【材料科學(xué)前沿與新技術(shù)課程總結(jié)綜述3000字】

《材料科學(xué)前沿與新技術(shù)》課程總結(jié)綜述一、由石墨烯基復(fù)合材料的研究與應(yīng)用一課引發(fā)的思考我在石墨烯基復(fù)合材料的研究與應(yīng)用一課對(duì)石墨烯這一材料有了更多的認(rèn)識(shí)，通過課上及課下查閱相關(guān)資料了解到具有二維蜂窩狀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的單原子納米材料的石墨烯，具有優(yōu)良的光透性、力學(xué)和導(dǎo)電性。其中研究最為廣泛的是電學(xué)性質(zhì)。石墨烯獨(dú)特的載流子特性和無質(zhì)量的狄拉克費(fèi)米子屬性使其能夠在室溫下觀測到霍爾效應(yīng)和異常的半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)。另外，由于原子間作用力非常強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠壓，石墨烯中的電子受到的干擾也很小。電子在石墨烯中傳輸時(shí)不易發(fā)生散射，遷移率約為硅中電子遷移率的140倍，其電導(dǎo)率，比銅或銀更低，是室溫下導(dǎo)電最好的材料。近年來廣泛應(yīng)用于傳感器、儲(chǔ)能、半導(dǎo)體材料、生物醫(yī)學(xué)和太陽能電池等工業(yè)領(lǐng)域。隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，石墨烯基材料制備技術(shù)迅速發(fā)展。表面功能化操作簡單，應(yīng)用廣泛，且可以改善傳統(tǒng)石墨烯由于受范德華力作用分離困難、熱穩(wěn)定性差等問題；自組裝法實(shí)現(xiàn)石墨烯結(jié)構(gòu)的規(guī)律性，提升了石墨烯的電學(xué)性能，但由于受反應(yīng)容器的集合限制力學(xué)性能差，大規(guī)模制備困難。粉末冶金法材料用量少，所得材料力學(xué)性能高，并且可以解決通過自組裝法制備的石墨烯材料所出現(xiàn)的穩(wěn)定性差、晶化程度低等問題，但粉末冶金法制備的復(fù)合材料會(huì)出現(xiàn)一些孔洞，致密度低的現(xiàn)象，且粉末冶金法屬于高溫工藝，耗能大，流程復(fù)雜，不利于節(jié)能減排；模板合成法以模板為載體，可以嚴(yán)格控制材料的大小和形狀，操作簡單，但石墨烯的導(dǎo)向生長模板作用難以控制，且在硬模板合成中，需使用強(qiáng)酸強(qiáng)堿將模板去除，可能破壞復(fù)合材料結(jié)構(gòu)影響其性能，一些直接受熱分解或去除方式簡單的綠色型模板是未來研究的方向；３Ｄ打印制作精度高、結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)、可大規(guī)模制造等特點(diǎn)解決了自組裝法、模板法等可控性差、微觀結(jié)構(gòu)混亂等問題，充分發(fā)揮石墨烯力學(xué)、光學(xué)等優(yōu)良性能，提高其在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，但由于單一的制備方式，很難實(shí)現(xiàn)復(fù)合工藝。為了真正實(shí)現(xiàn)石墨烯基材料的實(shí)際應(yīng)用，還需做大量的研究工作，使其低成本、操作簡單、可大量生產(chǎn)，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。石墨烯的良好性質(zhì)使它成為理想的基體材料，易于與其它功能性材料復(fù)合制備石墨烯基功能材料，如石墨烯基復(fù)合材料在超級(jí)電容器中作電極的應(yīng)用。隨著石墨烯材料的發(fā)展，不僅其本身作為電極材料有望提升超級(jí)電容器的容量，更能作為隔膜、集流體甚至粘結(jié)劑助力各種電極材料的發(fā)展。電化學(xué)電容器(EC)，又稱超級(jí)電容器，超級(jí)電容器通?？梢苑譃閮煞N類型:一種是雙電層電容器，它通過電極/電解液界面上的靜電積累電荷來存儲(chǔ)能量;另一種是贗電容器，它基于電極上的快速氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生巨大的贗電容。由于其高功率密度,優(yōu)越傳輸速度,快速充電/放電率、長循環(huán)壽命,制作簡單,快速動(dòng)態(tài)的傳播,維護(hù)成本低等優(yōu)勢滿足了日益增長的電力需求[33]。可應(yīng)用在攜式電子設(shè)備、移動(dòng)通信、混合動(dòng)力汽車、存儲(chǔ)備份系統(tǒng)、大型工業(yè)和軍事裝備等。電容器的核心部件是電極，其結(jié)構(gòu)和組成直接影響其電導(dǎo)率和電容。因此，研究工作主要集中在電極的優(yōu)化上。目前，商用超級(jí)電容器的電極材料主要是以活性炭為主，而活性炭材料的發(fā)展已趨于完善，其電容量也幾乎達(dá)到極限。石墨烯擁有比活性炭更優(yōu)的性能，但其應(yīng)用仍然處于實(shí)驗(yàn)室階段，在其工業(yè)化的道路上，仍然還需要進(jìn)一步的提升性能，降低成本和環(huán)境污染。石墨烯材料在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用都擁有廣闊的前景，但需要更多、更深入的研究去推動(dòng)其從實(shí)驗(yàn)室走向市場。