功能材料论文范文第1篇
【摘要】本文介绍了热电材料的研究进展，重点介绍了Half-Heusler金属间化合物、方钴矿、纳米技术和超晶格材料等新型热电材料的研究状况。
【关键词】热电材料金属间化合物超晶格材料
0 引言
热电材料又称温差电材料，是一种利用固体内部载流子的运动实现热能和电能的直接相互转化的功能材料。随着新材料合成技术的发展以及用X射线衍射技术和计算机来研究化合物能带结构参数等新技术的出现，使得热电材料的研究日新月异。
1热电材料的研究进展
1.1 传统热电材料的研究进展
50年代，苏联的Ioffe院士提出了半导体热电理论，Ioffe及其同事从理论和实践上通过利用两种以上的半导体形成固溶体可使ZT值提高，从而发现了热电性能较高的致冷和发电材料，如Bi2Te3、PbTe、SiGe等固溶体合金。
常规半导体的ZT值主要依赖于载流子的有效质量、迁移率和晶格热导率，优良热电材料一般要求大的载流子迁移率和有效质量，低的晶格热导率[1]。根据这些理论原则，发现了上述的一些较好的常规半导体热电材料，如适合室温使用的Bi2Te3合金、适合中温区（700K）使用的PbTe、高温区（1000K）使用的SiGe合金，更高温度（>100K）下使用的SiC等。
1.2 新型热电材料的研究进展
1.2.1 Half-Heusler金属间化合物
Half-Heusle金属间化合物的通式为ABX，A为元素周期表左边的过渡元素（钛或钒族），B为元素周期表右边的过渡元素（铁、钴或镍族），X为主族元素（稼、锡、锑等）。Half-Heusler金属间化合物是立方MgAgAs型结构。这种材料的特点是在室温下有较高的电导率和Seebeck系数，可以达到300μV/K，在700～800K时，材料的ZT值可达到0.5～0.6，但缺点是热导率也很高（室温下为5～9W/（M·K））[2]。
1.2.2填充Skutterudite化合物
Skutterudite化合物是指具有CoAs3型结构的材料，中文名为方钴矿材料，结构通式可表示为AB3，其中A为Rh、Co、Ir等金属元素，B为Sb、As、P等非金属元素。其具有复杂的立方晶体结构，如图1所示，每个单胞中存在两个大的空隙，大质量的金属原子可以填充到空隙中，形成填充方钴矿结构。填充原子在空隙中振动，对声子产生很大的散射，大幅度降低晶格热导率[3]。填充原子越小，质量越大，晶格热导率的降低就越明显。
早期的填充方钴矿材料研究主要集中在稀土原子的填充，且多为P型材料，ZT值可达到约1.0，但是稀土元素在CoSb3结构中的填充率较低。在N型系统中，Chen等[4]在2001年首次报道了碱土金属原子Ba在CoSb3中的稳定填充结果，且实现了高达44%的填充量以及高于1.0的ZT值。研究表明，通过多原子复合填充可以显著降低晶格热导率。
1.2.3金属氧化物
金属氧化物具有高的热稳定性和化学稳定性，可以在高温以及氧气氛中使用，并且大多数氧化物都无毒、无污染、环境友好，是一种环境友好型热电材料。1997年Terasaki等[5]发现层状金属氧化物NaCo2O4具有很好的热电性能，具有很高的Seebeck系数和低的热导率。Funahashi等[6]制备了Ca2Co2O5单晶晶须Seebeck系数在100K时为100μVK，并随温度升高而增大973K时达210Μvk。金属氧化物热电材料的不足在于电导率偏低。
1.2.4纳米技术和超晶格材料
HickslDetal[7]对Bi2Te3二维叠层状结构材料热导率的理论计算表明，随材料叠层厚度的降低，热导率大大降低，若能制成纳米厚度且各层晶体取向不同的纳米级超晶格，材料的ZT值将比块体材料提高10倍，室温下达到6.9。AnnHetal[8]有关不同晶粒尺寸的CoSb3材料的传输性能研究表明，微米级晶粒尺寸的减小可以检测出热电性能的提高。因此，制备亚微米级特别是纳米级小晶粒尺寸的多晶材料将是制备高性能热电材料的重要途径之一。
超晶格材料是由两种或两种以上不同材料薄层周期性交替生长而成。当两种材料的带隙不同时，能把载流子限制在势阱中，形成超晶格量子阱，产生不同于常规半导体的输运特性，提高了態密度。Dresselhaus的近似计算表明，随量子阱阱宽的减小，ZT值单调增大。
2结语
