《创新实践周》教学大纲（本科）.docx

创新实践周教学大纲赵军伟 一、课程基本情况实践环节代码：1011149033实践环节名称（中/英文）：创新实践周/Innovative Practice Weeks课程类别：集中实践环节学分：4周数：4适用专业：材料物理适用对象：本科开课学院：材料科学与工程学院二、实践简介创新实践周是材料科学与工程学院材料物理专业特有的实践项目，内容包括离网电站设计和创新 科研实验等内容，学生根据自己的兴趣选择不同的内容和指导老师，在指导老师的指导下，完成实践 任务，提交实践报告，指导老师根据学生的表现给出成绩，指导老师是学生实践内容和实践报告的责 任人，应严格把关，确保实践效果。通过创新创业实践训练，培养和锻炼学生发现问题、分析问题和 综合运用所学知识解决实际问题的能力。培养学生的团队合作精神，为以后的学习和工作打下坚实的 基础。三、教学目标.学习和掌握文献资料的检索和应用；1 .培养和锻炼学生发现问题、分析问题和综合运用所学知识解决实际问题的能力。2 .培养和提高学生的科技创新意识，提高综合素质；.培养学生的团队合作精神，为以后的学习和工作打下坚实的基础。四、实习内容和要求学生根据自己的兴趣和个人需求，选择下列任意一个项目作为实践内容，也可以根据指导老师的 科研项目需要，选择不同的实验或实践项目。项目一锂离子正极材料的制备及性能测试1、实验目的和任务实验通过锂离子正极材料的制备、纽扣电池的封装及电池充放电性能的测试，了解和掌握锂离子电池 的原理和制备工艺。1）掌握锂离子电池的结构及充放电原理；2）掌握锂离子正极材料的制备过程及工艺；3）掌握锂离子电池的封装工艺；4）熟悉锂离子电池的充放电过程及测试方法。2、实验要求1）学习和掌握锂离子电池的基本原理；了解锂离子电池正极材料的制备方法；根据实验目的查找相关 文献，设计小组实验方案；2）熟悉仪器的使用方法，详细记录实验步骤、数据和现象；3）对实验结果进行数据处理并分析，认真完成实验报告；做PPT电子文档，进行8-10分钟的讲解。3、实验内容和步骤1）正极活性物质的制备（以LiMwOi为例）采用高温固相法制备LiMmCh正极材料，首先将Li和Mn的前驱体混合，然后经过燃烧得到LiMn2O4正 极材料。可采用分段升温、多次球磨等方法材料的结晶程度，提高材料的电化学性能，还可掺入一些 离子对活性物质进行改性。2）正负极的制备A.正极的制备正极活性物质、导电剂炭黑、粘结剂聚偏二氟乙烯混合均匀后，加入一定量溶剂N-甲基-2T比咯烷酮, 在球磨机中研磨，然后用玻璃棒在集流体铝箔上涂成均匀的薄膜，放入真空烘箱中烘干。将烘干的电 极滚压，使活性物质与集流体紧密结合。将压好的电极裁成直径15nmi圆片后储存备用。B.负极、电解液和隔膜负极是锂金属薄片；电解液为LiPFe溶于体积比EC:DC:EMC=1:1:1的溶液；隔膜为聚丙烯，将隔膜纸裁 剪成直径为17mm的圆片，裁剪过程在充满Ar的手套箱内进行。3）电池的组装电池装配过程在充满Ar的手套箱中进行。干燥的电极移入手套箱后，将正极、隔膜、电解液和负极按 顺序装入模拟电池的模具中，然后进行装配，保证装好的电池密闭性良好。4）电池的测试采用蓝电电池性能测试系统测试电池的充放电性能。项目二 发光材料的制备及光谱测试1、实验目的和任务实验通过发光材料的制备及发光材料光谱的测量，全面了解和掌握发光材料的原理和制备工艺。