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工业结晶论文

工业结晶论文范文第1篇

关键词:固体物理;教学内容;教学改革;教学方法;双语教学

中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)21-0072-02

自20世纪50年代以来,以固体物理的能带理论为基础,固体物理学得到了飞速发展。科学家在磁学半导体、超导、激光等现代科学研究领域获得了重大进展,相关研究成果已经迅速转变为实际生产力,并带动了相关信息科学技术群的高速发展。在20世纪50年代末,“固体物理”被采纳为我国物理专业的一门基础课,是在物理专业课程设置上最为显著的一项改革。[1]

固体物理学通过研究固体的结构,及组成固体的粒子之间相互作用与运动规律来阐明其性能和用途。固体物理学涉及的内容包括固体中的原子结构、晶体结合规律、固体电子运动方程及能带结构、金属导体的导电机制、半导体的基本原理、超导性的基本规律等,因此,“固体物理”已成为物理学科和材料学科的专业主干课之一。中国石油大学(华东)为教育部直属的行业特色鲜明的工科重点大学,目前“固体物理”课程已在材料物理、材料科学与工程、光信息科学与技术三个专业开设,并拟在应用物理学专业开设。

本文从中国石油大学(华东)(以下简称“我校”)目前的固体物理本科教学实际情况出发,针对不同专业对固体物理知识需求的不同,对课堂教学内容进行优化整合,并结合现代多媒体技术对教学手段和方法提出合理改革措施并在授课过程中进行了实践。

一、教学内容的改革与实践―― “一个平台,三个知识模块”教学模式的建立

“固体物理”课程内容丰富,体系庞大,涉及到“普通物理”“理论力学”“量子力学”“热力学统计物理”等多门课程,而目前国内各个高校“固体物理”课程的授课学时受到了总学时的限制。因此如何在有限的学时内把固体物理的精髓讲授给学生,需要针对学生的不同专业特点和对固体物理的要求来精选授课内容。

我校有三个专业开设“固体物理”课程,分别为材料物理专业(64学时专业必修课)、材料科学与工程专业(32学时专业限选课)、光信息科学与技术(32学时专业限选课)。由于各个专业的特点及对固体物理的要求不同,因此在授课过程中授课内容必定有所差异。

我校材料物理专业的学生毕业后一部分在企事业单位从事材料分析与检测或材料制备工作,一部分继续读研深造。学生在大学前两年的学习中已系统学过“普通物理”“量子力学”“热力学统计物理”等课程,物理背景明显,物理知识扎实,并且在以后的学习和工作中对固体物理要求较高。根据这一实际情况,笔者选用山东大学出版的物理基地班教材,在对材料物理专业讲授时主要包含以下六部分内容:一是晶体的结构,在这部分中主要讲授固体物理的基本概念,如晶体的共性、堆积模型、布拉菲点阵等内容;二是晶体的结合类型,主要从晶体结合的物理本质出发阐述导致不同结合类型的原因;三是晶格振动与晶体热学性质,在该部分中主要有简单到复杂的讲解一维晶格振动、三位晶格振动及晶格振动的热容理论;四是晶体的缺陷,主要讲晶体缺陷的基本量类型、性质及缺陷的扩散和缺陷的统计;五是晶体中的电子能带理论,主要讲布洛赫波、一维晶格中近自由电子的近似、能带理论等,并由此讲解导体、半导体、绝缘体形成的本质和差异;六是自由电子论和电子的输运性质,主要讲电子气的费米统计,利用费米统计理论和能带理论对金属的电导、热导等电子输运特性进行系统分析。该六部分内容基本包含了晶体物理学的主要内容,就后期学生深造所需的表面物理、非晶态物理等很少涉及。该内容已在材料物理专业2004~2008级5届学生中讲授过,学生反映良好。

针对材料科学与工程专业学生开设“固体物理”课程,其为32学时专业限选课。考虑到该专业学生没有系统学习过“理论物理”“热力学统计物理”“量子力学”等课程,物理背景相对较弱,但在先修课程中已学过“材料科学基础”“材料工程基础”“材料力学性能”等课程,因此笔者在讲授“固体物理”课程时从学生实际知识背景和学时要求出发,弱化课程涉及到的具体理论推导,强化模型思想对部分推导直接得到结论。从学生本身知识背景考虑,在课程教授时主要讲解以下三部分内容:一是晶体的结合类型,该部分内容与材料物理专业一致;二是晶格振动与晶体热学性质,在该部分中笔者弱化理论推导,而是通过近似的思想给出热容的爱因斯坦模型和德拜模型;三是晶体中的电子能带理论,讲解内容与材料物理专业一致,但在授课过程中涉及到量子力学的内容直接给出结论而略掉具体推导过程。与材料物理专业相比,材料科学与工程专业学生的授课内容和授课学时均有所减少。比如对于晶体结构和晶体的缺陷等内容直接略掉,这是由于学生在先修课程材料科学基础中已经讲解过,这样就避免了不同学院在授课过程中的内容交叉。对于想继续考研深造的学生,笔者一般建议跟随材料物理专业学生上64学时课程。该部分内容在2002~2008级7届学生中讲授过,学生反应较好。

光信息科学与技术专业隶属中国石油大学(华东)理学院,该专业学生的物理知识较材料科学与工程专业学生教深,其专业就业领域为光电子产品与技术领域。光信息科学与技术专业开设32学时“固体物理”专业限选课。与材料科学与工程专业相比,开设课程学时虽然相同,但学生的专业知识背景和对固体物理的要求并不相同。该课程主要教授以下内容:一是晶体的结构,该部分内容与材料物理专业一致;二是晶体的结合,主要讲晶体结合的物理本质,并因此而导致的不同晶体结合类型,应力和应变的内容因涉及到矩阵推导而去掉;三是晶格振动与晶体热学性质,该部分内容与材料专业大概一致,但弱化具体推导,比如晶格振动的长波近似等内容,直接给出结论;四是晶体的缺陷,主要讲晶体缺陷的基本量类型、性质,而缺陷的扩散和缺陷的统计只做定性分析。与材料物理专业相比,受到客观原因限制,光信息科学与技术专业学生的授课深度有所降低,授课内容和授课学时均有所减少。该部分内容已在光信息科学与技术2006~2011级6届学生中讲授过,学生反应良好。

通过对课程内容的认真分析,并针对我校三个不同专业的课程特点及对固体物理的需求,笔者在多年实践的基础上实现了“固体物理”教学“一个平台,三个知识模块”的教学模式,为其他相似课程的建设提供了一定的借鉴意义。

二、教学方法和手段的改革与实践

“固体物理”课在授课过程中涉及到较多的理论推导,一般采用传统的板书授课形式。板书授课可以保证学生与教师思维的同步,加深学生对知识点的理解。但板书在课堂教学过程中会占用相当的课堂时间,降低课堂学习效率和信息量,且长时间板书会导致学生课堂注意力下降,主动参与学习的积极性降低。从课程特点来看,某些教学内容单靠板书学生理解难度较大,比如晶体周期性结构、密堆积模型的六角密排和立方密排、倒格矢、倒格空间等。传统的课堂板书教学方式在“固体物理”教学时遇到了极大的困难。鉴于此,传统的板书教学方法需要改革。

自20世纪90年代以来,随着计算机技术的迅速发展,多媒体技术已成为“固体物理”教学现代化教学手段的重要组成部分。在“固体物理”教学过程中晶格振动、固体、能带理论、电子输运等内容,要用到量子理论、理论力学、热力学统计物理等知识,且要用到高度抽象的波矢空间,该部分知识点一直是教师上课的重点和学生学习的难点。借助计算机技术可以把图片、文本、声音、视频等诸多要素集成在一起来改变教学信息的包装形式,直观地用动态的画面解释晶体的微观及宏观结构和有关的物理规律,从而提高教学内容的表现力和增强教学过程中的直观感染力。而且可以方便现在常用“固体物理”教学模式设计,提高现有教学模式的教学效率和质量,以达到优化固体物理教学的目的。[2]如在讲到晶体的密堆积模型时,学生对六角密排和立方密排感到难以理解,笔者利用3DS MAX动画制作软件及MS、CASTEP等计算软件的绘图功能制作了晶体结构的三维图像及视频,从而充分向学生展示其堆积方式及堆积过程,学生反映良好,收到了较好的教学效果。

多媒体技术授课方式同传统的板书教学相比有其自身的先进性,如教师提前制作多媒体课件可节省大量的板书时间,可提高课堂效率、增加课堂教学内容的信息量;多媒体课件的直观性、新颖性特点,可提高学生的课堂兴趣。但“固体物理”课程理论性很强,如果课堂教学完全依赖多媒体课件会导致学生忽略课程内容学习,而把注意力转移到课件本身上去;多媒体课件可节省课堂板书时间,增加课堂内容的信息量,但同时导致课堂进度紧凑,学生在课堂学习过程中思维紧张,没有充分的时间对知识点深入理解和吸收。因此,通过多年的教学实践,在教学过程中笔者采用了课堂“板书教学+多媒体教学”相结合的教学模式。如在讲解晶体结构时,笔者通过板书提示类型,但具体结构通过多媒体课件展示;对于晶体热容的模型、能带理论等内容,通过多媒体课件给出主要推导步骤,但具体推导过程利用板书进行,从而增加学生的理解时间等。在多年的教学实践中,笔者对课堂板书教学+多媒体课件教学的比例进行了探讨,但得出的结论是:由于专业的不同和面对学生的不同,其比例关系不能一概而论,教师仍为课堂教学的主导,应根据课堂教学的实际情况来调整其比例关系,充分发挥板书和多媒体课件的优势,达到最佳教学效果。

三、网络资源及“课堂教学+网络自学”立体化教学模式的研究与实践

在多年的“固体物理”教学实践过程中,由于专业课的性质,课堂教学具有难以重复性,因此学生课堂听课的效果很大程度上决定了学生掌握知识的程度。借助中国石油大学(华东)“固体物理”校级精品课培育项目的进行,笔者尝试进行网站建设,制定了“固体物理”教学资料的上网计划。目前“固体物理”课程已具备教材、教学大纲、教案、讲稿、试题库等教学辅助资料。网站一旦运行,即可形成“课堂教学+网上自学”的立体化教学模式,从而摆脱学生仅依赖课堂学习的传统学习方式。

四、结束语

随着21世纪固体物理学科的发展及现代化技术的进步,对高等教育提出了巨大挑战,“固体物理”教学的改革势在必行。通过多年教学实践和研究,在我校的“固体物理”课程教学内容中实现了“一个平台+三个知识模块”的教学模式,对“固体物理”的教学方法和手段的改革及新的学习模式进行了一些有意义的探索和实践,并取得了良好的效果。

参考文献:

[1]黄昆,韩汝琦.固体物理学[M].北京:高等教育出版社,1997.