随着能源的日益紧缺以及环境污染的日趋严重，热电材料作为一种环保、清洁的新能源材料近年来备受关注。以Half-Heusler金属间化合物和方钴矿为代表的新型热电材料在温差发电领域具有广阔的应用前景，材料微观结构的纳米化是提高材料热电性能的重要用途之一。
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功能材料论文范文第2篇
复合材料因其比强度、比模量高的特点在汽车、船舶、以及飞机制造工业得到了广泛应用。但纤维增强复合材料具有各向异性的特点，其面内的抗拉强度与刚度较高，而层间性能较差。碳纳米管（CNTs）超强的力学性能为改善复合材料层间性能提供了新途径。纤维增强复合材料因为其比强度、比模量高以及质量轻的特点在汽车、船舶、以及飞机制造工业得到了广泛的应用。但复合材料层板的性能存在着各向异性的特点，其面内的抗拉强度与刚度较高，而抗压缩性能以及层间性能较差。例如复合材料层板吸收冲击载荷的能力十分有限，冲击后材料的性能会明显的下降，其原因是它的塑性较差并且界面相对薄弱。界面决定载荷从基体向增强体传递的效率，对于复合材料强度特别是偏轴强度在一定程度上起到决定性作用；对于复合材料的损伤累积与裂纹传播历程起一定影响。因而改善纤维复合材料层间性能也是提高复合材料综合性能的有效途径。
CNTs是新型功能材料，具有大的长径比、超高的强度和模量、韧性好、密度低、更兼具特殊的电子学性质，是复合材料的优秀改性剂和理想的功能、增强材料。其超强的力学性能可以极大地改善聚合物基复合材料的强度和韧性。相比于传统纤维，碳纳米管与树脂之间的应力传递效率要高出传统纤维10倍。并且碳纳米管具有各向同性的特点。因此，在传统复合材料中引入碳纳米管，借助其优良的力学性能、大长径比、各项同性等特点，成为了改善传统复合材料层间性能的有效途径。碳纳米管存在于裂纹前缘还可以通过架桥作用、碳纳米管的断裂以及碳纳米管的拔出吸收能量以减缓裂纹的扩展。从而提高其层间的断裂韧性以及使其具有一定的功能性。目前碳纳米管改性纤维复合材料的方法可分为以下3类：通过碳纳米管对于树脂基体的改性，改善复合材料的力学性能；通过碳纳米管对于纤维进行改性，从而增加纤维与树脂界面性能以及层间性能，从而综合提高复合材料的性能；通过碳纳米管对于预浸料进行改性，从而改善复合材料的层间韧性及其他性能。
一、碳纳米管改性纤维复合材料主要方法
碳纳米管分散在树脂基体中，能够起到增强界面，以及增强基体的作用。一方面能改善环氧树脂基体的力学性能。另一方面在纤维与树脂界面处CNTs的搭桥作用，可以有效传递应力，阻止裂纹扩展，增韧纤维与树脂界面。树脂的固化特性以及力学性能，也会受到碳纳米管的影响。但是由于分散在界面处的CNTs有限，对界面的影响较小；目前碳纳米管与聚合物进行复合的方法主要有3种：直接共混法、溶液共混法和原位复合法。直接共混法是工业上一种比较常用的方法，可进行规模化生产，此方法将碳纳米管直接分散在树脂基体中。溶液共混法是将碳纳米管与树脂共同分散在溶剂中进行混合或先将碳纳米管分散在溶剂中再加入树脂基体进行混合。原位复合法是指将碳纳米管与聚合物单体混合后进行单体聚合，这种方法中碳纳米管与基体的界面结合性能较好。
Zhiqi Shen[1]将CNTs与尼龙混合后制膜再与玻璃纤维组成复合材料层板，并研究了CNTs含量对材料的力学性能、热性能以及耐火性能的影响。实验表明，当碳管添加量高于2%时，复合材料层板的抗弯极限增高36%。Tugrul Seyhan[2]使用3辊研磨法（见图1），将环氧树脂与CNTs进行混合后通过真空辅助树脂传递模塑成型法制备了复合材料层合板。实验发现通过在树脂中添加质量分数为0.1%的胺基功能化的多壁碳纳米管后，复合材料层板的II型断裂韧性（GIIC）以及层间剪切强度分别提高8%与11%。但是I型断裂韧性没有明显的提升。通过SEM观察了碳纳米管的分布以及断口形貌，发现3辊研磨法对于碳管在樹脂中的分散优于声波降解法以及高速剪切法，并且CNTs在界面起到了增强作用。
