深圳大学课程教学大纲深圳大学材料学院.docx
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深圳大学课程教学大纲深圳大学材料学院
深圳大学课程教学大纲
课程编号:
课程名称:
新材料前沿与应用
开课院系:
材料学院
制订（修订）人:
审核人:
批准人：
2015年4月15日制（修）订
课程名称:
新材料前沿与应用
英文名称:
DevelopmentandApplicationofAdvancedMaterials
总学时:
9学时
学分:
0.5
先修课程:
材料基础化学、材料物理基础、高分子化学、物理化学
教材:
无
参考教材:
1.《MaterialsScienceandEngineering:
AnIntroduction》,8th.W.D.Callister&D.G.Rethwisch著.出版社：
JohnWiley&Sons,Incorporation
2.《材料科学导论》.冯端,师昌绪,刘志国主编.化学工业出版社
3.《Advancedfunctionalmaterials》.Hee-GweonWoo,HongLi.浙江大学出版社，Spinger
4.《DeformationandFlowofPolymericMaterials》.HelmutMünstedt,FriedrichRudolfSchwarzl.Spinger
5.《ThedefectChemistryofMetalOxides》（影印版）.D.M.Smyth著.西安交通大学出版社
6.《陶瓷导论》.（美）金格瑞（Kingery,W.D.）著.中国建筑工业出版社
7.《固体发光材料》.孙家跃,杜海燕,胡文祥.化学工业出版社
8.《纳米材料和纳米结构》.张立德,牟季美著.科学出版社
9.《CarbonNanotubesandRelatedStructures》.PeterJ.F.Harris.CambridgeUniversityPress
10.《半导体物理学》.叶良修编著.高等教育出版社
11.《金属的腐蚀与防护》.赵麦群,雷阿丽著.国防工业出版社
授课对象:
材料科学与工程专业、高分子材料与工程专业
课程性质:
专业选修
教学目标:
该课程通过带毕业论文的老师向所带学生讲自己的科研课题、毕业论文课题背景和理论基础，实现毕业论文课题实验和专业性选修课程紧密结合，让学生快速入门，提高学生学习兴趣，培养学生良好的专业技能和厚实的专业素养。
在课程的教学过程中，学生能详细了解材料学院教师的科研课题国内外研究进展、新材料研究思路、制备方法、表征手段、前端应用以及熟悉学院材料制备和检测设备，毕业论文理论基础等。
为后续做好毕业论文或提升课外实践打下良好的基础，提升本科毕业论文质量，培养学生扎实的专业基础、良好的专业技能和厚实的专业素养，使学生成为优秀的材料专业人才。
课程简介:
材料专业人才的培养需要将理论学习和教学实践密切结合。
为促进本科生尽早进实验室，学院督促本科生提前选定毕业论文导师。
学生从大三开始和老师、课题组、实验室密切接触，从而使本科毕业论文有更长的时间，进一步带动学生参与更多课外实践项目，提升学生对材料专业学习兴趣。
加强扩大学术导师制，通过长期的指导和跟进，开展拔尖创新人才、学术人才和应用人才的育人模式。
《新材料前沿与应用》是与之配套的一门大型专业选修课程。
该课程让每位带毕业论文的老师向所带学生讲自己的科研课题、毕业论文课题背景和理论基础，共9个学时课程，0.5个学分。
允许任课老师自行确定上课时间和地点，如拟安排在某会议室或实验室及某个时间。
但具体的地点和时间在学期初需定下，报教务秘书登记，向学生公开。
该课程开课老师越多，总学分越多，例如若有40位老师开课，则该课总共20学分。
