《能量轉(zhuǎn)化材料與器件》課程教學(xué)大綱

《能量轉(zhuǎn)化材料與器件》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱(chēng)能量轉(zhuǎn)化材料與器件EnergyConversionMaterialsandDevices課程編碼MAT521121020開(kāi)課院部材料科學(xué)與工程學(xué)院課程團(tuán)隊(duì)能量轉(zhuǎn)化材料與器件學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時(shí)32講授32實(shí)驗(yàn)0上機(jī)0實(shí)踐0課外學(xué)時(shí)32適用專(zhuān)業(yè)新能源材料與器件授課語(yǔ)言中文先修課程大學(xué)化學(xué)、大學(xué)物理（2-2）、電工電子學(xué)、物理化學(xué)課程簡(jiǎn)介（限選）能量轉(zhuǎn)化材料與器件課程講述了當(dāng)前比較熱門(mén)的新能源材料領(lǐng)域的基本知識(shí)，包括鋰離子電池，燃料電池，太陽(yáng)能電池，光解水等等，并將納米科學(xué)與技術(shù)的知識(shí)融入到新能源材料領(lǐng)域，著重強(qiáng)調(diào)了如何通過(guò)納米材料的使用來(lái)實(shí)現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)換，提高相應(yīng)能源器件的效率。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握能量轉(zhuǎn)化材料與器件的基本知識(shí)，了解到本領(lǐng)域的前沿科技動(dòng)態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣，提升學(xué)生的認(rèn)知能力，擴(kuò)展學(xué)生的專(zhuān)業(yè)視野。本課程的受眾為具有一定基礎(chǔ)知識(shí)的本科生，本科生的專(zhuān)業(yè)既可以是物理，化學(xué)以及材料，也可以是其他專(zhuān)業(yè)的對(duì)新能源感興趣的本科生。Thecourseofenergyconversionmaterialsanddevicestellsthebasicknowledgeofthecurrentnewenergymaterialsfield,includinglithiumionbatteries,fuelcells,solarcells,photocatalyticwatersplitting,etc,withintegratingtheknowledgeofnano-scienceandnano-technology.Itplacesemphasisonhowtorealizehigh-efficiencyenergyconversionbyuseofnano-materials.Thestudycanmakestudentshavethebasicknowledgeofenergyconversionmaterialsanddevices,understandthecutting-edgescientificandtechnologicaltrendsinthisfield,cultivatethescientificinterest,improvethecognitiveability,andexpandprofessionalvision.Theaudienceofthiscourseisundergraduateswithcertainbasicknowledgewithmajorsofphysics,chemistryandmaterials,orothermajorswhoareinterestedinthenewenergyfield.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人，審核人二、課程目標(biāo)序號(hào)代號(hào)課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：了解各種能量轉(zhuǎn)化材料和器件的發(fā)展概況和應(yīng)用前景，掌握各種能量轉(zhuǎn)化器件的工作原理和特點(diǎn)以及能量轉(zhuǎn)化材料的研究進(jìn)展。