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1微乳反應器原理
在微乳體系中,用來制備納米粒子的一般是W/O型體系,該體系一般由有機溶劑、水溶液。活性劑、助表面活性劑4個組分組成。常用的有機溶劑多為C6~C8直鏈烴或環烷烴;表面活性劑一般有AOT[2一乙基己基]磺基琥珀酸鈉]。AOS、SDS(十二烷基硫酸鈉)、SDBS(十六烷基磺酸鈉)陰離子表面活性劑、CTAB(十六烷基三甲基溴化銨)陽離子表面活性劑、TritonX(聚氧乙烯醚類)非離子表面活性劑等;助表面活性劑一般為中等碳鏈C5~C8的脂肪酸。
W/O型微乳液中的水核中可以看作微型反應器(Microreactor)或稱為納米反應器,反應器的水核半徑與體系中水和表面活性劑的濃度及種類有直接關系,若令W=[H2O/[表面活性劑],則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會受到W的影響。利用微膠束反應器制備納米粒子時,粒子形成一般有三種情況(可見圖1、2、3所示)。
(l)將2個分別增溶有反應物A、B的微乳液混合,此時由于膠團顆粒間的碰撞,發生了水核內物質的相互交換或物質傳遞,引起核內的化學反應。由于水核半徑是固定的,不同水核內的晶核或粒子之間的物質交換不能實現,所以水核內粒子尺寸得到了控制,例如由硝酸銀和氯化鈉反應制備氯化鈉納粒。
(2)一種反應物在增溶的水核內,另一種以水溶液形式(例如水含肼和硼氫化鈉水溶液)與前者混合。水相內反應物穿過微乳液界面膜進入水核內與另一反應物作用產生晶核并生長,產物粒子的最終粒徑是由水核尺寸決定的。例如,鐵,鎳,鋅納米粒子的制備就是采用此種體系。
(3)一種反應物在增溶的水核內,另一種為氣體(如O2、NH3,CO2),將氣體通入液相中,充分混合使兩者發生反應而制備納米顆粒,例如,Matson等用超臨界流體一反膠團方法在AOT一丙烷一H2O體系中制備用Al(OH)3膠體粒子時,采用快速注入干燥氨氣方法得到球形均分散的超細Al(OH)3粒子,在實際應用當中,可根據反應特點選用相應的模式。
2微乳反應器的形成及結構
和普通乳狀液相比,盡管在分散類型方面微乳液和普通乳狀液有相似之處,即有O/W型和W/O型,其中W/O型可以作為納米粒子制備的反應器。但是微乳液是一種熱力學穩定的體系,它的形成是自發的,不需要外界提供能量。正是由于微乳液的形成技術要求不高,并且液滴粒度可控,實驗裝置簡單且操作容易,所以微乳反應器作為一種新的超細顆粒的制備方法得到更多的研究和應用。
2.1微乳液的形成機理
Schulman和Prince等提出瞬時負界面張力形成機理。該機理認為:油/水界面張力在表面活性劑存在下將大大降低,一般為l~10mN/m,但這只能形成普通乳狀液。要想形成微乳液必須加入助表面活性劑,由于產生混合吸附,油/水界面張力迅速降低達10-3~10-5mN/m,甚至瞬時負界面張力Y<0。但是負界面張力是不存在的,所以體系將自發擴張界面,表面活性劑和助表面活性劑吸附在油/水界面上,直至界面張力恢復為零或微小的正值,這種瞬時產生的負界面張力使體系形成了微乳液。若是發生微乳液滴的聚結,那么總的界面面積將會縮小,復又產生瞬時界面張力,從而對抗微乳液滴的聚結。對于多組分來講,體系的Gibbs公式可表示為:
--dγ=∑Гidui=∑ГiRTdlnCi
