功能材料論文范文第1篇
【摘要】本文介紹了熱電材料的研究進展，重點介紹了Half-Heusler金屬間化合物、方鈷礦、納米技術和超晶格材料等新型熱電材料的研究狀況。
【關鍵詞】熱電材料金屬間化合物超晶格材料
0 引言
熱電材料又稱溫差電材料，是一種利用固體內部載流子的運動實現熱能和電能的直接相互轉化的功能材料。隨著新材料合成技術的發展以及用X射線衍射技術和計算機來研究化合物能帶結構參數等新技術的出現，使得熱電材料的研究日新月異。
1熱電材料的研究進展
1.1 傳統熱電材料的研究進展
50年代，蘇聯的Ioffe院士提出了半導體熱電理論，Ioffe及其同事從理論和實踐上通過利用兩種以上的半導體形成固溶體可使ZT值提高，從而發現了熱電性能較高的致冷和發電材料，如Bi2Te3、PbTe、SiGe等固溶體合金。
常規半導體的ZT值主要依賴于載流子的有效質量、遷移率和晶格熱導率，優良熱電材料一般要求大的載流子遷移率和有效質量，低的晶格熱導率[1]。根據這些理論原則，發現了上述的一些較好的常規半導體熱電材料，如適合室溫使用的Bi2Te3合金、適合中溫區（700K）使用的PbTe、高溫區（1000K）使用的SiGe合金，更高溫度（>100K）下使用的SiC等。
1.2 新型熱電材料的研究進展
1.2.1 Half-Heusler金屬間化合物
Half-Heusle金屬間化合物的通式為ABX，A為元素周期表左邊的過渡元素（鈦或釩族），B為元素周期表右邊的過渡元素（鐵、鈷或鎳族），X為主族元素（稼、錫、銻等）。Half-Heusler金屬間化合物是立方MgAgAs型結構。這種材料的特點是在室溫下有較高的電導率和Seebeck系數，可以達到300μV/K，在700～800K時，材料的ZT值可達到0.5～0.6，但缺點是熱導率也很高（室溫下為5～9W/（M·K））[2]。
1.2.2填充Skutterudite化合物
Skutterudite化合物是指具有CoAs3型結構的材料，中文名為方鈷礦材料，結構通式可表示為AB3，其中A為Rh、Co、Ir等金屬元素，B為Sb、As、P等非金屬元素。其具有復雜的立方晶體結構，如圖1所示，每個單胞中存在兩個大的空隙，大質量的金屬原子可以填充到空隙中，形成填充方鈷礦結構。填充原子在空隙中振動，對聲子產生很大的散射，大幅度降低晶格熱導率[3]。填充原子越小，質量越大，晶格熱導率的降低就越明顯。
早期的填充方鈷礦材料研究主要集中在稀土原子的填充，且多為P型材料，ZT值可達到約1.0，但是稀土元素在CoSb3結構中的填充率較低。在N型系統中，Chen等[4]在2001年首次報道了堿土金屬原子Ba在CoSb3中的穩定填充結果，且實現了高達44%的填充量以及高于1.0的ZT值。研究表明，通過多原子復合填充可以顯著降低晶格熱導率。
1.2.3金屬氧化物
金屬氧化物具有高的熱穩定性和化學穩定性，可以在高溫以及氧氣氛中使用，并且大多數氧化物都無毒、無污染、環境友好，是一種環境友好型熱電材料。1997年Terasaki等[5]發現層狀金屬氧化物NaCo2O4具有很好的熱電性能，具有很高的Seebeck系數和低的熱導率。Funahashi等[6]制備了Ca2Co2O5單晶晶須Seebeck系數在100K時為100μVK，并隨溫度升高而增大973K時達210Μvk。金屬氧化物熱電材料的不足在于電導率偏低。
1.2.4納米技術和超晶格材料
HickslDetal[7]對Bi2Te3二維疊層狀結構材料熱導率的理論計算表明，隨材料疊層厚度的降低，熱導率大大降低，若能制成納米厚度且各層晶體取向不同的納米級超晶格，材料的ZT值將比塊體材料提高10倍，室溫下達到6.9。AnnHetal[8]有關不同晶粒尺寸的CoSb3材料的傳輸性能研究表明，微米級晶粒尺寸的減小可以檢測出熱電性能的提高。因此，制備亞微米級特別是納米級小晶粒尺寸的多晶材料將是制備高性能熱電材料的重要途徑之一。
超晶格材料是由兩種或兩種以上不同材料薄層周期性交替生長而成。當兩種材料的帶隙不同時，能把載流子限制在勢阱中，形成超晶格量子阱，產生不同于常規半導體的輸運特性，提高了態密度。Dresselhaus的近似計算表明，隨量子阱阱寬的減小，ZT值單調增大。
2結語
