功能材料领域研究生多学科交叉融合培养探索与实践

面向高质量的资源保障和人民群众的美好生态环境需要,积极探索新时代功能材料领域研究生的培养模式,向社会输送大批具有家国情怀、多学科交叉融合、能解决重大问题的创新人才显得尤为重要。通过将思想政治工作贯穿教育全过程,树立材料学科自信,实现“立鸿鹄志、做奋斗者”的价值塑造;强化矿物资源、环境、材料等多学科交叉,以及科教、产教融合,实现“人才培养链”与“科研创新链”双链合一;以重点科研项目为载体,引领研究生全程实践,提高科研综合素质;着重培养学生的创新精神、创新能力、实践能力,全力培养学术创新精英和产业创新领袖,形成多学科交叉融合培养功能材料领域研究生的模式。该培养模式已经取得良好的人才培育效果。

《环境功能材料》专辑序言——环境功能材料在生态环境中的作用机遇与前沿动态

环境功能材料隶属化学、材料和环境交叉学科,是资源与环境领域重要的研究方向,在党中央国务院关于协同推进“降碳、减污、扩绿、增长”、在本世纪中叶全面建成美丽中国的战略目标和宏伟蓝图中起着非常重要的科技支撑作用。近年来,随着材料科学的进步和环境化学研究的不断深入,微纳米技术、精密仪器表征测试技术和计算软件模拟等新技术的引入与渗透,环境功能材料研究与应用领域迎来了重大的发展机遇,取得了一大批重要的原创性成果和突破。

污废水中污染物去除的功能材料研究进展:元素物质-合成改性-工艺工程的尺度效应

污废水中的有机污染物、重金属离子和病毒性微生物等造成了严重的水环境污染,对人体健康和生态系统也造成严重威胁,有效控制污废水的风险成为保护环境和可持续发展的重要研究方向。环境功能材料作为一类具有污染物净化效果的辅助性手段,在降低水污染风险中展现出巨大的科技潜力。本研究探讨元素物质的选择、合成改性策略和工艺工程的优化3个尺度层面的现状与发展;以碳元素、硅元素和金属元素为例,介绍新型功能材料的特征;从溶剂热法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、化学气相沉积法、绿色合成法以及表面功能化改性讨论了合成技术策略;关于工艺工程应用方面,固定床-吸附床-流化床、电场-光场-磁场、物理-化学-生物、循环-再生-处置和协同放大效应等的产业生产/连续运行方面值得关注;在性能、经济性、环境影响和可持续性方面进行评价,强调了安全-稳定-长效-满负荷-优化的工艺工程技术应用目标。未来的环境功能材料发展应聚焦3D打印材料在污废水处理中的应用、智能工艺和智慧管理、群体感知和信息诊断以及场域效应和量子探针等技术方向的结合,在水质改善-材料功能挖掘-可持续循环发展方面提供新的技术领域。

“双一流”建设背景下基于“产学研用”思路的环境功能材料课程教学改革探讨

在“双一流”建设背景下,推进课程教学的“产学研用”深度融合是提升研究生培养质量以满足新时期高层次人才新需求的有效途径。本文在“产学研用”教学一体化背景下,基于目前环境功能材料课程教学存在问题,对“产学研用”一体化教学机制、教学内容和教学模式、教学手段以及教学评价体系等方面的课程教学建设进行改革探索,以期提高该课程教学质量的同时,强化对学生专业能力、科研能力和实践能力的培养,并为推动培养全方位高质量人才与社会人才需求的有效衔接提供一定参考。

《环境功能材料》教学改革的探索与实践

《环境功能材料》是环境科学与工程专业重要的课程之一,该课程作为一门涉及材料、化学、物理等多领域的交叉学科,为我校环境科学与工程专业本科生提供了前沿的知识和技能。该课程的设置旨在让本科生系统地掌握环境功能材料基础理论,并结合自己的专业背景应用在环境污染治理问题上,因此课程教学就显得尤为重要。本文针对目前教学中存在的问题进行分析与反思,并对课程内容、教学方法、考核方式等进行了一定的探索与实践,以期更好地满足于环境科学与工程人才培养的需求及专业的发展。

环境功能材料催化重金属钝化研究进展

工业生产过度排放重金属进入环境后的蓄积和迁移严重污染了土壤和水体环境,给生物体带来了毒害作用,环境功能材料由于其成本低、效果显著和使用便利得到广泛应用。环境功能材料的开发已成为电催化、光催化、催化臭氧氧化等污染控制技术研究的热点。本文通过综述了环境纳米材料、矿物质材料、生物质炭等对重金属的钝化作用,通过经典的物理、化学和生物修复工艺,通过直接与土壤重金属作用,使得他们产生各种化学反应,因而有效降低了土壤中毒性重金属的生物效能和迁移能力。

