《纳米材料导论》课程教学大纲.docx

纳米材料导论一、课程介绍本课程介绍了纳米科学与纳米技术，自然界中的纳米结构与纳米材料，纳米材料的 结构及物理、化学性质，纳米固体材料的微结构，纳米结构组装，纳米微粒的制备与表 面修饰，金属纳米材料的晶体学，碳纳米球和碳纳米管，石墨烯的制备、功能化及其应 用，表面物理化学，粘土矿物及其纳米复合材料。IntroductionThe nanometer regime covers the transition from condensed matter behavior to atomic and mol ecular properties and thus is a very rich but al so very demandi ng area in materials science. Close to the condensed matter side, properties and functions might still very well be scalable, whereas close to the atomic and molecular side, the scalability is mostly lost. Properties and functions change qualitatively or quantitatively by orders of magnitude when the dimensions become smaller than a critical size in the nanometer range. This course introduces nanoscience and nanotechnology, natural nanostructures and nanomaterials, the structure of nanomaterials, physical and chemical properties of nanomaterials, microstructures in nanomaterials, nanostructrue assembly, preparation and modification of nanoparticles, crystallology of metal nanomaterials, carbon nanoball and nanotube, graphene, nanocomposites, and physical chemistry of surfaces.课程基本信息课程名称纳米材料导论课程编码431110英文名称Introduction to Nanomaterials Science课程学时32课程学分2课程类别学科基础课程课程性质选修课开课学期第5学期课内实验学时适用专业材料物理专业开课单位材料科学与工程学院材料科学系选用教材纳米材料科学导论，第2版.高等教育出版社，2010.陈敬中等编.主要参考书1 .物理化学.高等教育出版社，2006.傅献彩等著.2 .晶体物理学基础.科学出版社，1992.陈纲等著.3 .纳米材料学.辽宁科学技术出版社，1994.张立德等著.4 .准晶结构及对称新理论.华中理工大学出版社，1996.陈敬中著.5 .纳米材料.化学工业出版社，2000年.张立德著.6 .纳米复合材料.化学工业出版社，2002年.徐国财等著.7 .纳米材料化学及其应用.清华学出版社，北京交通大学出版社，2009.朱红 著.8 .纳米制造前沿综述.科学出版社，2009年.王国彪著.二、教学大纲1、教学目的“纳米材料导论”是材料物理与化学专业本科生的一门材料科学方面的基础选修课。开设此课 程旨在拓展学生的视野，掌握纳米材料领域中的基础知识、基本概念、基本原理及在实际生活中的 应用，为后续相关课程的学习及相关领域的科学研究提供必要的知识储备。2、教学要求按照习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上的指示，要坚持把立德树人作为中心环节， 把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人。结合思想政治教育，帮助大学 生形成正确的世界观、人生观和价值观，一方面要增强学生的专业自豪感，另一方面要培养学生的 “工匠精神二教师要积极备课，对课程内容要融会贯通，切忌照本宣科。