納米材料發展報告范文

導語：如何才能寫好一篇納米材料發展報告，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】納米材料教學方法教學改革

【中圖分類號】TB383.1-4；G642【文獻標識碼】A【文章編號】2095-3089（2018）11-0241-01

前言

納米材料與納米技術是21世紀最令人矚目的前沿科技研究熱點之一，納米科技的蓬勃發展對眾多研究領域，乃至人類社會的生產生活產生了廣泛而深遠的影響，納米材料的應用和產業化已經成為世界許多國家相繼研究和開發的重點。《納米材料》是高等院校一門重要的新設課程，具有前瞻性、創新性、專業性和實踐性強的特點。《納米材料》及其相關的課程也是許多高等學校材料學化學專業的本科生或研究生的專業基礎課程，本課程的開展有助于讓學生了解納米材料與納米科技的發展方向，提高學生的創新性思維能力，引導學生開展納米科學前沿課題研究，培養潛在的科研人才，同時，對《納米材料》的教學也提出了較高的要求，因此需要認真思考和研究。

1.教學內容改革與優化

目前的教材多是圍繞著納米材料的基本概念和基本特性、表征方法、制備技術、納米材料在各個領域中的應用情況以及功能納米材料等內容編寫，而其中的內容很多都已過時，比如在碳納米材料這一部分內容時，十前年的主要內容是針對富勒烯和碳納米管的講解，而今天，該部分的內容可更多的偏向于目前研究較為熱門的層狀石墨烯材料。此外，材料表征方面的內容在本課程中占有相當大的篇幅，直接講解納米材料的表征特性使學生不能深入的理解，教學內容上有必要加入適當課時講解較常用的表征手段的原理和分析方法，如X-射線衍射，掃描電子顯微鏡，透射電子顯微鏡，紅外，拉曼等的分析手段。

2.教學手段改革

納米材料涉及的課程范圍較寬，有些章節較為抽象，學生首次接觸常會遇到知識過于抽象不便于理解的問題，因此傳統的教學模式已不再適應當前培養高素質人才的需要，針對這樣的問題，應利用多媒體數字化資源如動畫來輔助教學，利用當前各種模擬軟件如3DSMAX或PHOTOSHOP將抽象的納米材料的制備及生長過程進行直觀展示模擬，激發學生的學習興趣。此外，先進的儀器設備是科學研究的重要基礎，本學院擁有高分辨透射電子顯微鏡、熱場發射掃描電子顯微鏡、X射線單晶衍射儀、電化學工作站等設備，需借助這些良好的教學科研基礎條件，引導學生參與科研活動，培養學生科研素養，為今后繼續深造和走向工作崗位打下基礎。

3.教學模式改革

在教學實踐中，采取“分組教學”模式，即學生以10-15人為一小組，在既定大課題方向內，由學生自主查閱文獻資料，選定具體研究題目，設計實驗方案，并與導師探討方案的可行性。學生在教師的指導下獨立完成一種納米材料的合成制備，對性能測試的結果進行分析，并完整獨立撰寫實驗報告。這種方式將加強學生從理論上學習和理解并能拓展到實際的應用中。這種綜合性、多樣化的教學模式不僅能加強學生對理論課程的理解的重視，并能極大的調動學生的積極性和創造性，鍛煉學生的獨立思考能力、動手能力、創新能力、分析解決問題的能力及團隊精神。

4.考核方式的改革

納米材料課程的專業性和前瞻性都很強，常規的考核方式達不到反應學生學習能力和掌握程度的效果，相反地，概念性的知識點較多，一味的要求學生通過記憶背誦的方式來達到考試要求，一方面增加了學生的學習負擔，另一方面學生也難以深刻理解所學知識點。卷面考試雖有必要，此外應加入撰寫論文的考核方式。該種方式能夠督促大三學生對上學期所學的文獻檢索課程的掌握利用，還能在查閱文獻完成論文的同時，豐富與納米材料課程相關的前沿知識，增強了學生論文寫作的思路和方法，對大四的畢業論文的規范寫作提前得到了鍛煉，為今后的科研工作打下基礎。

結語

納米材料涉及范圍廣，發展日新月異，通過開展教學與實踐及科研相結合的教學模式，提高學生們的學習興趣，培養學生的獨立思考能力、創新能力及團隊精神。在以后的教學實踐中將進一步加強改革創新，為學生的全面發展和綜合素質的提高不懈努力。

參考文獻： 

[1]白春禮.納米科技及其發展前景[J].新材料產業，2001，4：8-11. 

[2]李群.納米材料的制備與應用技術[M].北京：化學工業出版社，2010. 

[3]朱世東，徐自強，白真權等.納米材料國內外研究進展Ⅱ——納米材料的應用與制備方法[J].熱處理技術與裝備，2010（31）. 

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關鍵詞：納米材料應用

納米發展小史

1959年，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德。費曼預言，人類可以用小的機器制作更小的機器，最后實現根據人類意愿逐個排列原子、制造產品，這是關于納米科技最早的夢想。

1991年，美國科學家成功地合成了碳納米管，并發現其質量僅為同體積鋼的1/6，強度卻是鋼的10倍，因此稱之為超級纖維.這一納米材料的發現標志人類對材料性能的發掘達到了新的高度。1999年，納米產品的年營業額達到500億美元。

什么是納米材料

納米（nm）是長度單位，1納米是10-9米（十億分之一米），對宏觀物質來說，納米是一個很小的單位，不如，人的頭發絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細胞的直徑一般為3000-5000nm，一般病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸一般在微米量級；對于微觀物質如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當于1個氫原子的直徑，1納米是10埃。

一般認為納米材料應該包括兩個基本條件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之間，二是材料此時具有區別常規尺寸材料的一些特殊物理化學特性。

1、納米技術在防腐中的應用

由加拿大萬達科技（無錫）有限公司與全國涂料工業信息中心聯合舉辦的無毒高效防銹顏料及其在防腐蝕涂料中的應用研討會近日在無錫召開。

中國工程院院士、裝甲兵工程學院徐濱士教授，上海交通大學李國萊教授，中化建常州涂料化工研究院錢伯榮總工等業內知名人士分別在會上作了報告，與會者共同探討了納米技術在防銹顏料中及涂料中的應用、無毒高效防銹顏料在防腐蝕涂料中的應用以及新型防銹涂料和防銹試驗方法發展等課題。

徐院士就當前納米技術的發展情況作了簡單介紹，他指出：納米技術的研究對人類的發展、世界的進步起著至關重要的作用，誰掌握了納米技術，誰就站在了世界的前列。我國納米技術的研究因起步較早，現基本能與世界保持同步，在某些領域甚至超過世界同行業。

作為國內表面處理這一課題的領頭人，徐院士重點談了納米技術對防銹顏料及涂料發展的促進作用。他說，此前我國防銹顏料的開發整體水平落后于西方發達國家，仍然以紅丹、鉻酸鹽、鐵系顏料、磷酸鋅等傳統防銹顏料為主。紅丹因其污染嚴重，對人體的傷害很大，目前已被許多國家相繼淘汰和禁止使用；磷酸鋅防銹顏料雖然無毒，但由于改性技術原因，性能并不理想，加上價格太貴，難以推廣；而三聚磷酸鋁也因價格原因未能大量應用。國外公司如美國的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德國的Hrubach、法國的SNCZ、英國的BritishPetroleum、日本的帝國化工公司均推出了一系列無毒防銹顏料，有的性能不錯，甚至已可與鉻酸鹽相比，但均因價格太高，國內尚未引進。我國防銹涂料業亟待一種無毒無害、性能優異而又價格低廉的防銹顏料來提升防銹涂料產品的整體水平，增強行業的國際競爭力。

中化建常州涂料化工研究院高級工程師沈海鷹代表常州涂料院，在題為《無毒高效防銹顏料在防腐蝕涂料中的應用》報告中，詳細介紹了復合鐵鈦醇酸防銹漆及復合鐵鈦環氧防銹漆的生產工藝、生產或使用注意事項、防銹漆技術指標及其與鐵紅、紅丹同類防銹漆主要性能的比較。

在紅丹價格一路攀升的今天，這一信息無疑給各涂料生產廠商提供了巨大的參考價值，會場氣氛十分熱烈，與會者紛紛提出各種問題。萬達科技（無錫）有限公司總工程師李家權先生就復合鐵鈦防銹顏料的防銹機理、生產工藝、載體粉的選擇、產品各項性能指標及納米材料的預處理方法等一一做了詳細介紹。

目前產品已通過國家涂料質量監督檢測中心、鐵道部產品質量監督檢驗中心車輛檢驗站、機械科學院武漢材料保護研究所等國內多家權威機構的分析和檢測，同時還經過加拿大國家涂料信息中心等國外權威機構的技術分析，結果表明其具有目前國內外同類產品無可比擬的防銹性能和環保優勢，是防銹涂料領域劃時代產品，為此獲得了中國專利技術博覽會金獎.復合鐵鈦粉及其防銹漆通過國家權威機構的鑒定后已在多個工業領域得到應用，并已由總裝備部作為重點項目在全軍部分裝備上全面推廣使用。

本次會議的成功召開，標志著我國防銹涂料產業新一輪的變革即將開始，它掀開了我國防銹涂料朝高品質、高技術含量、高效益及全環保型發展的嶄新一頁。其帶來的經濟效益、社會效益不可估量。這是新型防銹顏料向傳統防銹顏料宣戰的開始，也吹響了我國防銹涂料業向高端防銹涂料市場發起沖擊的號角。

2、納米材料在涂料中應用展前景預測

據估算，全球納米技術的年產值已達到500億美元。目前，發達國家政府和大的企業紛紛啟動了發展納米技術和納米計劃的研究計劃。美國將納米技術視為下一次工業革命的核心，2001年年初把納米技術列為國家戰略目標，在納米科技基礎研究方面的投資，從1997年的1億多美元增加到2001年近5億美元，準備像微電子技術那樣在這一領域獨占領先地位。日本也設立了納米材料中心，把納米技術列入新五年科技基本計劃的研究開發重點，將以納米技術為代表的新材料技術與生命科學、信息通信、環境保護等并列為四大重點發展領域。德國也把納米材料列入21世紀科研的戰略領域，全國有19家機構專門建立了納米技術研究網。在人類進入21世紀之際，納米科學技術的發展，對社會的發展和生存環境改善及人體健康的保障都將做出更大的貢獻。從某種意義上說，21世紀將是一個納米世紀。