Lars B ger[3]等使用3辊法将多壁碳纳米管（MWCNTs）混入RIM 135环氧树脂中，之后使用真空灌注工艺制备玻璃纤维复合材料，考察玻璃纤维复合材料的静态拉伸以及动态疲劳性能。通过扫描电子显微镜（SEM）观察发现，在树脂中存在着CNTs的团聚现象。作者通过检测复合材料拉伸过程中的电阻变化来判断初始裂纹的产生。经过测试发现，加入质量分数为0.3%的MWCNTs后产生初始裂纹的压力提高，疲劳性能也有所提高。V.Kostopoulos[4]将多壁碳纳米管使用3辊研磨的方法分散到双酚A树脂中，制成碳纤维复合材料层板后，研究了层板的冲击后性能。研究表明，经碳纳米管改性后的层板相比于未改性层板冲击后的压缩模量以及压缩强度都有所提高，并且冲击后的压缩-压缩疲劳寿命也有所提高。Naveed A.Siddiqui[5]等将碳纳米管进行表面处理后，先分散在丙酮中，再与环氧树脂均匀混合，探究了碳纳米管质量分数分别为0%、0.5%、0.7%和1.0%的环氧树脂的流变特性与固化特性，得到结论为：环氧树脂的黏度随着碳纳米管含量的增加而增加。表面处理过的碳纳米管对于树脂固化行为的催化活性在碳纳米管质量分数低于0.5%时可以忽略不计，而当碳纳米管的质量分数增加至1.0%时，催化活性显著提高。A.Rahaman[6]等人研究了碳纳米管的加入对于树脂固化行为的影响。在其研究中使用溶液共混法将碳纳米管与树脂进行混合，混合后将溶剂挥发制备碳纳米管环氧树脂复合材料。分别制备了功能化碳纳米管复合材料与非功能化碳纳米管复合材料，并对3种碳纳米管的质量分数进行了研究，分别为0.1%、0.5%及1.0%。实验研究表明，由于碳纳米管的加入给分子链运动带来的阻碍作用，使得固化反应的活化能出现改变，并且通过DSC数据分析发现，碳纳米管的加入会使得树脂的固化温度向低温方向移动，作者认为其源于碳纳米管较高的导热系数。李兆敏[7]使用羧基化和胺化的多壁碳纳米管溶于丙酮溶剂后与环氧树脂进行混合，模压成型后环氧树脂的力学性有了较大的改善，体电阻率有明显的下降。Behnam Ashrafi[8]通过一系列的反应条件将单壁碳纳米管通过化学键与树脂连接再将树脂灌注到预成型体中固化成型，最终制得的复合材料层板的冲击后压缩强度提高3.5%，GIC提高13%，GIIC提高28%。
二、碳纳米管改性纤维
碳纳米管改性纤维的方法主要分为2种：通过化学气相沉积方法（CVD）在碳纤维表面直接生长出碳纳米管；另一种则是通过化学或者物理键合把碳纳米管接枝到碳纤维表面。碳纳米管在纤维表面的沉积可产生碳纳米管/碳纤维多尺度增强体（如图2所示）。多尺度增强复合材料可以充分发挥碳纤维和碳纳米管的优势性能，显著改善树脂与纤维之间的相互作用和界面强度。其原因在于多尺度的形貌可以大大增加纤维与基体的接触面积，增强界面的机械啮合作用。另一方面此种方法可以实现碳纳米管的定向排布，由于碳纳米管具有很好的韧性，因而也可提高基体材料的韧性。另外，碳纳米管可以起到阻止裂纹扩展的作用。若CNTs表面含有活性基团，还可提高与基体树脂之间的浸润性。
1.化学气相沉积
2009年，利用CVD方法，Sager[10]等人通过调整CVD生长碳纳米管的条件参数，制备2种不同形态的增强体，分别为定向生长和自由生长，如图3所示，并研究了其与环氧树脂的界面剪切强度。研究表明界面强度增长11%～71%。但作者也指出由于造成纤维的损伤，强度模量下降约12%。
Sunny S.Wicks等人使用化学气相沉积的方法在氧化铝纤维表面沉积碳纳米管。氧化铝纤维在化学气相沉积的过程中不会造成纤维的力学性能损失。此学者研究了CNTs的沉积對于使用真空关注成型（VARI）工艺中树脂的渗透率的影响。实验表明，CNTs的沉积使得树脂灌注过程中表面积提高，从而使得渗透率下降。并且随着CNTs含量的增大，渗透率下降增多，但是并不明显。沉积CNTs后的纤维仍然具有较好的工艺性能。
虽然，通过CVD法在纤维表面生长CNTs或通过化学方法在纤维表面接枝CNTs，能明显提高界面剪切强度（IFSS），但是这种方法也会对纤维性能产生一定影响，降低纤维拉伸强度。Sager指出[11]，接枝CNTs在提高IFSS的同时，也使纤维的拉伸强度降低30%，杨氏模量降低10%。纤维拉伸强度的降低是因为纤维表面被引进的催化颗粒损害。
高温处理过程去除了纤维表面的上浆剂。使得纤维与树脂基体的浸润性和化学键减弱，并且生长碳纳米管所使用的金属催化剂的残留也会对于树脂与增强体的界面造成污染。由于化学键合作用的减弱，此方法制备的增强体在界面性能提高方面效果非常有限。
2.化学改性法
