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

篇1

教學內容的調整優化

1結合地方實際，調整優化課程內容《材料化學》涉及的內容很繁雜，新材料廣泛用于通訊、交通、能源、生物醫用以及建筑等各種領域。作為一門選修課，只有36學時，不可能每個章節都能講得非常細致全面，這就要求老師講授內容要精心組織，貫徹少而精，求實效的原則，結合地方實際的需求來安排教學內容。并且，課堂教學的目標不是將所有的知識傳授給學生，而是將學生引入一個新領域。于是，我們根據教學大綱和教學目標，結合廣東省尤其是惠州市企業的實際情況，對《材料化學》的教學內容進行了調整優化，對于特種陶瓷材料、光學材料、功能高分子材料以及半導體材料等進行重點講解。例如，惠州市是全國應用LED的試點城市之一，有強大的照明和顯示產業。我們結合2008北京奧運會以及上海世博會應用了大量的LED燈作為實例，對LED的原理、優點、國內外現狀、存在的問題以及發展趨勢進行詳細的講解，使學生對LED有了一個初步的認識和了解。

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

教學方法和手段的改進

根據不同的教學內容，改革教學方法和手段，是提高教學效果的重要環節。《材料化學》涉及的化學基礎知識很多，包括無機化學、有機化學、物理化學、分析化學，甚至包括工程技術專業課程化工原理的相關知識。很多學生就不擅于綜合應用化學化工的基礎理論來理解材料科學，反映《材料化學》比較難學。針對這些問題，我們對教學方法和手段主要做了如下的改進：

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

(2)組織好課堂教學。在設計一堂課的時候，根據講授內容，以不同的方法進行教學。例如，講超導材料一章時，我們以3D電影《阿凡達》為例，讓學生討論地球人與納威人為什么而戰，名叫“Unobtanium”的礦石有什么用等等，從而引出超導材料，這樣就大大激發了學生的學習興趣。講功能高分子材料一章時，先讓學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效果。在教學過程中，老師不但要授之于魚，而且要授之于漁，因此一般采用設疑或質疑的方式，引導學生獨立思考，并分析討論得出正確的結論，充分發揮學生學習的主觀能動性，把被動學習變為主動學習，將他們的求知、就業、成才聯系起來[2]。(3)恰當使用多媒體教學。材料化學的發展，不外乎深化和融合。深化，即是從宏觀的反應動力學到微觀的反應動力學，從平衡態到非平衡態，從研究個體發展到研究相之間聯系、滲透以及不同層次的整體統一。融合，即是采用多學科滲透、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，學生難以理解。而多媒體教學具有直觀、形象、生動、信息量大、交互性強、人性化和科學性的特點，對于增加課堂容量，促進教學過程的優化和個性化，調動學生的積極性，提高教學的質量和效益起到了巨大的作用。但是多媒體教學容易削弱課堂上老師與學生之間的情感交流。因此課堂上應恰當地運用多媒體、掛圖、模型、板書，傳統和現代的教學手段相結合，創造良好的學習氛圍，幫助學生理解知識，讓學生記憶深刻。

考核方式多種多樣，注重培養學生的綜合素質

大學生綜合素質的培養是社會發展的需要，也是高等教育改革的目標[3]。而學生課程成績的考核，既是提高學生綜合素質，考查學生掌握知識、運用知識的重要手段，也是檢驗教師教學的一種方法。作為一門重要的專業課，材料化學要培養大學生實事求是、嚴格要求的科學態度，培養大學生實現某個目標具有的科學思路、創新精神，應該采取多種多樣的考核方式，激發學生的學習熱情，提高教師的教學水平。本課程強調平時成績的重要性，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：一是根據學生的出勤情況；二是根據課堂表現，例如老師提問，學生參與討論的積極性，發表自己的見解；或者是讓學生自學、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，考查學生課外查閱文獻、主動獲取知識的能力以及自學能力。

篇2

該公司領導班子十分重視安全生產工作，深知企業安全生產工作的重要性和必要性。確立了“抓生產從安全入手，抓安全從生產出發”的工作指導思想，視安全生產工作為一切工作的頭等大事，重中之重。公司成立安全生產管理機構，由總經理王堅先生直接擔任組長，對企業安全生產負全面責任，各部門主管為安全管理機構成員，配備專職安全生產管理員(注冊安全主任)，協助企業領導，做好安全生產工作，做到安全管理制度落實有人抓，安全生產工作有人管。

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

該公司根據《公司安全生產責任制》的要求和安全生產管理方面的責、權、利統一原則，層層簽訂了責任書，把安全生產責任層級分解，將責任和指標明確到部門、班組、個人，做到一級抓一級，一級對一級負責。

二、真抓實干突出安全制度落實

一是落實安全教育培訓制度。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系到安全生產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，堅持經常性的安全教育。今年上半年共舉辦了18期培訓班，共600人次接受安全培訓教育。第三，加強管理人員培訓。現有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人持有安全標準化證，3人持有危化品登記證，7人持有特殊工種作業證。通過教育培訓等手段，加強全體職工的安全生產意識，提高安全生產管理及操作水平，增強自我防護能力，保證生產的順利進行。

二是落實安全生產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容有：消防設備、安全教育、安全制度的落實、現場管理、機械設備及勞動保護等。公司的各級領導、安全管理人員堅持每天到各生產場所進行安全檢查，并且還實施了領導夜間巡查制度。發現違章違紀行為及時糾正，并將檢查工作與考核工作有機地結合起來，實行安全檢查制度化、經常化，最大限度消除事故隱患的發生。

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、當月結算，當月無“三違”、無事故，保證金全額返回。班組出現“三違”行為，取消該班組當月全部保證金的發還。部門月累計出現兩次“三違”現象，加扣部門經理當月50%的保證金；部門月累計出現三次以上“三違”現象，取消該部門經理當月全部保證金的返還。公司還設立安全生產獎勵基金10萬元。

三、探索創新追求最佳安全管理水平

該公司在廠區管理方面，實施了《人員進入廠區的安全管理規定》。

在現場管理方面，采取安全教育方式及同員工簽訂《崗位責任狀》和《工作環境告知書》，按《設備日常保養計劃》定期進行維護保養。車間實行劃線管理，物品按區域分類存放，禁止通道上擺放物品；在各作業場懸掛了安全技術說明及崗位操作規格，設置了明顯醒目的安全警示標志。

在對重大危險源的管理方面，溶劑貯罐區非工作人員未經許可不準進入，進入溶劑貯罐區的工作人員必須嚴格操作規程，方可入內。劇毒倉庫實行“五雙”制度管理，安裝了洗眼器、噴淋裝置。

