《納米結(jié)構(gòu)與納米材料》課程教學(xué)大綱

《納米結(jié)構(gòu)與納米材料》課程教學(xué)大綱一、基本信息中文名稱:納米結(jié)構(gòu)與納米材料英文名稱：Nano-structuresandNnano-materials課程代碼：10045229課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：1.5總學(xué)時(shí)：24（其中理論：24實(shí)驗(yàn)：0上機(jī)：0實(shí)踐：0）適用學(xué)院及專業(yè)：材料科學(xué)與工程學(xué)院高分子材料與工程專業(yè)先修課程：無(wú)機(jī)與分析化學(xué)、高分子化學(xué)、高分子物理、高分子材料與工程專業(yè)英語(yǔ)開課單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料化學(xué)系二、課程地位與作用納米結(jié)構(gòu)與納米材料是高分子材料與工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課，納米材料及納米技術(shù)是21世紀(jì)在前沿材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，納米材料與納米技術(shù)的發(fā)展對(duì)信息、生物、能源、環(huán)境、宇航等高科技領(lǐng)域有深遠(yuǎn)影響，對(duì)未來(lái)高科技材料的發(fā)展起到重大作用。納米材料及其技術(shù)是納米科技的核心和基礎(chǔ)，在大學(xué)階段開設(shè)納米材料及其技術(shù)課程是培養(yǎng)材料科學(xué)類綜合性、創(chuàng)新性人才。本課程在大學(xué)四年級(jí)開設(shè)，并采用中英文雙語(yǔ)形式講授，使學(xué)生對(duì)前沿知識(shí)的有更深入的認(rèn)識(shí)及畢業(yè)后在工作崗位的思維開拓有重大意義。三、課程教學(xué)目標(biāo)本課程支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.2、3.2、5.1、7.1。該課程以納米材料的“微”、“新”為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生注重細(xì)節(jié)、一絲不茍的學(xué)習(xí)、研究態(tài)度；通過(guò)納米科技理論的不完善，樹立學(xué)生專業(yè)自信、培養(yǎng)創(chuàng)新精神，達(dá)到立德樹人的育人教學(xué)目標(biāo)；并對(duì)于納米材料污染評(píng)估的未知性，引導(dǎo)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。學(xué)生通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，掌握課程的基本知識(shí)，納米材料研究手段，思維靈活、善于借助“眼睛”，培養(yǎng)多視角看問(wèn)題的思維方式。面向理論教學(xué)，要求學(xué)生掌握課程的基本知識(shí)，納米材料的主要特性及其物理本質(zhì)和納米材料的主要制備方法等；掌握納米材料、納米技術(shù)的中英文科學(xué)概念，納米材料特性，納米效應(yīng)等。培養(yǎng)學(xué)生對(duì)納米科學(xué)和技術(shù)的認(rèn)知與了解，啟迪大學(xué)生的創(chuàng)新思維，拓寬其科學(xué)視野，使學(xué)生在實(shí)際工作中能有效地利用納米材料及技術(shù)相關(guān)知識(shí)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)具備以下能力：目標(biāo)1：在掌握納米材料性能和制備方法的基礎(chǔ)上，能夠確定通過(guò)測(cè)試表征方法判斷納米材料合成與性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和影響因素。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.2）目標(biāo)2：在設(shè)計(jì)納米材料過(guò)程中，考慮解決方案對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律、文化、環(huán)境等因素的影響。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)3.2）目標(biāo)3：掌握現(xiàn)代信息技術(shù)知識(shí)和文獻(xiàn)檢索方法，具有選擇和使用現(xiàn)代工具的基本能力。能夠使用信息技術(shù)知識(shí)和文獻(xiàn)檢索方法及對(duì)納米材料發(fā)展與前沿進(jìn)行查閱。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)5.1）目標(biāo)4：具有環(huán)境保護(hù)的意識(shí)，掌握納米材料在制備及應(yīng)用過(guò)程中對(duì)環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展影響的基本知識(shí)。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)7.1）課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求的關(guān)系矩陣教學(xué)目標(biāo)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)教學(xué)方式考核方式目標(biāo)12.2能夠應(yīng)用專業(yè)知識(shí)，分析、判斷納米材料特征、合成與性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和影響因素。