是三、課程內(nèi)容序號(hào)章節(jié)號(hào)標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點(diǎn)支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時(shí)教學(xué)方式課外學(xué)時(shí)課外環(huán)節(jié)1第一章第一章 能量轉(zhuǎn)化材料與器件概述本章重點(diǎn)難點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)換的基本原理和特性/////21.11.1 能量與能源能量的概念；能源發(fā)展史M10.5講授//31.21.2 能量的形態(tài)與轉(zhuǎn)換能量的形式；能量轉(zhuǎn)換的原理M10.5講授//41.31.3 能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的要求能量轉(zhuǎn)換的特性；能量轉(zhuǎn)換的條件M10.5講授//51.41.4 能量轉(zhuǎn)化與材料和器件的關(guān)系能量轉(zhuǎn)換材料的定義；能源器件的種類(lèi)M10.5講授2作業(yè)6第二章第二章 光催化材料與器件本章重點(diǎn)難點(diǎn)：光解水制氫原理；光催化二氧化碳還原機(jī)理/////72.12.1 太陽(yáng)能概述與人工光合作用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換形式；光合作用過(guò)程M10.5講授//82.22.2 光解水制氫基本原理能帶理論；導(dǎo)帶和價(jià)帶能級(jí)M11講授//92.32.3 光解水制氫催化劑的設(shè)計(jì)及研究進(jìn)展半導(dǎo)體；異質(zhì)結(jié)類(lèi)型M12講授//102.42.4 光催化二氧化碳還原概述二氧化碳還原反應(yīng)；產(chǎn)物用途M10.5講授//112.52.5 光催化二氧化碳還原基本原理能帶理論；二氧化碳還原反應(yīng)機(jī)理M11講授//122.62.6 光催化二氧化碳還原催化劑設(shè)計(jì)及研究進(jìn)展半導(dǎo)體催化劑；納米量子點(diǎn)；電子結(jié)構(gòu)M12講授//132.72.7 其他光催化材料的設(shè)計(jì)及應(yīng)用太陽(yáng)能電池；光催化污水處理M11講授8作業(yè)14第三章第三章 電催化材料與器件本章重點(diǎn)難點(diǎn)：電解水原理和催化劑設(shè)計(jì)；氧還原原理和催化劑設(shè)計(jì)/////153.13.1 氫能概述及電解水制氫的現(xiàn)狀氫能的優(yōu)點(diǎn)；電解水制氫的發(fā)展史M10.5講授//163.23.2 電催化材料在電解水制氫中地位與作用電解水制氫原理；催化劑的作用M10.5講授//173.33.3 電解水催化劑的設(shè)計(jì)及相關(guān)研究析氫反應(yīng)催化劑；析氧反應(yīng)催化劑M12講授//183.43.4 燃料電池的歷史及應(yīng)用燃料電池發(fā)展歷程；燃料電池汽車(chē)M10.5講授//193.53.5 電催化材料與質(zhì)子交換膜燃料電池貴金屬催化劑；非貴金屬催化劑；非金屬催化劑M12講授//203.63.6 電催化材料與直接甲醇燃料電池貴金屬催化劑；中毒機(jī)理M11講授//213.73.7 電催化材料與金屬空氣燃料電池空鋁電池；空鋅電池；空鎂電池M11講授//223.83.8 電催化材料與氮還原氮還原機(jī)理；測(cè)試方法M10.5講授8作業(yè)23第四章第四章 電致發(fā)光材料與器件本章重點(diǎn)難點(diǎn)：電致發(fā)光原理；LED技術(shù)/////244.14.1 電致發(fā)光原理及特征參數(shù)電場(chǎng)發(fā)光；電致發(fā)光分類(lèi)；發(fā)光機(jī)理M10.5講授//254.24.2 電致發(fā)光材料及其制備有機(jī)發(fā)光材料；聚合物發(fā)光材料；共軛高分子M11.5講授//264.34.3 LED與電致發(fā)光技術(shù)發(fā)光二極管的基本原理；LED的特性M11講授//274.44.4 LED在照明和顯示領(lǐng)域的應(yīng)用LED的光電色參數(shù)；LED性能測(cè)定M10.5講授//284.54.5 納米材料在LED中的應(yīng)用納米量子點(diǎn)；石墨烯；聚合物；高壓模塊化M10.5講授4作業(yè)29第五章第五章 壓電材料與器件本章重點(diǎn)難點(diǎn)：壓電能量轉(zhuǎn)化基本原理；壓電材料制備/////305.15.1 壓電原理及特征參數(shù)逆向換能；壓電常數(shù)；介電常數(shù)；彈性常數(shù)M11講授//315.25.2 壓電材料的分類(lèi)及制備無(wú)機(jī)壓電材料；晶體和陶瓷；有機(jī)壓電材料；復(fù)合壓電材料M11講授//325.35.3 壓電能量轉(zhuǎn)換技術(shù)與應(yīng)用振動(dòng)能利用；電-氣轉(zhuǎn)換；微型發(fā)電機(jī)M11講授//335.45.4 納米壓電材料與納米發(fā)電機(jī)可持續(xù)性電源；有源傳感器；發(fā)電可穿戴設(shè)備M11講授4作業(yè)34第六章第六章 熱電轉(zhuǎn)換材料與器件本章重點(diǎn)難點(diǎn)：熱電轉(zhuǎn)換基本原理；熱電轉(zhuǎn)換材料設(shè)計(jì)/////356.16.1 