屬材料概論》、盧安賢主編的《無機非金屬材料導論》、陳照峰等主編的《無機非金屬材料學》、王培銘主編的《無機非金屬材料學》等，這些教材側重點各不相同。根據該課程的選修課性質，按照專業知識面廣、難易程度適中、實用性強的原則，三峽大學選用了戴金輝等主編的《無機非金屬材料概論》作為該門課程的主要教材。該教材主要介紹陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料的結構、性能以及制備工藝，并扼要地介紹這幾種材料的最新發展動態，[1]它吸取了國內外同類教材的精華，內容深廣度適中，敘述深入淺出，適用性強，較適合作為三峽大學金屬材料工程專業的選修課教材。同時，為幫助學生進一步加深對無機非金屬材料的認識和了解，學校還指定了盧安賢編寫的《無機非金屬材料導論》作為輔助教材。為完善教學內容，還將陳照峰等主編的《無機非金屬材料學》、王培銘主編的《無機非金屬材料學》等教材作為教學參考書。
鑒于專業選修課教學內容彈性較大，在課堂教學中筆者注重學科知識的拓展和深化以及知識的更新，除講授教材內容外，還有意識地結合社會生活中的熱點問題、當前科技發展動態、學校無機非金屬材料方面的科研成果以及自身的科研工作進行講解和介紹，不斷充實和優化教學內容。例如，在講授陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料四種傳統無機非金屬材料時，筆者一般首先介紹該材料的發展歷史和現狀，以增加學生對該材料的初步認識和了解，然后講授書本上的相關理論知識；又如，在講授無機非金屬基復合材料時，筆者介紹了目前比較熱門的新能源材料，并談及了一些自己在鋰離子電池材料方面的科研工作情況。這些相關教學內容的補充不僅提高了學生對該課程的學習興趣，也激發了學生的科研興趣和創新意識，達到了較好的教學效果。
二、改革教學模式，創新教學方法
專業選修課的特點決定了它的教學不同于必修課，它不僅強調知識的系統性和完整性，強調學習方法、科研方法的引導，而且更需要激發學生的學習興趣。針對“無機非金屬材料”課程的專業選修課性質及其理論性強、內容枯燥、學生全面掌握知識點難度較大等特點，筆者堅持“以教師為主導，以學生為主體”的教學原則，采用了多媒體教學與傳統教學相結合的教學模式，運用了案例教學、課堂討論、學生自主學習、任務趨動等靈活多變的教學方法和手段，以提高教學質量，增強教學效果。
1.采用多媒體教學與傳統教學相結合的教學模式
多媒體作為一種現代化教學手段，被廣泛引入各高校的教學當中。它集圖、文、聲、動畫于一體，能將抽象的概念直觀化、具體化，將枯燥的內容生動化，并容納較大信息量，使課堂教學變得生動、活潑、富有新意，教學效率高，效果明顯。[2]而傳統的教學方式，教師可以通過在講臺上的“表演”吸引學生的注意力，有利于實現師生間的互動。“無機非金屬材料學”課程涉及知識面廣、理論性強、內容枯燥，為盡可能調動學生的學習興趣，幫助學生更好地理解和記憶，筆者針對各部分教學內容進行精心構思，采用了多媒體教學與傳統教學相結合的教學模式。在教學過程中，筆者一方面制作了圖文并茂的相應課件，另一方面也注重傳統教學方式中教態和教學語言的運用。通過教師親切生動的講授和大量課件的展示，增加了學生對無機非金屬材料的感性認識，加深了學生對理論知識的理解和記憶，取得了較好的教學效果。
2.注重案例教學，堅持理論聯系實際
“無機非金屬材料學”是一門理論性較強的課程。在教學過程中，筆者注重理論聯系實際，盡可能地通過講授實際案例激發學生的學習興趣。如在講授梯度功能材料時，筆者介紹了越王勾踐劍，通過圖片展示和對越王勾踐劍結構的分析，既展現了中華民族的優秀智慧，又加深了學生對梯度功能材料的認識和理解；又如，在講授水泥材料時筆者例舉了伊朗為應對美國現有的穿地炸彈，已研制出既可抵御鉆地炸彈，也可抵御地震的世界最強混凝土——“智能混凝土”，這一案例讓學生更加深切體會到新材料的研發和應用直接關系到一個國家的工業活力和軍事力量。這些案例的講解都極大地激發了學生的學習興趣和科研興趣。
3.增強互動教學，營造良好的課堂氛圍
根據選修課性質，課堂教學采用啟發式講授和學生討論相結合的互動教學方法，可以很好地調動學生的學習積極性，營造良好的課堂氛圍，提高教學質量，增強教學效果。因此，在教學過程中，筆者既重視發揮教師的主導作用，又尊重學生在學習中的主體地位。課堂上，筆者常常向學生提出問題，鼓勵學生積極思考，并展開討論。這種互動教學既激發了學生學習的積極性和主動性，又活躍了課堂氣氛。例如，在講授玻璃的定義時，筆者首先提出“有機玻璃、金屬玻璃是玻璃嗎？”這個問題，讓學生進行思考，各抒己見，然后通過定義講解，使學生找到正確答案，課堂氣氛十分活躍。這種互動教學使學生對定義理解更加透徹，記憶更加深刻，教學效果好。
4.提倡自主學習，充分發揮學生的主觀能動性
