導(dǎo)語：如何才能寫好一篇材料化學(xué)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整優(yōu)化

1結(jié)合地方實際，調(diào)整優(yōu)化課程內(nèi)容《材料化學(xué)》涉及的內(nèi)容很繁雜，新材料廣泛用于通訊、交通、能源、生物醫(yī)用以及建筑等各種領(lǐng)域。作為一門選修課，只有36學(xué)時，不可能每個章節(jié)都能講得非常細(xì)致全面，這就要求老師講授內(nèi)容要精心組織，貫徹少而精，求實效的原則，結(jié)合地方實際的需求來安排教學(xué)內(nèi)容。并且，課堂教學(xué)的目標(biāo)不是將所有的知識傳授給學(xué)生，而是將學(xué)生引入一個新領(lǐng)域。于是，我們根據(jù)教學(xué)大綱和教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合廣東省尤其是惠州市企業(yè)的實際情況，對《材料化學(xué)》的教學(xué)內(nèi)容進行了調(diào)整優(yōu)化，對于特種陶瓷材料、光學(xué)材料、功能高分子材料以及半導(dǎo)體材料等進行重點講解。例如，惠州市是全國應(yīng)用LED的試點城市之一，有強大的照明和顯示產(chǎn)業(yè)。我們結(jié)合2008北京奧運會以及上海世博會應(yīng)用了大量的LED燈作為實例，對LED的原理、優(yōu)點、國內(nèi)外現(xiàn)狀、存在的問題以及發(fā)展趨勢進行詳細(xì)的講解，使學(xué)生對LED有了一個初步的認(rèn)識和了解。

2介紹學(xué)科前沿，拓寬學(xué)生知識面材料的發(fā)展突飛猛進使教材有一些滯后性，所以老師在闡明經(jīng)典分析理論和方法的同時，要隨時關(guān)注相關(guān)材料的發(fā)展動態(tài)，及時更新教學(xué)內(nèi)容，引入各個領(lǐng)域中材料化學(xué)的新進展、新成果。通過在教學(xué)中不斷滲透前沿科學(xué)，不僅使材料化學(xué)教育富有生命力、感染力和時代感，而且也培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時在介紹前沿科技時，教師表現(xiàn)出的崇尚科學(xué)的情感和求真求實的價值觀也會對學(xué)生產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。教學(xué)的同時，我們也向?qū)W生介紹相關(guān)的老師的研究方向、研究成果，讓他們知道一些高新技術(shù)、前沿科學(xué)并不是遙不可及，而是就在我們身邊，激發(fā)他們的研究熱情，幫助他們選擇老師做畢業(yè)論文，這對于學(xué)生的就業(yè)甚至求學(xué)深造、走向科研之路都是有利的。

教學(xué)方法和手段的改進

根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法和手段，是提高教學(xué)效果的重要環(huán)節(jié)。《材料化學(xué)》涉及的化學(xué)基礎(chǔ)知識很多，包括無機化學(xué)、有機化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)，甚至包括工程技術(shù)專業(yè)課程化工原理的相關(guān)知識。很多學(xué)生就不擅于綜合應(yīng)用化學(xué)化工的基礎(chǔ)理論來理解材料科學(xué)，反映《材料化學(xué)》比較難學(xué)。針對這些問題，我們對教學(xué)方法和手段主要做了如下的改進：

(1)理論教學(xué)上，講清難點，突出重點。在講解材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能與加工工藝關(guān)系的時候，結(jié)合實例，把相關(guān)的無機化學(xué)、有機化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)、化工原理基礎(chǔ)知識提出來，讓學(xué)生回憶所學(xué)的知識，活學(xué)活用，既加深了對基礎(chǔ)知識的理解，又提高了知識的應(yīng)用能力，明白理論與實踐有時只有一步之遙。在介紹高新技術(shù)和前沿科學(xué)的同時，強調(diào)它們所應(yīng)用的經(jīng)典基礎(chǔ)理論知識，通過點面結(jié)合，讓學(xué)生注重在扎實的理論知識上創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

(2)組織好課堂教學(xué)。在設(shè)計一堂課的時候，根據(jù)講授內(nèi)容，以不同的方法進行教學(xué)。例如，講超導(dǎo)材料一章時，我們以3D電影《阿凡達(dá)》為例，讓學(xué)生討論地球人與納威人為什么而戰(zhàn)，名叫“Unobtanium”的礦石有什么用等等，從而引出超導(dǎo)材料，這樣就大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。講功能高分子材料一章時，先讓學(xué)生做幾個生活中常見的功能高分子材料的選擇題，讓他們帶著問題聽講，起到事半功倍的教學(xué)效果。在教學(xué)過程中，老師不但要授之于魚，而且要授之于漁，因此一般采用設(shè)疑或質(zhì)疑的方式，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，并分析討論得出正確的結(jié)論，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，把被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，將他們的求知、就業(yè)、成才聯(lián)系起來[2]。(3)恰當(dāng)使用多媒體教學(xué)。材料化學(xué)的發(fā)展，不外乎深化和融合。深化，即是從宏觀的反應(yīng)動力學(xué)到微觀的反應(yīng)動力學(xué)，從平衡態(tài)到非平衡態(tài)，從研究個體發(fā)展到研究相之間聯(lián)系、滲透以及不同層次的整體統(tǒng)一。融合，即是采用多學(xué)科滲透、融合來解決各種問題。如果單靠語言和文字描述來講解材料化學(xué)，學(xué)生難以理解。而多媒體教學(xué)具有直觀、形象、生動、信息量大、交互性強、人性化和科學(xué)性的特點，對于增加課堂容量，促進教學(xué)過程的優(yōu)化和個性化，調(diào)動學(xué)生的積極性，提高教學(xué)的質(zhì)量和效益起到了巨大的作用。但是多媒體教學(xué)容易削弱課堂上老師與學(xué)生之間的情感交流。因此課堂上應(yīng)恰當(dāng)?shù)剡\用多媒體、掛圖、模型、板書，傳統(tǒng)和現(xiàn)代的教學(xué)手段相結(jié)合，創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍，幫助學(xué)生理解知識，讓學(xué)生記憶深刻。

考核方式多種多樣，注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)

大學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)是社會發(fā)展的需要，也是高等教育改革的目標(biāo)[3]。而學(xué)生課程成績的考核，既是提高學(xué)生綜合素質(zhì)，考查學(xué)生掌握知識、運用知識的重要手段，也是檢驗教師教學(xué)的一種方法。作為一門重要的專業(yè)課，材料化學(xué)要培養(yǎng)大學(xué)生實事求是、嚴(yán)格要求的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)大學(xué)生實現(xiàn)某個目標(biāo)具有的科學(xué)思路、創(chuàng)新精神，應(yīng)該采取多種多樣的考核方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高教師的教學(xué)水平。本課程強調(diào)平時成績的重要性，占40%，期末成績占60%。平時成績主要靠以下三個方面進行打分：一是根據(jù)學(xué)生的出勤情況；二是根據(jù)課堂表現(xiàn)，例如老師提問，學(xué)生參與討論的積極性，發(fā)表自己的見解；或者是讓學(xué)生自學(xué)、獨立思考，提出自己的問題讓大家參與討論；三是平時布置一些小題目，考查學(xué)生課外查閱文獻、主動獲取知識的能力以及自學(xué)能力。

篇2

該公司領(lǐng)導(dǎo)班子十分重視安全生產(chǎn)工作，深知企業(yè)安全生產(chǎn)工作的重要性和必要性。確立了“抓生產(chǎn)從安全入手，抓安全從生產(chǎn)出發(fā)”的工作指導(dǎo)思想，視安全生產(chǎn)工作為一切工作的頭等大事，重中之重。公司成立安全生產(chǎn)管理機構(gòu)，由總經(jīng)理王堅先生直接擔(dān)任組長，對企業(yè)安全生產(chǎn)負(fù)全面責(zé)任，各部門主管為安全管理機構(gòu)成員，配備專職安全生產(chǎn)管理員(注冊安全主任)，協(xié)助企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)，做好安全生產(chǎn)工作，做到安全管理制度落實有人抓，安全生產(chǎn)工作有人管。

該公司不斷建立和完善一套行之有效的安全生產(chǎn)管理制度，如安全教育培訓(xùn)制度、安全生產(chǎn)檢查制度、安全考核與獎懲制度、安全生產(chǎn)工作檔案與檔案管理制度和制定設(shè)備安全技術(shù)規(guī)程和工種（崗位）的安全操作規(guī)程等共計編寫制定了44個安全管理的規(guī)章制度，覆蓋各個生產(chǎn)車間的每一個崗位。安全生產(chǎn)制度化，保障安全生產(chǎn)工作有章可循，以制度管人，規(guī)范員工安全生產(chǎn)行為。

該公司根據(jù)《公司安全生產(chǎn)責(zé)任制》的要求和安全生產(chǎn)管理方面的責(zé)、權(quán)、利統(tǒng)一原則，層層簽訂了責(zé)任書，把安全生產(chǎn)責(zé)任層級分解，將責(zé)任和指標(biāo)明確到部門、班組、個人，做到一級抓一級，一級對一級負(fù)責(zé)。

二、真抓實干突出安全制度落實

一是落實安全教育培訓(xùn)制度。第一，狠抓班組長的安全教育，班組長是兵頭將尾，作用不容忽視，他們管理水平的高低直接關(guān)系到安全生產(chǎn)管理工作的順利實施。第二，狠抓崗位員工的安全教育。我們從強化員工的安全意識入手，堅持經(jīng)常性的安全教育。今年上半年共舉辦了18期培訓(xùn)班，共600人次接受安全培訓(xùn)教育。第三，加強管理人員培訓(xùn)。現(xiàn)有7人持有安全管理人員資格證，1人持有中級安全主任證，4人持有初級安全主任證，2人持有安全標(biāo)準(zhǔn)化證，3人持有危化品登記證，7人持有特殊工種作業(yè)證。通過教育培訓(xùn)等手段，加強全體職工的安全生產(chǎn)意識，提高安全生產(chǎn)管理及操作水平，增強自我防護能力，保證生產(chǎn)的順利進行。

二是落實安全生產(chǎn)檢查和安全隱患整改制度。該公司實行“周檢查、月考評”的形式，檢查和評比的主要內(nèi)容有：消防設(shè)備、安全教育、安全制度的落實、現(xiàn)場管理、機械設(shè)備及勞動保護等。公司的各級領(lǐng)導(dǎo)、安全管理人員堅持每天到各生產(chǎn)場所進行安全檢查，并且還實施了領(lǐng)導(dǎo)夜間巡查制度。發(fā)現(xiàn)違章違紀(jì)行為及時糾正，并將檢查工作與考核工作有機地結(jié)合起來，實行安全檢查制度化、經(jīng)常化，最大限度消除事故隱患的發(fā)生。

三是落實安全獎懲制度。該公司從在冊職工月工資提取20元/人月，作為職工安全保證金，由安全管理部按月考核、當(dāng)月結(jié)算，當(dāng)月無“三違”、無事故，保證金全額返回。班組出現(xiàn)“三違”行為，取消該班組當(dāng)月全部保證金的發(fā)還。部門月累計出現(xiàn)兩次“三違”現(xiàn)象，加扣部門經(jīng)理當(dāng)月50%的保證金；部門月累計出現(xiàn)三次以上“三違”現(xiàn)象，取消該部門經(jīng)理當(dāng)月全部保證金的返還。公司還設(shè)立安全生產(chǎn)獎勵基金10萬元。

