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篇1

【關(guān)鍵詞】納米材料教學(xué)方法教學(xué)改革

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

前言

納米材料與納米技術(shù)是21世紀(jì)最令人矚目的前沿科技研究熱點之一，納米科技的蓬勃發(fā)展對眾多研究領(lǐng)域，乃至人類社會的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了廣泛而深遠(yuǎn)的影響，納米材料的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成為世界許多國家相繼研究和開發(fā)的重點?！都{米材料》是高等院校一門重要的新設(shè)課程，具有前瞻性、創(chuàng)新性、專業(yè)性和實踐性強的特點?！都{米材料》及其相關(guān)的課程也是許多高等學(xué)校材料學(xué)化學(xué)專業(yè)的本科生或研究生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，本課程的開展有助于讓學(xué)生了解納米材料與納米科技的發(fā)展方向，提高學(xué)生的創(chuàng)新性思維能力，引導(dǎo)學(xué)生開展納米科學(xué)前沿課題研究，培養(yǎng)潛在的科研人才，同時，對《納米材料》的教學(xué)也提出了較高的要求，因此需要認(rèn)真思考和研究。

1.教學(xué)內(nèi)容改革與優(yōu)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(shù)、納米材料在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用情況以及功能納米材料等內(nèi)容編寫，而其中的內(nèi)容很多都已過時，比如在碳納米材料這一部分內(nèi)容時，十前年的主要內(nèi)容是針對富勒烯和碳納米管的講解，而今天，該部分的內(nèi)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(nèi)容在本課程中占有相當(dāng)大的篇幅，直接講解納米材料的表征特性使學(xué)生不能深入的理解，教學(xué)內(nèi)容上有必要加入適當(dāng)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(xué)手段改革

納米材料涉及的課程范圍較寬，有些章節(jié)較為抽象，學(xué)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(tǒng)的教學(xué)模式已不再適應(yīng)當(dāng)前培養(yǎng)高素質(zhì)人才的需要，針對這樣的問題，應(yīng)利用多媒體數(shù)字化資源如動畫來輔助教學(xué)，利用當(dāng)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(jìn)行直觀展示模擬，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，先進(jìn)的儀器設(shè)備是科學(xué)研究的重要基礎(chǔ)，本學(xué)院擁有高分辨透射電子顯微鏡、熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡、X射線單晶衍射儀、電化學(xué)工作站等設(shè)備，需借助這些良好的教學(xué)科研基礎(chǔ)條件，引導(dǎo)學(xué)生參與科研活動，培養(yǎng)學(xué)生科研素養(yǎng)，為今后繼續(xù)深造和走向工作崗位打下基礎(chǔ)。

3.教學(xué)模式改革

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

4.考核方式的改革

納米材料課程的專業(yè)性和前瞻性都很強，常規(guī)的考核方式達(dá)不到反應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)生通過記憶背誦的方式來達(dá)到考試要求，一方面增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，另一方面學(xué)生也難以深刻理解所學(xué)知識點。卷面考試雖有必要，此外應(yīng)加入撰寫論文的考核方式。該種方式能夠督促大三學(xué)生對上學(xué)期所學(xué)的文獻(xiàn)檢索課程的掌握利用，還能在查閱文獻(xiàn)完成論文的同時，豐富與納米材料課程相關(guān)的前沿知識，增強了學(xué)生論文寫作的思路和方法，對大四的畢業(yè)論文的規(guī)范寫作提前得到了鍛煉，為今后的科研工作打下基礎(chǔ)。

結(jié)語

納米材料涉及范圍廣，發(fā)展日新月異，通過開展教學(xué)與實踐及科研相結(jié)合的教學(xué)模式，提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力、創(chuàng)新能力及團(tuán)隊精神。在以后的教學(xué)實踐中將進(jìn)一步加強改革創(chuàng)新，為學(xué)生的全面發(fā)展和綜合素質(zhì)的提高不懈努力。

參考文獻(xiàn)： 

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關(guān)鍵詞：納米材料應(yīng)用

納米發(fā)展小史

1959年，著名物理學(xué)家、諾貝爾獎獲得者理查德。費曼預(yù)言，人類可以用小的機器制作更小的機器，最后實現(xiàn)根據(jù)人類意愿逐個排列原子、制造產(chǎn)品，這是關(guān)于納米科技最早的夢想。

1991年，美國科學(xué)家成功地合成了碳納米管，并發(fā)現(xiàn)其質(zhì)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(fā)現(xiàn)標(biāo)志人類對材料性能的發(fā)掘達(dá)到了新的高度。1999年，納米產(chǎn)品的年營業(yè)額達(dá)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(zhì)來說，納米是一個很小的單位，不如，人的頭發(fā)絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細(xì)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(zhì)如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當(dāng)于1個氫原子的直徑，1納米是10埃。

一般認(rèn)為納米材料應(yīng)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(qū)別常規(guī)尺寸材料的一些特殊物理化學(xué)特性。

1、納米技術(shù)在防腐中的應(yīng)用

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

中國工程院院士、裝甲兵工程學(xué)院徐濱士教授，上海交通大學(xué)李國萊教授，中化建常州涂料化工研究院錢伯榮總工等業(yè)內(nèi)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(shù)在防銹顏料中及涂料中的應(yīng)用、無毒高效防銹顏料在防腐蝕涂料中的應(yīng)用以及新型防銹涂料和防銹試驗方法發(fā)展等課題。

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

作為國內(nèi)表面處理這一課題的領(lǐng)頭人，徐院士重點談了納米技術(shù)對防銹顏料及涂料發(fā)展的促進(jìn)作用。他說，此前我國防銹顏料的開發(fā)整體水平落后于西方發(fā)達(dá)國家，仍然以紅丹、鉻酸鹽、鐵系顏料、磷酸鋅等傳統(tǒng)防銹顏料為主。紅丹因其污染嚴(yán)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(shù)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(yīng)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(nèi)尚未引進(jìn)。我國防銹涂料業(yè)亟待一種無毒無害、性能優(yōu)異而又價格低廉的防銹顏料來提升防銹涂料產(chǎn)品的整體水平，增強行業(yè)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(yīng)用》報告中，詳細(xì)介紹了復(fù)合鐵鈦醇酸防銹漆及復(fù)合鐵鈦環(huán)氧防銹漆的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)或使用注意事項、防銹漆技術(shù)指標(biāo)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(chǎn)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(dá)科技（無錫）有限公司總工程師李家權(quán)先生就復(fù)合鐵鈦防銹顏料的防銹機理、生產(chǎn)工藝、載體粉的選擇、產(chǎn)品各項性能指標(biāo)及納米材料的預(yù)處理方法等一一做了詳細(xì)介紹。

