《纳米材料学》课程教学大纲

《纳米材料学》课程教学大纲

课程代码：ABCL0631

课程中文名称：纳米材料学

课程英文名称：Nanometermaterialscience

课程性质：专业选修课

课程学分数：2

课程学时数：32

授课对象：粉体工程

本课程的前导课程：大学物理、基础化学、物理化学、初料科学基础等

一、课程简介

本课程主要介绍纳米材料的基本概念、结构性能和表征方法、制备技术、最新研究进展、

纳米材料在各个领域中的应用情况以及功能纳米材料等内容，让学生对当今比较热门的纳米

材料及其应用发展趋势有一定的认识和了解。

通过学习该课程，使学生掌握纳米材料的基本知识，了解纳米材料的研究现状及其在不

同领域中的应用，进一步拓展学生的知识面，也对他们招来从事纳米材料方面的研究具有指

导意义。使学生对纳米材料这样一种新的材料具有一个比较广泛的了解。为以后工作、学习

及毕业论文实验提供必要的知识面和方法。

二、教学基本内容和要求

第一章纳米材料的基本概念与分类

1.1纳米材料的基本概念和内涵

1.2纳米材料的分类

1.3纳米材料的发展历史

1.4纳米材料与其他学科的交叉

基本要求：了解纳米材料的发展史及重要性

理解纳米科学与技术

掌握纳米材料的定义

第二章纳米材料的结构、性能和表征方法

2.1纳米材料的基本物理效应

2.2纳米材料的特性

2.3纳米材料的结构和表征方法

1.重点：物质层次可以分为微观、介观和宏观三个层次。纳米科技的诞生是以扫描隧道

显微镜和原子力显微镜为先导的。微观粒子具有二象性，既具有粒子性，又具有波动性。量

子效应原子和分子中的电子等粒子的能量量子化是电子受到原子核和其它电子所产生的力

场的束缚而产生的，这些粒子可以存在多种运动状态，粒子分布呈现波动性。由N个原子

组成的固体材料，当原子间距缩小时，每个原子中的电子就会受到邻近原子中的电子和原子

核的作用，其结果是每个分立的电子能级分裂成N个彼此相隔很小的能级，形成近似连续

的密集的能量范围叫能带，K空间：又称波矢空间，描述微观粒子运动状态的空间，K空间

中的一个点对应着一个确定的状态。久保理论。

2.难点：量子尺寸效应、久保理论。

3.基本要求：

了解：纳米材料的表面效应、结构相变、及量子效应、纳米结构的测试仪器

理解：小尺寸效应及结构缺陷、扫描隧道显微镜的基本原理

掌握：纳米材料的结构

第三章纳米材料的制备

3.1纳米材料制备技术的分类

3.2纳米微粒的制备

3.3一维纳米材料的制备

3.4二维三维纳米材料的制备

3.5纳米复合材料的制备

1.重点：物理方法制备纳米粒子的粉碎法和构筑法；蒸发法制备纳米粒子，按加热蒸

发的不同，可以分为电阻蒸发、等离子体蒸发、激光束加热蒸发、电子束加热蒸发、电弧放

电加热蒸发、高频感应电流加热蒸发、太阳炉加热蒸发等；简述以Y(NO3)3、Ba(NC)3)2和

Cu(N03)2为原料用冷冻干燥法制备Y-Ba-Cu-Y体系的超导纳米粒子的工艺过程。比较制备

纳米粒子的化学方法，并分析其各自特点。

陶瓷薄膜；薄膜厚度是薄膜的重要参数之一，它对薄膜的其它物理性能有影响，可以利

用天平法、电学法和光学法等方法来测量；铁电薄膜是陶瓷薄膜中很重要的一类，这类薄膜

具有压电效应、热释电效应、电光效应和非线性光学效应等多种效应，便于器件的小型化及

微电子学和光电子学集成；直空蒸发制备陶瓷薄膜是采用较早、也较简单的方法.其基本原

理是通过蒸发源将原料加热或升华，使气相原子或分子穿过真空空间后凝结成膜；多源反应

共蒸发是指在高真空条件下，由几个蒸发源同时将所需金属组分蒸发到加热衬底上，在此过

程中不断向其上吹反应气体；离子束溅射沉积制膜；凝胶-溶胶方法制备陶瓷薄膜的工艺过

程。

三叉晶界；纳米材料的致密化问题有两种观点；对各种纳米固体材料，可能偏离

Hall-Petch关系；从界面特点分析超塑性的产生；高能球磨制备纳米粒子；非晶晶化化；试

比较无压烧结、热压烧结和微波烧结的工艺特点，并比较其优缺点。

2.难点：制备纳米粒子的各种方法的比较及应用范围。制备陶瓷薄膜与纳米粒子工艺

要素的不同及工艺控制。纳米固体材料烧结过程中晶粒长大的机制及控制。

3.基本要求:

了解：纳米材料的一些制备方法，包括溅射法、热蒸发法、溶胶一凝胶法、球磨法等。

理解：制备方法的原理

第四章纳米材料的应用

4.1纳米材料在纺织领域中的应用

4.2纳米材料在生物医药领域中的应用

4.3纳米材料在化学化工领域中的应用

4.4纳米材料在环境保护领域中的应用

4.5纳米材料在能源技术领域的应用

4.6纳米材料在电子信息领域的应用

4.7纳米材料在军事领域的应用

4.8纳米材料在其他领域中的应用

基本要求：

了解：纳米材料的一些基本应用

理解：纳米催化的原理及超细非晶态合金催化

第五章各种纳米材料实例

5.1碳纳米管

5.2静电纺丝法制备纳米纤维

5.3介孔材料

5.4纳米复合材料

基本要求：

了解：碳纳米管的一些基本应用、静电纺丝法制备纳米纤维、介孔材料

理解：纳米复合材料、纳米材料发展动向

三、实验教学内容及基本要求

无

四、教学方法与手段

板书和多媒体配合教学

五、教学学时分配

章节与内容课时作业量备注

第一章纳米材料的基本概念与分类2

第二章纳米材料的结构、性能和表征方法6

第三章纳米材料的制备4

第四章纳米材料的应用4

第五章各种纳米材料实例12

其它4

合计32

六、考核方式与成绩评定标准

考核方式：由学生查阅资料、做PPT,介绍纳米材料的最新研究进展及应用（5-10分

钟/人）

在PPT汇报的基础上，撰写综述。

成绩评定：平时成绩（出勤情况、上课听讲情况）占20%,学生做PPT及演讲情况占

40%,综述占40%。

七、教学参考资源

使用教材：

主教材：纳米材料，张立德，化学工业出版社

辅助教材：

1.《纳米材料技术》，周瑞发、韩雅芳、陈祥宝编，国防工业出版社，2003

2.《纳米材料及应用技术》，许并社等编，化学工业出版社，2004

3.《纺织科学中的纳米技术》，刘吉平、田军编，中国纺织工业出