“授之以魚，不如授之以漁。”隨著現代電子信息技術的進步，充分引導學生運用新技術獲取知識和信息，并利用這些信息完成學習任務，發揮學生的主觀能動性，提高學生的自學能力，在教學過程中具有十分重要的意義。教師給學生布置課外學習任務，學生需要利用圖書館或網絡資源查閱一定數量的文獻，并通過自己的獨立思考才能完成任務。這種任務驅動式教學方式既可以培養學生的自學能力，鍛煉學生分析問題和解決問題的能力，也可以培養學生的創新思維能力，這些能力的培養將為學生今后走上科研或生產崗位奠定良好基礎。因此，在教學過程中，筆者提倡通過任務驅動的方式鼓勵學生自主學習。這樣不僅可以調動學生的學習興趣，充分發揮學生的主觀能動性，培養學生的自學能力和科研能力，同時還可彌補課堂教學內容的有限性，促使學生掌握更多的知識。如在學習特種玻璃時，筆者給學生布置了一項任務，即合理設計一款或多款學生心目中理想的未來玻璃。接到任務后，學生大膽想象，設計出了30多種自己心目中理想的未來玻璃，如破碎后能自動粘合的記憶玻璃、光強和顏色能隨人體內電流和電磁波而變的情緒玻璃、不開窗即可自動換氣的凈化空氣玻璃等，這些作品充分展現了學生學習的主觀能動性和創新思維能力。又如，在學習完陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料這四種傳統無機非金屬材料后，筆者鼓勵學生根據自己的興趣選擇任意一種無機非金屬材料制作課件，在課堂上進行演示和講解，再由學生展開互評。這次教學活動既鍛煉了學生查閱文獻和綜述文獻的能力、獨立思考的能力以及表達溝通能力，也培養了學生的科研創新能力，獲得了學生的一致好評。
三、注重教學效果，改革考核方式
考核環節作為教學活動的有機組成部分，是整個教學過程的重要環節之一。專業選修課的考核一般可根據實際情況采取靈活多樣的方式。[3]傳統的閉卷考核形式，需要學生死記硬背的知識點多，學生復習吃力，容易讓學生造成思想負擔，給學生學習帶來壓力，不利于調動學生學習的主動性和積極性；而采用課程論文形式進行考核，在信息高度發達的現代社會，學生中容易出現利用網絡資源抄襲的現象，無法真正反映出教學效果。“無機非金屬材料”課程作為金屬材料工程專業的專業選修課，側重于拓展學生的知識面，培養學生的綜合專業能力。鑒于該課程的選修課性質和內容多、知識面廣、學生全面掌握知識點難度較大等實際情況，為提高學生的學習積極性，并真實反映出學生的學習效果，筆者對該課程的考核方式也進行了相應改革，采取了過程性考核與終結性考核相結合的考核方式。其中，過程性考核成績占該課程成績的30%，考核內容主要包括課堂表現、出勤情況和任務完成情況等；終結性考核占70%，具體采用開卷考試形式進行。這種考核方式既可以較客觀地反映學生對課堂知識的了解和掌握情況，也可以較真實地反映學生參與這門課程的學習態度和科研創新思維能力，從而真正體現出這門課程的教學效果。
四、結語
“無機非金屬材料”課程作為一門內容多、知識面廣、關注學科前沿的專業選修課，隨著新材料及其技術的不斷發展，其教學內容還需不斷調整，教學方法、教學手段和考核方式也有待于進一步改進，這樣才能更好地調動學生學習的積極性和主動性，提高教學質量，增強教學效果，從而為社會和企業培養出緊跟時代步伐的“高素質、強能力、應用型”材料類高級專業人才。
參考文獻：
當前我國的建筑行業面臨著嚴峻的能源挑戰，因此必須尋找可以進行利用的節能材料。經過探尋，發現無機非金屬材料在這方面很有優勢，是實現節能的理想材料。無機非金屬材料的涵蓋了除了金屬材料和高分子材料之外的幾乎所有材料領域，通常無機非金屬材料具有抗高溫、硬度強以及耐腐蝕等優點，但也會出現強度差、韌性不良等缺點。
1無機非金屬材料在經濟發展中的作用
1.1為信息技術革命奠基
人類的發展經歷了諸多時代，現在正處于一個信息化高度發展的科技時代，每個時期的發展都與材料有著密切的聯系。從這個角度講，材料貫穿了人類的發展進程，是社會發展的標志性因素。在高科技背景下，無機非金屬材料成為了社會發展的基礎。
1.2支撐現代文明
無機非金屬材料具有體輕、硬度和強度較高、抗高溫、抵制腐蝕等優良特性，因而具有金屬和高分子材料所無法比擬的優勢，在航天、微電子以及海洋事業中大放異彩，在高科技的競爭領域中占據重要地位、起到重要的作用。
1.3可以促進經濟發展
事實證明，每次無機非金屬材料的重大進展都會引發一次重大變革，比如玻璃鋼、芳綸纖維等材料的產生，使得火箭的外部材料發生了革新，這種效應也擴散到汽車和飛機等領域。光學纖維的橫空出世，讓廣播電視、郵電通訊以及醫學等領域出現了飛躍性的進步，這種推動效應還擴散到了印刷和自動檢測等領域當中。
2無機非金屬材料的分類
2.1依據分子結構劃分
無機非金屬材料總體上依據分子結構可以劃分晶體和非晶體兩大類，晶體可以分為單晶和多晶，兩者都可以分為單質和化合物兩個類型。單晶的單質具體有單晶硅、金剛石、集成電路材料以及工具材料；單晶的化合物可以分為碲化鉍、電子器件以及半導體敏感材料。
多晶的單質可以分為多晶硅、燒結金剛石、光電材料以及工具材料。其在化合物方面可以分為傳統陶瓷、新型陶瓷以及自然石料三個方面；傳統陶瓷又可以分為日用陶瓷、建筑陶瓷、美術陶瓷以及耐火材料四個方面；新型陶瓷中的結構陶瓷則可以分為耐高溫材料、耐腐蝕材料、耐磨損材料、耐沖擊材料和硬度材料。其功能陶瓷則可以分為電子功能材料、光學功能材料和生物功能材料；自然石料則可以分為裝飾材料、建筑材料以及日用器皿。
非晶體主要指的是玻璃，玻璃可以分為單質玻璃和化合物玻璃。單質玻璃有無定形硅和生物玻璃兩種；化合物玻璃則分為日用玻璃和功能玻璃；功能玻璃包括導光透光玻璃、電學功能玻璃、熱濕等敏感玻璃以及生物玻璃。