在消防設施方面，制定《消防設施檢查維護計劃》，認真落實日常檢查及維護并做好相關的記錄。

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。成立義務消防隊，每月給予了相應的補助，每月訓練一次，每年組織兩次事故應急演練。生產車間、倉庫安裝可燃氣體報警裝置114個，按規定設置防靜電裝置。為操作人員配備符合國家標準和行業標準的勞動保護用品，配備了工作鞋、工作服、手套和口罩。此外還建起iso14000的環境管理體系。

篇3

一、無機材料化學的學科特色

材料是人類文明的物質基礎和先導,是直接推動社會發展的動力。基于材料對社會發展的作用,人們將信息、能源和材料并列為現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。新材料既是當代高新技術的重要組成部分,又是發展高新技術的重要支柱和突破口。伴隨著信息時代的來臨和材料設計、制備及加工的信息化處理,世界各國都將目光轉向具有“高、精、細”特征的新材料萬面,我國也將新材料作為重點發展的行業之一。鑒于此,國家中長期科學和技術發展綱要(2006年-2020年)將新材料技術列為前沿技術,提出新材料技術將向材料的結構功能復合化、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展;要突破現代材料設計、評價、表征與先進制備加工技術,在納米科學研究的基礎上發展納米材料與器件,開發超導材料、智能材料、能源材料等特種功能材料,開發超級結構材料、新一代光電信息材料等新材料。這一切都預示著材料科學正經歷著一次重大的變革。因此,加強材料科學領域創新人才的培養是時代的要求。

無機材料化學是材料化學家從材料科學、材料工藝和技術的角度出發,把固體物理、固體化學相關理論和工程方面有關無機材料研究的化學內容集中起來,加以分析、綜合和提高而形成的一門獨立學科。[2]無機材料化學研究的范圍非常廣泛,包括材料相關的基本概念和理論、制備原理、結構表征、重要的材料類型及其相關性能等多方面的內容,涉及了固體物理、固體化學、材料科學等學科的相關理論,是一門典型的交叉性學科。進入20世紀90年代以來,材料科學技術的發展異常迅猛,材料科學與生命科學、信息科學、環境科學等共同構成了當代科學技術的前沿。展望21世紀,材料科學技術研究開發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、高溫超導材料、納米材料等,[3]這些都屬于無機材料化學的研究范疇。因此,無機材料化學又是一門具有前沿性的學科。基于學科背景和課程特點,我們在大連理工大學教改項目的支持下,以提高教學質量、培養學生的創新能力為主線,以建設精品課程為目標,進行了一系列教學改革和研究。

二、教學內容的選取

高等學校教學中教材內容的陳舊是影響創新型人才培養的突出問題,也是高校課程改革的重點。目前,高校教材內容不能適應現代化人才培養的需要,內容的先進性方面不能適應科學技術飛速發展的要求,不能適應知識經濟時代創造型人才培養的要求。[4]特別是面對具有前沿性特點的材料化學,教材的內容相比速增長和更新的新材料來說,嚴重滯后。而要培養創新型人才,掌握最新的科研成果對于激發學生的創新思維非常重要。[5]向學生講授科學前沿知識可以激發學生們的求知欲,為他們提供一個創新的空間,使學生能夠近距離地感受創新的價值和創新帶來的激情。因此,挑選合適的教材是非常重要的。我們挑選了北京大學林建華、荊西平編寫的《無機材料化學》。該書將無機材料化學中重要的基礎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領域的最新進展,并附有近期發表在國際主流期刊上的相關文獻,整本教材體現著材料科學、化學和物理等學科交叉與滲透的特點。如果學生對教材中的某些前沿內容感興趣,可以在教材中找到相應的參考文獻,在圖書館下載后仔細閱讀。

課堂上僅傳授知識是遠遠不夠的,教學內容還要有一定的探索性,能讓學生有一定的思考空間。教學中,我們發現學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內容,結合自身科研經歷令課堂生動有趣,深化了教學效果。我們經常把自己在科研工作中的體會、最新科研成果轉化為教學內容,設計一些開放式的問題與學生探討,自覺地把創新意識、創新能力的培養融入課堂教學之中。我們還結合相關的教學內容,穿插講解一些科學方法論的知識,培養學生的科學精神。例如,在講到固溶體合金的形成規律時,我們向學生講述了現代物理冶金學重要創始人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,開創性地提出了著名的Hume Rothery準則。這位杰出的科學家一生始終以樂觀向上的生活態度,堅持不懈地勤奮工作著。學生們紛紛為Hume Rothery的人格魅力而傾倒,希望自己也能投身科學,在某一領域取得杰出成就。我們經常把本學科碰到的難題以及學科前沿的問題向學生進行適當的介紹,激發學生的民族自豪感,培養學生的創新思維和探究精神。例如,在講到第八章電介質材料時,我們將著名納米科學家王中林發表在《科學》上的氧化鋅“納米發電機”一文介紹給學生。在講到第九章超導材料時,我們向學生們介紹了我國在超導材料的研制上一直處于國際領先水平,特別是2008年我國在高溫超導研究上取得重大突破,發現了一類新的高溫超導材料———鐵基超導材料,在全球范圍內掀起了超導材料研究的新熱潮,并介紹了鐵基超導材料的結構和性能。在講到第十二章發光材料時,我們向學生介紹了大連路明集團開發的“水立方幔態LED”在研發、制造、安裝中創造的7項“世界第一”。這些事例大大激發了學生學習相關章節內容的興趣,同時也培養了學生的民族自豪感和投身科學的信心與決心。實踐表明,將科研引入教學過程,有力地促進了學生對知識的掌握和能力的提高,促使學生形成了正確的科學精神和科學態度,大大提高了教學的實際效果。

三、教學方法的改革

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

本課程的特點是知識點多而且分散,學生容易只見樹木、不見森林。為此,我們理出了一條課程主線,向學生清晰地展示各章節的作用以及章節之間的聯系(如圖1)。我們力爭做到講課內容少而精,重點突出,主次分明,出現在不同章節但內容相關的部分放在一起講解。例如,與Fermi面附近的能態密度相關的性質有金屬材料的電子熱容和Pauli順磁性(第四章)、金屬材料的電導率(第九章)、超導材料的臨界溫度(第九章)等,將這些知識點放在一起進行對比和總結,學生對Fermi能級的概念就會有非常清晰和深刻的認識。課程教學的重點在于使學生掌握該學科的思維方式和研究方法,給學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”,這里強調的就是教授學生學習方法的重要性。[6]材料的組成和結構決定了其物理性質,這是材料化學的核心和基礎。將鈣鈦礦材料的結構(第三章)和其鐵電性質(第八章)結合起來講解,學生不僅對該類材料的結構和特殊的物理性質有了深刻的認識,更深化了對結構-性能關系的理解,掌握了該課程的學習方法。