目前產(chǎn)品已通過國家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢測中心、鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心車輛檢驗站、機械科學(xué)院武漢材料保護(hù)研究所等國內(nèi)多家權(quán)威機構(gòu)的分析和檢測，同時還經(jīng)過加拿大國家涂料信息中心等國外權(quán)威機構(gòu)的技術(shù)分析，結(jié)果表明其具有目前國內(nèi)外同類產(chǎn)品無可比擬的防銹性能和環(huán)保優(yōu)勢，是防銹涂料領(lǐng)域劃時代產(chǎn)品，為此獲得了中國專利技術(shù)博覽會金獎.復(fù)合鐵鈦粉及其防銹漆通過國家權(quán)威機構(gòu)的鑒定后已在多個工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)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(biāo)志著我國防銹涂料產(chǎn)業(yè)新一輪的變革即將開始，它掀開了我國防銹涂料朝高品質(zhì)、高技術(shù)含量、高效益及全環(huán)保型發(fā)展的嶄新一頁。其帶來的經(jīng)濟效益、社會效益不可估量。這是新型防銹顏料向傳統(tǒng)防銹顏料宣戰(zhàn)的開始，也吹響了我國防銹涂料業(yè)向高端防銹涂料市場發(fā)起沖擊的號角。

2、納米材料在涂料中應(yīng)用展前景預(yù)測

據(jù)估算，全球納米技術(shù)的年產(chǎn)值已達(dá)到500億美元。目前，發(fā)達(dá)國家政府和大的企業(yè)紛紛啟動了發(fā)展納米技術(shù)和納米計劃的研究計劃。美國將納米技術(shù)視為下一次工業(yè)革命的核心，2001年年初把納米技術(shù)列為國家戰(zhàn)略目標(biāo)，在納米科技基礎(chǔ)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(zhǔn)備像微電子技術(shù)那樣在這一領(lǐng)域獨占領(lǐng)先地位。日本也設(shè)立了納米材料中心，把納米技術(shù)列入新五年科技基本計劃的研究開發(fā)重點，將以納米技術(shù)為代表的新材料技術(shù)與生命科學(xué)、信息通信、環(huán)境保護(hù)等并列為四大重點發(fā)展領(lǐng)域。德國也把納米材料列入21世紀(jì)科研的戰(zhàn)略領(lǐng)域，全國有19家機構(gòu)專門建立了納米技術(shù)研究網(wǎng)。在人類進(jìn)入21世紀(jì)之際，納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對社會的發(fā)展和生存環(huán)境改善及人體健康的保障都將做出更大的貢獻(xiàn)。從某種意義上說，21世紀(jì)將是一個納米世紀(jì)。

由于表面納米技術(shù)運用面廣、產(chǎn)業(yè)化周期短、附加值高，所形成的高新技術(shù)和高技術(shù)產(chǎn)品、以及對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品的改造升級，產(chǎn)業(yè)化市場前景極好。

在納米功能和結(jié)構(gòu)材料方面，將充分利用納米材料的異常光學(xué)特性、電學(xué)特性、磁學(xué)特性、力學(xué)特性、敏感特性、催化與化學(xué)特性等開發(fā)高技術(shù)新產(chǎn)品，以及對傳統(tǒng)材料改性；將重點突破各類納米功能和結(jié)構(gòu)材料的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)、檢測技術(shù)和表征技術(shù)。多功能的納米復(fù)合材料、高性能的納米硬質(zhì)合金等為化工、建材、輕工、冶金等行業(yè)的跨越式發(fā)展提供了廣泛的機遇。預(yù)期十五期間，各類納米材料的產(chǎn)業(yè)化可能形成一批大型企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)，將對國民經(jīng)濟產(chǎn)生重要影響；納米技術(shù)的應(yīng)用逐漸滲透到涉及國計民生的各個領(lǐng)域，將產(chǎn)生新的經(jīng)濟增長點。

納米技術(shù)在涂料行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展，促使涂料更新?lián)Q代，為涂料成為真正的綠色環(huán)保產(chǎn)品開創(chuàng)了突破性的新紀(jì)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(chǎn)量僅60多萬噸，世界現(xiàn)在涂料年總產(chǎn)量為2500萬噸，每人每年消耗4千克，為發(fā)達(dá)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(fā)展前景。

篇3

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(jì)90年代以來，納米材料與納米技術(shù)的發(fā)展形成了基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究并行發(fā)展的格局。納米材料的研發(fā)涉及到有機、無機、高分子等各個方面，納米材料結(jié)構(gòu)功能的復(fù)合化已成為其應(yīng)用研究極具生命力的方向之一；同時，與人們生活息息相關(guān)的化學(xué)纖維，從原料、技術(shù)、產(chǎn)品到應(yīng)用都在迅速發(fā)展，傳統(tǒng)功能材料已難以滿足細(xì)旦化功能性化學(xué)纖維開發(fā)的技術(shù)要求，聚丙烯纖維的可染化、功能化、細(xì)旦化技術(shù)成為聚丙烯纖維新產(chǎn)品開發(fā)的主導(dǎo)方向。

然而，功能材料的納米化，又為其在高粘度、復(fù)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(yīng)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(xì)旦化學(xué)纖維開發(fā)的核心問題。其具體難點表現(xiàn)在：(1)無機納米粉體制備使用過程中的易團(tuán)聚與難分散：(2)纖維成形過程中納米結(jié)構(gòu)有機分散相的形成機理與結(jié)構(gòu)控制；(3)納米復(fù)合材料功能纖維工業(yè)化推廣的技術(shù)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(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用過程中存在的問題，該項目將前沿納米技術(shù)與新型雜化技術(shù)、功能組裝技術(shù)以及纖維加工技術(shù)有機結(jié)合，深入系統(tǒng)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(chǎn)加工等一系列關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)出了新型可染細(xì)旦聚丙烯和納米復(fù)合功能聚丙烯纖維及制品。

