大學教案提綱示范

教案提綱碳納米管CarbonNano-tubes2013年5月4日【教學內(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)用碳納米管在樹脂基復(fù)合材料中應(yīng)用【授課時間】 2學時【教學重點】 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（輔之以實物舉例），碳納米管的改性【教學難點】 碳納米管的分子結(jié)構(gòu) SP2 雜化分析（輔之以視頻教學），碳納米管的制備及改性，碳納米管的結(jié)構(gòu)與性能的對應(yīng)關(guān)系【教學目標】了解碳納米管的發(fā)展背景，重點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，通過碳納米管材料的應(yīng)用，驗證碳納米管的結(jié)構(gòu)與性能的對應(yīng)關(guān)系碳納米管在樹脂基復(fù)合材料中應(yīng)用【教學手段】課程講授，輔以多媒體幻燈圖片，視頻資料，實物演示，及通過提問式教學手段與學生互動【教學過程】導入新課復(fù)習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，日本學者 Ijima在摻加過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，碳納米管屬于幾維納米材料？飯島澄男(Iijima)在名古屋大學實驗室的研究工作視頻。碳納米管的分子結(jié)構(gòu)，每層納米管是一個由碳原子通過 SP2雜化與周圍3個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?化學氣相沉積法（CVD）（即碳氫化合物催化分解法，又稱 CVD法）?激光蒸汽法?燃燒火焰法提問，為什么用石墨來制備碳納米管？讓學生畫出石墨的分子結(jié)構(gòu)。重點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，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)容講授時結(jié)合實物演示）補充新的研究成果長碳納米管束制造新方法，中國清華大學和美國倫塞勒理工學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：物理法和化學法兩大類按修飾的性質(zhì)：共價功能化、非共價功能化碳納米管常用的純化方法示例，舉一個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驗設(shè)備與實驗圖片相結(jié)合教學碳納米管的性質(zhì)與應(yīng)用力學性能：耐磨性：自潤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性質(zhì)。隨網(wǎng)格構(gòu)型（螺旋角）和直徑的不同，其導電性可呈現(xiàn)金屬、半金屬或半導體性，因而碳納米管的傳導性可通過改變管中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和直徑來變化。（教學重點及難點）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。（采用實例教學）光學性能：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)光強度以及優(yōu)秀的波長轉(zhuǎn)換功能，電致發(fā)光方面低壓、節(jié)能、穩(wěn)定等優(yōu)點使得它具有廣闊的應(yīng)用前景。熱學性能：研究人員最近發(fā)現(xiàn)碳納米管是目前世界上最好的導熱材料。今后將應(yīng)用在計算機芯片導熱板，也可以用于發(fā)動機和火箭等各種高溫部件的防護材

料。（教學的重點）納米管新的研究成果具有重要的應(yīng)用價值， 比如設(shè)計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器，可用于癌細胞的檢測納米碳管儲氫材料碳納米管單分子發(fā)光元件，發(fā)光原理：當電子和空穴在納米管中相遇時，電荷發(fā)生中和后就會發(fā)光。5碳納米管在復(fù)合材料中應(yīng)用提問，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)鍵問題CC與樹脂復(fù)合兩個問題CNTI樹脂界面問題CNTE樹脂中分散問題解決方法對CC與樹脂復(fù)合兩個問題CNTI樹脂界面問題CNTE樹脂中分散問題解決方法對CNT表面進行改性，使其表面帶