(式中γ為油/水界面張力,Гi為i組分在界面的吸附量,ui為I組分的化學位,Ci為i組分在體相中的濃度)
上式表明,如果向體系中加入一種能吸附于界面的組分(Г>0),一般中等碳鏈的醇具有這一性質,那么體系中液滴的表面張力進一步下降,甚至出現負界面張力現象,從而得到穩定的微乳液。不過在實際應用中,對一些雙鏈離子型表面活性劑如AOT和非離子表面活性劑則例外,它們在無需加入助表面活性劑的情況下也能形成穩定的微乳體系,這和它們的特殊結構有關。
2.2微乳液的結構
RObbins,MitChell和Ninham從雙親物聚集體的分子的幾何排列角度考慮,提出了界面膜中排列的幾何排列理論模型,成功地解釋了界面膜的優先彎曲和微乳液的結構問題。
目前,有關微乳體系結構和性質的研究方法獲得了較大的發展,較早采用的有光散射、雙折射、電導法、沉降法、離心沉降和粘度測量法等;較新的有小角中子散射和X射線散射、電子顯微鏡法。正電子湮滅、靜態和動態熒光探針法、NMR、ESR(電子自旅共振)、超聲吸附和電子雙折射等。
3微乳反應器的應用――納米顆粒材料的制備
3.1納米催化材料的制備
利用W/O型微乳體系可以制備多相反應催化劑,Kishida。等報道了用該方法制備
Rh/SiO2和Rh/ZrO2載體催化劑的新方法。采用NP-5/環已烷/氯化銠微乳體系,非離子表面活性劑NP-5的濃度為0.5mol/L,氯化銠在溶液中濃度為0.37mol/L,水相體積分數為0.11。25℃時向體系中加入還原劑水含肼并加入稀氨水,然后加入正丁基醇鋯的環乙烷溶液,強烈攪拌加熱到40℃而生成淡黃色沉淀,離心分離和乙醇洗滌,80℃干燥并在500℃的灼燒3h,450℃下用氧氣還原2h,催化劑命名為“ME”。通過性能檢測,該催化劑活性遠比采用浸漬法制得的高。
3.2無機化合物納粒的制備
利用W/O型微乳體系也可以制備無機化合物,鹵化銀在照像底片乳膠中應用非常重要,尤其是納米級鹵化銀粒子。用水一AOT一烷烴微乳體系合成了AgCl和AgBr納米粒子,AOT濃度為0.15mol/L,第一個微乳體系中硝酸銀為0.4mol/L,第二個微乳體系中NaCl或NaBr為0.4mol/L,混合兩微乳液并攪拌,反應生成AgCl或AgBr納米顆粒。
又以制備CaCO3為例,微乳體系中含Ca(OH)2,向體系中通入CO2氣體,CO2溶入微乳液并擴散,膠束中發生反應生成CaCO3顆粒,產物粒徑為80~100nm。
3.3聚合物納粒的制備
利用W/O型微乳體系可以制備有機聚丙烯酸胺納粒。在20mlAOTt――正己烷溶液中加入0.1mlN-N一亞甲基雙丙烯酰胺(2mg/rnl)和丙烯酰胺(8mg/ml)的混合物,加入過硫酸銨作為引發劑,在氮氣保護下聚合,所得產物單分散性較好。
3.4金屬單質和合金的制備
利用W/O型微乳體系可以制備金屬單質和合金,例如在AOT-H2O-n―heptane體系中,一種反相微膠束中含有0.lmol/LNiCl2,另一反相微膠束中含有0.2mol/LNaBH4,混合攪拌,產物經分離、干燥并在300℃惰性氣體保護下結晶可得鎳納米顆粒。在某微乳體系中含有0.0564mol/L,FeC12和0.2mol/LNiCl2,另一體系中含有0.513mol/LNaBH4溶液,混合兩微乳體系進行反應,產物經庚烷、丙酮洗滌,可以得到Fe-Ni合金微粒(r=30nm)。
3.5磁性氧化物顆粒的制備