工业结晶论文范文第2篇

关键词:工业萘 精萘 熔融结晶

中图分类号:TQ241.52 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)01(b)-0000-00

第一章 实验部分

1.1药品与设备

1.1.1实验药品

由鞍钢化工总厂精萘车间生产的工业萘

1.1.2实验设备

1.2实验步骤及工艺流程

1.2 1实验步骤

将工业萘加热至85℃,全部熔融后装入结晶器内。将结晶器水套(超级恒温水浴)温度升高,控制在85℃。恒温30分钟后开始以一定的降温速度进行降温。当达到所需要的温度后继续进行恒温。若干小时后开始放出液体,装入接受瓶内。然后再继续升温升至85℃,将剩余物料放出,装入另一个接受瓶内,进行熔点测定。

1.2.2工艺流程图

1.3实验结果分析方法

1.3.1测定熔点的方法

本次实验采用的是对熔点进行测定,利用测得的熔点来分析精萘产品的纯度。

1.3.2测定熔点的步骤

1.将热台放置在显微镜底座上,并使放入盖玻璃片的端口位于右侧。

2.取两片盖玻片(干净、干燥的),在一片上放适量的待测物品(不大于0.1mg),并使药品均匀分布,盖上另一片载玻片,轻轻压实,然后放置在热台中心,盖上隔热玻璃。

3.调整好显微镜,直到目镜中能清晰看到热台中待测物体的象为止。

4.打开电源开关,仪表上显示出热台的即时温度值。将开关拨向自动控制。

5.观察被测物料的熔点过程,纪录初熔和全熔时的温度值,用镊子取下隔热玻璃和盖玻片,即完成测试。

1.3.3原料的熔点与纯度的关系

根据资料查得原料的熔点与纯度关系表如下表1.2。

1.4实验结果分析

1.4.1原料纯度的测定

原料纯度对结晶操作起着重要的作用,根据纯度可以确定熔融结晶的操作温度。萘的纯度测定采用熔点法,鞍钢工业萘的纯度见表1.3。

1.4.2.结晶时间对产品的影响

试验采用不同的结晶时间对工业萘进行第一步纯化处理,其实验结果见表1.4。

1.4.3.降温速度对产品的影响

试验控制原料工业萘初始温度在85℃,结晶温度为78℃,结晶时间为20h时,采用不同的降温速率,对工业萘的第一步纯化进行了考察,实验结果如表1.5所示。

对于降温过程中,降温速率增大,结晶率也增大,晶体的纯度就会降低。

1.4.4.恒温时间对产品的影响

试验在原料工业萘初始温度在85℃,结晶温度为78℃,结晶时间为20h时,降温速度为2℃/h时,采用不同的恒温时间,考察工业萘第一步结晶的效果,结果见表1.6。

通过上表可以得出,恒温时间越长,纯度越高。但是它收率就会降低。在生产中,一定要严格控制恒温时间,才能得出相对较高的收率和纯度。

1.4.5.结晶步骤对产品的影响

试验在原料的初始温度在85℃,第一步结晶温度为78℃,第二步结晶温度为78.5℃,结晶时间为20h时,降温速度为2℃/h时,恒温时间为16.5h,采用两步结晶工艺,第二步的结晶原料为第一步的结晶产品,考察工业萘的两步结晶的效果,结果见表1.7。

经过分析发现,第一步的纯度比第二步的纯度高,可以发现随着操作步骤的增多,产品的纯度就越高。由此表明在相对稳定的条件下,经过多次重复操作能得到较高纯度的萘,完全可以达到工业生产的目的。

结论

通过本次实验,得出以下结论:

1.用熔融结晶法从工业萘中提取精萘的方法可行。此操作方法工艺简单,操作方便,能耗低、不需要溶剂等优点。

2.实际操作时应采取多部结晶工艺,经过多次结晶,这样可以使产品的纯度提高。

3.对于纯度为95%的工业萘,在原料的初始温度在85℃,第一步结晶温度为78℃,结晶时间为20h时,降温速度为2℃/h时,恒温时间为16.5h,在这种条件下,纯度可以提高1个百分点。

工业结晶论文范文第3篇

[关键词]半导体;晶体管;超晶格

中图分类号:O47

文献标识码:A

文章编号:1006-0278(2013)08-185-01

一、半导体物理的发展

(一)半导体物理早期发展阶段

20世纪30年代初,人们将量子理论运用到晶体中来解释其中的电子态。1928年布洛赫提出著名的布洛赫定理,同时发展完善固体的能带理论。1931年威尔逊运用能带理论给出区分导体、半导体与绝缘体的微观判据,由此奠定半导体物理理论基础。到了20世纪40年代,贝尔实验室开始积极进行半导体研究,且组织一批杰出的科学家工作在科学前沿。1947年12月,布拉顿和巴丁宣布点接触晶体管试制的成功。1948年6月,肖克利研制结接触晶体管。这三位科学家做出杰出贡献,使得他们共同获得1956年诺贝尔物理学奖。

晶体管的发明深刻改变人类技术发展的进程与面貌,也是社会工业化发展的必然结果。早在20世纪30年代,生产电子设备的企业希望有一种电子器件能有电子管的功能,但没有电子管里的灯丝,这因为加热灯丝不但消耗能量且要加热时间,这会延长工作启动过程。因此,贝尔实验室研究人员依据半导体整流和检波作用特点,考虑研究半导体能取代电子管的可能性,从而提出关于半导体三极管设想。直到1947,他们经反复实验研制了一种能够代替电子管的固体放大器件,它主要由半导体和两根金属丝进行点接触构成,称之为点接触晶体管。之后,贝尔实验室的结型晶体管与场效应晶体管研究工作成功。20世纪50年代,晶体管重要的应用价值使半导体物理研究蓬勃地展开。到了20世纪60年代,半导体物理发展达到成熟和推广时期,在此基础上迎来微处理器与集成电路的发明,这为信息时代到来铺平道路。1958年,安德森提出局域态理论,开创无序系统研究新局面,这也为非晶态半导体物理奠定基础。1967年,Grove等人对半导体表面物理研究已取得重要进展,并使得Si-MOS集成电路稳定性能得以提高。1969年,江崎与朱兆祥提出通过人工调制能带方式制备半导体超晶格。正是在半导体超晶格研究中,冯·克利青发现整数量子霍尔效应。在1982年,崔琦等发现了分数量子霍尔效应,这一系列物理现象的发现正揭开现代半导体物理发展序幕。

(二)半导体超晶格物理的发展

建立半导体超晶格物理是半导体的能带理论发展的必然。之后,人们对各种规则晶体材料性能有相当认识,从而开创以能带理论作为基础的半导体物理体系,也借助其来解释出现的一系列现象。1969年与1976年的分子束外延和金属有机物化学汽相沉积薄膜生长技术正为半导体科学带来一场革命。随微加工技术的逐步发展,加之超净工作条件的建立,实现了晶体的低速率生长,也使人们能创造高质量的异质结构,同时为新型半导体器件设计及应用奠定技术基础。1969年,江崎和朱兆祥第一次提出“超晶格”概念,这里“超”的意思是在天然的周期性外附加人工周期性。1971年,卓以和利用分子束外延技术生长出第一个超晶格材料。从此拉开了超晶格、量子点、量子线和量子阱等等低维半导体材料研究序幕。

二、半导体物理的启示

综上所述,文章简单地对半导体物理的一个发展历程进行了回顾,并可以从中得到以下几点启示:

(一)半导体物理的发展一直与科学实验与工业技术应用紧密联系

20世纪30年代之前,人们已经制成整流器、检波器、光电探测器等半导体器件,同时在实验中发现金属——半导体的接触材料上一些导电特性,可是无法理解这其中的物理机理。一直到能带理论建立后,基础建立起金属——半导体接触理论。随后,在实验过程中却发现该理论与实验测量是有出入的,又提出半导体表面态理论。正由于考虑到半导体表面态影响,贝尔实验室才能成功研制晶体管,这又促进半导体物理发展。不难发现,半导体物理的发展与实验是离不开的,因新的实验结论推动相应理论的建立,而理论发展又会反过来去指导实验的研究。19世纪30年代法拉第发现电磁感应定律,这为电力的广泛应用奠定理论基础,架起电能和机械能相互转化的桥梁,为第二次工业革命铺路。晶体管的成功研制,大规模与超大规模集成电路出现,导致第三次工业革命。这都是涉及信息技术、新材料技术、新能源技术、空间技术和生物技术等众多领域的一场信息技术革命。

工业结晶论文范文第4篇

从岗前培训到岗位入职,两个多月的时间犹如白驹过隙,所幸我能逐步地从滨松光子的规章制度、精神文化及历史使命,到公司的主要产品(pmt)及上下游产业链等方面取得初步的了解与认识。在领导与同事们悉心地指导和帮助下,我对闪烁体部的特色文化、主要产品及各个工序与作业等都主动的进行了学习与实践,同时我也意识到自己由于初涉职场,在工作、生活等方面还存在很多的不足。下面就这段时间的实习经历,基于收获与存在的不足两方面进行剖析与总结,使自己早日成为公司的优秀员工,与滨松共同成长与发展。

一、 对闪烁体部及各个工序的学习与认识

在蒋经理、张老师等领导的关心下,由师父韩工和小闫的悉心指导和帮助,先后深入部门各个工序进行观摩与学习,对每个工序都有了初步的了解,熟悉并了解了各个工序及作业的任务与流程。

1) 晶体生长

通过理论学习与主动实践,了解了晶体生长的工艺流程,如设计配料与装料、抽真空与封焊工艺、装炉、温场设计、调试与记录以及出炉等,每个作业都有很多技巧,均为非实践不能领悟的技艺,在以后的工作中需向王师傅等同事求教,加以深入学习并掌握。

2) 晶体加工

晶体加工是部门最重要的工序之一,同时缘于工作所需,入职以来在加工学习的机会较多。加工主要有晶体条(块)与阵列等作业,还包括内外圆、划片机、铣床、车床等在内的大型加工机床等。通过同事们悉心的授教与自我总结,使我获益匪浅。其中个别作业可独立操作,如img-m2d二维影像测量软件的应用、晶体打磨与抛光等作业。

3) 阵列

阵列是部门最重要、要求最高的工序之一。阵列置于二楼,主要包括灌胶、打磨与抛光(底表面、侧面与端面)、大nai封装、性能测试(光输出、余辉等)等作业。在刘工、姚工等的指导下,对晶体测试、封装、阵列及晶体条的打磨与抛光均有了初步的认识。学会了独立用特氟龙封装需要光输出测试的晶体,同时结合理论学习,熟悉了性能测试基本原理等有关知识。另外,由于岗位工作所需,在小闫师傅等的指导下,学会了独立操作金刚石线切割机进行cwo晶片切割、籽晶加工等操作,也掌握了一些常见问题的解决方法。

4) 提纯

提纯不像其他工序那么显眼,但是对部门却极其重要。在同事的指导下,我了解了提纯的几个基本作业,如溶料、水浴洗料、过滤、煮料、水浴结晶、真空烘料等。企业对生产废料的处理及回收利用都是非常的重视,特别是对于生产原料极其昂贵、加工废料比例极大,存在潜在污染环境等因素的企业,提纯工艺更具有全局意义。并且由于近期原料供应紧张,提纯的重要性尤为凸显。

5) 塑料闪烁体

塑闪工序生产的塑料闪烁体为部门填补了有机闪烁体领域的空白,可以发挥塑料闪烁体尺寸大、价格低、产品尺寸形貌多样化等优点,与部门传统优势产品——无机闪烁体(csi(tl)等)形成优势互补。该工序主要包括原料的分馏与提纯、聚苯乙烯的聚合(添加发光物)、加工、打磨与抛光、测试与封装等。目前,塑料闪烁体在产品闪烁性能、成本控制上还有很多需要改进与提高的地方。

6) 科研

所有的科研活动都必须要源于生产,服务于生产。所以,自从我被安排到科研岗位,在师父韩工与小闫的影响下,我深知要想搞好科研,除了要有扎实的理论基础,还必须要立足于生产,扎根于生产一线。自己不仅要能够开发出新的产品,还要能够全面了解甚至大体上掌握新产品的生产、加工、测试、包装、市场及原料的回收利用等工序。同时只有科研人员在全面掌握产品从研发到生产再到销售等的全部流程后,才能在其过程中发现问题与不足,才能逐步改进、创新,最终促进科研,使科研更有价值。

目前,部门主要的科研项目有大尺寸nai项目、半导体材料tlbr项目、纯csi项目及cwo研制项目等,本人所在岗位属cwo研制项目组。

二、对本职岗位的学习与认识

在张老师的带领下,由韩工等前辈同事将cwo项目从无到有、从立项到搭建生长炉、从无数次的温场设计与调试到第一个晶体的试生长,从晶体存在大面积开裂、粘锅、着色、性能低劣等缺点到能够生长出完好、着色明显改善、性能显著提高的晶体……他们付出了大量的心血与努力,收获了宝贵的经验,为进一步提高晶体性能打下了坚实的基础。相信在这样的一个团队里,自己的科研能力会得到很好的锻炼,个人的各种素养也会得到全面提高。深信我一定能够和这个团队并肩作战,把cwo项目顺利开展下去。

两个多月的实习生活中,cwo项目是我主要的工作与学习内容。在师父韩工和小闫深入的理论知识与丰富的经验指导下,通过查阅大量的国内外相关文献,同时结合晶体结构、晶体生长工艺与性能等理论知识,我对cwo闪烁晶体目前的研究现状、本项目所取得成果、目前研究面临的问题进行了全面的学习与了解。此外,主动参与实验设计与配料、晶体生 长过程与控制、退火工艺及样品加工与测试等每一个主要的科研环节。同时积极和项目组成员研究讨论目前遇到的各种问题及研究解决的对策与方案。