由于表面納米技術運用面廣、產業化周期短、附加值高，所形成的高新技術和高技術產品、以及對傳統產業和產品的改造升級，產業化市場前景極好。

在納米功能和結構材料方面，將充分利用納米材料的異常光學特性、電學特性、磁學特性、力學特性、敏感特性、催化與化學特性等開發高技術新產品，以及對傳統材料改性；將重點突破各類納米功能和結構材料的產業化關鍵技術、檢測技術和表征技術。多功能的納米復合材料、高性能的納米硬質合金等為化工、建材、輕工、冶金等行業的跨越式發展提供了廣泛的機遇。預期十五期間，各類納米材料的產業化可能形成一批大型企業或企業集團，將對國民經濟產生重要影響；納米技術的應用逐漸滲透到涉及國計民生的各個領域，將產生新的經濟增長點。

納米技術在涂料行業的應用和發展，促使涂料更新換代，為涂料成為真正的綠色環保產品開創了突破性的新紀元。

我國每年房屋竣工面積約為18億平方米，年增長速度大約為3％。18億平方米的建筑若全部采用建筑涂料裝飾則總共需建筑涂料近300萬噸，約200～300億元的市場。目前，我國建筑涂料年產量僅60多萬噸，世界現在涂料年總產量為2500萬噸，每人每年消耗4千克，為發達國家的1／10，中國人年均涂料消費只有1.5千克。因而，建筑涂料具有十分廣闊的發展前景。

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主要完成人：陳彥模、朱美芳、張瑜、陳龍、張志明、吳文華

項目背景

自20世紀90年代以來，納米材料與納米技術的發展形成了基礎研究與應用研究并行發展的格局。納米材料的研發涉及到有機、無機、高分子等各個方面，納米材料結構功能的復合化已成為其應用研究極具生命力的方向之一；同時，與人們生活息息相關的化學纖維，從原料、技術、產品到應用都在迅速發展，傳統功能材料已難以滿足細旦化功能性化學纖維開發的技術要求，聚丙烯纖維的可染化、功能化、細旦化技術成為聚丙烯纖維新產品開發的主導方向。

然而，功能材料的納米化，又為其在高粘度、復雜流場(溫度場、剪切力場和速度場)作用下的高聚物熔體中的應用帶來了新的難題，納米功能材料在熱塑性高聚物基體中的納米尺度分散成為功能細旦化學纖維開發的核心問題。其具體難點表現在：(1)無機納米粉體制備使用過程中的易團聚與難分散：(2)纖維成形過程中納米結構有機分散相的形成機理與結構控制；(3)納米復合材料功能纖維工業化推廣的技術可行性與成本控制。針對目前可染聚丙烯及功能聚丙烯纖維材料研究開發和生產應用過程中存在的問題，該項目將前沿納米技術與新型雜化技術、功能組裝技術以及纖維加工技術有機結合，深入系統研究有機分散相原位納米尺度生成、有機一無機雜化材料制備及成纖用納米功能材料制備、修飾及纖維生產加工等一系列關鍵技術，開發出了新型可染細旦聚丙烯和納米復合功能聚丙烯纖維及制品。

主要創新點

1、通過調控改性聚烯烴(MPO)與基體(PP)兩組分配比和特性(粘度比、相容性等)配伍，控制纖維成形過程中的動力學參數(時間、壓力等)和熱力學參數(溫度)，自主開發了聚丙烯成纖過程中有機納米分散相原位生成技術，首次研制出具有納米級染座的常壓可染細旦(纖維直徑小于10 μm)聚丙烯纖維。

2、采用有機一無機及有機一有機雜化技術在聚丙烯基體中引入有機和無機納米相，通過對聚丙烯基雜化材料的結構設計，首次研制出鮮艷度明顯提高的可染細旦聚丙烯纖維。

3、首次建立了聚丙烯基納米復合材料紡絲動力學模型，揭示了無機納米功能材料與聚丙烯基體在外場作用下的相互作用機理，開發了高壓和高剪切紡絲成形工藝，解決了功能纖維細旦化難、可加工性差和納米材料的“二次團聚”等系列關鍵問題，為生產推廣中成纖過程工藝參數的制定提供基礎理論依據。

4、研制出色牢度4～5級的可染至中偏深色的細旦聚丙烯纖維以及負氧離子發生率＞5000個/cm3的系列負離子細旦聚丙烯纖維和遠紅外發射率＞87％的系列遠紅外細旦聚丙烯纖維和抑菌率＞99％的系列抗菌細旦聚丙烯纖維。

推廣應用

該成果首次實現了通用纖維功能性、舒適性與可加工性的有效統一。產業化效果顯著，聚丙烯纖維在可染基礎上鮮艷度明顯提高，功能組分加入量減少50％以上，可紡性好，生產過程無任何氣固液廢物排放，不會增加能源消耗，產品的加工成本低。

該成果擁有完全自主知識產權，在10多家企業得到應用，已開發2大類6個系列產品。2005年至2007年新增產值4.56億元，新增利稅1.18億元，創收外匯2388.13萬元。申請國家發明專利7項，其中已授權6項，在新材料制備成形加工理論方面有新的發現。近五年發表期刊論文17篇，并多次應邀作大會邀請報告或主旨報告。鑒定結論及檢索結果表明，該成果處于“國際領先水平”。

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關鍵詞：納米涂層；場發射；電子強關聯；軟凝聚態物質

2003年在國際和中國都發生了具有突發性的災難事件，但中國的GDP仍以9.1％的高速度在增長，達到了人民幣11.6萬億元，其中第二產業貢獻4萬多億元。中國現今的第二產業主要領域是冶金、制造和信息，在世界的地位是大加工廠，也是大市場。在國際競爭中所以有優勢是中國的勞動力廉價，這個優勢我們能保持多久?我們還注意到與化工有關的產品中，我們的生產效率是國際發達國家的5％，能耗是3倍，環境的破壞是9倍。這就是我們所付出的代價。不論形勢如何嚴峻，21世紀是中華民族振興的機遇期，制造業絕對是一個極其重要的領域，是個急速發展變化的領域。2003年3月國際真空學會執委會在北京舉行，會議上討論了將原來的冶金專委會改名為“表面工程專委會”，當時也考慮了另一個名字“涂層專委會”，我想用涂層材料更合適，含有繼承性和變革性。20世紀70年代曾經說成是塑料年代，此后塑料科技和工業迅速崛起，極大地改變了人類社會。繼而是信息時代，通信網、計算機網、萬維網、智能網，信息流，日新月異地改變著人類的生活和觀念。我們這個時代是高速發展的時代，技術和觀念都在與時俱進地改變著。

本世紀初興起了納米科技，促進其到來的是由于微電子小型化的發展趨勢，推動科技發展進入納米時代[1]，不僅電子學將進入納電子學領域，物理學進入介觀物理領域，各類科技，包括生物醫學等都在探索納米結構與特性。涂層和表面改性越來越多地增加了納米科技的內容，這是一種低維材料的制造和加工科技，將是制造技術的主流，將迅速地改變傳統制造技術的方法、理論和觀念，作為現今國際上的制造大國，世界加工廠，我們更應該注意研究制造技術的發展和未來。

1突破傳統制造技術的觀念

納米科技研究的內容主要是在原子、分子尺度上構造材料和器件，測量表征其結構和特性，探索、發現新現象、新規律和應用領域。與我們熟悉傳統的相比，納米材料和器件具有顯著的維數效應和尺寸效應。近幾年來，在納米材料制造方面做了大量的研究工作，在納米粒子粉材的制造，以及材料結構和特性測量、表征上取得了顯著成果[2～7]。接下來深入到納米線、納米管和納米帶的研究[8～14]，出現了一些成功有效的制造方法，發現了一些驚人的結構和特性。在此基礎上，發展了納米復合材料的研究，展現了非常有希望的應用前景[15～17]。近來人們在納米科技初期成果的基礎上挑戰某些產品的傳統加工技術，比如Al組件的快速加工。

T.B.Sercombe等人報道了快速加工鋁(Al)組件的新方法[18]，這個方法的主要特征是用快速成型技術先形成樹脂鍵合件，然后在氮氣氛中分解其鍵和第二次滲入鋁合金。在熱處理過程中，鋁與氮反應形成氮化鋁骨架，在滲透過程中得到剛體結構。與傳統制造工藝相比，這個過程是簡單的快速的，可以制造任何復雜組件，包括聚合物、陶瓷、金屬。圖1是過程示意和原型樣品，(a)是尼龍巾鑲嵌鋁粒子的SEM像，中心有結構細節的是Mg粒子，白色是Al粒子，加入少量的Mg是為還原氧化鋁，它將不是鑄件中的成分。在尼龍被燒去時，這個結構基本保持不變。(b)是氮化物骨架，圍繞Al粒子的一些環狀結構的光學顯微鏡像，再滲入Al時將形成密實結構。(c)是燒結的氮化鋁和滲鋁組件，小柱的厚為0.5mm其密度和強度都達到了傳統鑄造技術的水平。他們還制作了公斤重量多種結構的樣品。這是一種冶金技術的探索，開辟了一種新的冶金和制造技術途徑。

2納米材料的完美定律

描述材料結構的常用術語是原子結構和電子結構。原子結構的主要參量是晶格常數、鍵長、鍵角；電子結構的主要參量是能帶、量子態、分布函數。對于我們熟悉的宏觀體系，這些參量多是確定的常數，但對于納米體系，多數參量隨著原子數量的改變而變化。這是納米材料和器件的典型特征，它決定了納米材料的多樣性。其中有個重要規律，我們稱之為納米材料的完美定律，用簡單語言表述：“存在是完美的，完美的才能存在”。它包括了納米晶粒的魔數規則，即含有13、55、147…等數量原子的原子團是穩定的，對于富勒烯碳60和碳70存在的幾率最大，而對于碳59或碳71等結構體系根本不存在。這就是為什么斯莫利(Smmolley)他們當初能在大量的富勒烯中首先發現碳60和碳70，從而獲得了諾貝爾獎。對于一維納米結構，包括納米管和納米線，存在類似的規則。可以模型上認為是由殼層構成的，每個殼層中更精細的結構稱為股，每一股是一條原子鏈，中心為1股包裹殼層為7股的表示為7-1結構，再外殼層為11股的，表示為11-7-1結構，等等，構成最穩定的結構，這是一維納米結構的魔數規則。對二維納米膜存在類似的缺陷熔化規則，即不容許存在很多缺陷，一旦超過臨界值，缺陷自發產生，完全破壞二維晶態結構。上述這些低維結構特征是完美定律的具體表述，進步普遍表述理論是正在研究中的課題。

完美定律是我們討論涂層材料的出發點，因為納米材料有更多的人造品格，是大自然很少存在或者不存在的，需要人工大量制造。在制造過程中，方法簡單、產額高、成本低是最有競爭力的。可以想象，制造成本很高的材料和器件能有市場，一定是不計成本的特殊需要，有政治背景或短期的社會需求。因此在我們探索納米材料制造時，首先考慮的應是滿足完美定律的技術，如用甲烷電弧法制備納米金剛石粉技術[1]，電化學沉積法制備金屬納米線陣列技術[19]，以及電爐燒結法制造氧化物納米帶技術[20]等等。

3涂層納米材料將給我們帶來什么?

