《納米材料與器件》教學(xué)大綱

《納米材料與器件》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：03154241課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)（理論32學(xué)時(shí)）先修課程：物理化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)A、材料物理性能A等后續(xù)課程：畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等適用專業(yè)：材料科學(xué)與工程開課單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院一、課程說明《納米材料與器件》是材料科學(xué)與工程專業(yè)一門專業(yè)選修課程。本課程主要介紹目前典型納米材料及器件的基本概念、原理、規(guī)律、特點(diǎn)以及應(yīng)用情況等。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)可以掌握納米材料的分類及特性、制備和表征、原理及應(yīng)用等較為成熟的理論知識(shí)，提高學(xué)生課程相關(guān)的知識(shí)應(yīng)用能力、測(cè)試分析能力、邏輯推理能力、總結(jié)歸納能力及自學(xué)新知識(shí)的能力，同時(shí)為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、創(chuàng)新實(shí)踐的開展及畢業(yè)后的工作學(xué)習(xí)打下必要的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握納米材料及器件的基本概念、原理、規(guī)律、特點(diǎn)以及應(yīng)用情況；熟悉納米材料與器件相關(guān)材料的設(shè)計(jì)、制備、性能檢測(cè)分析和產(chǎn)品質(zhì)量控制的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)；了解納米材料與器件學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)。課程目標(biāo)2：具備納米材料的設(shè)計(jì)和制備、材料性能的提升優(yōu)化和相關(guān)器件制造等方面的基本能力；具有在納米材料與器件相關(guān)領(lǐng)域從事生產(chǎn)、技術(shù)研發(fā)、工藝設(shè)計(jì)等工作的能力。課程目標(biāo)3：具有良好的納米材料與器件方面的設(shè)計(jì)、制備、改性、性能檢測(cè)與分析等方面的專業(yè)素質(zhì)；具有良好的社會(huì)公德和職業(yè)道德、較強(qiáng)的社會(huì)責(zé)任感和團(tuán)隊(duì)合作精神；樹立正確的是非觀念和勞動(dòng)意識(shí)；具有堅(jiān)定正確的政治方向、科學(xué)的世界觀、人生觀和價(jià)值觀。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《納米材料與器件》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)材料科學(xué)與工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識(shí)：能將數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于解決復(fù)雜材料工程問題。1.1能正確使用技術(shù)語言表達(dá)材料專業(yè)相關(guān)復(fù)雜工程問題。1.4能運(yùn)用工程專業(yè)知識(shí)，解決材料科學(xué)和工程專業(yè)相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制備、加工、改性、分析、技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用研究等技術(shù)問題。課程目標(biāo)1：掌握納米材料及器件的基本概念、原理、規(guī)律、特點(diǎn)以及應(yīng)用情況；熟悉納米材料與器件相關(guān)材料的設(shè)計(jì)、制備、性能檢測(cè)分析和產(chǎn)品質(zhì)量控制的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)；了解納米材料與器件學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)。H3.設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案：能夠設(shè)計(jì)針對(duì)材料科學(xué)與工程專業(yè)相關(guān)復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。3.1能夠設(shè)計(jì)針對(duì)材料科學(xué)與工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的合理解決方案，設(shè)計(jì)滿足國(guó)家和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程。課程目標(biāo)2：具備納米材料的設(shè)計(jì)和制備、材料性能的提升優(yōu)化和相關(guān)器件制造等方面的基本能力；具有在納米材料與器件相關(guān)領(lǐng)域從事生產(chǎn)、技術(shù)研發(fā)、工藝設(shè)計(jì)等工作的能力。M注：表中“H（高）、M（中）、L（弱）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.納米科技及發(fā)展史1.1納米科技與納米材料；1.2納米科技發(fā)展的軌跡；1.3納米材料學(xué)科的深厚積淀。結(jié)合時(shí)事，進(jìn)行相關(guān)思政主題教育。教學(xué)要求：了解納米科技發(fā)展的軌跡及里程碑事件；掌握納米科技與納米材料的基本概念及涉及領(lǐng)域；拓展諾貝爾獎(jiǎng)及相關(guān)科技期刊所反映出的學(xué)科發(fā)展信息。重點(diǎn)：納米科技與納米材料的引入和介紹。難點(diǎn)：納米材料及科技研究發(fā)展的歷程及重要人物和事件。21、2、32.