課堂講授、具體實(shí)例、課后答疑、課上討論課程期末考試，課程作業(yè)，課上討論目標(biāo)23.2能夠在設(shè)計(jì)或制備過(guò)程中，考慮解決方案對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律、文化、環(huán)境等因素的影響。課堂講授、典型實(shí)例、課后答疑、課上討論、上網(wǎng)查閱相關(guān)資料課程期末考試，課程作業(yè)，課上討論目標(biāo)35.1掌握現(xiàn)代信息技術(shù)知識(shí)和文獻(xiàn)檢索方法，具有開發(fā)、選擇和使用現(xiàn)代工程工具的基本能力。課堂講授、課后答疑、課后討論、上網(wǎng)查閱相關(guān)資料課程期末考試，課程作業(yè)，課上討論目標(biāo)47.1具備環(huán)境保護(hù)的意識(shí)，掌握專業(yè)工程實(shí)踐對(duì)環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展影響的基本知識(shí)。課堂講授、課后答疑、課后討論、上網(wǎng)查閱相關(guān)資料課程期末考試，課程作業(yè)，課上討論四、主要教學(xué)內(nèi)容第1章納米材料概論（4學(xué)時(shí)，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)7.1）本章應(yīng)掌握納米材料的定義、分類，納米科學(xué)與技術(shù)的概念，理解目前技術(shù)的基礎(chǔ)性缺陷，了解未來(lái)的技術(shù)挑戰(zhàn)，熟悉納米材料的應(yīng)用。以納米材料的“微”、“新”為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生注重細(xì)節(jié)、一絲不茍的學(xué)習(xí)、研究態(tài)度；通過(guò)納米科技理論的不完善，樹立學(xué)生專業(yè)自信、培養(yǎng)創(chuàng)新精神；對(duì)于納米材料污染評(píng)估的未知性，引導(dǎo)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。重點(diǎn)：納米材料的定義、分類，納米科學(xué)與技術(shù)的概念。UnitOneIntroductiontothenanoscalematerialsGraspthescientificconceptofnanomaterials,classificationofnanoscalematerials,theconceptofnanoscienceandnanotechnology；familiarwiththeapplicationofnanomaterials,understandingoffundamentallimitationsofpresenttechnology，knowthetechnicalchallengesinfuture.Withtheguidanceof"micro"and"new"ofnano-materials,studentswillbetrainedofattenttodetailandmeticulousstudyandresearchattitude.Studentswillbeguidedtoenvironmentalawarenessfortheunknownevaluationofnano-materialpollution.Emphasis：theconceptandClassificationofnanoscalematerials,theconceptofnanoscienceandnanotechnology.第2章納米材料的納米效應(yīng)及性能（4學(xué)時(shí)，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.2）本章應(yīng)掌握納米材料的納米效應(yīng)（小尺寸、量子尺寸、表面、宏觀量子隧道效應(yīng)）及性能（力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等性能），理解納米效應(yīng)和納米材料特性的產(chǎn)生；了解納米材料的光化學(xué)和光物理過(guò)程。重點(diǎn)：納米材料的納米效應(yīng)及性能。UnitTwoStructureandPropertiesofnano-materialsMasterthenanometereffects(smallsize,quantumsize,surface,macroscopicquantumtunneleffect)andproperties(mechanical,thermal,magnetic,electronic,opticalproperties)ofnanoscalematerials,understandthespecialpropertiesofnanomaterials,knowingofphotochemicalandphotophysicalprocessesofnanomaterials.Emphasis：nanometereffectsandpropertiesofnanoscalematerials.第3章納米材料的制備及表征（8學(xué)時(shí)，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.2、3.2、5.1）本章應(yīng)掌握納米材料的物理化學(xué)制備方法（“自上而下”和“自下而上”合成方法、固相法、物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法等），掌握掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）的基本原理；理解綠色納米合成的范疇、納米復(fù)合材制備方法，理解STM、AFM的應(yīng)用領(lǐng)域，了解STM、AFM的操作模式。