在實踐中,我們采取了傳統教學與多媒體教學結合、自主學習與協作學習結合,基于問題學習、基于案例學習、研究型學習等多種形式的教學策略,提高了學生學習和思考問題的效率。實踐表明,適度使用多媒體教學,將材料實際應用的照片、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生,能為教學過程提供豐富的感性材料,豐富課堂教學內容。鑒于新材料的發展日新月異,每天新概念、新構想、新方法都在不斷涌現,我們在課堂上及時地將與課程內容相關的最新文獻介紹給學生,課堂教學結束前提出下次課程內容的前沿課題,讓學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有余力的學生接觸到材料化學領域的最新研究進展,培養他們對教材內容的興趣并找到自己的科研興趣,另一方面可以讓學生看到自己知識結構的不足,在學習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,為將來進行專業科學研究奠定了一定的基礎。通過一個學期的嘗試,我們感到教學效果非常好,學生經常在下課后圍著教師交流,提出各種材料學領域的前沿問題與教師探討。有幾個表現突出的學生已經進入到某些課題組,開展創新實驗了。另外,在課堂上,我們結合自己的科研實踐,提出開放式的與課程內容相關的問題,讓學生思考和回答。我們鼓勵學生提出不同的見解,這樣就增加了師生互動,活躍了課堂氣氛,提高了學生的學習興趣。我們將本課程教學方法作一總結列于表1中。

四、實驗教學方案設計

篇4

在《材料化學》緒論課的教學過程中，采用啟發引導教學方式，以“材料、材料與化學、材料化學”為主線進行教學設計，通過講解材料發展中的化學，引入材料科學與化學的區別與聯系，重點從材料結構、制備、性能和應用四個方面講授了材料研究中的化學問題，使學生對本課程的內容有了清晰的認識，激發了學生學習本課程的信心和興趣，并取得了滿意的教學效果。

關鍵詞:

材料化學;緒論課;教學設計

材料化學是材料科學與化學的交叉學科，伴隨著材料科學的發展而誕生和成長，即是材料科學的重要部分，又是化學學科的一個分支［1］。目前，很多高等學校的化學和材料類專業開設了《材料化學》這門課程。《材料化學》是南陽師范學院材料化學專業的核心基礎課程，對于培養學生的材料科學基礎知識，分析和解決材料制備和應用中的化學問題的能力起到了關鍵作用。但是該課程涉及的知識面廣泛，內容龐雜、概念甚多、加上課程改革，理論課時數減小，學生在學習《材料化學》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，是師生之間學習和交流的起始點，能為學生建立起一門課程的知識輪廓。通過對緒論進行學習，學生可以了解課程在所學專業中所處的地位和作用，以及該課程的教學內容、學習方法和考核方式等問題［2］。如何激發學生學習該課程的興趣，提高課程的教學質量，緒論課在整個課程教學中有著舉足輕重的地位。結合近年來的教學實踐，就如何講好《材料化學》緒論課談一些心得。

1首先明確課程性質、特點及地位

教學之初，首先明確該課程作為專業核心課程的重要地位，是學習后面材料專業課程的基礎課程，同時明確考核方式，加強學生對本課程的重視程度。材料化學是材料科學和化學學科的交叉學科，課程內容既涉及工程材料應用中的實際問題，又包括材料結構及制備中的化學問題。作為一門交叉學科，很多知識點與材料學和化學課程中的相關內容重復，很多學生以為學過相關知識，就會從思想上松懈。然而，相關知識點雖然出現重復，但在不同學科中講授的重點是不同的。在講授材料化學課程的過程中，要著重培養學生利用化學的思維解決材料科學中的問題，使學生深刻領會化學與材料科學交叉的重要意義。通過一些實例，講解本課程與化學和材料相關課程的區別和聯系，使學生更加深入了本課程的性質和地位。材料科學是偏實際應用的工科課程，化學是偏理論的理科課程，材料化學則是利用化學的理論解決材料應用中的實際問題。

2材料

以材料的實際應用為引子，如材料在航天航空、交通運輸、電子信息、生物醫藥等領域的應用，帶領學生進入學習狀態，引導學生回想什么是材料?材料的種類?提出材料是對人類有用的物質，是人類賴以生存和發展，征服自然和改造自然的物質基礎;是人類進步的里程碑。然后介紹材料的發展歷史，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。根據材料的發展史，啟發學生思考材料研究和發展過程中的規律和特點。人們對材料的使用經歷了從天然材料到合成材料，從傳統材料到新興材料。傳統的材料主要以經驗，技藝為基礎，材料靠配方篩選和性能測試，通過宏觀現象建立的唯象理論對材料宏觀性能定性解釋，不能預示性能和指明新材料開發方向，而新型材料則以基礎理論為指導。材料科學的歷史表明，當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。化學的發展往往導致材料技術的實質性進步。在新材料的研發和材料工藝的發展中，化學一直擔當著關鍵的角色［3］。任何新材料的獲得都離不開化學，以石墨烯為例，物理學家主要關注其電子結構及輸運理論，材料學家主要測試材料的電磁、光電、傳感和催化等性能，而化學家的任務則是利用化學氣相沉積和插層剝離等方法制備該材料。只有通過化學氣相沉積法制備出高質量大尺寸的石墨烯，才能推動石墨烯在電子信息領域走向實用化。

3材料與化學

材料化學是材料科學與化學學科的交叉，很多學生容易混淆材料科學和化學的研究范疇。在本課程的第一節課，一項重要的任務是使學生明確材料科學和化學的研究內容和范疇，這對于后續相關概念的講解至關重要。材料科學的研究對象是材料，材料是對人類有用的物質，指的是人類用于制造物品、器件、構件、機器或其他產品的那些物質。而化學的研究對象是物質，物質是構成人類物質世界的基礎。材料是物質，但不是所有物質都可以稱為材料;材料科學是一門研究材料的成分、組織結構、制備工藝與材料性能及應用之間相互關系的科學;而化學則是從原子和分子角度研究物質的組成，結構、性質及相互轉變規律的科學。因此，化學研究的尺度范圍是原子、分子、分子納米聚集體。材料科學最早研究的尺度范圍在微米以上，如鋼和陶瓷的組織結構。隨著一些新興材料的出現和發展，人們對材料的研究甚至小到電子結構。如近些年發現的拓撲絕緣體，其表面導電，體內不導電的性質由其拓撲的能帶結構決定，而該拓撲結構則與電子的自旋運動有關，研究拓撲絕緣體必須從電子自旋角度認識其結構。因此，材料科學的研究范疇不斷拓展，并于其它學科交叉。

