《納米材料導(dǎo)論》課程教學(xué)大綱

PAGE1PAGE7納米材料導(dǎo)論一、課程介紹本課程介紹了納米科學(xué)與納米技術(shù)，自然界中的納米結(jié)構(gòu)與納米材料，納米材料的結(jié)構(gòu)及物理、化學(xué)性質(zhì)，納米固體材料的微結(jié)構(gòu)，納米結(jié)構(gòu)組裝，納米微粒的制備與表面修飾，金屬納米材料的晶體學(xué)，碳納米球和碳納米管，石墨烯的制備、功能化及其應(yīng)用，表面物理化學(xué)，粘土礦物及其納米復(fù)合材料。IntroductionThenanometerregimecoversthetransitionfromcondensedmatterbehaviortoatomicandmolecularpropertiesandthusisaveryrichbutalsoverydemandingareainmaterialsscience.Closetothecondensedmatterside,propertiesandfunctionsmightstillverywellbescalable,whereasclosetotheatomicandmolecularside,thescalabilityismostlylost.Propertiesandfunctionschangequalitativelyorquantitativelybyordersofmagnitudewhenthedimensionsbecomesmallerthanacriticalsizeinthenanometerrange.Thiscourseintroducesnanoscienceandnanotechnology,naturalnanostructuresandnanomaterials,thestructureofnanomaterials,physicalandchemicalpropertiesofnanomaterials,microstructuresinnanomaterials,nanostructrueassembly,preparationandmodificationofnanoparticles,crystallologyofmetalnanomaterials,carbonnanoballandnanotube,graphene,nanocomposites,andphysicalchemistryofsurfaces.課程基本信息課程名稱納米材料導(dǎo)論課程編碼431110英文名稱IntroductiontoNanomaterialsScience課程學(xué)時(shí)32課程學(xué)分2課程類別學(xué)科基礎(chǔ)課程課程性質(zhì)選修課開課學(xué)期第5學(xué)期課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)適用專業(yè)材料物理專業(yè)開課單位材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)系選用教材《納米材料科學(xué)導(dǎo)論》，第2版.高等教育出版社，2010.陳敬中等編.主要參考書1.《物理化學(xué)》.高等教育出版社，2006.傅獻(xiàn)彩等著.2.《晶體物理學(xué)基礎(chǔ)》.科學(xué)出版社，1992.陳綱等著.3.《納米材料學(xué)》.遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1994.張立德等著.4.《準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)及對(duì)稱新理論》.華中理工大學(xué)出版社，1996.陳敬中著.5.《納米材料》.化學(xué)工業(yè)出版社，2000年.張立德著.6.《納米復(fù)合材料》.化學(xué)工業(yè)出版社，2002年.徐國財(cái)?shù)戎?7.《納米材料化學(xué)及其應(yīng)用》.清華學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社，2009.朱紅著.8.《納米制造前沿綜述》.科學(xué)出版社，2009年.王國彪著.二、教學(xué)大綱1、教學(xué)目的“納米材料導(dǎo)論”是材料物理與化學(xué)專業(yè)本科生的一門材料科學(xué)方面的基礎(chǔ)選修課。開設(shè)此課程旨在拓展學(xué)生的視野，掌握納米材料領(lǐng)域中的基礎(chǔ)知識(shí)、基本概念、基本原理及在實(shí)際生活中的應(yīng)用，為后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)及相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究提供必要的知識(shí)儲(chǔ)備。2、教學(xué)要求按照習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會(huì)議上的指示，要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人。結(jié)合思想政治教育，幫助大學(xué)生形成正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，一方面要增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)自豪感，另一方面要培養(yǎng)學(xué)生的“工匠精神”。教師要積極備課，對(duì)課程內(nèi)容要融會(huì)貫通，切忌照本宣科。