纳米材料学教学大纲

1、纳米材料学一、课程说明课程编号： 070120Z10课程名称：纳米材料学/Nanomaterials课程类别：专业教育课程学时/学分：24/1.5先修课程：材料科学基础、材料化学基础、材料结构及性能表征适用专业：粉体材料科学与工程、材料化学教材、教学参考书：1 曹国忠，纳米结构和纳米材料 - 合成、性能及应用（第二版），高等教育出版社，2012年； 2陈翌庆，纳米材料学基础，XX大学出版社，2009年； 3张立德，牟季美编著. 纳米材料和纳米结构，科学出版社，2001年； 二、课程设置的目的意义纳米材料学是一门新兴学科，它是物理学、化学、材料学、生物学及电子学等多学科交叉的新的分支学科，已成为

2、材料学科的重要组成部分。纳米材料学课题是为粉体材料科学与工程、材料化学以及材料类各专业学生设计的拓展知识体系的专业课。课题设置的目的是让学生通过学习纳米材料学这门新兴交叉学科的课程，使学生对国家重点支持方向-纳米材料，有一个基本的认识和了解，使学生掌握纳米材料学基本理论、主要制备方法或技术，指导学生正确地理解纳米材料的结构和性能之间的关系，设计与制备纳米材料，合理地制定纳米材料研究方法与技术路线。为后续本科结业、研究生阶段的学习或工作奠定坚实的理论与实验基础。三、课程的基本要求知识：掌握纳米材料的基本概念、分类、四大基本效应、制备原理以及表征与测试方法；重点介绍零维、一维、二维纳米材料的固相法

3、、液相法、气相法、模板法、自组装法等制备技术、微观结构表征、生长机制及特性和应用；简要介绍纳米固体材料及其复合材料的结构特征、制备原理以及结构与性能之间的关系以及有序纳米结构材料的制备和应用；并结合科技发展现状，介绍国内外纳米材料和科技的发展动态和水平以及新材料、新工艺和新技术的应用和发展。能力：通过上述知识点的讲授和学习，使学生系统、坚实地掌握纳米材料学的基本理论、基本制备技术方法等，并加深对本学科专业基础理论和专门知识的理解和掌握；具备根据应用需求，合理开发设计新型纳米材料，合理的制定纳米材料研究方法与技术路线的能力；具备利用纳米材料学知识合理解决实际需求，培养解决复杂工程问题的能力；通过

4、有效综合和合理运用物理、化学、材料、医学、机械学等学科交叉知识，培养学生创新意识，提高分析、发现、研究和解决问题的能力。素质：结合纳米材料的发展和最新研究进展，培养学生的实践能力和创新能力，形成不断学习和适应发展的素质；结合讨论教学环节，使学生具有熟练掌握查询和阅读本专业科技期刊文献的能力，培养沟通交流及讨论辩论素质；结合实践教学环节，使学生能够加深掌握纳米材料学以及粉末冶金材料科学与工程的基础理论知识、工艺技术路线和设备条件，熟悉纳米材料的主要产品结构、新产品以及新技术发展动态，提升自主学习和实践学习的意识。四、教学内容、重点难点及教学设计章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设

5、计（含教学方法、教学手段）讲课(含研讨)实践第1章绪论22纳米材料的基本概念和分类；纳米材料的最新研究 成果；用典型纳米材料结构照片和生动事例，加深学生对纳米材料的理解，提升对纳米材料的兴趣；纳米材料的基本概念、分类0.50.5纳米材料的制备原理及合成方法简介0.50.5纳米材料的性质简介及应用0.50.5纳米材料学发展简史及最新研究成果0.50.5第2章纳米材料的基本效应22纳米材料的四大基本 效应；纳米材料的特殊性能和应用；久保理论、宏观量子隧道效应的 概念教学思路：通过深入浅出的事例来讲解纳米材料的四大基本效应；教学模式：课前导学，利用前修课知识归纳等来重点讲解表面效应、小尺寸效应、久保

6、理论以及宏观、微观量子隧道效应等概念；教学模式：课前导学，2课时讲授；表面效应及特殊性能和应用0.50.5小尺寸效应及特殊性能和应用0.50.5量子尺寸效应及特殊性能和应用0.50.5宏观量子隧道效应及特殊性能和应用0.50.5第3章零维纳米材料及其制备技术44固、液、气三大类中具体制备方法的原理、特点及制备过程；典型纳米颗粒制备示例；各种具体制备方法的原理与制备过程教学思路：结合前修课有关机械球磨法的知识，讲解固相法制备纳米粉体及其机理；结合应用实例和实践教学讲解溶胶凝胶、水热法等液相法以及化学气相沉积法等。教学模式：课前导学，（前修课知识归纳），2学时介绍固相法、1学时介绍液相法、1学时介