1） 了解发光材料的激发和发光过程；2）掌握备发光材料的制备方法，熟悉反应装置及具体实验操作；3）掌握紫外-可见分光光度计测量发光材料吸收光谱的方法。2、实验要求1）学习和掌握发光材料的发光原理；了解发光材料的制备方法；根据实验目的查找相关文献，设计 小组实验方案；2）熟悉仪器的使用方法，详细记录实验步骤、数据和现象；3）对实验结果进行数据处理并分析，认真完成实验报告；做PPT电子文档，进行8-10分钟的讲解。3、实验内容和步骤1）发光材料的制备（以丫2。3瓜为例）称取一定量的丫2。3、Eu和熔盐Li2c混合均匀。置入高温炉中进行高温合成，煨烧后粉碎、研磨并 过筛，得到丫2（）3瓜发光材料。2）发光材料的测试采用紫外-可见分光光度计测量发光材料的吸收光谱。项目三光催化材料及光催化性能测试1、实验目的和任务实验制备了纳米光催化材料。用X衍射仪、透射电镜和紫外-可见光分光光度计对其进行表征。用罗丹 明B降解反应评价光催化材料的光催化性能。1） 了解光催化反应机理；2）掌握湿化学法制备纳米光催化材料的方法，熟悉反应装置及具体实验操作；3）掌握紫外-可见分光光度计测量光催化材料催化性能的方法。2、实验要求1）学习和掌握光催化反应机理；了解湿化学法制备纳米材料的方法；根据实验目的查找相关文献， 设计小组实验方案；2）熟悉仪器的使用方法，详细记录实验步骤、数据和现象；3）对实验结果进行数据处理并分析，认真完成实验报告；做PPT电子文档，进行8-10分钟的讲解。3、实验内容和步骤1）光催化材料的制备（以ZnO为例）将适量的Zn（Ac）222O加入到乙醇溶液中，混合均匀。将浓度为IMNaO溶解于乙醇中，在室温搅拌并 与上述溶液混合。将这种混合物转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，进行反应，反应釜自然冷 却到室温，抽滤得到产物。用水清洗数次，在空气中干燥。ZnO的光催化性能可以通过离子掺杂的得到 提高。2）样品结构表征采用X射线衍射仪分析样品的相结构；使用透射电镜观察样品的显微形貌。3）光催化活性测试将光催化粉体分散在罗丹明B水溶液中，在黑暗中搅拌悬浮液12小时，以确保罗丹明B在纳米粉体表 面达到吸收平衡，然后用紫外灯管（入=365nm）照射悬浮液，继续磁力搅拌悬浮液以确保实验全过程 粒子充满悬浮液。在给定间隔抽取悬浮液并在离心机中离心，用紫外-可见分光光度计测量上层清液的 紫外吸收光谱。项目四电介质陶瓷的制备及介电性能测试1、实验目的和任务实验通过固相反应法制备电介质陶瓷，用LCR电桥对其进行表征，使学生了解介质陶瓷的制备过程及 介电性能的测试方法。1） 了解LCR电桥测试电介质陶瓷介电性能的原理；2）掌握固相反应法制备电介质陶瓷的过程，熟悉具体实验操作；3）掌握电电介质陶瓷介电性能的测试方法。2、实验要求1）学习和掌握介电性能的测试原理；了解固相反应法制备介质陶瓷的方法；根据实验目的查找相关文 献，设计小组实验方案；2）熟悉仪器的使用方法，详细记录实验步骤、数据和现象；3）对实验结果进行数据处理并分析，认真完成实验报告；做PPT电子文档，进行8-10分钟的讲解。3、实验内容和步骤1）电介质陶瓷的制备（以BaTi。?为例）称取适量的BaCOs和TiOz粉放入球磨罐中研磨，在烘箱中烘干，然后过筛。将过筛后的粉体放入马弗 炉中预烧，再次球磨、烘干、过筛。