4材料化學

通過學習材料的發展歷程、材料科學與化學之間的區別和聯系，學生已經對材料化學有了一定的認識，引導學生給材料化學下一個定義。材料化學是關于材料結構、制備、性能和應用的化學。本校材料化學專業選用曾兆華、楊建文編著第二版《材料化學》作為教材，教材的章節也是按照材料結構、制備、性能和應用進行安排的［4］。在這部分內容講授過程中，可以讓學生以教材目錄為參照，講到相關內容可以與教材相關章節進行對應。

4.1材料的結構

從三個層次講解材料的結構，分別是電子原子結構、晶體學結構和組織結構。電子原子結構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問題主要涉及原子序數、相對原子量、電離勢、電子親核勢、電負性、原子及離子半徑等。原子序數決定了材料的化學組成，電負性決定材料內部原子之間的鍵合方式，從而影響材料的導電性、強度和熱膨脹系數等。晶體學結構主要指原子或分子在空間排列的方式，根據原子排列的有序性，將材料分為晶體和非晶體。晶體中出現局部無序，或對理想晶體的產生偏離，則出現缺陷。缺陷的存在影響材料的力學性能和電學性能等。如在本征硅內部摻雜磷元素，磷原子替代硅原子的位置，形成雜質原子缺陷，增加本征硅的導電性，形成N型半導體。組織結構主要指材料的物相組成及結構、晶粒的大小和取向等。在大多數金屬、某些陶瓷以及個別聚合物材料內部，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。在這一結構層次上，顆粒的大小和形狀起著關鍵作用。大多數材料是多相組成的，控制材料內部物相的類型、大小、分布和數量可以調控材料的性能。

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，并轉變為有用產品的一系列過程。材料制備的方法和工藝影響材料的結構，從而影響材料的性能。根據制備原理的不同，材料制備方法可以分為物理法和化學法。物理法指在材料制備過程中，僅改變材料內部原子或分子的聚集狀態，不涉及化學反應的方法。如真空鍍膜、濺射鍍膜、脈沖激光沉積法等。化學法則在材料制備過程中，涉及化學反應，并且有新物質的生成。如固相反應法、有機合成法、水熱法、沉淀法、化學氣相沉積法等。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，也可以采用化學法制備。2004年發現石墨烯的報道，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，采用化學氣相沉積法則可以制備高質量大尺寸的石墨烯。另外，以石墨為原料，利用化學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，在不同的應用領域采用的石墨烯制備方法是不同的。

4.3材料性能

材料的性能由其結構決定，與材料制備的工藝和方法有關。性能是指材料固有的物理、化學特性，材料性能決定了其應用。廣義地說，性能是材料在一定的條件下對外部作用的反應的定量表述，例如力學性能是材料對外力的響應、電學性能是對電場的響應、光學性能是對光的響應等。因此，材料的性能可分為力學性能和特殊的物理性能。常見的力學性能包括材料的強度、硬度、塑性、韌性等。力學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。微小的結構變化往往對材料的力學性能產生很大的影響。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構和制造工藝決定。對于許多半導體金屬和陶瓷材料來說，即使成分稍有變化，也會引起導電性很大變化。過高的加熱溫度有可能顯著地降低耐火磚的絕熱特性。少量的雜質會改變玻璃或聚合物的顏色。

4.4材料應用

材料化學已經滲透到現代科學技術的眾多領域，如電子信息、環境能源、生物醫藥和航天航空等領域。例如，在電子信息領域，現代芯片制造離不開化學。光刻過程使用的光刻膠和顯影液，鍍膜過程中的化學氣相沉積和原子層沉積，刻蝕過程中的反應離子刻蝕，這些工藝過程都離不開化學的作用。在環境能源領域，新型光催化材料和太陽能電池材料的研究和開發，離不開化學法制備材料和對材料進行化學摻雜改性。在生物醫藥領域，對傳感材料進行化學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。在航天航空領域，各種輕質、耐高溫、耐摩擦等結構材料和功能化智能材料的研發都離不開化學。

5結語

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

參考文獻

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

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

［3］唐小真，楊宏秀，丁馬太.材料化學導論［M］．北京:高等教育出版社，1997.

［4］曾兆華，楊建文.材料化學.2版［M］．北京:化學工業出版社，2013.

篇5

關鍵字：納米材料；一維鉬氧化物；化學鋰化；電活性

近年以來，人們對于物質世界研究已經深入到原子、分子等微觀領域，納米技術被研發于上個世紀八十年代末，它指的是人類在納米單位即0.1至100毫米間對物質特及互相作用進行研究，同時利用它的特性的多學科的技術，目前已經成為主流研究領域。

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，包括納米管、金屬、棒和半導體線、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，如超薄膜、超品格等。三維納米材料。它主要由納米晶體構成的材料。

在這之中，一維納米材料具有特殊物理化學性能與可作量子器件的優勢而被人們所重視，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、光學等特性均提供了效果極佳的模型系統。

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水熱合成的納米帶，放入裝30毫升去離子水燒杯中，經超聲分散半小時，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，把淡藍色流變相液體轉移到容量50毫升的聚四氟乙烯的內襯不銹鋼的反應釜里，反應釜經180攝氏度、24小時的水熱后，自然冷卻至與室溫相當，將所得到的沉淀物分別使用乙醇與去離子水進行數次洗滌，最終在80攝氏度條件下經12小時干燥后得到最終產品。

由相關XRD圖譜顯示可以得出，鋰化并沒有對納米帶的晶體結構進行破壞，但是鋰離子嵌入已使晶面距稍微擴大，其表現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構，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斷裂，其長度縮短至2至6μm，產生了較多的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構仍然是單品正交相。

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，把溶膠轉移容量為50毫升，內襯為聚四氟乙烯制不銹鋼反應釜里，后續的工藝和間接鋰化方法相同，同樣能獲得淡藍色產物。

