大學(xué)教案提綱示范

教案提綱碳納米管CarbonNano-tubes2013年5月4日【教學(xué)內(nèi)容】碳納米管的發(fā)展背景碳納米管的制備及改性碳納米管的結(jié)構(gòu)及表征碳納米管的基本性質(zhì)與應(yīng)用碳納米管在樹(shù)脂基復(fù)合材料中應(yīng)用【授課時(shí)間】 2學(xué)時(shí)【教學(xué)重點(diǎn)】 碳納米管的制備原理，碳納米管的分子結(jié)構(gòu)，碳納米管與石墨、石墨烯的關(guān)系（輔之以實(shí)物舉例），碳納米管的改性【教學(xué)難點(diǎn)】 碳納米管的分子結(jié)構(gòu) SP2 雜化分析（輔之以視頻教學(xué)），碳納米管的制備及改性，碳納米管的結(jié)構(gòu)與性能的對(duì)應(yīng)關(guān)系【教學(xué)目標(biāo)】了解碳納米管的發(fā)展背景，重點(diǎn)掌握碳納米管的制備及改性，碳納米管的結(jié)構(gòu)及表征清楚碳納米管的基本性質(zhì)及其相關(guān)的應(yīng)用，通過(guò)碳納米管材料的應(yīng)用，驗(yàn)證碳納米管的結(jié)構(gòu)與性能的對(duì)應(yīng)關(guān)系碳納米管在樹(shù)脂基復(fù)合材料中應(yīng)用【教學(xué)手段】課程講授，輔以多媒體幻燈圖片，視頻資料，實(shí)物演示，及通過(guò)提問(wèn)式教學(xué)手段與學(xué)生互動(dòng)【教學(xué)過(guò)程】導(dǎo)入新課復(fù)習(xí)以前所講述納米課程的基本內(nèi)容：納米材料概論，納米材料的表征，納米材料的制備，納米材料的應(yīng)用。碳納米管的發(fā)展背景1991年，日本學(xué)者 Ijima在摻加過(guò)渡金屬催化劑的石墨電極間起弧放電，并在制備產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了單壁納米管。提問(wèn)，碳納米管屬于幾維納米材料？飯島澄男(Iijima)在名古屋大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究工作視頻。碳納米管的分子結(jié)構(gòu)，每層納米管是一個(gè)由碳原子通過(guò) SP2雜化與周圍3個(gè)碳原子完全鍵合后所構(gòu)成的六邊形或五邊形平面組成的圓柱面或球面。碳納米管 SP2雜化視頻。碳納米管的制備與改性碳納米管的制備?石墨電弧法?化學(xué)氣相沉積法（CVD）（即碳?xì)浠衔锎呋纸夥?，又稱 CVD法）?激光蒸汽法?燃燒火焰法提問(wèn)，為什么用石墨來(lái)制備碳納米管？讓學(xué)生畫出石墨的分子結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)闡述碳納米管與石墨、石墨烯之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上提問(wèn)，制備單壁納米管容易，還是制備多壁納米管容易呢？（以上內(nèi)容講授時(shí)結(jié)合實(shí)物演示）補(bǔ)充新的研究成果長(zhǎng)碳納米管束制造新方法，中國(guó)清華大學(xué)和美國(guó)倫塞勒理工學(xué)院的研究新成果溶劑熱法合成多壁碳納米管，以發(fā)表在 J.Am.Chem.Soc.,122（49）,12383-12384,2010.論文為例碳納米管的改性常用提純方法：物理法和化學(xué)法兩大類按修飾的性質(zhì)：共價(jià)功能化、非共價(jià)功能化碳納米管常用的純化方法示例，舉一個(gè)例子碳納米管的表征掃描隧道顯微鏡X射線衍射孔結(jié)構(gòu)及比表面積電子衍射拉曼光譜采用實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)圖片相結(jié)合教學(xué)碳納米管的性質(zhì)與應(yīng)用力學(xué)性能：耐磨性：自潤(rùn)滑性作為原子力顯微鏡針尖制備納米材料的模板奇異的導(dǎo)電性能原理：碳納米管上碳原子的 P電子形成大范圍的離域 冗鍵,由于共軛效應(yīng)顯著，碳納米管具有一些特殊的電學(xué)性質(zhì)。隨網(wǎng)格構(gòu)型（螺旋角）和直徑的不同，其導(dǎo)電性可呈現(xiàn)金屬、半金屬或半導(dǎo)體性，因而碳納米管的傳導(dǎo)性可通過(guò)改變管中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和直徑來(lái)變化。（教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)）碳納米管制造人造衛(wèi)星的拖繩優(yōu)異的磁性良好的吸波性能：由于碳管的獨(dú)特分子結(jié)構(gòu)，特別是螺旋狀納米碳管，將其做成的吸波材料（Q材料）具有比一般吸收材料高得多的光吸收率。（采用實(shí)例教學(xué)）光學(xué)性能：碳納米管具有卓越的發(fā)光性質(zhì)，特別是穩(wěn)定的發(fā)射光譜，很高的發(fā)光強(qiáng)度以及優(yōu)秀的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能，電致發(fā)光方面低壓、節(jié)能、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)使得它具有廣闊的應(yīng)用前景。熱學(xué)性能：研究人員最近發(fā)現(xiàn)碳納米管是目前世界上最好的導(dǎo)熱材料。今后將應(yīng)用在計(jì)算機(jī)芯片導(dǎo)熱板，也可以用于發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭等各種高溫部件的防護(hù)材

料。（教學(xué)的重點(diǎn)）納米管新的研究成果具有重要的應(yīng)用價(jià)值， 比如設(shè)計(jì)源自碳納米薄層的復(fù)合物，制造人工肌肉、墊圈、壓力傳感器和化學(xué)傳感器等。碳納米管蜘蛛衣”與碳納米管防彈衣碳納米管超靈敏探測(cè)器，可用于癌細(xì)胞的檢測(cè)納米碳管儲(chǔ)氫材料碳納米管單分子發(fā)光元件，發(fā)光原理：當(dāng)電子和空穴在納米管中相遇時(shí)，電荷發(fā)生中和后就會(huì)發(fā)光。5碳納米管在復(fù)合材料中應(yīng)用提問(wèn)，什么是復(fù)合材料?碳納米管在復(fù)合材料中應(yīng)用需解決的關(guān)鍵問(wèn)題CC與樹(shù)脂復(fù)合兩個(gè)問(wèn)題CNTI樹(shù)脂界面問(wèn)題CNTE樹(shù)脂中分散問(wèn)題解決方法對(duì)CC與樹(shù)脂復(fù)合兩個(gè)問(wèn)題CNTI樹(shù)脂界面問(wèn)題CNTE樹(shù)脂中分散問(wèn)題解決方法對(duì)CNT表面進(jìn)行改性，使其表面帶