納米材料學(xué)教學(xué)大綱

1、納米材料學(xué)一、課程說明課程編號： 070120Z10課程名稱：納米材料學(xué)/Nanomaterials課程類別：專業(yè)教育課程學(xué)時/學(xué)分：24/1.5先修課程：材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料化學(xué)基礎(chǔ)、材料結(jié)構(gòu)及性能表征適用專業(yè)：粉體材料科學(xué)與工程、材料化學(xué)教材、教學(xué)參考書：1 曹國忠，納米結(jié)構(gòu)和納米材料 - 合成、性能及應(yīng)用（第二版），高等教育出版社，2012年； 2陳翌慶，納米材料學(xué)基礎(chǔ)，XX大學(xué)出版社，2009年； 3張立德，牟季美編著. 納米材料和納米結(jié)構(gòu)，科學(xué)出版社，2001年； 二、課程設(shè)置的目的意義納米材料學(xué)是一門新興學(xué)科，它是物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)及電子學(xué)等多學(xué)科交叉的新的分支學(xué)科，已成為

2、材料學(xué)科的重要組成部分。納米材料學(xué)課題是為粉體材料科學(xué)與工程、材料化學(xué)以及材料類各專業(yè)學(xué)生設(shè)計的拓展知識體系的專業(yè)課。課題設(shè)置的目的是讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)納米材料學(xué)這門新興交叉學(xué)科的課程，使學(xué)生對國家重點支持方向-納米材料，有一個基本的認識和了解，使學(xué)生掌握納米材料學(xué)基本理論、主要制備方法或技術(shù)，指導(dǎo)學(xué)生正確地理解納米材料的結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，設(shè)計與制備納米材料，合理地制定納米材料研究方法與技術(shù)路線。為后續(xù)本科結(jié)業(yè)、研究生階段的學(xué)習(xí)或工作奠定堅實的理論與實驗基礎(chǔ)。三、課程的基本要求知識：掌握納米材料的基本概念、分類、四大基本效應(yīng)、制備原理以及表征與測試方法；重點介紹零維、一維、二維納米材料的固相法

3、、液相法、氣相法、模板法、自組裝法等制備技術(shù)、微觀結(jié)構(gòu)表征、生長機制及特性和應(yīng)用；簡要介紹納米固體材料及其復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特征、制備原理以及結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系以及有序納米結(jié)構(gòu)材料的制備和應(yīng)用；并結(jié)合科技發(fā)展現(xiàn)狀，介紹國內(nèi)外納米材料和科技的發(fā)展動態(tài)和水平以及新材料、新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。能力：通過上述知識點的講授和學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)、堅實地掌握納米材料學(xué)的基本理論、基本制備技術(shù)方法等，并加深對本學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)理論和專門知識的理解和掌握；具備根據(jù)應(yīng)用需求，合理開發(fā)設(shè)計新型納米材料，合理的制定納米材料研究方法與技術(shù)路線的能力；具備利用納米材料學(xué)知識合理解決實際需求，培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力；通過

4、有效綜合和合理運用物理、化學(xué)、材料、醫(yī)學(xué)、機械學(xué)等學(xué)科交叉知識，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，提高分析、發(fā)現(xiàn)、研究和解決問題的能力。素質(zhì)：結(jié)合納米材料的發(fā)展和最新研究進展，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，形成不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的素質(zhì)；結(jié)合討論教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生具有熟練掌握查詢和閱讀本專業(yè)科技期刊文獻的能力，培養(yǎng)溝通交流及討論辯論素質(zhì)；結(jié)合實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠加深掌握納米材料學(xué)以及粉末冶金材料科學(xué)與工程的基礎(chǔ)理論知識、工藝技術(shù)路線和設(shè)備條件，熟悉納米材料的主要產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、新產(chǎn)品以及新技術(shù)發(fā)展動態(tài)，提升自主學(xué)習(xí)和實踐學(xué)習(xí)的意識。四、教學(xué)內(nèi)容、重點難點及教學(xué)設(shè)計章節(jié)教學(xué)內(nèi)容總學(xué)時學(xué)時分配教學(xué)重點教學(xué)難點教學(xué)方案設(shè)

