《纳米材料和技术》课程教学大纲.docx
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《纳米材料和技术》课程教学大纲
《纳米材料和技术》课程教学大纲
一、课程名称（中英文）
中文名称：
纳米材料和技术
英文名称：
NanomaterialsandTechnology
二、课程代码及性质
专业选修课程
三、学时与学分
总学时：
32
学分：
2
四、先修课程
《大学物理》、《半导体物理》、《固体物理》、《物理化学》
五、授课对象
本课程面向功能材料专业学生开设
六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）【注：
教学目的要突出各项“能力”，且与表1中的某项指标点相对应】
本课程是功能材料专业的选修课之一，其教学目的包括：
1、掌握常见纳米材料的制备工艺和原理，培养解决实际生产和科研工作的纳米材料制备、测试和应用过程中的实际问题的综合能力。
2、掌握常见纳米材料的基本性能及表征方法，掌握典型纳米材料与器件的应用范围以及检测方法，具备典型纳米材料制备方案设计、性能表征和测试的能力。
3、了解目前广泛研究和应用的几种主要纳米材料，了解当前纳米材料和技术前沿和发展趋势，正确认识该技术领域在社会经济发展中所起的作用。
4、掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。
能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。
表1课程目标对毕业要求的支撑关系
毕业要求及其指标点
本课程目标对毕业要求的支撑关系
毕业要求
指标点
毕业要求1：
工程知识
能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。
1.1掌握了用于解决功能材料领域复杂问题的数学基础知识。
1.2掌握了用于解决功能材料领域复杂问题的物理、化学等自然科学基础知识。
1.3掌握了用于解决功能材料领域复杂问题的工程力学基础知识。
1.4掌握了用于解决功能材料领域复杂问题的工程检测与控制基础知识。
1.5系统掌握了专业知识，能够将所学知识用于解决功能材料领域复杂问题。
毕业要求2：
问题分析
能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。
2.1能够应用工程数学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。
2.2能够应用物理、化学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。
2.3能够应用力学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。
2.4能够应用工程科学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。
毕业要求3：
设计/开发解决方案
能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等因素。
3.1了解功能材料与器件问题的特征，掌握解决复杂工程问题的设计方法。
3.2在考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等制约因素的前提下，能够设计（开发）针对复杂功能材料与器件问题的解决方案，具备设计（开发）满足特定工程需求的功能材料系统、单元（部件）或工艺流程的能力。
3.3在设计（开发）过程中，具有追求功能材料领域复杂问题创新解决的态度和意识，掌握了基本的创新方法，清楚创新方向及领域。
毕业要求4：
研究
能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。
4.1掌握功能材料的合成与制备技术的原理及特点，能够采用科学方法，具备合理设计制备功能材料的复杂实验、开展科学研究的能力。
课程目标1
4.2掌握功能材料与器件的分析测试技术的原理及主要特点，能够采用科学方法，正确构建并实施功能材料与器件测试的综合实验，得出正确结果的能力。
4.3能正确使用和处理实验数据，通过信息综合处理，具备对复杂的功能材料和器件的测试结果进行正确分析的能力。
4.4了解功能材料制备与测试所需的常用设备、实验仪器及实验方法，具备调控设备及仪器参数，进行测控和维护的能力。
课程目标2
毕业要求5：
使用现代工具
能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。
5.1掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。
课程目标4
5.2了解功能材料专业重要资料来源及获取方法。
5.3具备应用各类文献、信息及资料进行功能材料与器件领域的工程实践的能力。