主要創(chuàng)新點

1、通過調(diào)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(xué)參數(shù)(時間、壓力等)和熱力學(xué)參數(shù)(溫度)，自主開發(fā)了聚丙烯成纖過程中有機納米分散相原位生成技術(shù)，首次研制出具有納米級染座的常壓可染細(xì)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(shù)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(jié)構(gòu)設(shè)計，首次研制出鮮艷度明顯提高的可染細(xì)旦聚丙烯纖維。

3、首次建立了聚丙烯基納米復(fù)合材料紡絲動力學(xué)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(fā)了高壓和高剪切紡絲成形工藝，解決了功能纖維細(xì)旦化難、可加工性差和納米材料的“二次團(tuán)聚”等系列關(guān)鍵問題，為生產(chǎn)推廣中成纖過程工藝參數(shù)的制定提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。

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

推廣應(yīng)用

該成果首次實現(xiàn)了通用纖維功能性、舒適性與可加工性的有效統(tǒng)一。產(chǎn)業(yè)化效果顯著，聚丙烯纖維在可染基礎(chǔ)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(chǎn)過程無任何氣固液廢物排放，不會增加能源消耗，產(chǎn)品的加工成本低。

該成果擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，在10多家企業(yè)得到應(yīng)用，已開發(fā)2大類6個系列產(chǎn)品。2005年至2007年新增產(chǎn)值4.56億元，新增利稅1.18億元，創(chuàng)收外匯2388.13萬元。申請國家發(fā)明專利7項，其中已授權(quán)6項，在新材料制備成形加工理論方面有新的發(fā)現(xiàn)。近五年發(fā)表期刊論文17篇，并多次應(yīng)邀作大會邀請報告或主旨報告。鑒定結(jié)論及檢索結(jié)果表明，該成果處于“國際領(lǐng)先水平”。

篇4

關(guān)鍵詞：納米涂層；場發(fā)射；電子強關(guān)聯(lián)；軟凝聚態(tài)物質(zhì)

2003年在國際和中國都發(fā)生了具有突發(fā)性的災(zāi)難事件，但中國的GDP仍以9.1％的高速度在增長，達(dá)到了人民幣11.6萬億元，其中第二產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)4萬多億元。中國現(xiàn)今的第二產(chǎn)業(yè)主要領(lǐng)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(yōu)勢是中國的勞動力廉價，這個優(yōu)勢我們能保持多久?我們還注意到與化工有關(guān)的產(chǎn)品中，我們的生產(chǎn)效率是國際發(fā)達(dá)國家的5％，能耗是3倍，環(huán)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(yán)峻，21世紀(jì)是中華民族振興的機遇期，制造業(yè)絕對是一個極其重要的領(lǐng)域，是個急速發(fā)展變化的領(lǐng)域。2003年3月國際真空學(xué)會執(zhí)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(dāng)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(jì)70年代曾經(jīng)說成是塑料年代，此后塑料科技和工業(yè)迅速崛起，極大地改變了人類社會。繼而是信息時代，通信網(wǎng)、計算機網(wǎng)、萬維網(wǎng)、智能網(wǎng)，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(fā)展的時代，技術(shù)和觀念都在與時俱進(jìn)地改變著。

本世紀(jì)初興起了納米科技，促進(jìn)其到來的是由于微電子小型化的發(fā)展趨勢，推動科技發(fā)展進(jìn)入納米時代[1]，不僅電子學(xué)將進(jìn)入納電子學(xué)領(lǐng)域，物理學(xué)進(jìn)入介觀物理領(lǐng)域，各類科技，包括生物醫(yī)學(xué)等都在探索納米結(jié)構(gòu)與特性。涂層和表面改性越來越多地增加了納米科技的內(nèi)容，這是一種低維材料的制造和加工科技，將是制造技術(shù)的主流，將迅速地改變傳統(tǒng)制造技術(shù)的方法、理論和觀念，作為現(xiàn)今國際上的制造大國，世界加工廠，我們更應(yīng)該注意研究制造技術(shù)的發(fā)展和未來。

1突破傳統(tǒng)制造技術(shù)的觀念

納米科技研究的內(nèi)容主要是在原子、分子尺度上構(gòu)造材料和器件，測量表征其結(jié)構(gòu)和特性，探索、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、新規(guī)律和應(yīng)用領(lǐng)域。與我們熟悉傳統(tǒng)的相比，納米材料和器件具有顯著的維數(shù)效應(yīng)和尺寸效應(yīng)。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(jié)構(gòu)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(xiàn)了一些成功有效的制造方法，發(fā)現(xiàn)了一些驚人的結(jié)構(gòu)和特性。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展了納米復(fù)合材料的研究，展現(xiàn)了非常有希望的應(yīng)用前景[15～17]。近來人們在納米科技初期成果的基礎(chǔ)上挑戰(zhàn)某些產(chǎn)品的傳統(tǒng)加工技術(shù)，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(shù)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(yīng)形成氮化鋁骨架，在滲透過程中得到剛體結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)制造工藝相比，這個過程是簡單的快速的，可以制造任何復(fù)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(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)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(jié)構(gòu)基本保持不變。(b)是氮化物骨架，圍繞Al粒子的一些環(huán)狀結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡像，再滲入Al時將形成密實結(jié)構(gòu)。(c)是燒結(jié)的氮化鋁和滲鋁組件，小柱的厚為0.5mm其密度和強度都達(dá)到了傳統(tǒng)鑄造技術(shù)的水平。他們還制作了公斤重量多種結(jié)構(gòu)的樣品。這是一種冶金技術(shù)的探索，開辟了一種新的冶金和制造技術(shù)途徑。