三、探索創(chuàng)新追求最佳安全管理水平

該公司在廠區(qū)管理方面，實施了《人員進入廠區(qū)的安全管理規(guī)定》。

在現(xiàn)場管理方面，采取安全教育方式及同員工簽訂《崗位責(zé)任狀》和《工作環(huán)境告知書》，按《設(shè)備日常保養(yǎng)計劃》定期進行維護保養(yǎng)。車間實行劃線管理，物品按區(qū)域分類存放，禁止通道上擺放物品；在各作業(yè)場懸掛了安全技術(shù)說明及崗位操作規(guī)格，設(shè)置了明顯醒目的安全警示標(biāo)志。

在對重大危險源的管理方面，溶劑貯罐區(qū)非工作人員未經(jīng)許可不準(zhǔn)進入，進入溶劑貯罐區(qū)的工作人員必須嚴(yán)格操作規(guī)程，方可入內(nèi)。劇毒倉庫實行“五雙”制度管理，安裝了洗眼器、噴淋裝置。

在消防設(shè)施方面，制定《消防設(shè)施檢查維護計劃》，認(rèn)真落實日常檢查及維護并做好相關(guān)的記錄。

在安全投入方面，今年上半年該公司投入的安全費用共計50余萬元。成立義務(wù)消防隊，每月給予了相應(yīng)的補助，每月訓(xùn)練一次，每年組織兩次事故應(yīng)急演練。生產(chǎn)車間、倉庫安裝可燃?xì)怏w報警裝置114個，按規(guī)定設(shè)置防靜電裝置。為操作人員配備符合國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的勞動保護用品，配備了工作鞋、工作服、手套和口罩。此外還建起iso14000的環(huán)境管理體系。

篇3

一、無機材料化學(xué)的學(xué)科特色

材料是人類文明的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo),是直接推動社會發(fā)展的動力。基于材料對社會發(fā)展的作用,人們將信息、能源和材料并列為現(xiàn)代文明和生活的三大支柱。在三大支柱中,材料又是能源和信息的基礎(chǔ)。新材料既是當(dāng)代高新技術(shù)的重要組成部分,又是發(fā)展高新技術(shù)的重要支柱和突破口。伴隨著信息時代的來臨和材料設(shè)計、制備及加工的信息化處理,世界各國都將目光轉(zhuǎn)向具有“高、精、細(xì)”特征的新材料萬面,我國也將新材料作為重點發(fā)展的行業(yè)之一。鑒于此,國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展綱要(2006年-2020年)將新材料技術(shù)列為前沿技術(shù),提出新材料技術(shù)將向材料的結(jié)構(gòu)功能復(fù)合化、功能材料智能化、材料與器件集成化、制備和使用過程綠色化發(fā)展;要突破現(xiàn)代材料設(shè)計、評價、表征與先進制備加工技術(shù),在納米科學(xué)研究的基礎(chǔ)上發(fā)展納米材料與器件,開發(fā)超導(dǎo)材料、智能材料、能源材料等特種功能材料,開發(fā)超級結(jié)構(gòu)材料、新一代光電信息材料等新材料。這一切都預(yù)示著材料科學(xué)正經(jīng)歷著一次重大的變革。因此,加強材料科學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是時代的要求。

無機材料化學(xué)是材料化學(xué)家從材料科學(xué)、材料工藝和技術(shù)的角度出發(fā),把固體物理、固體化學(xué)相關(guān)理論和工程方面有關(guān)無機材料研究的化學(xué)內(nèi)容集中起來,加以分析、綜合和提高而形成的一門獨立學(xué)科。[2]無機材料化學(xué)研究的范圍非常廣泛,包括材料相關(guān)的基本概念和理論、制備原理、結(jié)構(gòu)表征、重要的材料類型及其相關(guān)性能等多方面的內(nèi)容,涉及了固體物理、固體化學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的相關(guān)理論,是一門典型的交叉性學(xué)科。進入20世紀(jì)90年代以來,材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展異常迅猛,材料科學(xué)與生命科學(xué)、信息科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等共同構(gòu)成了當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的前沿。展望21世紀(jì),材料科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)的前沿有微電子材料、新型光電子材料、稀土功能材料、先進陶瓷材料、高溫超導(dǎo)材料、納米材料等,[3]這些都屬于無機材料化學(xué)的研究范疇。因此,無機材料化學(xué)又是一門具有前沿性的學(xué)科。基于學(xué)科背景和課程特點,我們在大連理工大學(xué)教改項目的支持下,以提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為主線,以建設(shè)精品課程為目標(biāo),進行了一系列教學(xué)改革和研究。

二、教學(xué)內(nèi)容的選取

高等學(xué)校教學(xué)中教材內(nèi)容的陳舊是影響創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的突出問題,也是高校課程改革的重點。目前,高校教材內(nèi)容不能適應(yīng)現(xiàn)代化人才培養(yǎng)的需要,內(nèi)容的先進性方面不能適應(yīng)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的要求,不能適應(yīng)知識經(jīng)濟時代創(chuàng)造型人才培養(yǎng)的要求。[4]特別是面對具有前沿性特點的材料化學(xué),教材的內(nèi)容相比速增長和更新的新材料來說,嚴(yán)重滯后。而要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才,掌握最新的科研成果對于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維非常重要。[5]向?qū)W生講授科學(xué)前沿知識可以激發(fā)學(xué)生們的求知欲,為他們提供一個創(chuàng)新的空間,使學(xué)生能夠近距離地感受創(chuàng)新的價值和創(chuàng)新帶來的激情。因此,挑選合適的教材是非常重要的。我們挑選了北京大學(xué)林建華、荊西平編寫的《無機材料化學(xué)》。該書將無機材料化學(xué)中重要的基礎(chǔ)問題做了全面的討論,這本教材最大的特點在于它介紹了無機材料化學(xué)領(lǐng)域的最新進展,并附有近期發(fā)表在國際主流期刊上的相關(guān)文獻,整本教材體現(xiàn)著材料科學(xué)、化學(xué)和物理等學(xué)科交叉與滲透的特點。如果學(xué)生對教材中的某些前沿內(nèi)容感興趣,可以在教材中找到相應(yīng)的參考文獻,在圖書館下載后仔細(xì)閱讀。

課堂上僅傳授知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,教學(xué)內(nèi)容還要有一定的探索性,能讓學(xué)生有一定的思考空間。教學(xué)中,我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對來自科研一線的事例非常感興趣。因此在課堂上,我們以自身科研成果豐富教學(xué)內(nèi)容,結(jié)合自身科研經(jīng)歷令課堂生動有趣,深化了教學(xué)效果。我們經(jīng)常把自己在科研工作中的體會、最新科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容,設(shè)計一些開放式的問題與學(xué)生探討,自覺地把創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)融入課堂教學(xué)之中。我們還結(jié)合相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容,穿插講解一些科學(xué)方法論的知識,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。例如,在講到固溶體合金的形成規(guī)律時,我們向?qū)W生講述了現(xiàn)代物理冶金學(xué)重要創(chuàng)始人William Hume Rothery在聽力完全喪失、健康狀況非常不佳的情況下,憑借堅強的毅力和非凡的生活熱情,在異常簡陋的工作條件下,開創(chuàng)性地提出了著名的Hume Rothery準(zhǔn)則。這位杰出的科學(xué)家一生始終以樂觀向上的生活態(tài)度,堅持不懈地勤奮工作著。學(xué)生們紛紛為Hume Rothery的人格魅力而傾倒,希望自己也能投身科學(xué),在某一領(lǐng)域取得杰出成就。我們經(jīng)常把本學(xué)科碰到的難題以及學(xué)科前沿的問題向?qū)W生進行適當(dāng)?shù)慕榻B,激發(fā)學(xué)生的民族自豪感,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和探究精神。例如,在講到第八章電介質(zhì)材料時,我們將著名納米科學(xué)家王中林發(fā)表在《科學(xué)》上的氧化鋅“納米發(fā)電機”一文介紹給學(xué)生。在講到第九章超導(dǎo)材料時,我們向?qū)W生們介紹了我國在超導(dǎo)材料的研制上一直處于國際領(lǐng)先水平,特別是2008年我國在高溫超導(dǎo)研究上取得重大突破,發(fā)現(xiàn)了一類新的高溫超導(dǎo)材料———鐵基超導(dǎo)材料,在全球范圍內(nèi)掀起了超導(dǎo)材料研究的新熱潮,并介紹了鐵基超導(dǎo)材料的結(jié)構(gòu)和性能。在講到第十二章發(fā)光材料時,我們向?qū)W生介紹了大連路明集團開發(fā)的“水立方幔態(tài)LED”在研發(fā)、制造、安裝中創(chuàng)造的7項“世界第一”。這些事例大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)章節(jié)內(nèi)容的興趣,同時也培養(yǎng)了學(xué)生的民族自豪感和投身科學(xué)的信心與決心。實踐表明,將科研引入教學(xué)過程,有力地促進了學(xué)生對知識的掌握和能力的提高,促使學(xué)生形成了正確的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度,大大提高了教學(xué)的實際效果。

三、教學(xué)方法的改革

教學(xué)手段和方法是提高教育質(zhì)量非常重要的一個方面。傳統(tǒng)的教學(xué)方法以教師為主導(dǎo),以傳授知識為目的,往往采取灌輸式教學(xué)方法,在很大程度上忽略了學(xué)生的主體地位和創(chuàng)造性,學(xué)生被動地接受知識,學(xué)習(xí)積極性不高,教學(xué)效果不理想。要改變過去那種單純傳授專業(yè)知識的教學(xué)方法,把培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識作為教學(xué)工作的重點,我們必須對原有教學(xué)方法進行改革,采取多樣化的教學(xué)手段激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

本課程的特點是知識點多而且分散,學(xué)生容易只見樹木、不見森林。為此,我們理出了一條課程主線,向?qū)W生清晰地展示各章節(jié)的作用以及章節(jié)之間的聯(lián)系(如圖1)。我們力爭做到講課內(nèi)容少而精,重點突出,主次分明,出現(xiàn)在不同章節(jié)但內(nèi)容相關(guān)的部分放在一起講解。例如,與Fermi面附近的能態(tài)密度相關(guān)的性質(zhì)有金屬材料的電子熱容和Pauli順磁性(第四章)、金屬材料的電導(dǎo)率(第九章)、超導(dǎo)材料的臨界溫度(第九章)等,將這些知識點放在一起進行對比和總結(jié),學(xué)生對Fermi能級的概念就會有非常清晰和深刻的認(rèn)識。課程教學(xué)的重點在于使學(xué)生掌握該學(xué)科的思維方式和研究方法,給學(xué)生留有思考的足夠空間,能從多角度理解基本原理。古人云“授人以魚不如授人以漁”,這里強調(diào)的就是教授學(xué)生學(xué)習(xí)方法的重要性。[6]材料的組成和結(jié)構(gòu)決定了其物理性質(zhì),這是材料化學(xué)的核心和基礎(chǔ)。將鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)(第三章)和其鐵電性質(zhì)(第八章)結(jié)合起來講解,學(xué)生不僅對該類材料的結(jié)構(gòu)和特殊的物理性質(zhì)有了深刻的認(rèn)識,更深化了對結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系的理解,掌握了該課程的學(xué)習(xí)方法。