5.4掌握功能材料与器件领域复杂工程问题的预测与模拟方法，理解其局限性。
毕业要求6：
工程与社会
能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。
6.1了解与功能材料相关的国家方针、政策与法律法规，能够评价工程实践对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。
6.2了解功能材料专业的特点及其对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，能够正确评价各种功能材料制备与表征方案的优劣。
6.3能正确认识功能材料的制备和加工中的各种复杂工艺对于客观世界和社会的影响，理解并能够承担的相应工程和社会责任。
毕业要求7：
环境和可持续发展
能够理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。
7.1了解功能材料专业的专业特征、学科前沿和发展趋势，正确认识本专业对于社会发展的重要性。
课程目标3
7.2能正确理解和评价功能材料领域复杂问题的实施对环境保护及社会可持续发展等的影响。
7.3在解决功能材料领域复杂的实际问题中，能够正确理解并考虑工程实践对环境、社会可持续发展的影响。
毕业要求8：
职业规范
具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。
8.1具有人文社会科学素养，理解世界观、人生观的基本意义及其影响。
8.2了解中国国情，理解中国可持续科学发展道路以及个人的做人规范，具有较高的社会责任感。
8.3在工程实践中，理解工程师的职业性质、职业责任,具备工程师的职业道德
8.4具有健康的体质和良好的心理素质，能较好地履行责任。
毕业要求9：
个人和团队
能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。
9.1具备较宽广的本学科基础知识和较高的个人素质，能够在多学科背景下，承担个人及团队成员的作用。
9.2具备良好的团队协作精神，善于和团队其它成员协作、互补、交往。
9.3能够承担团队负责人角色，具备综合团队成员意见和建议，进行合理决策之领导能力。
毕业要求10：
沟通
能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。
并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。
10.1较好地掌握了一门外语，了解不同文化的差异，具有一定的跨文化交流能力。
10.2了解本专业领域及其相关行业的国内外的技术现状，具有较强的业务沟通能力与竞争能力。
10.3能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，就复杂的专业工程问题进行有效沟通和交流。
课程目标4
毕业要求11：
项目管理
理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。
11.1了解电子及材料工程管理和经济决策的基本知识，理解并掌握工程管理原理与经济决策方法。
11.2具备应用工程管理和经济决策知识实践的工作能力，具有一定的组织、管理及领导能力，能够较好地通过口头或书面方式表达自己的想法。
11.3具有较强的综合归纳能力，能在多学科环境中加于应用。
毕业要求12：
终身学习
具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。
12.1对终身学习的重要性，有自觉的意识和正确的认识。
12.2能够采用合适的方法，自我学习、提高的能力。
12.3能够适应社会进步与发展，与时代同步。
七、教学重点与难点：
课程重点：
（1）纳米材料的典型制备方法，包括气相制备法、液相制备法和固相制备法。
（2）纳米材料的种类和性能有很多，深入理解纳米材料的力学、电学、磁学、光学和热学性能及应用也是本课程学习的重点。
（3）重点学习的章节内容包括：
第2章“纳米材料的制备方法”（4学时）、第3章“纳米材料性能”（6学时）、第4章“纳米材料检测技术”（4学时）。
课程难点：
（1）通过本课程的学习，充分理解纳米材料生长的物理和化学机理以及纳米材料生长过程中的结构演变机制。
（2）通过对纳米材料生长的物理化学机理的掌握，能够掌握各种典型纳米材料的制备技术和工艺，并将此工艺应用于实际实验和生产中。
八、教学方法与手段：
教学方法：
（1）在课堂讲授中，教师全面而又有所侧重地阐述各章节的主要教学内容。
教学课件的内容安排将与教科书中的内容相配合，力图起一个提纲挈领的作用。
（2）每一次课后，学生温习自学教科书上的相关内容，并结合文献检索与资料查询，对所学内容加以拓展和巩固。
（3）适当安排讨论课。
讨论课有利于提高学生的主体意识和对课堂的参与度，并能加强学生之间以及师生之间的交流互动，从而能够强化教学效果。
教学手段：
多媒体幻灯片放映，结合黑板板书。