Laachachi等[12]采用了化学改性的方法，首先分别通过酸化、热处理，分别在CNTs、碳纤维上接枝羧基和氨基，然后两者官能团间进行酯化、脱水、胺化等反应，反应过程中，以丙酮作溶剂，对纤维进行超声处理。结果表明CNTs对纤维的接枝效果较好。接枝后，CNTs以三维网络的形式富集在纤维周围，对碳纤维进行强烈的水洗及超声浴都不影响接枝效果。
Vinodp.Veedu使用直接在碳布上生长碳纳米管的方法，制备三维的增强复合材料，碳纳米管在厚度方向上起到了增强作用[13]。并且复合材料的硬度、面内力学性能、热传导以及电传导性和层间断裂韧性都有极大提高。此种方法可以改善复合材料的性能，但是技术设备和工艺条件要求高，并且需要清除金属催化杂质，否则也会对于界面粘结性产生不良影响。
以上的方法在多尺度增强体的制备过程中，成功地避免了催化剂的污染，有利于在实际生产中实施。但是接枝的方法可控性不强，碳纳米管可能呈倒伏状态，无法起到基体中的“铆钉”作用。同时，由于纤维表面活性点较少，接枝的碳纤维明显分布不均匀，多为缠结状态，与纤维的结合强度无法保障。
3.碳纳米管浸润剂改性法
由于以上提到的化学改性纤维的方法对条件要求较为苛刻并且会对纤维造成一定的损伤，所以有许多学者提出将碳纳米管加入到纤维浸润剂中，并且尝试用多种途径将CNTs分散并固定在纤维表面上。这种方法可以利用碳纳米管分散在树脂中的技术，并且又不会对纤维造成损伤。目前文献中提到的途径有表面涂覆法与喷涂法以及VARIM浸渍技术。
（1）表面涂覆法
表面涂覆法是将碳纳米管加入到环氧树脂中制成浸润剂，然后将浸润剂均匀地涂覆在纤维表面。香港大学Siddiqui等人[14]研究通过碳纳米管/环氧树脂复合胶衣层改性玻璃纤维（GF）表面，用以提高纤维的拉伸性能。笔者认为，纤维的断裂往往是从微裂纹开始，这些地方往往成为高应力集中点，纤维越长，表面缺陷越多，越易破坏。碳纳米管涂层则可以弥补缺陷，同时涂层中CNTs的搭桥作用，也可以有效传递应力，阻止裂纹扩展，原理图如图4所示。涂层中CNTs的分布会影响到纤维的拉伸性能，分散较差时，会在纤维表面形成缺陷，降低了拉伸性能；CNTs/环氧树脂改性后的纤维束，与树脂基体的界面结合能力最强，拉伸强度也要高出很多。修复胶衣层覆盖在脆性纤维的表面能有效减少应力集中，提高复合材料的增强效率（裂纹治愈效果）。
Warrier等人[15]将质量分数为0.5%CNTs分别加入上浆剂、树脂基体、上浆剂和树脂基体，这3种玻璃纤维环氧树脂体系中。研究发现，仅仅通过CNTs上浆剂浸润玻璃纤维制备的复合材料与未添加CNTs的复合材料相比，其玻璃化转变温度提高了近10%，热膨胀系数降低了31%，阻止界面处裂纹生长的断裂韧性提高了近10%，但是加速了裂纹的扩展速率，使裂纹扩展的韧性降低了53%。同样的趋势也出现在CNTs仅仅分散在树脂基体中，CNTs同时分散在上浆剂和树脂基体中。但是，仅仅将CNTs分散在上浆剂中，用未添加CNTs的环氧树脂浸润制得的复合材料，其热性能和界面性能的改善最为显著。
A.Godara[16]等人研究了玻璃纤维环氧树脂体系。同样将CNTs加入到上浆剂、基体、基体与上浆剂中。CNT的使用3辊压延的方法分散在基体与上浆剂中。作者将纤维拖拽过上浆剂溶液中（水溶性并且含有树脂以及0.5%的多壁碳纳米管），并且随后将其在120℃进行干燥；上浆剂的厚度为1～2μm，并使用单丝顶出实验来表征界面剪切强度。实验结果表明，将CNTs加入到上浆剂中的增强效果最明显，其SEM图像见图5。将CNTs加入到上浆剂以及基体中的增强效果最差，笔者分析其原因为CNTs已过度饱和。
（2）喷涂法
喷涂法是将配置好的浸润剂使用喷枪直接喷洒在纤维或织物表面。此方法相比于表面涂覆法需要浸润剂具有较低的粘度。
Daniel C.Davis[17]等人将胺基化的单壁碳纳米管通过高剪切与超声分散的方式分散在乙醇中配置浸润剂。使用配置好的浸润剂喷涂在每张纤维布表面，通过烘干将溶剂挥发使碳管分散在碳纤维表面上。经过真空辅助树脂传递模塑成型制成复合材料层合板。实验表明，CNTs质量分数（CNTs质量与纤维质量之比）为0.2%与0.5%的碳纳米管增强碳纤维复合材料的相比于没有用碳纳米管的复合材料强度与刚度以及疲劳寿命都有所提高。作者认为强度提高的原因在于功能化的碳纳米管在基体与纤维的界面区域的活性点间起到纳米级的共价键连接。刚性的提高是由于碳纳米管在树脂的大分子链之间起到了共价键连接的作用。复合材料层板的疲劳性能的提高也得益于碳纳米管的界面增强作用。（3）VARTM预浸渍技术