2.2依據化學成分劃分
總體可以分為單質和化合物兩大類。單質分為單晶硅，如金剛石、集成電路以及工具領域等使用；多晶硅如多晶石墨、光電材料和電極等；單質硒玻璃如敏感材料；無定形碳包括生物膜材料和導電材料等。
化合物則包括氧化物、非氧化物以及多元化合物。氧化物分為二氧化鋁和二氧化鋯、非氧化物分為氮化硅和氮化鋁；多元化合物分為生物玻璃和鈦酸鋇。
2.3依據功能劃分
總體可分為工程材料和功能材料。工程材料可以分為高強高韌材料、耐高溫抗熱震材料、耐磨耐腐蝕材料各種界面材料以及其他材料；功能材料分為電學材料、光學材料和生物材料三種；電學材料可以分為壓電材料、磁性材料、電導材料、熱電材料、電子材料以及敏感材料；光學材料可以分為導光材料、透光材料和光信息材料；生物材料則可以分為生物惰性材料、生物體內可控表面活性材料、生物體內可吸收材料。
3無機非金屬材料的分類的展望
按照其類型逐一展望。
3.1新型玻璃
新型玻璃應該在傳統工藝基礎上運用溶膠-凝膠、CVD、超急冷以及失重等工藝，通過各種微觀方法實現新型玻璃領域的突破。
3.1.1新型的激光玻璃
未來會生產出輸出功率更為強悍、性能品質更加優良的摻餌玻璃以及磷酸鹽類型的激光玻璃，還有更新的激光放大纖維等材料。
3.1.2光集成電路玻璃
其制作方法為離子交換法，制成的成品玻璃成分包含Feo、Ce203等，本身能散發出磁光以及熱光等效應。
3.1.3超平玻璃
這種玻璃主要的應用范圍為光存儲器，還可以應用在光磁存儲器和大型液晶顯等基板上面，對于那些大規模以及特大規模類型的光掩用途模板也起到較大作用。
3.2高性能陶瓷
這種陶瓷材料在性能上體現出極強的優點，比如能夠抵抗高溫、強度和硬度系數都很高等，因而在航天和電子領域被廣泛應用。
3.2.1結構陶瓷
制作材料為碳化硅、氧化鋁以及莫來石等，改進措施為增加韌性、改善纖維強度，對材料的內部構成進行調節，使之具有堅硬、耐磨、抗腐蝕等特性，可以對軸承、不銹鋼等材料進行更新換代，可直接制作成發動機和電極材料等進行運用，具有使用延長壽命、節能等效果。
3.2.2功能陶瓷
其在功能方面起到的作用為絕緣、堅硬、光敏和熱敏等，可以用在壓電元件和磁記錄存儲等領域，使其成為促進信息產品容量擴大、密度增大的有力武器。
3.3人工晶體
這個材料的應用范圍很廣，而且前進步伐迅速。晶體原有形態和功能以及用途不斷被刷新，而且新型的晶體也在不斷地取代傳統類型晶體，比如金剛石之所以被廣泛應用就是因為其在硬度方面體現出超高的性能，其實它還具有高導熱的特殊功能，可以利用這個方面將其當做熱沉材料進行應用，使其具有半導體功能，讓其在信息技術領域得到應用。人造水晶原本是用來發揮壓電效能的，但是經過對其功能進行探索，其應用領域也變得開闊，當前還應用在延遲線以及表面波器件之中。另外，可以對輻射產生抵抗功能的水晶還被廣泛地應用在航空航天領域，甚至可以在軍事領域發揮出很大作用。
4總結
無機非金屬材料在高科技領域占有重要地位，是伴隨高科技進步而出現的朝陽產業，具有很強的發展潛力和生命力，必定在將來的競爭中脫穎而出，因此已經受到各方面的重視。本文分（下轉第129頁）（上接第119頁）析了無機非金屬材料在經濟發展中的地位，詳細地對其分類進行解讀，展望了其應用前景。
【參考文獻】
在本世紀70年代， 逐步發展形成的現代生物技術（ 亦稱生物工程技術）， 從廣義上說， 它包括人類對動物、植物以及微生物有目的利用、控制和改造。隨后80年代， 美國和口本便分別召開了 “用生物方法合成材料”和“使用生物技術創制新材料”等專題學術研公寸會。由此可見， 現代生物技術在材料學與上程中的應用前景頗為看好。例如現代生物技術在金屬材料行業中的系統應用已經成功地形成生物冶金分支學科。所謂生物冶金或稱細菌冶金， 即細菌萃取金屬或生物浸出金屬， 是一種利用細菌的氧化作用把不溶性金屬化合物轉變成可溶性化合物， 再用濕法冶金從溶液中回收金屬的方法。又如開發研究生物降解高分子材料， 及時防止和解決當今世界上極為嚴重的“白色污染”的決定性措施， 亦是現代生物技術在有機高分子材料行業中的應用熱點。至于現代生物技術在尤機非金屬材料行業的應用前景， 是又可望又可即的。
1 生物提純硅酸鹽礦物原料
生物提純是指現代生物技術利用生物浸出法在非金屬礦選礦過程中的應用。這種技術的應用原理主要就是利用微生物能夠讓金屬礦物進行液化的功能， 使得生物技術在礦物融濾過程中得到廣泛的應用。由于這些鐵雜質一般都以黃鐵礦的形態存在于硅酸礦物質中， 人們可以利用氧化鐵硫桿菌和其他菌類對黃鐵礦變成可溶性化合物， 在形成這一反應時。根據調查顯示， 這種真菌可以對高嶺土壤中鐵的含量至少降低4 %左右， 并且讓高嶺土的白亮度有很大的提高， 這成為陶瓷和造紙行業產品的質量關鍵的因素。根據上述分析， 現代生物技術將會為硅酸鹽礦物原料。
2生物礦化過程