三、存在问题与解决思路

目前cwo项目组可以生长出完好、通透的晶体,但是与其他研究者类似,遇到致命的难题——晶体着色严重。晶体着色导致晶体光自吸收严重,光输出难以达到要求。另外,晶体还存在(010)面严重解理的缺点,导致晶体生长,特别是晶体加工过程产生掉片、开裂等现象。

1)着色机理

据相关文献及经验总结,一般认为由于高温熔融状态下,cwo发生分解,cdo与wo3均易挥发,且cdo挥发速率更快,导致原料组分严重发生偏析,使得晶体产生大量的cd、w、o空位、各种包裹体等缺陷及wo3、wo42-等色心,导致晶体着色。同时原料的纯度也是一个不可忽视的决定性因素。此外,个人认为晶体着色还有一个重要的原因是晶体生长本身产生的缺陷,因为可能籽晶定向不准确、生长工艺缺陷等因素造成晶体生长中产生大量的晶格扭曲及杂乱晶畴的出现,会导致晶体着色失透。至于哪种原因占主导,还需要借助精密的科研仪器进行系统性研究(可实现)。

2)分析与解决思路

①钨酸镉分解挥发

由于没有确定钨酸镉分解温度,难于可靠的判定cwo原料高温下是以分子形式还是以分解的氧化物形式挥发为主,也不利于工艺的改进,故可以做热重差热测试,分析其分解温度,再想办法从设备与工艺上解决。

②确定缺陷种类

晶体着色归根结底是由于晶体存在大量的缺陷产生的,那么探索晶体中存在的是何种缺陷,更确切的说是晶体中到底是以什么缺陷为主,对寻找改善晶体着色方法有根本的指导作用。故研究晶体中空位、杂质等缺陷以及生长产生的结构缺陷等具有重要的意义,这些应该是可以通过科学仪器进行测试分析的。如果存在大量的晶体生长缺陷,那么反复的掺杂也只能是事倍功半,我们必须得从生长工艺与方法上下功夫。

③掺杂

对于目前认为的主要以cd空位及wo3色心等引起的缺陷主要采用掺杂的方式加以解决。我们从掺杂机理及杂质离子的消色机制去分析并选择掺杂的离子。文献报道,由于nb和tb的离子半径和w接近,可以占据w挥发产生的w空位,同时可以在一定程度上提高光输出;另外,nb5+具有高温变价释放氧从而补氧空位的作用;过量的cd源可以抑制或弥补cd空位的产生等。结果表明cd、nb、tb的掺杂(单掺与共掺)起到了一定的作用,但是由于掺杂、生长工艺等还不成熟,其效果还不是很明显,需要做进一步的探索工作。

稀土元素的掺杂,这里主要指gd3+离子的掺杂。据报道gd3+离子的去色效果非常好,但是掺杂浓度一般不超过0.1%,否则会变成淡蓝色。这主要可能有两个原因,一个是gd3+离子本身有发淡蓝光成分,另一个更主要的原因是gd3+离子的敏化作用,起到了能量传递的作用,使得吸收波长蓝移,从而使吸收光谱的吸收限向高能端移动,提高晶体发光效率。

鉴于氧空位难以排出,可以采用阴离子掺杂的方式达到排除空位的效果。据文献报道,f-离子可以作为最佳阴离子掺杂,因为f-与o2-离子半径等极其相似,同时f-还可以起到增加光输出的效果。

④原料的纯度、籽晶的加工、晶体生长及退火工艺等因素都对晶体的闪烁性质有很重要的影响,有待开展进一步的探索工作。当然面临的科研难题远不止这些,相信通过逐步的探索、分析与归纳,我们一定可以克服这些难题。

四、下一步计划

就前面所言,在这个拥有卓越领导和勤奋同事的优秀团队里面,我觉得这两个多月取得了巨大的收获。诚然,由于专业理论知识不够扎实、工作经验欠缺等原因,使我在很多地方还存在不足,如待人接物还有欠缺、仪器设备操作熟练程度还有待加强、材料性能与深入的理论分析相结合的科研能力还有待提高等等。

工业结晶论文范文第5篇

关键词:人工晶体;专业课;教学方法

中图分类号:G642.0?摇 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)33-0076-02

人工晶体是高等工科院校材料学专业开设的一门专业课,主要讲授各类人工晶体合成工艺、晶体的形成和生长机理等内容。人工晶体是近代晶体学的重要分支学科,也是材料科学的一个重要组成部分和无机功能材料的发展前沿。通过本课程的学习,学生将熟悉和掌握人工晶体生长方面的基础知识,了解常见的人工晶体合成技术工艺、应用领域、发展前景,拓宽专业知识面,完善专业知识结构,有助于将来的升学和就业。笔者在授课过程中发现,人工晶体课程和其他专业课一样,概念内容多,记忆内容多,各章内容无多少联系,学生学起来感到很枯燥且内容庞杂。人工晶体课不如基础学科逻辑性强,章节联系密切,公式定理等一环扣一环,有所遵循。如果这门专业课教学也像基础课那样去讲授,势必会让学生感到枯燥和困惑。如何提高人工晶体课程的教学质量,提高学生学习的积极性已成为任课教师亟待解决的问题。因此,笔者针对人工晶体课程特点和教学实际,对本课程的教学方法进行了初步的实践和探讨。

一、增加课程内容的趣味性

在授课之前要针对专业特点和本门课程的总体结构,结合教学大纲和教材,对教学内容进行精心选择。在备课过程中,要把教学内容中的基本概念、理论与著名人物、历史事件和发生的背景结合起来,融会贯通,加以故事性和艺术性的陈述,使枯燥的基本概念和理论融入一个个故事之中,从而增强课程内容的趣味性和艺术性,引起学生学习的探索兴趣。比如人工晶体发展过程的介绍,就可以从讲故事开始。从中国古代“煮海为盐”中最早的人工晶体的利用,到封建社会盛行的“炼丹术”;从国外的人工红宝石、水晶的合成,到现代高科技材料激光晶体的诞生。通过一个个精彩的小故事描绘出人工晶体从古到今、国内外的发展过程。学生在品味故事的同时,掌握了教学知识点,并且印象深刻。再比如,讲述准晶体内容时,可结合准晶体的发现者舍特曼的生平介绍、学术界对准晶结构的质疑、舍特曼对科学的热爱与坚持及2011年所获得的诺贝尔化学奖等相关介绍。在这些故事性的讲述中,准晶体的概念、结构性质、与晶体的差别,伴随着科学巨人严谨执执著的科学态度自然而然地被学生接受,同时也激励了学生树立远大理想攀登科学高峰的斗志。

二、及时更新教学内容

人工晶体课程涉及到无机非金属材料专业的发展前沿,而科学技术和新材料的发展日新月异。与基础课不同,本门专业课的讲授不能仅传授已有的书本知识,必须跟踪本专业领域内的发展动态,广泛收集本专业的最新科技成果,将它们充实到课堂教学中。只有这样才能开阔学生的视野,对学生的创造性思维培养大有裨益。人工晶体课程内容更新主要体现在两方面:一方面要删除课程中已显陈旧和冗杂的内容。因此,课程内容的删减必须根据学科基本结构的要求,在不失其教学意义的前提下加以压缩删减,同时维护课程的系统性和完整性;另一方面,对新内容的选取也要认真加以研究。当前科学知识爆炸性地增长,新技术新产品更新速度非常快,这就要求我们从教学需要、学生知识结构的整体优化等角度出发,合理选取有助于形成和发展的认知结构。教学实践中,内容的更新依赖于国内外新型人工晶体材料的研究成果,众多的科研成果是课堂教学无法完全容纳的。因此,要根据新材料所属的类别(如按应用领域、制备方法划分等),筛选出具有代表性的新型人工晶体材料,将它们引入到传统的课程体系中进行重点讲解,分析其发展趋势,这将有助于学生更清楚地把握人工晶体的发展方向,更新知识储备。

三、多媒体技术的应用

人工晶体课程内容涉及到一些经典的晶体生长理论,这部分的讲授,理论内容较多,枯燥难懂,对于高年级学生来说,经历了初入高校时新奇感、成就感和热情的学习阶段,对于理论学习普遍热情不高。因此,针对这种情况,人工晶体的教学应首先激发学生的学习兴趣,启迪他们的科学思维。采用多媒体授课能提高教学效率,将节省的板书时间,充分用在与学生交流和对重点知识的讲解上。在讲授课程时,利用计算机多媒体技术,运用声音、图像及大量色彩鲜明、生动活泼的音响动画,来调动学生的多种感觉,使教学内容生动有趣地展现在学生面前。比如在讲授层生长理论和螺旋位错生长理论时,就可以利用动画模拟手段,动态地描绘质点在晶体表面逐层堆积的形式,有效地加深学生对晶体生长理论的理解和记忆。再如,新型人工晶体材料的讲授更是离不开多媒体技术的支持。大量的生动鲜活的图片、视频资料能让学生更直观地了解科技日新月异的发展过程,极大地增强学生的学习热情和兴趣。

四、课堂教学和实验课的紧密结合

实验课是巩固理论知识、增强实际操作技能的有效手段,特别是对于即将毕业的高年级本科生来说,实践能力亟待提高,对实验教学的环节更应加倍重视。人工晶体教学大纲中规定了一定课时的实践环节,要求学生自己动手培养硫酸铜单晶体,以训练他们的动手能力,帮助理解课堂讲授的理论内容。在完成规定的实验任务后,实验室为学生提供了更多的实践机会,鼓励学生亲自动手设计实验。在人工晶体实验教学过程中,让学生按照个人兴趣组成小组,以组为单位根据所学的知识自我设定题目,结合实验室条件设计一套晶体生长的实验方案,并在课堂上对实验方案进行讨论,最终付诸实践。在方案实行过程中,自己发现问题,解决问题。这不仅能提高学生自主学习能力,在与组员的沟通中,也是一种人际交往能力的提升,有助于团队精神的培养。

五、教学参观的辅助作用

工业结晶论文范文第6篇

[关键词]光石沟铀矿区 含铀伟晶岩 铁质矿物

[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2015)-7-1-1

1光石沟铀矿区地质特征

光石沟铀矿区位于北秦岭加里东褶皱带东南部,矿区出露地层为下元古界秦岭群,是一套片麻岩―变粒岩―大理岩建造的中深变质岩系,其第三岩性段第二亚段(Ptqn3-2)为花岗伟晶岩型铀矿的源层。

褶皱构造为牛家台短轴背斜,该背斜两翼地层0-300米范围内的层间虚脱带控制了矿化伟晶岩及铀矿体分布。

断裂构造主要是大毛沟及大东沟层间破碎带,属于矿后断裂,与铀矿化关系不大。

灰池子岩体(γ31)及大毛沟岩株(γ32)出露于矿区西北部,花岗伟晶岩脉分布在灰池子岩体、大毛沟岩株外接触带,外接触带0-300m范围内的黑云母花岗伟晶岩为铀矿化主岩。

光石沟矿区花岗伟晶岩岩脉型铀矿是加里东期秦岭造山带区域变质中混合花岗岩浆结晶――分异作用时铀富集于黑云母花岗伟晶岩脉中形成的[1]。

2光石沟铀矿区含铀伟晶岩岩石化学特征

光石沟矿区含矿伟晶岩与非矿伟晶岩相比,SiO2含量降低,K2O、Na2O含量增高,TFe-Mg等基性组分含量增高(表1)。无矿伟晶岩―矿化伟晶岩―矿石中的黑云母、钾长石中FeO、MgO含量增加趋势明显(表2)[2]。

从岩石显微结构看,黑云母及黄铁矿、赤铁矿化斜长石(更长石)构成矿化伟晶岩富铀铁质脉,黄铁矿、褐铁矿、针铁矿、纤铁矿、水铁矿形成了矿化伟晶岩中的晶质铀矿环边(照片1)。非矿伟晶岩中很少见富铀铁质脉,非矿伟晶岩中的晶质铀矿基本见不到铁质成分环边[3]。

3光石沟铀矿区含铀伟晶岩中的铁质矿物成因

3.1光石沟铀矿区花岗岩及伟晶岩成因

光石沟矿区岩浆岩在Na-K-Ca投影图中,灰池子、大毛沟岩体为岩浆成因,伟晶岩属于岩浆―交代成因。在花岗岩、伟晶岩演化关系三角图解上,没有一处伟晶岩的投影点落于伟晶岩最大分布区(图1)。从伟晶岩岩石的显微结构看,伟晶岩岩浆结晶后经过了流体交代改造作用,造成了伟晶岩和同源花岗岩成分上的非继承性和无规律性。

3.2光石沟铀矿区含铀伟晶岩中的铁质矿物成因

核工业203所吴伯林研究员认为:富铀的铁质矿物及晶质铀矿铁质成分环边是幔源富铀岩汁流体与壳源含铀混合岩浆在适当条件下混合形成的,富铀岩汁流体对伟晶岩铀矿石的形成起了决定性作用[3]。

4结论

(1)光石沟铀矿区铀矿化伟晶岩矿石含有大量的富铀铁质脉和铁质成分环边的晶质铀矿,非矿伟晶岩基本见不到富铀铁质脉、其中的晶质铀矿基本见不到铁质成分环边。

(2)富铀铁质脉和晶质铀矿的铁质成分环边具有幔源特征,表明光石沟伟晶岩铀矿成矿过程中铀的多源性。

(3)光石沟铀矿区铀矿化伟晶岩矿分布与幔源富铀岩汁流体活动范围基本一致。

参考文献

[1]程德进,周玲,等,陕西省商南县光石沟铀矿床详查报告[R],陕西省核工业地质局二二四大队,2014.