涂層納米材料是納米科技領域具有代表的材料，或是低維納米材料的有序堆積結構，或者是低維納米材料填充的復合結構。兩者都比傳統材料有驚人的結構和特性。如新型高效光電池[21]、各向異性結構材料[19]、新型面光源材料[22]等，這里舉例介紹基于熱電效應的新型納米熱電變換材料。

熱電效應器件的代表是熱電偶，即利用不同導體接觸的溫差電現象進行溫度測量的器件。基于熱電效應可以制成兩類器件：熱產生電和電產生溫差。前者可以用于制造焦電器件，即用熱直接發電，如將焦電材料涂于內燃機缸表面，利用缸體溫度高于環境幾百度的溫差發電，將余熱變作電能回收。后者可以做成電致冷器件。這類的直接熱電變換器件具有無污染，沒有活動部件，長壽命，高可靠性等優點，但塊體材料制成器件的效率低，限制了它的應用。納米科技興起以后，人們探索利用納米晶或納米線結構能否解決熱電效應的效率問題。認為用量子點超晶格材料有希望顯著提高熱電器件的效率，這是由于納米材料顯著的能級分裂，有利于載流子的共振輸運和降低晶格熱傳導，從而提高了器件的效率。T.C.Harman等人[23]報告了量子點超晶格結構的熱-電效應器件，他們制備了PbSeTe／PbTe量子點超晶格(QDSL)結構，用其制造了熱電器件(Thermo-electrics，TE)，圖2(a)是納米超晶格TE致冷器件的結構和電路圖，(b)電流-溫度曲線。將TE超晶格材料，其寬11mm，長5mm，厚0.104mm，n-型的TE片，一端置于熱槽，另一端置于冷槽，為了減小冷槽熱傳導而形成這同結接觸，用一根細金屬線與熱槽連接。當如圖2(a)所示加電流源時，將致冷降溫。對于這種納米線超晶格結構，由于量子限制效應，發生間隔很大的能級分裂，從而得到很高的熱電轉換效率。圖2(b)是TE器件的電流-溫度曲線，實驗點標明為熱與冷端溫差(T)與電流(I)關系，電流坐標表示相應通過器件的電流。■為熱端溫度Th與電流I的關系，其溫度對于流過器件的電流不敏感。為冷端溫度Tc與電流I的關系，其溫度對于電流是敏感的。圖中A是測得的最大溫差，43.7K，B是塊體(Bi，Sb)2(Se，Te)3固溶合金TE材料最大溫差，30.8K。從圖中可以看出，在較大電流時，冷端溫度趨于飽和。采用這種致冷器件由室溫降至一般冰箱的冷凍溫度是可能的。

電熱效應的逆過程的應用就是焦電器件，即利用熱源與環境的溫差發電。對于內燃機、鍋爐、致冷器高溫熱端等設備的熱壁，涂上超晶格納米結構涂層，利用剩余熱能發電，將是人們利用納米材料和組裝技術研究的重要課題。

類似面致冷、取暖，面光源，面環境監測等涂層功能材料，將給家電產業帶來革命性的影響，將會極大地改變人類的生活方式和觀念。

4含鐵碳納米管薄膜場發射

碳納米管陣列或含碳納米管涂層場發射被廣泛研究，以其為場發射陰極做成了平板顯示器。研究結果表明碳管的前端有較強的場發射能力，因此碳管涂層膜中多數碳管是平放在基底上的，場電子發射能力很差。我們制備了含有鐵(Fe)納米粒子的碳納米管，它的側向有更大的場發射能力，有利于用涂層法制造平板場發射陰極。圖3(a)是含鐵粒子碳納米的TEM像，碳管外形發生顯著改變。(b)是碳管場發射I-V特性曲線，I是CVD生長的豎直排列碳納米管的場發射曲線，II是含鐵粒子碳納米管豎直陣列的場發射曲線，III是含粒子碳納米管躺在基底上的場發射曲線，有最強的場發射能力。根據此結果，將含鐵的碳納米管用作涂層場發射陰極，有利于研制平板顯示器。

5電子強關聯體系和軟凝聚態物質

上面所講到的涂層納米功能材料和器件是當今國際上研究的熱門課題，會很快取得重要成果，甚至有新產品進入市場。當我們在討論這個納米科技中的重要方向時，不能不考慮更深層的理論問題和更長遠的發展前景。這就涉及到物理學的重要理論問題，即電子強關聯體系(electronstrongcorrelationsystem)與軟凝聚態物質(softcondensationmatter)。

在量子力學出現之前，金屬材料電導的來源是個謎，20世紀初量子力學誕生后，解決了金屬導電問題。基于Bloch假設：晶體中原子的外層電子，適應晶格周期調整它們的波長，在整個晶體中傳播；電子-電子間沒有相互作用。這是量子力學的簡化模型，沒有考慮電子間的相互作用，特別是在局域態電子的強相互作用。2003年又有人提出了金屬導電問題，Phillips和他的同事以“難以琢磨的Bose金屬”為題重新討論了金屬導電問題[24]。當計入電子間的相互作用時，可能產生的多體態，超導和巨磁阻就是這種狀態。晶體中的缺陷破壞了完善導體，導致電子局域化。電子與核作用的等效結果表現為電子間的吸引作用，導致電荷載流子為Cooper對。但這個對的形成，不是超導的充分條件。當所有Cooper對都成為單量子態時，才能觀察到超導性。這樣，對于費米子由于包利(Paulii)不相容原則，不可能產生宏觀上的單量子態。Cooper對的旋轉半徑小于通常兩個電子相互作用的空間，成為Bose子。宏觀上呈現單量子態，Bose子的相干防止了局域量子化。在局域化電子范圍內，超導性可能認為是玻色-愛因斯坦凝聚，這個觀點現今被很多人接受。從20世紀初至今，對于基本粒子的量子統計有兩種，一是Fermi統計，遵從Paulii不相容原理，即每個能量量子態上只能容納自旋不同的2個電子，而Bose子則不受這個限制。在凝聚態物質中有兩個基態：即共有化Bose子呈現超導態，局域化Bose子呈現絕緣態。然而，在幾個薄合金膜的實驗中，觀察到金屬相，破壞了超導體和絕緣體之間直接轉換。經分析認為這是玻色金屬態，參與導電的是Bose子。推斷這個金屬相可能是渦流玻璃態，這個現象在銅氧化物超導體中得到了驗證。

軟凝聚態物質研究的對象是原子、分子間不僅存在短程作用力，而且存在長程作用力，表觀上呈現的粘稠物質形態，稱為軟凝聚態。至今，人類對于晶體和原子存在強相互作用的固體已經知道得相當透徹了，但對軟凝聚態的很多科學問題還沒有深入研究，21世紀以來，引起了科學家的極大興趣。軟凝聚態物質包括流體、離子液體、復合流體、液晶、固體電解、離子導體、有機粘稠體、有機柔性材料、有機復合體，以及生物活體功能材料等。這其中的液晶由于在顯示器件上的很大市場需求，是被研究得相當清楚的一種。其他軟凝聚態結構和特性的科學問題和應用前景是目前被關注的研究課題。這其中主要有：微流體閥和泵、納米模板、納米陣列透鏡、有機半導體、有機陶瓷、流體類導體、表面敏感材料、親水疏水表面、有機晶體、生物材料(人造骨和牙齒)、柔性集成器件，以及他們的復合，統稱為分子調控材料(materialsofmolecularmanipulation)。其主要特征是原子結構的多變性和柔性，研究材料的設計、制造、結構和特性的測量、表征，追求特殊功能；理論上探討原子結構的穩定體系，光、電、熱、機械特性，以及載流子及其輸運。關于軟凝聚態物質，有些早已為人類所用，電解液、液晶等，但對其理論研究處于初期階段。科學的發展和應用的需求促進深入的理論研究，判斷體系穩定存在的依據是自由能最小，體系自由能可表示為F=E-TS，其中S是熵。對于軟凝聚態物質體系，S是重要參量。其中更多的缺陷，原子、分子運動的復雜行為，更多的電子強關聯，不再是單粒子統計所能描述，需要研究粒子間存在相互作用的統計理論。多樣性是這個體系的突出特征，因此其理論涉及廣泛、復雜問題。