該產物的XRD圖譜峰位一致，表明鋰鹽的存在對于溶膠產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，鋰離子嵌入故占據了一定數量的嵌理位置，使初次放電的電量明顯減小，隨著循環的持續進行，鋰化納米帶便體現出其相當穩定的優勢，經15次的循環以后，比容量仍然保持220mAh/g，同時容量的保持率達92%。

對純納米帶循環15次以后180mAh/g的比容量進行相對比，容量保持率達60%與3.48的δ數值，可直觀發現經鋰化后納米帶具備更好的循環穩定性，得益于鋰離子嵌入對其層結構起到支撐作用，使得充放電的比容量始終維持于平穩的數值范圍之內。

（二）納米器材。采用靜電紡絲的技術制備具備“線中棒”的分級結構釩氧化物超長型納米線，發現該線作為鋰離子的電池正極材料具備較高比容量與優良循環性能。相比于常規的納米材料，這類新穎的分級結構可有效防止納米材料因高比表面能而發生自團聚的現象，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，設計單根納米線電化學器材，通過原位的表征，建立該納米線電輸運、結構、電極充放電等狀態間的直接聯系，發現容量的衰減和電導率降低有著關聯。為進一步研究出化學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，這是半導體氧化鉬與金/鉑電極間產生的，在大約2V的時候，傳輸的電流約300pA。鋰化之后，I-V的曲線顯示歐姆特性，在大約2V的時候，傳輸的電流約10nA，根據測定電阻、有效長與橫截面積的計算，納米帶在鋰化前后電導率大致分別是10-4與10-2S?cm-1。通過鋰化后，電導率相應增加了數量級兩個。因為納米的帶沿面生長，所以納米帶的導電性也增加，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。

在電化學的循環過程之中，納米帶層間距隨鋰離子嵌入或脫離而持續擴大或縮小，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構穩定性，第一次鋰化所導入的鋰離子始終保留于晶格之中，進而提升導電性，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特性，對合理及應用納米材料有著相關重要的影響，也為我國在各行業、領域推廣使用納米材料打下良好理論基礎。

參考文獻：

篇6

【關鍵詞】材料化學 教學大綱 教材 教學方法

培養既具有材料專業知識又具備化學專業知識的復合型人才，對滿足社會發展需要具有重要意義。為此結合我校學科建設的需要和人才培養的需求，我校于2009年成立材料化學專業，下設于稀土學院，并于2010年9月招收了第一批新生。為滿足復合型人才的培養需求就依賴于材料化學專業的定位，基于此，我院材料化學專業設置了兩個方向：一是工業催化；二是能源材料。而專業定位的落實直接依賴于課程體系的設置。基于學分制實施的要求和學校關于專業課程結構設置的總體思路， 以“重基礎、寬口徑和強能力”為指導原則， 我院在課程設置上力求反映材料化學專業的培養目標、專業特點和培養要求， 注意改變知識簡單任意拼湊、課程之間相互脫節狀況， 整個課程以通識必修課程、學科基礎課程、專業必修課、專業選修課和實踐教學環節構成，理論課程和實驗體系課程都進行了模塊化設置。另外，為了解決目前教學內容多與課時少之間的矛盾，對于一些在不同課程中的重復內容需要刪減，這就需要把教學內容進行嚴格的限制和有效的對接，因此，對于剛成立不久的材料化學專業，制定服務于專業方向的合適的課程體系和精簡的教學內容，就依賴于教學大綱的編定。

一、教學大綱的編寫

課程教學大綱是落實人才培養目標和實施教學計劃最基本的教學文件。它既是一門課程或某一實踐教學環節的教學指導性文件，也是選用教材、制訂授課計劃、實施教學和教學檢查的依據。制定和編寫規范、科學的教學大綱，是提高教學質量、實現規范化教學的重要措施。

各門課程的教學大綱都要服從課程體系的設置和教學計劃的整體要求，課程內容與體系的安排，既要考慮課程的縱向聯系，又要照顧到橫向聯系。對于通識必修課程和部分學科基礎課程的教學大綱由相關學院的基礎教學部負責，部分學科基礎課程、專業必修課和專業選修課類的專業課程的教學大綱由我們本院或本系負責。在有限學時的控制下，專業理論課內容的選取、深度與廣度要以“必需、夠用”為度，以“能充分反映本學科的最新成果，避免與已學課程或后續課程的不必要重復”為原則，以“激發學生自主學習、獨立思考”為目標。

在此思路的指導下，我們理順相關課程開課順序，重新編寫所負責課程的教學大綱，并進行了嚴格把關審核。實踐課程體系中專業實驗、生產實習、畢業實習及畢業論文的教學大綱由我們負責，其大綱的編寫以“理論課程”為基礎，以“專業培養目標”為導向，以“專業方向”為特色，以“綜合能力提高”為目標，課程的內容進行系統的設置，避免實驗的重復開設，將實習與畢業進行有效的連接。

二、教材的優選

教材是體現教學內容和教學方法的知識載體，是教學的基本工具。教材的選用是高校教材建設的一項基礎性工作，它對提高教育質量和教學水平、穩定教學秩序、實現高等學校人才培養具有重要意義。優秀、適用的教材是提高教育質量、深化教育教學改革、全面推進素質教育、培養創新人才的重要保證。我們依據審核后的教學大綱進行了教材的選擇，盡量選用公認水平較高、已獲得國家獎、教育部獎、省級優秀教材獎、十五規劃教材、21 世紀教材。但是大多數課程一本書并不能完全滿足我們的培養目標、專業特色，往往需要將幾本優選書的內容進行篩選整合才能滿足教學大綱的要求。所以經過幾輪講解之后，可能需要進行自編教材。

三、教學方法的改進

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

本文依據課程體系的設置從教學大綱的編寫、教材的優選及教學方法的改進方面進行了探索與思考，并提出了相關的改革思路。相信在此改革思路的指導下，材料化學專業將會培養出“厚基礎、寬專業、強能力”的復合型人才。

【參考文獻】

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

篇7

關鍵詞：鋁電解槽；防滲材料；改進

當前，鋁電解已經呈現出高效節能的發展趨勢。隨著鋁電解的發展，鋁電解用的化學防滲材料也成為人們研究的關鍵。一般來說，被人們一致認可的防滲材料不但是能夠很好的實現防滲阻擋，而且這種防滲材料和所形成的阻擋層不會隨著時間的發展而產生任何的變質和消退。用化學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的反應進行分析，我們得出鋁電解爐底的防滲原理。即滲透速度和反應速度（最好是零）非常小的時候，筑爐材料便不會與電解質產生反應，也就沒有產生滲漏，這也是最好的一種防滲材料。但是當反應速度非常小，而滲透的速度比較大的時候，雖然電解質不會或較少的同筑爐材料發生反應或溶解，但是電解質依然能夠滲入到筑爐材料里，滲入的數量和速度決定于筑爐材料孔徑的大小和空隙度。當環境溫度在液體的凝固點以下的時候，液體會自動的凝結，滲透現象也就不會發生了。