九、教学内容与学时安排【注：
每一章节的教学内容都要有对应的思考题作为课后作业】
（1）总体安排
教学内容与学时的总体安排，如表2所示。
表2基本教学内容与学时安排
序号
课程内容
课堂（学习、讨论）学时
课外（准备、复试、实践）学时
1
绪论
4
4
2
纳米材料的制备方法
4
4
3
纳米材料性能
6
6
4
纳米材料检测技术
4
4
5
低维半导体结构和量子器件
4
4
6
纳米材料的应用
6
6
7
纳米材料发展现状及趋势
4
4
（2）具体内容
各章节的具体内容如下：
第1章绪论（4学时）
1.1纳米科技与纳米材料及器件
1.2纳米材料和器件及其特性
1.3纳米材料和器件的制备及加工
1.4纳米材料和器件的测量和表征
1.5纳米材料和器件的发展概况及展望
第2章纳米材料的制备方法（4学时）
2.1气相制备法
2.2液相制备法
2.3固相制备法
2.4纳米结构的制备
第3章纳米材料性能（6学时）
3.1纳米材料的力学性能
3.2纳米材料的电学性能
3.3纳米材料的磁学性能
3.4纳米材料的光学性能
3.5纳米材料的热学性质
第4章纳米材料检测技术（4学时）
4.1电子显微分析
4.2扫描探针技术
4.3X射线衍射分析
4.4粒度测量
4.5薄膜厚度测量
4.6纳米力学性能测试
第5章低维半导体结构和量子器件（4学时）
5.1低维半导体结构的制备和评价技术
5.2低维半导体材料的电子结构
5.3固态量子器件研制进展及应用
5.4半导体量子点的理论分析与预测
第6章纳米材料的应用（6学时）
6.1纳米材料在机械工程领域的应用
6.2纳米材料在电子器件领域的应用
6.3纳米材料在化工工程领域的应用
6.4纳米材料在生物医药工程领域的应用
6.5纳米光功能材料
第7章纳米材料发展现状及趋势
7.1纳米材料研究现状
7.2纳米材料产业化现状及趋势
思考题（课后作业）：
第1章思考题：
1、纳米材料的分类是什么？
2、简述纳米材料科技的研究方法有哪些？
3、什么是纳米科学？
纳米技术？
第2章思考题：
1、简述PVD制备纳米粉体的原理以及应用
2、简述溶胶凝胶法的基本原理以及分类
3、纳米颗粒与微细颗粒及原子团簇的区别
第3章思考题：
1、纳米材料的电导有什么不同于粗晶材料电导的特点？
2、请分别从能带变化和晶体结构来说明蓝移现象。
3、解释纳米材料熔点降低现象
4、纳米磁性材料的哪些磁学性能具有显著的尺寸效应？
第4章思考题：
1、AFM针尖状况对图像有何影响？
画简图说明。
2、简述透射电镜电子衍射的原理、图谱分析方法及应用
3、纳米颗粒粒度测试原理和方法？
第5章思考题：
1、半导体量子点的种类、特性及应用？
2、简述纳米材料光致发光现象的机理和应用？
第6章思考题：
1、在化妆品中加入纳米微粒能起到防晒作用的基本原理是什么?
2、论述纳米陶瓷的概念、特性和用途
第7章思考题：
1、论述当前铁电纳米材料研究的现状和趋势？
讨论（思考题及作业）要求：
1、每章节学习结束后，学生都要按上课教师的具体要求以书面的形式做一定数量的思考题，作为平时的作业成绩（按约10%计入课程总成绩）。
2、每位学生，根据自己的兴趣，对1种纳米材料的特点、制备技术及应用进行介绍，用PPT展示汇报（时间不超过10分钟），其它同学对该学生的汇报情况进行评价与交流。
汇报表现与成绩，按约10%计入课程总成绩。
十、教材及参考书
教材：
《纳米材料和器件》朱静主编清华大学出版社出版，第一版。
参考书：
1、《纳米结构和纳米材料：
合成、性能及应用》，GuozhongCaoandYingWang主编,高等教育出版社，2012年
2、《纳米材料制备技术》，王世敏编著，化学工业出版社，2002年
十一、课程成绩评定与记载
1、课程考核及评价细则
课程考核及评价细则，详见表3。
表3课程考核及评价细则
成绩组成
考核/评价环节
分值
考核/评价细则
对应的教学目标
平时成绩
30%
上课表现
10
根据学生平时上课的出勤率、课堂表现及互动情况，视其对课程学习的态度及积极程度，按10%计入课程总成绩。
1、2、3、4
平时作业
10
根据学生的课后作业的完成情况及质量，视其对课程知识理解、掌握情况，最后按10%计入课程总成绩。
1
交流（读书报告PPT展示等）
10
每位学生，根据自己的兴趣，完成1种功能纳米材料的特点、制备技术及应用介绍，用PPT展示汇报，成绩按10%计入课程总成绩。
1、2、3、4
考试成绩
70%
考试的卷面分数
70
主要考核对纳米材料的主要制备技术的基本原理和主要纳米材料特性和应用的掌握、以及对于该领域的技术前沿和发展趋势的了解，以卷面成绩的70%计入总成绩。
1、2、3、4
2、终结性考试形式：
针对某一种新型纳米材料的制备、特性和应用，结合课堂讲座内容及课后系统的文献调研，提交一份书面综述报告。
报告评分以卷面成绩的70%计入总成绩。
撰稿：
《纳米材料和技术》课程组
审核：
材料科学与工程学院本科教学指导委员会
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