納米材料的重要特性2.1納米材料和納米結(jié)構(gòu)；2.2表面與界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、納米材料的可見光譜學(xué)。教學(xué)要求：理解并掌握納米材料及納米結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)介及品質(zhì)評(píng)價(jià)基本內(nèi)容；理解并掌握表面與界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)以及納米材料的可見光譜學(xué)等特殊的效應(yīng)和現(xiàn)象。重點(diǎn)：納米材料及納米結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)介及品質(zhì)評(píng)價(jià)。難點(diǎn)：納米材料相關(guān)的特殊效應(yīng)。41、2、33.納米材料的制備3.1納米材料制備方法概述；3.2特殊加熱法、氣體冷凝法、等離子體法、機(jī)械研磨法、等物理方法；3.3化學(xué)沉積法、微乳液法、溶膠凝膠法、等化學(xué)制備方法；3.4一些納米材料制備的研究進(jìn)展。結(jié)合時(shí)事，進(jìn)行相關(guān)思政主題教育。教學(xué)要求：理解并掌握納米材料制備方法的基本特點(diǎn)；理解并掌握典型的納米材料制備物理方法及化學(xué)方法；擴(kuò)展了解一些納米材料制備的前沿方法及研究進(jìn)展。重點(diǎn)：典型的納米材料制備物理方法及化學(xué)方法。難點(diǎn)：一些納米材料制備的前沿方法及研究進(jìn)展。41、2、34.納米材料結(jié)構(gòu)表征4.1納米材料結(jié)構(gòu)的X射線衍射表征；4.2納米材料結(jié)構(gòu)的氣體吸附法表征；4.3納米材料結(jié)構(gòu)的顯微觀察；4.4納米材料結(jié)構(gòu)的X射線及電子顯微綜合分析。教學(xué)要求：理解并掌握納米材料結(jié)構(gòu)的X射線衍射分析計(jì)算；理解并掌握納米材料結(jié)構(gòu)的BET表征法；理解并掌握納米材料結(jié)構(gòu)的典型電子顯微分析法。了解納米材料結(jié)構(gòu)的X射線及電子顯微技術(shù)綜合分析思路及方法。重點(diǎn)：納米材料結(jié)構(gòu)的XRD及電子顯微測(cè)試分析。難點(diǎn)：納米材料結(jié)構(gòu)的X射線及電子顯微技術(shù)綜合分析。41、2、35.納米材料晶體學(xué)5.1ZnO六方晶型特點(diǎn)；5.2納米材料表面缺陷及晶體生長(zhǎng)的取向性；5.3納米材料晶體學(xué)一些研究進(jìn)展。教學(xué)要求：理解并掌握典型納米材料ZnO的晶型特點(diǎn)；理解并掌握納米材料表面缺陷及晶體生長(zhǎng)取向性的基本內(nèi)容；拓展了解納米材料晶體學(xué)的一些研究進(jìn)展。重點(diǎn)：典型納米材料的晶型特點(diǎn)，納米材料表面缺陷及納米晶體生長(zhǎng)的取向性。難點(diǎn)：納米材料晶體學(xué)的研究進(jìn)展。21、2、36.納米材料的磁學(xué)6.1磁學(xué)的基本概念；6.2磁性納米材料；6.3納米材料特殊的磁性質(zhì)。教學(xué)要求：理解并掌握磁學(xué)基本概念以及典型納米磁性材料的分類及特點(diǎn)；了解和初步掌握各向異性、超順磁性等常用磁性納米材料的特殊磁學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用。重點(diǎn)：磁學(xué)基本概念，典型納米磁性材料的分類及特點(diǎn)。難點(diǎn)：納米材料的特殊磁性能。41、2、37.納米材料電子學(xué)與光電子學(xué)7.1計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與納米材料的關(guān)系；7.2納米材料電子學(xué)的理論基礎(chǔ)和研究進(jìn)展；7.3納米材料光電子學(xué)簡(jiǎn)介。教學(xué)要求：了解計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與納米材料技術(shù)的關(guān)系；理解并掌握納米材料電子學(xué)和光電子學(xué)的基本概念和基礎(chǔ)理論；了解納米材料電子學(xué)和光電子學(xué)相關(guān)研究進(jìn)展及應(yīng)用。重點(diǎn)：納米材料電子學(xué)與光電子學(xué)的理論基礎(chǔ)和研究應(yīng)用情況。難點(diǎn)：納米材料電子學(xué)及光電子學(xué)基礎(chǔ)理論需相關(guān)的物理知識(shí)支撐。41、2、38.重要的納米材料6.1無機(jī)類（單質(zhì)、二元無機(jī)非化合物、二元金屬和其他無機(jī)化合物等）典型納米材料的概念、特性及應(yīng)用；6.2典型有機(jī)物納米材料的概念、特性及應(yīng)用。教學(xué)要求：理解并掌握典型的金屬和無機(jī)非類單質(zhì)和化合物納米材料的基礎(chǔ)理論及應(yīng)用；了解掌握有機(jī)物納米材料的特性及應(yīng)用。重點(diǎn)：典型無機(jī)類納米材料的基礎(chǔ)理論及應(yīng)用。難點(diǎn)：有機(jī)物納米材料的特性及應(yīng)用。41、2、39.納米材料的應(yīng)用9.1金屬納米材料的力學(xué)性能、軟磁性能、催化性能和儲(chǔ)氫性能及應(yīng)用；9.2磁性液體、納米復(fù)合材料的特點(diǎn)及應(yīng)用；9.3典型納米器件與裝置的原理及應(yīng)用。結(jié)合時(shí)事，進(jìn)行相關(guān)思政主題教育。教學(xué)要求：理解并掌握金屬納米材料的力學(xué)性能、軟磁性能、催化性能和儲(chǔ)氫性能及應(yīng)用；理解并掌握磁性液體、納米復(fù)合材料的特點(diǎn)及應(yīng)用；了解典型納米器件與裝置的原理及應(yīng)用。重點(diǎn)：金屬納米材料、磁性液體和納米復(fù)合材料的特性及應(yīng)用。難點(diǎn)：代表性納米器件與裝置的原理及應(yīng)用。41、2、3合計(jì)32五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，采用啟發(fā)式、討論式教學(xué)和案例教學(xué)等，充分用豐富的多媒體和網(wǎng)絡(luò)資源，使學(xué)生在課堂活動(dòng)中學(xué)習(xí)掌握納米材料與器件的基礎(chǔ)知識(shí)，了解該類材料和器件的工程應(yīng)用情況，促進(jìn)學(xué)生積極思考，開發(fā)學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題的能力。