2.鋁電解用化學防滲材料的組成及其質量評價

當前，隨著人們對化學防滲材料研究的深入，SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO以及TiO2等化學成分被廣泛的運用到防滲材料中來，而且成分多在95%以上。現在，我國市場上的化學防滲材料多是以SiO2和Al2O3這兩種成分為主的。此外，在防滲材料中使用鈣能夠將其生成物的熔點提高，這對于減低防滲材料的耗損是非常有幫助的。如何評價某種化學防滲材料的質量對于提高化學防滲材料的應用有著非常大的意義。通過對上文化學防滲材料的原理的分析，我們可以得出，鋁電解用的化學防滲材料的質量評價標準主要有以下幾點：

首先，鋁電解用化學防滲材料首先是作為一種耐火材料而存在的，因此，其耐火度應當高于1500℃，具有高耐火性。

其次，鋁電解用化學防滲材料應當不和電解槽里的電解質以及其他的化學防滲材料接觸的保溫材料、耐火材料發生反應。

再次，鋁電解用化學防滲材料還應當具備合適的膨脹系數和適宜的保溫功效。

此外，關于化學防滲材料的膨脹系數、耐火度以及保溫功效的測量方法在《冶金爐設計手冊》中有詳細的說明，本文暫不詳細介紹。

3.鋁電解用化學防滲材料的功能與改進措施

鋁電解用化學防滲材料的功能主要在于化學防滲材料能夠同滲漏進筑爐材料中的電解質在瞬間發生反應，進而形成化學阻擋層，防止電解質的繼續滲入。其功能主要體現在以下幾個方面：首先，在高溫的環境下，當防滲材料和電解質接觸的時候，防滲材料可以阻擋電解質滲透到防滲材料里的功能。而且，當反應條件相同的時候，電解質同防滲材料的反應量和反應速度是越小越好。其次，當化學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材料的防滲效果。再次，化學防滲材料和電解質反應而形成的阻擋層的熔點與防滲材料也有一定的聯系。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，化學防滲材料還具有易于振實的優點，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，鋁電解化學防滲材料很好阻止了電解質的滲入，而且降低了防滲材料的損耗。但是，化學防滲材料在應用的時候還存在著易于燒結缺點。針對這一問題，我們對鋁電解的化學防滲材料做出了改進。

通過對化學防滲材料在有電解質和沒有電解質的環境下進行實驗，我們發現，在沒有電解質的環境里，即使溫度再高，實驗的時間多久，防滲材料都沒有出現燒結的現象。也就是說明，防滲材料的燒結是受到電解質的影響的。因此，針對這一現象，我們認為，改善化學防滲材料燒結現象的主要措施在于三個方面。一方面，嚴格控制化學防滲材料的成分的純度，降低原料里所含雜質的數量；另一方面，提高化學防滲材料同電解質之間的反應水平，提高防滲材料和電解質所形成的阻擋層的致密性；最后，從電解質和阻擋層所產生的共晶物的熔點來看，應當盡可能的提高共晶物的熔點。根據這三個方面，我們對現有的化學防滲材料進行了改良。經過實踐證明，改良后的防滲材料和電解質的反應率明顯的提高了，高溫燒結的情況也明顯的降低了，基本上已經達到了國際水平。

結語：

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防滲材料的組成及其質量評價的標準，最后針對鋁電解用化學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，經過改進的化學防滲材料達到了國際化的標準，具有不燒結、反應率低以及易振實等優勢，適合相關領域的應用，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用[A].提高鋁電解槽使用壽命學術研討會，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用[A].中國金屬學會.第三屆國際耐火材料學術會議，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標準編制說明[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預焙槽上的工業應用試驗研[J].輕金屬，2011（10）.

篇8

國務院學位委員會于1998年修訂研究生專業目錄時，特別設立了材料物理和化學專業。材料物理和材料化學是材料科學的重要基礎。現代材料科學的發展已經由過去的宏觀研究和發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的性質，發展新興的材料。特別是當今以服務于高科技，現代工業和國防為主的現代材料或新材料的需求量越來越大，新材料的研制與開發速度也越來越快，因而涌現出的新概念、新理論、新技術、新方法、新工藝、新產品和新問題越來越需要材料學家和物理學家等共同努力來歸納、整理、總結及創新。由此產生的材料化學新專業無疑是多學科知識交叉、滲透的結果。它給現代材料的研究、開發和應用以及相關科學的發展帶來了新的空間，為新材料的可持續發展提供完善而系統的理論指導和技術保障。因為材料化學專業是技能性、實踐性極強的學科領域。如何通過材料化學各實驗課程的改革，深化學生對課堂知識的理解，培養學生的科學思維方式和實踐能力，從而提高學生創新能力和綜合能力，是我們面臨的一個重要問題。如何通過實驗培養學生多層次、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系。并且通過獨立操作和控制實驗進程，培養學生的研究精神和創造能力是我們材料化學專業需要迫切解決的問題。我們通過分層次實驗教學，取得了良好的教學效果。

分層次實驗教學法研究

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

1.加強有關材料化學專業基礎性實驗

在材料化學專業本科生具有了初步的化學和物理實驗能力的基礎上，首先將材料化學專業實驗課程從相關理論課程剝離，綜合成材料化學專業專門的基礎實驗課程，集中訓練學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重點，使學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合本專業開展遠程網絡虛擬實驗教學

在材料化學專業本科生已經具有初步的材料制備和性能檢測的實驗技能基礎上，第二步開設綜合性實驗并結合遠程網絡虛擬實驗教學。綜合性實驗的開設是為了適應社會的發展和需求，在綜合實驗新體系中，要求開設的綜合性實驗盡可能反映材料、生命、環境、信息等學科的內容；了解和學習材料化學研究方法與現代實驗技術在高新科技學科中的應用成為我們新的建設目標。因此，不僅要打破專業的界限，還要打破學科的界限，使綜合性實驗成為跨學科、多技能的綜合訓練。在我們材料化學專業開設的綜合性實驗中，與材料、信息相關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。這樣可以使學生掌握無機非金屬材料的制備方法和相關性能測試方法，掌握天然生成物質的提取方法和結構確定的手段，從而有效地提高學生的專業知識并擴展了知識面。為今后學生進行主導型研究性實驗奠定基礎。