隨著能源的日益緊缺以及環境污染的日趨嚴重，熱電材料作為一種環保、清潔的新能源材料近年來備受關注。以Half-Heusler金屬間化合物和方鈷礦為代表的新型熱電材料在溫差發電領域具有廣闊的應用前景，材料微觀結構的納米化是提高材料熱電性能的重要用途之一。
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功能材料論文范文第2篇
復合材料因其比強度、比模量高的特點在汽車、船舶、以及飛機制造工業得到了廣泛應用。但纖維增強復合材料具有各向異性的特點，其面內的抗拉強度與剛度較高，而層間性能較差。碳納米管（CNTs）超強的力學性能為改善復合材料層間性能提供了新途徑。纖維增強復合材料因為其比強度、比模量高以及質量輕的特點在汽車、船舶、以及飛機制造工業得到了廣泛的應用。但復合材料層板的性能存在著各向異性的特點，其面內的抗拉強度與剛度較高，而抗壓縮性能以及層間性能較差。例如復合材料層板吸收沖擊載荷的能力十分有限，沖擊后材料的性能會明顯的下降，其原因是它的塑性較差并且界面相對薄弱。界面決定載荷從基體向增強體傳遞的效率，對于復合材料強度特別是偏軸強度在一定程度上起到決定性作用；對于復合材料的損傷累積與裂紋傳播歷程起一定影響。因而改善纖維復合材料層間性能也是提高復合材料綜合性能的有效途徑。
CNTs是新型功能材料，具有大的長徑比、超高的強度和模量、韌性好、密度低、更兼具特殊的電子學性質，是復合材料的優秀改性劑和理想的功能、增強材料。其超強的力學性能可以極大地改善聚合物基復合材料的強度和韌性。相比于傳統纖維，碳納米管與樹脂之間的應力傳遞效率要高出傳統纖維10倍。并且碳納米管具有各向同性的特點。因此，在傳統復合材料中引入碳納米管，借助其優良的力學性能、大長徑比、各項同性等特點，成為了改善傳統復合材料層間性能的有效途徑。碳納米管存在于裂紋前緣還可以通過架橋作用、碳納米管的斷裂以及碳納米管的拔出吸收能量以減緩裂紋的擴展。從而提高其層間的斷裂韌性以及使其具有一定的功能性。目前碳納米管改性纖維復合材料的方法可分為以下3類：通過碳納米管對于樹脂基體的改性，改善復合材料的力學性能；通過碳納米管對于纖維進行改性，從而增加纖維與樹脂界面性能以及層間性能，從而綜合提高復合材料的性能；通過碳納米管對于預浸料進行改性，從而改善復合材料的層間韌性及其他性能。
一、碳納米管改性纖維復合材料主要方法
碳納米管分散在樹脂基體中，能夠起到增強界面，以及增強基體的作用。一方面能改善環氧樹脂基體的力學性能。另一方面在纖維與樹脂界面處CNTs的搭橋作用，可以有效傳遞應力，阻止裂紋擴展，增韌纖維與樹脂界面。樹脂的固化特性以及力學性能，也會受到碳納米管的影響。但是由于分散在界面處的CNTs有限，對界面的影響較??；目前碳納米管與聚合物進行復合的方法主要有3種：直接共混法、溶液共混法和原位復合法。直接共混法是工業上一種比較常用的方法，可進行規?；a，此方法將碳納米管直接分散在樹脂基體中。溶液共混法是將碳納米管與樹脂共同分散在溶劑中進行混合或先將碳納米管分散在溶劑中再加入樹脂基體進行混合。原位復合法是指將碳納米管與聚合物單體混合后進行單體聚合，這種方法中碳納米管與基體的界面結合性能較好。
Zhiqi Shen[1]將CNTs與尼龍混合后制膜再與玻璃纖維組成復合材料層板，并研究了CNTs含量對材料的力學性能、熱性能以及耐火性能的影響。實驗表明，當碳管添加量高于2%時，復合材料層板的抗彎極限增高36%。Tugrul Seyhan[2]使用3輥研磨法（見圖1），將環氧樹脂與CNTs進行混合后通過真空輔助樹脂傳遞模塑成型法制備了復合材料層合板。實驗發現通過在樹脂中添加質量分數為0.1%的胺基功能化的多壁碳納米管后，復合材料層板的II型斷裂韌性（GIIC）以及層間剪切強度分別提高8%與11%。但是I型斷裂韌性沒有明顯的提升。通過SEM觀察了碳納米管的分布以及斷口形貌，發現3輥研磨法對于碳管在樹脂中的分散優于聲波降解法以及高速剪切法，并且CNTs在界面起到了增強作用。