物理學是探索物態結構與特性的基礎學科，是認識自然和發展科技的基礎，其中以原子間有較強作用的稠密物質體系為主要研究對象的凝聚態物理近些年有了迅速進展，研究范圍不斷擴大，從固體結構、相變、光電磁特性擴展到液晶、復雜流體、聚合物和生物體結構等。幾乎每一二十年就有新物質狀態被發現，促進了人類對自然的認識和對其規律把握能力，推動了科學和技術的發展。21世紀仍有一些老的科學問題需要深入研究，一些新科學問題已提到人們的面前。特別是低維量子限域體系和極端條件下的基本物理問題。20世紀80年代出現的介觀物理，后來發展成為納米科技所涉及的學科領域。與宏觀體系和原子體系相比，低維量子限域體系，還有很多物理問題有待解決，人們熟悉的宏觀體系得到的規則和結論有些不再有效，適用于低維量子限域體系的處理方法和理論需要探索，特別是將涉及到多層次多系統問題的描述和表征，將會有更多的新現象、新效應、新規律被發現。在納米尺度，研究原子、分子組裝、測量、表征，涉及有機材料、無機／有機復合材料和生物材料，這將大大的擴展了物理學研究的范圍和深度。涉及的重大科學前沿問題和重點發展方向有①強關聯和軟凝聚態物質，及其他新奇特性凝聚態物質；②低維量子限域體系的結構和量子特性，包括納米尺度功能材料和器件結構和特性；③粒子物理，描述物質微觀結構和基本相互作用的粒子物理標準模型和有關問題，以及復雜系統物理；④極端條件下的物理問題，探索高能過程、核結構、等離子體、新物理現象和核物質新形態等；⑤生命活動中的物理問題，物理學的基本規律、概念、技術引入生命科學中，研究生物大分子體系特征、DNA、蛋白質結構和功能等，其研究關鍵將在于定量化和系統性，必然是多學科的交叉發展，成為未來科學的重要領域。

6結論

本文討論了納米線涂層的結構和特性，重點是納米線的復合涂層和其電學特性、光電特性。其中包括制造技術新觀念，納米材料的完美定律，納米涂層的熱-電效應，碳納米管的側向場發射，以及電子強關聯體系和軟凝聚態物質，展示了涂層科學與技術的發展前景。

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篇5

關鍵詞：CDIO；理論與實驗；應用研究型課程；科研興趣；創新能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）32-0167-02

一、前言

隨著我國素質教育改革的不斷深化和推廣，國家教育部適時引入了國外CDIO教學理念[1]，旨在不斷提高學生的實踐能力和綜合素養。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程的理論、技術與經驗，是一種將實踐教育與理論教育相結合的教育理念。針對目前大多數本科生的創新及實踐能力較差、科研興趣不濃、難以適應市場需求的現狀，通過各種方式及途徑來提高學生的科研興趣、創新及實踐能力的課程改革與實踐也應運而生。開展研究型課程學習是基礎教育課程改革的一個重要內容，它符合素質教育對中小學教育的要求，有利于培養學生的創新精神和實踐能力。研究型課程，指的是學生在教師指導下，根據各自的興趣、愛好和條件，選擇不同的研究課題，獨立自主地開展研究，從中培養創新精神和創造能力的一種課程。其重要特征是堅持學生在課程實施過程中的“自由選題，自主探究和自由創造”[2，3]。而應用研究型課程是我校近年來根據教育部關于高等教育教學改革的發展方向[4]，針對本科生課程開展教學改革的重要舉措之一，其目標是：培養學生具有永不滿足、追求卓越的學術態度，培養學生發現問題、提出問題、從而解決問題的創新能力；其基本內容是：在提出問題和解決問題的全過程中學習科學研究方法、獲取豐富且多方面的學術體驗和獲得科研知識；而基本的教學形式是：在教師指導下，學生自主采用研究性學習方式開展應用學術研究。本文以作者所實踐的應用研究型課程為例，分析了目前大學生科研興趣不高、實踐能力不強的原因，并提出了一些改革經驗及措施。

二、學生科研興趣不高及實踐創新能力差的原因分析

目前，相當一部分大學生不能對所學的理論知識和學科實踐做到有機結合，導致對科研興趣不高和實踐創新意識不強[5]。針對這種情況，我們結合《納米材料的制備及表征》應用研究型課程的學習情況，認為主要有如下幾個原因。

1.基礎知識薄弱。低年級學生在做基礎實驗的時候，老師沒有將理論知識分析透徹，學生缺乏對實驗原理及實驗操作的提前探究，以至于每次實驗都僅僅只是按照老師所給的步驟按部就班，沒有做到更深層次地剖析實驗的內部因素以及實驗設備的使用原理，以至于做完就忘，根本不能更好地運用在今后的實驗和工作中。而對于高年級的學生來說，心思主要放在了找工作和考研上，對實驗馬虎了事。這就導致了理論知識不夠豐富，實際經驗又缺乏，致使學生根本不會想著所謂的培養科研興趣，提高創新能力。

2.不了解學科發展的新動態。由于沒有濃厚的科研氛圍和相關專業老師的指引，導致很多學生的科研興趣沒有得到更好地培養，創新意識也未能得到系統的訓練；其次是由于缺乏對本學科的最新科研成果和研究方向的了解，使學生漸漸失去對本專業學科知識的興趣以及對最新的科研動態的了解意識，進而未能及時打下雄厚專業基礎知識、在實踐中提出自己的新見解。

3.理論知識和實際操作的結合不夠及時。目前本科生的課程設置通常是一、二年級全部為基礎理論知識，三年級之后才開始涉及專業實驗課程。因此，到三年級開設專業實驗課程時，由于學生對低年級時所學的理論知識記憶不深、理解不夠透徹，使其在實驗過程中弄不明白實驗原理，理不清實驗思路，對實驗儀器操作因不熟悉而產生抗拒感。如本學院的金屬材料專業學生在一、二年級就學習了《材料概論》等有關于材料的結構、性質及制備的專業知識，因沒有接觸到任何相關實驗，因此只能死記硬背，應付考試。對書中所提到的一些實驗原理和方法、實驗設備的原理和使用技巧以及實驗數據的處理等方面的知識，沒能得到及時的實際操作和體驗，覺得所學的知識沒用。因此，不合理的課程設置導致理論知識和實際操作的結合不夠及時，使學生漸漸覺得科研遙不可及，最終喪失了對科研的興趣，更別說創新的培養了。

三、提高學生的科研興趣和創新能力的應對措施

在傳統的本科教學過程中，多數課程主要著重于理論知識的講授，學生很難發揮自己的思維創新能力；而應用研究型課程是著重培養學生動手和創新思維能力的課程[6]，不但能讓學生收獲一些關于其研究領域的知識，而且能培養學生的自主學習能力，使學生在完成一系列的實驗內容過程之后，既可以進一步鞏固基礎理論知識，使理論與實踐達到融會貫通，又能夠不斷提高自身的創新意識和操作技能。更重要的是，通過一系列的實踐活動，可以提高學生的適應性和激發學生對科研的興趣和創新能力。以下以應用型研究課程“納米材料制備及表征”為例，具體闡述提高學生的科研興趣和創新能力的措施。

1.鞏固基礎知識、拓展知識面。“納米材料的制備及表征”課程分為三個模塊，分別為理論模塊、實驗模塊及能力測試模塊。這三個模塊的訓練實施始終貫穿于每次的授課中。授課內容基本按以下的程序進行：首先，上課前告知學生一個主題，并圍繞該主題給學生留下幾個問題，要求學生去查找該相關文獻，收集數據，了解相關的知識。并且保證學生在每個實驗項目前有充足的時間預習實驗內容。其次，上課時，先組織學生對他們所收集的資料進行討論，讓同學對即將進行的實驗的原理、實驗步驟、可行性等方面提出自己的看法，然后集思廣益，確定一個最佳的實驗方案，隨后各個小組根據實驗方案分別進行具體實驗操作。最后，學生提交實驗報告，老師進行點評，并就實驗過程中出現的具體問題和錯誤及時進行指正。在這個過程中，不僅極大地調動了學生的自主學習積極性，而且使他們的思考更有方向性和目的性，幫助學生更透徹地理解和掌握實驗的原理和準確控制操作步驟。學生對實驗中涉及的理論知識有針對性地查找各種相關資料的過程，本身就是一個“溫故而知新”的過程，對把原有知識的融會貫通及鞏固與加強具有很大幫助。此外，本課程通常還會留一些課后思考題來測試和拓展學生的知識面。這種新型課程，既使學生收獲實驗過程帶來的快樂，又收獲知識的積累。并且通過課前討論、課堂指導、課后總結的方式，達到夯實理論知識和實踐動手能力的目的。

2.介紹學科發展新動態，擴展學生思維空間。本課程通常在課前對某一主題的相關領域進行介紹，布置課前作業，讓學生課外自行收集材料。如在進行“納米硫化鋅的水熱法制備”這一實驗項目時，授課教師先介紹納米硫化鋅的結構及物化特性，隨后介紹納米硫化鋅的最新用途及應用前景，然后讓學生去查詢硫化鋅的相關制備方法、用途及性能，重點查詢水熱法制備硫化鋅的方法原理及操作步驟、預期實驗效果等。學生開展實驗時，要認真觀察實驗現象，并對出現的異常現象要及時分析原因，同時教師通過靈活改變實驗條件，讓學生發揮想象力，驗證自己對實驗結果的猜想，并與老師作經驗分析和討論。通過這一過程訓練，不僅讓學生了解了該學術領域的最新發展動態，同時也使他們的思維空間得到了擴展。

3.加強理論及實踐相結合，提高實驗操作技能。本課程與傳統理論授課的最大區別之處是我們把實踐與理論知識密切結合，將理論知識貫穿于實驗項目中。如在傳授納米材料特性（如量子尺寸效應）的相關知識時，我們設計了一個實驗項目“納米金膠體的制備及吸收光譜的測定”，通過實驗讓學生直接觀察到納米金的顏色隨其直徑由大到小呈現紅色至紫色的變化，而吸收光譜的最大吸收峰也隨粒徑的變化發生紅移或藍移現象。通過類似實驗，使學生對納米材料的相關知識了解地更加深刻。此外，在實驗過程中，我們經常要使用到一些先進的分析儀器，學生通過教師指導并自己動手使用儀器，對他們認識、掌握儀器的原理、結構以及使用方法更為直觀及全面。這些都是在傳統課堂中沒有辦法學到的，對于拓展學生的知識面、幫助學生鞏固學過的相關知識、提高其實驗操作能力及分析問題與解決問題的能力都有很大的幫助。

四、結語

納米材料的制備及表征是我校為材料類專業本科學生開設的應用研究型課程，主要講授納米材料制備及表征的基本專業知識，以利于學生拓寬知識面、開拓視野，為學生發展個性、學會選擇開辟了一個比較廣闊的天地。學生經過課程實際實驗訓練后，其科研興趣及動手能力得到進一步加強和提高。對加強材料科學與工程專業的學科建設，使學術性與實用性并重、培養能適應未來社會發展需要的復合型、通用型人才具有積極意義。

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[4]教育部關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見[Z].教育部高等教育司，2007年2號文件.