利用W/O型微乳體系可以制備氧化物納米粒子,例如在AOT-H2O-n-heptane體系中,一種乳液中含有0.15mol/LFeCl2和0.3mol/LFeCl3,另一體系中含有NH4OH,混合兩種微乳液充分反應,產物經離心,用庚烷、丙酮洗滌并干燥,可以得到Fe3O4納粒(r=4nm)。
3.6高溫超導體的制備
利用W/O型微乳體系可以合成超導體,例如在水一CTAB一正丁醇一辛烷微乳體系中,一個含有機釔、鋇和銅的硝酸鹽的水溶液,三者之比為1:2:3;另一個含有草酸銨溶液作為水相,混合兩微乳液,產物經分離,洗滌,干燥并在820℃灼燒2h,可以得到Y-Ba-Cu―O超導體,該超導體的Tc為93K。另外在陰離子表面活性劑IgegalCO-430微乳體系中,混合Bi、Pb、Sr、Ca和Cu的鹽及草酸鹽溶液,最終可以制得Bi-Pb-Sr-Ca-Cu―O超導體,經DC磁化率測定,可知超導轉化溫度為Tc=112K,和其它方法制備的超導體相比,它們顯示了更為優越的性能。
目前對納米顆粒材料的研究方法比較多,較直接的方法有電鏡觀測(SEM、TEM、STEM、STM等);間接的方法有電子、X一射線衍射法(XRD),中子衍射,光譜方法有EXAFS,NEXAFS,SEX-AFS,ESR,NMR,紅外光譜,拉曼光譜,紫外一可見分光光度法(UV-VIS),熒光光譜及正電子湮沒,動態激光光散射(DLS)等。
關鍵詞:微課技術;版畫;教學
新課程倡導小學美術要嘗試各種材料和工具的制作方法,豐富學生的觸覺和視覺體驗,使小學生能感受到美術學習的樂趣,從而更好地激發學生的審美情操。版畫是一種以“版”為媒介的繪畫藝術,它是一門工藝與繪畫結合特別緊密的課程,是小學美術教學的主要組成部分,對小學生審美能力以及審美鑒賞力的培養具有十分重要的作用。運用微課技術進行版畫教學,有利于優化版畫教學效果,更好地達到美術的教學目標。
一、微課技術的概念與特點
微課,即微型視頻課例,就是以教學視頻作為主要的呈現方式,記錄教師圍繞著某個學科知識點,有效地開展教與學的過程。微課的核心就是微視頻,一般時常為5~8分鐘,這是在傳統教學資源的類型上形成的一種新型的教學資源。利用微課技術進行教學,有很多優點,微課的教學內容比較單一,內容也更加的精簡,使教學主題和教學目標更加的突出和明確;微課整合了微課件、微教案等內容,與具體教學緊密相連,使教學情境更加的真實;而且微課視頻短小精悍,使用起來特別的方便。因此,把微課技術運用到版畫教學中,有利于強化版畫學習的知識點,還有利于更好地吸引學生的注意力,激發學生的學習興趣,有助于版畫教學效果的優化。
二、微課技術優化版面教學的方法
1.營造真實的版畫教學情境
在版畫的教學過程中,很多學生僅憑書本,對于版畫的繪畫和制作工程不能有一個直觀的感受,教師可以通過微課技術,把教師版畫的制作過程,給學生拍成視頻,讓學生進行觀看,使學生在頭腦中形成一個直觀的印象,有利于學生更好地進行版畫的學習。例如,我們以《美術》廣東版第9冊第六課《美麗的瓶花》為例,教師可以把準備物品以及教師的制作過程拍成4~6分鐘的視頻,比如,視頻包括課前準備材料需要調色板、吹塑紙以及水粉畫筆等,教師在視頻中一一介紹;然后視頻播放教師進行詳細的制作過程以及版畫的制作工藝,這樣學生通過視頻就掌握了版畫的制作方法,使學生在欣賞版畫制作的過程中感受到版畫藝術的情趣,激發了學生對版畫藝術的想象力
2.記憶的拓展以及個性的表現