[2]罗忠戌,沙亚洲,张展适,等,丹凤地区花岗伟晶岩型铀矿富集规律及成矿远景预测研究报告[R],中国核工业地质局,2008.

工业结晶论文范文第7篇

关键词:金属学原理;教学改革;应用技能

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)12-0153-02

金属学原理是金属材料工程专业很重要的一门专业基础课,该课程以材料物理、化学、力学等课程为基础,重点研究材料的微观结构,加热、冷却及形变等因素对材料结构的影响。为培养综合性应用型人才,注重材料及零件的合成制备、生产加工、检测分析、工艺设计及控制。教育部联合有关部门和行业学(协)会在2010年6月共同启动“卓越工程师教育培养计划”,就是培养一大批高质量的工程技术应用人才,满足社会发展的需要。金属学原理是理论与实践结合较强的课程,结合专业发展的趋势,许多的院校都在进行课程建设和改革,许多专家学者也提出了一些课程教学方法、教学手段等方面的改革建议。但是,人才的培养目标不同,教学方法也不一样。从培养应用型人才的角度出发,以提高实践应用技能为核心,讨论课程的教学内容、教学手段、教学措施以及评价考核方法,达到提高教学质量,学以致用的目的。

一、课程教学的现状及存在问题

金属学原理共96学时,计6学分,说明该课程的重要地位。许多学校作为课程建设和教学改革的对象,取得了一些成效,但仍然还存在一些问题:

1.理论内容过于分散、概念抽象、知识之间的联系性差,课程体系需要整合;课程内容陈旧,新的研究成果未能得到及时补充,脱离企业生产需求,导致学生认为学了也没有用的现象。

2.传统的教学方法单一,教学效果差,知识被机械地、填鸭式地灌输给学生,学生感觉学习枯燥无味,其积极性、主动性差,教学手段有待提高。

3.课程的学时分配重理论、轻实践,实验实践环节所占的比重过轻,学生在实验室试验及企业进行实践锻炼的时间远远不够,学生自己能够动手的机会很少,学生的应用技能也就很难提高。

二、构建课程有机体系,实现理论知识的紧密结合

金属学原理共有十一章,知识内容体系复杂,课程章节内容划分过细,割裂了各个知识点之间的联系。以金属材料的组织结构为依据,将课程内容进行整合,划分为四大模块。

模块一,晶体结构理论包括晶体学基础、晶体中的缺陷、合金晶体结构及固体中的扩散。以原子的排列规律为主线,学习纯金属在理想条件、生产条件以及合金的原子排列方式。

模块二,金属凝固理论包括金属的结晶现象、凝固的热力学条件、凝固的形核与长大与二元合金的凝固。围绕晶体的形成过程,学习晶体形成的条件、晶体的形核、长大、二元合金凝固r溶质分布与宏观铸锭组织结构。

模块三,相图理论包括二元相图概论,二元匀晶、共晶、包晶及铁碳相图,三元相图表示方法及法则,三元匀晶、共晶相图。相图理论是研究组织形成的依据,学习过程中要抓住温度和成分两个变化因素,在不同变化条件下获得不同组织结构,得到不一样的性能。

模块四,塑性变形理论包括单晶体、多晶体、合金的塑性变形,变形金属的回复和再结晶。该模块主要研究在受外界力和载荷的条件下,晶体结构和组织形貌的变化,以及结构组织对性能的影响。

四个模块之间既有区别也有联系,四个模块分别侧重于晶体的基本结构、晶体的形成、由晶体产生的组织形态以及外界条件对晶体结构组织的影响,四个模块分别阐述了晶体的不同方面的知识。但是,模块之间又有紧密的联系,存在着一种层层递进的关系:模块一告诉我们晶体是什么;在知道了晶体基本知识的基础上,我们追溯晶体是怎么形成的;然后,晶体在不同的条件下获得什么样的产物,也就是组织;最后研究受到外界条件变化时,晶体结构及组织的变化。

三、丰富教学手段,提高教学质量

教学手段、教学方法是提高教学质量的关键因素,再好的素材,要是没有好的加工方法,也难于做出合格的产品。教学方法是获得好的教学效果、提高教学质量的钥匙。但教学方法又因地制宜、因时制宜,不同的教学目标所采用的教学方法也不尽相同。结合学校培养应用型人才的目标,教学过程要重点加强和提高学生的专业实践技能。

教学方法要多样化,使用要灵活。目前的教学手段主要是多媒体化、网络化,能够通过图片、视频等方式让知识更加形象、生动地呈现给学生;但也造成老师上课过分依赖多媒体,知识的讲解缺少过程,而是通过课件直接给出结果,这样的教学很难让学生加深对知识的理解和掌握。传统的教学方式在于强调教学过程,加深学生对知识的理解;现代的多媒体、网络教学更加能够生产实践应用的知识内容通过更加形象、生动的方式传递给学生。只有两者能够很好地结合,再加上学生的积极参与,才能取得良好的教学效果,保证提高教学质量。

四、增加实验实践环节的比重,侧重实践应用教学

实验教学是提高学生实践能力,增强学生操作动手能力,分析和解决实际应用问题的重要组成部分。现在学校金属学课程的实验教学共有5个环节,仅占10学时,提供给学生动手操作的机会太少。为提高学生的应用技能,将实验内容的学时调整为20―30学时,加大实践应用环节的比重。同时,将实验环节增加至10―15个,在更多的层面上展开实验教学。另外,对实验性质进行改革,减少验证性实验,增加设计性、综合性实验。设计性、综合性实验让学生开动脑筋、积极思考、动手操作,让学生得到真正的锻炼,提高应用技能,达到教学的目的。

五、多种应用模式相结合,切实提高专业技能

专业技能是应用型人才培养的核心,为了更好地让学生进行应用锻炼,在学校中可以组织学生进行模拟应用操作,同样也能达到实践锻炼的目的。

1.组建微型学习小组,提高学习的主动性。以5―6人为单位,将班级学生分为几个学习小组,按照正常的课程安排,定期地组织学习活动。微型小组的学习要以教师给出的课题为指导,在学习了课堂理论的基础上,让学生通过查阅文献资料,了解生产应用,设计工艺方案,掌握检测分析的方法,论证实施的可行性。

2.加强专业设计,增强专业技能。专业设计主要包括课程设计和毕业设计,教学过程要与专业设计相衔接。专业设计就是理论学习的应用,充分利用所学的知识能够设计出零件产品,是一个理论与应用相结合的过程。通过专业设计能够让学生知道所学的知识是干什么用,怎么去用,从而提高学生学习的兴趣。

3.积极参加专业技能大赛,进一步提高应用水平。学校组织学生参加见习热处理工程师考试和金相技能大赛等,这种全国性的专业技能比赛,可以为同行业之间建立起交流的平台,增强竞争意识,了解自己在行业领域内所处的位置,为以后的学习提供动力,可以更好地驱使学生进行应用能力的学习和锻炼。

六、完善考核方式,突出能力考察

传统的课程考核不能体现学生的专业技能的应用水平,为更好地体现学生的应用技能水平,技能测试应单独进行,即课程成绩=卷面理论成绩(50%)+技能成绩(30%)+平时成绩(20%)。技能成绩主要由实验成绩、企业实习成绩、课程设计成绩三部分组成。与理论成绩相比较,技能成绩占有较大的比重,作为独立的考察热荩更能彰显应用技能的重要性。

七、结论

课程教学改革以应用为中心,通过课程体系的设置、教学方法和手段的改善、实验实践教学的重视、多种应用教学模式的结合及考核方式的改进形成一套完整的改革体系。当然,课程教学改革也要结合实际情况,在教学的过程中才能做到有的放矢,在锻炼学生的应用技能时就更加具有针对性,真正满足企业的需求,服务地方经济发展。

参考文献:

[1]教育部.教育部关于实施“卓越工程师教育培养计划”的若干意见(教高[2011]1号)[Z].

[2]张桥,鄢国平,李亮,等.材料化学专业《材料科学基础》课程改革与实践[J].广州化工,2015,43(1):167-168.

[3]郭宁,刘晓魁,覃丽禄.《材料科学基础》课程研究性教学模式的探索[J].西南师范大学学报:自然科学版,2014,39(6):139-140.

[4]贾淑果,宁向梅,田保红,等.材料科学基础多媒体教学探讨[J].中国现代教育装备,2010,(5):87-89.

工业结晶论文范文第8篇

新材料科学的研究者

陈学安出生于1965年11月,是我国材料科学事业发展的中坚力量。早在上世纪80年代末期,他考入中科院化学研究所求学深造,1991年获得博士学位后留在化学所工作四年,从理论到实践方面都积累了丰富的经验。

从1995年起,陈学安赴国外工作,先后在美国、德国、日本等国家做了将近8年的科研工作,期间曾获得美国Rutgers大学化学系博士后,并获得德国的洪堡基金会奖学金,旅日期间还曾任广岛大学助理教授职位。

国外优越的研究和生活条件没能留住陈学安,在异国他乡求学和工作的经历对他而言是一种磨练、一笔宝贵的人生财富,而他事业的根基在祖国。2003年7月,他毅然回国工作,受聘于北京工业大学材料科学与工程学院,投身在祖国的新材料科学研究事业当中。

陈学安的主要研究方向是新晶体材料的探索及其晶体结构研究,多年来,因为对科学真理的执著探索精神,他在新晶体材料的探索合成、晶体结构、光谱性质以及电子结构计算方面取得了一系列令人瞩目的研究成果。迄今为止,他已在国内外的权威学术刊物上发表学术论文达70余篇,其中被SCI收录的就有大约60篇,因为在科研工作上做出的突出成绩,2006年入选北京市的人才工程“中青年骨干教师培养计划”。

探索创新科研之路

因为材料科学在工业发展、国民经济生产中所具有的特殊地位,对新型晶体材料的探索和研究已在近几十年内成为受到广泛关注的热门学科项目之一,同时因为激光技术的飞速发展,具有非线性光学效应等功能的晶体材料被广泛应用于激光技术、光学通讯、光学信号存储和光数据处理等方面,所以在科学研究中对晶体材料的要求也拓展了新的方面。除了对现有的晶体材料设法继续提高质量或掺质改变性能外,关于晶体组成的研究、晶体结构与性能间的相互关系、探索寻找新型晶体等均是国家重点课题研究项目。

陈学安目前的在研项目――新型硼酸盐氧化物的探索合成和晶体结构研究,是国家自然科学基金项目。因为形成压电、热释电、铁电和非线性光学(NLO)等功能材料的先决条件是化合物具有非对称中心结构,而在众多研究体系中,硼酸盐由于在晶体化学方面广泛的可变性令其有可能产生数目众多、结构各不相同的硼酸盐类型,所以在研究试验中最受青睐。陈学安的项目即是系统地探索合成结构中包含易形成畸变配位多面体的高价态过渡金属离子(或者含有Bi3+,Pb2+等载有孤对电子的离子)的复合硼酸盐,力争得到多个具有非对称中心的化合物,进而探索合成出新型的硼酸盐功能材料。