篇6

【關鍵詞】納米電子技術；發展現狀；未來展望

進入21世紀以來，相關專家意識到納米技術將作為領先科技的前沿，對納米技術進行深入的研究，納米電子技術可能為新技術的開發和應用帶來革命性的突破。納米技術的應用范圍廣，可能深入到每個領域，每個行業，也可能成為人類生活中必不可少的必需品。目前，人類對納米電子技術的研究還不夠深入，應用也不夠廣泛，但是納米電子技術已向人們展示出了強大的魅力和應用潛力。目前已經研究出的納米電子技術產品包括納米電子元件和納米電子材料，這些產品不僅功能奇異，而且性能優良。

一、納米電子技術的發展現狀

（一）納米電子材料的應用

目前大多數納米材料包括：納米硅薄膜、納米硅材料以及納米半導體材料。其中，納米硅材料最具有技術優勢，非常符合新世紀人類對電子技術的發展需求。硅電子材料的技術相較于其他材料的優勢在于：

1.能耗低、準確可靠、運行時間較短、不易受外界的環境影響。

2.得益于科技的保證和不斷地開發研究應用，使得其成本價錢有所降低。

3.由于其短距離的分子間距，使得硅電子材料在運行過程中，反應速度很快，這就從另一方面降低了材料能耗，提高工作效率。

從上述的優勢不難看出，納米硅電子材料的問世是材料的一個新突破，它的領先技術使得其相較于同等材料具有絕對的優勢。相信隨著納米材料的不斷研究，納米材料在生活中的應用普及之后，會給人類帶來意想不到的方便。

（二）納米電子元件的應用

納米電子元件問世之前，電子元件經過了集成元件、超大規模集成元件兩個發展歷程，因此，納米電子元件是在“兩位前輩”的發展基礎上開發出來的。

自從美國的研究者J?KILBY在上世紀50年代研究出第一個集成電路以后，集成電路的就開始了快速發展，并不斷更新換代，從小規模集成到中型、大型，再到后來的超大型集成電路，如今又發展到了特大型的集成電路。

隨著集成規模的不斷擴大，電子元件的尺寸卻要越做越小，要達到納米尺寸的范圍(0.1-100nm)，例如剛剛面試的單電子晶體管，它的一個電子信號就代表了一位信息的數據，意思就是晶體管的尺寸要小到極致，從而顛覆了現代電子技術的高集成、高速度下，一定要高能耗的格局。

（三）納米電子技術應用于現代醫學

隨著納米技術的不斷研究和應用，更多的納米電子技術被應用到醫學領域之中。

納米電子技術的發展有助于細微部位的研究，而這些細微之處通過普通顯微鏡是無法做到的，納米電子技術的應用還能有助于納米傳感器的發明，通過納米傳感器可以觀察到生化反應的各種不同的化學信息以及電化學信息。此外，還有很多類似伽馬刀、螺旋CT以及MRI等高科技醫學產品的問世，它們的出現為人類醫學注入了新鮮血液。

納米電子技術作為生物醫學與電子學相交的新新技術，它將具有巨大的開發利用價值，它的研究潛力是無窮的。生物醫學電子學作為生物醫學和電子學兩大學科的結合，在生物醫學電子設備集成化和微型化方向的研究有著很大的發展空間，這種研究主要基于微電子器件的發展，當器件的尺寸發展到分子或原子的大小水平時，人們對于微小生物體的研究將進入前所未有的新階段。

二、納米電子技術的發展動向及展望

納米技術的研究和應用已經得到世界上很多國家的認可，各國也加大了對納米技術研究工作的投入力度。其中，美國提出了名為NNI，即國家納米技術的計劃項目，將重點研究納米電子學。歐盟等多個國家將在支持納米技術研究的工作上，重點投入到納米電子材料以及納米電子器件關于存儲系統和信息處理的研究，成立相關委員會，并提出歐盟每年60億歐元到納米電子研究工作中的投資報告，以推進和鼓動研究者參與到納米電子技術研究的興趣當中。而在亞洲，中國臺灣地區和日韓兩國也加入到納米電子技術研究的計劃和策略當中來，也采取了不少積極措施，比如建立納米電子研究所，加大研究經費的投入等，旨在對納米電子技術的研究工作中搶占先機，掌握主動。而我國則將納米研究技術作為重要的科學研究規劃，主要進行納米電子學的研究，而納米電子學也被中科院肯定為2020年左右最易實現，也對納米科技研究有重大影響的研究。

（一）納米硅薄膜

硅是目前為止發展最快且用途最廣，產量最大的半導體材料，硅在全世界半導體材料的總體比重中占到了95%以上，不可謂不驚人，因此，研究納米硅是研發高性能半導體的最好途徑。納米硅薄膜的工藝程序與集成電路和硅器件完全相容，因此，它可以成為進一步研制量子功能的基礎，將會在今后的納米電子研究技術中具有很大的影響力。

（二）新型電子元件的開發

隨著納米電子技術研究的深入，新型的電子元件產品也漸漸問世。

2010年2月，美國人研發的納米處理器可實現編程，可能成為納米計算機。同年5月，澳大利亞和美國研究者基于隧穿顯微鏡實現了對單個原子的操控，從而創造出了迄今為止最小的原子晶體管，它標志著世界上第一個人工制造原子的電子設備的出現，向信息處理的超強大和超高速性邁進新的臺階。同年12月，在美國德克薩斯大學，又推出了世界上第一個耐高溫工作的自旋場效應晶體管。而在2011年的4月，在美國匹茲堡大學，科學家又制造出了超小型的單電子晶體管，它的核心組件的直徑Φ小至1.5nm，這一創舉也將成為超大規模集成電路的高密度性和低能耗性的理想電子元件。

在以后的20年，將是電子元件不斷發展的時期，在此期間，新型電子元件的研究將更加深入，更多的電子元件產品將會不斷問世，為人類探索更高領域提供更科學研究方法。

（三）納米生物電子

納米生物電子是一個重要的納米電子學部分，把納米電子學的科技應用于生物芯片的領域，從而有了納米機器人的出現，這種納米機器人不是傳統的機器人，而是能進入人體血管，幫人體清除體內有害物質的清潔器，更有效地為人體排出毒素，為保證人體的正常代謝，保持人體健康做出重大貢獻。

（四）碳納米管

1991年日本科學家第一次發現碳納米管。碳納米管自身是拓撲結構，又有很好的機械強度和導電性等，可以說集光學和機械性能以及電子特性三者的優異性于一身，所以，碳納米管也被世界上的科學家們作為研究的重點。

利用碳納米管的電子性，使得它可以往單電子器件和晶體管材料方向展開研究。2010年2月，芬蘭和日本的科學家研究出了新型碳納米管，它是最優的介于半導體和金屬性兩者平衡點之間的材料，基于對新型碳納米管的研究，科學家們發現它可以制作成集成電路，且該電路具有邏輯順序，可為納米計算機的研發帶來一些啟發和靈感。同年6月份，瑞典的歌德堡大學研發出了一種對納米管形成的過程可控的方法，利用碳納米管可以使晶體管的尺寸變得更小，運行速度也更快，制造出的半導體材料比硅晶體管高出70%的碳納米管，從而使得電子流動性要高于現有普通半導體材料的25%，可以說半導體材料已經在往新型碳納米管上轉型，新型碳納米管將會在今后得到更多的應用。

三、結束語

納米電子技術的迅猛發展對人類來說絕對是一大利好消息，隨著國際的重視，各國對納米電子技術的資金投入以及科學研究者們的不斷研發，納米電子技術真正應用到人們的日常生活將指日可待。屆時，高效、環保、科學的生物材料，醫學設備和電子晶體管的問世，將會大大改善人們的生活現狀，讓人們切切實實地體驗納米時代。

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篇7

1、各國競相出臺納米科技發展戰略和計劃

由于納米技術對國家未來經濟、社會發展及國防安全具有重要意義，世界各國（地區）紛紛將納米技術的研發作為21世紀技術創新的主要驅動器，相繼制定了發展戰略和計劃，以發表和推進本國納米科技的發展。目前，世界上已有50多個國家制定了國家級的納米技術計劃。一些國家雖然沒有專項的納米技術計劃，但其他計劃中也往往包含了納米技術相關的研發。

（1）發達國家和地區雄心勃勃

為了搶占納米科技的先機，美國早在2000年就率先制定了國家級的納米技術計劃（NNI），其宗旨是整合聯邦各機構的力量，加強其在開展納米尺度的科學、工程和技術開發工作方面的協調。2003年11月，美國國會又通過了《21世紀納米技術研究開發法案》，這標志著納米技術已成為聯邦的重大研發計劃，從基礎研究、應用研究到研究中心、基礎設施的建立以及人才的培養等全面展開。

日本政府將納米技術視為“日本經濟復興”的關鍵。第二期科學技術基本計劃將生命科學、信息通信、環境技術和納米技術作為4大重點研發領域，并制定了多項措施確保這些領域所需戰略資源（人才、資金、設備）的落實。之后，日本科技界較為徹底地貫徹了這一方針，積極推進從基礎性到實用性的研發，同時跨省廳重點推進能有效促進經濟發展和加強國際競爭力的研發。