精選代表性的教學(xué)內(nèi)容，采用視頻、圖片、軟件等豐富的形式類型，安排討論、習(xí)題和測(cè)試等，鞏固課堂所學(xué)知識(shí)。六、課程資源1.推薦教材：（1）汪信,劉孝恒.納米材料化學(xué)簡(jiǎn)明教程.化學(xué)工業(yè)出版社,2014.12.參考書：（1）張耀君.納米材料基礎(chǔ).化學(xué)工業(yè)出版社.2015.9.（2）張立德.納米材料和納米結(jié)構(gòu).科學(xué)出版社.2016.3.（3）林志東.納米材料基礎(chǔ)與應(yīng)用.北京大學(xué)出版社.2010.11.（4）劉漫紅.納米材料及其制備技術(shù).冶金工業(yè)出版社.2014.8.3.期刊：（1）牛浩,吳文果.納米材料修飾微生物燃料電池陽(yáng)極的研究進(jìn)展[J].生物工程學(xué)報(bào),2016,32(3):271-283.（2）魏湫龍等.釩氧化物納米材料在鈉離子電池中的應(yīng)用[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2016,44(5):693-706.（3）張?jiān)龊５?基于溶膠凝膠法水熱合成WO3納米材料及氣致變色應(yīng)用[J].稀有金屬材料與工程,2016:354-359.（4）袁競(jìng)優(yōu),賈慶明,陜紹云.碳羥基磷灰石納米材料的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào),2020,34(13):88-94.（5）SantoroF,ZhaoW,JoubertL,etal.RevealingTheCell-MaterialInterfaceWithNanometerResolutionByFocusedIonBeam/ScanningElectronMicroscopy.AcsNano,2017,11(8):8320-8331.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）高鴻鈞.納米材料及其未來量子.中國(guó)科學(xué)院物理研究所.泛雅課程.http://nation.chaoxing.com/play?seriesId=3846&id=5222&seriesName（2）尹良君.新能源材料與器件導(dǎo)論.電子科技大學(xué).中國(guó)大學(xué)MOOC，2020./course/UESTC-1454939178?tid=1455305456七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過程性考核成績(jī)和期末考核成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)10（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√√433作業(yè)20（1）主要考核學(xué)生對(duì)各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，以及自主學(xué)習(xí)和表達(dá)能力，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?84階段測(cè)驗(yàn)10（1）主要考核學(xué)生對(duì)階段性所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握程度，滿分100分；（2）階段測(cè)驗(yàn)單獨(dú)評(píng)分，取該成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以階段測(cè)驗(yàn)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?42期末考核60（1）課程論文100分，以論文成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。（2）主要考核學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，對(duì)納米材料與器件的基礎(chǔ)理論知識(shí)，對(duì)選材、設(shè)計(jì)、制備、檢測(cè)分析、應(yīng)用等方面的了解程度，對(duì)專業(yè)內(nèi)容的書面表達(dá)能力等。（3）考核形式為：自選一種或幾種納米材料與器件，從選材、設(shè)計(jì)、制備、加工、組裝、微觀組織、性能、檢測(cè)分析、應(yīng)用等方面進(jìn)行論述，手寫論文，規(guī)范表述?！獭獭?52510合計(jì)：100分414019八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、作業(yè)、階段測(cè)驗(yàn)、期末考核等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽?jī)由期末考核成績(jī)和過程性考核成績(jī)組成。其中：期末考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重60%），采用課程論文的形式，考核學(xué)生對(duì)納米材料與器件基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握，對(duì)選材、設(shè)計(jì)、制備、檢測(cè)分析、應(yīng)用等方面的了解程度，對(duì)專業(yè)內(nèi)容的書面表達(dá)能力等；課堂表現(xiàn)、作業(yè)、階段測(cè)驗(yàn)等過程性考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性考核和期末考核分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時(shí)基本成比例。2.過程性考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)25筆記完整，積極參與教學(xué)活動(dòng)，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%。筆記完整，認(rèn)真參與教學(xué)活動(dòng)，回答問題準(zhǔn)確率大于80%。筆記不完整，偶爾參與教學(xué)活動(dòng)，回答問題準(zhǔn)確率大于70%。上課不