熱電能量轉(zhuǎn)換原理及特征參數(shù)溫差發(fā)電；塞貝克效應(yīng)；工作效率M11講授//366.26.2 熱電材料的分類(lèi)及制備金屬合金；半導(dǎo)體金屬氧化物；高溫?zé)Y(jié)；水熱法M11講授//376.36.3 熱電能量轉(zhuǎn)換技術(shù)與應(yīng)用熱電偶；制冷器；發(fā)電M12講授//386.46.4 納米材料在熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)中的應(yīng)用超晶格結(jié)構(gòu)；納米線；納米管；納米復(fù)合M11講授4作業(yè)39第七章第七章 其他能量轉(zhuǎn)化材料本章重點(diǎn)難點(diǎn)：光化學(xué)能轉(zhuǎn)換原理；光熱轉(zhuǎn)換材料/////407.17.1 光化學(xué)能轉(zhuǎn)化與污染物降解光化學(xué)降解；鈣鈦礦；雜化M11講授//417.27.2 光熱轉(zhuǎn)換材料與光熱轉(zhuǎn)化蓄熱材料；導(dǎo)熱材料；集熱材料M11講授2大作業(yè)四、考核方式序號(hào)考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評(píng)占比1平時(shí)表現(xiàn)1.課堂出勤情況。2.課堂回答問(wèn)題情況。3.課堂參與討論情況。10%2平時(shí)作業(yè)1.每一章節(jié)3~5道題目，涵蓋本章的重點(diǎn)難點(diǎn)。2.成績(jī)采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時(shí)上交、是否獨(dú)立完成評(píng)分。3.考核學(xué)生對(duì)能量轉(zhuǎn)化材料與器件相關(guān)的基本知識(shí)掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，題型主要有簡(jiǎn)答和計(jì)算題。20%3大作業(yè)1.本課程要求根據(jù)所講的能量轉(zhuǎn)化器件與材料讓學(xué)生找出相關(guān)科學(xué)問(wèn)題，以論文或者小組PPT匯報(bào)的形式進(jìn)行考察。2.根據(jù)材料的組織情況、思路、是否理清科學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵、語(yǔ)言是否流暢進(jìn)評(píng)分。20%4期末考試1.開(kāi)卷考試，成績(jī)采用百分制，卷面成績(jī)總分100分。2.主要考核學(xué)生對(duì)能量轉(zhuǎn)化材料與器件基本知識(shí)的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，題型主要有客觀題、簡(jiǎn)答題、論述題等。50%五、評(píng)分細(xì)則序號(hào)課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評(píng)分等級(jí)1M1平時(shí)表現(xiàn)10%A-全勤，且課堂表現(xiàn)積極，且回答問(wèn)題準(zhǔn)確。B-缺勤一次，或者被動(dòng)參與課堂活動(dòng)。C-缺勤2次或者3次，或者不參與課堂討論或者回答問(wèn)題效果一般。D-缺勤3次以上或者違反課堂紀(jì)律三次如：睡覺(jué)、玩手機(jī)、交頭接耳等。2M1平時(shí)作業(yè)20%A-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，卷面整潔、解題思路清晰、考慮問(wèn)題全面有深度、步驟完整、格式準(zhǔn)確、答案準(zhǔn)確。B-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，書(shū)面一般、解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案合理。C-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，書(shū)面混亂，解題思路不完整、格式比較合理。D-作業(yè)抄襲，未能按時(shí)完成，解題思路混亂。3M1大作業(yè)20%A-論文格式正確且提出的科學(xué)問(wèn)題是前沿聚焦的熱點(diǎn)，給出的方案綜合考慮了該領(lǐng)域的發(fā)展情況；或者PPT制作精美，明確的提出了有深度的科學(xué)問(wèn)題，并系統(tǒng)的給予了解決方案，講解思路清晰且語(yǔ)言流暢。B-論文格式正確且科學(xué)問(wèn)題提出的合理，并給于一定的解決方案；或者PPT制作精細(xì)，明確的提出了問(wèn)題，并解決了問(wèn)題，講解思路清晰。C-論文格式不正確且問(wèn)題的提出有一定的科學(xué)性；或者PPT制作一般且沒(méi)有明確清晰的主線