生物礦化過程是在一定的細菌分泌和特殊機質的作用下的成礦過程， 也是在特定的機質下長成晶體結構。以珍珠貝的珍珠層為例， 珍珠層的結構是由霞石的碳酸鈣晶體組成， 并在這種情況下形成了大小不一的螺旋形， 由于這種基質的網絡結構中存在不規則的鈣物質， 能夠使碳酸鈣在一定的距離成核并且按照自身的生長規律形成霞石螺旋。碳酸鈣的生物礦化過程既是一個化學過程， 也是一個生物過程，這是兩者共同作用過程的結果。日本研究人員還培育出一種海藻和一種單胞藻， 它們都可以聯系生產處石灰石顆粒， 每天這些形狀的石灰石最佳生產率為15毫克每升和90 毫克每升， 并可以對回收后的細胞進行再生產。根據上述材料表明， 人類可以在人工手段下實現細胞固定化技術， 并利用生物的成礦能錄生產石灰石質納木材料和生物裝飾材料， 也可能利用生物的成礦功能進行復合材料的生產。
3 用稻殼制備高純度高性能碳化硅
從仿生學的角度來看， 人們可以利用稻殼制造出高濃度、高性能的碳化硅。主要的步驟為： 首先， 將稻殼進行碳化， 使稻殼中的纖維素進行分解， 形成不定性碳化物； 其次， 在還原性和惰性的條件下， 對稻殼進行高文煉燒下形成碳化硅。在稻殼中所存在的二氧化硅凝膠會與多糖基質進行緊密的結合， 多糖的談話會在二氧化硅的表層發生， 并且二氧化硅一直處于高化學活性的多孔和微粒狀態下， 因此， 在對它進行煉燒時，可以最快速度與二氧化硅產生反應。德國的一位建筑師利用自己設計的一種水下裝置放到海中， 在經過兩到三個月的時間用過海藻作用可以產生2 5尺長、五尺寬、2寸厚的生物大理石材料板。近期， 日本的工業技術研究所成功利用稻殼制備出碳化硅的新工藝， 這種技術與原來的硅石和煤氣還原法相比， 同時達到了降低成本和實現了對稻殼的最大利用。在稻殼中存在碳、二氧化硅等有效化學成分， 這就具備了形成碳化硅的先決條件， 但是一旦在發生反應時磷成分過多時， 就無法形成碳化硅， 那么就必須研究減少磷產生的方法。這種工藝的原理是以弱酸性緩沖劑進行爆破性處理， 在多種酶的作用下可以溶出碳， 然后再對其進行氧化處理， 在無氧加熱條件下形成高濃度、高性能的碳化硅。
4 生物混凝土
在很早以前， 我國就應經學會利用存在于粘土中的細菌對粘土進行發酵來增強它的可塑性。目前， 我國很多學者都預言幾千年后老鼠建造洞穴的材料將用比混凝土還牢固的白蟻排泄物。這種材料是天然的高分子非金屬材料的符合混凝土， 也是細菌作用下形成的生物混凝土。與此同時， 在日本也有相關報道曾預言提出這種單材質發酵技術的應用。新型生物混凝土具有多層結構：第一層是防水層，能夠防止雨水滲入，避免對建筑結構造成破壞；第二層是生物層，能夠收集雨水以供植物生長，例如它可以為微型藻類、菌類、地衣和苔蘚等提供天然生物屏障；第三層是覆蓋層，能夠讓雨水通過這一層滲入生物層，并可防止水分流失。與傳統混凝土相比，這種新產品的最大優勢是既能吸收二氧化碳，改善城市環境空氣質量；又可美化墻體，改變城市色彩單一的外觀面貌；還能提升建筑物的保溫性，降低能源消耗。
5 生物鐵氧體功能陶瓷材料
在常溫條件下， 可以利用海洋水中想磁性細菌合成比較均勻的磁性微粒， 磁性微粒通常情況下也被稱為生物鐵氧體功能陶瓷材料， 它與人工制成的磁微粒材料相比， 它的表面積比較大， 而且表面部位被堅硬的有機薄膜覆蓋， 在這種情況下很難將鐵浸。
6 結語
將現代生物技術應用到非金屬材料領域中比較重要的工程， 這也將大大推動生物非金屬材料工業的發展和進步。我們必須積極探索現代生物技術的作用， 抓住現代生物技術的特點， 現代生物技術作為一種低能耗、高效益的新興技術， 必將在非金屬材料領域大面積的應用， 以推動我國經濟和科技的發展。
參考文獻：
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中圖分類號：G647 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）50-0013-02
引言：
實驗室是高校進行人才培養的重要場所是培養學生動手能力、實驗實踐能力和創新意識的基礎環境[1]。工科類專業學生的培養更是與實驗室密切相關學生很大一部分學習都在實驗室進行或者與實驗室相關所以實驗室也是高等院校安全防護的重點場所[2]。無機非金屬材料專業實驗室是專業實驗教學活動和學生論文階段從事科研活動的場所也是學生接觸較多、參與度較高的場所實驗室的安全關系到每一個學生的學習。無機非金屬材料是傳統三大材料之一（金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料）主要研究水泥、玻璃、陶瓷等材料的結構、分析、制備、成形與加工等。設備的使用在材料專業學生的培養與學習中有很重要的地位。很多實驗需要在科研設備中完成因此設備的安全至關重要[3]。隨著無機非金屬材料專業的發展研究領域越來越廣所用實驗設備也越來越多比如機械切割設備、高溫高壓設備等這些設備在使用過程中稍不留神便可能引起安全事故實驗室安全管理面臨新的困難和挑戰[4-6]。作為實驗室的管理者與參與者必須重視實驗室的安全管理工作避免安全事故造成實驗人員人身傷害。本文從無機非金屬材料專業實驗室常用實驗設備方面分析了無機非金屬材料專業實驗室面臨的安全問題并由此提出相應的安全管理措施。
一、影響實驗室安全因素
無機非金屬材料實驗室主要承擔的實驗內容有材料的制備、合成、成形及加工、測試、分析等。實驗過程中接觸設備量大實驗室安全管理涉及面廣潛在危險性大。具體可以概括為以下幾個方面的安全隱患：