但每个学生只能从该课获得0.5学分。
任课教师为全体带毕业论文教师；授课对象为跟相应老师做毕业论文的学生。
每个任课教师的讲授内容应面向全体学生开放，但每个学生该门课程的学分不重复计算，即其他未选该老师毕业论文的学生也可以来听，但没有多余的学分。
最终以学生提交的“课程报告”来评定学生的课程成绩。
该课程将理论和实验紧密结合，深化本科毕业论文内涵，提升本科毕业论文质量，培养学生扎实的专业基础、良好的专业技能和厚实的专业素养，使学生成为受行业认可的材料行业优秀人才。
该课程的难点是学生需要能对一些前沿性科研内容有好的想象力和创造力。
教学内容：
1.功能金属及复合材料
该方面针对碳/碳复合材料、纳米碳（管、线）阵列、生物碳材料等新型碳材料，以及金属块体非晶材料，在制备、结构与性能关系、组织结构和性能等方面，进行了较系统和深入的研究，已取得了若干具有新思想、新概念和具有自主知识产权的研究成果，形成了稳定的研究方向和特色，主要表现在以下几个方面：
（1）在碳/碳复合材料复合材料快速制备方面，将微波加热与CVI相结合的碳基复合材料MCVI制备技术，建立炭/炭复合材料微波热解界面诱发沉积致密化模型，实现炭/炭复合材料的快速制备。
（2）针对碳/碳复合材料长寿命防氧化问题，提出新型复合涂层设计和制备新工艺，开发了SiC/MoSi2、Glass/硅酸钇/SiC等多种多层复合涂层体系，使炭/炭复合材料氧化防护取得重大进展，达到国际领先水平。
（3）通过对MCVI工艺基础研究发现，在无催化剂存在的条件下，可实现纳米碳管、线，以及纳米石墨线的生长，进一步结合模板法，实现了纳米碳管、线阵列的可控有序生长。
（4）通过感应热/水热复合沉积法在生物碳材料表面制备高结合强度HA涂层，揭示超声影响感应热沉积磷酸钙过程中的物理本质，阐明掺杂型HA涂层的强化机理。
（5）研究（Fe71.2B24Y4.8）96Nb4块体非晶合金中的因瓦效应，对因瓦效应的机理进行深入研究。
2.稀土功能材料
稀土元素具有独特的价电子结构，与过渡金属或其他金属形成合金或化合物，可开发各种高新性能的功能材料，研究人员在该研究领域一直处于基础和应用基础研究的前沿，研究主要集中在新型稀土功能材料的探索、制备、性能改善等方面，形成了自己的特色及较强的研究实力。
目前，该研究方向在进行磁致冷材料及热电材料等新型稀土能源材料的研究工作，以相图实验测定、相图分析及晶体结构分析为基础，进行材料成分设计及性能优化的深入研究，主要研究工作如下：
（1）在磁致冷材料方面，对La（Fe,Si）13、Gd5Ge2Si2及NiMn基Heusler合金的磁热性能进行深入研究。
（2）从制备块体纳米复合材料的思路出发，利用调幅分解、水热合成纳米粉、多相复合及元素掺杂等手段，优化PbTe、Zn4Sb3等体系的热电优值。
（3）自行设计组装SPS烧结设备，性能达到国外产品水平，建立完善的磁性能、热电材料性能（Seebeck系数、电导率及热导率）测试体系。
（4）实验测定稀土功能材料相关体系的大量相图，如：
Dy-Co-Ga,Ce-Co-Sb,Tb-Fe-Ga,Ho-Fe-Ga等，利用X射线粉末衍射测定大量金属间化合物的晶体结构。
3.表面工程及新型能源材料
该方面针对贵金属材料表面改性，有色金属材料表面防腐、燃料电池与锂离子电极材料及高分子热电材料制备等方面展开研究，研究出一系列新型材料及新工艺。
研究过程中注重基础与应用相结合，在承担国家，地方多项纵向课题的同时亦与多家企业保持着密切的联系，形成了稳定的研究方向及产学研相结合的研究体系。
（1）贵金属表面改性：
研制了高抗变色性能银合金，表面氧化着色贵金属材料，多型贵金属电镀材料以及陶瓷材料表面梯度化贵金属抗菌材料。