授課在多媒體教室，充分利用多媒體教學(xué)課件，結(jié)合典型實(shí)用案例，邊授課邊演示。做到授課內(nèi)容與大綱相符，注重平時(shí)成績（課堂活動(dòng)與作業(yè)）積累，成績?cè)u(píng)價(jià)體系標(biāo)準(zhǔn)真實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)、公平、公正、公開，能促使學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。3、預(yù)備知識(shí)或先修課程要求在學(xué)習(xí)本門課程之前需要掌握一定的無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理、材料學(xué)等方面的基礎(chǔ)知識(shí)。4、教學(xué)方式本課程采用多媒體教學(xué)，教師講授與課堂討論相結(jié)合，總課時(shí)為32學(xué)時(shí)。5、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配第一章納米材料基礎(chǔ)知識(shí)（8學(xué)時(shí)）1.1納米材料及其分類1.1.1納米材料的定義1.1.2自然中的納米材料1.1.3人工納米材料1.1.4納米材料的分類1.2納米科學(xué)的里程碑事件1.3納米材料的基本效應(yīng)1.3.1尺寸效應(yīng)1.3.2量子效應(yīng)1.3.3表面或界面效應(yīng)1.3.4形狀效應(yīng)1.3.5庫侖阻塞與量子隧穿1.3.6介電限域效應(yīng)第2章膠體與固體表面、界面（10學(xué)時(shí)）2.1膠體和膠體的基本特征2.2溶膠的動(dòng)力性質(zhì)2.2.1布朗運(yùn)動(dòng)2.2.2擴(kuò)散和滲透壓2.2.3沉降和沉降平衡2.3溶膠的光學(xué)性質(zhì)2.3.1丁達(dá)爾效應(yīng)和瑞利公式2.3.2超顯微鏡的基本原理和粒子大小的測定2.4溶膠的電學(xué)性質(zhì)2.4.1電動(dòng)現(xiàn)象2.4.2電泳2.4.3電滲2.4.4沉降電勢(shì)和流動(dòng)電勢(shì)2.5雙電層理論和zeta電勢(shì)2.6溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用2.6.1溶膠的穩(wěn)定性2.6.2影響聚沉作用的一些因素2.6.3膠體穩(wěn)定的DLVO理論大意2.6.4高分子化合物對(duì)溶膠的絮凝和穩(wěn)定作用2.7表面與界面化學(xué)2.7.1表面張力和表面吉布斯自由能2.7.2彎曲表面下的附加壓力和蒸氣壓2.7.3溶液的表面吸附2.7.4液-液界面的性質(zhì)2.7.5膜2.7.6液-固界面（潤濕作用）第3章氣相法制備納米微粒（6學(xué)時(shí)）3.1納米材料的結(jié)構(gòu)與性能3.2納米材料的制備方法分類3.3氣相法制備納米微粒3.3.1定義3.3.2氣相法合成過程3.3.3氣相成核機(jī)制3.3.4氣相法的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)3.4低壓氣體中蒸發(fā)法3.4.1低壓氣體中蒸發(fā)法的原理3.4.2低壓氣體中蒸發(fā)法的粒徑調(diào)控3.4.3低壓氣體中蒸發(fā)法的分類3.5氫電弧等離子法3.5.1等離子體3.5.2低溫等離子體及其應(yīng)用3.5.3高溫等離子體及其應(yīng)用3.5.4等離子體加熱蒸發(fā)法制備納米粒子的原理及特點(diǎn)、分類3.5.5氫電弧等離子體法的合成機(jī)理、特點(diǎn)3.5.6氫電弧等離子體法制備的金屬粒子特性3.6濺射法3.6.1濺射法制備納米微粒的原理3.6.2濺射法制備納米微粒的優(yōu)點(diǎn)3.7流動(dòng)液面上真空蒸鍍法3.7.1流動(dòng)液面上真空蒸鍍法的原理3.7.2流動(dòng)液面上真空蒸鍍法制備納米微粒的優(yōu)點(diǎn)3.8電加熱蒸發(fā)法3.8.1電加熱蒸發(fā)法的原理3.8.2影響因素3.9化學(xué)氣相沉積3.9.1定義、特點(diǎn)及分類3.9.2熱解化學(xué)氣相沉積3.9.3化學(xué)合成氣相沉積3.9.4化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)3.9.5化學(xué)氣相沉積的沉積機(jī)理3.9.6激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積3.10爆炸絲法3.10.1放電爆炸的應(yīng)用3.10.2爆炸絲法的原理3.10.3影響因素第4章液相法制備納米微粒（6學(xué)時(shí)）4.1基本原理4.1.1定義4.1.2優(yōu)點(diǎn)4.1.3成核與生長過程4.2沉淀法4.2.1原理及分類4.2.2共沉淀法4.2.3均相沉淀法4.2.4金屬醇鹽水解法4.3噴霧法4.3.1原理4.3.2噴霧干燥法4.3.3霧化水解法4.3.4霧化焙燒法4.4水熱法4.4.1水熱法4.4.2有機(jī)溶劑熱法4.5溶劑揮發(fā)分解法（冷凍干燥法）4.5.1原理4.5.2特點(diǎn)4.5.3過程4.6溶膠-凝膠法4.6.1原理4.6.2制備過程4.6.3特點(diǎn)4.7.乳液法4.7.1原理4.7.2特點(diǎn)4.8輻射化學(xué)合成法4.8.1表面等離子體光學(xué)及其應(yīng)用4.8.2納米粒子的光誘導(dǎo)合成第5章固相法制備納米微粒（1學(xué)時(shí)）5.1基本原理5.2熱分解法5.3固相反應(yīng)法5.4高能球磨法第6章表面修飾與表面改性（1學(xué)時(shí)）