歐盟在2002—2007年實施的第六個框架計劃也對納米技術給予了空前的重視。該計劃將納米技術作為一個最優先的領域，有13億歐元專門用于納米技術和納米科學、以知識為基礎的多功能材料、新生產工藝和設備等方面的研究。歐盟委員會還力圖制定歐洲的納米技術戰略，目前，已確定了促進歐洲納米技術發展的5個關鍵措施：增加研發投入，形成勢頭；加強研發基礎設施；從質和量方面擴大人才資源；重視工業創新，將知識轉化為產品和服務；考慮社會因素，趨利避險。另外，包括德國、法國、愛爾蘭和英國在內的多數歐盟國家還制定了各自的納米技術研發計劃。

（2）新興工業化經濟體瞄準先機

意識到納米技術將會給人類社會帶來巨大的影響，韓國、中國臺灣等新興工業化經濟體，為了保持競爭優勢，也紛紛制定納米科技發展戰略。韓國政府2001年制定了《促進納米技術10年計劃》，2002年頒布了新的《促進納米技術開發法》，隨后的2003年又頒布了《納米技術開發實施規則》。韓國政府的政策目標是融合信息技術、生物技術和納米技術3個主要技術領域，以提升前沿技術和基礎技術的水平；到2010年10年計劃結束時，韓國納米技術研發要達到與美國和日本等領先國家的水平，進入世界前5位的行列。

中國臺灣自1999年開始，相繼制定了《納米材料尖端研究計劃》、《納米科技研究計劃》，這些計劃以人才和核心設施建設為基礎，以追求“學術卓越”和“納米科技產業化”為目標，意在引領臺灣知識經濟的發展，建立產業競爭優勢。

（3）發展中大國奮力趕超

綜合國力和科技實力較強的發展中國家為了迎頭趕上發達國家納米科技發展的勢頭，也制定了自己的納米科技發展戰略。中國政府在2001年7月就了《國家納米科技發展綱要》，并先后建立了國家納米科技發表協調委員會、國家納米科學中心和納米技術專門委員會。目前正在制定中的國家中長期科技發展綱要將明確中國納米科技發展的路線圖，確定中國在目前和中長期的研發任務，以便在國家層面上進行發表與協調，集中力量、發揮優勢，爭取在幾個方面取得重要突破。鑒于未來最有可能的技術浪潮是納米技術，南非科技部正在制定一項國家納米技術戰略，可望在2005年度執行。印度政府也通過加大對從事材料科學研究的科研機構和項目的支持力度，加強材料科學中具有廣泛應用前景的納米技術的研究和開發。

2、納米科技研發投入一路攀升

納米科技已在國際間形成研發熱潮，現在無論是富裕的工業化大國還是渴望富裕的工業化中國家，都在對納米科學、技術與工程投入巨額資金，而且投資迅速增加。據歐盟2004年5月的一份報告稱，在過去10年里，世界公共投資從1997年的約4億歐元增加到了目前的30億歐元以上。私人的納米技術研究資金估計為20億歐元。這說明，全球對納米技術研發的年投資已達50億歐元。

美國的公共納米技術投資最多。在過去4年內，聯邦政府的納米技術研發經費從2000年的2.2億美元增加到2003年的7.5億美元，2005年將增加到9.82億美元。更重要的是，根據《21世紀納米技術研究開發法》，在2005～2008財年聯邦政府將對納米技術計劃投入37億美元，而且這還不包括國防部及其他部門將用于納米研發的經費。

日本目前是僅次于美國的第二大納米技術投資國。日本早在20世紀80年代就開始支持納米科學研究，近年來納米科技投入迅速增長，從2001年的4億美元激增至2003年的近8億美元，而2004年還將增長20%。

在歐洲，根據第六個框架計劃，歐盟對納米技術的資助每年約達7.5億美元，有些人估計可達9.15億美元。另有一些人估計，歐盟各國和歐盟對納米研究的總投資可能兩倍于美國，甚至更高。

中國期望今后5年內中央政府的納米技術研究支出達到2.4億美元左右；另外，地方政府也將支出2.4億～3.6億美元。中國臺灣計劃從2002～2007年在納米技術相關領域中投資6億美元，每年穩中有增，平均每年達1億美元。韓國每年的納米技術投入預計約為1.45億美元，而新加坡則達3.7億美元左右。

就納米科技人均公共支出而言，歐盟25國為2.4歐元，美國為3.7歐元，日本為6.2歐元。按照計劃，美國2006年的納米技術研發公共投資增加到人均5歐元，日本2004年增加到8歐元，因此歐盟與美日之間的差距有增大之勢。公共納米投資占GDP的比例是：歐盟為0.01%，美國為0.01%，日本為0.02%。

另外，據致力于納米技術行業研究的美國魯克斯資訊公司2004年的一份年度報告稱，很多私營企業對納米技術的投資也快速增加。美國的公司在這一領域的投入約為17億美元，占全球私營機構38億美元納米技術投資的46%。亞洲的企業將投資14億美元，占36%。歐洲的私營機構將投資6.5億美元，占17%。由于投資的快速增長，納米技術的創新時代必將到來。

3、世界各國納米科技發展各有千秋

各納米科技強國比較而言，美國雖具有一定的優勢，但現在尚無確定的贏家和輸家。

（1）在納米科技論文方面日、德、中三國不相上下

根據中國科技信息研究所進行的納米論文統計結果，2000—2002年，共有40370篇納米研究論文被《2000—2002年科學引文索引（SCI）》收錄。納米研究論文數量逐年增長，且增長幅度較大，2001年和2002年的增長率分別達到了30.22%和18.26%。

2000—2002年納米研究論文，美國以較大的優勢領先于其他國家，3年累計論文數超過10000篇，幾乎占全部論文產出的30%。日本（12.76%）、德國（11.28%）、中國（10.64%）和法國（7.89%）位居其后，它們各自的論文總數都超過了3000篇。而且以上5國2000—2002年每年的納米論文產出大都超過了1000篇，是納米研究最活躍的國家，也是納米研究實力最強的國家。中國的增長幅度最為突出，2000年中國納米論文比例還落后德國2個多百分點，到2002年已經超過德國，位居世界第三位，與日本接近。

在上述5國之后，英國、俄羅斯、意大利、韓國、西班牙發表的論文數也較多，各國3年累計論文總數都超過了1000篇，且每年的論文數排位都可以進入前10名。這5個國家可以列為納米研究較活躍的國家。

另外，如果歐盟各國作為一個整體，其論文量則超過36%，高于美國的29.46%。（2）在申請納米技術發明專利方面美國獨占鰲頭

據統計：美國專利商標局2000—2002年共受理2236項關于納米技術的專利。其中最多的國家是美國（1454項），其次是日本（368項）和德國（118項）。由于專利數據來源美國專利商標局，所以美國的專利數量非常多，所占比例超過了60%。日本和德國分別以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英國、韓國、加拿大、法國和中國臺灣的專利數也較多，所占比例都超過了1%。

專利反映了研究成果實用化的能力。多數國家納米論文數與專利數所占比例的反差較大，在論文數最多的20個國家和地區中，專利數所占比例超過論文數所占比例的國家和地區只有美國、日本和中國臺灣。這說明，很多國家和地區在納米技術研究上具備一定的實力，但比較側重于基礎研究，而實用化能力較弱。

（3）就整體而言納米科技大國各有所長

美國納米技術的應用研究在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤等領域快速發展。隨著納米技術在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應用，目前美國納米研究熱點已逐步轉向醫學領域。醫學納米技術已經被列為美國國家的優先科研計劃。在納米醫學方面，納米傳感器可在實驗室條件下對多種癌癥進行早期診斷，而且，已能在實驗室條件下對前列腺癌、直腸癌等多種癌癥進行早期診斷。2004年，美國國立衛生研究院癌癥研究所專門出臺了一項《癌癥納米技術計劃》，目的是將納米技術、癌癥研究與分子生物醫學相結合，實現2015年消除癌癥死亡和痛苦的目標；利用納米顆粒追蹤活性物質在生物體內的活動也是一個研究熱門，這對于研究艾滋病病毒、癌細胞等在人體內的活動情況非常有用，還可以用來檢測藥物對病毒的作用效果。利用納米顆粒追蹤病毒的研究也已有成果，未來5～10年有望商業化。

雖然醫學納米技術正成為納米科技的新熱點，納米技術在半導體芯片領域的應用仍然引人關注。美國科研人員正在加緊納米級半導體材料晶體管的應用研究，期望突破傳統的極限，讓芯片體積更小、速度更快。納米顆粒的自組裝技術是這一領域中最受關注的地方。不少科學家試圖利用化學反應來合成納米顆粒，并按照一定規則排列這些顆粒，使其成為體積小而運算快的芯片。這種技術本來有望取代傳統光刻法制造芯片的技術。在光學新材料方面，目前已有可控直徑5納米到幾百納米、可控長度達到幾百微米的納米導線。

日本納米技術的研究開發實力強大，某些方面處于世界領先水平，但尚未脫離基礎和應用研究階段，距離實用化還有相當一段路要走。在納米技術的研發上，日本最重視的是應用研究，尤其是納米新材料研究。除了碳納米管外，日本開發出多種不同結構的納米材料，如納米鏈、中空微粒、多層螺旋狀結構、富勒結構套富勒結構、納米管套富勒結構、酒杯疊酒杯狀結構等。

在制造方法上，日本不斷改進電弧放電法、化學氣相合成法和激光燒蝕法等現有方法，同時積極開發新的制造技術，特別是批量生產技術。細川公司展出的低溫連續燒結設備引起關注。它能以每小時數千克的速度制造粒徑在數十納米的單一和復合的超微粒材料。東麗和三菱化學公司應用大學開發的新技術能把制造碳納米材料的成本減至原來的1／10，兩三年內即可進入批量生產階段。

日本高度重視開發檢測和加工技術。目前廣泛應用的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場光學顯微鏡等的性能不斷提高，并涌現了諸如數字式顯微鏡、內藏高級照相機顯微鏡、超高真空掃描型原子力顯微鏡等新產品。科學家村田和廣成功開發出亞微米噴墨印刷裝置，能應用于納米領域，在硅、玻璃、金屬和有機高分子等多種材料的基板上印制細微電路，是世界最高水平。

日本企業、大學和研究機構積極在信息技術、生物技術等領域內為納米技術尋找用武之地，如制造單個電子晶體管、分子電子元件等更細微、更高性能的元器件和量子計算機，解析分子、蛋白質及基因的結構等。不過，這些研究大都處于探索階段，成果為數不多。