所研制的新材料性能达到国际先进水平，并已经实现产业化。
（2）有色金属表面防腐研究：
研究银合金材料高温条件下的内氧化现象，提出内氧化铸态银合金在电接触材料上应用；针对多种腐蚀环境下有色金属的腐蚀状况开发实用化防腐工艺，这些工艺已在多家生产企业得到应用。
（3）燃料电池隔膜材料的研究：
设计合成一系列质子交换膜材料和碱性膜材料；制备一系列中温和高温导电陶瓷膜材料。
本研究成果在燃料电池的膜材料研究方面已达到较高水平。
（4）锂离子电池材料与高分子热电材料方面的研究：
在电池正负极材料与电池浆料方面进行较深入的研究，制备出高分散的锂离子电池浆料；制备一系列有机/无机复合的热电材料，将高分子材料的热电性能明显提高。
4.新型半导体光电功能材料
该方面通过采用脉冲激光沉积法、原子层外延、磁控溅射法、高温气相沉积法、水热法、溶胶凝胶法等手段，开展新型半导体功能材料的制备研究；解决在新型光电器件应用中的材料、物性及器件问题，实现其在新型的半导体发光器件、紫外光探测器件、传感器件、太阳能电池及有源矩阵显示技术等方面的应用。
主要内容如下：
（1）开展ZnO基薄膜材料制备、掺杂及光电磁特性的研究，提出了解决载流子输运特性、提高掺杂效率的有效途径和方法，在ZnO异质p-n结器件上实现高效紫外发光和白光器件；开展ZnO基量子阱材料制备、能带结构及光学性质的研究，利用能带工程设计量子阱结构，实现低阈值光泵紫外受激发射。
（2）利用低含量靶材制备高含量薄膜的技术制备出Mg组份达到了48.5at%的六方单相MgZnO薄膜，研制出光导型和肖特基结光伏型紫外探测器件；在晶格匹配的单晶MgO衬底上制备出立方结构的MgZnO薄膜，并在该薄膜上实现具有内增益的MSM叉指结构紫外探测器件。
（3）开展ZnO基透明导电薄膜的制备研究，采用独有的亚单分子（原子）层分层掺杂技术制备了AZO薄膜，利用氢掺杂技术有效改善和提高电学性能，实现可重复再现的ZnO基导电薄膜。
在柔性衬底上成功沉积具有高品质的AZO、GZO导电薄膜。
（4）采用溶液化学法、电化学法以及化学汽相沉积法合成氧化物半导体纳米线阵列、纳米针阵列、纳米棒/纳米颗粒复合结构等；开展纳米结构场发射性质、气敏传感器机理等方面的研究，开展纳米结构在染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池方面应用的研究。
（5）开展宽带新型氧化物/氮化物的材料分析以及其透明薄膜场效应晶体管（ZnO,GaN）的研发，针对高迁移率薄膜晶体管研究先进的表面钝化技术和金属/氧化物/半导体的栅极堆叠结构；开展非硅基新型二维材料在光电子方面的应用研究。
5.新型功能非金属材料及测试分析与计算
该方面主要围绕氧化物光电功能材料、毛细管电泳、色谱与光谱分析、生物传感器、材料物理化学的数值计算等方面，进行较系统和深入的研究，主要有以下几个方面：
（1）研发大尺寸透明导电氧化锌基（AZO）陶瓷靶材的制备技术，对包括氧化锌、氧化钛、氧化铝、氧化锆、氧化钨等氧化物陶瓷的烧结工艺及机理以及AZO、三氧化钨薄膜的光电特性进行较为系统深入的研究，
（2）以毛细管电泳、胶束或微乳液薄层色谱、光谱等技术，研究药物等的分析测定方法和指纹图谱；应用毛细管壁的高分子涂层材料和电泳液添加剂，提高毛细管电泳分离生物大分子的性能。
利用纳米复合材料作为功能涂层，研制具有特定检测功能的电化学或光学生物传感器，用于重大疾病（如糖尿病、前列腺癌等）的临床检验、农药残留分析、重金属检测等方面。
（3）通过数值方法进行材料物理化学方面的科学计算与数据分析，开展具有广泛适用性、在不同学科领域都有具体模型的反应扩散系统时空斑图稳定性与控制的研究。
6.先进功能与智能高分子材料