5、計（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）講課(含研討)實踐第1章緒論22納米材料的基本概念和分類；納米材料的最新研究 成果；用典型納米材料結(jié)構(gòu)照片和生動事例，加深學(xué)生對納米材料的理解，提升對納米材料的興趣；納米材料的基本概念、分類0.50.5納米材料的制備原理及合成方法簡介0.50.5納米材料的性質(zhì)簡介及應(yīng)用0.50.5納米材料學(xué)發(fā)展簡史及最新研究成果0.50.5第2章納米材料的基本效應(yīng)22納米材料的四大基本 效應(yīng)；納米材料的特殊性能和應(yīng)用；久保理論、宏觀量子隧道效應(yīng)的 概念教學(xué)思路：通過深入淺出的事例來講解納米材料的四大基本效應(yīng)；教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)，利用前修課知識歸納等來重點講解表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、久保

6、理論以及宏觀、微觀量子隧道效應(yīng)等概念；教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)，2課時講授；表面效應(yīng)及特殊性能和應(yīng)用0.50.5小尺寸效應(yīng)及特殊性能和應(yīng)用0.50.5量子尺寸效應(yīng)及特殊性能和應(yīng)用0.50.5宏觀量子隧道效應(yīng)及特殊性能和應(yīng)用0.50.5第3章零維納米材料及其制備技術(shù)44固、液、氣三大類中具體制備方法的原理、特點及制備過程；典型納米顆粒制備示例；各種具體制備方法的原理與制備過程教學(xué)思路：結(jié)合前修課有關(guān)機械球磨法的知識，講解固相法制備納米粉體及其機理；結(jié)合應(yīng)用實例和實踐教學(xué)講解溶膠凝膠、水熱法等液相法以及化學(xué)氣相沉積法等。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)，（前修課知識歸納），2學(xué)時介紹固相法、1學(xué)時介紹液相法、1學(xué)時介

7、紹氣相法；基本概念、分類0.50.5固相法1.51.5液相反應(yīng)法11氣相反應(yīng)法11第4章一維納米材料及其制備技術(shù)44納米線的氣相自發(fā)生長、液相自發(fā)生長、模板合成法和自組 裝法；一維納米材料的制備方法、生長機制和微結(jié)構(gòu) 表征；典型一維納米材料制備示例；氣-固/氣-液-固的熱力學(xué)原理、動力學(xué)原理；一維納米材料生長機制教學(xué)思路：采用典型實例，加深學(xué)生對一維納米材料的印象，引導(dǎo)興趣；優(yōu)先介紹氣相法，引導(dǎo)學(xué)生利用熱力學(xué)成核理論、相圖等前修知識思考和總結(jié)一維納米材料的生長機制；教學(xué)模式：3學(xué)時制備技術(shù)講解，1學(xué)時典型結(jié)構(gòu)分析；通過課堂總結(jié)和課堂討論，加深學(xué)生對幾種典型一維納米材料制備技術(shù)的印象。簡介及氣相

8、反應(yīng)法11液相反應(yīng)法11模板法11自組裝法11第5章二維納米薄膜及其制備技術(shù)44納米薄膜的概念、分類及應(yīng)用；薄膜生長的基本原理；物理氣相沉積制備方法；化學(xué)氣相沉積制備方法；典型二維納米材料制備示例；島狀、層狀、島-層狀生長模式；自發(fā)、非自發(fā)形核與生長機理；教學(xué)思路：重點介紹二維納米薄膜的生長機制，通過對熱力學(xué)、動力學(xué)成核理論等前修知識的總結(jié)，引入二維納米薄膜的自發(fā)、非自發(fā)形核和生長機理。介紹本?；虮驹合嚓P(guān)研究成果，通過典型案例加深印象。教學(xué)模式：課外自學(xué)和課上提問相結(jié)合，一般講授和重點解析相結(jié)合。概念及生長的基本原理22物理氣相沉積、制備技術(shù)11化學(xué)氣相沉積制備技術(shù)11第6章納米塊體和復(fù)合材料