歐盟在納米科學方面頗具實力，特別是在光學和光電材料、有機電子學和光電學、磁性材料、仿生材料、納米生物材料、超導體、復合材料、醫學材料、智能材料等方面的研究能力較強。

中國在納米材料及其應用、掃描隧道顯微鏡分析和單原子操縱等方面研究較多，主要以金屬和無機非金屬納米材料為主，約占80%，高分子和化學合成材料也是一個重要方面，而在納米電子學、納米器件和納米生物醫學研究方面與發達國家有明顯差距。

4、納米技術產業化步伐加快

目前，納米技術產業化尚處于初期階段，但展示了巨大的商業前景。據統計：2004年全球納米技術的年產值已經達到500億美元，2010年將達到14400億美元。為此，各納米技術強國為了盡快實現納米技術的產業化，都在加緊采取措施，促進產業化進程。

美國國家科研項目管理部門的管理者們認為，美國大公司自身的納米技術基礎研究不足，導致美國在該領域的開發應用缺乏動力，因此，嘗試建立一個由多所大學與大企業組成的研究中心，希望借此使納米技術的基礎研究和應用開發緊密結合在一起。美國聯邦政府與加利福尼亞州政府一起斥巨資在洛杉礬地區建立一個“納米科技成果轉化中心”，以便及時有效地將納米科技領域的基礎研究成果應用于產業界。該中心的主要工作有兩項：一是進行納米技術基礎研究；二是與大企業合作，使最新基礎研究成果盡快實現產業化。其研究領域涉及納米計算、納米通訊、納米機械和納米電路等許多方面，其中不少研究成果將被率先應用于美國國防工業。

美國的一些大公司也正在認真探索利用納米技術改進其產品和工藝的潛力。IBM、惠普、英特爾等一些IT公司有可能在中期內取得突破，并生產出商業產品。一個由專業、商業和學術組織組成的網絡在迅速擴大，其目的是共享信息，促進聯系，加速納米技術應用。

日本企業界也加強了對納米技術的投入。關西地區已有近百家企業與16所大學及國立科研機構聯合，不久前又建立了“關西納米技術推進會議”，以大力促進本地區納米技術的研發和產業化進程；東麗、三菱、富士通等大公司更是紛紛斥巨資建立納米技術研究所，試圖將納米技術融合進各自從事的產業中。

歐盟于2003年建立納米技術工業平臺，推動納米技術在歐盟成員國的應用。歐盟委員會指出：建立納米技術工業平臺的目的是使工程師、材料學家、醫療研究人員、生物學家、物理學家和化學家能夠協同作戰，把納米技術應用到信息技術、化妝品、化學產品和運輸領域，生產出更清潔、更安全、更持久和更“聰明”的產品，同時減少能源消耗和垃圾。歐盟希望通過建立納米技術工業平臺和增加納米技術研究投資使其在納米技術方面盡快趕上美國。

篇8

會議旨在解讀國家軍民融合政策等熱點問題，研討全球軍用紡織品的創新熱點和應用趨勢，展示我國紡織軍民融合的新技術和新產品；協調銜接紡織軍工配套科研、生產等事宜。

天津工業大學校長楊慶新做會議致辭，他指出，會議旨在探討紡織軍民融合的現展路徑，助力實現中國夢的共同心愿。

中國紡織工業聯合會副會長、中國產業用紡織品行業協會會長李陵申在致辭中表示，我國紡織行業在軍民融合發展方面具有光榮的傳統，中產協在中紡聯的領導下承擔起我國紡織軍工配套的組織和行業服務的使命，也是全國紡織軍用標準歸口管理單位。經過多年發展，已經形成了一支涵蓋行業組織、高校、研究機構、骨干企業和需方單位的高水平紡織軍工配套體系，在單兵防護、裝備配套、偽裝抗干擾武器生產方面提供了重要支持和保障。

李陵申強調，當今世界各國都高度重視高技術軍用紡織品的發展，我國把軍民融合發展上升為國家戰略。在即將出臺的《產業用紡織品行業“十三五”發展指導意見》中，將軍民融合相關產業用紡織品作為重點發展方向，未來紡織軍工的發展將面臨重大的政策機遇。產業用紡織品行業協會作為紡織軍配套工作的承擔單位，將積極貫徹國家戰略，從先進紡織材料的需求側和供給側同步發力，加強與軍隊相關需求單位的對接交流，構建雙方合作交流機制，將紡織的最新科技成果推介給軍隊使用單位，并通過建立軍民融合推進機制，共同解決制約防護裝備發展中的紡織材料問題，為軍隊打贏現代戰爭貢獻力量，為產業用紡織品強國戰略蓄能動力！

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牙切角缺損的比較理想的材料， 值得臨床推廣。【關鍵詞】納米樹脂；前牙切角缺損；口腔修復DOI：10.14163/ki.11-5547/r.2015.32.065

上前牙外傷或齲壞多導致切角缺損 ， 不僅影響患者的發音和咀嚼 ， 更影響患者的美觀 ， 對此類病損的修復一直是臨床醫師探討的熱點和重點話題。傳統的修復方法多為烤瓷冠修復或者自攻自斷螺紋釘結合光固化復合樹脂修復 ， 其中烤瓷全冠修復需對牙體進行大量切削以獲得修復體所必須的空間 ， 而切角缺損病例多為活髓牙 ， 因此修復過程中容易導致牙本質敏感甚至牙髓病變的可能。而在前牙放置自攻自斷螺紋釘易造成意外穿髓或側壁穿通 ， 有時釘可因微滲漏而被腐蝕 ， 引起牙和修復體變色[1]。修復體長時間應用后 ， 自攻自斷釘易折斷并脫落 ， 甚至有牙體折裂的可能[2]。納米樹脂是一種新型超微填料性復合樹脂 ， 與傳統復合樹脂相比 ， 含更細的無機填料 ， 更耐磨損 ， 拋光性也更好。近年來作者將納米樹脂材料應用于臨床直接修復前牙切角缺損患者 ， 取得了滿意的臨床效果， 現報告如下。 1資料與方法

1. 1一般資料選擇 2013～2014年來本院門診就醫患者 89例共105顆牙， 其中男49顆， 女56顆；年齡15～70歲；其中因齲齒造成缺損的患牙 72顆 ， 另外 33顆患牙因外傷導致切角缺損 ， 所有患牙切角缺損至牙本質中層 ， 無牙髓及根尖病變， 無牙周疾病。

1. 2材料3M公司生產的 FiltekZ350通用型納米樹脂、光固化機、樹脂修補刀、聚酯薄膜

1. 3研究方法齲齒去腐質并盡量將唇側變色的牙質磨除 ， 近髓側用 Ca（OH） 2墊底 ， 在窩洞周邊用細金鋼砂車針打磨約2 mm粗糙面 ， 邊緣作 45°短斜面 ， 使用酸蝕劑對釉質和牙本質進行酸蝕， 20 s后， 用棉球吸干， 涂粘結劑， 光照15 s， 然后使用 3M公司生產的 FiltekZ350通用型納米樹脂逐層充填、固化 ， 直至恢復切角處外形 ， 調磨和高度拋光 ， 完成治療。記錄患者聯系方式 ， 1年后對所有患者進行電話隨訪 ， 約患者復查患牙情況， 進行記錄對比。

1. 4療效判斷標準成功：患牙修復后形態功能恢復良好 ， 修復體無松動、脫落 ， 無變色及著色 ， 無繼發齲。失敗：修復體松動、脫落或邊緣變色、著色及繼發齲。

2結果

所有患者治療結束后 1年進行電話隨訪 ， 成功復查患者 78例 ， 93顆患牙。其中成功修復的患牙 87顆 ， 成功率為

作者單位：116027大連市中心醫院口腔科通訊作者：汪崇

93.55%。失敗的患牙中松動脫落為 3顆 ， 修復體邊緣變色、著色為 3顆， 無繼發齲患牙。

3討論

前牙切角缺損的修復一直是口腔臨床醫生經常面對又比較棘手的問題 ， 此類患者往往對美觀要求較高 ， 也盼望在最短的時間內恢復功能 ， 而此類患牙缺乏良好固位型 ， 修復后失敗率較高。經過多年來口腔科醫生的共同努力 ， 用于此類缺損修復的材料及臨床操作方法有了長足的進步。近年來納米材料迅猛發展 ， 被成功應用于醫學多個領域 ， 其中納米樹脂被口腔科醫生廣泛應用于牙體缺損的修復中。

納米復合樹脂與傳統光固化復合樹脂不同的是其填料直徑更細 ， 僅為 0.005～0.010 μm， 低于可見光的波長 ， 應用納米樹脂修補缺損的患牙在受到摩擦時 ， 牙齒只是磨損到一個納米顆粒 ， 而不會像傳統混合型樹脂那樣丟失一個較大面積的顆粒 ， 因此具有更強的耐磨性和抗微滲漏性 ， 色澤更逼真 ， 與牙體組織更為匹配 ， 并且具有更強的放射阻射性。3M納米樹脂修后的患牙感覺像天然牙一樣 ， 而且便于牙齒的日常護理與口腔衛生的保健。

本研究未采用傳統的自攻自斷螺紋釘加強固位 ， 而是應用納米樹脂進行直接分層充填修復。自攻自斷螺紋釘是通過螺紋與牙本質的機械扣鎖力而產生固位[3]。在以往長時間傳統的修復觀念中 ， 因為前牙切角缺損的病例固位型較差 ， 因此很多口腔臨床醫生利用自攻自斷螺紋釘加強固位 ， 同時使用光固化復合樹脂一次完成切角缺損修復。然而隨著口腔材料長足發展 ， 在前牙復合樹脂現代修復理念中 ， 不再鼓勵使用自攻自斷螺紋釘。這樣可以避免自攻自斷螺紋釘修復時發生牙體意外穿髓。但是直接分層充填修復要求醫生有較強的臨床操作技能和耐心， 并且患者能較好的配合治療。

設計類型合理 ， 選用高粘結性強度粘結材料 ， 嚴格規范的臨床操作及充填后的拋光是減少微滲漏 ， 保證和提高修復質量的根本[4]。在本研究中復診的患牙中有 3顆出現修復材料松動脫落 ， 最常見修復失敗的原因是前牙咀嚼外傷造成修復體松動脫落 ， 因此充填完畢后應注意咬合調磨 ， 同時也避免前伸牙合時的早接觸 ，從而提高修復體的使用壽命。另外在修復過程中要堅決避免充填的納米樹脂與鄰牙粘結 ，目前臨床最常用的方法是使用聚酯薄膜或成型片將患牙與鄰牙分離。

綜上所述 ， 使用納米樹脂直接修復前牙切角缺損 ， 可以恢復牙齒自然外形 ， 色澤逼真 ， 有質感 ， 強度高 ， 拋光和使用的持久性非常好 ， 經過 1年后隨訪患者的臨床檢驗 ， 修復的損中的應用 .醫學信息 ， 2010， 5（3）：496-497.參考文獻[4]余擎 .牙科臨床規范化操作圖譜 .北京：人民衛生出版社 ， 2009：136.