Limin Gao等人[18]采用VARTM技术将玻璃纤维浸渍在已配制好的浸润剂溶液中，并经过一定条件的干燥挥发溶剂使CNT固定在纤维表面。其SEM图如图6所示。将其与使用3辊将碳纳米管分散在树脂中的方法进行对比。研究发现2种方法成型后的复合材料的导电性能提高，电阻率下降。使用上浆剂的方法改善电性能更加明顯。
三、碳纳米管改性预浸料
Faustino Mujika等人[19]使用将含有功能化的MWCNT的溶液喷涂在预浸料的表面，将溶液挥发后通过热压的方法制备复合材料，并测试其弯曲性能以及裂纹在层间的扩展能力。通过这种新的工艺方法制备的复合材料相比于没有CNT改性的预浸料制备的复合材料，弯曲性能并没有明显提升，原因在于当材料受到弯曲载荷时，中间增强层所受到的张力为零。对于裂纹的扩展能力，由于未功能化的CNTs的分布不均以及其与树脂之间的连接较弱，所以其对于层间断裂性能（GIIC）的增强效果不明显。但对于功能化的CNTs，其增强效果明显。相比于无CNTs的层板，含有质量分数为0.1%CNTs的改性层板。其层间断裂韧性的初始值增加了22%，而扩展值增加了14%。
John Williams等学者[20]先将CNTs进行等离子体改性，以提高CNTs在乙醇中的均匀分散性。制备好含有CNTs的乙醇分散液后，使用涂覆装置将其涂覆在玻璃纤维预浸料表面上，其装置如图7所示。再将乙醇挥发，之后考察无CNTs、CNTs含量为1.2g/m2、1.6g/m2及2.0g/m2层板的I型断裂韧性（GIC），并观察层合板的断裂形貌。研究表明，CNTs含量为1.6g/m2的层板GIC初始值与扩展值分别提高22%与46%。笔者认为GIC扩展值得以提高主要是CNTs的存在使得裂纹扩展的路径偏离了中间层，出现明显的纤维架桥作用。
四、结语
目前将碳纳米管分散于树脂基体对于复合材料进行增韧的方法已经较为成熟，具有易于工业化生产等优点，但是此方法成本较高，不能高效利用CNTs。今后应着重提高碳纳米管的利用效率，推进其工业化应用和发展。使用CNTs直接对于纤维或者预浸料进行改性的方法，能够较好地利用CNTs，使得CNTs能够分布在纤维与树脂的界面或者预浸料层间，起到更好的架桥作用，增加裂纹扩展路径，从而起到抑制裂纹扩展，提高复合材料层间断裂韧性以及综合力学性能。但目前此类方法的工业化水平较低，应着眼于开发可工业化的方法并提高其成熟度。
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功能材料论文范文第3篇
关于《材料物理性能》课程的教研项目以及教改文章较多[3,4,5], 介绍了讲述该课程的特点和重要性等, 提出了一些独特的教学方法[6,7], 还有一些根据各自学校的特点提出的针对性改革方案[8]。如许天旱[6]提出的纵横联系, 融会贯通教学新理念, 基于材料学、物理学以及结晶学等方面的内容, 采用层层推进及Venn流程图的方式, 将材料的力、热、光、电、磁等知识相互联系起来, 旨在真正的培养学生学习的主动性及创新性。张占辉等[7]阐述科学故事在课程教学中应用的方式、优势及效果, 通过生动的案例与观点相结合, 介绍故事教学法在提高课程教学质量中的积极意义。高荣礼等[8]根据应用型本科院校自身特点与办学定位, 以提高学生实践能力、竞争能力和可持续发展能力为核心目标, 针对材料物理性能课程教学现状及存在问题, 结合教学科研中的实际经验, 提出在应用型本科高校中材料物理性能课的教学目的, 着手从教学模式、教学手段、评价机制和教学内容等方面对材料物理性能课程进行初步改革与探索。
针对该门课程是为功能材料专业本科生定制的一门专业基础课, 而且根据我校重点培养学生工程实践能力的定位以及本校学生自身的特点, 需要在教学方法、教学内容以及课程实验的选择定位以及设置等方面进行定制性研究, 充分挖掘可以实现创新思维的教学环节, 激发学生的学习兴趣, 使学生真正学有所长、学有所用, 为国家培养更专业和有钻研精神的后备力量。本文将对“功能材料的物理性能”课程进行教学模式初探。