利用微課技術,教師把《美麗的瓶花》一課拍成微型視頻,在課堂上給學生進行播放,使學生把視頻中教師的講解以及教師制作過程的畫面有機地結合起來,增加了學生創作的印象,并能使學生把這些印象通過不同的瓶花造型來表現出來。視頻播放之后,教師讓學生根據回憶自己動手制作吹塑紙版畫,學生可以根據課件中不同種類的花卉和瓶子結合自己的想象,創作出瓶花的造型,并用竹筆刻畫在吹塑紙上,然后再涂色壓印,讓學生在版畫的印制過程中,在各種奇妙肌理、偶然而成的畫面中,感受到制作版畫所帶來的美感樂趣。學生在制作版畫的過程中,利用自己獨特的思維,創造出不同的藝術效果,也讓學生懂得同一主題繪畫創作,也可以創作出不同感受的作品,激發了學生版畫學習的積極性。因此,運用微課視頻不僅能使學生的記憶得到拓展,創作出充滿童真童趣、極具個性的版畫作品,而且還能讓學生的藝術個性得到張揚,尊重了學生的個性發展
總之,運用微課技術一方面有助于版畫教學,提高版畫教學有效性,優化版畫教學的效果,另一方面,對于小學生審美能力以及審美鑒賞力的培養具有十分重要的作用,對促進學生的全面健康發展具有重要的意義。
參考文獻:
【關鍵詞】 火花;激發;探究;主動性
一、趣味問題,激發學習興趣,引發探究,激發“火花”
數學本來就是一門枯燥的學科,我們數學老師就引導學生進行深層次地探究,使數學中枯燥抽象的定義,枯燥的公式變為生動有趣的問題,才能提高學生學習的興趣。引導學生的探究思維是從問題開始的,有問題的學生才會探究,古人道:“疑是思之始,學之端。”學生有所疑,才會有所思、有所得,才會產生興趣,以此產生探究的欲望。
如在中心對稱圖形時,可以從一個故事入手,從前有一戶人家,有一塊長方形的田地,地里有一口井,現要將這塊地平均分配給兩個兒子播種,而且還要方便兩個兒子用這口井來進行灌溉,請你來幫他們平均分配一下,在此設置懸念,引出問題,讓學生動腦去思考,如何去解決這個問題。于是將知識點融入到故事中去,引發了學生進行探究。
二、親身體驗,學會求知創新,引發探究,激發“火花”
數學教學中強調學生動手操作能力的培養,“動手操作”的課堂引入,可以激發學生的好動特征,從而提高他們的觀察力,活動能力和實驗素養,所以教師在導入實施“導入”這個環節時,要以學生為中心,強調學生對知識的主動探究,教師通過設計的導入,充分給學生親自動手操作的機會,激發他們的學習興趣和培養他們的主體創造能力。
例如:在“平面直角坐標系的應用”導入環節中,可以分兩步設計:第一步:先讓學生在坐標系中描出三個已知點,連結成三角形。分別給橫坐標都加2,給縱坐標都加3,描新的點,連結并觀察圖形與原有的圖形形狀大小位置有何關系?學生在實際的動手活動中總結得出圖形與坐標變化的聯系。第二步:繼續拓展。分別給橫坐標都乘以2,縱坐標都乘以2新的點,連結并觀察圖形與原有的圖形形狀大小位置有何關系,學生通過系列的作圖體會,改變坐標的變化導致圖形位置的移動,進而推廣到決定圖形對稱的變化,同時從逆向訓練,圖形的變化如何改變坐標,深刻理解坐標與圖形這間的相互影響關系。在導入時,老師要堅決摒棄“注入式”和“結論式”的教學模式,多設計出使用一些需要學生創造性思考的教學方法,為學生開拓有效的活動空間,做學習的主人。
三、幽默語言,導入數學疑難問題,引發探究,激發“火花”
數學課中生動有趣的教學語言對啟發學生的學習興趣,解決疑難問題有很大作用,課上得幽默有趣,學生可以帶著一個高漲的、激動的情緒從事學習和思考。
如在教學直線概念時,可以這樣描述:直線可以想象成黑板邊線的無限延長,穿過高山大川,突破大氣層,經過星球,直至九霄云外而無窮無盡。這過這樣的描述,學生便興趣盎然,對直線這一概念理解就顯得形象。