科学是严谨的,科研工作注定了不可能一蹴而就。经过几年时间的研究探索和上百次反复试验,陈学安的课题组利用高温溶液缓慢降温和固相反应相结合的方法,成功制备并得到了一系列新型硼酸盐化合物,共计有二十多种,并且进行了结构和性能关系的研究。因此课题组的研究不仅丰富和发展了既有的硼酸盐结构化学,而且对新型硼酸盐功能材料的探索合成具有积极的指导意义,也正因为此,陈教授带领的课题组在硼酸盐的合成和结构研究领域内开始获得国际上的认可,拥有了一定的国际知名度。

Bi2ZnB2O7和CaBiCaB2O7由加拿大学者Barbier等人首先发现,陈学安教授带领研究课题组生长出硼酸盐单晶,进行了精确的结构测定和系统理论计算,发现硼酸盐化合物Bi2ZnB2O7具有较强的粉末倍频效应(其强度大约为KDP(KH2PO4)的4倍),在比较宽的频率范围内能够实现相位匹配,UV漫反射光谱表明其吸收边约为360nm;而另一种化合物CaBiGaB2O7的粉末倍频效应相当于KDP的2倍,其吸收边大约为427nm,也能实现相位匹配。Bi2ZnB2O7和CaBiGaB2O7是潜在的新型非线性光学晶体材料,如果能生长成大块晶体,并将其制作成有用的器件应用于激光系统中,能够促进光电技术等高技术产业的发展,产生社会、经济效益。

到目前为止,陈学安和他的团队对硼酸盐体系进行了系统的研究,不仅制得了多类型的硼酸盐化合物,而且已在国际学术刊物上发表了近三十篇论文,在固体化学领域拥有了一定的国际影响力。同时,从2007年起,课题的项目负责人陆续为“Inorganic Chemistry”和“Journal of Solid State Chemistry”等国际著名学术刊物评审论文二十余次,赢得了国际上同行业科学家的认可。

对综合利用矿产资源的技术研究

矿产资源是不可再生资源,但是运用循环经济模式强化废弃物的综合回收利用、对矿产资源进行最大限度的开发、提高利用效率,有利于减少浪费、获得较高的经济效益。总理在视察甘肃省兰州金川科技园时提出来要对矿产资源“吃干榨尽”,金川集团有限公司为了积极响应号召、实现尾矿中资源的综合利用,提高经济效益,将“尾矿酸浸液中铁和镁分离技术研究”作为2010年的重大科研课题,由陈学安负责该项目的研究工作。

在此科研项目中,如何经济除铁以及铁的合理资源化成为能否成功回收金属的关键课题,并且同时还需要对如何从残液中提取、分离硫酸镁,如何利用综合工艺技术开发高附加值产品等问题做系统研究。

陈学安带领研究团队经过将近一年时间的努力,制定出了本项目的技术方案,首先对酸浸液进行絮凝剂法除硅,再进行针铁矿法沉铁。对沉铁所得的滤饼进行煅烧制备粗铁红,用一定浓度的稀酸对粗铁红进行酸洗除杂,最终得到了符合工业氧化铁国家标准的高纯度铁红,实现了铁的回收和产品化。经过陈教授及团队进行的一系列系统的实验室研究,将尾矿酸浸液除铁之后所得的粗制硫酸镁溶液加入氧化剂,令Mn2+氧化成MnO2,使之沉淀除去,然后再通过将溶液蒸发浓缩至硫酸钙析出、趁热过滤去除钙的方法,获得精制的硫酸镁溶液,最后完成蒸发、结晶、干燥等提纯步骤获得符合工业硫酸镁国家标准规定的I类一等品质量指标的高纯硫酸镁产品,又实现了镁的回收和产品化。

工业结晶论文范文第9篇

多年前就有研究者认为,非晶合金材料不仅在科学研究方面蕴藏巨大机遇、有着巨大的市场前景,同时也孕育着继钢铁、塑料之后的第三次材料工业革命。本文的主角――深圳大学机电与控制工程学院汪浩副教授,就是这一研究领域的专家,多年来辛勤付出,取得了丰硕的研究成果。

实现新金属材料突破性研究

非晶态合金又称为金属玻璃,是一种年轻的新型玻璃材料。由于其独特的无序结构,它有着优异的物理和化学性能,在军事工业、航空工业、民用工业上具有广泛的应用前景,自问世以来,在国际上引起了普遍的重视。自上世纪80年代末以来,美国、日本、欧盟都加大了对这一领域的支持力度,设立了重大研究项目,我国也在2007年将其列入国家重点基础研究发展计划(简称“973”计划)。

非晶态合金被称为最理想的器件加工材料,对此汪浩形象地作了如下比喻:“非晶态合金有着接近陶瓷的硬度,但在一定温度下能像橡皮泥一样柔软,甚至像液体一样流动,所以,作为器件加工材料,它非常理想。”短暂地停顿后,他继续说:“虽然非晶合金的应用前景令人鼓舞,但是由于其独特的无序结构,我们对其力学性能、形变与断裂机制的理解还相当有限。人们在学术研究中常常沿袭使用晶态固体理论的术语,如缺陷、塑性形变等,无法令人信服地阐明非晶态固体的形变过程和内禀机制。”

近年来一系列实验工作给出了金属玻璃材料的屈服应力,这些结果差别很大,令人对金属玻璃的变形机制充满好奇。这既是对科研工作者的挑战,也是一个充满机遇的方向。2013年,汪浩从有限形变理论出发,结合分子动力学模拟及纳米压痕实验的结果,给出了金属玻璃材料强度与关联运动原子团尺寸的关系,于物理类顶级学术期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)。该模型从材料微观结构的角度出发,解释了非晶合金力学性能的尺寸效应,对金属玻璃材料的设计与应用有着重要意义,引起了国际上一些非晶合金研究小组的热切关注。

几乎同时,汪浩还采用有限形变理论,研究了金属玻璃材料在单轴应力下的非线性弹性响应行为,并将研究成果发表于《应用物理学杂志》(Journal of Applied Physics)。这项研究说明了在单轴应力的作用下,金属玻璃的各向同性对称性被破坏,只保留了在应力方向横截面上的二维各向同性;给出了泊松比、杨氏模量、各向异性系数等物理量对应变的依赖关系;分析了金属玻璃材料的弹性稳定性和机械强度。文章发表后得到行业广泛关注,该期刊主编 James Viccaro 特意给汪浩发来了贺信。

这两篇文章被广泛引用,为相关科研课题提供了参考依据,也奠定了汪浩在非晶态合金科研领域的国际声誉。

推动非晶态合金基础研究

汪浩在兰州大学物理系读研究生时就做过量子场论、数学物理方程等领域的研究,打下了良好的科研基础。在美国留学和工作的11年时间里,他进一步丰富了自己跨学科研究的经历。

留学美国佐治亚理工学院期间,汪浩从事过凝聚态物理的理论和部分实验工作,在材料系李默教授(首批“”入选者)带领的课题组,汪浩用数值模拟的方法研究金属材料的力学性能,在非线性弹性、机械稳定性、材料强度等领域取得了不错的研究成果,顺利完成了博士论文。

在佐治亚理工学院化学系有机光电中心做博士后研究期间,汪浩跟随世界顶尖的量子化学专家 Jean-Luc Bredas 从事有机发光二极管(OLED)的研究,在这里对有机光电材料产生了浓厚的研究兴趣。他利用密度泛函理论,研究了碳酸铯分子在氧化锌基底的吸附能、单层碳酸铯对氧化锌基底功函数的影响,以及电荷在碳酸铯与氧化锌基底之间的转移。研究结果表明,从碳酸铯分子向氧化锌的电荷转移,是导致氧化锌基底功函数降低的主要原因。这项工作将对碳酸铯在有机光电器件中的广泛应用提供理论依据,有助于新一代高效率有机发光元器件的设计与制造。

丰富的跨学科研究经验给汪浩带来了广阔的视野,而在研究工作中对于物理学、材料学、化学的多维度考量,更让他攀登了学科领域的一座又一座高峰。2013年9月,在深圳大学的盛情邀请下,汪浩参与创建了该校纳米表面科学与工程研究所,在实验室建设方面积累了丰富的一手经验。科研工作付出的劳动,也为汪浩带来了荣誉和肯定:2013年刚刚回国他就入选当年深圳大学优秀青年教师培养计划(“荔园优青”),并被深圳市政府认定为2013年“孔雀计划”海外高层次领军人才。

谈到今后的科研规划,汪浩透露了一个新方向:“多尺度力学是当今科学技术发展的前沿,许多重要问题都表现出尺寸效应。但如果只考虑单个尺度上某个物理机制,则难以描述整个系统的复杂现象。我们在这个领域可以多下点功夫。”

在美国攻读博士期间,汪浩所在的课题组对非晶态合金的多尺度数值模拟研究有着长期的工作积累。这让他不仅熟悉多尺度模拟方法,而且在金属材料的非线性弹性、强度与稳定性理论、非晶合金中的局域化现象和剪切带的形成机理、纳米与多晶材料中微观结构的表征与应用、晶态-非晶态相变理论等研究方向上都打下了坚实的基础。对非晶态合金的多尺度研究,他有哪些新想法?

工业结晶论文范文第10篇

欧阳征标早年在国际上首次提出了静电混合型自由电子激光器的概念。他主持了包括国家自然科学基金项目、广东省自然科学基金重点项目等在内的10项课题研究,发表学术论文100多篇,被SCI收录30余篇,被EI收录近60篇,申请发明专利近30项,获美国发明专利授权1项、中国发明专利授权12项、中国实用新型发明专利授权1项。

1988年6月,欧阳征标到深圳大学任教,现任深圳大学太赫兹技术研究中心副主任、固态光子实验室主任等职,长期从事光子晶体的理论及相关光子器件的开发研究。

近年来,在光子晶体研究领域,他提出了一系列新型的光子晶体全光逻辑门和全光半加器等逻辑光路;他还提出了一类光子晶体磁光环行器、单TM模工作的磁性材料Bragg光纤结构、宽禁带全角度反射器结构以及正入射情况下超窄频带、超窄角度单偏振滤波器结构等。他发现了光子晶体谐振腔的模式分类特性和复周期光子晶体中的密集多通道滤波特性。他提出的二维FIBONACCI光子晶体的概念,从理论和实验上证实了该光子晶体存在较大的光子禁带。

在太赫兹领域,他提出一种高灵敏度太赫兹摄像头,获得美国发明专利授权。他提出的几种宽调谐范围窄带连续波太赫兹发生器,曾获得德国洪堡基金。他还曾获得过机电部科技进步二等奖一项。“短波长光子晶体三维谐振腔”获深圳市科学技术协会2000年学术年会优秀论文奖;“一种复合型光子晶体微谐振腔”获深圳市2005科技年会优秀论文奖。在深圳大学工作期间,他曾获深圳大学学术创新奖二等奖1次、三等奖4次,深圳大学先进工作者、深圳市优秀班主任、深圳市优秀教师称号,入选美国“马库斯科学与工程名人录”、“马库斯亚洲名人录”、“马库斯世界名人录”。他指导的硕士研究生刘强和毛德鹏获美国大学全额奖学金,分别赴Old Dominion University和Iowa State University攻读博士学位,其硕士论文被评为广东省优秀硕士论文。

工业结晶论文范文第11篇

【摘要】 差示扫描量热法(DSC)、傅立叶转换红外光谱(FT-IR)和X-射线粉末衍射(XRPD)研究表明实验室精制得到的头孢曲松钠晶体属单斜晶系,P21/c空间群。在Cerius2工作站SGI IRIX上应用能量最小化法确定了头孢曲松钠的晶体结构;基于BFDH、AE模型预测了头孢曲松钠晶体的晶习,其中AE模型预测的晶习与实际生长晶习相近,呈薄片状。实验定性考察了生长环境对头孢曲松钠晶习的影响。

【关键词】 头孢曲松钠; 晶体结构; 晶习; X-射线衍射

ABSTRACT Studies of differential scanning calorimetry (DSC), Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, and X-ray powder diffraction (XRPD) on ceftriaxone sodium purified in laboratory indicate that the ceftriaxone sodium crystal belongs to monoclinic crystal system and space group of P21/c. The crystal structure of ceftriaxone sodium was determined on workstation SGI IRIX of Cerius2 based on the minimizing energy law; the crystal habit was predicted by BFDH law and AE law, respectively, of which the crystal habit predic-ted by AE law was plate, close to the practical habit grown from solution. The effects of crystal growth conditions on crystal habit of ceftriaxone sodium were qualitatively studied by experiments.