Lars B ger[3]等使用3輥法將多壁碳納米管（MWCNTs）混入RIM 135環氧樹脂中，之后使用真空灌注工藝制備玻璃纖維復合材料，考察玻璃纖維復合材料的靜態拉伸以及動態疲勞性能。通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發現，在樹脂中存在著CNTs的團聚現象。作者通過檢測復合材料拉伸過程中的電阻變化來判斷初始裂紋的產生。經過測試發現，加入質量分數為0.3%的MWCNTs后產生初始裂紋的壓力提高，疲勞性能也有所提高。V.Kostopoulos[4]將多壁碳納米管使用3輥研磨的方法分散到雙酚A樹脂中，制成碳纖維復合材料層板后，研究了層板的沖擊后性能。研究表明，經碳納米管改性后的層板相比于未改性層板沖擊后的壓縮模量以及壓縮強度都有所提高，并且沖擊后的壓縮-壓縮疲勞壽命也有所提高。Naveed A.Siddiqui[5]等將碳納米管進行表面處理后，先分散在丙酮中，再與環氧樹脂均勻混合，探究了碳納米管質量分數分別為0%、0.5%、0.7%和1.0%的環氧樹脂的流變特性與固化特性，得到結論為：環氧樹脂的黏度隨著碳納米管含量的增加而增加。表面處理過的碳納米管對于樹脂固化行為的催化活性在碳納米管質量分數低于0.5%時可以忽略不計，而當碳納米管的質量分數增加至1.0%時，催化活性顯著提高。A.Rahaman[6]等人研究了碳納米管的加入對于樹脂固化行為的影響。在其研究中使用溶液共混法將碳納米管與樹脂進行混合，混合后將溶劑揮發制備碳納米管環氧樹脂復合材料。分別制備了功能化碳納米管復合材料與非功能化碳納米管復合材料，并對3種碳納米管的質量分數進行了研究，分別為0.1%、0.5%及1.0%。實驗研究表明，由于碳納米管的加入給分子鏈運動帶來的阻礙作用，使得固化反應的活化能出現改變，并且通過DSC數據分析發現，碳納米管的加入會使得樹脂的固化溫度向低溫方向移動，作者認為其源于碳納米管較高的導熱系數。李兆敏[7]使用羧基化和胺化的多壁碳納米管溶于丙酮溶劑后與環氧樹脂進行混合，模壓成型后環氧樹脂的力學性有了較大的改善，體電阻率有明顯的下降。Behnam Ashrafi[8]通過一系列的反應條件將單壁碳納米管通過化學鍵與樹脂連接再將樹脂灌注到預成型體中固化成型，最終制得的復合材料層板的沖擊后壓縮強度提高3.5%，GIC提高13%，GIIC提高28%。
二、碳納米管改性纖維
碳納米管改性纖維的方法主要分為2種：通過化學氣相沉積方法（CVD）在碳纖維表面直接生長出碳納米管；另一種則是通過化學或者物理鍵合把碳納米管接枝到碳纖維表面。碳納米管在纖維表面的沉積可產生碳納米管/碳纖維多尺度增強體（如圖2所示）。多尺度增強復合材料可以充分發揮碳纖維和碳納米管的優勢性能，顯著改善樹脂與纖維之間的相互作用和界面強度。其原因在于多尺度的形貌可以大大增加纖維與基體的接觸面積，增強界面的機械嚙合作用。另一方面此種方法可以實現碳納米管的定向排布，由于碳納米管具有很好的韌性，因而也可提高基體材料的韌性。另外，碳納米管可以起到阻止裂紋擴展的作用。若CNTs表面含有活性基團，還可提高與基體樹脂之間的浸潤性。
1.化學氣相沉積
2009年，利用CVD方法，Sager[10]等人通過調整CVD生長碳納米管的條件參數，制備2種不同形態的增強體，分別為定向生長和自由生長，如圖3所示，并研究了其與環氧樹脂的界面剪切強度。研究表明界面強度增長11%～71%。但作者也指出由于造成纖維的損傷，強度模量下降約12%。
Sunny S.Wicks等人使用化學氣相沉積的方法在氧化鋁纖維表面沉積碳納米管。氧化鋁纖維在化學氣相沉積的過程中不會造成纖維的力學性能損失。此學者研究了CNTs的沉積對于使用真空關注成型（VARI）工藝中樹脂的滲透率的影響。實驗表明，CNTs的沉積使得樹脂灌注過程中表面積提高，從而使得滲透率下降。并且隨著CNTs含量的增大，滲透率下降增多，但是并不明顯。沉積CNTs后的纖維仍然具有較好的工藝性能。
雖然，通過CVD法在纖維表面生長CNTs或通過化學方法在纖維表面接枝CNTs，能明顯提高界面剪切強度（IFSS），但是這種方法也會對纖維性能產生一定影響，降低纖維拉伸強度。Sager指出[11]，接枝CNTs在提高IFSS的同時，也使纖維的拉伸強度降低30%，楊氏模量降低10%。纖維拉伸強度的降低是因為纖維表面被引進的催化顆粒損害。
高溫處理過程去除了纖維表面的上漿劑。使得纖維與樹脂基體的浸潤性和化學鍵減弱，并且生長碳納米管所使用的金屬催化劑的殘留也會對于樹脂與增強體的界面造成污染。由于化學鍵合作用的減弱，此方法制備的增強體在界面性能提高方面效果非常有限。
2.化學改性法