以6wt%PVA溶液做为粘结剂，将预烧过的BaTiOs粉体造粒并过筛。 造好粒的粉体放入模具中，在lOOMPa压力下压制成直径12mm的生坯片。将生坯片放入高温炉中燃烧， 得到BaTiOs陶瓷。通过复合和掺杂的能够介质陶瓷的介电性能。2）镀银电极在陶瓷片两面均匀涂覆银浆，放在马弗炉中进行热处理。3）介电性能测试A.对LRC电桥进行开路、短路校准，提高仪器的测试精度；B.将BaTiOs陶瓷试样安装在测试夹具上，在LRC电桥上读出试样在20zlMz频率范围内的电容及介电 损耗。C.对测量结果进行处理得到BaTiOs陶瓷的频谱曲线。项目五 染料敏化电池的制备及性能测试1、实验目的和任务实验通过Ti（）2纳米晶多孔膜的制备、染料敏化太阳能电池的封装及测试，全面了解和掌握染料敏化电 池的原理和制备工艺。1）掌握染料敏化太阳能电池的光电转换机理；2）掌握TiO2纳米晶多孔膜的制备技术，了解染料敏化电池的结构及组装过程；3）学习光伏电池的性能测试技术及原理。2、实验要求1）学习和掌握染料敏化太阳能电池的光电转换机理；了解溶胶-凝胶法制备Ti（L纳米晶多孔膜的方法; 掌握光伏电池的性能测试技术及原理；根据实验目的查找相关文献，设计小组实验方案；2）熟悉仪器的使用方法，详细记录实验步骤、数据和现象；3）对实验结果进行数据处理并分析，认真完成实验报告；做PPT电子文档，进行8T0分钟的讲解。3、实验内容和步骤1）导电玻璃的切割和处理用玻璃刀将导电玻璃切割成长2. 5cm,宽1.8cm的长方形，分别用去污粉、丙酮和无水乙醇超声清洗 30分钟，烘干。用万用表测定导电玻璃导电一侧，用乙醇擦拭待用。2） TiOz纳米粉体的制备称取一定量的钛醇盐融入无水乙醇中形成溶液A；将去离子水、醋酸和乙酰丙酮按一定的比例混合均匀, 形成溶液B；将溶液B缓慢滴入溶液A,搅拌，至形成果冻状凝胶。凝胶经过干燥、烧结、研磨得到TiOz 纳米粉体。通过离子掺杂的能够TiOz粉体的性能。3） TiOz工作电极的制作称取适量的TiOz粉体与硝酸和聚乙二醇在研钵中研磨，混合均匀。将TiOz水溶胶均匀涂覆在处理过的 导电玻璃上（导电一侧），置于烘箱中烘干，然后煨烧。将多孔膜取出，放在多联口比陡钉的络合物染料 中浸泡，充分吸附染料分子，制成TiOz工作电极。4）对电极的制作将氯粕酸均匀滴在导电玻璃的导电一侧并进行热处理。5）电解液配置称取一定量的KI、12和丙烯碳酸酯，使KI和L的浓度分别为0.5mol/L和0.05mol/L,再加入等体积 的叔丁基此咤。6）电池的组装把浸过染料的工作电极用镜子取出，用无水乙醇清洗晾干。两片玻璃电极错开，留出的导电部分做为 电池测，并用两个夹子把电池夹住。将电池倾斜放置，从一端的缝中滴入电解质至充满整个电池。在 四周涂上粘合剂，晾干后即可。7）电池性能测试采用电化学工作站测试电池的性能。连接循环伏安电路，光源对准工作电极一侧，调节光源与电池的 距离，使电池上的入射光强度保持不变，进行测定。设置扫描速率和电压，得到循环伏安曲线，并根 据曲线计算电池的功率、填充因子和光电转换效率，评价电池性能。项目六锂离子负极材料的制备及性能测试1、实验目的和任务实验通过锂离子负极材料的制备、纽扣电池的封装及电池循环伏安曲线的测试，了解和掌握锂离子电 池的原理和制备工艺。1）掌握锂离子负极材料的制备过程及工艺；2）掌握锂离子电池的循环伏安曲线测试方法。