一、强化教学设计, 契合教学目标
为了完成教学目标, 重点在于进行有效地课程设计。本着课堂中以学生为主体, 教师为引导的宗旨, 设计了本课程的教学思路, 其流程如图1所示。在课程内容教授的开始, 先就大家感兴趣的一些实际应用举例, 导入这些应用中起功能特性的材料的光、电、热、磁以及相互功能转换特性等物理性能的授课内容。然后重点讲解这些物理性能的基础理论知识、相关的物理机制、测试方法以及影响因素。同时, 设计一些相关的实验, 让学生来进行实验操作, 进一步验证课程内容。当学生掌握了这些课程内容之后, 组织学生讨论如何控制和改善功能材料的物理性能。最后将鼓励学生进行案例分析, 用这些知识去解密课前提出的应用实例。
二、改进教学方法, 提高课堂气氛
为了充分提高学生的兴趣, 大力开展多媒体和信息化教学。多媒体和信息化教学可以清晰描述微观、动态的变化过程与状态, 显著加大课堂教学信息量, 简化信息传输转换过程, 增加教学内容的趣味性和吸引力, 从而显著提高师生的互动效率和教学效果, 使教学变得轻松、有趣、简单、高效。
三、衔接基础与应用, 激发学习兴趣
可在教学过程中积极引入实际应用教学法, 以实际应用实例引领教学内容, 增加兴趣点, 使抽象内容形象化, 降低理论知识的学习难度, 并培养学生的科学素质。比如会列举一些如图2中所示的生活中、交通运输、通讯、新能源、以及军事等领域中常见的交通监测、太阳能电池、信息存储、屏幕显示、信息传输、磁悬浮列车、芯片、隐身飞机这些大家感兴趣的实际应用, 来导出这些应用中起功能特性的就是功能材料的光、电、热、磁等物理性能。
再比如在将材料的光性能中, 会讲到光的反射、折射、衍射、散射等内容, 内容比较抽象, 可以在内容讲解之前给大家提出一些有兴趣的问题, 比如为什么晴天和雾霾天的视觉效果不同?为什么天空是蓝色的, 为什么旭日和夕阳呈红色?为什么玻璃是透明的, 而金属对可见光是不透明?为什么钻石有璀璨夺目的光彩?以此来激发学生的学习兴趣, 让学生带着疑问针对性的学习, 一定会提高学习的效果。
四、细化评价标准, 助力持续改进
细化理论课和实验课的评价标准, 采用评价量表的方式, 建立考核方案和体系。采用课堂讨论、实验技能、作业、期末考试等多元化考核评价方式, 将过程性评价与终结性评价结合起来。
积极采用考试成绩分析、专家评教、同行评教、课程目标评定以及学生反馈意见, 及时总结本课程存在的问题。比如知识点多, 难以记忆, 公式多、物理机制难、内容抽象枯燥, 学生学习热情不够;还需要增加工程应用的内容;运用模型进行分析问题的能力需要加强。
针对上述问题, 提出有效地改进措施: (1) 优化内容, 突出重点; (2) 纵横联系, 融会贯通:以电子为主线, 将光、电、磁内容衔接起来; (3) 增加科研前沿知识, 拓宽学生知识面; (4) 丰富教学手段, 增加图表、动画、视频、实物的采用, 提高学生的学习兴趣; (5) 积极主动与企业人员讨论培养方案, 针对企业需求, 调整课程内容。
五、采取有效措施, 培养学生工程教育实践能力
“工程教育”理念是国内外高等教育中的一个重要理念。这一理念强调高等院校在开展理论教学的基础上, 积极重视对学生工程实践能力的培养, 需要重视这门课程不仅要在教学上注重加强学生对物理性能的理论知识的学习, 还需要培养学生学习具备独特物理性能的材料在工程中的实际应用。另外, 还需要突出工程实验的设计, 更好地将所学到的材料物理性能专业知识应用到实际工程实践中去。
本课程今后还将在教学方法、教学内容以及课程实验的选择定位以及设置等方面持续进行探索性研究, 充分挖掘可以实现创新思维的教学环节, 突出课堂教学的引导作用, 激发学生的学习兴趣, 让学生有效地将理论和实践结合起来, 为培养创新型和应用型人才奠定基础。
摘要：《功能材料物理性能》是为功能材料专业本科生定制的一门专业基础课。本文根据我校重点培养学生工程实践能力的定位以及本校学生自身的特点, 在教学设计、教学方法、教学内容等方面进行定制性探索研究, 充分挖掘可以实现创新思维的教学环节, 激发学生的学习兴趣, 让学生有效地将理论和工程实践结合起来, 为培养创新型和应用型人才奠定基础。
关键词：功能材料物理性能,教学模式初探,定制型教学
参考文献
