材料科技论文
材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。下面小编给大家分享一些材料科技论文，大家快来跟小编一起欣赏吧。
材料科技论文篇一
中国画的材料演变
【内容摘要】绘画材料是中国画的一个非常重要的因素，对作品的好坏以及表达作者的情感起着至关重要的作用。中国画的材料有几次重大的演变，而这些演变推动着中国画的发展。文章以绘画材料的演变历史为主线，叙述各种绘画材料的表现艺术，以及它们对中国画的推动作用。
【关键词】中国画 绘画材料 演变 促进
中国的绘画历史源远流长，派流繁多，是世界绘画之林一棵参天大树。绘画材料是艺术创作的物质基础，物质基础决定上层建筑，绘画理念的表达要依靠物质基础的承载。我们应清楚地了解每种绘画材料的特质，才能更好地运用它，使它表达创作者的情感。
绘画材料的演变是形成这种现象的重要原因，不同时期的材料特点对这一时期的绘画技巧和风格有重要影响。绘画以形色为根本，而形色的表现要借助于绘画材料。
一、石器时代
石器时代，最典型的文物就是半坡的陶盆画《人面鱼纹》，从其笔痕来看，绘画工具可能是硬羽毛之类的东西，颜料主要也是来源于天然的有色土或者石料调和动物血、植物的汁水。
彩陶纹饰一般为几何纹饰和象形纹饰，即点、条、圆、三角形等简单的几何图形或自然界中的太阳、月亮、花瓣等图案。彩陶装饰绘画中色彩的运用除了与当时的颜色制造有关，也体现了原始时期人们对周围世界的认知的色彩观，主要以红、黑、白为主。彩陶绘画中质朴的材质与矿物色独特的粗犷的绘画风格对后世形成了一定的影响。
二、先秦时期
这一时期的绘画材料得到一定的发展，其中主要为人造墨的出现。墨，这一绘画材料在西周得到了独立发展。烧烟取墨成为最早的制墨方法，当然也是中国制墨的最基本方法。绘画的工具中也开始出现了毛笔，并且在这一时期得到广泛应用。
纺织技术的发展，使得先秦时期绘画材料增加了纺织品，如麻葛布、帛等。
在绘画颜料上，先秦也有所进步，除却之前的天然石，还增加了朱红、灰绿、黄、蓝、白等漆色。漆器工艺也在这一时期得到突飞猛进的发展。
这一时期的绘画材料决定了这一时期的绘画种类主要是壁画、帛画和青铜装饰画。
三、秦汉时期
西汉时出现造纸术，东汉时期得到蔡伦的改进，使得纸进入千家万户。纸代替了帛，成为人们日常生活中最简便的书写材料。
秦汉时期的制墨业也在逐步发展，当时的制墨作坊数量和规模都大大增加。据秦汉时期的史料记载，这一时期墨已经成为官方的主要书写、绘画材料。墨的形制从以手攥成不规则的“墨丸”到墨模的发明，墨的形制产生了根本性的变化。墨模的使用，不仅提高了墨的质量，也为墨在日后发展成为收藏品提供了基础。
制笔业在秦汉规范了基本形制，得到很大进步。
秦汉时期的绘画种类，最突出的为壁画。究其原因是丰富的制作画底的材料以及发达的技术。典型的代表是长沙马王堆一号墓的壁画。
四、魏晋南北朝时期
纺织品业在这一时期进一步得到发展，可以制造质量较高的绢、素等，顾恺之的代表作《洛神赋图》《女史箴图》的摹本都是绢本。因为绢、素质量的提高，作为绘画的画底，使得作者能够进行笔法描绘，代表作为顾恺之的“高古游丝描”。还有单纯以线勾画的绘画――白画出现，后来其因为独特的审美价值而独立发展成为一门绘画种类。
虽然造纸业一直在发展，但是史料记载，纸真正广泛用于绘画，是在魏晋时期。中国历史上最早的纸底绘画是新吐鲁番出土的东晋时期的纸底设色画《地主生活图》。
这一时期的绘画材料使得石窟壁画大量兴起。
五、隋唐时期