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【論文摘要本文根據上海工程技術大學材料科學和工程專業教學培養目標的特征,從課程體系和內容,教學理念,教學方法及手段,實踐教學環節改革,考核評價方式,師資隊伍建設等方面討論了“材料科學基礎”課程教改中的一些熱點新問題及教改實踐。根據我校培養優秀工程師的辦學定位,結合材料學科的發展方向,初步建立了居于“基礎適度、口徑寬廣、應用為先”標準的“材料科學基礎”課程的新教學體系,從中取得了一些較好的教改效果和經驗。

上海工程技術大學是一所以培養優秀工程師為主要目標的教學型大學。根據我校的辦學定位和特色,作為材料科學和工程學科重要基礎課程之一,“材料科學基礎”有必要在加強基礎、拓寬專業知識面和加強實踐練習等方面進行課程改革。

1課程的性質

材料科學是一門揭示探究固體材料性質規律、設計及控制材料性能的科學,其目的在于揭示材料的結構和性能之間的基本關系。探究表明,材料結構是決定材料性能的核心要素,而材料的顯微結構和材料的加工過程有密切的關系。因此,材料科學也需要探究材料在各種過程中的行為,這些過程包括加熱過程、冷卻過程、反應過程、界面過程、擴散過程、相變過程等。

“材料科學基礎”是材料科學和工程學科的主干基礎課程和核心課程,是材料科學和工程學科人才的基本知識和基本能力的重要組成部分,是本學科專業人才的整體知識結構、能力結構、素質結構的重要基石。根據我校的教學培養目標,本門課程的教學實踐必須著眼于培養未來的材料工程師,緊貼上海市發展先進制造業的需求,結合本校材料科學重點學科的發展方向,在進行材料科學基礎理論和基本技術教育的基礎上,側重進行材料開發應用、材料改性和材料加工的工程教育。

2課程教學的改革實踐

“材料科學基礎”課程建設和課程教學改革的指導思想是根據專業發展規劃,主動適應上海經濟、科技和社會的發展對材料學科專業人才知識結構和實踐能力的要求,強調理論和實踐結合,在寬專業知識面上對學生進行綜合素質的提高,培養既把握材料科學和工程基本原理,又通曉材料制備和加工、組成和結構、性能和應用等系統知識的寬專業人才。作為材料學科最為基礎和重要的平臺課程,“材料科學基礎”在學科知識構建中起著“基石”的功能,其教學內容的設定、寬度和深度決定著學生培養中有關材料學知識的基礎深度和知識面的廣泛程度,并影響著后續課程的展開、實施及教學效果。本著“基礎適度、口徑寬廣、應用為先”的教學原則,我們對課程教學目標、課程體系和內容、實踐教學環節、教學方法和手段、考核評估等方面進行了教學改革的實踐。

2.1課程教學目標

作為應用型本科材料專業的基礎課程,“材料科學基礎”課程的教學目標具有多重指向性。一方面,應打下材料科學和工程領域的基本理論基礎,為學習材料專業其他知識做預備,同時也為部分學生進一步深造做預備,為此要根據不同學生的情況,有區別地加以培養;其次,要注重培養學生運用基礎理論分析和解決實際新問題的思路和能力,把握材料科學和工程學科的思維方法,為今后自學材料領域的相關知識打下良好的基礎;最后,根據社會經濟的發展需求,強調學生對材料科技進展和人類文明及經濟發展關系的認知,能從價值工程的角度研發、選擇和應用材料,從環境保護和可持續發展角度評價使用材料。

2.2課程體系和內容

在課程體系上,貫徹“基礎適度、口徑寬廣、應用為先”的課程體系改革原則,在保持金屬材料為主的專業特色的基礎上,全面介紹了金屬材料、高分子材料、陶瓷材料及復合材料的共性和個性特征,在材料科學理論模型的介紹上盡量拓展其適用的材料范圍,如晶體結構,位錯模型,界面結構模型等。教學內容的取舍以“精、寬、新、用”為原則,從材料科學和工程的基本原理出發,以固體材料結構為重點,從微觀、宏觀、物質內部、表面和界面、靜態及動態過程等不同層面角度,闡述固體材料結構、結構缺陷及變化規律,以及固態材料的相平衡、相圖、擴散、相變等,在材料應用方面,結合材料科學的理論內容,介紹相關的新材料、新工藝,如納米材料、功能材料的最新進展,使學生對材料組成和物質結構的內在聯系、材料結構和性能間關系有系統的理解和把握,為今后相關專業課程的學習打下扎實的寬專業口徑的理論知識基礎。

2.3實踐教學環節

在加強實踐的教學改革中,采取實驗教學課程建設和學院平臺實驗室建設相結合的方式,推進課程實踐教學的全面提高。材料科學基礎的實踐教學環節分為兩個部分,一是課內實驗,現配置了16學時的實驗課,二是單列了一門“材料科學綜合實驗”課程,時間布置為連續的3周。針對課程教學目標和教學內容改革的要求,重新討論制定了課內實驗內容,加大綜合性實驗的比重,如金屬塑性變形和再結晶綜合實驗、金相分析綜合實驗等,編寫了新的實驗教學指導書。課內實驗以學生材料學基礎技能練習為目標,如金相試樣的制備、金相組織觀察、材料塑性變形過程組織變化的特征,強調對不同材料顯微結構基本特征的把握。材料科學基礎綜合實驗課程的主要目的是通過一個完整的實驗過程,包括明確實驗目的、設計實驗過程、實施實驗和分析實驗結果,培養學生材料科學和工程的基本素養,提高實驗動手能力和分析、解決新問題的能力,進一步鞏固對材料科學基礎核心內容,即“材料結構決定材料性能、材料加工過程和材料結構密切相關”的認知。課內實驗和綜合實驗內容互為補充、相益得彰,取得了新教學培養模式的良好的教學效果。

2.4教學手段和教學方法

在課堂教學和課內實驗教學實踐中,充分利用多媒體教學手段,自編CAI多媒體課件,在有限的學時內最大限度的發揮多媒體教學的應用效果。一些實驗室目前難以實現而對學生的學識教育較為重要的內容也通過多媒體形式使學生有一個較為直觀的熟悉。和此同時,還對教學方法進行了相應的改進,授課力求重點突出、邏輯清楚,強調教學互動,提倡師生間平等討論,倡導探索性和探究性的學習方法,達到理論融會貫通的目的。

2.5考核方式

在課程建設過程中我們對課程的考核方式也進行了深入的討論,大家認為合理的考核評價制度應該以提高學生的綜合素質為主要目標,為此有必要改進傳統的閉卷考試形式,避免“一考定終身”的方法。對此我們正在探索一種更為全面均衡的考核方法。具體考慮為將平時作業、實驗報告、小論文、隨堂考試和期末考試相結合的方式。重視對平時學習過程和階段學習效果的評價,將上課聽講和課堂交流、作業習題解答的獨特性及完成質量列入考評,鼓勵學生自主學習、創新學習,鼓勵學生發表有自洽性合理性的不同見解。在階段學習后,設計一些隨堂考試卷,隨堂考試答應學生參考課堂筆記和教材,但每個學生必須獨立完成試卷,重點考查學生對基礎知識的應用能力,檢驗學生分析解決新問題的能力。將實驗報告作為獨立考查的重要部分,注重培養學生獨立完成實驗并撰寫規范的實驗報告的能力,檢驗和評價學生的動手能力和創新思維能力。適當調低期末考試在學生學業成績中的權重,例如由原來的70％降低到50％或更低,試卷內容要充分體現教學大綱的基本要求,重點考查學生的臨場應變能力,對基本知識的把握、熟練和提煉的程度。

2.6師資隊伍建設

課程建設主要依靠教師推動。近年來,我們以全面提高教師隊伍素質為中心,以培養優秀年輕骨干教師為重點,在職教師再培訓和引進高素質人才并重,著眼于學科可持續發展的需求,建設一支結構優化、素質良好、富有活力、具有創新能力的高水平的教師隊伍,取得了很大成效。教師隊伍的科研和工程實踐能力有了極大的提升,在“材料科學基礎”教學團隊中,有校學科帶頭人、上海市曙光學者、校青年學術骨干等,科研及學科建設的成果反哺教學的結果,促進了學生科研實踐能力的提高和材料工程意識的形成。教師團隊通過公開課觀摩學習,加強教學法探究,極大地提升了教師整體的業務水平和教學效果。

3結語

作為上海市重點課程建設的“材料科學基礎”正在我校材料學院相關專業范圍內進行教學實踐,在課程目標、課程體系和內容、實踐教學環節、教學手段和方法、考核方式改革等方面進行了探索實踐并取得了一定的成績。課程建設下一步的工作重點將放在網絡教學平臺建設上,以進一步提高教學效益和教學質量。教育教學改革是一項永無止境的事業,只有通過對學生培養的各個環節進行更具體的探索和調查探究,不斷地實踐以總結其中的經驗教訓,才能逐漸探索出一條適合于應用型本科材料專業人才培養的成功之路。

參考文獻

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