目前，網絡建設日益完善，網絡速度和寬帶不再成為制約網絡虛擬實驗教學的瓶頸。計算機軟、硬件的飛速發展無疑使得虛擬實驗環境更加逼真、智能。當然，虛擬實驗在培養學生的動手能力、培養學生的誤差分析能力等方面還不可能取代傳統的實物實驗教學方式。但是開設遠程網絡虛擬實驗教學可以使接受遠程教育的學生獲得與在校生一樣的從感知到理解的過程。有利于培養學生網絡學習的能力，為終身學習打下良好基礎。對我們專業來說，因為是新開的專業，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。但借助遠程教育平臺，可以與兄弟院校和我校其他院系的實驗教學資源實現共享，從而使相關實驗得以進行，實現了學生對相關實驗的認知。

3.開展學生主導型研究性實驗的模式

學生主導型研究性實驗是在綜合性實驗的基礎上由學生自己選題、查閱文獻和設計實驗，在教師指導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生實驗研究的能力，充分調動學生的主動性和積極性，激發他們從事材料科學研究的興趣和熱情，為其今后的畢業設計和將來從事科研工作打下良好的基礎。同時這種新的實驗模式也提高了實驗室在學生學習中所占的地位，建立了進實驗室學習的意識。設計性實驗對開發學生智力和創新能力有著重要作用。但在具體實施時，對學生的培養要有一個由淺入深的過程，我們材料化學專業的主導型研究性實驗采取在大學中后期開設，在學生已經完成材料化學基礎性實驗和綜合性實驗的基礎上結合指導教師的課題或相關專業后開設（可參考材料化學實驗教程中的設計性實驗）。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。學生設計實驗原理，方法和步驟，擬定實驗所需藥品、儀器，探討實驗時可能產生的現象和容易發生的失誤以及安全等應注意的問題，最后獨立設計實驗方案。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。然后將審閱實驗設計方案交給教師，教師在尊重學生創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，再將設計方案反饋給學生，將教師選中的方案交由全班同學討論、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設計的模型，通過這樣的實驗為學生的畢業設計和將來的進一步深造奠定基礎。

最后，在整個分層次法實驗教學中，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、晚上和雙休日對學生開放，讓學生對實驗結果進行一些探索，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，采用專業課教師和實驗室教師結合的方式，使每個實驗都有專業教師進行指導，以保證實驗的順利進行。

篇9

近二十年來,綠色環保鋰離子電池為便攜式電子產品和通訊工具的發展做出了重要貢獻,并作為下一代新型能源的代表,將進一步應用于交通動力系統.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、穩定、環境友好、成本低、平臺平穩及循環性能好等優良特性,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都需要通過燒結工藝才能獲得結晶良好的LiFePO4正極材料,燒結對LiFePO4材料的純度、結晶度、顆粒大小有明顯的影響.已有研究顯示,適當提高燒結溫度有利于LiFePO4晶體形成,但溫度過高會導致晶粒持續長大并影響LiFePO4化學穩定性,而燒結時間過長則會使材料產生明顯的團聚現象[13-15].然而燒結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氣氛燒結(SA)、動態氣氛燒結(DA)和靜態真空燒結(SV)三種方式對LiFePO4/C前驅體進行燒結得到LiFePO4/C復合正極材料,著重探討了不同燒結方式對材料結構、形貌及電化學性能的影響.

1實驗部分

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

1.2復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.數據采用Jade5軟件分析.復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復合材料電極制備及電化學性能測試將復合材料與乙炔黑(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),復合材料、乙炔黑和PVdF的質量比為75:15:10.得到的漿料借助于自動涂膜器(AFA-Ⅱ,上海現代環境)涂布于鋁箔上,經紅外干燥后沖成φ14mm的電極片并壓片(壓力6MPa),然后在120℃下真空干燥8h.將復合材料電極轉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(LANDCT2001A,武漢金諾)上進行,電壓范圍為2.5~4.2V.采用電化學工作站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℃下采用靜態氣氛燒結、動態氣氛燒結和真空燒結得到各種樣品的XRD圖譜,從圖中可以看出,各樣品的衍射峰峰位相同.與LiFePO4標準譜圖(PDF81-1173)對照,合成材料衍射峰與LiFePO4標準譜圖譜完全吻合,且沒有出現雜質峰,表明由該前驅體采用三種不同燒結方式獲得的樣品均具有橄欖石型純相結構.衍射峰峰形及強度是材料結晶性的一個指標[16].圖1(b)比較了前驅體以及不同LiFePO4/C材料的XRD衍射峰與前驅體同角度衍射峰峰強度差(Δ),從中可以發現,不同燒結方式得到材料結晶度略有差別,真空燒結得到材料的衍射峰強度最大,這是由于在真空條件下發生碳熱還原時產生的CO2和CO可以迅速排出,反應平衡正移,有利于LiFePO4顆粒生長[17].圖2為在不同溫度下采用三種燒結方式制得樣品的SEM照片.從圖中可以看出靜態真空燒結制得材料的粒徑在300~500nm之間,而靜態氣氛與動態氣氛燒結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平衡移動有關,又與顆粒表面包覆碳對晶粒生長的阻礙作用有關.碳熱反應過程中碳對三價鐵的還原由以下三個反應構成。系統溫度低于650℃時發生反應(1),生成CO2,而溫度高于650℃時發生反應(2),生成CO[18-19].在真空條件下燒結,產物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,CO在反應體系中滯留時間較長.由于CO的還原性大于熱解炭,所以會繼續發生反應(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,與真空燒結相比,動態氣氛燒結所得材料的顆粒大小和形貌均勻性更好,這是由于燒結時粉體物料隨爐管旋轉而被反復攪拌,受熱更加均勻,并且動態燒結還可以有效阻礙長時間燒結導致的顆粒之間相互粘結與長大[20].采用文獻[21]報道的碳含量測定方法,對不同燒結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.除燒結方式外,燒結溫度對材料形貌也有顯著影響.對比圖2(d)~(g)可以看出.將動態氣氛燒結溫度由400℃逐漸提高到700℃,材料顆粒團聚現象越來越明顯.700℃時已有大量顆粒融合為塊狀.