Laachachi等[12]采用了化學改性的方法，首先分別通過酸化、熱處理，分別在CNTs、碳纖維上接枝羧基和氨基，然后兩者官能團間進行酯化、脫水、胺化等反應，反應過程中，以丙酮作溶劑，對纖維進行超聲處理。結果表明CNTs對纖維的接枝效果較好。接枝后，CNTs以三維網絡的形式富集在纖維周圍，對碳纖維進行強烈的水洗及超聲浴都不影響接枝效果。
Vinodp.Veedu使用直接在碳布上生長碳納米管的方法，制備三維的增強復合材料，碳納米管在厚度方向上起到了增強作用[13]。并且復合材料的硬度、面內力學性能、熱傳導以及電傳導性和層間斷裂韌性都有極大提高。此種方法可以改善復合材料的性能，但是技術設備和工藝條件要求高，并且需要清除金屬催化雜質，否則也會對于界面粘結性產生不良影響。
以上的方法在多尺度增強體的制備過程中，成功地避免了催化劑的污染，有利于在實際生產中實施。但是接枝的方法可控性不強，碳納米管可能呈倒伏狀態，無法起到基體中的“鉚釘”作用。同時，由于纖維表面活性點較少，接枝的碳纖維明顯分布不均勻，多為纏結狀態，與纖維的結合強度無法保障。
3.碳納米管浸潤劑改性法
由于以上提到的化學改性纖維的方法對條件要求較為苛刻并且會對纖維造成一定的損傷，所以有許多學者提出將碳納米管加入到纖維浸潤劑中，并且嘗試用多種途徑將CNTs分散并固定在纖維表面上。這種方法可以利用碳納米管分散在樹脂中的技術，并且又不會對纖維造成損傷。目前文獻中提到的途徑有表面涂覆法與噴涂法以及VARIM浸漬技術。
（1）表面涂覆法
表面涂覆法是將碳納米管加入到環氧樹脂中制成浸潤劑，然后將浸潤劑均勻地涂覆在纖維表面。香港大學Siddiqui等人[14]研究通過碳納米管/環氧樹脂復合膠衣層改性玻璃纖維（GF）表面，用以提高纖維的拉伸性能。筆者認為，纖維的斷裂往往是從微裂紋開始，這些地方往往成為高應力集中點，纖維越長，表面缺陷越多，越易破壞。碳納米管涂層則可以彌補缺陷，同時涂層中CNTs的搭橋作用，也可以有效傳遞應力，阻止裂紋擴展，原理圖如圖4所示。涂層中CNTs的分布會影響到纖維的拉伸性能，分散較差時，會在纖維表面形成缺陷，降低了拉伸性能；CNTs/環氧樹脂改性后的纖維束，與樹脂基體的界面結合能力最強，拉伸強度也要高出很多。修復膠衣層覆蓋在脆性纖維的表面能有效減少應力集中，提高復合材料的增強效率（裂紋治愈效果）。
Warrier等人[15]將質量分數為0.5%CNTs分別加入上漿劑、樹脂基體、上漿劑和樹脂基體，這3種玻璃纖維環氧樹脂體系中。研究發現，僅僅通過CNTs上漿劑浸潤玻璃纖維制備的復合材料與未添加CNTs的復合材料相比，其玻璃化轉變溫度提高了近10%，熱膨脹系數降低了31%，阻止界面處裂紋生長的斷裂韌性提高了近10%，但是加速了裂紋的擴展速率，使裂紋擴展的韌性降低了53%。同樣的趨勢也出現在CNTs僅僅分散在樹脂基體中，CNTs同時分散在上漿劑和樹脂基體中。但是，僅僅將CNTs分散在上漿劑中，用未添加CNTs的環氧樹脂浸潤制得的復合材料，其熱性能和界面性能的改善最為顯著。
A.Godara[16]等人研究了玻璃纖維環氧樹脂體系。同樣將CNTs加入到上漿劑、基體、基體與上漿劑中。CNT的使用3輥壓延的方法分散在基體與上漿劑中。作者將纖維拖拽過上漿劑溶液中（水溶性并且含有樹脂以及0.5%的多壁碳納米管），并且隨后將其在120℃進行干燥；上漿劑的厚度為1～2μm，并使用單絲頂出實驗來表征界面剪切強度。實驗結果表明，將CNTs加入到上漿劑中的增強效果最明顯，其SEM圖像見圖5。將CNTs加入到上漿劑以及基體中的增強效果最差，筆者分析其原因為CNTs已過度飽和。
（2）噴涂法
噴涂法是將配置好的浸潤劑使用噴槍直接噴灑在纖維或織物表面。此方法相比于表面涂覆法需要浸潤劑具有較低的粘度。
Daniel C.Davis[17]等人將胺基化的單壁碳納米管通過高剪切與超聲分散的方式分散在乙醇中配置浸潤劑。使用配置好的浸潤劑噴涂在每張纖維布表面，通過烘干將溶劑揮發使碳管分散在碳纖維表面上。經過真空輔助樹脂傳遞模塑成型制成復合材料層合板。實驗表明，CNTs質量分數（CNTs質量與纖維質量之比）為0.2%與0.5%的碳納米管增強碳纖維復合材料的相比于沒有用碳納米管的復合材料強度與剛度以及疲勞壽命都有所提高。作者認為強度提高的原因在于功能化的碳納米管在基體與纖維的界面區域的活性點間起到納米級的共價鍵連接。剛性的提高是由于碳納米管在樹脂的大分子鏈之間起到了共價鍵連接的作用。復合材料層板的疲勞性能的提高也得益于碳納米管的界面增強作用。（3）VARTM預浸漬技術