2納米材料的完美定律

描述材料結(jié)構(gòu)的常用術(shù)語是原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)。原子結(jié)構(gòu)的主要參量是晶格常數(shù)、鍵長、鍵角；電子結(jié)構(gòu)的主要參量是能帶、量子態(tài)、分布函數(shù)。對于我們熟悉的宏觀體系，這些參量多是確定的常數(shù)，但對于納米體系，多數(shù)參量隨著原子數(shù)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(guī)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(shù)規(guī)則，即含有13、55、147…等數(shù)量原子的原子團(tuán)是穩(wěn)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(jié)構(gòu)體系根本不存在。這就是為什么斯莫利(Smmolley)他們當(dāng)初能在大量的富勒烯中首先發(fā)現(xiàn)碳60和碳70，從而獲得了諾貝爾獎。對于一維納米結(jié)構(gòu)，包括納米管和納米線，存在類似的規(guī)則?？梢阅Ｐ蜕险J(rèn)為是由殼層構(gòu)成的，每個殼層中更精細(xì)的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，再外殼層為11股的，表示為11-7-1結(jié)構(gòu)，等等，構(gòu)成最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這是一維納米結(jié)構(gòu)的魔數(shù)規(guī)則。對二維納米膜存在類似的缺陷熔化規(guī)則，即不容許存在很多缺陷，一旦超過臨界值，缺陷自發(fā)產(chǎn)生，完全破壞二維晶態(tài)結(jié)構(gòu)。上述這些低維結(jié)構(gòu)特征是完美定律的具體表述，進(jìn)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(fā)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(chǎn)額高、成本低是最有競爭力的?？梢韵胂?，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(yīng)是滿足完美定律的技術(shù)，如用甲烷電弧法制備納米金剛石粉技術(shù)[1]，電化學(xué)沉積法制備金屬納米線陣列技術(shù)[19]，以及電爐燒結(jié)法制造氧化物納米帶技術(shù)[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(lǐng)域具有代表的材料，或是低維納米材料的有序堆積結(jié)構(gòu)，或者是低維納米材料填充的復(fù)合結(jié)構(gòu)。兩者都比傳統(tǒng)材料有驚人的結(jié)構(gòu)和特性。如新型高效光電池[21]、各向異性結(jié)構(gòu)材料[19]、新型面光源材料[22]等，這里舉例介紹基于熱電效應(yīng)的新型納米熱電變換材料。

熱電效應(yīng)器件的代表是熱電偶，即利用不同導(dǎo)體接觸的溫差電現(xiàn)象進(jìn)行溫度測量的器件?；跓犭娦?yīng)可以制成兩類器件：熱產(chǎn)生電和電產(chǎn)生溫差。前者可以用于制造焦電器件，即用熱直接發(fā)電，如將焦電材料涂于內(nèi)燃機缸表面，利用缸體溫度高于環(huán)境幾百度的溫差發(fā)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(yōu)點，但塊體材料制成器件的效率低，限制了它的應(yīng)用。納米科技興起以后，人們探索利用納米晶或納米線結(jié)構(gòu)能否解決熱電效應(yīng)的效率問題。認(rèn)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(dǎo)，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(jié)構(gòu)的熱-電效應(yīng)器件，他們制備了PbSeTe／PbTe量子點超晶格(QDSL)結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(dǎo)而形成這同結(jié)接觸，用一根細(xì)金屬線與熱槽連接。當(dāng)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(jié)構(gòu)，由于量子限制效應(yīng)，發(fā)生間隔很大的能級分裂，從而得到很高的熱電轉(zhuǎn)換效率。圖2(b)是TE器件的電流-溫度曲線，實驗點標(biāo)明為熱與冷端溫差(T)與電流(I)關(guān)系，電流坐標(biāo)表示相應(yīng)通過器件的電流?！鰹闊岫藴囟萒h與電流I的關(guān)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(guān)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(yīng)的逆過程的應(yīng)用就是焦電器件，即利用熱源與環(huán)境的溫差發(fā)電。對于內(nèi)燃機、鍋爐、致冷器高溫?zé)岫说仍O(shè)備的熱壁，涂上超晶格納米結(jié)構(gòu)涂層，利用剩余熱能發(fā)電，將是人們利用納米材料和組裝技術(shù)研究的重要課題。

類似面致冷、取暖，面光源，面環(huán)境監(jiān)測等涂層功能材料，將給家電產(chǎn)業(yè)帶來革命性的影響，將會極大地改變?nèi)祟惖纳罘绞胶陀^念。

4含鐵碳納米管薄膜場發(fā)射

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

5電子強關(guān)聯(lián)體系和軟凝聚態(tài)物質(zhì)

上面所講到的涂層納米功能材料和器件是當(dāng)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(chǎn)品進(jìn)入市場。當(dāng)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(yuǎn)的發(fā)展前景。這就涉及到物理學(xué)的重要理論問題，即電子強關(guān)聯(lián)體系(electronstrongcorrelationsystem)與軟凝聚態(tài)物質(zhì)(softcondensationmatter)。

在量子力學(xué)出現(xiàn)之前，金屬材料電導(dǎo)的來源是個謎，20世紀(jì)初量子力學(xué)誕生后，解決了金屬導(dǎo)電問題?；贐loch假設(shè)：晶體中原子的外層電子，適應(yīng)晶格周期調(diào)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(xué)的簡化模型，沒有考慮電子間的相互作用，特別是在局域態(tài)電子的強相互作用。2003年又有人提出了金屬導(dǎo)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(dǎo)電問題[24]。當(dāng)計入電子間的相互作用時，可能產(chǎn)生的多體態(tài)，超導(dǎo)和巨磁阻就是這種狀態(tài)。晶體中的缺陷破壞了完善導(dǎo)體，導(dǎo)致電子局域化。電子與核作用的等效結(jié)果表現(xiàn)為電子間的吸引作用，導(dǎo)致電荷載流子為Cooper對。但這個對的形成，不是超導(dǎo)的充分條件。當(dāng)所有Cooper對都成為單量子態(tài)時，才能觀察到超導(dǎo)性。這樣，對于費米子由于包利(Paulii)不相容原則，不可能產(chǎn)生宏觀上的單量子態(tài)。Cooper對的旋轉(zhuǎn)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(xiàn)單量子態(tài)，Bose子的相干防止了局域量子化。在局域化電子范圍內(nèi)，超導(dǎo)性可能認(rèn)為是玻色-愛因斯坦凝聚，這個觀點現(xiàn)今被很多人接受。從20世紀(jì)初至今，對于基本粒子的量子統(tǒng)計有兩種，一是Fermi統(tǒng)計，遵從Paulii不相容原理，即每個能量量子態(tài)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(tài)物質(zhì)中有兩個基態(tài)：即共有化Bose子呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，局域化Bose子呈現(xiàn)絕緣態(tài)。然而，在幾個薄合金膜的實驗中，觀察到金屬相，破壞了超導(dǎo)體和絕緣體之間直接轉(zhuǎn)換。經(jīng)分析認(rèn)為這是玻色金屬態(tài)，參與導(dǎo)電的是Bose子。推斷這個金屬相可能是渦流玻璃態(tài)，這個現(xiàn)象在銅氧化物超導(dǎo)體中得到了驗證。