KEY WORDS Ceftriaxone sodium; Crystal structure; Crystal habit; X-ray powder diffraction

晶体的微观结构与物质的宏观物理、化学性质密切相关,决定着物质的晶形、密度、熔点等。对物质晶体结构的了解,将有助于在原子尺度上阐明物质各种性能的机制,对研究物质结构与性能之间的关系和规律具有重要意义[1]。晶习是表征晶体外部整体形态的量[2]。晶态有机固体的外形是其固液分离体系设计和操作的一个重要参数,影响下游操作过程(如过滤、洗涤、干燥)的效率和物质的性能(如堆密度、机械应力、润湿性)[2~4]。晶体内部结构特性以及外部生长环境都能影响晶习[5],如何利用这些信息去预测和控制真实条件下生长晶体的晶习在精细化工领域,尤其是制药业,越来越受到关注和重视[6~8]。 头孢曲松钠(ceftriaxone sodium,C18H16N8Na2O7S3·3.5H2O),曾译头孢三嗪,是新型、长效、广谱的第三代半合成头孢菌素,属于β-内酰胺类抗生素,结构式如Fig.1所示[9],1978年由瑞士Roche公司研发成功,1982年首次在瑞士上市,1984年12月21日获得FDA认证,1996年专利到期。自上市以来,产品畅销全世界,2000年头孢曲松钠在世界前200个畅销药中列第43位,在国内的销售额居各抗感染药物之首[10,11]。目前头孢曲松钠的研究热点集中于合成以及药理,鲜有报道其晶体结构和晶习方面的研究。由于头孢曲松钠难以培养出满足测试要求的单晶,本文通过X-射线粉末衍射分析,应用分子设计软件Cerius2(4.6

Fig.1

Structure of ceftriaxone sodium

版本)根据能量最小化方法得到了头孢曲松钠分子空间结构,并在此基础上预测了产品晶习,为头孢曲松钠工业结晶过程的设计、优化提供了理论指导。

1 实验部分

1.1 实验原料

头孢曲松钠粗品由山东瑞阳制药有限公司提供,实验室精制后产品纯度经高压液相色谱(HPLC)检测不小于99.5%。试样再经研磨、筛分,选取粒度范围在38~45μm之间的细晶用于X-射线粉末衍射测试。

1.2 DSC分析

差示扫描量热仪(NETZSCH Thermal Analysis DSC204):样品置于封口的Al2O3坩锅中,参比物为空的α-Al2O3坩锅;升温速率为5℃/min,升温范围从室温到330℃;载气为N2,流量50ml/min。仪器的热焓采用铟作为标准物校正。

1.3 TG分析

本文采用NETZSCH TG209热重分析仪测试头孢曲松钠的TG曲线,升温速率为10℃/min,载气为N2,流量为18ml/min。样品用量为5.08mg,升温范围从室温到200℃。

1.4 红外分析

本文采用KBr压片法在NICOLET 560型傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)上对头孢曲松钠进行红外光谱分析。

1.5 扫描电镜(SEM)

本文采用Hitachi X650扫描电镜(SEM)表征实验样品的晶习,操作电压15kV,样品放在黏着双面胶的金属片上,在观察前需在氩气保护下间歇喷金。

1.6 X-射线粉末衍射分析

头孢曲松钠的X-射线粉末衍射数据在日本理学(Rigaku)D/max-2500型单色X-射线衍射仪上收集,CuKα射线(λ=1.5405),石墨单色器,扫描速率1s/step,工作电压40kV,工作电流100mA,测试温度(25±1)℃。为保证样品表面与测角仪轴心平行共面,装样采用铝板背压法。

2 实验结果与讨论

2.1 DSC曲线

头孢曲松钠的DSC谱图如Fig.2所示,样品在260℃附近存在一个尖锐的放热峰,在放热峰前还存在两个小的吸热峰。头孢曲松钠DSC曲线260℃附近的放热峰是样品热分解放热所致[12,13],实验测定的热分解峰顶温度TP为262.30℃,接近文献值240~265℃[12,13]。与其他大多数头孢菌素一样[13],头孢曲松钠的DSC曲线也没有熔点峰,表明头孢曲松钠在熔化前已发生热分解,故无法用量热法来测定其纯度。

2.2 TG-DTG分析

头孢曲松钠的TG-DTG谱图如Fig.3所示,虽然TG曲线没有表现出明显的直角台阶状,但DTG曲线的双峰却说明了头孢曲松钠在室温至200℃之间的失重是分两步完成的。根据TG线的失重百分率计算结果可知,第一步失重约6.30%,第二步失重约3.31%。头孢曲松钠分子中结晶水的理论百分含量是9.53%,参照中国药典(CP2005)附录M水分测定法中的费休氏法测得头孢曲松钠水分含量为9.5%,而实验测得TG失重为9.61%,与理论结晶水含量基本相符。因此可推断头孢曲松钠在室温至200℃之间的TG失重是脱除结晶水所致[14],Fig.2中DSC曲线热降解放热峰前出现的两个小峰正是头孢曲松钠分两步脱水而产生的吸热峰。而且,头孢曲松钠的DSC曲线并未再出现脱溶剂峰,结合Fig.3所示的TG-DTG谱图,可以初步判定实验精制头孢曲松钠过程中未见形成溶剂化合物。

2.3 红外分析

实验室制备的头孢曲松钠与市售国外产品的红外谱图如Fig.4所示。β-内酰胺与杂环并接产生的特征峰出现在1740cm-1处,在3440~3260cm-1处出现的强而宽的峰是-OH和-NH伸缩振动引起的谱带,-OH和-NH的伸缩振动频率在此区域相互重叠而不易区分,由于分子内氢键,吸收频率向低频方向还存在一定的平移。1610cm-1附近处的强峰是芳核骨架振动的特征峰,1000cm-1附近的特征峰是芳环C-H面向弯曲振动引起的强吸收峰,但Ar-H在3030cm-1附近的特征峰由于-OH和-NH的存在而不明显。1740cm-1处的强峰是羰基伸缩振动的特征峰,而1650cm-1处的强峰则是酰胺的羰基伸缩振动引起的。

2.4 X-射线粉末衍射分析

测试中发现当2θ>50°后,头孢曲松钠的XPRD谱图不再出现明显的衍射峰,因此在Rigaku D/max-2500X射线衍射仪上收集5°

2.5 头孢曲松钠晶体结构的确定

分子的空间结构信息对于确定晶体结构,研究晶体所属空间群和原子位置具有重要作用。因此,在研究晶体结构之前研究分子的空间结构是必要的。分子的空间结构一般可以由两种方法得到:一是通过实验的方法,主要包括X-射线单晶衍射和2D-NMR技术;另一个是通过计算机辅助分子设计的理论计算方法,目前主要包括“原始”机制、半经验机制以及分子机制模型,其中分子机制模型又有能量最小化、网格搜索、蒙特卡罗(Monte Carlo)以及分子动力学模拟等方法[15]。虽然单晶结构分析是诸多固态物质结构分析方法中提供信息最多、最常用的研究方法,已经成为合成化学及其相关学科、晶体工程和超分子化学等研究领域中必不可少的研究手段[16],但目前X-射线单晶衍射仪对测试晶体的三维尺度(最小维的空间尺度不小于0.01mm)和质地(晶体不能出现缺陷)有严格的要求,由于头孢曲松钠晶体是薄片状晶习,难以培养出合乎单晶测试要求的晶体,有一维的空间尺度小于0.01mm。头孢曲松钠是一种大分子有机盐类,具有离子化合物的特性。因此本论文应用分子设计软件Cerius2(4.6版本)中的3D-sketcher环境画出分子结构图,再通过电荷分配,选择Dreading 2.21力场,最后根据能量最小化方法得到可能的头孢曲松钠分子空间结构如Fig.6所示。

头孢曲松钠晶体的晶胞投影如Fig.7所示,晶胞中每2个头孢曲松钠分子和7个水分子按Fig.6所示组成一个不对称单元。由Fig.1可知,头孢曲松钠是一种大分子有机羧酸钠盐,存在钠离子(Na+)与头孢曲松酸根离子(C18H16N8O7S3)2-之间强的离子键;除此之外,每个晶胞中还存在众多既是质子受体又能提供质子的水分子,而且每个(C18H16N8O7S3)2-中还含有2个-NH(与电负性大的N原子形成强极性键的氢原子)和6个-CO-(电负性大且又能提供孤对电子的氧原子),易与水分子或其它头孢曲松钠分子之间的-CO-和-NH形成氢键,如Fig.7中虚线所示。

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2.6 头孢曲松钠晶习预测

在获得头孢曲松钠晶体结构以及晶胞参数等数据以后,应用分子设计软件Cerius2(4.6版本)中的morphology模块,分别选取BFDH模型、AE模型对头孢曲松钠进行晶习预测,结果如Fig.8、Fig.9所示。由于完全基于晶体几何结构理论的BFDH模型没有考虑原子、键型、局部电荷、生长环境等对晶习的影响,当晶体中分子间的键能越大,各向异性越明显时,模型预测的晶习与实际晶习的一致性也就越差[8]。头孢曲松钠是一种大分子有机钠盐,金属钠离子以及分子间氢键的存在,以及生长环境中溶剂极性、杂质的影响,使得采用BFDH模型预测的头孢曲松钠晶习(呈短棒状)与在水-丙酮体系中生长的头孢曲松钠实际晶习(呈薄片状)相差较大(Fig.10)。

较之BFDH模型,AE模型考虑了晶体的内部结构单元以及相互作用对晶习的影响,因而采用AE模型预测的晶习与实际晶习更相近,也呈薄片状(如Fig.10所示), 这也表明晶体内部结构基元以及相互作用键能对晶体的形态有重要的影响。AE模型预测的头孢曲松钠晶习由10个晶面包围构成,101、101、002、011、011及其对应的等价晶面101、101、002、011、011。应用分子设计软件Cerius2(4.6版本)中的surface builder模块中的cleave crystal surface命令,可以展现出头孢曲松钠晶体不同晶面上的分子排列方式和密度,如Fig.11所示。

由Fig.11可见,不同晶面显露出的原子或基团及其排列密度是不一样的,图中小球代表氧原子。虽然晶面氨基和羰基交替显露,但羰基上的甲基基团增加了空间位阻,不利于头孢曲松钠分子之间或头孢曲松钠分子与极性溶剂分子之间形成氢键。101晶面上的氨基以一定角度显露,羰基沿法线方向显露,较101晶面更易形成分子间氢键。002、011、011晶面也都有羰基、氨基显露,而没有甲基显露增加空间位阻,更有利于氢键的形成。因此101及其等价对称晶面101具有较慢的生长速率,表现出较大的显露面,而101、002、011、011晶面较101有更快的生长速率,表现出较小的显露面,导致头孢曲松钠晶体呈片状晶习。

2.7 生长环境对头孢曲松钠晶习的影响

影响晶习的主要因素除了晶体内部结构外,还有晶体生长过程中所处的外部环境, 例如温度、 溶剂体系、杂质等[2~4]。本文定性考察了不同结晶操作条件以及含钠离子添加剂对头孢曲松钠溶析结晶产品晶习的影响。

由于头孢曲松钠的热敏性以及溶解度特性[9,11,14,17~20],一般采用溶析结晶法分离、提纯头孢曲松钠[11,21]。相同实验条件下分别采用乙醇和丙酮作溶析剂得到的头孢曲松钠结晶产品的电镜照片如Fig.12所示,晶习都呈薄片状。这表明在实验范围内选用不同的溶析剂并未从宏观上改变头孢曲松钠结晶产品的晶习。