在實踐中,我們采取了傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體教學(xué)結(jié)合、自主學(xué)習(xí)與協(xié)作學(xué)習(xí)結(jié)合,基于問題學(xué)習(xí)、基于案例學(xué)習(xí)、研究型學(xué)習(xí)等多種形式的教學(xué)策略,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)和思考問題的效率。實踐表明,適度使用多媒體教學(xué),將材料實際應(yīng)用的照片、材料加工制作過程的視頻等圖片影視資料生動地展示給學(xué)生,能為教學(xué)過程提供豐富的感性材料,豐富課堂教學(xué)內(nèi)容。鑒于新材料的發(fā)展日新月異,每天新概念、新構(gòu)想、新方法都在不斷涌現(xiàn),我們在課堂上及時地將與課程內(nèi)容相關(guān)的最新文獻介紹給學(xué)生,課堂教學(xué)結(jié)束前提出下次課程內(nèi)容的前沿課題,讓學(xué)生在課前完成對這一前沿課題的研究報告。這樣一方面可以使這些學(xué)有余力的學(xué)生接觸到材料化學(xué)領(lǐng)域的最新研究進展,培養(yǎng)他們對教材內(nèi)容的興趣并找到自己的科研興趣,另一方面可以讓學(xué)生看到自己知識結(jié)構(gòu)的不足,在學(xué)習(xí)中自覺地去完善自己。與此同時,這也鍛煉了他們查閱文獻和英文閱讀的能力,為將來進行專業(yè)科學(xué)研究奠定了一定的基礎(chǔ)。通過一個學(xué)期的嘗試,我們感到教學(xué)效果非常好,學(xué)生經(jīng)常在下課后圍著教師交流,提出各種材料學(xué)領(lǐng)域的前沿問題與教師探討。有幾個表現(xiàn)突出的學(xué)生已經(jīng)進入到某些課題組,開展創(chuàng)新實驗了。另外,在課堂上,我們結(jié)合自己的科研實踐,提出開放式的與課程內(nèi)容相關(guān)的問題,讓學(xué)生思考和回答。我們鼓勵學(xué)生提出不同的見解,這樣就增加了師生互動,活躍了課堂氣氛,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我們將本課程教學(xué)方法作一總結(jié)列于表1中。

四、實驗教學(xué)方案設(shè)計

篇4

在《材料化學(xué)》緒論課的教學(xué)過程中，采用啟發(fā)引導(dǎo)教學(xué)方式，以“材料、材料與化學(xué)、材料化學(xué)”為主線進行教學(xué)設(shè)計，通過講解材料發(fā)展中的化學(xué)，引入材料科學(xué)與化學(xué)的區(qū)別與聯(lián)系，重點從材料結(jié)構(gòu)、制備、性能和應(yīng)用四個方面講授了材料研究中的化學(xué)問題，使學(xué)生對本課程的內(nèi)容有了清晰的認(rèn)識，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的信心和興趣，并取得了滿意的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:

材料化學(xué);緒論課;教學(xué)設(shè)計

材料化學(xué)是材料科學(xué)與化學(xué)的交叉學(xué)科，伴隨著材料科學(xué)的發(fā)展而誕生和成長，即是材料科學(xué)的重要部分，又是化學(xué)學(xué)科的一個分支［1］。目前，很多高等學(xué)校的化學(xué)和材料類專業(yè)開設(shè)了《材料化學(xué)》這門課程。《材料化學(xué)》是南陽師范學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，對于培養(yǎng)學(xué)生的材料科學(xué)基礎(chǔ)知識，分析和解決材料制備和應(yīng)用中的化學(xué)問題的能力起到了關(guān)鍵作用。但是該課程涉及的知識面廣泛，內(nèi)容龐雜、概念甚多、加上課程改革，理論課時數(shù)減小，學(xué)生在學(xué)習(xí)《材料化學(xué)》課程過程中，普遍存在概念混淆、重點難以掌握等問題。緒論是一門課程的開場白和宣言書，是師生之間學(xué)習(xí)和交流的起始點，能為學(xué)生建立起一門課程的知識輪廓。通過對緒論進行學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解課程在所學(xué)專業(yè)中所處的地位和作用，以及該課程的教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法和考核方式等問題［2］。如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，提高課程的教學(xué)質(zhì)量，緒論課在整個課程教學(xué)中有著舉足輕重的地位。結(jié)合近年來的教學(xué)實踐，就如何講好《材料化學(xué)》緒論課談一些心得。

1首先明確課程性質(zhì)、特點及地位

教學(xué)之初，首先明確該課程作為專業(yè)核心課程的重要地位，是學(xué)習(xí)后面材料專業(yè)課程的基礎(chǔ)課程，同時明確考核方式，加強學(xué)生對本課程的重視程度。材料化學(xué)是材料科學(xué)和化學(xué)學(xué)科的交叉學(xué)科，課程內(nèi)容既涉及工程材料應(yīng)用中的實際問題，又包括材料結(jié)構(gòu)及制備中的化學(xué)問題。作為一門交叉學(xué)科，很多知識點與材料學(xué)和化學(xué)課程中的相關(guān)內(nèi)容重復(fù)，很多學(xué)生以為學(xué)過相關(guān)知識，就會從思想上松懈。然而，相關(guān)知識點雖然出現(xiàn)重復(fù)，但在不同學(xué)科中講授的重點是不同的。在講授材料化學(xué)課程的過程中，要著重培養(yǎng)學(xué)生利用化學(xué)的思維解決材料科學(xué)中的問題，使學(xué)生深刻領(lǐng)會化學(xué)與材料科學(xué)交叉的重要意義。通過一些實例，講解本課程與化學(xué)和材料相關(guān)課程的區(qū)別和聯(lián)系，使學(xué)生更加深入了本課程的性質(zhì)和地位。材料科學(xué)是偏實際應(yīng)用的工科課程，化學(xué)是偏理論的理科課程，材料化學(xué)則是利用化學(xué)的理論解決材料應(yīng)用中的實際問題。

2材料

以材料的實際應(yīng)用為引子，如材料在航天航空、交通運輸、電子信息、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用，帶領(lǐng)學(xué)生進入學(xué)習(xí)狀態(tài)，引導(dǎo)學(xué)生回想什么是材料?材料的種類?提出材料是對人類有用的物質(zhì)，是人類賴以生存和發(fā)展，征服自然和改造自然的物質(zhì)基礎(chǔ);是人類進步的里程碑。然后介紹材料的發(fā)展歷史，說明人們對材料的使用，是從最早的天然材料，依次經(jīng)歷了陶瓷、青銅、鐵、鋼、有色金屬、高分子材料以及新型功能材料。根據(jù)材料的發(fā)展史，啟發(fā)學(xué)生思考材料研究和發(fā)展過程中的規(guī)律和特點。人們對材料的使用經(jīng)歷了從天然材料到合成材料，從傳統(tǒng)材料到新興材料。傳統(tǒng)的材料主要以經(jīng)驗，技藝為基礎(chǔ)，材料靠配方篩選和性能測試，通過宏觀現(xiàn)象建立的唯象理論對材料宏觀性能定性解釋，不能預(yù)示性能和指明新材料開發(fā)方向，而新型材料則以基礎(chǔ)理論為指導(dǎo)。材料科學(xué)的歷史表明，當(dāng)一種全新的材料在原子或分子水平上合成后真正巨大的進展就常常隨之而來。化學(xué)的發(fā)展往往導(dǎo)致材料技術(shù)的實質(zhì)性進步。在新材料的研發(fā)和材料工藝的發(fā)展中，化學(xué)一直擔(dān)當(dāng)著關(guān)鍵的角色［3］。任何新材料的獲得都離不開化學(xué)，以石墨烯為例，物理學(xué)家主要關(guān)注其電子結(jié)構(gòu)及輸運理論，材料學(xué)家主要測試材料的電磁、光電、傳感和催化等性能，而化學(xué)家的任務(wù)則是利用化學(xué)氣相沉積和插層剝離等方法制備該材料。只有通過化學(xué)氣相沉積法制備出高質(zhì)量大尺寸的石墨烯，才能推動石墨烯在電子信息領(lǐng)域走向?qū)嵱没?/p>

3材料與化學(xué)

材料化學(xué)是材料科學(xué)與化學(xué)學(xué)科的交叉，很多學(xué)生容易混淆材料科學(xué)和化學(xué)的研究范疇。在本課程的第一節(jié)課，一項重要的任務(wù)是使學(xué)生明確材料科學(xué)和化學(xué)的研究內(nèi)容和范疇，這對于后續(xù)相關(guān)概念的講解至關(guān)重要。材料科學(xué)的研究對象是材料，材料是對人類有用的物質(zhì)，指的是人類用于制造物品、器件、構(gòu)件、機器或其他產(chǎn)品的那些物質(zhì)。而化學(xué)的研究對象是物質(zhì)，物質(zhì)是構(gòu)成人類物質(zhì)世界的基礎(chǔ)。材料是物質(zhì)，但不是所有物質(zhì)都可以稱為材料;材料科學(xué)是一門研究材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝與材料性能及應(yīng)用之間相互關(guān)系的科學(xué);而化學(xué)則是從原子和分子角度研究物質(zhì)的組成，結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)變規(guī)律的科學(xué)。因此，化學(xué)研究的尺度范圍是原子、分子、分子納米聚集體。材料科學(xué)最早研究的尺度范圍在微米以上，如鋼和陶瓷的組織結(jié)構(gòu)。隨著一些新興材料的出現(xiàn)和發(fā)展，人們對材料的研究甚至小到電子結(jié)構(gòu)。如近些年發(fā)現(xiàn)的拓?fù)浣^緣體，其表面導(dǎo)電，體內(nèi)不導(dǎo)電的性質(zhì)由其拓?fù)涞哪軒ЫY(jié)構(gòu)決定，而該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則與電子的自旋運動有關(guān)，研究拓?fù)浣^緣體必須從電子自旋角度認(rèn)識其結(jié)構(gòu)。因此，材料科學(xué)的研究范疇不斷拓展，并于其它學(xué)科交叉。

4材料化學(xué)

通過學(xué)習(xí)材料的發(fā)展歷程、材料科學(xué)與化學(xué)之間的區(qū)別和聯(lián)系，學(xué)生已經(jīng)對材料化學(xué)有了一定的認(rèn)識，引導(dǎo)學(xué)生給材料化學(xué)下一個定義。材料化學(xué)是關(guān)于材料結(jié)構(gòu)、制備、性能和應(yīng)用的化學(xué)。本校材料化學(xué)專業(yè)選用曾兆華、楊建文編著第二版《材料化學(xué)》作為教材，教材的章節(jié)也是按照材料結(jié)構(gòu)、制備、性能和應(yīng)用進行安排的［4］。在這部分內(nèi)容講授過程中，可以讓學(xué)生以教材目錄為參照，講到相關(guān)內(nèi)容可以與教材相關(guān)章節(jié)進行對應(yīng)。

4.1材料的結(jié)構(gòu)

從三個層次講解材料的結(jié)構(gòu)，分別是電子原子結(jié)構(gòu)、晶體學(xué)結(jié)構(gòu)和組織結(jié)構(gòu)。電子原子結(jié)構(gòu)在很大程度上影響材料的電、磁、熱和光的行為，并可能影響到原子鍵合的方式，因而決定材料的類型。在這個層次上研究的化學(xué)問題主要涉及原子序數(shù)、相對原子量、電離勢、電子親核勢、電負(fù)性、原子及離子半徑等。原子序數(shù)決定了材料的化學(xué)組成，電負(fù)性決定材料內(nèi)部原子之間的鍵合方式，從而影響材料的導(dǎo)電性、強度和熱膨脹系數(shù)等。晶體學(xué)結(jié)構(gòu)主要指原子或分子在空間排列的方式，根據(jù)原子排列的有序性，將材料分為晶體和非晶體。晶體中出現(xiàn)局部無序，或?qū)硐刖w的產(chǎn)生偏離，則出現(xiàn)缺陷。缺陷的存在影響材料的力學(xué)性能和電學(xué)性能等。如在本征硅內(nèi)部摻雜磷元素，磷原子替代硅原子的位置，形成雜質(zhì)原子缺陷，增加本征硅的導(dǎo)電性，形成N型半導(dǎo)體。組織結(jié)構(gòu)主要指材料的物相組成及結(jié)構(gòu)、晶粒的大小和取向等。在大多數(shù)金屬、某些陶瓷以及個別聚合物材料內(nèi)部，晶粒之間原子排列的變化，可以改變它們之間的取向，從而影響材料的性能。一般來說，減小金屬的晶粒可以降低其熔點。在這一結(jié)構(gòu)層次上，顆粒的大小和形狀起著關(guān)鍵作用。大多數(shù)材料是多相組成的，控制材料內(nèi)部物相的類型、大小、分布和數(shù)量可以調(diào)控材料的性能。