1.機械傷害安全隱患。無機非金屬材料專業實驗中需要用到許多機械類設備如水泥生料和熟料破碎時所用的各種破碎設備包括鄂式破碎機、球磨機、圓盤磨、行星磨等；進行水泥性能測試及混凝土試樣成型時所用的水泥凈漿攪拌機、水經膠砂攪拌機、振實臺、砂漿攪拌機等；制備陶瓷時所用壓片機、切割機、剖光機等。這些設備在運行過程中稍有不慎就會對實驗人員造成刮傷、壓傷、擦傷、碰傷等人身傷害。
筆者在管理實驗室過程中就經常會遇到學生在使用切割機時將手指擦傷、碰傷的情況。
2.電氣類傷害安全隱患。用電安全是每個實驗室面臨的主要安全問題之一無機非金屬材料實驗室尤是如此。無機非金屬材料研究的水泥、玻璃、陶瓷三大材料都在高溫條件下完成制備工藝（三大材料通常所需要溫度在1000℃以上）因此實驗室需要大量的高溫爐、烘干箱等大功率用電設備。這些大功率用電設備在長時間運行后很容易發生線路老化如果檢查不及時可能會造成觸電傷人事件。尤其是由老舊實驗室改造改建后投入運行的實驗室則原有建筑電源容量相比較現在大型設備而言很容易顯得不足在大功率用電設備啟動后整棟建筑用電量急劇增加很容易造成電路故障嚴重時可能引起火災[7]。
高壓氣瓶安全也是無機非金屬材料實驗室的安全因素之一。隨著材料專業的不斷發展無機非金屬材料的研究范圍也在不斷擴大很多材料的制備需要在在氮氣或氦氣等惰性氣體氛圍下進行。再比如進行材料比表面積測試、差熱曲線測試過程中也需要進行氮氣。這些高壓氣瓶如有泄漏很容易引起爆炸。加上氣瓶本身質量較大如果存放、保管和使用不當很容易產生倒地砸撞傷人事故。
3.高溫高壓傷害安全隱患。前已述及無機非金屬材料主要研究的三大材料都需要在高溫條件下才能完成制備。因此需要用到大量的高溫爐就本實驗室而言用到的高溫爐種類繁多有馬弗爐、箱式高溫爐、管式爐、氣氛爐、微波高溫爐等還有各種大小不一的數顯恒溫鼓風干燥箱。學生在實驗過程中大部分實驗需要溫度高于600℃有的高達1500℃這么高的溫度人的皮膚一旦接觸后果將不堪設想。特別是管式爐爐膛有石英玻璃和剛玉爐膛如果發生開裂或崩開情況很容易造成傷人事件。另外水熱合成無機材料過程中需要用到各種材質的高溫高壓反應釜包括耐酸高壓反應釜和耐堿高壓反應釜等等。這些高溫爐和反應釜在使用過程中如果操作失當很容易造成燙傷和化學腐蝕傷害。
二、無機非實驗室安全管理措施
針對無機非實驗室所面臨的安全問題實驗室管理者應該做好以下幾個方面的工作。
1.制定詳細的儀器或設備操作規程。操作規程指指導操作人正確操作該設備的有關規定和程序。制定詳細的儀器或設備操作規程是安全使用該儀器設備的基礎。編制儀器或設備操作規程時應該以制造廠提供的設備說明書的內容要求為主要依據根據設備的結構運行特點及具體實驗室使用條件和環境詳細制定使用人員在使用該儀器或設備過程中必須遵守的事項、程序及動作。特別是對于涉及到安全的操作步驟或操作動作需要重點提醒制作操作規程時相應的文字應加粗或采取其他方式使瀏覽該操作規程的人員引起足夠重視。
2.進行定期的培訓與宣傳教育。實驗室管理人員在本科生和研究生進入實驗室之前集中進行安全教育培訓和應急演練以提高學生的安全意識增強應急反應能力包括救生和自救[8]。每學期開學階段都會有相應年級的本科生進行生產實習或畢業論文實驗。此時實驗室管理人員需要對參與實驗的學生進行安全教育對實驗室常見安全因素進行重點告知比如常見的機械傷害、電氣傷害、高溫高壓傷害、化學藥品傷害等。并針對相關的儀器或設備開展安全技術操作規程講解。但在實際實驗過程中很多參與實驗的本科生安全意識逐漸淡化。在實驗開始階段還能較好地保持安全防范但隨著對儀器設備的熟練使用很多人已不再嚴格按照相關儀器設備的操作規程進行致使出現安全事故的可能性升高管理實驗室經驗告訴我們本科生的安全教育僅僅通過進入實驗室前的一次培訓遠遠不夠有必要定期地進行安全知識考核和安全技能重復培訓。因此需要做到定期的安全宣傳教育工作。做到：“安全鐘”時刻在實驗人員的頭腦中敲打。
3.隨時檢查安全隱患。針對無機非金屬材料實驗室所存在的安全隱患實驗室管理人員應該定期檢查。關于機械類設備應定期檢查其安全性。重點對設備的螺絲緊固、安全閥的完好等安全關鍵點進行逐一檢查以防實驗人員在實驗時出現設備意外情況而發生安全事故。對于高壓鋼瓶要對連接氣體管路定期檢查查看氣體管路是否完好無損并及時清理廢舊氣體鋼瓶。關于電氣類安全隱患實驗室管理人員應該定期對實驗室電路進行檢查以及對高壓氣瓶進行閥門和減壓閥等安全設備元件進行檢查。對實驗室存在的不安全因素要及時向有關部門反映、整改。
三、結語
實驗室安全方面的管理任務堅巨而復雜不同專業的實驗室有其不同的特點。實驗室管理人員需要認真分析自己所在的實驗室的不安全因素針對實驗室的不安全因素制定相應的規章制度。在實驗室日常管理過程中要求實驗室的每個參與者時刻樹立安全意識。對實驗室制定的規章制度認真貫徹執行養成一個良好的實驗習慣。只有平時對安全方面足夠重視才能在安全問題突然出現時使傷害降到最低程度。
參考文獻：
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ⅤA ⅥA
ⅦA
B
C
N
O
F
Al
Si
P
S
Cl
Ga
Ge
As
Se
Br
In
Sn
Sb
Te
I
Tl
Pb
Bi
Po
At
（二）碳碳元素及其單質的性質變化規律
元素名稱 元素符號 原子半徑
