納米材料概論教學大綱

1、納米材料概論教學大綱課程名稱：納米材料概論英文名稱：Introductiontonanomaterials課程編號：課程學時：36課程學分：2課程性質：專業(yè)選修課適用專業(yè)：應用化工技術、環(huán)境監(jiān)測與治理技術、材料加工技術等大綱執(zhí)筆人：王曉華一、課程的性質、任務與基本要求1 .本課程的性質與任務納米材料學科是近年來興起并受到普遍關注的一個新的科學領域，它涉及到凝聚態(tài)物理、化學、材料、生物等多種學科的知識，對凝聚態(tài)物理和材料學科產生了深遠的影響。該課程是材料學、材料物理與化學或材料加工工程等專業(yè)學生的一門專業(yè)選修課程。本課程的目的是通過課堂教學、課堂討論使學生了解、掌握納米材料的概念、分類及其特點；

2、了解納米材料的物理性能和化學性能；了解納米材料的主要制備方法及其原理、工藝過程和適用范圍；掌握納米材料粒度、成分、結構、形貌的測試和表征方法；了解納米材料在不同領域的應用現狀和應用前景以及研究進展。培養(yǎng)學生在交叉學科和創(chuàng)新能力等方面的綜合能力。2 .課程的基本內容和要求本課程主要講授納米材料的基本概念與性質、制備納米粒子的物理和化學方法、納米薄膜材料、納米固體材料、納米復合材料等，其目的是使學生掌握各種納米材料的性能和制備工藝，為正確選擇各種納米材料的制備工藝提供依據，同時也為研究新材料、新性能、新工藝打下理論基礎。3 .教學環(huán)節(jié)與學時分配課堂教學：32學時(包括課堂討論等教改環(huán)節(jié))實驗：4學

3、時總計：36學時二、教學內容與教學計劃緒論1學時納米科技的興起、納米材料的研究歷史、納米材料的主要研究內容、本課程的特點和學習方法第一章納米材料的基本概念與性質7學時(一)教學內容與學時1、納米材料的基本概念1學時2、納米微粒的基本性質3學時(1)電子能級的不連續(xù)性(2)量子尺寸效應(3)小尺寸效應(4)表面效應(5)宏觀量子隧道效應3.納米微粒的物理特性3學時(1)納米微粒的結構與形貌(2)納米微粒的熱學性質(3)納米微粒的磁學性質(4)納米微粒的光學性質(二)重點與難點1 .重點：物質層次可以分為微觀、介觀和宏觀三個層次。納米科技的誕生是以掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡為先導的。微觀粒子具有

4、二象性，既具有粒_子性、又具有波動性。量子效應:原子和分子中的電子等粒子的能量量子化是電子受到原子核和其它電子所產生的力場的束縛而產生的，這些粒子可以存在多種運動狀態(tài)，粒子分布呈現波動性。由N個原子組成的固體材料，當原子間距縮小時，每個原子中的電子就會受到鄰近原子中的電子和原子核的作用，具結果是每個分立的電子能級分裂成N個彼此相隔很小的能級，形成近似連續(xù)的密集的能量范圍叫能帶。K空間：又稱波矢空間，描述微觀粒子運動狀態(tài)的空間，K空間中的一個點對應著一個確定的狀態(tài)。久保理論。2 .難點：量子尺寸效應、久保理論。(三)習題：習題1、習題2、習題3第二章納米粒子的制備方法8學時(一)教學內容與學時1

5、 .納米粒子制備方法評述2 .制備納米粒子的物理方法1)機械粉碎法2)蒸發(fā)凝聚法3)離子濺射法4)冷凍干燥法5)其它方法3 .制備納米粒子的化學方法1)氣相化學反應法2)沉淀法3)水熱合成法4)噴霧熱解法5)溶膠-凝膠法4 .制備納米粒子的綜合方法(1)激光誘導氣相化學反應法(2)其它綜合方法3.5學0.5學(二)重點與難點1.重點：物理方法制備納米粒子的粉碎法和構筑法；蒸發(fā)法制備納米粒子，按加熱蒸發(fā)的不同，可以分為電阻蒸發(fā)、等離子體蒸發(fā)、激光束加熱蒸發(fā)、電子束加熱蒸發(fā)、電弧放電加熱蒸發(fā)、高頻感應電流加熱蒸發(fā)、太陽爐加熱蒸發(fā)等；簡述以Y(NO3)3、Ba(NO3)2和Cu(NO3)2為原料用冷