4.2材料制備

材料合成與制備就是將原子、分子聚集在一起，并轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏卯a(chǎn)品的一系列過程。材料制備的方法和工藝影響材料的結(jié)構(gòu)，從而影響材料的性能。根據(jù)制備原理的不同，材料制備方法可以分為物理法和化學(xué)法。物理法指在材料制備過程中，僅改變材料內(nèi)部原子或分子的聚集狀態(tài)，不涉及化學(xué)反應(yīng)的方法。如真空鍍膜、濺射鍍膜、脈沖激光沉積法等。化學(xué)法則在材料制備過程中，涉及化學(xué)反應(yīng)，并且有新物質(zhì)的生成。如固相反應(yīng)法、有機合成法、水熱法、沉淀法、化學(xué)氣相沉積法等。以石墨烯材料為例講解材料的制備方法。石墨烯作為二維單原子層材料，既可以采用物理法制備，也可以采用化學(xué)法制備。2004年發(fā)現(xiàn)石墨烯的報道，便是采用簡單的膠帶對撕方法制備，該方法依靠外力使石墨片層克服層間范德華力，使層與層之間分離，從而獲得單層石墨，該方法也稱為物理機械剝離法。利用甲烷、乙烯等烴類氣體作為碳源，鎳、銅、金等金屬作為基片，采用化學(xué)氣相沉積法則可以制備高質(zhì)量大尺寸的石墨烯。另外，以石墨為原料，利用化學(xué)插層剝離的方法也可以用來制備石墨烯［5］。但不同方法制備獲得石墨烯的尺寸及性能差別較大，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域采用的石墨烯制備方法是不同的。

4.3材料性能

材料的性能由其結(jié)構(gòu)決定，與材料制備的工藝和方法有關(guān)。性能是指材料固有的物理、化學(xué)特性，材料性能決定了其應(yīng)用。廣義地說，性能是材料在一定的條件下對外部作用的反應(yīng)的定量表述，例如力學(xué)性能是材料對外力的響應(yīng)、電學(xué)性能是對電場的響應(yīng)、光學(xué)性能是對光的響應(yīng)等。因此，材料的性能可分為力學(xué)性能和特殊的物理性能。常見的力學(xué)性能包括材料的強度、硬度、塑性、韌性等。力學(xué)性能決定著材料工作的好壞，同時也決定著是否易于將材料加工成使用的形狀。鍛造成型的部件必須能夠經(jīng)受快速加載而不破壞，并且還要有足夠的延性才能加工變形成適用的形狀。微小的結(jié)構(gòu)變化往往對材料的力學(xué)性能產(chǎn)生很大的影響。材料特殊的物理性能包括電、磁、光、熱等行為。物理性能由材料的結(jié)構(gòu)和制造工藝決定。對于許多半導(dǎo)體金屬和陶瓷材料來說，即使成分稍有變化，也會引起導(dǎo)電性很大變化。過高的加熱溫度有可能顯著地降低耐火磚的絕熱特性。少量的雜質(zhì)會改變玻璃或聚合物的顏色。

4.4材料應(yīng)用

材料化學(xué)已經(jīng)滲透到現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的眾多領(lǐng)域，如電子信息、環(huán)境能源、生物醫(yī)藥和航天航空等領(lǐng)域。例如，在電子信息領(lǐng)域，現(xiàn)代芯片制造離不開化學(xué)。光刻過程使用的光刻膠和顯影液，鍍膜過程中的化學(xué)氣相沉積和原子層沉積，刻蝕過程中的反應(yīng)離子刻蝕，這些工藝過程都離不開化學(xué)的作用。在環(huán)境能源領(lǐng)域，新型光催化材料和太陽能電池材料的研究和開發(fā)，離不開化學(xué)法制備材料和對材料進行化學(xué)摻雜改性。在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，對傳感材料進行化學(xué)改性提高其傳感特性，對仿生材料進行表面改性可以提高其生物相容性。在航天航空領(lǐng)域，各種輕質(zhì)、耐高溫、耐摩擦等結(jié)構(gòu)材料和功能化智能材料的研發(fā)都離不開化學(xué)。

5結(jié)語

通過對“材料化學(xué)”緒論課的精心設(shè)計，使學(xué)生明確了該課程的性質(zhì)和重要地位，大量的實例激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和求知欲，樹立了學(xué)生學(xué)好該課程的信心，為課程的深入學(xué)習(xí)起到了奠基石的作用。以“材料、材料與化學(xué)、材料化學(xué)”為主線進行講授，使學(xué)生對本課程的內(nèi)容有了更加清晰和深入的認(rèn)識，取得了良好的教學(xué)效果。

參考文獻

［1］禹筱元，羅穎，董先明.材料化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)模式的改革與實踐［J］．高教論壇，2010，1(1):23－25.

［2］楊卓娟，楊曉東.關(guān)于高校課程緒論教學(xué)的思考［J］．中國大學(xué)教學(xué)，2011(12):39－41.

［3］唐小真，楊宏秀，丁馬太.材料化學(xué)導(dǎo)論［M］．北京:高等教育出版社，1997.

［4］曾兆華，楊建文.材料化學(xué).2版［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

篇5

關(guān)鍵字：納米材料；一維鉬氧化物；化學(xué)鋰化；電活性

近年以來，人們對于物質(zhì)世界研究已經(jīng)深入到原子、分子等微觀領(lǐng)域，納米技術(shù)被研發(fā)于上個世紀(jì)八十年代末，它指的是人類在納米單位即0.1至100毫米間對物質(zhì)特及互相作用進行研究，同時利用它的特性的多學(xué)科的技術(shù)，目前已經(jīng)成為主流研究領(lǐng)域。

一、納米材料概述

（一）納米材料主要分為：零維納米材料。即在空間的三維尺度都受到約束，如納米顆粒、團簇等。一維納米材料。即在空間中有二維處在納米的尺度內(nèi)，包括納米管、金屬、棒和半導(dǎo)體線、納米帶等。二維納米材料。即在三維空間里有一維處在納米的尺度內(nèi)，如超薄膜、超品格等。三維納米材料。它主要由納米晶體構(gòu)成的材料。

在這之中，一維納米材料具有特殊物理化學(xué)性能與可作量子器件的優(yōu)勢而被人們所重視，一維納米材料之中，電子于兩個維度或者兩個方向的運動受到約束，只可以在一個方向自動運動，進而為研究在量子的限域之下電子運輸、力學(xué)、光學(xué)等特性均提供了效果極佳的模型系統(tǒng)。

二、納米帶鋰化改性

實驗的原料：溶膠，純氧化鋰為鋰源，分子量42.39。

間接水熱法。量取0.2克使用離子交換方法經(jīng)水熱合成的納米帶，放入裝30毫升去離子水燒杯中，經(jīng)超聲分散半小時，然后把0.29克純氧化鋰放入已分散好的納米帶中，同時攪拌48小時后，把淡藍(lán)色流變相液體轉(zhuǎn)移到容量50毫升的聚四氟乙烯的內(nèi)襯不銹鋼的反應(yīng)釜里，反應(yīng)釜經(jīng)180攝氏度、24小時的水熱后，自然冷卻至與室溫相當(dāng)，將所得到的沉淀物分別使用乙醇與去離子水進行數(shù)次洗滌，最終在80攝氏度條件下經(jīng)12小時干燥后得到最終產(chǎn)品。

由相關(guān)XRD圖譜顯示可以得出，鋰化并沒有對納米帶的晶體結(jié)構(gòu)進行破壞，但是鋰離子嵌入已使晶面距稍微擴大，其表現(xiàn)為衍射峰朝角度低處偏移。在鋰化前后，納米帶依舊保持著一維納米的結(jié)構(gòu)，相比之鋰化之前，鋰化以后納米帶在二次水熱的過程中部分?jǐn)嗔眩溟L度縮短至2至6μm，產(chǎn)生了較多的200至400nm小尺寸納米片，其表面更為粗糙。

鋰化前后的納米帶晶面距均為0.2nm，對納米帶實施選區(qū)電子衍射就能清楚看到衍射的斑點，而且鋰化前后的納米帶花樣一致，也從另一方面說明納米帶結(jié)構(gòu)仍然是單品正交相。

直接水熱法。為將實驗流程簡化，以利用更為簡便與直接的方法對納米帶鋰化，對間接鋰化加以改進。

首先使用雙氧水的氧化法制備過氧鉬酸溶膠，然后把純氧化鋰直接加入溶膠里，并對其攪拌48小時以后，把溶膠轉(zhuǎn)移容量為50毫升，內(nèi)襯為聚四氟乙烯制不銹鋼反應(yīng)釜里，后續(xù)的工藝和間接鋰化方法相同，同樣能獲得淡藍(lán)色產(chǎn)物。

該產(chǎn)物的XRD圖譜峰位一致，表明鋰鹽的存在對于溶膠產(chǎn)生正交相并沒有影響，且與二次水熱后得到的鋰化納米帶比較，其衍射峰并無明顯偏移，說明可能因為層間的鋰離子嵌入相較間接鋰化的納米帶更少，因此其層間距并沒有產(chǎn)生明顯變化。

納米材料與電活性

間接鋰化改性。就本文二中所提到鋰化改性的納米帶的電化學(xué)性能如下：通過得到鋰化前后的納米帶初次放電曲線圖可知，鋰后的納米帶正極材料放電電壓的平臺仍然是2.75V。引較于純納米帶的初次放電量301mAh/g來說，鋰化后納米帶降低至240mAh/g，主要是因為在鋰化的過程中，鋰離子嵌入故占據(jù)了一定數(shù)量的嵌理位置，使初次放電的電量明顯減小，隨著循環(huán)的持續(xù)進行，鋰化納米帶便體現(xiàn)出其相當(dāng)穩(wěn)定的優(yōu)勢，經(jīng)15次的循環(huán)以后，比容量仍然保持220mAh/g，同時容量的保持率達(dá)92%。

對純納米帶循環(huán)15次以后180mAh/g的比容量進行相對比，容量保持率達(dá)60%與3.48的δ數(shù)值，可直觀發(fā)現(xiàn)經(jīng)鋰化后納米帶具備更好的循環(huán)穩(wěn)定性，得益于鋰離子嵌入對其層結(jié)構(gòu)起到支撐作用，使得充放電的比容量始終維持于平穩(wěn)的數(shù)值范圍之內(nèi)。

（二）納米器材。采用靜電紡絲的技術(shù)制備具備“線中棒”的分級結(jié)構(gòu)釩氧化物超長型納米線，發(fā)現(xiàn)該線作為鋰離子的電池正極材料具備較高比容量與優(yōu)良循環(huán)性能。相比于常規(guī)的納米材料，這類新穎的分級結(jié)構(gòu)可有效防止納米材料因高比表面能而發(fā)生自團聚的現(xiàn)象，從而提升電池性能，為排除納米材料的團聚從而對性能造成影響，設(shè)計單根納米線電化學(xué)器材，通過原位的表征，建立該納米線電輸運、結(jié)構(gòu)、電極充放電等狀態(tài)間的直接聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)容量的衰減和電導(dǎo)率降低有著關(guān)聯(lián)。為進一步研究出化學(xué)鋰化后對納米材料的本征電活性的影響，把鋰化前后的單根納米帶裝成納米器件，并對其電輸運性能進行測試。