（nm） 主要
化合價 單質的性質 顏色、狀態 密度
（g·cm—3） 熔點
（℃) 沸點
（℃） 碳 C 0.077 +2，+4 金剛石：無色固體
石墨：
灰黑色固體 3.51
2.25 3550
3652
—3697
（升華） 4827
4827 硅 Si 0．117 +2，+4 晶體硅：灰黑色固體 2.32—2.34 1410 2355 鍺 Ge 0．122 +2，+4 銀灰色固體 5.35 937.4 2830 錫 Sn 0．141 +2，+4 銀白色固體 7.28 231.9 2260 鉛 Pb 0．175 +2，+4 藍白色固體 11.34 327.5 1740
碳族元素化合價主要有+4和+2，C、Si、Ge、Sn的+4價化合物是穩定的，而Pb的+2價化合物是穩定的。
例 PbO2有強氧化性
閱讀下列材料，回答有關的問題
錫、鉛兩種元素的主要化合價+2價和+4價，其中+2價錫元素和+4價鉛元素的化合物均是不穩定的，+2價錫離子有強還原性，+4價鉛元素的化合物有強氧化性。例如 Sn2+還原性比Fe2+還原性強。PbO2的氧化性比Cl2氧化性強。
（1）寫出下列反應的化學方程式
①氯氣跟錫共熱__________；②氯氣跟鉛共熱__________；③二氧化鉛跟濃鹽酸共熱__________；
（2）能說明Sn2+還原性比Fe2+還原性強的離子方程式______________。
答案：
（1）
①
②
③
（2）
二．碳族非金屬氧化物比較
CO CO2 SiO2 類別 酸性 氧化還原性 強還原性 弱氧化性 弱氧化性 毒性 有毒 無毒 無毒
反應實例：
酸性：H2CO3>H2SiO3
與堿反應：CO2+2OH—=CO32—+H2O CO2+H2O+CO32—=2HCO3— CO2+OH—=HCO3—
思考：CO2通入NaOH溶液中生成的鹽是什么？
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
思考：盛放堿液的試劑瓶為什么不能用玻璃塞？
氧化還原性
三、Na2CO3與NaHCO3的比較
Na2CO3 NaHCO3 俗稱 純堿（蘇打） 小蘇打 溶解性 易溶 易溶 溶液度Na2CO3> NaHCO3 穩定性 穩定 不穩定 與酸反應出CO2速率 慢（分二步）
CO32—+H=HCO3—
HCO3—+H+=H2O+CO2 快（一步）
HCO3—+H+=H2O+CO2 相互轉化
方程式如下：
Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3
NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O
四、知識網絡
（一）碳及其化合物
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）44-0130-02
材料是社會文明的一個重要標志，也是當今社會各個國家與地區發展基礎工業和開發新技術、新行業的源泉和動力。新材料的開發和使用，不僅需要材料研究的創新性思維，而且需要材料科學與技術人才的創新精神。當前，隨著材料學的快速發展，將對材料人才提出了更多更高的要求，由原先的單一技術型人才逐步轉變為具有多層次、多學科交叉的復合型人才[1，2]。復合材料學科近年的發展也反映了社會對材料的要求，人們對多功能材料的需求和要求也在不斷提高，這加重了對學習材料人的要求，對于各類材料的結構原理及其制備技術需要更多的了解。無機非金屬材料不僅是復合材料專業的必選課程，而且也是一門材料學科的綜合性課程。該課程主要講解無機非金屬材料的定義、分類，以及無機非金屬材料的共性與個性；無機非金屬材料中原料的制備、配合料的計算、成型、干燥和燒成等生產工藝以及介紹無機非金屬材料現在的發展狀況與研究方向。復合材料專業開設無機非金屬材料課程的目的是讓學生能夠了解無機非金屬材料的基本知識，在學習復合材料專業的同時，拓展自己的學科知識，深化自己的專業領域，這對于增強學生就業競爭能力具有重要意義。
一、復合材料專業開設無機非金屬材料的必要性
無機非金屬材料是一門歷史悠久的學科，在人類發展的歷史上扮演著重要角色。在當今社會，無機非金屬材料在建筑、航空航天、交通、電子科技以及能源等方面有著不可替代的作用，是國民經濟的重要基礎。復合材料作為一門新型學科，需要與其他專業進行交流融合，無機非金屬材料與有機高分子材料、金屬材料并稱為材料界三大材料。通過對無機非金屬材料課程的學習，不僅能夠掌握無機非金屬材料的組織結構特點、制備工藝和性能特點，而且可以將其和復合材料進行對比聯系，從而更加快速地學習復合材料。單一的材料已經不能滿足現在社會的要求，人們更加需要復合型材料，而無機非金屬復合材料的出現適應了社會的要求。例如在石灰漿中摻入麻繩或其他纖維用作涂墻的材料，用鋼筋、水泥、砂、石塊制成鋼筋混凝土，等等，這些都是生活中常見的無機非金屬復合材料，所以在復合材料專業中開設無機非金屬材料，不僅有利于學生學習復合材料，在以后的社會工作競爭中也有很大的作用。
二、復合材料專業開設無機非金屬材料課程的教學現狀