Limin Gao等人[18]采用VARTM技術將玻璃纖維浸漬在已配制好的浸潤劑溶液中，并經過一定條件的干燥揮發溶劑使CNT固定在纖維表面。其SEM圖如圖6所示。將其與使用3輥將碳納米管分散在樹脂中的方法進行對比。研究發現2種方法成型后的復合材料的導電性能提高，電阻率下降。使用上漿劑的方法改善電性能更加明顯。
三、碳納米管改性預浸料
Faustino Mujika等人[19]使用將含有功能化的MWCNT的溶液噴涂在預浸料的表面，將溶液揮發后通過熱壓的方法制備復合材料，并測試其彎曲性能以及裂紋在層間的擴展能力。通過這種新的工藝方法制備的復合材料相比于沒有CNT改性的預浸料制備的復合材料，彎曲性能并沒有明顯提升，原因在于當材料受到彎曲載荷時，中間增強層所受到的張力為零。對于裂紋的擴展能力，由于未功能化的CNTs的分布不均以及其與樹脂之間的連接較弱，所以其對于層間斷裂性能（GIIC）的增強效果不明顯。但對于功能化的CNTs，其增強效果明顯。相比于無CNTs的層板，含有質量分數為0.1%CNTs的改性層板。其層間斷裂韌性的初始值增加了22%，而擴展值增加了14%。
John Williams等學者[20]先將CNTs進行等離子體改性，以提高CNTs在乙醇中的均勻分散性。制備好含有CNTs的乙醇分散液后，使用涂覆裝置將其涂覆在玻璃纖維預浸料表面上，其裝置如圖7所示。再將乙醇揮發，之后考察無CNTs、CNTs含量為1.2g/m2、1.6g/m2及2.0g/m2層板的I型斷裂韌性（GIC），并觀察層合板的斷裂形貌。研究表明，CNTs含量為1.6g/m2的層板GIC初始值與擴展值分別提高22%與46%。筆者認為GIC擴展值得以提高主要是CNTs的存在使得裂紋擴展的路徑偏離了中間層，出現明顯的纖維架橋作用。
四、結語
目前將碳納米管分散于樹脂基體對于復合材料進行增韌的方法已經較為成熟，具有易于工業化生產等優點，但是此方法成本較高，不能高效利用CNTs。今后應著重提高碳納米管的利用效率，推進其工業化應用和發展。使用CNTs直接對于纖維或者預浸料進行改性的方法，能夠較好地利用CNTs，使得CNTs能夠分布在纖維與樹脂的界面或者預浸料層間，起到更好的架橋作用，增加裂紋擴展路徑，從而起到抑制裂紋擴展，提高復合材料層間斷裂韌性以及綜合力學性能。但目前此類方法的工業化水平較低，應著眼于開發可工業化的方法并提高其成熟度。
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功能材料論文范文第3篇
關于《材料物理性能》課程的教研項目以及教改文章較多[3,4,5], 介紹了講述該課程的特點和重要性等, 提出了一些獨特的教學方法[6,7], 還有一些根據各自學校的特點提出的針對性改革方案[8]。如許天旱[6]提出的縱橫聯系, 融會貫通教學新理念, 基于材料學、物理學以及結晶學等方面的內容, 采用層層推進及Venn流程圖的方式, 將材料的力、熱、光、電、磁等知識相互聯系起來, 旨在真正的培養學生學習的主動性及創新性。張占輝等[7]闡述科學故事在課程教學中應用的方式、優勢及效果, 通過生動的案例與觀點相結合, 介紹故事教學法在提高課程教學質量中的積極意義。高榮禮等[8]根據應用型本科院校自身特點與辦學定位, 以提高學生實踐能力、競爭能力和可持續發展能力為核心目標, 針對材料物理性能課程教學現狀及存在問題, 結合教學科研中的實際經驗, 提出在應用型本科高校中材料物理性能課的教學目的, 著手從教學模式、教學手段、評價機制和教學內容等方面對材料物理性能課程進行初步改革與探索。
針對該門課程是為功能材料專業本科生定制的一門專業基礎課, 而且根據我校重點培養學生工程實踐能力的定位以及本校學生自身的特點, 需要在教學方法、教學內容以及課程實驗的選擇定位以及設置等方面進行定制性研究, 充分挖掘可以實現創新思維的教學環節, 激發學生的學習興趣, 使學生真正學有所長、學有所用, 為國家培養更專業和有鉆研精神的后備力量。本文將對“功能材料的物理性能”課程進行教學模式初探。
一、強化教學設計, 契合教學目標