測試結(jié)果表明，鋰化之前I-V特性顯示納米帶的兩端不對稱的肖特基勢壘，這是半導(dǎo)體氧化鉬與金/鉑電極間產(chǎn)生的，在大約2V的時候，傳輸?shù)碾娏骷s300pA。鋰化之后，I-V的曲線顯示歐姆特性，在大約2V的時候，傳輸?shù)碾娏骷s10nA，根據(jù)測定電阻、有效長與橫截面積的計算，納米帶在鋰化前后電導(dǎo)率大致分別是10-4與10-2S?cm-1。通過鋰化后，電導(dǎo)率相應(yīng)增加了數(shù)量級兩個。因為納米的帶沿面生長，所以納米帶的導(dǎo)電性也增加，這意味著八面體層里載流子的濃度增加，表明鋰離子被作為填隙的離子而被引入的。

在電化學(xué)的循環(huán)過程之中，納米帶層間距隨鋰離子嵌入或脫離而持續(xù)擴大或縮小，相比于未鋰化的樣品，具較寬層距的鋰化后納米帶，在其充放電的過程中顯示出更小的體積變化。因此鋰化能夠提高電極在鋰離子的嵌入與脫離的過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，第一次鋰化所導(dǎo)入的鋰離子始終保留于晶格之中，進而提升導(dǎo)電性，有利于在未來充放電的過程中鋰離子嵌入與脫離。

深入研究納米材料的化學(xué)特性，對合理及應(yīng)用納米材料有著相關(guān)重要的影響，也為我國在各行業(yè)、領(lǐng)域推廣使用納米材料打下良好理論基礎(chǔ)。

參考文獻：

篇6

【關(guān)鍵詞】材料化學(xué) 教學(xué)大綱 教材 教學(xué)方法

培養(yǎng)既具有材料專業(yè)知識又具備化學(xué)專業(yè)知識的復(fù)合型人才，對滿足社會發(fā)展需要具有重要意義。為此結(jié)合我校學(xué)科建設(shè)的需要和人才培養(yǎng)的需求，我校于2009年成立材料化學(xué)專業(yè)，下設(shè)于稀土學(xué)院，并于2010年9月招收了第一批新生。為滿足復(fù)合型人才的培養(yǎng)需求就依賴于材料化學(xué)專業(yè)的定位，基于此，我院材料化學(xué)專業(yè)設(shè)置了兩個方向：一是工業(yè)催化；二是能源材料。而專業(yè)定位的落實直接依賴于課程體系的設(shè)置。基于學(xué)分制實施的要求和學(xué)校關(guān)于專業(yè)課程結(jié)構(gòu)設(shè)置的總體思路， 以“重基礎(chǔ)、寬口徑和強能力”為指導(dǎo)原則， 我院在課程設(shè)置上力求反映材料化學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、專業(yè)特點和培養(yǎng)要求， 注意改變知識簡單任意拼湊、課程之間相互脫節(jié)狀況， 整個課程以通識必修課程、學(xué)科基礎(chǔ)課程、專業(yè)必修課、專業(yè)選修課和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)構(gòu)成，理論課程和實驗體系課程都進行了模塊化設(shè)置。另外，為了解決目前教學(xué)內(nèi)容多與課時少之間的矛盾，對于一些在不同課程中的重復(fù)內(nèi)容需要刪減，這就需要把教學(xué)內(nèi)容進行嚴(yán)格的限制和有效的對接，因此，對于剛成立不久的材料化學(xué)專業(yè)，制定服務(wù)于專業(yè)方向的合適的課程體系和精簡的教學(xué)內(nèi)容，就依賴于教學(xué)大綱的編定。

一、教學(xué)大綱的編寫

課程教學(xué)大綱是落實人才培養(yǎng)目標(biāo)和實施教學(xué)計劃最基本的教學(xué)文件。它既是一門課程或某一實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)指導(dǎo)性文件，也是選用教材、制訂授課計劃、實施教學(xué)和教學(xué)檢查的依據(jù)。制定和編寫規(guī)范、科學(xué)的教學(xué)大綱，是提高教學(xué)質(zhì)量、實現(xiàn)規(guī)范化教學(xué)的重要措施。

各門課程的教學(xué)大綱都要服從課程體系的設(shè)置和教學(xué)計劃的整體要求，課程內(nèi)容與體系的安排，既要考慮課程的縱向聯(lián)系，又要照顧到橫向聯(lián)系。對于通識必修課程和部分學(xué)科基礎(chǔ)課程的教學(xué)大綱由相關(guān)學(xué)院的基礎(chǔ)教學(xué)部負(fù)責(zé)，部分學(xué)科基礎(chǔ)課程、專業(yè)必修課和專業(yè)選修課類的專業(yè)課程的教學(xué)大綱由我們本院或本系負(fù)責(zé)。在有限學(xué)時的控制下，專業(yè)理論課內(nèi)容的選取、深度與廣度要以“必需、夠用”為度，以“能充分反映本學(xué)科的最新成果，避免與已學(xué)課程或后續(xù)課程的不必要重復(fù)”為原則，以“激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨立思考”為目標(biāo)。

在此思路的指導(dǎo)下，我們理順相關(guān)課程開課順序，重新編寫所負(fù)責(zé)課程的教學(xué)大綱，并進行了嚴(yán)格把關(guān)審核。實踐課程體系中專業(yè)實驗、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)及畢業(yè)論文的教學(xué)大綱由我們負(fù)責(zé)，其大綱的編寫以“理論課程”為基礎(chǔ)，以“專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)”為導(dǎo)向，以“專業(yè)方向”為特色，以“綜合能力提高”為目標(biāo)，課程的內(nèi)容進行系統(tǒng)的設(shè)置，避免實驗的重復(fù)開設(shè)，將實習(xí)與畢業(yè)進行有效的連接。

二、教材的優(yōu)選

教材是體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的知識載體，是教學(xué)的基本工具。教材的選用是高校教材建設(shè)的一項基礎(chǔ)性工作，它對提高教育質(zhì)量和教學(xué)水平、穩(wěn)定教學(xué)秩序、實現(xiàn)高等學(xué)校人才培養(yǎng)具有重要意義。優(yōu)秀、適用的教材是提高教育質(zhì)量、深化教育教學(xué)改革、全面推進素質(zhì)教育、培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要保證。我們依據(jù)審核后的教學(xué)大綱進行了教材的選擇，盡量選用公認(rèn)水平較高、已獲得國家獎、教育部獎、省級優(yōu)秀教材獎、十五規(guī)劃教材、21 世紀(jì)教材。但是大多數(shù)課程一本書并不能完全滿足我們的培養(yǎng)目標(biāo)、專業(yè)特色，往往需要將幾本優(yōu)選書的內(nèi)容進行篩選整合才能滿足教學(xué)大綱的要求。所以經(jīng)過幾輪講解之后，可能需要進行自編教材。

三、教學(xué)方法的改進

隨著高科技的發(fā)展，在教學(xué)過程中，教學(xué)方法和手段也應(yīng)該充分利用高科技，幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)，從而提高教學(xué)質(zhì)量。首先，教學(xué)方式不應(yīng)該僅僅是簡單的PPT講述和黑板板書，而是應(yīng)該充分利用多媒體技術(shù)，豐富教學(xué)課件，做到圖文并茂、有聲有色、生動形象，調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性。其次，教學(xué)過程中應(yīng)該多采用啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自己去學(xué)習(xí)、思考和探索，培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)和思考的能力。要做到“授之以漁”，而非“授之以魚”，才能更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，真正達(dá)到素質(zhì)教育的目的。最后，應(yīng)為學(xué)生創(chuàng)造自我表現(xiàn)的機會，比如為了鞏固課堂的理論知識，要安排相應(yīng)的習(xí)題課，讓學(xué)生自己做并在課堂上給同學(xué)講解。對于前沿性的成果，可以讓學(xué)生自己去查找、總結(jié)，然后在課堂上為自己同學(xué)展示。對于學(xué)生感興趣的課題，可以讓學(xué)生自己去設(shè)計實驗方案，我們提供實驗條件，學(xué)生自己動手做實驗。這樣就會使學(xué)生自我學(xué)習(xí)和思考的能力落到實處。

本文依據(jù)課程體系的設(shè)置從教學(xué)大綱的編寫、教材的優(yōu)選及教學(xué)方法的改進方面進行了探索與思考，并提出了相關(guān)的改革思路。相信在此改革思路的指導(dǎo)下，材料化學(xué)專業(yè)將會培養(yǎng)出“厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)、強能力”的復(fù)合型人才。

【參考文獻】

[1]宋金玲，蔡穎，董忠平，吳楠楠，胡鋒. 材料化學(xué)專業(yè)課程體系改革的研究與實踐[J]. 科教文匯，2013（33）.

篇7

關(guān)鍵詞：鋁電解槽；防滲材料；改進

當(dāng)前，鋁電解已經(jīng)呈現(xiàn)出高效節(jié)能的發(fā)展趨勢。隨著鋁電解的發(fā)展，鋁電解用的化學(xué)防滲材料也成為人們研究的關(guān)鍵。一般來說，被人們一致認(rèn)可的防滲材料不但是能夠很好的實現(xiàn)防滲阻擋，而且這種防滲材料和所形成的阻擋層不會隨著時間的發(fā)展而產(chǎn)生任何的變質(zhì)和消退。用化學(xué)防滲材料來砌筑鋁電解槽的陰極炭塊下的部分，就能夠很好的降低電解槽的用料，減少建設(shè)的投資額。

1.鋁電解爐底的防滲原理

通常情況下，確定一種材料是不是具有滲透性主要參考的是這種材料的空隙度和孔徑的大小。同時，氣體或液體的表面張力、粘度也對材料的滲透性產(chǎn)生一定的影響。在電解槽的爐底里，由于防滲材料所使用的環(huán)境基本上是一樣的，因此，判斷電解槽爐底材料的防滲性能，主要從材料本身來確定。通過對電解槽里的筑爐材料和電解質(zhì)的反應(yīng)進行分析，我們得出鋁電解爐底的防滲原理。即滲透速度和反應(yīng)速度（最好是零）非常小的時候，筑爐材料便不會與電解質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，也就沒有產(chǎn)生滲漏，這也是最好的一種防滲材料。但是當(dāng)反應(yīng)速度非常小，而滲透的速度比較大的時候，雖然電解質(zhì)不會或較少的同筑爐材料發(fā)生反應(yīng)或溶解，但是電解質(zhì)依然能夠滲入到筑爐材料里，滲入的數(shù)量和速度決定于筑爐材料孔徑的大小和空隙度。當(dāng)環(huán)境溫度在液體的凝固點以下的時候，液體會自動的凝結(jié)，滲透現(xiàn)象也就不會發(fā)生了。

2.鋁電解用化學(xué)防滲材料的組成及其質(zhì)量評價

當(dāng)前，隨著人們對化學(xué)防滲材料研究的深入，SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO以及TiO2等化學(xué)成分被廣泛的運用到防滲材料中來，而且成分多在95%以上。現(xiàn)在，我國市場上的化學(xué)防滲材料多是以SiO2和Al2O3這兩種成分為主的。此外，在防滲材料中使用鈣能夠?qū)⑵渖晌锏娜埸c提高，這對于減低防滲材料的耗損是非常有幫助的。如何評價某種化學(xué)防滲材料的質(zhì)量對于提高化學(xué)防滲材料的應(yīng)用有著非常大的意義。通過對上文化學(xué)防滲材料的原理的分析，我們可以得出，鋁電解用的化學(xué)防滲材料的質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾點：