無機非金屬材料課程作為復合材料專業的一門專業必選課，由于它涵蓋了陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等內容，因此它比復合材料專業中開設的其他課程更加復雜。無機非金屬材料多是離子鍵、共價鍵或離子―共價混合鍵，導致材料的性能及結構特征各有特點，并且制備過程中原料的比例或制備工藝也會對材料產生巨大的改變，學生在學習過程中容易將其混淆，使得教學達不到預料的結果。教學中大多數注重理論教學，不注重實踐教學，讓學生對無機非金屬材料的了解只停留在理論知識。此外，作為一門選修課，學生對其重視程度也沒有復合材料必修課高，在學習過程中態度也會有所下降，學習效率也會降低，那么開設無機非金屬材料課程的初衷也沒有達到。
三、復合材料專業開設無機非金屬材料課程教學方法的探索
（一）教學內容的優化
由于無機非金屬材料課程包含的內容較多，有陶瓷、水泥、玻璃以及耐火材料等內容，如果每一種材料都詳細講解，課時量必然不夠，因此需要以某一種材料為主線，根據無機非金屬材料的相同點和不同點進行穿插講解。此外，在教學過程中由于教學內容較多，往往采用“填鴨式”教學，將所有的知識一股腦的塞進學生的腦中，這樣導致學生不僅沒有了解無機非金屬材料，還對教學內容產生厭倦，所以在教學過程中還要注重知識點的連貫性和層次性，準確把握重難點。在教學過程中可以借助于生活中的事物來幫助記憶，比如可以根據樹的模型，將樹干比作無機非金屬材料的組成、結構和性能。學生通過了解不同的組成，推斷出將會產生怎樣的結構，從而導致相應的性能，這樣可以讓學生抓住材料的本質，學習起來也就得心應手。然后，再由樹干發散到枝干，逐一講解無機非金屬材料課程中水泥、陶瓷、玻璃以及耐火材料的原料和制備工藝等，將內容逐漸具體化，使學生更加輕松地學習無機非金屬材料課程，讓學生由淺入深，逐步了解無機非金屬材料，從而達到掌握無機非金屬材料課程的知識。
（二）教學方法的創新
無機非金屬材料是一門具有較強理論性的課程，因此在課堂教學時，首先要調動學生的學習積極性，讓學生能夠跟著教師的步伐在上課開始提一些簡單的問題，不僅能讓學生快速進入學習狀態，也可以檢驗學生課下的復習情況。其次，記筆記對于學習無機非金屬材料是非常重要的，它不僅可以讓學生建立自己的學習方法，也方便課下的復習。另外，實踐教學是必需的，無機非金屬材料是一門理論與實踐相結合的課程，實踐教學不僅能夠讓學生掌握課本知識，還可以增強學生對無機非金屬材料的理解[3]。實驗是實踐教學的主要途徑，實驗可以培養學生的動手能力，激發學習興趣。托爾斯泰曾經說過：“成功的教學，所需的不是強制，而是激發學生的學習興趣”。此外，課堂多媒體教學的作用也很大，觀看材料的微觀組織結構視頻可以讓學生更加清晰的了解無機非金屬材料的制備過程。
（三）考核方式的改革
學習無機非金屬材料的目的是要讓學生掌握無機非金屬材料的種類、組成、共性和個性，掌握原料的制備過程和原料選擇對無機非金屬材料性能的影響，掌握陶瓷、玻璃和水泥的生產工藝流程等內容。在考核學生的學習結果時往往采用考試的方法，這樣的方法會導致學生死記硬背課本內容，給學生造成巨大的思想負擔，不利于培養學生的學習主動性和積極性，所以考試不是一種好的考核方法。采用論文考核也不是一種好的方法，現如今網絡的發達造成了利用網絡資源抄襲的現象，這樣的考核也不能達到開設無機非金屬材料課程的初衷。學習無機非金屬材料一方面是為了讓學生了解更多的材料學內容，拓展自己的視野；另一方面，通過對無機非金屬材料課程的學習可以更好地學習復合材料，因此，可以將兩者結合起來進行考核。將學生分成若干組，每一組負責完成一種無機非金屬材料設計，最后對每組成果進行評價。這樣既可以檢驗學生對無機非金屬知識的了解，也能開發學生的創新能力，從而真正體現這門課程的教學成果。
四、結語
無機非金屬材料課程一方面能夠讓學生了解無機非金屬材料的基礎知識，另一方面能夠從無機非金屬材料學習中更好地學習復合材料。本文針對當前無機非金屬材料課程在復合材料專業教學中所面臨的問題，結合復合材料專業開設無機非金屬材料的必要性和教學現狀，對教學內容、教學方法和考核方式等方面提出了一些建議，期望以此推進復合材料專業的發展，為國家培養更多優秀的人才。
參考文獻：
0 前言
隨著科學的不斷進步，新技術開始在各個領域中應用，尤其是進入21世紀以來，新的技術更是如雨后初筍般出現，我們常聽到的如納米材料的應用、超導材料的發現、新能源的研究以及光電子材料的技術發展等一系列新技術和新材料。這對我國的新材料工業來說是一次重大的發展機遇，如果能抓住這次新材料機遇，我國的工業生產將會有一個新的突破。隨著固溶物的應用和發展，固溶物的應用和研究越來越廣，尤其是近些年來在無機非技術材料中的應用，在制備無機非金屬材料中，在材料制備過程中，通過對其內部摻雜雜質、改變壓力等一系列條件，來使得非金屬材料的性質發生改變，從而賦予非金屬材料新的特性。
1 固溶物簡介
在溶液中將溶質進行溶解后，理化性質受到微量溶質的決定形成的產物為固溶體。固溶體有很多分類，一般我們根據外來的組元在固溶體中主晶相的固溶度分類，將固溶體分為有限型和連續型兩種；按照外來組元在固溶體主晶相的位置分類，可以分成間隙固溶體和置換固溶體；而若按照相圖中固溶體所處的位置，則可以分成中間固溶體和端部固溶體兩部分。在固溶體的制備方法中，一般常用的有沉淀法、電泳法、溶膠法以及絡合法等一系列傳統的方法，在最近幾年，新興了一些固溶體的制備方法，但是這些技術和方法還不是很成熟，因此在實際的生產過程中應用較少。這表明固溶體在非金屬材料中的應用還有很大的空間去探求，非金屬材料制備在固溶體中還有很長一段路要走。