隋唐时期是一个纸、绢并行的时期。这一时期楮皮纸的优点是纸质洁白、纸底绵软，很是适合绘画，受到书画者的追捧。在唐代，纸还分为生纸和熟纸。熟纸是经过加工的纸，更加适于作画，所以在正式的作画中，书画者通常采用熟纸。纸的发展推动了中国绘画的发展，同时对世界绘画也产生了重大影响，这是毋庸置疑的。隋唐时期发达的纺织业创造的优良的绢，也为绘画提供了大量良好的介质。这一时期的绢大多细，符合隋唐时期绘画技巧讲究的工细。但是精细的绢多为达官显贵使用，普通家庭也只是使用较粗的绢。
隋唐时期绘画颜色大多厚重纯净，石色的大量使用以及草色颜料和金属色也普遍使用是造成这一现象的主要原因。
隋唐时期书法盛行，与之相应的，毛笔的制作更加完备，为了适应绘画技法，在短锋笔之后出现了长锋笔。
这一时期的绘画种类主要是从东晋开始的山水画，它在唐代得到进一步发展。王维开创了水墨渲淡的先河，被认为是南宗之祖。
六、五代两宋时期
因为皮纸技术的革新以及皮纸本身良好的特性，使得这一时期皮纸广泛应用于书画。皮纸受墨性好，纸质洁白，平滑，绘画运笔流畅。典型的上好皮纸如南唐澄心堂纸，被蔡襄誉为纸中第一品。
制笔业持续发展，在这一时期，宣州制笔是最具有代表性的地区。这一地区产生的“无心散卓笔”，完美地适应了宋代水墨画。
“廷�墨”是宋代的第一名墨，其特点是墨中含有多种药物，墨气香气四溢，墨色纯润，墨质坚挺。
这一时期的绘画材料决定了这时期的绘画种类以青绿山水和水墨山水为主。
七、元代时期
这一时期出现了文人画，即文人墨客随手作画。因为文人身边最常见的为纸，所以他们习惯用纸作画，纸底绘画开始盛行。
这一时期的毛笔也得到很大发展，以湖州制笔业为代表。因为文人画追求绘画的书写性和绘画中笔法的写意性，由此要求毛笔软硬适中，弹性适宜，储水量大，长锋羊毫笔这一适宜绘画的毛笔得以改进。
顺应文人画，这一时期的绘画种类主要是山水画以及四君子题材的花鸟画。
八、明清时期
明清时期，纸更加广泛运用于绘画，随着造纸术的进步，纸质更加优质。除却纸，绢依然在绘画中使用，但是主要是供给宫廷。
明清时期墨的种类有松烟墨、油烟墨和漆烟墨。
这一时期主要以水墨为主，水墨大写意绘画出现在世人眼前。纸的普遍应用以及画论的盛行，明清文人画以及水墨画达到鼎盛时期。
结语
在中国文化的滋养下，绘画材料的演变影响推动着中国画的发展，不同时期的绘画材料体现了这一时期的发展状况，不论是何种绘画材料，体现的都是中国文化的特色与内涵，我们要把握好每种绘画材料，用它们演绎出最精彩的中国画。
(注：本文为2014年黑龙江省教育厅人文社会科学项目研究成果，课题名称：架上――综合材料绘画研究。课题编号：12542105)
参考文献：
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作者单位：哈尔滨师范大学美术学院
材料科技论文篇二
同位素电池材料
摘 要：同位素电池以结构紧凑，能量密度大，不受外界环境影响，使用寿命长等优点，在航空、医学和民用等领域得到广泛的应用，是一种前景广阔的新能源电池。本文以直接充电式、温差式和辐射伏特效应同位素电池三种重要的同位素电池为例对同位素电池的放射性同位素热源和能量转换材料分别进行详细的介绍。
关键词：同位素电池 核电池 氚电池 能量转换
中图分类号：TM911 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)05(a)-0215-02