軟凝聚態(tài)物質(zhì)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(xiàn)的粘稠物質(zhì)形態(tài)，稱為軟凝聚態(tài)。至今，人類對于晶體和原子存在強相互作用的固體已經(jīng)知道得相當(dāng)透徹了，但對軟凝聚態(tài)的很多科學(xué)問題還沒有深入研究，21世紀(jì)以來，引起了科學(xué)家的極大興趣。軟凝聚態(tài)物質(zhì)包括流體、離子液體、復(fù)合流體、液晶、固體電解、離子導(dǎo)體、有機粘稠體、有機柔性材料、有機復(fù)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(dāng)清楚的一種。其他軟凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和特性的科學(xué)問題和應(yīng)用前景是目前被關(guān)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(dǎo)體、有機陶瓷、流體類導(dǎo)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(fù)合，統(tǒng)稱為分子調(diào)控材料(materialsofmolecularmanipulation)。其主要特征是原子結(jié)構(gòu)的多變性和柔性，研究材料的設(shè)計、制造、結(jié)構(gòu)和特性的測量、表征，追求特殊功能；理論上探討原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定體系，光、電、熱、機械特性，以及載流子及其輸運。關(guān)于軟凝聚態(tài)物質(zhì)，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?？茖W(xué)的發(fā)展和應(yīng)用的需求促進(jìn)深入的理論研究，判斷體系穩(wěn)定存在的依據(jù)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(tài)物質(zhì)體系，S是重要參量。其中更多的缺陷，原子、分子運動的復(fù)雜行為，更多的電子強關(guān)聯(lián)，不再是單粒子統(tǒng)計所能描述，需要研究粒子間存在相互作用的統(tǒng)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(fù)雜問題。

物理學(xué)是探索物態(tài)結(jié)構(gòu)與特性的基礎(chǔ)學(xué)科，是認(rèn)識自然和發(fā)展科技的基礎(chǔ)，其中以原子間有較強作用的稠密物質(zhì)體系為主要研究對象的凝聚態(tài)物理近些年有了迅速進(jìn)展，研究范圍不斷擴大，從固體結(jié)構(gòu)、相變、光電磁特性擴展到液晶、復(fù)雜流體、聚合物和生物體結(jié)構(gòu)等。幾乎每一二十年就有新物質(zhì)狀態(tài)被發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)了人類對自然的認(rèn)識和對其規(guī)律把握能力，推動了科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展。21世紀(jì)仍有一些老的科學(xué)問題需要深入研究，一些新科學(xué)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(jì)80年代出現(xiàn)的介觀物理，后來發(fā)展成為納米科技所涉及的學(xué)科領(lǐng)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(guī)則和結(jié)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(tǒng)問題的描述和表征，將會有更多的新現(xiàn)象、新效應(yīng)、新規(guī)律被發(fā)現(xiàn)。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(fù)合材料和生物材料，這將大大的擴展了物理學(xué)研究的范圍和深度。涉及的重大科學(xué)前沿問題和重點發(fā)展方向有①強關(guān)聯(lián)和軟凝聚態(tài)物質(zhì)，及其他新奇特性凝聚態(tài)物質(zhì)；②低維量子限域體系的結(jié)構(gòu)和量子特性，包括納米尺度功能材料和器件結(jié)構(gòu)和特性；③粒子物理，描述物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和基本相互作用的粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型和有關(guān)問題，以及復(fù)雜系統(tǒng)物理；④極端條件下的物理問題，探索高能過程、核結(jié)構(gòu)、等離子體、新物理現(xiàn)象和核物質(zhì)新形態(tài)等；⑤生命活動中的物理問題，物理學(xué)的基本規(guī)律、概念、技術(shù)引入生命科學(xué)中，研究生物大分子體系特征、DNA、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能等，其研究關(guān)鍵將在于定量化和系統(tǒng)性，必然是多學(xué)科的交叉發(fā)展，成為未來科學(xué)的重要領(lǐng)域。

6結(jié)論

本文討論了納米線涂層的結(jié)構(gòu)和特性，重點是納米線的復(fù)合涂層和其電學(xué)特性、光電特性。其中包括制造技術(shù)新觀念，納米材料的完美定律，納米涂層的熱-電效應(yīng)，碳納米管的側(cè)向場發(fā)射，以及電子強關(guān)聯(lián)體系和軟凝聚態(tài)物質(zhì)，展示了涂層科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展前景。

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篇5

關(guān)鍵詞：CDIO；理論與實驗；應(yīng)用研究型課程；科研興趣；創(chuàng)新能力

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

一、前言

隨著我國素質(zhì)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(xué)理念[1]，旨在不斷提高學(xué)生的實踐能力和綜合素養(yǎng)。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程的理論、技術(shù)與經(jīng)驗，是一種將實踐教育與理論教育相結(jié)合的教育理念。針對目前大多數(shù)本科生的創(chuàng)新及實踐能力較差、科研興趣不濃、難以適應(yīng)市場需求的現(xiàn)狀，通過各種方式及途徑來提高學(xué)生的科研興趣、創(chuàng)新及實踐能力的課程改革與實踐也應(yīng)運而生。開展研究型課程學(xué)習(xí)是基礎(chǔ)教育課程改革的一個重要內(nèi)容，它符合素質(zhì)教育對中小學(xué)教育的要求，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。研究型課程，指的是學(xué)生在教師指導(dǎo)下，根據(jù)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(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力的一種課程。其重要特征是堅持學(xué)生在課程實施過程中的“自由選題，自主探究和自由創(chuàng)造”[2，3]。而應(yīng)用研究型課程是我校近年來根據(jù)教育部關(guān)于高等教育教學(xué)改革的發(fā)展方向[4]，針對本科生課程開展教學(xué)改革的重要舉措之一，其目標(biāo)是：培養(yǎng)學(xué)生具有永不滿足、追求卓越的學(xué)術(shù)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、從而解決問題的創(chuàng)新能力；其基本內(nèi)容是：在提出問題和解決問題的全過程中學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法、獲取豐富且多方面的學(xué)術(shù)體驗和獲得科研知識；而基本的教學(xué)形式是：在教師指導(dǎo)下，學(xué)生自主采用研究性學(xué)習(xí)方式開展應(yīng)用學(xué)術(shù)研究。本文以作者所實踐的應(yīng)用研究型課程為例，分析了目前大學(xué)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(jīng)驗及措施。