2.2復合材料的電化學性能分析圖3為不同溫度下采用三種燒結方式所得材料在0.5C倍率下的充放電循環性能.動態氣氛燒結最佳溫度為500℃,靜態氣氛燒結和真空燒結最佳燒結溫度均為650℃,所得材料的首次放電比容量分別為163.4、141.5和143.3mAh/g,經歷50次循環后動態氣氛燒結材料容量保持率高達99.02%,靜態氣氛燒結和真空燒結材料容量則出現了緩慢上升的趨勢.動態燒結溫度低說明燒結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,靜態氣氛燒結和真空燒結所得材料的容量上升現象則與材料在循環過程中的活化有關[22-23].鋰離子電池能為電子設備提供穩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,平臺比容量與相應循環滿比容量的比值則為平臺率[24].據此計算650℃下真空燒結、靜態氣氛燒結和動態氣氛燒結樣品在0.5C倍率下放電平臺率分別為92.76%、95.66%和95.21%.真空燒結材料平臺率較低與所得材料晶粒尺寸增大有關,活性物質顆粒越大,Li+散的距離越長,這與SEM觀察結果(圖2)一致.圖5(a)為650℃下動態氣氛燒結材料電極在不同掃描速度下的系列循環伏安曲線.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.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為轉移電荷數,γ為掃描速度.圖5(b)即Ip–γ1/2關系圖.通過線形擬合得到的斜率與等式(1)結合得到650℃動態氣氛燒結樣品脫鋰和嵌鋰過程的鋰離子擴散系數Dc和Da分別為1.24×108和7.68×109cm2/s,遠大于文獻報道值[7,25-26].表1比較了650℃下真空燒結、靜態氣氛燒結和動態氣氛燒結樣品的Dc和Da計算結果.動態氣氛燒結樣品的鋰離子擴散系數遠大于另外兩種燒結方式所得樣品的鋰離子擴散系數,這與材料燒結過程中因擾動而引入的晶格缺陷有關,缺陷可為鋰離子擴散提供額外通道.擴散系數的提高對于LiFePO4正極材料在大功率放電(如HEV等)設備中的應用與發展具有重要意義.

篇10

【關鍵詞】納米材料；化學化工領域；應用

納米材料是基于現代科學技術不斷進步的基礎上所形成的一種新型材料，性質獨特，基于特殊結構層次的影響下，納米材料具有一定的表面效應、小尺寸效應以及宏觀量子隧道效應等。納米材料在化學化工領域內具有良好的應用價值，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構，該材料的尺寸結構特殊，相當于10-100個原子緊密排列在一起。納米科技將成為21世紀科學技術發展的主流，它不僅是信息技術、生物技術等新興領域發展的推動力，而且因其具有獨特的物理、化學、生物特性為涂料等領域的發展提供了新的機遇。

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15%～50%，且原子排列互不相同，界面周圍的晶格原子結構互不相關，使得納米材料成為介于晶態與非晶態之間的一種新的結構狀態。納米材料主要有四方面特性，分別是表面效應、小尺寸效應以及宏觀兩字隧道效應，以下分別進行具體分析：

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

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

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

四是量子尺寸效應。該效應主要是指納米粒子尺寸持續減少到某一數值時，納米能級周邊的電子能級可以轉變為分離能級粒。這一效應使得納米粒子擁有高水平的光學非線性、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、磁學、熱學等各個領域都擁有十分重要的應用價值，并給資源利用拓展了更大的空間。

2 納米材料在化學化工領域內的應用

2.1在環境保護方面的應用

納米材料以其自身基本特性在環境保護領域內發揮著重要的作用，為空氣污染與水體污染治理等提供了可靠的技術支持，改善了空氣與水體質量，滿足可持續發展理念下環境保護的基本要求。

就納米材料在空氣凈化方面的作用來看，其具有細微的顆粒尺寸，并且納米微粒表面形態特殊，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化治理，提高空氣凈化效果。納米材料與技術在汽車尾氣超標報警器與凈化設備中也具有良好的應用效果，能夠有效提高設備性能，從而切實減少汽車排放尾氣中所含的有毒物質，降低空氣污染指數，從而為社會群體的工作與生活提供優質的環境。除此之外，納米材料與技術在石油提煉工業中也具有良好的應用價值，能夠優化脫硫環節，從而提高石油煉化工業的生產效率。

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、污染物質和細菌等，從而改善水質，并能夠實現循環利用，對于社會生態的穩定平衡發展具有重要意義。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，能夠將水體中的污染物制造為礦化物，從而促進改善水質，去除有害污染物的目標得以順利實現。

2.2在涂料領域內的應用

納米材料及技術在涂料領域內也發揮著重要的作用，由于納米材料存在一定表面效應，其結構層次特殊，與其他材料相比納米材料的性質比較特殊，并具有一定優勢與活力。納米材料在化學化工領域內的應用主要體現在表面涂層方面，并且受到社會群體的高度灌注。納米材料及其技術的合理應用，推進了涂料領域內表面涂層技術的不斷發展，為化學化工領域各項活動的規范進行提供可靠的技術支持。基于傳統涂層技術的基礎上，納米復合體系涂層得以實現，并促進了表面涂層技術的不斷發展進步。由于納米材料具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應和一些奇異的光、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的納米復合體系涂層的出現和應用，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中對納米材料與技術加以合理應用，能夠海山汽車漆面的色彩效果；將納米材料應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域中的應用

催化劑在眾多化工領域中都占據著十分重要的地位，其能夠控制反應時間、提升反應速度與效率，顯著提升經濟效益，減少對生態環境的污染。首先，光催化反應。納米粒子作為光催化劑擁有粒徑細、催化效率高等優勢，十分容易利用光學手段來對界面的電荷轉移進行等特點進行研究。例如，利用納米TiO2應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，能夠對其表面的油污進行分解處理，從而保證其良好的透視性。又例如，在火箭發射所使用的固體燃料推進器中，如添加大約為1wt%的超細鋁或鎳顆粒，可以使得其燃燒使用率增加100%。將表面為180m2/g的碳納米管直接應用在NO的催化還原中，從而可以增加NO的轉化率。

3 結束語

總而言之，隨著現代科學技術的不斷進步，納米技術得以形成，并在能源、環境保護等方面發揮著重要的作用，納米技術在化工領域中的合理應用，一定程度上改善了社會群體的生活狀態，為新產品的研發與設計以及產品質量的提升提供可靠的技術支持，對于現代社會經濟的發展也具有重要意義。在未來發展中，納米技術也具有廣闊的發展空間。

參考文獻：

[1] 張曉蕾 納米材料在化學化工領域中的應用研究[J]. 《山東工業技術》，2016（16）：21-21