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功能材料论文范文第4篇
小 纪 汗 中 心 小 学
室
多功能室工作计划
充分发挥电教室的功能，以加强信息技术管理和应用为重点，以科研为龙头，以发展为主题，以应用为抓手的基本工作思路，进一步推进我校教育信息化进程，以信息化带动教育现代化，切实提高我校全体师生的信息技术素养和信息技术应用能力，促进学校各项工作健康、协调、可持续发展，特制定本多功能室工作计划。
一、主要工作及实施要求
(一)加强电教设备使用管理，进一步提高设备使用率
1、自觉服从多媒体教室管理员安排，排队进出教室，在指定位置就座，如有调动，必须经任课教师或管理员同意，不得擅自变更座位，随意走动或大声喧闹。课间休息期间，可以选择在多媒体教室继续学习，但不得吵闹、打游戏。
2、严禁随意移动、拆卸机器，不得触摸动力电源等有危险部件，不得随意插拔鼠标、键盘、显示器、电源、网线等各种计算机设备。
3、继续实行设备保管责任制。使用者即是保管者，以能确保设备的正常使用，提高电教室相关人员和广大教师的保管责任心，特别是强化任课教师要在学会使用多媒体设备的基础上，更好的保管现有设备，把人为损坏因素降到最低，从而保证设备的完好率。
4、继续做好多媒体教室的使用，做到“一勤一检”：勤使用，勤检查。每位教师及时认真做好记录，保证学科覆盖率达100%，学科使用率达90%以上，多媒体使用率达15%以上。
5、继续建立故障限时修复制度，认真对待报修用户及设备，自
报修之时开始，如无硬件故障一日内修复，以保证教师的正常使用，教育教学工作的正常开展，确保设备完好率95%以上。
6、强化网络防毒工作，重视网络信息安全，工作计划《多媒体教室工作计划》。电教室要结合学校实际，加强对师生的网络信息安全教育，严格杜绝通过校园网传播不良信息，杜绝病毒和垃圾邮件的传播，对全校的计算机每两周至少查毒、杀毒一次。发现重大网络信息安全事故，及时向校长汇报。
7、继续加强电脑、网络资源使用纪律。教师在工作时间，电脑只能用于制作课件、网上学习(限教育网站和正规的门户网站)，禁止上班时间玩游戏、聊天、打扑克、看电影，严禁上不健康网站和宣传反 动思想的网站、不利用电脑网络诽谤攻击他人等。发现1例按原制定的有关管理规定严肃处理。
8、保持多媒体教室安静整洁，不准随地吐痰，不准乱丢纸屑，用过的练习纸、试卷等资料必须及时带走,一切食品、饮料、雨具、口香糖等，不得带入机房。(违者罚扫多媒体教室一周)
(二)加强信息技术培训与教学，进一步提高教师与学生数字化技能。
1、按上级有关要求，继续做好教师“信息技术与课程整合”的培训工作，做到理论培训与实践操作相结合。
2、积极组织好校本培训工作，使我校教师能制作出更加精美的多媒体和网络课件。
3、积极组织有关教师参加上级部门组织的相关电教培训活动。
功能材料论文范文第5篇
1 课程特点
本课程是我校化学工程与技术专业硕士研究生的一门专业课, 内容包括功能陶瓷的结构基础、物理性能、制备工艺、显微结构、典型材料的研究进展及应用等。从理论层面看, 课程涉及的是比较深奥的晶体结构和晶体缺陷等内容;从应用层面看, 则涉及功能陶瓷的物理性能、制备工艺、显微结构和应用及四者之间的相互关系。教师课程教学的难点在于必须把握好理论阐述与实践应用指导的度, 而学生课程学习的难点则在于如何将深奥的理论知识转变成解决功能陶瓷实际问题的能力。
2 选课学生情况
每年选修本课程的研究生约有20多名, 其中90%以上是外校本科毕业后直接考上研究生的。这些学生在本科阶段接受的主要是课堂和书本式教育, 参加过讨论课、综合实验课、项目研究课等形式课程的很少, 自主学习能力、动手能力和研究能力不足是他们的一个共同特点。另外, 学生基本未涉足课题研究, 对本课程的学习特点不熟悉, 知识积累不足。因此, 在对课程教学体系进行设计时必须考虑学生的基础和接受能力, 避免课程内容偏深、偏难, 影响学生的学习信心和积极性。
3 课程教学设计
为了在课程教学中加强对两年制硕士研究生动手能力和科研能力的培养, 我们提出“课堂教学-课堂讨论-课程实验”相结合的研究型课程模式, 即在教学内容的组织中, 精讲理论, 重视实践教学, 打破以课堂为中心的教学模式, 使理论教学与实践教学相融合。具体设想是以下几点。