四、一題多解,激活思維多向性,引發探究,激發“火花”
數學教學中要培養學生的思維能力,創新思維是多種思維方式的綜合。在數學教學的導入環節中,教師應當有目的、有計劃地拓展學生的思維空間,給學生更多的創造機會,使不同智力水平的學生,在思維能力上得到不同程度的發展。
例如:在講多邊形的內角和定理的證明方法不是唯一的,關鍵是把多邊形問題轉化為三角形問題,這種轉化思想在教學時要著重指出。在教學中的導入環節,可引導學生類比四邊形內角和定理的證明,聯想如何把多邊形的角轉化為一些三角形的角,鼓勵學生廣開思路,尋求不同的證明方法,讓學生感受取一點,這個點取的位置不同,也能從多個角度來解決這個問題。當然在學生獨立完成了這些的證明后,可以設計一些變式題目,在變中求活,在活中求新。
五、課后拓展,激勵創新意識,引發探究,激發“火花”
在拼音輸入法界面下長按鍵盤最下面左邊的第二個拼或En鍵,打開后可以選擇全屏手寫和半屏手寫兩種方式,點擊想要
使用的方式即可。
方法二:
建議下載輸入法相關軟件,根據個人喜歡進行下載,下載后根據提示,點擊輸入法設置圖標,可以根據提示的步驟選擇
【關鍵詞】數字化; 三維重建; 髖臼骨折;手術
基金項目:福建省莆田市科技項目計劃(項目編號2010S10(3))
作者單位:351100莆田學院附屬醫院骨科進行髖臼骨折內固定時,因髖臼窩位于髂骨深面,從骨表面難以精確判斷髖臼位置,經常遇到鋼板不易貼合、固定螺釘易進入關節腔等困難[1]。本實驗充分將醫學三維重建軟件與機械制圖軟件配合運用,完成骨折三維模型重建、虛擬骨折復位、植入物繪制、虛擬內固定及評判內固定效果等一系列步驟,對設計方案進行反復的模擬、改動并多角度驗證,完成髖臼骨折數字化內固定植入物設計,制定個性化/最優化的內固定手術方案,期待為臨床應用提供理論依據。
1材料與方法
11材料成人尸體骨盆標本18具、不同規格的植入物(皮質骨螺釘,松質骨螺釘,骨盆重建鋼板)及游標卡尺;軟件環境:Mimics 1001;Solidworks 2008;硬件設備:聯想Thinkpad W700;掃描CT:64排128層高速螺旋CT。
12方法
121骨折造模按照AO分類標準,隨機分為3組,每組各6具,分別用于AO分類標準骨盆骨折A型、B型及C型造模。
122CT掃描及數據導入掃描條件設置為120 kv,250 mA,層距0625 mm,掃描時間15 s,采集像素均為512×512之Dicom格式圖像。使用Mimics的圖像導入(Import Images)功能將患者的CT資料導入軟件并組織圖像(Organize images)。
123三維重建及測量設定閾值并針對Mask文件進行編輯,以Optimal、Shell Reduction 1為參數進行三維重建。輕度的表面光滑處理(Remesh),使骨骼外形更能適應3 d測量。
以Reposition命令對各骨折塊進行復位,某一骨折塊或最大的骨塊作為基準,通過平移或旋轉功能,先對較大的骨折塊進行復位,后進行小的骨折塊復位,同樣保證骨折塊對應的點、線、面匹配。
在預定植入鋼板的位置分成若干平面,按照不同平面特點進行3 d長度標記,根據這些標記進行長度及角度的測量,需要注意的是,不同的測量項目都位于不同的平面上。
124Solidworks機械制圖以游標卡尺測量實體重建鋼板、螺釘的幾何尺寸數據。在Solidworks中進行繪制,不同規格的零件可以通過修改草圖尺寸獲得。可對重建鋼板進行折彎。