弹性支撑功能梯度微圆柱壳模态频率的研究

在建立弹性支撑功能梯度薄壁微圆柱壳模型的基础上,基于修正的偶应力理论和一阶剪切变形理论,推导了微圆柱壳的模态频率方程,讨论了弹性支撑、尺寸效应、温度梯度、材料组分指数、孔隙以及几何尺寸等参数对微圆柱壳模态频率的影响。结果表明:微尺度下,弹性刚度系数在0~105N/m^(3)范围内对微圆柱壳的模态频率基本无影响,剪切刚度系数在0~5×10^(4)N/m范围内对模态频率的影响较大,且增大剪切刚度系数有益于提高微圆柱壳的模态频率;由修正的偶应力理论得到的模态频率大于由经典连续体理论得到的模态频率;在弹性支撑和尺寸效应有无考虑的4种组合下,模态频率随温度梯度和微圆柱壳长度的增大而减小,随陶瓷体积分数指数的增大而增大,随孔隙体积分数和微圆柱壳厚度的变化规律不同;温度梯度对考虑尺寸效应或弹性基础的微圆柱壳模态频率影响较大,而孔隙调节具弹性支撑微圆柱壳的模态频率尤其显著。

无机改性膨润土环境功能材料控制水污染的研究进展

无机改性膨润土制备环境功能材料的方法主要有无机盐改性、无机柱撑。介绍了无机盐改性膨润土、无机柱撑膨润土环境功能材料的水污染控制作用原理,并详细综述了两种无机改性膨润土环境功能材料在水污染控制中的研究新进展,提出了无机改性膨润土作为环境功能材料应用于水污染控制需进一步研究的问题。

电气石的环境功能属性及其复合功能材料应用研究

电气石是非金属矿物领域中较为重要的一类硅酸盐类矿物,属非可再生类天然矿物。电气石晶体具有化学成分复杂、晶形及颜色多样等特征。电气石晶体内部的物质及结构特征,使其具有压电性、热释电性、自发极化效应和释放负离子等特性。近年来,关于利用电气石的环境功能属性制备各类复合功能材料的研究已成为备受关注的热点。基于电气石的来源、分类、晶体内部物质成分与结构组成等,概述了电气石的理化结构特征及各环境功能属性,进而论述电气石及其复合功能材料在各个实际领域中的应用,归纳并总结电气石在现今环境污染治理应用当中存在的相关问题,最后对电气石及其复合功能材料的发展前景进行了展望。

环境功能材料在阳离子染料废水处理中的应用研究进展

主要介绍了固体废弃物、天然矿物和纳米功能材料等3种类型的环境功能材料在阳离子染料废水处理中的应用研究进展,并对阳离子染料废水处理技术的发展进行了展望。

湿热环境下多孔功能梯度圆管的非线性弯曲行为

圆管作为重要的工程结构,广泛应用于各个领域,其几何特征特殊,传统的梁理论不能满足其内外表面切应力为0的边界条件,采用合适的梁理论对其进行研究至关重要.文章采用一种修正的高阶剪切变形梁理论,研究了湿热环境下多孔功能梯度圆管的非线性弯曲行为.考虑材料物性与温度相关,基于修正的高阶剪切变形梁理论和von Kármán非线性理论,利用最小势能原理,建立了多孔功能梯度圆管的非线性弯曲控制方程,采用二次摄动法对控制方程进行求解,通过数值算例讨论了孔隙分布模型、孔隙率、梯度指数、内半径、湿度和温度对多孔功能梯度圆管非线性弯曲行为的影响.提出了针对湿热环境下多孔功能梯度圆管的非线性弯曲行为分析方法,得到了该问题的半解析解,将为优化多孔功能梯度圆管的结构和材料参数提供理论依据.结果表明:当孔隙率较大时,非均匀孔隙分布模型比均匀孔隙分布模型的多孔功能梯度圆管具有更好的抗弯曲变形能力,因此在实际轻量化设计过程中,孔隙分布应优先采用非均匀分布模型.

环境功能材料羟基磷灰石改性的研究进展

羟基磷灰石(HAP)有特殊的晶体化学特征,有良好的离子吸附和交换性,是一种新型的环境功能材料。通过制备方法的优化和新型处理技术对HAP改性,使HAP得到细化、均化、活化的作用,达到纳米级材料, 提高了它的吸附性能,在环境治理领域具有良好应用前景。本文综述了HAP环境功能材料改性的研究进展,并对其提出了相应的设想和展望。

