納米材料學教學大綱

1、納米材料學一、課程說明課程編號： 070120Z10課程名稱：納米材料學/Nanomaterials課程類別：專業(yè)教育課程學時/學分：24/1.5先修課程：材料科學基礎、材料化學基礎、材料結構及性能表征適用專業(yè)：粉體材料科學與工程、材料化學教材、教學參考書：1 曹國忠，納米結構和納米材料 - 合成、性能及應用（第二版），高等教育出版社，2012年； 2陳翌慶，納米材料學基礎，XX大學出版社，2009年； 3張立德，牟季美編著. 納米材料和納米結構，科學出版社，2001年； 二、課程設置的目的意義納米材料學是一門新興學科，它是物理學、化學、材料學、生物學及電子學等多學科交叉的新的分支學科，已成為

2、材料學科的重要組成部分。納米材料學課題是為粉體材料科學與工程、材料化學以及材料類各專業(yè)學生設計的拓展知識體系的專業(yè)課。課題設置的目的是讓學生通過學習納米材料學這門新興交叉學科的課程，使學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，使學生掌握納米材料學基本理論、主要制備方法或技術，指導學生正確地理解納米材料的結構和性能之間的關系，設計與制備納米材料，合理地制定納米材料研究方法與技術路線。為后續(xù)本科結業(yè)、研究生階段的學習或工作奠定堅實的理論與實驗基礎。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、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、微觀結構表征、生長機制及特性和應用；簡要介紹納米固體材料及其復合材料的結構特征、制備原理以及結構與性能之間的關系以及有序納米結構材料的制備和應用；并結合科技發(fā)展現狀，介紹國內外納米材料和科技的發(fā)展動態(tài)和水平以及新材料、新工藝和新技術的應用和發(fā)展。能力：通過上述知識點的講授和學習，使學生系統、堅實地掌握納米材料學的基本理論、基本制備技術方法等，并加深對本學科專業(yè)基礎理論和專門知識的理解和掌握；具備根據應用需求，合理開發(fā)設計新型納米材料，合理的制定納米材料研究方法與技術路線的能力；具備利用納米材料學知識合理解決實際需求，培養(yǎng)解決復雜工程問題的能力；通過

4、有效綜合和合理運用物理、化學、材料、醫(yī)學、機械學等學科交叉知識，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識，提高分析、發(fā)現、研究和解決問題的能力。素質：結合納米材料的發(fā)展和最新研究進展，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，形成不斷學習和適應發(fā)展的素質；結合討論教學環(huán)節(jié)，使學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；結合實踐教學環(huán)節(jié)，使學生能夠加深掌握納米材料學以及粉末冶金材料科學與工程的基礎理論知識、工藝技術路線和設備條件，熟悉納米材料的主要產品結構、新產品以及新技術發(fā)展動態(tài)，提升自主學習和實踐學習的意識。四、教學內容、重點難點及教學設計章節(jié)教學內容總學時學時分配教學重點教學難點教學方案設

5、計（含教學方法、教學手段）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；用典型納米材料結構照片和生動事例，加深學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納米材料的性質簡介及應用0.50.5納米材料學發(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22納米材料的四大基本 效應；納米材料的特殊性能和應用；久保理論、宏觀量子隧道效應的 概念教學思路：通過深入淺出的事例來講解納米材料的四大基本效應；教學模式：課前導學，利用前修課知識歸納等來重點講解表面效應、小尺寸效應、久保

6、理論以及宏觀、微觀量子隧道效應等概念；教學模式：課前導學，2課時講授；表面效應及特殊性能和應用0.50.5小尺寸效應及特殊性能和應用0.50.5量子尺寸效應及特殊性能和應用0.50.5宏觀量子隧道效應及特殊性能和應用0.50.5第3章零維納米材料及其制備技術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思路：結合前修課有關機械球磨法的知識，講解固相法制備納米粉體及其機理；結合應用實例和實踐教學講解溶膠凝膠、水熱法等液相法以及化學氣相沉積法等。教學模式：課前導學，（前修課知識歸納），2學時介紹固相法、1學時介紹液相法、1學時介

7、紹氣相法；基本概念、分類0.50.5固相法1.51.5液相反應法11氣相反應法11第4章一維納米材料及其制備技術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、生長機制和微結構 表征；典型一維納米材料制備示例；氣-固/氣-液-固的熱力學原理、動力學原理；一維納米材料生長機制教學思路：采用典型實例，加深學生對一維納米材料的印象，引導興趣；優(yōu)先介紹氣相法，引導學生利用熱力學成核理論、相圖等前修知識思考和總結一維納米材料的生長機制；教學模式：3學時制備技術講解，1學時典型結構分析；通過課堂總結和課堂討論，加深學生對幾種典型一維納米材料制備技術的印象。簡介及氣相

8、反應法11液相反應法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44納米薄膜的概念、分類及應用；薄膜生長的基本原理；物理氣相沉積制備方法；化學氣相沉積制備方法；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；教學思路：重點介紹二維納米薄膜的生長機制，通過對熱力學、動力學成核理論等前修知識的總結，引入二維納米薄膜的自發(fā)、非自發(fā)形核和生長機理。介紹本校或本院相關研究成果，通過典型案例加深印象。教學模式：課外自學和課上提問相結合，一般講授和重點解析相結合。概念及生長的基本原理22物理氣相沉積、制備技術11化學氣相沉積制備技術11第6章納米塊體和復合材料

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方法；納米復合材料的制備 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；納米復合材料增強增韌機理；教學思路：突出介紹三維納米塊體和復合材料的特征，并引導學生對比其與零維、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)以及納米復合材料的強韌化機理； 通過實例講解界面結構，通過現場教學了解納米復合材料的 制備。教學模式：課前導學、課堂分析和討論， 材料現場 觀察。納米固體材料概述；0.50.5納米金屬材料的制備技術；0.50.5納米陶瓷材料的制備技術；0.50

10、.5納米復合材料的制備技術0.50.5納米材料制備技術專題討論22設計零維、一維、二維以及納米塊體材料幾個專題，將學生分組，布置學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。教學模式：提前將學生分810組，布置題目，學生課前文獻查閱、課堂PPT講授；第7章有序納米結構及其應用22納米刻蝕技術、自組裝技術、自下而上和自上而下相結合制備有序納米結構、有序納米結構的應用自組裝技術、有序納米結構的應用教學思路：通過對分辨率、焦深、瑞利定律等前修知識的總結，介紹納米刻蝕技術，并總結幾種刻蝕技術的優(yōu)缺點；結合自然界面生物存在的有序結構特征，介紹自組裝技術制備有序結構的原理及幾種典型實例。教學模

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、結構及形貌分析的現代測試表征 方法；典型分析示例介紹；教學思路：結合納米材料學課程前期講授知識，介紹相關測試表征方法，并對各種方法進行歸納總結和區(qū)分；教學模式：課堂講授、課堂討論、課堂總結。注：實踐包括實驗、上機等五、實踐教學內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合的方式進行，既重視學習過程中的參加與深入的程度考核，也重視學習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、課堂表現，所占比例分別是20%、10%、20%。其中，課外作業(yè)：每次根據完成作業(yè)的質量和態(tài)度按10制打分，缺少一次作業(yè)，本次作業(yè)加權分為零，作業(yè)測評分按作業(yè)加權平均分計算，滿分為20分。課堂練習（學習PPT講授）根據完成練習的質量按10分制評分，最終按課堂練習加權平均分計算，滿分為10分；課堂表現根據參與課堂討論的態(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