為了完成教學目標, 重點在于進行有效地課程設計。本著課堂中以學生為主體, 教師為引導的宗旨, 設計了本課程的教學思路, 其流程如圖1所示。在課程內容教授的開始, 先就大家感興趣的一些實際應用舉例, 導入這些應用中起功能特性的材料的光、電、熱、磁以及相互功能轉換特性等物理性能的授課內容。然后重點講解這些物理性能的基礎理論知識、相關的物理機制、測試方法以及影響因素。同時, 設計一些相關的實驗, 讓學生來進行實驗操作, 進一步驗證課程內容。當學生掌握了這些課程內容之后, 組織學生討論如何控制和改善功能材料的物理性能。最后將鼓勵學生進行案例分析, 用這些知識去解密課前提出的應用實例。
二、改進教學方法, 提高課堂氣氛
為了充分提高學生的興趣, 大力開展多媒體和信息化教學。多媒體和信息化教學可以清晰描述微觀、動態的變化過程與狀態, 顯著加大課堂教學信息量, 簡化信息傳輸轉換過程, 增加教學內容的趣味性和吸引力, 從而顯著提高師生的互動效率和教學效果, 使教學變得輕松、有趣、簡單、高效。
三、銜接基礎與應用, 激發學習興趣
可在教學過程中積極引入實際應用教學法, 以實際應用實例引領教學內容, 增加興趣點, 使抽象內容形象化, 降低理論知識的學習難度, 并培養學生的科學素質。比如會列舉一些如圖2中所示的生活中、交通運輸、通訊、新能源、以及軍事等領域中常見的交通監測、太陽能電池、信息存儲、屏幕顯示、信息傳輸、磁懸浮列車、芯片、隱身飛機這些大家感興趣的實際應用, 來導出這些應用中起功能特性的就是功能材料的光、電、熱、磁等物理性能。
再比如在將材料的光性能中, 會講到光的反射、折射、衍射、散射等內容, 內容比較抽象, 可以在內容講解之前給大家提出一些有興趣的問題, 比如為什么晴天和霧霾天的視覺效果不同?為什么天空是藍色的, 為什么旭日和夕陽呈紅色?為什么玻璃是透明的, 而金屬對可見光是不透明?為什么鉆石有璀璨奪目的光彩?以此來激發學生的學習興趣, 讓學生帶著疑問針對性的學習, 一定會提高學習的效果。
四、細化評價標準, 助力持續改進
細化理論課和實驗課的評價標準, 采用評價量表的方式, 建立考核方案和體系。采用課堂討論、實驗技能、作業、期末考試等多元化考核評價方式, 將過程性評價與終結性評價結合起來。
積極采用考試成績分析、專家評教、同行評教、課程目標評定以及學生反饋意見, 及時總結本課程存在的問題。比如知識點多, 難以記憶, 公式多、物理機制難、內容抽象枯燥, 學生學習熱情不夠;還需要增加工程應用的內容;運用模型進行分析問題的能力需要加強。
針對上述問題, 提出有效地改進措施: (1) 優化內容, 突出重點; (2) 縱橫聯系, 融會貫通:以電子為主線, 將光、電、磁內容銜接起來; (3) 增加科研前沿知識, 拓寬學生知識面; (4) 豐富教學手段, 增加圖表、動畫、視頻、實物的采用, 提高學生的學習興趣; (5) 積極主動與企業人員討論培養方案, 針對企業需求, 調整課程內容。
五、采取有效措施, 培養學生工程教育實踐能力
“工程教育”理念是國內外高等教育中的一個重要理念。這一理念強調高等院校在開展理論教學的基礎上, 積極重視對學生工程實踐能力的培養, 需要重視這門課程不僅要在教學上注重加強學生對物理性能的理論知識的學習, 還需要培養學生學習具備獨特物理性能的材料在工程中的實際應用。另外, 還需要突出工程實驗的設計, 更好地將所學到的材料物理性能專業知識應用到實際工程實踐中去。
本課程今后還將在教學方法、教學內容以及課程實驗的選擇定位以及設置等方面持續進行探索性研究, 充分挖掘可以實現創新思維的教學環節, 突出課堂教學的引導作用, 激發學生的學習興趣, 讓學生有效地將理論和實踐結合起來, 為培養創新型和應用型人才奠定基礎。
摘要：《功能材料物理性能》是為功能材料專業本科生定制的一門專業基礎課。本文根據我校重點培養學生工程實踐能力的定位以及本校學生自身的特點, 在教學設計、教學方法、教學內容等方面進行定制性探索研究, 充分挖掘可以實現創新思維的教學環節, 激發學生的學習興趣, 讓學生有效地將理論和工程實踐結合起來, 為培養創新型和應用型人才奠定基礎。
關鍵詞：功能材料物理性能,教學模式初探,定制型教學
參考文獻
[1] 徐愛菊, 張雁紅.材料物理性能課程教學改革建議[J].內蒙古石油化工, 2012 (23) :117-118.
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[3] 劉勇, 閆牧夫, 王玉金.基于項目的課程教學—以《材料物理性能》為例[J].熱處理技術與裝備, 2016, 37 (5) :78-80.