相同溶析剂不同溶析结晶温度得到的头孢曲松钠产品晶习的电镜照片如Fig.13所示,在实验选定温度范围内,虽然温度升高会导致晶面生长速率增大,但各晶面的相对生长速率并没有明显变化,所以温度并没有对头孢曲松钠溶析结晶产品的晶习造成明显的影响,只是使得温度较高时得到的产品的平均粒度有所增大。

相同操作条件下,考察了氯化钠、碳酸氢钠、阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠对头孢曲松钠溶析结晶产品晶习的影响,结果如Fig.14所示。含钠离子添加剂的加入,头孢曲松钠溶析结晶产品的晶习并没有什么明显的变化,还是呈薄片状,这说明在实验条件下氯化钠、碳酸氢钠、阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠对头孢曲松钠晶体各晶面的相对生长速率没有明显的影响。

3 结论

(1)头孢曲松钠溶析结晶产品的DSC、TG、FT-IR和XRPD分析测试结果表明,在实验条件下得到的头孢曲松钠晶体具有相同的晶体结构。

(2)采用JADE 4.0软件对XRPD数据进行指标化、精修,得到头孢曲松钠晶胞参数为a=9.2493,b=15.779,c=20.619,α=γ=90°,β=121.34°,属于单斜晶系,空间群为P21/c。

(3)在Cerius2工作站SGI IRIX上应用能量最小化法确定了头孢曲松钠的晶体结构;基于BFDH、AE模型预测了头孢曲松钠晶体的晶习,其中AE模型预测的晶习与实际生长晶习相近,呈薄片状。

(4)定性实验研究范围内,溶析剂种类、结晶温度、含钠粒子添加剂对头孢曲松钠溶析结晶过程产品的晶习没产生明显的影响。

(5)为获得片状晶习的头孢曲松钠晶体产品,工业上可以采用乙醇或丙酮作为溶析剂,但氯化钠、碳酸氢钠、阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠不宜选作头孢曲松钠结晶产品晶习的改进剂。

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工业结晶论文范文第12篇

关键词:普伐他汀钠 结晶工艺 工业应用

【中图分类号】R9 【文献标识码】B 【文章编号】1671-8801(2013)06-0398-01

普伐他汀钠。其化学名称为:{1S-[1a(bs*,ds*),2a,6a,8b(R*),8aa]}-1,2,6,7,8,8a-六氢-b,d,6-三羟-2-甲基-8-(2-甲基-1-氧丁氧基)-1-萘庚酸单钠盐。分子式:C23H35NaO7。分子量:446.52。本品为3-羟基3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMG-CoA还原酶)的竞争性抑制剂,HMG-CoA还原酶是胆固醇生物合成初期阶段的限速酶,本品可逆性地抑制HMG-CoA还原酶,从而抑制胆固醇的生物合成。普伐他汀钠是世界临床广泛应用的降血脂药物之一。

普伐他汀(Pravastatin)是以美伐他汀(Compactin)作前体,通过酶促法深层发酵,将发酵液通过溶剂萃取及纯化后得到。但因其产品的本身特性,容易出现变色等质量稳定问题,1994年5月10日批准了日本三共公司的普伐他汀及美百乐镇片剂、颗粒剂(Mevalotin)在中国的行政保护,授权号分别为B-JP94051013、B-JP94051015,获得行政保护的产品,在中国享有7.5年的制造或销售独占权。因此,国内的企业该产品的质量也大多把达到日本三共公司的标准作为质量目标。

随着工业结晶技术的快速发展,以及人们对医药制品的要求愈来愈高,医药结晶工程日益受到国际科技界和工业界的重视,结晶的质量,表现为晶体颗粒的大小、晶形等,晶体颗粒不能过细或过粗,否则会影响产品过滤及离心分离,影响产品收率及质量[1]。笔者根据当时实际条件研究了普伐他汀钠结晶的操作条件(混合溶剂比例、流加速度、过程PH值、搅拌速度)对产品纯度的影响,以指导工业生产。

1 材料与方法

1.1 材料。普伐他汀钠原粉由新北江制药有限公司①提供,溶剂A、B、C,反应器为2000ml三角瓶,电动搅拌机为德国IKE生产的RW-28型,分液漏斗(滴加析晶溶剂),DELTA320型PH计,10L的低温冰槽,HPLC―Waters1525。

1.2 实验方法。

1.2.1 改变不同的操作条件,如混合溶剂比例、流加速度、过程PH控制及搅拌速度等。

1.2.2 采用HPLC法分析产品纯度。

2 结果与讨论

2.1 混合溶剂比例的要求。结晶液中溶剂A比例过低,滴加溶剂B时,会很快出现过饱和现象,影响产品质量,不利于结晶操作;溶剂A比例过高,则影响结晶收率。通过实验摸索,控制溶剂A比例在极窄的比例范围。

2.2 过程PH值的调节。在结晶液中加入溶剂C,保证结晶过程中PH值的变化控制在一个合适的范围内,控制部分杂质在该结晶条件下的结晶(沉淀)量,加入的溶剂C在分离和干燥过程中绝大部分被除去,极少量残留不影响产品质量。

2.3 搅拌速度的确定。随着搅拌速度的增大,结晶的速度加快,不利于产品质量的提高,因此,搅拌速度在满足结晶容器内悬浮液混合良好的基础上,宜尽可能地低。

2.4 加料速度的控制。制定结晶溶媒最佳流加程序[2],使整个结晶过程中的过饱和程度自始至终维持在某一个预期的恒定值,使结晶操作得到实质性的改善。

采用优化后的结晶工艺得到的普伐他汀钠结晶产品,使由原来的无定型粉末变成粒度均匀、纯度高的晶型产品,产品质量有了一个飞跃的提高,完全达到日本三共公司标准。

新旧工艺产品与三共标准的纯度比较表

3 讨论

通过普伐他汀结晶过程各种操作参数的优化组合,使该产品的纯度大大提高,解决了原结晶工艺中单一杂质和总杂质含量偏高的困难及产品容易变色的不稳定问题,该优化组合操作参数的方法同样可以借鉴到类似的结晶操作中,提高结晶产品的质量。

注释

①本实验于2006年进行,作者当时供职于丽珠集团新北江制药有限公司。

参考文献

工业结晶论文范文第13篇

关键词:硼酸 质量控制 探讨

一、国内硼酸生产现状:

硼酸的分子式: B(OH)3 分子质量: 61.83 熔点: 169℃为白色粉末状结晶或三斜轴面鳞片状光泽结晶,无臭味、比重1.435。对人体有毒,用于玻璃、搪瓷、陶瓷业中。我国工业硼酸这几年发展快速快,2010年我国硼酸年产量规模已经达到十万吨【1】 。国产硼酸存在以下特点:一是生产规模小一般年产量都在五千吨以下。二是设备装置简单、间歇作业。三是产品质量不稳定。整体产品质量亟待提高。

二、国内硼酸厂家所生产的硼酸和进口硼酸的品质差距:

我国工业硼酸硼酸产品在产品执行标准是GB538-2006B标准【2】。

外观要求为:工业硼酸应为白色粉末状结晶或为三斜轴面的鳞片状带光泽结晶。国产硼酸和国外硼酸比较主要是外观差距大,白度国内能到达90,而国外的在95左右。产品的颗粒也没有国外的颗粒直径大,产品的流动性能差。国内产品质量亟须提升。

三、提高硼酸产品产品质量的方法的探讨:

1、产品外观质量的提升:国外产品的外观质量大多表现为松散的白的小颗粒粉末状,我国则表现为白色粉末状结晶或三斜轴面的鳞片状带光泽结晶。如何能够改善产品的产品的质量的色度呢?和产品的结晶形状,通过实验室实验和工业化生产改善产品的色度有如下几种办法:

(一)生产系统中设备的材质的选择非常关键,设备应该选择316lL不锈钢。

(二)生产用的原料酸的颜色要达到国家标准。

(三)酸解液在压滤工序时的操作保证不出现漏虑现象的发生,最好配备二次过滤,防止酸不溶进入结晶工序。

(四)结晶过程的PH值得控制,PH值得控制的好坏直接影响到产品的色度,这个因素是所有因素最重要的,PH值高了颜色会发黄,且结晶会呈现鳞片状,PH值低了硼酸中的游离酸超标,产品会呈现红色。实践表明尤其是结晶完成时系统PH值为2最好。

(五)做好产品结晶形状是提高产品质量的难点重点,硼酸的结晶规律还是比较特殊的,其规律性比较复杂,不同于其他结晶,比较难控制。掌握好硼酸的结晶规律生产出颗粒状结晶就能生产出高质量的硼酸。这里需要做好几项关键性工作,即硼酸结晶液中硼酸的浓度控制,结晶器的冷却时间的控制,搅拌形式和搅拌强度的选择,

2、产品主含量的稳定性的控制:国外硼酸的主含量一般都稳定在99.9%,而我国硼酸含量一般为99%以上,也有的企业能做到含量在99.9%,但是含量不是很稳定。如何稳定硼酸主含量呢?需要掌握如下几个要点:

(一)压滤工序要确保酸不溶物的通过量 确保酸不溶物进到结晶工学的量,压滤液中酸不溶物的含量是关键。

(二)半成品硼酸的含量要高于94%,硫酸根或者硝酸根的含量不能超过0.08%。硼酸半成品在过滤洗涤操作时必须坚持多次少量的原则。同时洗水的温度要控制在35-45℃之间。

(三)干燥操作,干燥温度必须稳定在120-135℃使得硼酸的干燥能够稳定进行。能综合做到这几点就能确保硼酸产品含量稳定在99.6-100.8%。

3、产品铁含量的严格控制:硼酸中铁离子含量的控制是硼酸生产时最难也最需要亟待解决的问题。国外硼酸含量有代表性的含量一般都控制在0.0010%以下。而我国硼酸中铁离子的含量几乎都超标,最高的可能达到0.1%的含量,国内很多硼酸用户被迫使用进口产品。如何严格控制硼酸产品铁离子的含量一直是硼酸生产行业中的讨论的热点。就该问题我们也是做了大量的实践探索。综合下来有如下几个方面要点需要严格控制。

(一)首先是系统中设备要做到离子尽可能少的进入硼酸中。

(二)严格控制原料中的铁离子的进入,以硫酸分解硼镁矿生产硼酸法为例。就要严格硼镁矿在粉碎过程中要确保铁离子的进入生产工艺,再就是硫酸中铁离子的含量。

4、 其他微量元素的控制:硼酸生产中硼酸质量比较好控制的指标为水不溶物,氯跟和重金属国内的企业都能够达到国家标准,很少企业会出现这三个小指标不合格,氯跟不合格会出现以盐酸为原料生产硼酸的企业里。而氨含量也只在用氨法生产硼酸的企业里,目前这种方法生产硼酸国内已经很少见了。最近几年到时出现硝酸法生产硼酸下次国标的修订可能会增加硼酸产品硝酸跟含量的指标。

四、总结:

国内硼酸质量的提高是有规律可循的,通过科学的设备材质选择,完善的防腐工作的制度,严格的工艺指标操作,理想的硼酸结晶,生产出来硼酸质量的就可以得到很大提高,高品质硼酸也是可以实现工业化生产的。

参考文献:

1、郑学家 《硼化物论文集(上)》硼矿于硼化学品编辑部 59页

工业结晶论文范文第14篇

关键词:五水偏硅酸钠,陶瓷,注浆成形

注浆成形是陶瓷坯料加工所采用的传统方法,对己固定的成形设备和模具,坯体的质量主要由泥浆性质所决定。满足工艺要求的泥浆应具有良好的流动性、一定的稳定性、适当的触变性、过滤性好、含水量适中、形成的坯体具有足够的强度便于脱模和不含气泡等,流动性好的泥浆使用时既要保证能在管道中顺畅流动又容易分布到模具各部份,并且不易聚沉,使坯体各部份组成均匀。泥浆中加入电解质是改善其流动性的主要方法,常用的电解质(又名稀释剂、解胶剂)是水玻璃、碳酸钠、磷酸盐、腐植酸钠、单宁酸钠和聚丙烯酸钠等[1],水玻璃是用量最大的物质,但使用时存在着成份波动大,不便计量和贮运等问题。