该方面研究内容包括天然高分子的生物相容性和抗菌功能改性，生物医用高分子的设计合成及构效关系研究，纳米材料的制备、应用及其安全性评价，先进流变学与介电性能光谱，软物质材料化学与物理、功能微胶囊与耐磨性高分子材料、功能高分子复合材料。
在承担国家，地方多项纵向课题的同时亦与多家企业保持着密切的联系，形成了稳定的研究方向及产学研相结合的研究体系。
具体内容如下：
（1）生物医用高分子材料：
主要研究生物相容性高分子，高分子抗菌剂，超亲水高分子涂层等生物医用高分子材料的结构设计、合成、结构与性能关系；
（2）易清洁环保节能纳米材料：
主要研究混泥土基材、陶瓷基材、玻璃基材等表面的双疏易清洁涂层材料的制备、自组装原理及其构效关系；
（3）纳米材料的应用与安全性评价：
主要研究纳米材料的光催化效应、生物效应及其安全性评价；
（4）先进流变学与介电性能光谱的研究：
致力于分子流变学和介电性能的基础与应用基础研究，主要研究不同高分子体系中机械性能与化学结构、链结构、化学环境特性的关联机制；
（5）软物质材料化学及物理研究：
研究、借鉴自然界超分子结合机理，研制、合成新型多重外界刺激响应的超分子水凝胶体系；
（6）工程塑料功能改性与高性能化，主要包括导热高分子材料、导电高分子材料、阻燃和增强高分子材料等，并密切和企业合作，实现产业化；
（7）智能微纳胶囊与高分子耐磨材料：
以节能环保、人体舒适性和延长材料服役寿命为目标，致力于新型微纳胶囊和高分子耐磨涂层的结构设计与可控制备，开展在建筑储能、纺织品智能调温、药物控释、污水处理、塑料降解、电子器件封装与热管理，以及极端环境下应用的耐磨和自润滑材料等方面的研究和产业化探索；
（8）功能高分子复合材料：
根据应用环境和产品需求，设计应用于土木建筑材料、医用高分子材料的复合材料，使其具备缓释可控、阻锈、阻燃等功能，研究高分子材料结构和材料设计与复合材料缓释速率、阻锈效果、阻燃性能之间的关系，并进一步探讨复合材料在具体环境中的应用。
7.纳米、环境友好高分子材料与功能镀层
该方面主要从事纳米材料、功能镀层和高分子材料方面的研究。
近年来，在上述领域取得了一定的基础及应用研究成果，主要表现在以下几个方面：
（1）在纳米材料基础研究和应用领域进行长期和细致的研究。
开展在氧化铝模板中制备CoPt/Pt多层纳米阵列结构材料的研究。
获得CoPt/Pt多层纳米有序阵列膜纳米线，且CoPt/Pt多层纳米线具有竹节状的结构。
（2）开发铜包氧化钛纳米粒子，该纳米粒子具有强烈的抗菌、杀菌作用，经广东省卫生研究所检测，其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌均为100%，在涂料等领域有广泛的应用前景。
（3）在功能镀层领域，研究采用等离子体或磁控溅射等方法制备类金刚石（DLC）膜、掺金属DLC膜、氮化钛薄膜和其他硬质膜，目前正在将获得的研究结果应用于空气轴承中，以提高其耐磨性。
采用此方法获得的DLC薄膜，薄膜表面光洁度高，均方根表面粗糙度约2nm，沉积速率在几十纳米到几微米可调，厚度可达到2-3mm，摩擦系数低至0.02-0.05，硬度接近或超过20Gpa,具有良好的耐磨性。
学时分配：
章节
主要内容
各教学环节学时分配
备注
讲授
实验
讨论
习题
小计
1
新材料科研课题国内外进展、应用前景和理论基础
3
3
上课地点：
会议室
2
新材料科研课题理论基础、研究思路和实验方案
2
1
3
上课地点：
会议室
3
新材料科研课题实验技术和表征方法
1
1
1
3
上课地点：
实验室
总学时
9
考试与成绩评定方式：
该课程成绩是带学生毕业论文导师以学生提交的“课程报告”来评定学生的课程成绩。
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