2 固溶體的特性
固溶體的特性一般主要是由固溶物的組成物來決定的，在近些年的無機非金屬材料的制備中，在固溶體中摻雜一些性質獨特的物質來改變固溶體本身存在的特性，改變固溶體原有的屬性。在固溶體中，加入一些稀有元素，會將該元素的特性延伸到固溶體中，會大大提升固溶體的屬性。現在一些學者將稀有金屬添加到固溶體中，鈦使用用最廣的一種，鈦由于具有密度小，質輕，機械強度高、耐腐蝕、耐酸、耐堿等一系列性能，因此在固溶體中被廣泛的應用，摻入鈦的固溶體也會具備鈦原有的一些屬性，使得固溶體的性能得到進一步的加強。還有一些將硅、鋁以及石墨加入到固溶體中，讓固溶體擁有它們的屬性，為非金屬材料的制備提供更好的固溶體。
3 固溶體在無機非金屬材料中的應用
隨著對固溶體的研究越來越多，因此固溶體的應用也越來越廣泛，近些年，固溶體開始在無機非金屬材料中廣泛應用。
3.1 固溶體作為催化劑
在我國，一些研究人員通過將CeO2和ZrO2進行固溶作用，得到了一種新的鈰鋯氧化物的固溶體，由于之前的二氧化鈰是非常好的催化劑，在生物陶瓷材料的制備、燃料電池的電極的生產中都被用作催化劑使用，效果很好。這種由兩種氧化物固溶形成的固溶體，其既具有Ce的氧化還原性質，在4價的Ce4+氧化為3價的Ce3+時，發生氧化還原時，會對周圍的氧濃度產生緩沖的作用，其中的CeO2直接影響的是鈰鋯氧化物的固溶體的催化活性，在生物陶瓷的制備過程中，加入鈰鋯氧化物的固溶體，能有效的將Zr4+引入到立方的晶格中去，在燒結的過程中起到催化作用，使得生產出來的生物陶瓷質量高、性能強，具有一些特性。
在Mn-Ce-O的復合氧化物中，摻入一些銅粉，形成新的復合氧化物的固溶體，同樣可以在催化作用中增強其催化的作用，這是由于在合氧化物Cu.Mn―Ce―O三元固溶體中，二價的Cu2+和Mn3+進入到CeO2的晶格中去，使其形成螢石型結構的三元固溶體，這樣的催化劑在催化無機非金屬材料過程中，提高了氧的活性和吸附能力，提高了固溶體中銅和錳的分散和結合的速度，在無機非金屬中會加快化合物表面物質的還原，將催化活性能降到最低，使得生產過程中，無機非金屬材料耗能少，降低了成本。
還有一種固溶體是將TiO2中將SnO2摻雜進去形成SnO2-TiO2固溶體，主要的結構為金紅石，形成的固溶物由于酸性弱，在固溶物的表面會出現含有吸附氧，在晶格中出現晶格氧。在非金屬材料的制備中，TiO2會在反應中被SnO2反應分解，將SnO2-TiO2固溶體的比表面積增大到一定程度，將SnO2-TiO2固溶體的催化活性提升，在寬帶隙半導體的制備中能連續反應，催化活性很高。
3.2 固溶體對晶格的影響
在一種發現的鈦酸鋁固溶體，經過研究和實驗，發現鈦酸鋁具有耐火性、隔熱性以及抗震性等一系列優良特點，但是在實際的應用中，發現鈦酸鋁在高溫時，只要溫度超過800℃時，就會被分解，在1300℃以下會被分解成金紅石和剛玉，這就會讓鈦酸鋁的催化性能降低，不穩定的鈦酸鋁，要想保證其穩定性，通常會加入一些Fe2O3和MgO，使得鈦酸鋁形成穩定一點的晶格，有效地抑制鈦酸鋁固溶體的分解。在無機非金屬材料的制備中，鈦酸鋁固溶物的使用會使得生產的非金屬材料壓電性穩定、介電常數能夠大幅的提升。因此在實際的應用中，鈦酸鋁固溶體廣泛的應用到無機非金屬材料的制備中。
3.3 固溶體在新型陶瓷中的應用
在近些年，一些陶瓷公司開始研究鈦硅碳系列的陶瓷，這種新型的陶瓷具備強度高、抗壓、抗震、抗氧化等一系列優良特性，在一些陶瓷的制備中，采用氧化鋯固溶體進行新型陶瓷的應用，由于氧化鋯在高溫下的結構不同，在1200℃的溫度以下結構為單斜相，而在1200℃到2400℃之間的結構為四方晶相，在2400℃以上的結構將形成立方相。在陶瓷的制備過程中，氧化鋯固溶體在立方相結構時最穩定，在陶瓷中主要用于制備耐火陶瓷和隔熱陶瓷，因此，在制備這些新型陶瓷中，就要對燒制陶瓷的溫度進行嚴格的控制，防止溫度的變化導致氧化鋯固溶體的結構發生變化，在研究中一般采用的是溶膠凝膠法將氧化鋯固溶體摻雜進陶瓷材料中，但是摻雜的比例也會導致制備的陶瓷性能發生變化，這時將加入一定比例的Pr，加入的Pr會將定形的氧化鋯固溶體轉化為晶相結構的氧化鋯。通過實驗研究發現，不同的制備技術、不同的Pr摻雜以及不同的溫度，生產的新型陶瓷的興紙業不相同。
4 結束語
隨著科學技術的發展，新型材料將會陸續的發現，新的科學技術也會應用到無機非金屬材料的制備中。在實際的應用中，通過化合物的擁有不同的膨化系數來將不同的化合物進行固溶，形成新的固溶物來制備超低膨脹無機材料。調整化合物不同的比例也能生產出不同的熱膨脹非金屬材料。而在一些傳統的氧化鋁材料中，通過摻雜一些其他新型的氧化物制備成新的固溶物可以制成顏色不同的人工寶石；在鋯鈦酸鉛加入一些鑭系氧化物，就能夠生產出透明度很高的壓電陶瓷。固溶體的特性經過長時間的研究和分析，相信在未來的無機材料生產中應用會越來越廣。固溶體的明天將會越來越好。