首先，鋁電解用化學(xué)防滲材料首先是作為一種耐火材料而存在的，因此，其耐火度應(yīng)當(dāng)高于1500℃，具有高耐火性。

其次，鋁電解用化學(xué)防滲材料應(yīng)當(dāng)不和電解槽里的電解質(zhì)以及其他的化學(xué)防滲材料接觸的保溫材料、耐火材料發(fā)生反應(yīng)。

再次，鋁電解用化學(xué)防滲材料還應(yīng)當(dāng)具備合適的膨脹系數(shù)和適宜的保溫功效。

此外，關(guān)于化學(xué)防滲材料的膨脹系數(shù)、耐火度以及保溫功效的測量方法在《冶金爐設(shè)計手冊》中有詳細(xì)的說明，本文暫不詳細(xì)介紹。

3.鋁電解用化學(xué)防滲材料的功能與改進措施

鋁電解用化學(xué)防滲材料的功能主要在于化學(xué)防滲材料能夠同滲漏進筑爐材料中的電解質(zhì)在瞬間發(fā)生反應(yīng)，進而形成化學(xué)阻擋層，防止電解質(zhì)的繼續(xù)滲入。其功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，在高溫的環(huán)境下，當(dāng)防滲材料和電解質(zhì)接觸的時候，防滲材料可以阻擋電解質(zhì)滲透到防滲材料里的功能。而且，當(dāng)反應(yīng)條件相同的時候，電解質(zhì)同防滲材料的反應(yīng)量和反應(yīng)速度是越小越好。其次，當(dāng)化學(xué)防滲材料的原料相同的時候，防滲材料的所占比例也是越大，防滲效果也越好。因此，通過提高防滲材料的振實的容量，能夠很好的提高化學(xué)材料的防滲效果。再次，化學(xué)防滲材料和電解質(zhì)反應(yīng)而形成的阻擋層的熔點與防滲材料也有一定的聯(lián)系。通過有效的提高阻擋層的熔點能夠有效的降低防滲材料的損耗。最后，化學(xué)防滲材料還具有易于振實的優(yōu)點，而且振實以后的防滲材料的承載能力有了很大的提高。

總之，鋁電解化學(xué)防滲材料很好阻止了電解質(zhì)的滲入，而且降低了防滲材料的損耗。但是，化學(xué)防滲材料在應(yīng)用的時候還存在著易于燒結(jié)缺點。針對這一問題，我們對鋁電解的化學(xué)防滲材料做出了改進。

通過對化學(xué)防滲材料在有電解質(zhì)和沒有電解質(zhì)的環(huán)境下進行實驗，我們發(fā)現(xiàn)，在沒有電解質(zhì)的環(huán)境里，即使溫度再高，實驗的時間多久，防滲材料都沒有出現(xiàn)燒結(jié)的現(xiàn)象。也就是說明，防滲材料的燒結(jié)是受到電解質(zhì)的影響的。因此，針對這一現(xiàn)象，我們認(rèn)為，改善化學(xué)防滲材料燒結(jié)現(xiàn)象的主要措施在于三個方面。一方面，嚴(yán)格控制化學(xué)防滲材料的成分的純度，降低原料里所含雜質(zhì)的數(shù)量；另一方面，提高化學(xué)防滲材料同電解質(zhì)之間的反應(yīng)水平，提高防滲材料和電解質(zhì)所形成的阻擋層的致密性；最后，從電解質(zhì)和阻擋層所產(chǎn)生的共晶物的熔點來看，應(yīng)當(dāng)盡可能的提高共晶物的熔點。根據(jù)這三個方面，我們對現(xiàn)有的化學(xué)防滲材料進行了改良。經(jīng)過實踐證明，改良后的防滲材料和電解質(zhì)的反應(yīng)率明顯的提高了，高溫?zé)Y(jié)的情況也明顯的降低了，基本上已經(jīng)達(dá)到了國際水平。

結(jié)語：

綜述所述，本文主要從鋁電解爐底的防滲原理開始分析，具體的介紹了鋁電解用的化學(xué)防滲材料的組成及其質(zhì)量評價的標(biāo)準(zhǔn)，最后針對鋁電解用化學(xué)防滲材料的主要功能及其存在的不足提出了個人的改進意見。通過實踐證明，經(jīng)過改進的化學(xué)防滲材料達(dá)到了國際化的標(biāo)準(zhǔn)，具有不燒結(jié)、反應(yīng)率低以及易振實等優(yōu)勢，適合相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，值得推廣。

參考文獻：

[1] 姚巍，姚貴海，張瑞忠.再論干式防滲料在鋁電解槽上的應(yīng)用[A].提高鋁電解槽使用壽命學(xué)術(shù)研討會，2013（05）.

[2] 張宏，干益人.鋁電解槽用干式防滲保溫料的研制和應(yīng)用[A].中國金屬學(xué)會.第三屆國際耐火材料學(xué)術(shù)會議，2011（02）.

[3] 劉鳳琴，邱仕麟，柴登鵬，等.鋁電解槽用干式防滲料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編制說明[J].鄭州輕金屬研究院，2010（12）.

[4] 成庚，呂增旭.進口干式防滲料在75kA預(yù)焙槽上的工業(yè)應(yīng)用試驗研[J].輕金屬，2011（10）.

篇8

國務(wù)院學(xué)位委員會于1998年修訂研究生專業(yè)目錄時，特別設(shè)立了材料物理和化學(xué)專業(yè)。材料物理和材料化學(xué)是材料科學(xué)的重要基礎(chǔ)。現(xiàn)代材料科學(xué)的發(fā)展已經(jīng)由過去的宏觀研究和發(fā)展進入到微觀分析和研究，用電子、原子、分子的尺度來研究改變物質(zhì)的性質(zhì)，發(fā)展新興的材料。特別是當(dāng)今以服務(wù)于高科技，現(xiàn)代工業(yè)和國防為主的現(xiàn)代材料或新材料的需求量越來越大，新材料的研制與開發(fā)速度也越來越快，因而涌現(xiàn)出的新概念、新理論、新技術(shù)、新方法、新工藝、新產(chǎn)品和新問題越來越需要材料學(xué)家和物理學(xué)家等共同努力來歸納、整理、總結(jié)及創(chuàng)新。由此產(chǎn)生的材料化學(xué)新專業(yè)無疑是多學(xué)科知識交叉、滲透的結(jié)果。它給現(xiàn)代材料的研究、開發(fā)和應(yīng)用以及相關(guān)科學(xué)的發(fā)展帶來了新的空間，為新材料的可持續(xù)發(fā)展提供完善而系統(tǒng)的理論指導(dǎo)和技術(shù)保障。因為材料化學(xué)專業(yè)是技能性、實踐性極強的學(xué)科領(lǐng)域。如何通過材料化學(xué)各實驗課程的改革，深化學(xué)生對課堂知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方式和實踐能力，從而提高學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合能力，是我們面臨的一個重要問題。如何通過實驗培養(yǎng)學(xué)生多層次、多方向的掌握材料物理性能與材料的制備、工藝和測試手段的關(guān)系。并且通過獨立操作和控制實驗進程，培養(yǎng)學(xué)生的研究精神和創(chuàng)造能力是我們材料化學(xué)專業(yè)需要迫切解決的問題。我們通過分層次實驗教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果。

分層次實驗教學(xué)法研究

通過分層次開設(shè)實驗，培養(yǎng)學(xué)生的合理的思維方式和實踐能力，從而提高學(xué)生研究精神和創(chuàng)造性能力。具體過程分為以下三個步驟：

1.加強有關(guān)材料化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)性實驗

在材料化學(xué)專業(yè)本科生具有了初步的化學(xué)和物理實驗?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上，首先將材料化學(xué)專業(yè)實驗課程從相關(guān)理論課程剝離，綜合成材料化學(xué)專業(yè)專門的基礎(chǔ)實驗課程，集中訓(xùn)練學(xué)生的材料制備和材料性能檢測技能，并以此為實驗室的開發(fā)重點，使學(xué)生的實驗基本技能得以鞏固和提高。

2.開展綜合性實驗并結(jié)合本專業(yè)開展遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學(xué)

在材料化學(xué)專業(yè)本科生已經(jīng)具有初步的材料制備和性能檢測的實驗技能基礎(chǔ)上，第二步開設(shè)綜合性實驗并結(jié)合遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學(xué)。綜合性實驗的開設(shè)是為了適應(yīng)社會的發(fā)展和需求，在綜合實驗新體系中，要求開設(shè)的綜合性實驗盡可能反映材料、生命、環(huán)境、信息等學(xué)科的內(nèi)容；了解和學(xué)習(xí)材料化學(xué)研究方法與現(xiàn)代實驗技術(shù)在高新科技學(xué)科中的應(yīng)用成為我們新的建設(shè)目標(biāo)。因此，不僅要打破專業(yè)的界限，還要打破學(xué)科的界限，使綜合性實驗成為跨學(xué)科、多技能的綜合訓(xùn)練。在我們材料化學(xué)專業(yè)開設(shè)的綜合性實驗中，與材料、信息相關(guān)的實驗有新型能源材料的合成，SDC（固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料）的合成和表征，壓電陶瓷的制備和表征等等；與生物相關(guān)的實驗是天然物或中草藥物的提取及指紋圖譜等。這樣可以使學(xué)生掌握無機非金屬材料的制備方法和相關(guān)性能測試方法，掌握天然生成物質(zhì)的提取方法和結(jié)構(gòu)確定的手段，從而有效地提高學(xué)生的專業(yè)知識并擴展了知識面。為今后學(xué)生進行主導(dǎo)型研究性實驗奠定基礎(chǔ)。

目前，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)日益完善，網(wǎng)絡(luò)速度和寬帶不再成為制約網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學(xué)的瓶頸。計算機軟、硬件的飛速發(fā)展無疑使得虛擬實驗環(huán)境更加逼真、智能。當(dāng)然，虛擬實驗在培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、培養(yǎng)學(xué)生的誤差分析能力等方面還不可能取代傳統(tǒng)的實物實驗教學(xué)方式。但是開設(shè)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學(xué)可以使接受遠(yuǎn)程教育的學(xué)生獲得與在校生一樣的從感知到理解的過程。有利于培養(yǎng)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的能力，為終身學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。對我們專業(yè)來說，因為是新開的專業(yè)，很多實驗還缺乏必要的實驗器材，很多綜合性實驗課程無法開出。但借助遠(yuǎn)程教育平臺，可以與兄弟院校和我校其他院系的實驗教學(xué)資源實現(xiàn)共享，從而使相關(guān)實驗得以進行，實現(xiàn)了學(xué)生對相關(guān)實驗的認(rèn)知。