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[5] 張小文, 許積文, 楊玲, 馬傳國, 陳國華.構建材料與器件的銜接橋梁創新《材料物理性能》課程教學模式[J].教育教學論壇, 2018 (4) :124-126.
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[7] 張占輝, 黃志良, 王樹林, 張芳, 石和彬.科學故事在材料物理性能教學中的應用[J].山東化工, 2015 (44) :122-123.
功能材料論文范文第4篇
小 紀 汗 中 心 小 學
室
多功能室工作計劃
充分發揮電教室的功能，以加強信息技術管理和應用為重點，以科研為龍頭，以發展為主題，以應用為抓手的基本工作思路，進一步推進我校教育信息化進程，以信息化帶動教育現代化，切實提高我校全體師生的信息技術素養和信息技術應用能力，促進學校各項工作健康、協調、可持續發展，特制定本多功能室工作計劃。
一、主要工作及實施要求
(一)加強電教設備使用管理，進一步提高設備使用率
1、自覺服從多媒體教室管理員安排，排隊進出教室，在指定位置就座，如有調動，必須經任課教師或管理員同意，不得擅自變更座位，隨意走動或大聲喧鬧。課間休息期間，可以選擇在多媒體教室繼續學習，但不得吵鬧、打游戲。
2、嚴禁隨意移動、拆卸機器，不得觸摸動力電源等有危險部件，不得隨意插拔鼠標、鍵盤、顯示器、電源、網線等各種計算機設備。
3、繼續實行設備保管責任制。使用者即是保管者，以能確保設備的正常使用，提高電教室相關人員和廣大教師的保管責任心，特別是強化任課教師要在學會使用多媒體設備的基礎上，更好的保管現有設備，把人為損壞因素降到最低，從而保證設備的完好率。
4、繼續做好多媒體教室的使用，做到“一勤一檢”：勤使用，勤檢查。每位教師及時認真做好記錄，保證學科覆蓋率達100%，學科使用率達90%以上，多媒體使用率達15%以上。
5、繼續建立故障限時修復制度，認真對待報修用戶及設備，自
報修之時開始，如無硬件故障一日內修復，以保證教師的正常使用，教育教學工作的正常開展，確保設備完好率95%以上。
6、強化網絡防毒工作，重視網絡信息安全，工作計劃《多媒體教室工作計劃》。電教室要結合學校實際，加強對師生的網絡信息安全教育，嚴格杜絕通過校園網傳播不良信息，杜絕病毒和垃圾郵件的傳播，對全校的計算機每兩周至少查毒、殺毒一次。發現重大網絡信息安全事故，及時向校長匯報。
7、繼續加強電腦、網絡資源使用紀律。教師在工作時間，電腦只能用于制作課件、網上學習(限教育網站和正規的門戶網站)，禁止上班時間玩游戲、聊天、打撲克、看電影，嚴禁上不健康網站和宣傳反 動思想的網站、不利用電腦網絡誹謗攻擊他人等。發現1例按原制定的有關管理規定嚴肅處理。
8、保持多媒體教室安靜整潔，不準隨地吐痰，不準亂丟紙屑，用過的練習紙、試卷等資料必須及時帶走,一切食品、飲料、雨具、口香糖等，不得帶入機房。(違者罰掃多媒體教室一周)
(二)加強信息技術培訓與教學，進一步提高教師與學生數字化技能。
1、按上級有關要求，繼續做好教師“信息技術與課程整合”的培訓工作，做到理論培訓與實踐操作相結合。
2、積極組織好校本培訓工作，使我校教師能制作出更加精美的多媒體和網絡課件。
3、積極組織有關教師參加上級部門組織的相關電教培訓活動。
功能材料論文范文第5篇
1 課程特點
本課程是我?；瘜W工程與技術專業碩士研究生的一門專業課, 內容包括功能陶瓷的結構基礎、物理性能、制備工藝、顯微結構、典型材料的研究進展及應用等。從理論層面看, 課程涉及的是比較深奧的晶體結構和晶體缺陷等內容;從應用層面看, 則涉及功能陶瓷的物理性能、制備工藝、顯微結構和應用及四者之間的相互關系。教師課程教學的難點在于必須把握好理論闡述與實踐應用指導的度, 而學生課程學習的難點則在于如何將深奧的理論知識轉變成解決功能陶瓷實際問題的能力。
2 選課學生情況
每年選修本課程的研究生約有20多名, 其中90%以上是外校本科畢業后直接考上研究生的。這些學生在本科階段接受的主要是課堂和書本式教育, 參加過討論課、綜合實驗課、項目研究課等形式課程的很少, 自主學習能力、動手能力和研究能力不足是他們的一個共同特點。另外, 學生基本未涉足課題研究, 對本課程的學習特點不熟悉, 知識積累不足。因此, 在對課程教學體系進行設計時必須考慮學生的基礎和接受能力, 避免課程內容偏深、偏難, 影響學生的學習信心和積極性。
3 課程教學設計
