2.实施方案、实施方法、具体实施计划(含年度进展情况)及可行性分析 2.1实施方案 (1)收集文献,准备课件,编写教材; 理论教学部分: 第一章 材料科学与工程综论(2学时) 本章主要内容包括: 1.1材料及其分类; 1.2材料是人类进步的里程碑; 1.3先进材料是高新技术发展和社会现代化的基础和先导; 1.4材料科学与工程的形成与内涵; 1.5材料的组成、结构、性能与使用效能之间的关系; 1.6新材料研发驱动力和方法及应用路径。 第二章 最有潜力的新材料 2.1石墨烯;2.2碳纳米管;2.3富勒烯(2学时) 石墨烯的突破性:介绍非同寻常的导电性能、极低的电阻率极低和极快的电子迁移的速度、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性。 难点与重点:介绍其在光电显示、半导体、触摸屏、电子器件、储能电池、显示器、传感器、半导体、航天、军工、复合材料、生物医药等领域的应用和原理。 碳纳米管突破性:高电导率、高热导率、高弹性模量、高抗拉强度等。 难点与重点:介绍其在功能器件的电极、催化剂载体、传感器等领域的应用和原理。 富勒烯突破性:具有线性和非线性光学特性,碱金属富勒烯超导性等。 难点与重点:介绍其在生命科学、医学、天体物理等领域有重要前景,有望用在光转换器、信号转换和数据存储等光电子器件等领域的应用和原理。 2.4气凝胶(1学时) 突破性:高吸收能量、高孔隙率、低密度质轻、低热导率,隔热保温特性优异。 难点与重点:介绍其在节能环保、保温隔热电子电器、建筑、防弹装置和体育保护用品等领域的应用和原理。 2.5 液态金属(非晶合金)(1学时) 突破性:高强韧性、优良的导磁性和低的磁损耗、优异的液态流动性。 难点与重点:介绍其在高频低损耗变压器、移动终端设备的结构件等领域的应用和原理。 2.6 泡沫金属(1学时) 突破性:重量轻、密度低、孔隙率高、比表面积大。 难点与重点:在介绍其导电性,可替代无机非金属材料不能导电的应用领域;在隔音降噪和高温污水处理等领域的应用和原理。 2.7 离子液体(1学时) 突破性:具有高热稳定性、宽液态温度范围、可调酸碱性、极性、配位能力等。 介绍其在绿色化工领域,以及生物和催化等领域的应用和原理。 2. 8 纳米纤维素(1学时) 突破性:具有良好的生物相容性、持水性、广范围的pH值稳定性;具有纳米网状结构,和很高的机械特性等。 难点与重点:介绍其在生物医学、增强剂、造纸工业、净化、传导与无机物复合食品、工业磁性复合物等领域的应用和原理。 2. 9 纳米点钙钛矿(1学时) 突破性:具有巨磁阻、高离子导电性、对氧析出和还原起催化作用等。 难点与重点:介绍其在催化、存储、传感器、光吸收等领域的应用和原理。 2. 10 3D打印材料(1学时) 突破性:改变传统工业的加工方法,可快速实现复杂结构单件和特种零件及个性定制成型等。 难点与重点:在革命性成型方法,介绍其在复杂结构成型和快速加工成型领域的应用和原理。 2. 11柔性玻璃(1学时) 突破性:改变传统玻璃刚性、易碎的特点,实现玻璃的柔性革命化创新。 难点与重点:介绍其在未来柔性显示、可折叠设备等领域的应用和原理。 2. 12 自组装(自修复)材料(1学时) 突破性:材料分子自组装,实现材料自身“智能化”,改变以往材料制备方法,实现材料的自身自发形成一定形状和结构。 难点与重点:改变传统材料制备和材料的修复方法,介绍其未来在分子器件、表面工程、纳米技术等领域的应用和原理。 2. 13 可降解生物塑料(1学时) 突破性:可自然降解,原材料来自可再生资源,改变传统塑料对石油、天然气、煤炭等化石资源的依赖,减少环境污染。 难点与重点:介绍其未来替代传统塑料等领域的应用和原理。 2. 