所以從石墨烯的制備方案入手，根據(jù)儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用需求有針對(duì)性地研究適用于儲(chǔ)能領(lǐng)域的石墨烯材料的高性價(jià)比制備方案具有遠(yuǎn)大的應(yīng)用前景。二、巧妙地思路和堅(jiān)持不懈的態(tài)度對(duì)推進(jìn)研究進(jìn)程的作用在近期的參加的一個(gè)科研講座中，有一則科研故事令我印象深刻。1928年，英國細(xì)菌學(xué)家亞歷山大?弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉菌能分泌一種物質(zhì)殺死細(xì)菌，他將這種物質(zhì)命名為“青霉素”，但他未能將其提純用于臨床。1929年，弗萊明發(fā)表了他的研究成果，遺憾的是，這篇論文發(fā)表后一直沒有受到科學(xué)界的重視。10年后，德國化學(xué)家恩斯特?錢恩在舊書堆里看到了弗萊明的那篇論文，于是開始做提純實(shí)驗(yàn)。1940年冬，錢恩提煉出了一點(diǎn)點(diǎn)青霉素，這雖然是一個(gè)重大突破，但離臨床應(yīng)用還差得很遠(yuǎn)。1941年，青霉素提純的接力棒傳到了澳大利亞病理學(xué)家瓦爾特?弗洛里的手中。一天，弗洛里下班后在實(shí)驗(yàn)室大門外的街上散步，見路邊水果店里擺滿了西瓜，為了慰勞同事，他走進(jìn)了水果店打算買幾只西瓜。隨手抱起幾只，交了錢后剛要走，忽然瞥見柜臺(tái)上放著一只被擠破了的西瓜。這只西瓜有幾處瓜皮已經(jīng)潰爛了，上面長了一層綠色的霉斑。弗洛里盯著這只爛瓜看了好久，又皺著眉頭想了一會(huì)，忽然對(duì)老板說：“我要這一只?！备ヂ謇锱踔@只爛西瓜回到實(shí)驗(yàn)室后，立即從瓜上取下一點(diǎn)綠霉，開始培養(yǎng)菌種。從爛西瓜里得到的青霉素，竟從每立方厘米40單位一下子猛增到200單位。1943年10月，弗洛里和美國軍方簽訂了首批青霉素生產(chǎn)合同。青霉素在二戰(zhàn)末期橫空出世，迅速扭轉(zhuǎn)了盟國的戰(zhàn)局。戰(zhàn)后，青霉素更得到了廣泛應(yīng)用，拯救了數(shù)以千萬人的生命。因這項(xiàng)偉大發(fā)明，弗洛里和弗萊明、錢恩分享了1945年的諾貝爾生物及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。單這則科研故事便將巧妙的思路和堅(jiān)持不懈的態(tài)度對(duì)推進(jìn)研究進(jìn)程的作用體現(xiàn)得淋漓精致。青霉素的發(fā)現(xiàn)及大批量地培養(yǎng)，前后共經(jīng)歷了三位科學(xué)家的傳遞研究，從青霉素的發(fā)現(xiàn)到提煉及大批量的培育，都是因?yàn)閳?jiān)持不懈的研究態(tài)度，從發(fā)現(xiàn)到偶然買瓜時(shí)迸發(fā)出的科研靈感，也充分體現(xiàn)了巧妙的思路。若空有堅(jiān)持不懈，沒有巧妙的思路做指引，無法獲得最終的成功。但若沒有堅(jiān)持當(dāng)思路來臨時(shí)，也無法把握住它。巧妙的思路及堅(jiān)持不懈的科研精神，二者在成功的路上缺一不可。三、開展國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析調(diào)研方法建議首先建議采用文獻(xiàn)資料研究的方法。通過選擇合適的關(guān)鍵詞搜索文獻(xiàn)，閱讀期刊論文/學(xué)位論文/圖書資料等各種文獻(xiàn)資料，查閱與你研究主題相關(guān)資料、搜索發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外近似或界于同一課題研究的歷史、現(xiàn)狀與趨勢，歸納總結(jié)前人的研究成果。在閱讀論文時(shí)，建議先選擇綜述性文獻(xiàn)以“先國外文獻(xiàn)綜述、再到國內(nèi)文獻(xiàn)綜述”順序進(jìn)行閱讀學(xué)習(xí)，可以從整體上對(duì)目前國內(nèi)外在這一課題的研究水平、發(fā)展動(dòng)態(tài)和趨勢；與課題相關(guān)領(lǐng)域前人的探索結(jié)果和研究工作所需要的工作條件等有個(gè)基本認(rèn)識(shí)及了解。隨后對(duì)讀過的文獻(xiàn)分類，把內(nèi)容相近的歸為一類，也可以稱之為一個(gè)流派。對(duì)于每個(gè)流派，按時(shí)間先后順序理清來龍去脈。然后再對(duì)不同的流派進(jìn)行對(duì)比，分析其異同，分析每個(gè)流派的優(yōu)勢和不足。之后可以再通過文獻(xiàn)綜述的撰寫，對(duì)所讀國內(nèi)外文獻(xiàn)進(jìn)行整體的梳理與分析。以我為例，我目前的研究方向是纖維素基氣凝膠作超級(jí)電容器電極材料及在污水處理中的應(yīng)用。由于本科所學(xué)并非包裝材料方向，所以在進(jìn)行研究時(shí)，便選擇先關(guān)鍵字檢索閱讀學(xué)術(shù)性高的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述，在對(duì)整體研究領(lǐng)域有了基礎(chǔ)認(rèn)知及了解后，在進(jìn)行針對(duì)性的分類閱讀國內(nèi)外各研究性文獻(xiàn)，并在閱讀過程中做筆記且對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行分類整理，方便以后查找。最后嘗試撰寫該研究方向的綜述論文，對(duì)所了解、積累的知識(shí)及文獻(xiàn)進(jìn)行一個(gè)全面的梳理。我深刻記得在《材料科學(xué)前沿與新技術(shù)》一課上，老師講得科研學(xué)者通過大自然生物本身具有的生物外表特性的研究，