9、22納米金屬材料的非晶晶化法制備；納米陶瓷的粉體制備、高致密素坯成型方法以及燒結(jié)方法；納米復(fù)合材料的制備 方法；典型納米塊體材料制備示例；納米材料制備過程中納米尺度的控制；納米復(fù)合材料增強增韌機理；教學(xué)思路：突出介紹三維納米塊體和復(fù)合材料的特征，并引導(dǎo)學(xué)生對比其與零維、一維、二維納米材料的區(qū)別，突出三維納米材料的重點。重點介紹納米陶瓷材料的制備原理和細節(jié)以及納米復(fù)合材料的強韌化機理； 通過實例講解界面結(jié)構(gòu)，通過現(xiàn)場教學(xué)了解納米復(fù)合材料的 制備。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)、課堂分析和討論， 材料現(xiàn)場 觀察。納米固體材料概述；0.50.5納米金屬材料的制備技術(shù)；0.50.5納米陶瓷材料的制備技術(shù)；0.50

10、.5納米復(fù)合材料的制備技術(shù)0.50.5納米材料制備技術(shù)專題討論22設(shè)計零維、一維、二維以及納米塊體材料幾個專題，將學(xué)生分組，布置學(xué)生查詢上述幾個專題納米材料的最新進展，并在課堂分組介紹。教學(xué)模式：提前將學(xué)生分810組，布置題目，學(xué)生課前文獻查閱、課堂PPT講授；第7章有序納米結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用22納米刻蝕技術(shù)、自組裝技術(shù)、自下而上和自上而下相結(jié)合制備有序納米結(jié)構(gòu)、有序納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用自組裝技術(shù)、有序納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用教學(xué)思路：通過對分辨率、焦深、瑞利定律等前修知識的總結(jié)，介紹納米刻蝕技術(shù)，并總結(jié)幾種刻蝕技術(shù)的優(yōu)缺點；結(jié)合自然界面生物存在的有序結(jié)構(gòu)特征，介紹自組裝技術(shù)制備有序結(jié)構(gòu)的原理及幾種典型實例。教學(xué)模

11、式：課堂講授、課堂討論第8章納米材料的測試與表征22納米材料的粒度、成份、結(jié)構(gòu)及形貌分析的現(xiàn)代測試表征 方法；典型分析示例介紹；教學(xué)思路：結(jié)合納米材料學(xué)課程前期講授知識，介紹相關(guān)測試表征方法，并對各種方法進行歸納總結(jié)和區(qū)分；教學(xué)模式：課堂講授、課堂討論、課堂總結(jié)。注：實踐包括實驗、上機等五、實踐教學(xué)內(nèi)容和基本要求本課程不含實踐課時。六、考核方式及成績評定課程的考核方式與成績評定采取平時成績與期末考試相結(jié)合的方式進行，既重視學(xué)習(xí)過程中的參加與深入的程度考核，也重視學(xué)習(xí)效果與整體水平的考核。平時成績分成課外作業(yè)、課堂練習(xí)、課堂表現(xiàn)，所占比例分別是20%、10%、20%。其中，課外作業(yè)：每次根據(jù)完成作業(yè)的質(zhì)量和態(tài)度按10制打分，缺少一次作業(yè)，本次作業(yè)加權(quán)分為零，作業(yè)測評分按作業(yè)加權(quán)平均分計算，滿分為20分。課堂練習(xí)（學(xué)習(xí)PPT講授）根據(jù)完成練習(xí)的質(zhì)量按10分制評分，最終按課堂練習(xí)加權(quán)平均分計算，滿分為10分；課堂表現(xiàn)根據(jù)參與課堂討論的態(tài)度、回答問題正確性及考勤評定。每個重要知識點給出1-2個問題，可以作為課堂討論，也可以作為規(guī)定問題，另外平時講課有即興提