偏硅酸钠是由水玻璃和烧碱深加工而成的模数为1(nSi02/nNa20,下同)的白色粉未状结晶体,分于内含5个结晶水,熔点72.2℃,易溶于水中,l%水溶液pH值为12.5,显碱性。它具有稀释作用的原回是它能增大泥浆中胶团的表面电荷密度,从而增加双电层厚度和乏电位,使粒于之间的排斥力加大;同时,偏硅酸钠所含的硅酸根阴离子能同泥浆中的Ca2+\Mg2+有害离于生成难溶物,促进Na+的交换作用,使泥浆的粘度减小,而流动性增加。

1 工艺选择

偏硅酸钠合成方法有喷雾干燥法、熔固结次造粒法和溶液结晶法,其中,溶液结晶法工艺具有设备投资少、生产成本低、质量稳定的特点[2],产品特别适合于陶瓷泥浆注浆成形添加剂,对自度、水不溶物等指标要求低,售价低廉的使用要求,其工艺流程如图所不。

2 结果讨论

2.1 结晶浓度影响

采用溶液结晶法工艺制五水偏硅酸钠从相图[3]上分析,其结晶液浓度(Na20+Si02)%只要控制在25%~28%间均可生成五水偏硅酸钠。但是,溶液中Na20、Si02含量是相互影响的,Si02含量高,结晶周期长,直接用nNa2O/nSi02比值为1、含固量58%的溶液结晶,加入晶种,结晶周期需72~120h;Na20含量高,结晶速度则快,但较快的结晶速度易造成结晶颗粒细,晶体生长夹带Na20多,产品模数难以达到要求。

表1 不同nNa2O/nSiO2比结晶溶液与结晶时间有关

nNa2O/nSiO2 0.5~0.8 0.95~1.03 1.2~1.8 1.9~2.3 结晶时间h 不结晶 大于72 15~20 4~6 2.2 晶种影响

在偏硅酸钠结晶过程中,为了控制晶体质量,获得粒度均匀的产品,采用向结晶溶液加入合适粒度及数量的晶种,整个过程选用温和搅拌,使晶种较均匀地悬浮在整个溶液中,减少二次成核数量,使被结晶的物质只在晶种表向上生长。

晶种的加入量取决于整个结晶过程可被结晶出来的物质量、晶种粒度和所希望得到产品的粒度。假设过程中无初级成核晶种生成,则成品粒于数等于新加入晶种粒子数

式中:Ms、Mp—晶种、成品质量

Ls、Lp—晶种、成品平均粒度

kv、p—偏硅酸钠物性常数

对于偏硅酸钠自水溶液的结晶过程,按结晶相变分析,由于其介稳区的宽度较窄,容易进入不稳区,一般采用加0.1mm~0.2mm粒度的晶种。如要求成品粒度平均1mm,考虑到不可避免溶液自身成核数量,实际加入0.1mm晶种为理论量的40%~60%。

2.3 温度控制影响

五水偏硅酸钠结晶过程对温度比较敏感,其晶体生长需经过诱导过程,采用在50℃~60℃间向溶液加晶种方法控制晶核总量,之后使晶体在相对恒定的温度和过饱和度下使晶体均速增长。结晶后期,以每分钟1℃度降温,使晶体快速长人,至阴38~8℃趁热分离出料。

表2 偏硅酸钠主要技术指标 指标名称 指标值 外观 白色结晶粉未 碱含量(Na20)% 28.0~30.0 二氧化硅(SiO2)% 27.80~30.00 铁(Fe)含量% ≤0.03 水不溶物% ≤0.3

2.4 其它助剂影响

为了便于分离操作时游离水同晶体分禹,在降温结束前0.5h按总量0.005%~0.15%比例一次性加入十二烷基磺酸类表面活性剂,可降低晶体与水之间的表面

张力,能使湿样游离水降到4%以下,便于干燥和贮存。

3 应用

利用溶液结晶法制备五水偏硅酸钠,产品上要指标如表2。

偏硅酸钠对泥浆的pH值有较强的缓冲能力,其所含的硅酸根阴离子除增大粘土粒于带电荷密度外,还易同泥浆中的有害ca2+\Mg2+离子作用生成难溶盐,促进Na+离于的交换作用,能生成更多的Na一粘土,也会改善泥浆的流动性.当这种泥浆加入模具中成形时,易同石膏起反应,能快速地发生絮凝、硬化反应,缩短成坯时间。偏硅酸钠一般按粘土量的0.3%-4.5%加入,不仅适于普通注浆成形,也适于压力注浆成形,具有使用方便、价格低廉、稀释性能好的特点。

同时,偏硅酸钠便于同其它常用稀释剂如纯碱、磷酸盐、腐植酸钠等调配成复合稀释解胶剂,比单一解胶剂有更好的解胶性能。目前,各种市售复合解胶剂大多是以偏硅酸钠为上要成份配制的。

此外,偏硅酸钠对脂肪类物质有较强的润湿、乳化和皂化作用,具有较强的去油污性能,广泛用于配制各种洗涤剂。另外,在纺织、造纸和采油等行业也有广泛应

参考文献

1 西北轻工业学院等。陶瓷工艺学,轻工业出版社:1985,199~201

工业结晶论文范文第15篇

[关键词]头孢曲松钠;制备方法;操作因素;结晶

中图分类号:TM123 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)10-0350-01

头孢曲松钠的主要功能就是抗菌和消炎,其毒副作用相对较小,疗效好,所以受到了广大医护人员的高度青睐。但是这种药物在生产和制备的过程中所用的成本相对较高,无论是从其纯度还是结晶的情况上看和其他的抗生素药物之间存在着严重的差异,因此,需要对这一药物的制备工艺进行细致地研究,采用先进的技术和工艺,对其进行革新。

1 头孢曲松钠的发展现状

头孢曲松钠的化学成分较复杂,属于半水合物,属于白色的晶体和粉末状,无味,极易溶于水,可以在甲醇溶液中微溶,但是在乙醚中却不溶。为了对头孢曲松钠的发展状态进行了解,首先需要对其结构示意图进行熟知,从这一根本入手,才能为以后的分析和探讨提供相应的依据。其结构示意图如图1:

头孢曲松钠属于头孢菌素的一种,其杀菌和抗菌的作用比较明显,在临床应用中颇有成效。国际上多名药物研究人员都对其进行了深入研究,最早是在二十世纪七、八十年代,在瑞士的一个公司上市。几年后得到了认证和推广,可见,国外对头孢曲松钠的研究远远超过国内。

今年来,这种药物的销量逐渐增加,在处方药物的市场上占据了整个市场将近10%的份额和比例。可见,市场的需求量是这中药物得以发展的重要因素。另外,我国对这一药物的发展和制备也逐渐放松了政策,逐渐对生产成本、生产工艺以及生产技术等方面的弊端进行改进,消除头孢曲松钠药物应用的瓶颈期。

2 头孢曲松钠的制备工艺

通过观察这一药物的机构图可知,其制备工艺的复杂程度不言而喻。其构成要素包含的内容较广,同时工艺制备路线也有很多种,每一种工艺之间都存在着密切的关系,但是每一种制备方式都存在着优势和不足。所以,要对这些制备工艺进行深入探讨和分析,指导切实可行的研究方法,进而保证工艺制备的科学性和合理性。无论是在催化剂的选用还是相关工艺的制备等方面都需要进行科学的分析。

3 影响头孢曲松钠质量的因素

对于现如今的头孢曲松钠成分的合成路线上看,主要采用的是先3位后7位的合成方式。然后通过结晶的分离得到头孢曲松钠产品。对于药物本身来说,提纯的纯度也是影响药品制备的重要因素。在溶析的过程中需要进一步考虑的问题就是产品的收率问题,因此需要对制备的工艺以及操作的条件等方面进行严格地控制,进而提升经济效益和社会效益。

3.1 溶剂、溶析剂的选择

溶析的结晶制备就是充分应用分离物质以及溶剂之间的作用力,对溶剂进行改变,使得溶剂中的晶体分离。上文中已经提到,头孢曲松钠的水溶性较强,因此考虑其作为水溶剂。但是这种药剂在丙酮、甲醇以及乙醇溶液中的溶解度却比较小,所以,选择其作为溶解剂是再恰当不过,不仅需要对其成本进行控制,同时还需要考虑到其环保程度。可见,在进行溶剂和溶析剂的选择中需要考虑到多方面的内容。

3.2 溶析结晶温度

在药品的结晶工艺中,结晶的温度也会对工艺的进行产生严重的影响。因此,需要对温度因素加强重视。由于溶析结晶的过程属于一个传热的过程,温度和速率之间存在着一定的密切关系。相关的学者和研究人员对这一问题进行了深入研究,对于有机药物的分子质量进行分析,同时对于头孢曲松钠的降解程度需要严格地控制。可见,适量的温度是工艺优化的重要因素。

3.3 结晶母液初始浓度

溶析结晶过程中溶析剂加入点处的过饱和度水平很高,容易在瞬间产生大量初级晶核并形成聚集体,进而发生母液包藏现象,影响晶体产品质量。结晶母液初始浓度越大,溶析剂加入点处的局部过饱和度也就越大,聚集越严重。对头孢曲松钠溶解度的研究发现,结晶母液初始浓度越小,结晶过程的理论收率越低,相同结晶设备的生产能力也越低。

3.4 溶析剂流加速率

过饱和度是结晶过程的推动力,成核速率的临界控制因素,而溶析剂的流加速率是控制溶析结晶过程过饱和度大小的主要操作因素。工业结晶过程要避免自发成核,所以过饱和度应尽量控制在介稳区内结晶。赵茜等考查了不同溶析剂对盐酸林可霉素晶体产品粒度分布、纯度的影响,并指出应确定一个理论最佳的溶析剂流加操作程序,使得结晶过程在一个恒定的最大允许的过饱和度下操作,这样既避免了因高过饱和度产生最初级成核的可能,又解决了因过饱和度低而使得生产能力低下的难题。恒速流加溶析剂易使产品粒度分布出现双峰,说明在初始阶段溶析剂流加过快,成核剧烈。

3.5 晶种加量对产品比容及流动性的影响

当结晶体系达到一定的过饱和度后,会出现爆发出晶现象,从而产生的晶核太多,影响后续晶体生长,造成晶体颗粒小、比容大,因此在体系大量出晶前加入适量晶种有利于晶体生长及产品比容和流动性。晶种加量为0.3%时,得到的产品比容最小,流动性好。

3.6 搅拌转速对产品比容及流动性的影响

搅拌有利于提高产品的流动性;但搅拌速度过大会将晶体打碎,影响产品的比容,因此控制适当的搅拌转速非常重要,搅拌转速对产品比容及流动性的影响如图2所示。

由图2可以看出,搅拌过快过慢时都不利于产品的比容;搅拌转速为170r/min时,得到的产品比容最小,流动性好。

3.7 流加速度对产品比容及流动性的影响

结晶过程中析出剂的流加速度是影响晶核生长的主要因素,流加速度过快导致析晶速度快,从而使产品的比容增大,流动性下降;速度过慢,则不利于生产的节能降耗。滴加速度为1mL/min、2mL/min时,产品的比容相差不大,产品的流动性也都较好,考虑到生产的成本,采用2mL/min的滴加速度,此时得到的产品比容较小,流动性好。

3.8 结晶温度对产品比容及流动性的影响

结晶温度对产品的粒度和收率的影响较大。温度升高,成核速率与生长速率也提高,利于结晶过程,但结晶温度过高会使头孢曲松钠的稳定性下降,收率降低。随着结晶温度的升高,产品的比容下降。但结晶温度为20℃时,产品的含量下降,杂质增大增多,因此选择10~15℃作为结晶温度,得到的产品不仅含量高,而且比容较小。

4 总结

由于药品在临床使用中产生的不良反应除与药品本身的药理活性有关外,还与药品中所混入的杂质有关。通过对μ一内酞胺抗生素过敏反应的研究,发现抗生素所致的速发型过敏反应并非由药物本身所致,而和药物中存在的致敏性高分子杂质有关。因此,中国药典对注射用头抱曲松钠产品中头抱曲松聚合物的含量作出了更严格的要求,即不得超过0.8%。这给本来形式就很严峻的国产头抱曲松钠企业带来了更大的挑战。

参考文献