3.開展學(xué)生主導(dǎo)型研究性實驗的模式

學(xué)生主導(dǎo)型研究性實驗是在綜合性實驗的基礎(chǔ)上由學(xué)生自己選題、查閱文獻和設(shè)計實驗，在教師指導(dǎo)下完成研究性實驗論文并進行論文答辯。該模式的主要目的是全方位地鍛煉學(xué)生實驗研究的能力，充分調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，激發(fā)他們從事材料科學(xué)研究的興趣和熱情，為其今后的畢業(yè)設(shè)計和將來從事科研工作打下良好的基礎(chǔ)。同時這種新的實驗?zāi)Ｊ揭蔡岣吡藢嶒炇以趯W(xué)生學(xué)習(xí)中所占的地位，建立了進實驗室學(xué)習(xí)的意識。設(shè)計性實驗對開發(fā)學(xué)生智力和創(chuàng)新能力有著重要作用。但在具體實施時，對學(xué)生的培養(yǎng)要有一個由淺入深的過程，我們材料化學(xué)專業(yè)的主導(dǎo)型研究性實驗采取在大學(xué)中后期開設(shè)，在學(xué)生已經(jīng)完成材料化學(xué)基礎(chǔ)性實驗和綜合性實驗的基礎(chǔ)上結(jié)合指導(dǎo)教師的課題或相關(guān)專業(yè)后開設(shè)（可參考材料化學(xué)實驗教程中的設(shè)計性實驗）。具體過程一般為以下幾個步驟：（1）選題； （2）查閱文獻收集資料； （3）研究方案。學(xué)生設(shè)計實驗原理，方法和步驟，擬定實驗所需藥品、儀器，探討實驗時可能產(chǎn)生的現(xiàn)象和容易發(fā)生的失誤以及安全等應(yīng)注意的問題，最后獨立設(shè)計實驗方案。實驗方案包括：實驗題目、儀器、藥品、操作步驟和實驗表征儀器等。然后將審閱實驗設(shè)計方案交給教師，教師在尊重學(xué)生創(chuàng)造精神的原則下選出幾種最佳方法，同時糾正某些實驗方案的錯誤指出某些實驗方案的缺陷，再將設(shè)計方案反饋給學(xué)生，將教師選中的方案交由全班同學(xué)討論、完善。然后采取論文答辯的方式檢驗實驗效果。在整個形式上基本是本科生畢業(yè)設(shè)計的模型，通過這樣的實驗為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計和將來的進一步深造奠定基礎(chǔ)。

最后，在整個分層次法實驗教學(xué)中，我們的實驗室采取的是開放式實驗管理模式，在時間方面，我們安排了中午、晚上和雙休日對學(xué)生開放，讓學(xué)生對實驗結(jié)果進行一些探索，對實驗基本技能進行鞏固和掌握。同時，有2~3周開展專門的實驗時間。在人員配備方面，采用專業(yè)課教師和實驗室教師結(jié)合的方式，使每個實驗都有專業(yè)教師進行指導(dǎo)，以保證實驗的順利進行。

篇9

近二十年來,綠色環(huán)保鋰離子電池為便攜式電子產(chǎn)品和通訊工具的發(fā)展做出了重要貢獻,并作為下一代新型能源的代表,將進一步應(yīng)用于交通動力系統(tǒng).作為未來電動汽車(EV)和混合電動汽車(HEV)的動力電源,鋰離子電池電極材料特別是正極材料的性能至關(guān)重要.自從Padhi等[1]首次報道LiFePO4正極材料以來,LiFePO4因其具有安全、穩(wěn)定、環(huán)境友好、成本低、平臺平穩(wěn)及循環(huán)性能好等優(yōu)良特性,成為下一代鋰離子電池正極材料最具潛力的競爭者.LiFePO4的合成方法多種多樣,如固相合成法[1-2]、溶膠–凝膠法[3-4]、共沉淀法[5]、水熱法[6]、碳熱還原法[7-8]、流變相法[9-10]以及仿生法[11-12].但這些方法中大多數(shù)都需要通過燒結(jié)工藝才能獲得結(jié)晶良好的LiFePO4正極材料,燒結(jié)對LiFePO4材料的純度、結(jié)晶度、顆粒大小有明顯的影響.已有研究顯示,適當(dāng)提高燒結(jié)溫度有利于LiFePO4晶體形成,但溫度過高會導(dǎo)致晶粒持續(xù)長大并影響LiFePO4化學(xué)穩(wěn)定性,而燒結(jié)時間過長則會使材料產(chǎn)生明顯的團聚現(xiàn)象[13-15].然而燒結(jié)方式對合成材料性能的影響的報道則較少.本工作分別采用靜態(tài)氣氛燒結(jié)(SA)、動態(tài)氣氛燒結(jié)(DA)和靜態(tài)真空燒結(jié)(SV)三種方式對LiFePO4/C前驅(qū)體進行燒結(jié)得到LiFePO4/C復(fù)合正極材料,著重探討了不同燒結(jié)方式對材料結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能的影響.

1實驗部分

1.1LiFePO4/C復(fù)合材料的制備以酒精為介質(zhì)按化學(xué)計量比混合Li2CO3和FePO4,再加入5wt%葡萄糖,行星球磨6h,噴霧干燥得到LiFePO4/C前驅(qū)體(PRE).將裝有前驅(qū)體的氧化鋁料舟置于石英管式爐(OTF-1200X,合肥科晶)中,在氮氣氣氛下預(yù)燒(350℃,5h)后,分別在550、600、650、700和750℃燒結(jié)10h.隨爐冷卻后,在瑪瑙研缽中研磨、過篩,得到的LiFePO4/C復(fù)合材料分別標(biāo)記為SA550、SA600、SA650、SA700和SA750.真空燒結(jié)在自制真空爐(殘壓<50Pa)中進行,不同溫度燒結(jié)所得復(fù)合材料分別標(biāo)記為SV600、SV650、SV700和SV750.動態(tài)氣氛燒結(jié)在回轉(zhuǎn)爐(HB-In8•30,咸陽藍(lán)光)中進行(轉(zhuǎn)速2.5r/min),不同溫度所得復(fù)合材料分別標(biāo)記為DA400、DA500、DA550、DA600、DA650、DA700和DA750.

1.2復(fù)合材料物相及形貌表征用χ’PertPROX射線衍射儀(PANalyticalB.V,荷蘭)分析復(fù)合材料的物相組成,銅靶,CuKα射線(λ=0.15406nm),掃描范圍為10°~80°,加速電壓為40kV,管電流為40mA.數(shù)據(jù)采用Jade5軟件分析.復(fù)合材料的微觀形貌用掃描電子顯微鏡(JSM-6700F,日本)進行觀察.1.3復(fù)合材料電極制備及電化學(xué)性能測試將復(fù)合材料與乙炔黑(DENKA,日本)混合后,加入含有聚偏二氟乙烯(PVdF,KYNAR-HSV900)的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液(0.02g/mL),復(fù)合材料、乙炔黑和PVdF的質(zhì)量比為75:15:10.得到的漿料借助于自動涂膜器(AFA-Ⅱ,上海現(xiàn)代環(huán)境)涂布于鋁箔上,經(jīng)紅外干燥后沖成φ14mm的電極片并壓片(壓力6MPa),然后在120℃下真空干燥8h.將復(fù)合材料電極轉(zhuǎn)移到充滿氬氣的手套箱(MIKROUNA,<1×106H2O,<1×106O2)中,然后以金屬鋰為對電極和參考電極,Celgard2400為隔膜組裝成2025型扣式電池,電解液為1mol/L的LiPF6/(EC+DMC)溶液(LB-301,國泰華榮).充放電性能測試在電池測試系統(tǒng)(LANDCT2001A,武漢金諾)上進行,電壓范圍為2.5~4.2V.采用電化學(xué)工作站CHI614C進行CV測試,掃描電壓范圍為3.0~4.0V,掃描速度為0.1~0.5mV/s.

2結(jié)果與討論

2.1材料物相及形貌分析圖1(a)為650℃下采用靜態(tài)氣氛燒結(jié)、動態(tài)氣氛燒結(jié)和真空燒結(jié)得到各種樣品的XRD圖譜,從圖中可以看出,各樣品的衍射峰峰位相同.與LiFePO4標(biāo)準(zhǔn)譜圖(PDF81-1173)對照,合成材料衍射峰與LiFePO4標(biāo)準(zhǔn)譜圖譜完全吻合,且沒有出現(xiàn)雜質(zhì)峰,表明由該前驅(qū)體采用三種不同燒結(jié)方式獲得的樣品均具有橄欖石型純相結(jié)構(gòu).衍射峰峰形及強度是材料結(jié)晶性的一個指標(biāo)[16].圖1(b)比較了前驅(qū)體以及不同LiFePO4/C材料的XRD衍射峰與前驅(qū)體同角度衍射峰峰強度差(Δ),從中可以發(fā)現(xiàn),不同燒結(jié)方式得到材料結(jié)晶度略有差別,真空燒結(jié)得到材料的衍射峰強度最大,這是由于在真空條件下發(fā)生碳熱還原時產(chǎn)生的CO2和CO可以迅速排出,反應(yīng)平衡正移,有利于LiFePO4顆粒生長[17].圖2為在不同溫度下采用三種燒結(jié)方式制得樣品的SEM照片.從圖中可以看出靜態(tài)真空燒結(jié)制得材料的粒徑在300~500nm之間,而靜態(tài)氣氛與動態(tài)氣氛燒結(jié)制得材料的粒徑都在200~300nm之間.晶粒大小差別既與真空條件下碳熱反應(yīng)平衡移動有關(guān),又與顆粒表面包覆碳對晶粒生長的阻礙作用有關(guān).碳熱反應(yīng)過程中碳對三價鐵的還原由以下三個反應(yīng)構(gòu)成。系統(tǒng)溫度低于650℃時發(fā)生反應(yīng)(1),生成CO2,而溫度高于650℃時發(fā)生反應(yīng)(2),生成CO[18-19].在真空條件下燒結(jié),產(chǎn)物CO會被迅速排出,在帶走熱量的同時也消耗了大量的熱解炭,使得晶粒表面剩余碳量減少,晶粒生長阻力減小.而在氣氛下燒結(jié),CO在反應(yīng)體系中滯留時間較長.由于CO的還原性大于熱解炭,所以會繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)(3),生成CO2,熱解炭因還原消耗減少而附著于晶粒表面阻礙晶粒的長大.此外,與真空燒結(jié)相比,動態(tài)氣氛燒結(jié)所得材料的顆粒大小和形貌均勻性更好,這是由于燒結(jié)時粉體物料隨爐管旋轉(zhuǎn)而被反復(fù)攪拌,受熱更加均勻,并且動態(tài)燒結(jié)還可以有效阻礙長時間燒結(jié)導(dǎo)致的顆粒之間相互粘結(jié)與長大[20].采用文獻[21]報道的碳含量測定方法,對不同燒結(jié)工藝所得材料進行碳含量測試,DA650、SA650和SV650的含碳量分別為2.23%、1.91%和1.77%.SV650材料含碳量最低,說明在真空下碳易以CO的形式被排出而損失.除燒結(jié)方式外,燒結(jié)溫度對材料形貌也有顯著影響.對比圖2(d)~(g)可以看出.將動態(tài)氣氛燒結(jié)溫度由400℃逐漸提高到700℃,材料顆粒團聚現(xiàn)象越來越明顯.700℃時已有大量顆粒融合為塊狀.