3.1 课堂教学
在课堂教学中力图做到基本概念清晰、基本内容深入浅出、易于理解。既有基本原理的阐述和必要理论知识的分析与讨论, 也有典型应用事例, 国内外近期发展现状与趋势。希望在有限的课堂教学活动中, 让学生对功能陶瓷的基本原理、基本性能、制备方法、主要材料体系及应用能够有所了解和掌握。
在教学过程中, 既重视发挥教师的主导作用, 又尊重学生在学习活动中的主体地位, 采用启发式的课堂讲授形式, 师生互动, 双向交流, 激发学生学习的积极性与主动精神, 引导学生积极思维, 为学生提供基本知识框架和自主学习线索, 弥补学生在材料学方面基础知识面的不足。
另外, 在讲授“典型功能陶瓷材料”部分时, 请多位在功能陶瓷领域取得突出成绩的教师授课。这些教师不仅精于他们所从事的科研工作, 还具有丰富的相关学科的理论和知识。在向学生传授知识的过程中, 他们可以向学生介绍功能陶瓷的研究进展和最新的研究动态, 这有利于将科研前沿和最新科技成果融入课堂教学。
3.2 课堂讨论
结合教学内容设计一些研究型、探索型的小项目让学生主动实践, 如“PZT薄膜的制备及其铁电性能测试”、“层状钴酸钙的合成及热电性能”及“纳米TiO2薄膜的光催化性能”等。鼓励学生自己设计实验方案、自己完成实验并验证设想, 以便培养他们的主动学习能力、动手能力、思辨能力和创新能力, 并对理论知识和实践知识进行融会贯通, 巩固和加强课堂理论教学效果。
将学生每3人分为一组, 通过阅读项目涉及的相关文献资料, 制订项目实施方案, 在课堂上利用PPT演示进行讲解。然后, 在任课教师组织下, 学生之间进行讨论, 论证项目的创新性、可行性及技术难点等。一方面, 树立学生批判和怀疑的意识, 鼓励独立思考和标新立异, 拓展学生的思路, 培养学生的创造精神。另一方面, 这也有利于培养学生的阅读文献和思考的能力、文献综述能力和表达沟通能力, 使学生自主学习、主动学习的积极性得到充分发挥。
3.3 课程实验
利用我校的科研资源和科研优势, 为学生的项目实践活动提供保障, 使学生尽早进入专业科研领域, 接触学科前沿, 营造学生参与科研的氛围, 使学生探究科学问题的兴趣得以提高, 动手能力、专业技能得到培养。学生3人一组进行材料的制备和性能的评价, 不但验证了实验操作技能, 还提高了学生实验兴趣。另外, 通过小组学习和作试验的形式, 培养了学生的团队合作精神。最后, 还要求学生在完成项目后撰写一个不少于5000字的项目研究报告并准备一个15分钟的口头PPT演示汇报。这样, 学生在亲自作了项目和撰写了研究报告后, 科研能力得到了培养。
3.4 考核方式
由于本教学模式侧重于对知识的融会贯通和应用, 对学生的培养主要体现在项目的讨论和实施中, 不能采用过去那种靠死记硬背的一张卷定成绩的考试方式。因此, 本课程对考核方式进行了改革, 期末考试成绩只占总成绩的50%, 试题以考查学生是否理解概念, 是否掌握功能陶瓷的基本物理性能和研究分析方法为主, 并且采用开卷形式, 同时给出了一部分无标准答案的研究型试题, 提供给学生一个发挥创意的空间, 这有利于促使学生更有效地自主学习与更好地掌握所学的知识。另50%成绩通过课堂项目讨论、书面项目研究报告和口头研究汇报三部分给出, 使学生能投入大量精力准备项目设计和实施。
4 结语
“课堂教学-课堂讨论-课程实验”相结合的课程新模式从过去较单一的以传授知识为主要特征的“教学型”教学向以培养认知能力为主要特征的“研究型”教学转变, 从理论教学、实践教学、科研能力和准确流畅的口头表达能力培养四个方面入手, 力求做到使学生拥有扎实的理论基础, 较强的动手能力, 对学生知识结构的建立、科研能力和综合素质的培养至关重要, 使学生在接触课题后, 能够很快进入角色。因此, 这种课程改革模式有利于精英人才的培养。
摘要：针对硕士研究生专业课程《功能陶瓷材料导论》的特点, 我们进行了“课堂教学-课堂讨论-课程实验”相结合的研究型课程模式探索, 在教学内容的组织中, 精讲理论, 重视实践教学, 打破以课堂为中心的教学模式, 使理论教学与实践教学相融合, 以期加强对硕士研究生科研能力和综合能力的培养, 获得更好的教学效果。
关键词：研究生教育,教学改革,研究型课程模式
参考文献