14钛炭复合材料(1学时) 突破性:具有高强度、低密度,以及耐腐蚀性优异等性能; 难点与重点:未来在轻量化、高强度、耐腐蚀等环境应用,在航空及民用等领域的应用和原理。 2. 15 超材料;2. 16超导材料(1学时) 突破性:具有常规材料不具有的物理特性,如负磁导率、负介电常数等性能; 难点与重点:改变传统根据材料的性质进行加工的理念,未来可根据需要来设计材料的特性。 突破性:超导状态下,材料零电阻,电流不损耗,材料在磁场中表现抗磁性等性能 难点与重点:未来如突破高温超导技术,有望解决电力传输损耗、电子器件发热等难题,以及绿色新型传输磁悬技术。 2. 17形状记忆合金(1学时) 突破性:预成型后,在受外界条件强制变形后,再经一定条件处理,恢复为原来形状,实现材料的变形可逆性设计和应用; 难点与重点:介绍其在空间技术、医疗器械、机械电子设备等领域等领域的应用和原理。 2. 18 磁致伸缩材料和2. 19 磁(电)流体材料(1学时) 突破性:在磁场作用下,可产生伸长或压缩的性能,实现材料变形与磁场的相互作用; 难点与重点:介绍其在智能结构器件、减震装置、换能结构、高精度电机等领域的应用和原理。 突破性:液态状,兼具固体磁性材料的磁性,和液体的流动性,具有传统磁性块体材料不具备的特性 难点与重点:介绍在磁密封、磁制冷、磁热泵等领域的应用和原理。 2. 20智能高分子凝胶(1学时) 突破性:能感知周围环境变化,并能做出响应,具有类似生物的反应特性。 难点与重点:智能高分子凝胶的膨胀-收缩循环可用于化学阀、吸附分离、传感器和记忆材料;循环提供的动力用来设计“化学发动机”; 网孔的可控性适用于智能药物释放体系等领域的应用和原理。 以期通过该课程的学习使非材料类学生能够认识了解新材料特性,并把该材料应用到所学行业,为其进行科技创新打下坚实基础。 第三章 其他新材料 (1学时) 纳米银线、隐身材料等新材料特性及应用,总结应用于行业的路径。 (2)实验准备和编写实验指导书; 实验教学部分 拍摄实验视频,开展科普型的实验提高学生的兴趣,初步掌握新材料的从实验室到应用过程。 实验一:掺杂石墨烯橡胶制备及其力学和导热性能测定(2学时) 在橡胶中掺杂不同比例的石墨烯制备出橡胶基石墨烯增强材料,测试其力学和导热性能,基于测试结果探讨石墨烯对橡胶性能的影响,让学生体会到石墨烯的特殊性能,并让其探索石墨烯应用领域。 实验二:黄铜形状记忆合金(2学时) 通过让学生对黄铜丝进行塑性变形,然后置于不同温度下的水中,观察和测定黄铜丝恢复温度,基于实验结果的基础上探讨黄铜形状记忆合金的应用思路。 (3)教学网站建设、应用视频收集和拍摄; 设计建设教学网站,把课件和相关实验视频等放入到网站,并连接各材料相关的科技网站。 (4)小班试讲授和教学研究,开设校公选课; 进行小班试讲,得到反馈意见并进行修订相关内容,在广州大学城广东工业大学校区开设校公选课。 (5)网站上线,对外开放服务; 经学校和相关部门同意网站上线对外开放。 2.2实施方法 (1)收集文献,准备课件,编写教材; 在国外内知名相关杂志、网站和教材(《Nature》、《Science》等国内top杂志、中国知网CNKI等中文数据库、环球科学网站(《科学美国人》中文版)http://www.huanqiukexue.com/)收集文献和参考资料,使用powerpoint等如何准备课件,编写教材。 (2)实验准备和编写实验指导书; 设计实验,编写实验指导书; (3)教学网站建设、应用视频收集和拍摄; 聘请专业公司网站设计和建设,进行实验拍摄,从各知名视频站点和公司下载新材料应用宣传片。 (4)小班试讲授和教学研究,开设校公选课; 在广东工业大学内招募志愿者进行小班教课,请同学提供依据,修订课件等材料,并开设校公选课。 (5)网站上线,对外开放服务; 经学校和相关部门同意网站上线对外开放。 |