基于傅里叶红外光谱的生物质环境协调功能材料制备机理及性能研究

以废弃核桃壳为载体材料、癸酸为相变材料,采用微波加热法制备癸酸/多孔活性炭功能材料。采用傅里叶红外光谱仪对癸酸/多孔活性炭功能材料制备过程各阶段的合成物质进行测试,即活性炭前驱体制备阶段、多孔活性炭制备阶段和癸酸/多孔活性炭功能材料制备阶段。研究癸酸/多孔活性炭功能材料制备过程中多孔活性炭复杂网络结构形成机理、癸酸嵌入方式、癸酸与多孔活性炭的嵌合机理,阐明微波加热法制备癸酸/多孔活性炭功能材料的相关机理。同时采用动态水分吸附分析仪、差示扫描量热仪和环境测试舱对癸酸/多孔活性炭功能材料的湿性能、热性能和吸附性能进行测试。结果表明:癸酸/多孔活性炭功能材料具有发达的孔结构和复杂的网络结构,其中部分孔隙吸附癸酸,部分孔隙吸附甲醛分子,孔隙表面具有亲水性的官能团吸附水分子。癸酸/多孔活性炭功能材料具有较好的湿性能、热性能和吸附性能,其在相对湿度40%~60%,平衡含湿量为0.063 1~0.257 0g·g^(-1);相变温度为27.42~33.96℃,相变焓为52.14~52.67J·g^(-1);经过4h对甲醛气体的吸附效率为50.57%。

生态环境功能材料研究进展及复合型产业技术人才培养

本文介绍了生态环境功能材料的基本概念、研究内容、测试技术与标准化研究进展,以及生态环境功能材料复合型产业技术人才培养模式。分析了无机非金属矿物材料在生态环境功能材料领域的应用状况,提出微环境调控功能材料及制品将在二十一世纪具有广阔的应用前景。

复杂载荷环境变厚度功能梯度组合梁镍钛合金钢丝绳非线性减振分析

本文对弹性边界和热环境下带有镍钛合金钢丝绳(NiTi-ST)的变厚度功能梯度材料组合梁(FGMs)的力学性能和非线性振动控制进行了研究。根据Euler-Bernoulli假设,建立了带有镍钛合金钢丝绳的变厚度功能梯度材料组合梁的能量表达式。基于瑞利–里茨法,求解了弹性边界和热环境下的变厚度功能梯度材料组合梁的固有频率和模态函数。通过有限元法(FEM)和理论结果的比较,验证了理论方法的正确性和收敛性,讨论了梁的厚度参数和环境的温度对系统固有特性的影响。此外,利用拉格朗日方程,推导了系统的动力学方程。应用谐波平衡法求得系统的幅频响应曲线,研究了镍钛合金钢丝绳的非线性减振性能。

木质材料对环境温湿度调节功能的研究现状

介绍了木质材料特有的环境调节功能,说明了对其进行研究的目的和意义;重点对木质材料对环境温湿度的调节作用及其在国内外研究现状进行了详细阐述,最后就木质材料环境调节特性的研究及发展趋势提出了建议。

功能薄膜材料的环境协调性制备技术研究进展

在对环境协调性制备技术进行了概述的基础上,对目前最有希望的几种功能薄膜材料环境协调性制备技术分别进行了介绍,特别重点介绍了软溶液工艺技术的优势和发展趋势。针对上述功能薄膜材料的环境协调性制备技术的不足之处,对今后的发展方向提出了展望。

生态环境功能材料领域的研究进展及学科发展展望

资源匮乏、能源短缺、环境恶化已经成为关系到当今社会能否持续发展的三大问题。材料作为社会进步的先导和基础,为人类带来巨大物质财富的同时也引发了材料制造、使用及废弃过程中能源资源的过度消耗以及环境负荷的激增问题。随着人们对环保、健康和公共卫生安全意识的显著增强,集“材料-环境-生态-健康”设计理念于一体的生态环境功能材料越来越受到学术界、产业界与教育界的广泛关注,正逐渐成为材料科学与工程学科及战略性新兴产业发展的新增长点。生态环境功能材料的研发不仅遵循材料生命周期评价原则、倡导绿色材料技术、赋予功能材料以优异的环境协调性,而且更加注重环境净化、环境修复、有益健康等生态环境健康功能。非金属矿物不仅种类繁多、储量丰富、价格低廉,而且具有与自然环境协调性最佳的特点,这使其在制备生态环境功能材料的过程中具有天然优势。目前,以天然矿物资源为主要原料开发的生态环境功能材料在环境污染防治和微环境调控功能方面已展现出巨大的应用潜力。本文介绍了生态环境功能材料的内涵、基本概念和新发展,以海泡石、蒙脱石、电气石、硅藻土、生物炭和铁尾矿等矿物为主要原料系统地构筑了典型生态环境功能材料的研究进展和发展动向,分析了生态环境功能材料学科研究和产业发展趋势,以期为生态环境功能材料产业的未来发展和创新人才的培养提供参考。

构筑功能材料“神奇伊甸园”——访中科院物理研究所“百人计划”特聘研究员龙有文

从小，物理老师就告诉我们“热胀冷缩”的基本常识．但是，亲爱的读者朋友们，您见过“热缩冷涨”的物体吗？大千世界，无奇不有。在中科院物理所龙有文所构筑的神奇的物理材料“伊甸园”里，材料不只可以实现“热缩冷涨”：还能满足在一定条件下，不热涨，不冷缩等一系列在”常识世界”里想也不敢想的要求。