二、學(xué)生科研興趣不高及實踐創(chuàng)新能力差的原因分析

目前，相當(dāng)一部分大學(xué)生不能對所學(xué)的理論知識和學(xué)科實踐做到有機結(jié)合，導(dǎo)致對科研興趣不高和實踐創(chuàng)新意識不強[5]。針對這種情況，我們結(jié)合《納米材料的制備及表征》應(yīng)用研究型課程的學(xué)習(xí)情況，認(rèn)為主要有如下幾個原因。

1.基礎(chǔ)知識薄弱。低年級學(xué)生在做基礎(chǔ)實驗的時候，老師沒有將理論知識分析透徹，學(xué)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(nèi)部因素以及實驗設(shè)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(xué)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(dǎo)致了理論知識不夠豐富，實際經(jīng)驗又缺乏，致使學(xué)生根本不會想著所謂的培養(yǎng)科研興趣，提高創(chuàng)新能力。

2.不了解學(xué)科發(fā)展的新動態(tài)。由于沒有濃厚的科研氛圍和相關(guān)專業(yè)老師的指引，導(dǎo)致很多學(xué)生的科研興趣沒有得到更好地培養(yǎng)，創(chuàng)新意識也未能得到系統(tǒng)的訓(xùn)練；其次是由于缺乏對本學(xué)科的最新科研成果和研究方向的了解，使學(xué)生漸漸失去對本專業(yè)學(xué)科知識的興趣以及對最新的科研動態(tài)的了解意識，進(jìn)而未能及時打下雄厚專業(yè)基礎(chǔ)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(jié)合不夠及時。目前本科生的課程設(shè)置通常是一、二年級全部為基礎(chǔ)理論知識，三年級之后才開始涉及專業(yè)實驗課程。因此，到三年級開設(shè)專業(yè)實驗課程時，由于學(xué)生對低年級時所學(xué)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(chǎn)生抗拒感。如本學(xué)院的金屬材料專業(yè)學(xué)生在一、二年級就學(xué)習(xí)了《材料概論》等有關(guān)于材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及制備的專業(yè)知識，因沒有接觸到任何相關(guān)實驗，因此只能死記硬背，應(yīng)付考試。對書中所提到的一些實驗原理和方法、實驗設(shè)備的原理和使用技巧以及實驗數(shù)據(jù)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(xué)的知識沒用。因此，不合理的課程設(shè)置導(dǎo)致理論知識和實際操作的結(jié)合不夠及時，使學(xué)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(chuàng)新的培養(yǎng)了。

三、提高學(xué)生的科研興趣和創(chuàng)新能力的應(yīng)對措施

在傳統(tǒng)的本科教學(xué)過程中，多數(shù)課程主要著重于理論知識的講授，學(xué)生很難發(fā)揮自己的思維創(chuàng)新能力；而應(yīng)用研究型課程是著重培養(yǎng)學(xué)生動手和創(chuàng)新思維能力的課程[6]，不但能讓學(xué)生收獲一些關(guān)于其研究領(lǐng)域的知識，而且能培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生在完成一系列的實驗內(nèi)容過程之后，既可以進(jìn)一步鞏固基礎(chǔ)理論知識，使理論與實踐達(dá)到融會貫通，又能夠不斷提高自身的創(chuàng)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(xué)生的適應(yīng)性和激發(fā)學(xué)生對科研的興趣和創(chuàng)新能力。以下以應(yīng)用型研究課程“納米材料制備及表征”為例，具體闡述提高學(xué)生的科研興趣和創(chuàng)新能力的措施。

1.鞏固基礎(chǔ)知識、拓展知識面?！凹{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?zāi)K及能力測試模塊。這三個模塊的訓(xùn)練實施始終貫穿于每次的授課中。授課內(nèi)容基本按以下的程序進(jìn)行：首先，上課前告知學(xué)生一個主題，并圍繞該主題給學(xué)生留下幾個問題，要求學(xué)生去查找該相關(guān)文獻(xiàn)，收集數(shù)據(jù)，了解相關(guān)的知識。并且保證學(xué)生在每個實驗項目前有充足的時間預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容。其次，上課時，先組織學(xué)生對他們所收集的資料進(jìn)行討論，讓同學(xué)對即將進(jìn)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(jù)實驗方案分別進(jìn)行具體實驗操作。最后，學(xué)生提交實驗報告，老師進(jìn)行點評，并就實驗過程中出現(xiàn)的具體問題和錯誤及時進(jìn)行指正。在這個過程中，不僅極大地調(diào)動了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，而且使他們的思考更有方向性和目的性，幫助學(xué)生更透徹地理解和掌握實驗的原理和準(zhǔn)確控制操作步驟。學(xué)生對實驗中涉及的理論知識有針對性地查找各種相關(guān)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(xué)生的知識面。這種新型課程，既使學(xué)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(dǎo)、課后總結(jié)的方式，達(dá)到夯實理論知識和實踐動手能力的目的。

2.介紹學(xué)科發(fā)展新動態(tài)，擴展學(xué)生思維空間。本課程通常在課前對某一主題的相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行介紹，布置課前作業(yè)，讓學(xué)生課外自行收集材料。如在進(jìn)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(jié)構(gòu)及物化特性，隨后介紹納米硫化鋅的最新用途及應(yīng)用前景，然后讓學(xué)生去查詢硫化鋅的相關(guān)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(yù)期實驗效果等。學(xué)生開展實驗時，要認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象，并對出現(xiàn)的異常現(xiàn)象要及時分析原因，同時教師通過靈活改變實驗條件，讓學(xué)生發(fā)揮想象力，驗證自己對實驗結(jié)果的猜想，并與老師作經(jīng)驗分析和討論。通過這一過程訓(xùn)練，不僅讓學(xué)生了解了該學(xué)術(shù)領(lǐng)域的最新發(fā)展動態(tài)，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(jié)合，提高實驗操作技能。本課程與傳統(tǒng)理論授課的最大區(qū)別之處是我們把實踐與理論知識密切結(jié)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(yīng)）的相關(guān)知識時，我們設(shè)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(xué)生直接觀察到納米金的顏色隨其直徑由大到小呈現(xiàn)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(fā)生紅移或藍(lán)移現(xiàn)象。通過類似實驗，使學(xué)生對納米材料的相關(guān)知識了解地更加深刻。此外，在實驗過程中，我們經(jīng)常要使用到一些先進(jìn)的分析儀器，學(xué)生通過教師指導(dǎo)并自己動手使用儀器，對他們認(rèn)識、掌握儀器的原理、結(jié)構(gòu)以及使用方法更為直觀及全面。這些都是在傳統(tǒng)課堂中沒有辦法學(xué)到的，對于拓展學(xué)生的知識面、幫助學(xué)生鞏固學(xué)過的相關(guān)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(jié)語