6、凍干燥法制備Y-Ba-Cu-Y體系的超導納米粒子的工藝過程。比較制備納米粒子的化學方法，并分析其各自特點。2.難點：制備納米粒子的各種方法的比較及應用范圍(三)習題：習題1、習題2、習題3第三章納米薄膜材料(一)教學內容與學時1 .概述學時2 .納米薄膜材料的功能特性學時(1)薄膜的光學特性(2)電學特性(3)磁阻效應3,納米薄膜材料制備技術6學時0.51.5(1)物理氣相沉積法(2)化學氣相沉積(3)溶膠凝膠法(4)電化學方法4.納米薄膜材料的應用(二)重點與難點1 .重點：陶瓷薄膜；薄膜厚度是薄膜的重要參數之一，它對薄膜的其它物理性能有影響，可以利用天平法、電學法和光學法等方法來測量；鐵電

7、薄膜是陶瓷薄膜中很重要的一類，這類薄膜具有壓電效應、熱釋電效應、電光效應和非線性光學效應等多種效應，便于器件的小型化及微電子學和光電子學集成；真空蒸發(fā)制備陶瓷薄膜是采用較早、也較簡單的方法，其基本原理是通過蒸發(fā)源將原料加熱或升華，使氣相原子或分子穿過真空空間后凝結成膜；多源反應共蒸發(fā)是指在高真空條件下，由幾個蒸發(fā)源同時將所需金屬組分蒸發(fā)到加熱襯底上，在此過程中不斷向其上吹反應氣體；離子束濺射沉積制膜；凝膠-溶膠方法制備陶瓷薄膜的工藝過程。2 .難點：制備陶瓷薄膜與納米粒子工藝要素的不同及工藝控制。3 三)習題：習題1、習題2、習題3、習題4第四章納米固體材料6學時(一)教學內容與學時1概述0.

8、5學時2納米固體材料結構特點1.5學時納米固體材料的結構特點(2)納米固體材料的結構模型(3)納米固體材料的結構缺陷3納米固體材料的性能1學時(1)力學性能(2)磁學性能(3)電學性能4納米固體材料制備方法2.5學時(1)惰性氣體蒸發(fā)原位加壓法(2)高能球磨法(3)非晶晶化法(4)無壓燒結(5)熱壓燒結(6)微波燒結5納米固體材料的應用0.5學時(二)重點與難點1 .重點：納米結構材料的基本構成是納米微粒以及它們之間的界面，后者所占的體積分數幾乎可與納米微粒所占的體積分數相當；三叉晶界；納米材料的致密化問題有兩種觀點；對各種納米固體材料，可能偏離Hall-Petch關系；從界面特點分析超塑性的

9、產生；高能球磨制備納米粒子；非晶晶化化；試比較無壓燒結、熱壓燒結和微波燒結的工藝特點，并比較具優(yōu)缺點。2 .難點：納米固體材料燒結過程中晶粒長大的機制及控制(三)習題：習題1,習題2第五章納米復合材料4學時(一)教學內容與學時1納米復合材料的分類2學時2納米復合材料的性能(1)高強度、高韌性(2)高比強度、高比模量(3)抗蠕變、抗疲勞2陶瓷基納米復合材料2.5學時(1)反應燒結(2)原位復合法(二)重點與難點1重點：復合材料的納米級增強體包括納米顆粒、納米晶片、納米晶須、納米纖維等；0-0納米復合材料；復合材料的基體和增強體的界面粘結形式有機械粘結和化學粘結兩種，界面結合的強弱對陶瓷韌性的影響；反應燒結和原位復合法制備陶瓷基復合材料的異同之處。2難點復合材料的組織控制(三)習題習題1,習題2三、實驗4學時本課程共安排1個實驗，4學時。1.納米氧化鐵材料的制備及材料的表征四、教材與參考書1 .教材：哈爾濱工業(yè)大學出版社曹茂盛、關長斌、徐甲強等編著納米材料導論2 .主要參考書(1) .科學