重點(diǎn)：納米材料的物理化學(xué)制備方法、掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）的基本原理。UnitThreeSynthesisandcharacterizationofnanomaterialsMasterthesynthesismethodsofnanomaterials(“top-down”and“bottom-up”approaches,solidphasemethod,PVD,CVD,etc.),basicprincipleofSTM、AFM;understandthemicrowave-assistedsynthesis、ultrasonicwave-assistedsynthesis,etc.,applicationofSTM、AFM;knowthemodeofoperationofSTM、AFM.Emphasis：Synthesismethodsofnanoscalematerials,BasicprincipleofSTM、AFM.第4章碳納米材料的合成（4學(xué)時(shí)，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.2）本章應(yīng)掌握C60的合成及結(jié)構(gòu)，碳納米管的合成、生長(zhǎng)機(jī)理及幾何構(gòu)型；理解富勒烯的提純及其13C核磁共振譜、C60的聚合反應(yīng)；了解碳納米管的應(yīng)用。重點(diǎn)：C60的合成及結(jié)構(gòu)。UnitFourSynthesisofcarbonnanomaterialsMasterthestructureandsynthesisofC60,thesynthesis,growingmechanisms,geometryofcarbonnanomaterials.understandthepurificationand13Cnuclearmagneticresonanceoffullerenes;knowtheapplicationsofcarbonnanomaterials.Emphasis：thestructureandsynthesisofC60,thesynthesis,growingmechanisms,geometryofcarbonnanomaterials第5章納米材料應(yīng)用（4學(xué)時(shí)，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.2、7.1）本章應(yīng)掌握納米壓印刻蝕技術(shù)、掃描探針刻蝕，TiO2上負(fù)載金屬、半導(dǎo)體納米復(fù)合材料；理解光刻技術(shù)用于納米制造、微接觸印制、光催化分解水制氫；了解可見光驅(qū)動(dòng)的光催化劑的發(fā)展。重點(diǎn)：納米壓印刻蝕技術(shù)、掃描探針刻蝕，TiO2上負(fù)載金屬、半導(dǎo)體納米復(fù)合材料。UnitFiveNano-lithographyandtheapplicationsofnanomaterialsMasternanoimprintlithography,scanningprobelithography,loadingmetaloverTiO2，semiconductornanocomposite;understandlithographyfornanofabrication,microcontactprinting,hydrogenproductionbyphoto-catalyticwatersplitting;knowthedevelopmentofvisible-light-drivenphotocatalysts.Emphasis：nanoimprintlithography,scanningprobelithography,loadingmetaloverTiO2，semiconductornanocomposite五、教學(xué)方法課堂講授（PPT為主，板書、視頻等輔助）、典型實(shí)例、啟發(fā)式教學(xué)、互動(dòng)式討論。課下學(xué)生結(jié)合雨課堂的強(qiáng)大功能進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并根據(jù)老師引導(dǎo)和自身興趣查閱相關(guān)資料，加上課后答疑、上網(wǎng)查閱相關(guān)資料和課程作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)及獨(dú)立分析、解決問(wèn)題的能力，為培養(yǎng)高層次、高素養(yǎng)人才奠定基礎(chǔ)。課程思政元素融入采用案例教學(xué)、互動(dòng)式討論、融合法，以納米材料的“微”、“新”為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生注重細(xì)節(jié)、一絲不茍的學(xué)習(xí)、研究態(tài)度及創(chuàng)新思維。六、課程考核和成績(jī)?cè)u(píng)定方式本課程考核采用開卷和平時(shí)考核方式結(jié)合，考試成績(jī)80%（試題以中英文兩種語(yǔ)言形式），平時(shí)考核20%。七、教材及參考文獻(xiàn)1、教材：張耀君，納米材料基礎(chǔ)（雙語(yǔ)版）（第二版），北京，化學(xué)工業(yè)出版社，

20152、主要參考教材 [1]林志東，納米材料基礎(chǔ)與應(yīng)用，北京，北京大學(xué)出版社，2010[2]徐云龍，趙崇軍，納米材料學(xué)概論，上海，華東理工大學(xué)出版社，2008[3]B