為了在課程教學中加強對兩年制碩士研究生動手能力和科研能力的培養, 我們提出“課堂教學-課堂討論-課程實驗”相結合的研究型課程模式, 即在教學內容的組織中, 精講理論, 重視實踐教學, 打破以課堂為中心的教學模式, 使理論教學與實踐教學相融合。具體設想是以下幾點。
3.1 課堂教學
在課堂教學中力圖做到基本概念清晰、基本內容深入淺出、易于理解。既有基本原理的闡述和必要理論知識的分析與討論, 也有典型應用事例, 國內外近期發展現狀與趨勢。希望在有限的課堂教學活動中, 讓學生對功能陶瓷的基本原理、基本性能、制備方法、主要材料體系及應用能夠有所了解和掌握。
在教學過程中, 既重視發揮教師的主導作用, 又尊重學生在學習活動中的主體地位, 采用啟發式的課堂講授形式, 師生互動, 雙向交流, 激發學生學習的積極性與主動精神, 引導學生積極思維, 為學生提供基本知識框架和自主學習線索, 彌補學生在材料學方面基礎知識面的不足。
另外, 在講授“典型功能陶瓷材料”部分時, 請多位在功能陶瓷領域取得突出成績的教師授課。這些教師不僅精于他們所從事的科研工作, 還具有豐富的相關學科的理論和知識。在向學生傳授知識的過程中, 他們可以向學生介紹功能陶瓷的研究進展和最新的研究動態, 這有利于將科研前沿和最新科技成果融入課堂教學。
3.2 課堂討論
結合教學內容設計一些研究型、探索型的小項目讓學生主動實踐, 如“PZT薄膜的制備及其鐵電性能測試”、“層狀鈷酸鈣的合成及熱電性能”及“納米TiO2薄膜的光催化性能”等。鼓勵學生自己設計實驗方案、自己完成實驗并驗證設想, 以便培養他們的主動學習能力、動手能力、思辨能力和創新能力, 并對理論知識和實踐知識進行融會貫通, 鞏固和加強課堂理論教學效果。
將學生每3人分為一組, 通過閱讀項目涉及的相關文獻資料, 制訂項目實施方案, 在課堂上利用PPT演示進行講解。然后, 在任課教師組織下, 學生之間進行討論, 論證項目的創新性、可行性及技術難點等。一方面, 樹立學生批判和懷疑的意識, 鼓勵獨立思考和標新立異, 拓展學生的思路, 培養學生的創造精神。另一方面, 這也有利于培養學生的閱讀文獻和思考的能力、文獻綜述能力和表達溝通能力, 使學生自主學習、主動學習的積極性得到充分發揮。
3.3 課程實驗
利用我校的科研資源和科研優勢, 為學生的項目實踐活動提供保障, 使學生盡早進入專業科研領域, 接觸學科前沿, 營造學生參與科研的氛圍, 使學生探究科學問題的興趣得以提高, 動手能力、專業技能得到培養。學生3人一組進行材料的制備和性能的評價, 不但驗證了實驗操作技能, 還提高了學生實驗興趣。另外, 通過小組學習和作試驗的形式, 培養了學生的團隊合作精神。最后, 還要求學生在完成項目后撰寫一個不少于5000字的項目研究報告并準備一個15分鐘的口頭PPT演示匯報。這樣, 學生在親自作了項目和撰寫了研究報告后, 科研能力得到了培養。
3.4 考核方式
由于本教學模式側重于對知識的融會貫通和應用, 對學生的培養主要體現在項目的討論和實施中, 不能采用過去那種靠死記硬背的一張卷定成績的考試方式。因此, 本課程對考核方式進行了改革, 期末考試成績只占總成績的50%, 試題以考查學生是否理解概念, 是否掌握功能陶瓷的基本物理性能和研究分析方法為主, 并且采用開卷形式, 同時給出了一部分無標準答案的研究型試題, 提供給學生一個發揮創意的空間, 這有利于促使學生更有效地自主學習與更好地掌握所學的知識。另50%成績通過課堂項目討論、書面項目研究報告和口頭研究匯報三部分給出, 使學生能投入大量精力準備項目設計和實施。
4 結語
“課堂教學-課堂討論-課程實驗”相結合的課程新模式從過去較單一的以傳授知識為主要特征的“教學型”教學向以培養認知能力為主要特征的“研究型”教學轉變, 從理論教學、實踐教學、科研能力和準確流暢的口頭表達能力培養四個方面入手, 力求做到使學生擁有扎實的理論基礎, 較強的動手能力, 對學生知識結構的建立、科研能力和綜合素質的培養至關重要, 使學生在接觸課題后, 能夠很快進入角色。因此, 這種課程改革模式有利于精英人才的培養。
摘要：針對碩士研究生專業課程《功能陶瓷材料導論》的特點, 我們進行了“課堂教學-課堂討論-課程實驗”相結合的研究型課程模式探索, 在教學內容的組織中, 精講理論, 重視實踐教學, 打破以課堂為中心的教學模式, 使理論教學與實踐教學相融合, 以期加強對碩士研究生科研能力和綜合能力的培養, 獲得更好的教學效果。
關鍵詞：研究生教育,教學改革,研究型課程模式
參考文獻