7、绍气相法；基本概念、分类0.50.5固相法1.51.5液相反应法11气相反应法11第4章一维纳米材料及其制备技术44纳米线的气相自发生长、液相自发生长、模板合成法和自组 装法；一维纳米材料的制备方法、生长机制和微结构 表征；典型一维纳米材料制备示例；气-固/气-液-固的热力学原理、动力学原理；一维纳米材料生长机制教学思路：采用典型实例，加深学生对一维纳米材料的印象，引导兴趣；优先介绍气相法，引导学生利用热力学成核理论、相图等前修知识思考和总结一维纳米材料的生长机制；教学模式：3学时制备技术讲解，1学时典型结构分析；通过课堂总结和课堂讨论，加深学生对几种典型一维纳米材料制备技术的印象。简介及气相

8、反应法11液相反应法11模板法11自组装法11第5章二维纳米薄膜及其制备技术44纳米薄膜的概念、分类及应用；薄膜生长的基本原理；物理气相沉积制备方法；化学气相沉积制备方法；典型二维纳米材料制备示例；岛状、层状、岛-层状生长模式；自发、非自发形核与生长机理；教学思路：重点介绍二维纳米薄膜的生长机制，通过对热力学、动力学成核理论等前修知识的总结，引入二维纳米薄膜的自发、非自发形核和生长机理。介绍本校或本院相关研究成果，通过典型案例加深印象。教学模式：课外自学和课上提问相结合，一般讲授和重点解析相结合。概念及生长的基本原理22物理气相沉积、制备技术11化学气相沉积制备技术11第6章纳米块体和复合材料

9、22纳米金属材料的非晶晶化法制备；纳米陶瓷的粉体制备、高致密素坯成型方法以及烧结方法；纳米复合材料的制备 方法；典型纳米块体材料制备示例；纳米材料制备过程中纳米尺度的控制；纳米复合材料增强增韧机理；教学思路：突出介绍三维纳米块体和复合材料的特征，并引导学生对比其与零维、一维、二维纳米材料的区别，突出三维纳米材料的重点。重点介绍纳米陶瓷材料的制备原理和细节以及纳米复合材料的强韧化机理； 通过实例讲解界面结构，通过现场教学了解纳米复合材料的 制备。教学模式：课前导学、课堂分析和讨论， 材料现场 观察。纳米固体材料概述；0.50.5纳米金属材料的制备技术；0.50.5纳米陶瓷材料的制备技术；0.50

10、.5纳米复合材料的制备技术0.50.5纳米材料制备技术专题讨论22设计零维、一维、二维以及纳米块体材料几个专题，将学生分组，布置学生查询上述几个专题纳米材料的最新进展，并在课堂分组介绍。教学模式：提前将学生分810组，布置题目，学生课前文献查阅、课堂PPT讲授；第7章有序纳米结构及其应用22纳米刻蚀技术、自组装技术、自下而上和自上而下相结合制备有序纳米结构、有序纳米结构的应用自组装技术、有序纳米结构的应用教学思路：通过对分辨率、焦深、瑞利定律等前修知识的总结，介绍纳米刻蚀技术，并总结几种刻蚀技术的优缺点；结合自然界面生物存在的有序结构特征，介绍自组装技术制备有序结构的原理及几种典型实例。教学模

11、式：课堂讲授、课堂讨论第8章纳米材料的测试与表征22纳米材料的粒度、成份、结构及形貌分析的现代测试表征 方法；典型分析示例介绍；教学思路：结合纳米材料学课程前期讲授知识，介绍相关测试表征方法，并对各种方法进行归纳总结和区分；教学模式：课堂讲授、课堂讨论、课堂总结。注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求本课程不含实践课时。六、考核方式及成绩评定课程的考核方式与成绩评定采取平时成绩与期末考试相结合的方式进行，既重视学习过程中的参加与深入的程度考核，也重视学习效果与整体水平的考核。平时成绩分成课外作业、课堂练习、课堂表现，所占比例分别是20%、10%、20%。其中，课外作业：每次根据完成作业的质量和态度按10制打分，缺少一次作业，本次作业加权分为零，作业测评分按作业加权平均分计算，满分为20分。课堂练习（学习PPT讲授）根据完成练习的质量按10分制评分，最终按课堂练习加权平均分计算，满分为10分；课堂表现根据参与课堂讨论的态度、回答问题正确性及考勤评定。每个重要知识点给出1-2个问题，可以作为课堂讨论，也可以作为规定问题，另外平时讲课有即兴提