2.2復(fù)合材料的電化學(xué)性能分析圖3為不同溫度下采用三種燒結(jié)方式所得材料在0.5C倍率下的充放電循環(huán)性能.動態(tài)氣氛燒結(jié)最佳溫度為500℃,靜態(tài)氣氛燒結(jié)和真空燒結(jié)最佳燒結(jié)溫度均為650℃,所得材料的首次放電比容量分別為163.4、141.5和143.3mAh/g,經(jīng)歷50次循環(huán)后動態(tài)氣氛燒結(jié)材料容量保持率高達(dá)99.02%,靜態(tài)氣氛燒結(jié)和真空燒結(jié)材料容量則出現(xiàn)了緩慢上升的趨勢.動態(tài)燒結(jié)溫度低說明燒結(jié)過程中進行擾動利于熱量傳遞,得到形貌及性能均勻的粉體物料,靜態(tài)氣氛燒結(jié)和真空燒結(jié)所得材料的容量上升現(xiàn)象則與材料在循環(huán)過程中的活化有關(guān)[22-23].鋰離子電池能為電子設(shè)備提供穩(wěn)定工作電壓是因為其具有理想的電壓平臺.因此,平臺放電比容量占總放電比容量的百分比(即平臺率)才能真實反映材料的可利用率.如圖4所示,放電起始和終止段曲線的切線與平臺延長線相交于A、B兩點,將A、B兩點間的比容量定義為平臺比容量,平臺比容量與相應(yīng)循環(huán)滿比容量的比值則為平臺率[24].據(jù)此計算650℃下真空燒結(jié)、靜態(tài)氣氛燒結(jié)和動態(tài)氣氛燒結(jié)樣品在0.5C倍率下放電平臺率分別為92.76%、95.66%和95.21%.真空燒結(jié)材料平臺率較低與所得材料晶粒尺寸增大有關(guān),活性物質(zhì)顆粒越大,Li+散的距離越長,這與SEM觀察結(jié)果(圖2)一致.圖5(a)為650℃下動態(tài)氣氛燒結(jié)材料電極在不同掃描速度下的系列循環(huán)伏安曲線.在0.1mV/s掃描速度下于3.59V和3.32V得到一組氧化還原峰,分別代表了Li+的脫出和嵌入反應(yīng).隨著掃描速度的增大,氧化還原峰強度和峰面積都增大,同時氧化峰和還原峰分別向高電位和低電位移動,這說明電極極化加劇.但是即使在0.5mV/s的高掃描速度下,該材料仍具有非常好的循環(huán)可逆性.式中Ip為不同掃描速度下的峰電流,A為電極表面積,C為鋰離子濃度,n為轉(zhuǎn)移電荷數(shù),γ為掃描速度.圖5(b)即Ip–γ1/2關(guān)系圖.通過線形擬合得到的斜率與等式(1)結(jié)合得到650℃動態(tài)氣氛燒結(jié)樣品脫鋰和嵌鋰過程的鋰離子擴散系數(shù)Dc和Da分別為1.24×108和7.68×109cm2/s,遠(yuǎn)大于文獻報道值[7,25-26].表1比較了650℃下真空燒結(jié)、靜態(tài)氣氛燒結(jié)和動態(tài)氣氛燒結(jié)樣品的Dc和Da計算結(jié)果.動態(tài)氣氛燒結(jié)樣品的鋰離子擴散系數(shù)遠(yuǎn)大于另外兩種燒結(jié)方式所得樣品的鋰離子擴散系數(shù),這與材料燒結(jié)過程中因擾動而引入的晶格缺陷有關(guān),缺陷可為鋰離子擴散提供額外通道.擴散系數(shù)的提高對于LiFePO4正極材料在大功率放電(如HEV等)設(shè)備中的應(yīng)用與發(fā)展具有重要意義.

篇10

【關(guān)鍵詞】納米材料；化學(xué)化工領(lǐng)域；應(yīng)用

納米材料是基于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷進步的基礎(chǔ)上所形成的一種新型材料，性質(zhì)獨特，基于特殊結(jié)構(gòu)層次的影響下，納米材料具有一定的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)等。納米材料在化學(xué)化工領(lǐng)域內(nèi)具有良好的應(yīng)用價值，以下開展具體分析。

1 納米材料及其特性

納米材料是一種新型材料，三維空間中至少有一維處于納米尺度，或者以納米尺度作為基本結(jié)構(gòu)，該材料的尺寸結(jié)構(gòu)特殊，相當(dāng)于10-100個原子緊密排列在一起。納米科技將成為21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主流，它不僅是信息技術(shù)、生物技術(shù)等新興領(lǐng)域發(fā)展的推動力，而且因其具有獨特的物理、化學(xué)、生物特性為涂料等領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的機遇。

納米材料主要由納米晶粒和晶粒界面兩部分組成，其晶粒中原子的長程有序排列和無序界面成分的組成后有大量的界面（6×1025m3/10nm晶粒尺寸），晶界原子達(dá)15%～50%，且原子排列互不相同，界面周圍的晶格原子結(jié)構(gòu)互不相關(guān)，使得納米材料成為介于晶態(tài)與非晶態(tài)之間的一種新的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。納米材料主要有四方面特性，分別是表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)以及宏觀兩字隧道效應(yīng)，以下分別進行具體分析：

一是表面效應(yīng)，納米材料的表面效應(yīng)是指納米粒子表面原子數(shù)與總原子數(shù)的比例值隨著粒徑變小而急劇增長后所導(dǎo)致的性質(zhì)改變。根據(jù)相關(guān)研究表示，伴隨著粒子直徑的縮短，避免原子個數(shù)的增長速度迅猛，而表面原子由于周圍缺乏相鄰原子，呈現(xiàn)不飽和性狀態(tài)，強化了納米粒子的化學(xué)活性，從而使得納米材料能夠在吸附、催化等作用上明顯的優(yōu)勢。

二是小尺寸效應(yīng)。小尺寸效應(yīng)即為納米粒子的粒徑小于或等于超導(dǎo)態(tài)的相干波長時，其周期性的邊界條件將被損害，從而使得納米材料的化學(xué)性質(zhì)、催化性質(zhì)相對于其他材料來說有著明顯的區(qū)別。小尺寸效應(yīng)不單單顯著擴展了納米材料的物理與化學(xué)特性范圍，并且大大拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。

三是宏觀量子隧道效應(yīng)。該效應(yīng)主要是指納米粒子能穿越宏觀系統(tǒng)的壁壘而出現(xiàn)變化的一種特征。這一效應(yīng)對納米材料的基礎(chǔ)研究與實際應(yīng)用都有著十分關(guān)鍵的作用。宏觀量子隧道效應(yīng)限制了磁盤對信息存儲量的限制，明確了現(xiàn)代微電子元件微型化的極限。

四是量子尺寸效應(yīng)。該效應(yīng)主要是指納米粒子尺寸持續(xù)減少到某一數(shù)值時，納米能級周邊的電子能級可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蛛x能級粒。這一效應(yīng)使得納米粒子擁有高水平的光學(xué)非線性、光催化性等特征。

總的來說，納米材料與其他材料不同，擁有眾多與眾不同的特性，這使得其在力學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)等各個領(lǐng)域都擁有十分重要的應(yīng)用價值，并給資源利用拓展了更大的空間。

2 納米材料在化學(xué)化工領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用

2.1在環(huán)境保護方面的應(yīng)用

納米材料以其自身基本特性在環(huán)境保護領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著重要的作用，為空氣污染與水體污染治理等提供了可靠的技術(shù)支持，改善了空氣與水體質(zhì)量，滿足可持續(xù)發(fā)展理念下環(huán)境保護的基本要求。

就納米材料在空氣凈化方面的作用來看，其具有細(xì)微的顆粒尺寸，并且納米微粒表面形態(tài)特殊，粒徑大小各不相同，對著粒徑的減少納米微粒表面粗糙狀態(tài)加劇，最終形成凹凸不平的原子臺階，從而對空氣污染進行科學(xué)化治理，提高空氣凈化效果。納米材料與技術(shù)在汽車尾氣超標(biāo)報警器與凈化設(shè)備中也具有良好的應(yīng)用效果，能夠有效提高設(shè)備性能，從而切實減少汽車排放尾氣中所含的有毒物質(zhì)，降低空氣污染指數(shù)，從而為社會群體的工作與生活提供優(yōu)質(zhì)的環(huán)境。除此之外，納米材料與技術(shù)在石油提煉工業(yè)中也具有良好的應(yīng)用價值，能夠優(yōu)化脫硫環(huán)節(jié)，從而提高石油煉化工業(yè)的生產(chǎn)效率。

就納米材料在污水治理方面的作用來看，其能夠有效提取污水中的貴金屬，去除污水中的有害物質(zhì)、污染物質(zhì)和細(xì)菌等，從而改善水質(zhì)，并能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)利用，對于社會生態(tài)的穩(wěn)定平衡發(fā)展具有重要意義。水體中的污染物均可以基于納米材料與技術(shù)來進行治理，在有機污染物與無機污染物上并沒有明顯差異，尤其是納米為例光催化作用，能夠?qū)⑺w中的污染物制造為礦化物，從而促進改善水質(zhì)，去除有害污染物的目標(biāo)得以順利實現(xiàn)。

2.2在涂料領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用

納米材料及技術(shù)在涂料領(lǐng)域內(nèi)也發(fā)揮著重要的作用，由于納米材料存在一定表面效應(yīng)，其結(jié)構(gòu)層次特殊，與其他材料相比納米材料的性質(zhì)比較特殊，并具有一定優(yōu)勢與活力。納米材料在化學(xué)化工領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在表面涂層方面，并且受到社會群體的高度灌注。納米材料及其技術(shù)的合理應(yīng)用，推進了涂料領(lǐng)域內(nèi)表面涂層技術(shù)的不斷發(fā)展，為化學(xué)化工領(lǐng)域各項活動的規(guī)范進行提供可靠的技術(shù)支持。基于傳統(tǒng)涂層技術(shù)的基礎(chǔ)上，納米復(fù)合體系涂層得以實現(xiàn)，并促進了表面涂層技術(shù)的不斷發(fā)展進步。由于納米材料具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和一些奇異的光、電、磁等性能，將其用于涂料中后，除了可以改性傳統(tǒng)涂料外，更為重要的是可以制備各種功能涂料，如具有抗輻射、耐老化、抗菌殺菌、隱身等特殊功能的涂料。

基于納米材料與技術(shù)的納米復(fù)合體系涂層的出現(xiàn)和應(yīng)用，改善了涂料的防護能力，并使得涂料具備防紫外線等作用，使得涂料的使用價值得到明顯改善。在汽車裝飾噴涂行業(yè)中對納米材料與技術(shù)加以合理應(yīng)用，能夠海山汽車漆面的色彩效果；將納米材料應(yīng)用于建筑材料涂料中，能夠改善熱傳遞效果，并減少透光性，從而優(yōu)化涂料性能，滿足實際使用需求。

2.3納米材料材料在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用

催化劑在眾多化工領(lǐng)域中都占據(jù)著十分重要的地位，其能夠控制反應(yīng)時間、提升反應(yīng)速度與效率，顯著提升經(jīng)濟效益，減少對生態(tài)環(huán)境的污染。首先，光催化反應(yīng)。納米粒子作為光催化劑擁有粒徑細(xì)、催化效率高等優(yōu)勢，十分容易利用光學(xué)手段來對界面的電荷轉(zhuǎn)移進行等特點進行研究。例如，利用納米TiO2應(yīng)用在高速公路照明裝置的玻璃罩面中，由于其擁有較高水平的光催化活性，能夠?qū)ζ浔砻娴挠臀圻M行分解處理，從而保證其良好的透視性。又例如，在火箭發(fā)射所使用的固體燃料推進器中，如添加大約為1wt%的超細(xì)鋁或鎳顆粒，可以使得其燃燒使用率增加100%。將表面為180m2/g的碳納米管直接應(yīng)用在NO的催化還原中，從而可以增加NO的轉(zhuǎn)化率。

3 結(jié)束語

總而言之，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進步，納米技術(shù)得以形成，并在能源、環(huán)境保護等方面發(fā)揮著重要的作用，納米技術(shù)在化工領(lǐng)域中的合理應(yīng)用，一定程度上改善了社會群體的生活狀態(tài)，為新產(chǎn)品的研發(fā)與設(shè)計以及產(chǎn)品質(zhì)量的提升提供可靠的技術(shù)支持，對于現(xiàn)代社會經(jīng)濟的發(fā)展也具有重要意義。在未來發(fā)展中，納米技術(shù)也具有廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻：

[1] 張曉蕾 納米材料在化學(xué)化工領(lǐng)域中的應(yīng)用研究[J]. 《山東工業(yè)技術(shù)》，2016（16）：21-21