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

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篇6

【關(guān)鍵詞】納米電子技術(shù)；發(fā)展現(xiàn)狀；未來展望

進(jìn)入21世紀(jì)以來，相關(guān)專家意識到納米技術(shù)將作為領(lǐng)先科技的前沿，對納米技術(shù)進(jìn)行深入的研究，納米電子技術(shù)可能為新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用帶來革命性的突破。納米技術(shù)的應(yīng)用范圍廣，可能深入到每個領(lǐng)域，每個行業(yè)，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(shù)的研究還不夠深入，應(yīng)用也不夠廣泛，但是納米電子技術(shù)已向人們展示出了強大的魅力和應(yīng)用潛力。目前已經(jīng)研究出的納米電子技術(shù)產(chǎn)品包括納米電子元件和納米電子材料，這些產(chǎn)品不僅功能奇異，而且性能優(yōu)良。

一、納米電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）納米電子材料的應(yīng)用

目前大多數(shù)納米材料包括：納米硅薄膜、納米硅材料以及納米半導(dǎo)體材料。其中，納米硅材料最具有技術(shù)優(yōu)勢，非常符合新世紀(jì)人類對電子技術(shù)的發(fā)展需求。硅電子材料的技術(shù)相較于其他材料的優(yōu)勢在于：

1.能耗低、準(zhǔn)確可靠、運行時間較短、不易受外界的環(huán)境影響。

2.得益于科技的保證和不斷地開發(fā)研究應(yīng)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(yīng)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(yōu)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(lǐng)先技術(shù)使得其相較于同等材料具有絕對的優(yōu)勢。相信隨著納米材料的不斷研究，納米材料在生活中的應(yīng)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(yīng)用

納米電子元件問世之前，電子元件經(jīng)過了集成元件、超大規(guī)模集成元件兩個發(fā)展歷程，因此，納米電子元件是在“兩位前輩”的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。

自從美國的研究者J?KILBY在上世紀(jì)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(fā)展，并不斷更新?lián)Q代，從小規(guī)模集成到中型、大型，再到后來的超大型集成電路，如今又發(fā)展到了特大型的集成電路。

隨著集成規(guī)模的不斷擴大，電子元件的尺寸卻要越做越小，要達(dá)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(shù)據(jù)，意思就是晶體管的尺寸要小到極致，從而顛覆了現(xiàn)代電子技術(shù)的高集成、高速度下，一定要高能耗的格局。

（三）納米電子技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)

隨著納米技術(shù)的不斷研究和應(yīng)用，更多的納米電子技術(shù)被應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域之中。

納米電子技術(shù)的發(fā)展有助于細(xì)微部位的研究，而這些細(xì)微之處通過普通顯微鏡是無法做到的，納米電子技術(shù)的應(yīng)用還能有助于納米傳感器的發(fā)明，通過納米傳感器可以觀察到生化反應(yīng)的各種不同的化學(xué)信息以及電化學(xué)信息。此外，還有很多類似伽馬刀、螺旋CT以及MRI等高科技醫(yī)學(xué)產(chǎn)品的問世，它們的出現(xiàn)為人類醫(yī)學(xué)注入了新鮮血液。

納米電子技術(shù)作為生物醫(yī)學(xué)與電子學(xué)相交的新新技術(shù)，它將具有巨大的開發(fā)利用價值，它的研究潛力是無窮的。生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)作為生物醫(yī)學(xué)和電子學(xué)兩大學(xué)科的結(jié)合，在生物醫(yī)學(xué)電子設(shè)備集成化和微型化方向的研究有著很大的發(fā)展空間，這種研究主要基于微電子器件的發(fā)展，當(dāng)器件的尺寸發(fā)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(jìn)入前所未有的新階段。

二、納米電子技術(shù)的發(fā)展動向及展望

納米技術(shù)的研究和應(yīng)用已經(jīng)得到世界上很多國家的認(rèn)可，各國也加大了對納米技術(shù)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(shù)的計劃項目，將重點研究納米電子學(xué)。歐盟等多個國家將在支持納米技術(shù)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(guān)于存儲系統(tǒng)和信息處理的研究，成立相關(guān)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(jìn)和鼓動研究者參與到納米電子技術(shù)研究的興趣當(dāng)中。而在亞洲，中國臺灣地區(qū)和日韓兩國也加入到納米電子技術(shù)研究的計劃和策略當(dāng)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(jīng)費的投入等，旨在對納米電子技術(shù)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(shù)作為重要的科學(xué)研究規(guī)劃，主要進(jìn)行納米電子學(xué)的研究，而納米電子學(xué)也被中科院肯定為2020年左右最易實現(xiàn)，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(fā)展最快且用途最廣，產(chǎn)量最大的半導(dǎo)體材料，硅在全世界半導(dǎo)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(fā)高性能半導(dǎo)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(jìn)一步研制量子功能的基礎(chǔ)，將會在今后的納米電子研究技術(shù)中具有很大的影響力。

（二）新型電子元件的開發(fā)

隨著納米電子技術(shù)研究的深入，新型的電子元件產(chǎn)品也漸漸問世。

2010年2月，美國人研發(fā)的納米處理器可實現(xiàn)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(xiàn)了對單個原子的操控，從而創(chuàng)造出了迄今為止最小的原子晶體管，它標(biāo)志著世界上第一個人工制造原子的電子設(shè)備的出現(xiàn)，向信息處理的超強大和超高速性邁進(jìn)新的臺階。同年12月，在美國德克薩斯大學(xué)，又推出了世界上第一個耐高溫工作的自旋場效應(yīng)晶體管。而在2011年的4月，在美國匹茲堡大學(xué)，科學(xué)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(chuàng)舉也將成為超大規(guī)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(fā)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(chǎn)品將會不斷問世，為人類探索更高領(lǐng)域提供更科學(xué)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(xué)部分，把納米電子學(xué)的科技應(yīng)用于生物芯片的領(lǐng)域，從而有了納米機器人的出現(xiàn)，這種納米機器人不是傳統(tǒng)的機器人，而是能進(jìn)入人體血管，幫人體清除體內(nèi)有害物質(zhì)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(xiàn)。