2、实验要求1）学习和掌握锂离子电池的基本原理；了解锂离子电池负极材料的制备方法；根据实验目的查找相 关文献，设计小组实验方案；2）熟悉仪器的使用方法，详细记录实验步骤、数据和现象；3）对实验结果进行数据处理并分析，认真完成实验报告；做PPT电子文档，进行8T0分钟的讲解。3、实验内容和步骤1）负极材料的制备（以口4也012为例）首先称取一定量的醋酸锂溶入无水乙醇中，加入去离子水和冰醋酸，搅拌均匀，得到溶液A；将一定量 的钛酸丁酯缓慢加入无水乙醇中搅拌均匀，得到溶液B； A溶液缓慢加入B中反应，强力搅拌至产物呈 凝胶状；将凝胶烘干、燃烧，得到LiJiQz负极材料。通过离子掺杂可以负极材料的性能。2）正负极的制备A.负极的制备负极活性物质、乙快黑、PVDF按一定的质量比混合均匀后，加入一定量溶剂N-甲基-2-H比咯烷酮，在 球磨机中研磨，然后用玻璃棒在集流体铜箔上涂成均匀的薄膜，置于真空烘箱中烘干。将烘干的电极 滚压，使活性物质与集流体紧密结合。将压好的电极裁成直径为15mm圆片后储存备用。B.正极、电解液和隔膜正极采用磷酸铁锂为活性物质，其制备步骤与负极制备过程相同；电解液为1M的LiPFe溶于体积比 EC:DC:EMC=1:1:1的溶液；隔膜为聚丙烯，将隔膜纸裁剪成直径为17mm的圆片，裁剪过程在充满Ar 的手套箱内进行。3）电池的组装电池装配过程在充满Ar的手套箱中进行。干燥的电极移入手套箱后，将正极、隔膜、电解液和负极按 顺序装入模拟电池的模具中，然后进行装配，保证装好的电池密闭性良好。4）电池的测试采用电化学工作站测试锂离子电池的循环伏安曲线。项目七离网光伏电站设计.设计（文章）内容（1）查阅国内太阳能光伏发电方面的文章和书籍，对太阳能光伏发电的原理、技术、规范、框架及 前景进行综述；（2）根据系统安装所在地情况、负载情况、运行要求等，对光伏发电系统进行总体计；.设计（文章）的技术指标（1）总体设计方案合理、可行，既能够满足负载正常运行的需要，又要考虑经济性；（2）每一模块的控制策略能够实现基本的设定功能，而且要注重控制策略的易实现性。（3）并网控 制策略应具备功率点追踪功能；1 .设计（文章）的基本要求（1）掌握太阳能光伏发电系统的总体设计思路。2 2）完成毕业设计说明书一份。五、时间安排创新实践周一共4周时间，学生任选其中一项教学内容，一般安排在第7学期进行，实践进行期 间理论课程停课4周。序号教学内容所用时间1锂离子正极材料的制备及性能测试4周2发光材料的制备及光谱测试4周3光催化材料及光催化性能测试4周4电介质陶瓷的制备及介电性能测试4周5染料敏化电池的制备及性能测试4周6锂离子负极材料的制备及性能测试4周7离网光伏电站设计4周合计4周六、实践报告1 .实习报告的内容实践报告内容根据具体的实践内容撰写，字数不低于3500字。内容包括研究背景、研究现状、正 文、结论（创新点）、参考文献等内容。2 .实践报告编写的基本要求实践报告统一按照毕业设计（文章）的格式要求撰写。七、考核按照成绩总分,分为（90T00分）、良好（80-89分）、中等（70-79分）、及格（60-69分）和不及格 （60分以下）五个档次。考核总分为100分，其中平时成绩占50%,包括实验操作30%和实验纪律20%； PPT讲解占10%；实验报告占40%o八、教学资源离网电站教学资源包括材料科学与工程学院设计室和校外实践基地。创新实验教学资源包括材料 物理实验和材料科学与工程学院实验教学等。