同位素电池，又被称作核电池，它是利用放射性同位素衰变时放射出来的载能粒子(比如α粒子、β粒子或γ光子) 与物质相互作用，粒子的动能被吸收或阻止后转化为内能，再通过能量转化器件转化为电能的一种装置。同位素电池以结构紧凑，能量密度大，不受外界环境影响，使用寿命长等优点，在航空航天、航海、医学、微型电动机械、电子产品和电动汽车等领域得到广泛的应用[1]，是一种前景广阔的新能源电池。基于同位素电池的能量转换方式，它可分为两类：直接转换式和间接转换式。更具体的讲，主要包括9种：直接充电式同位素电池、辐射伏特效应同位素电池、温差式同位素电池、荧光体光电式同位素电池、热致光电式同位素电池、气体电离式同位素电池、热机转换同位素电池、电磁辐射能量转换同位素电池和热离子发射式同位素电池[2]。放射性同位素热源是同位素电池的核心材料，能量转换材料是同位素电池的主要材料。下面以直接充电式、温差式和辐射伏特效应同位素电池三种重要的同位素电池为例对同位素电池的放射性同位素热源和能量转换材料分别进行详细的介绍。
1 同位素电池材料
1.1 放射性同位素热源
根据放射性同位素的衰变特性，大致将其分成α源、β源和γ源三种，其中适合作为同位素电池放射热源的有十几种。包括60Co，90Sr，137Cs，144Ce，147Pm，170Tm，210 Po，238 Pu，242Cm，244Cm等[3]。表1列出了常用的放射性同位素热源的参数比较(表1)。
不同类型的同位素电池中放射性同位素热源所起的作用不尽相同，所用放射性同位素热源也不尽相同。
直接充电式同位素电池是通过直接收集放射性同位素热源发射出的载能粒子，将载能粒子的能量转化成电能的一种装置。直接充电式同位素电池是一种高压型同位素电池，其开路电压为千伏级。由于α粒子会发射出大量的次级电子，这类电池一般选用纯β源或具有弱γ、X 射线的β源。常见的β源包括3H、63Ni、90Sr和147Pm。高纯度的63Ni、90Sr、147Pm价格昂贵且在国内难以获得，氚(3H)是目前已知的β热源中最易获取、最适合工业化的候选材料。
温差式同位素电池利用同位素放射源产生的热能来实现能量转换。238Pu衰变产生的是α粒子，放射性防护要求很低，作为同位素热源体积可以做得很小，是温差式同位素电池放射性同位素热源的研究热点，其半衰期为87.7年，五年内热功率值仅下降4%。美国和前苏联的原型温差式同位素电池使用的是210Po，而后主要用于反应堆动力的发展。我国最早的温差式同位素电池也是采用的210Po放射热源，其输出电功率1.4 W，产生热能为35.5W[5]。
辐射伏特效应同位素电池是直接利用放射性同位素衰变时放出的α或β粒子轰击半导体材料产生出大量电子空穴对，在半导体元件内电场的作用下实现分离，输出电流。63Ni能量密度高，半衰期长达100 年，释放出的β粒子最大能量仅有67 keV，基本不会损伤器件，成为目前最受关注的β射线辐射伏特效应同位素电池放射性同位素热源。此外，90Sr和90Y衰变时发射的β粒子在这类电池中应用较多[6]。氚的能量密度可以达到1000 mW・h/g，比高能锂离子电池能量密度高出4个数量级;并且氚电池无毒，低污染，又具有良好的生物兼容性，比现有的锂离子电池等更绿色环保，因此氚同位素伏特效应电池应用前景广阔。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所[7，8]公开的辐射伏特效应同位素电池以氚作为同位素热源。
1.2 能量转换材料
不同类型的同位素电池的发电机制不同，所用能量转换材料也不尽相同。