授课在多媒体教室，充分利用多媒 体教学课件，结合典型实用案例，边授课边演示。做到授课内容与大纲相符，注重平时成绩（课堂 活动与作业）积累，成绩评价体系标准真实、严谨、公平、公正、公开，能促使学生学习的积极性。3、预备知识或先修课程要求在学习本门课程之前需要掌握一定的无机化学、物理化学、有机化学、物理、材料学等方面的 基础知识。4、教学方式本课程采用多媒体教学，教师讲授与课堂讨论相结合，总课时为32学时。5、课程教学内容及学时分配第一章 纳米材料基础知识（8学时）1.1 纳米材料及其分类1.1.1 纳米材料的定义1. 1.2自然中的纳米材料2. 1.3人工纳米材料3. 1.4纳米材料的分类1.2 纳米科学的里程碑事件1.3 纳米材料的基本效应1 . 3. 1尺寸效应2 . 3. 2量子效应3 . 3. 3表面或界面效应4 .3.4形状效应5 .3.5库仑阻塞与量子隧穿6 .3.6介电限域效应第2章胶体与固体表面、界面（10学时）2.1胶体和胶体的基本特征2.2溶胶的动力性质2. 2. 1布朗运动2. 2.2扩散和渗透压2. 2. 3沉降和沉降平衡2.3溶胶的光学性质2. 3. 1 丁达尔效应和瑞利公式2. 3. 2超显微镜的基本原理和粒子大小的测定2.4溶胶的电学性质2. 4. 1电动现象2. 4.2电泳电渗沉降电势和流动电势2.5双电层理论和zeta电势2.6溶胶的稳定性和聚沉作用2. 6. 1溶胶的稳定性2. 6.2影响聚沉作用的一些因素2. 6. 3胶体稳定的DLVO理论大意2. 6.4高分子化合物对溶胶的絮凝和稳定作用2.7表面与界面化学2. 7. 1表面张力和表面吉布斯自由能3. 7.2弯曲表面下的附加压力和蒸气压4. 7.3溶液的表面吸附5. 7. 4液-液界面的性质6. 7.5 膜7. 7. 6液-固界面（润湿作用）第3章气相法制备纳米微粒（6学时）7.1 纳米材料的结构与性能7.2 纳米材料的制备方法分类7.3 气相法制备纳米微粒8. 3. 1定义3. 3. 2气相法合成过程3. 3. 3气相成核机制3. 3. 4气相法的特点和优势3.4 低压气体中蒸发法3.4.1 低压气体中蒸发法的原理3.4.2 4.2低压气体中蒸发法的粒径调控3.4.3 低压气体中蒸发法的分类3.5 氢电弧等离子法3. 5. 1等离子体3. 5. 2低温等离子体及其应用3. 5. 3高温等离子体及其应用3. 5.4等离了体加热蒸发法制备纳米粒子的原理及特点、分类3. 5.5氢电弧等离子体法的合成机理、特点3. 5.6氢电弧等离子体法制备的金属粒子特性3.6溅射法3. 6.1溅射法制备纳米微粒的原理3. 6.2溅射法制备纳米微粒的优点3.7流动液面上真空蒸镀法3. 7.1流动液面上真空蒸镀法的原理流动液面上真空蒸镀法制备纳米微粒的优点3.8电加热蒸发法3. 8. 1电加热蒸发法的原理3. 8.2影响因素3. 9化学气相沉积3. 9.1定义、特点及分类3. 9. 2热解化学气相沉积3. 9. 3化学合成气相沉积3. 9. 4化学输运反应3. 9.5化学气相沉积的沉积机理3. 9.6激光诱导化学气相沉积3. 10爆炸丝法4. 10. 1放电爆炸的应用5. 10.2爆炸丝法的原理6. 10.3影响因素第4章液相法制备纳米微粒（6学时）4. 1基本原理4. 1. 1定义4. 1. 2优点7. 1.3成核与生长过程4.2沉淀法4. 2. 1原理及分类4. 2. 2共沉淀法4. 2. 3均相沉淀法金属静盐水解法4.3喷雾法4. 3. 1原理4. 3. 2喷雾干燥法4. 3. 3雾化水解法雾化焙烧法4.4水热法4. 4. 1水热法4. 4. 2有机溶剂热法4.5溶剂挥发分解法（冷冻干燥法）4. 5. 1原理4. 5. 2特点4. 5. 3过程4.6溶胶-凝胶法4. 6. 1原理4. 6.2制备过程4. 6. 3特点4.7.乳液法4. 7. 1原理4. 7. 2特点4.8辐射化学合成法1 .8.1表面等掰子体光学及其应用4 . 8.2纳米粒子的光诱导合成第5章固相法制备纳米微粒（1学时）5. 1基本原理5.2 热分解法5.3 固相反应法5.4 高能球磨法第6章表面修饰与表面改性（1学时）6. 1表面修饰与表面改性的目的7. 2表面物理修饰6. 2.1范德华力吸附6. 2. 2表面沉积法6. 3表面化学修饰6. 3. 1偶联剂法6. 3. 2酯化反应法表面接枝改性法6、考核方式本课程为考试课，采用闭卷考试。平时成绩占30% （含出勤情况、课堂互动、作业等），期末考 试占70%。