125虛擬內固定在Mimics中加載Solidworks導出的STL格式的鋼板、螺釘,通過Reposition命令將鋼板移動、轉動至預定植入部位,測定釘孔至對側骨面的3 d長度,確定所需螺釘的規格及長度。觀察鋼板與骨面、骨折情況的貼合程度及螺釘方向、長度,可以多角度移動、觀察,直至滿意。
具體過程見圖1。
A AO髖臼骨折分類A1型:后壁有骨折塊游離;B 三維重建、骨折虛擬復位;C Solidworks繪制鋼板零件文件;D虛擬內固定示鋼板與骨面貼合
圖1髖臼骨折建模、三維重建、虛擬復位內固定過程
126實體植入物內固定將制作髖臼骨折模型成功的18個尸體骨盆標本一一復位,按數字化3 d測量的數據對實體鋼板進行折彎,將折彎后的鋼板植入預定位置,并緊固螺釘,觀察鋼板敷貼效果、螺釘位置,并與虛擬內固定進行比較。
2結果
全部尸體骨盆標本均得到良好的髖臼骨折三維重建立體模型,能較好地顯示骨盆結構的細節,方便地測量有關的數據;可以進行虛擬復位、內固定術,能沿任意軸旋轉,便于全面細致的觀察。在骨盆標本上內固定手術驗證,均達到滿意的預期效果,鋼板與骨面貼合,螺釘長度、方向準確。
3討論
髖臼骨折是創傷骨科領域的一個難題,不僅在于其嚴重的近、遠期并發癥,而且治療上存在重建與活動雙重功能的高要求,加上髖臼位置深,顯露困難,形態極其不規則,毗鄰重要血管神經等因素,所以骨折內固定要求極高。
術前僅依靠想象構建的手術規劃存在一些難以克服的困難,首先是CT室醫師三維重建出來的模型尚未完成復位,對于骨折線的判斷以及重建鋼板的植入位置、螺釘的選擇,也僅只能通過經驗進行判斷,而無法進行三維空間的判斷,由此制定出來的手術方案質量的高低,往往依賴于醫生個體的外科臨床經驗與技能。往往只能粗略選擇內固定鋼板及螺釘,具體的尺寸和外形只能根據術中情況臨時決定,一定程度上延長了手術時間及擴大手術范圍;術中為使鋼板適應骨折情況而反復折彎,致其力學強度下降而致隱患[2]。所以,每個髖臼骨折患者的復位、內固定方案都有差異,針對特定患者的個體化、數字化術前規劃,更有利于手術質量、有利于患者康復[3]。
對形態結構復雜的髖臼骨折,三維重建、測量和虛擬手術有著不可取代的優勢[4]。隨著數字化虛擬技術的飛速發展,影像設備掃描精度的提高以及三維圖像軟件計算的改進,使三維重建模型在復雜人體結構中的應用研究成為現實。可以借助計算機、有關軟件進行手術方案的三維設計,合理、定量地制定出手術計劃,這對于選擇最佳手術路徑、減小手術損傷、提高定位精度、減少對鄰近組織損傷、提高手術成功率等具有十分重要的意義,而且信息可供整個手術組成員共享,共享手術計劃。雖然,虛擬手術環境與真實手術環境有一定差別,如在真實手術環境中,骨塊有軟組織附著,影響復位,且手術操作空間有限,螺釘的放置也不能輕易地放置在任何方向上,但有關手術設計、培訓的數字化軟件不斷開發[5][6],相信數字化手術設計方法會隨著數字化技術的發展而不斷前進。
參考文獻
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[3]Marvin Tile, David L, Helfet James FKellam骨盆和髖臼骨折主譯:邱貴興, 2006:389431.
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