直接充电式同位素电池正极发射电子，负极接收电子，两个电极均选用金属。铜具有良好的导电、导热性能和机械性能，可作为直接充电式同位素电池的收集材料。南华大学设计了以63Ni为能量来源、铜为收集极的直接充电式核电池，能量转换效率为9.42%[9]。
温差式同位素电池是利用能量转换材料的赛贝克效应将放射性同位素热源产生的热能转换成电能，其采用的能量转换材料为温差热电材料。20世纪30年代，随着半导体物理的发展，科学家们发现半导体材料的赛贝克系数可高于100μV/K，半导体热电材料成为热电材料的研究热点。其中最重要的温差式同位素电池能量转换温差热电材料包括Bi2Te3/Sb2Te3、PbTe、SiGe等固溶体合金[10]。Bi2Te3/Sb2Te3适用于低温[11]。PbTe适用于400～800 K。SiGe合金主要适用于700 K以上的高温[12]，在1200 K时，无量纲的温差电优值ZT≈1，是当前航天器温差式同位素电池主要的热电材料[13-14]。美国自1961年起在近30 项空间任务中采用了温差式同位素电池作为电源。这些温差式同位素温差电池的质量从几千克到几十千克不等，输出功率范围从几瓦级到几百瓦级，最高热电转换效率接近7%，最长工作寿命超过30年[15]。表2列出了美国典型的空间应用的温差式同位素电池的温差热电材料和性能数据。
辐射伏特效应同位素电池能量转换材料主要分为两类：PN结型和非PN结型。截至目前，关于辐射伏特效应同位素电池的研究大多以PN结型能量转换材料为主。PN结型能量转换材料又分为单晶硅材料和非单晶硅材料两种。单晶硅是最早也是最成熟的半导体材料，它已广泛应用于辐射伏特效应同位素电池能量转换材料的研究当中。但是硅材料禁带宽度小，制成的PN结漏电流较大，使得电池的能量转换效率较低。碳化硅作为第三代半导体，不仅具有优异的温度特性和抗辐射特性，而且禁带宽度大，制成的PN结漏电流很低，可以得到比硅基辐射伏特效应同位素电池更高的开路电压和能量转换效率，成为目前备受瞩目的同位素电池应用材料。Chandrashekhar课题组制作了SiC材料PN结型器件，利用63Ni为放射性热源，获得了能量转换效率约为6% [16]。Moham adian[17]对GaN进行研究，Deus[18]对AlGaAs进行研究，均取得了一定的成果，这些材料在能量转换效率方面较传统的单晶硅更具优势，但受限于目前材料的制作难度有待进一步的深入。非PN结型辐射伏特效应同位素电池能量转换材料也受到了学者们的广泛关注。西安电子科技大学申请的专利[19]中提出了基于SiC的肖特基结式辐射伏特效应同位素电池，如(图1)所示。 Liu等[20]利用金属Pt和Sc的接触势差，以无定形硅为绝缘介质，得到Voc=0.16 V，Jsc=5.3 nA/cm2，Pmax=0.26 nW/cm 2的辐射伏特效应同位素电池。(图2)给出了目前已开展研究的辐射伏特效应同位素电池能量转换材料类型。目前，国内辐射伏特效应放射性同位素电池只有大连理工大学、西安电子科技大学、厦门大学、西北工业大学等少数几所高校在进行研究。
2 结语
本文就目前同位素电池的放射性同位素热源和能量转换材料做了总结归纳，旨在希望能够对从事同位素电池相关研究领域人员有所帮助，作为参考。相信随着新型材料的发展，同位素电池性能将大幅提升，在不久的将来，同位素电池在航空、医学和民用等领域发挥更大的作用。
注：作者韩建华对本文所作贡献与第一作者相同，因篇幅所限，将其列为第二作者。
参考文献
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