（四）碳納米管

1991年日本科學(xué)家第一次發(fā)現(xiàn)碳納米管。碳納米管自身是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，又有很好的機械強度和導(dǎo)電性等，可以說集光學(xué)和機械性能以及電子特性三者的優(yōu)異性于一身，所以，碳納米管也被世界上的科學(xué)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(xué)家研究出了新型碳納米管，它是最優(yōu)的介于半導(dǎo)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(xué)家們發(fā)現(xiàn)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(fā)帶來一些啟發(fā)和靈感。同年6月份，瑞典的歌德堡大學(xué)研發(fā)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(dǎo)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(xiàn)有普通半導(dǎo)體材料的25%，可以說半導(dǎo)體材料已經(jīng)在往新型碳納米管上轉(zhuǎn)型，新型碳納米管將會在今后得到更多的應(yīng)用。

三、結(jié)束語

納米電子技術(shù)的迅猛發(fā)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(shù)的資金投入以及科學(xué)研究者們的不斷研發(fā)，納米電子技術(shù)真正應(yīng)用到人們的日常生活將指日可待。屆時，高效、環(huán)保、科學(xué)的生物材料，醫(yī)學(xué)設(shè)備和電子晶體管的問世，將會大大改善人們的生活現(xiàn)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(fā)展戰(zhàn)略和計劃

由于納米技術(shù)對國家未來經(jīng)濟、社會發(fā)展及國防安全具有重要意義，世界各國（地區(qū)）紛紛將納米技術(shù)的研發(fā)作為21世紀(jì)技術(shù)創(chuàng)新的主要驅(qū)動器，相繼制定了發(fā)展戰(zhàn)略和計劃，以發(fā)表和推進(jìn)本國納米科技的發(fā)展。目前，世界上已有50多個國家制定了國家級的納米技術(shù)計劃。一些國家雖然沒有專項的納米技術(shù)計劃，但其他計劃中也往往包含了納米技術(shù)相關(guān)的研發(fā)。

（1）發(fā)達(dá)國家和地區(qū)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(shù)計劃（NNI），其宗旨是整合聯(lián)邦各機構(gòu)的力量，加強其在開展納米尺度的科學(xué)、工程和技術(shù)開發(fā)工作方面的協(xié)調(diào)。2003年11月，美國國會又通過了《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開發(fā)法案》，這標(biāo)志著納米技術(shù)已成為聯(lián)邦的重大研發(fā)計劃，從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究到研究中心、基礎(chǔ)設(shè)施的建立以及人才的培養(yǎng)等全面展開。

日本政府將納米技術(shù)視為“日本經(jīng)濟復(fù)興”的關(guān)鍵。第二期科學(xué)技術(shù)基本計劃將生命科學(xué)、信息通信、環(huán)境技術(shù)和納米技術(shù)作為4大重點研發(fā)領(lǐng)域，并制定了多項措施確保這些領(lǐng)域所需戰(zhàn)略資源（人才、資金、設(shè)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(jìn)從基礎(chǔ)性到實用性的研發(fā)，同時跨省廳重點推進(jìn)能有效促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展和加強國際競爭力的研發(fā)。

歐盟在2002—2007年實施的第六個框架計劃也對納米技術(shù)給予了空前的重視。該計劃將納米技術(shù)作為一個最優(yōu)先的領(lǐng)域，有13億歐元專門用于納米技術(shù)和納米科學(xué)、以知識為基礎(chǔ)的多功能材料、新生產(chǎn)工藝和設(shè)備等方面的研究。歐盟委員會還力圖制定歐洲的納米技術(shù)戰(zhàn)略，目前，已確定了促進(jìn)歐洲納米技術(shù)發(fā)展的5個關(guān)鍵措施：增加研發(fā)投入，形成勢頭；加強研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施；從質(zhì)和量方面擴大人才資源；重視工業(yè)創(chuàng)新，將知識轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和服務(wù)；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(nèi)的多數(shù)歐盟國家還制定了各自的納米技術(shù)研發(fā)計劃。

（2）新興工業(yè)化經(jīng)濟體瞄準(zhǔn)先機

意識到納米技術(shù)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(yè)化經(jīng)濟體，為了保持競爭優(yōu)勢，也紛紛制定納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。韓國政府2001年制定了《促進(jìn)納米技術(shù)10年計劃》，2002年頒布了新的《促進(jìn)納米技術(shù)開發(fā)法》，隨后的2003年又頒布了《納米技術(shù)開發(fā)實施規(guī)則》。韓國政府的政策目標(biāo)是融合信息技術(shù)、生物技術(shù)和納米技術(shù)3個主要技術(shù)領(lǐng)域，以提升前沿技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)的水平；到2010年10年計劃結(jié)束時，韓國納米技術(shù)研發(fā)要達(dá)到與美國和日本等領(lǐng)先國家的水平，進(jìn)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(shè)施建設(shè)為基礎(chǔ)，以追求“學(xué)術(shù)卓越”和“納米科技產(chǎn)業(yè)化”為目標(biāo)，意在引領(lǐng)臺灣知識經(jīng)濟的發(fā)展，建立產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢。

（3）發(fā)展中大國奮力趕超

綜合國力和科技實力較強的發(fā)展中國家為了迎頭趕上發(fā)達(dá)國家納米科技發(fā)展的勢頭，也制定了自己的納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。中國政府在2001年7月就了《國家納米科技發(fā)展綱要》，并先后建立了國家納米科技發(fā)表協(xié)調(diào)委員會、國家納米科學(xué)中心和納米技術(shù)專門委員會。目前正在制定中的國家中長期科技發(fā)展綱要將明確中國納米科技發(fā)展的路線圖，確定中國在目前和中長期的研發(fā)任務(wù)，以便在國家層面上進(jìn)行發(fā)表與協(xié)調(diào)，集中力量、發(fā)揮優(yōu)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(shù)浪潮是納米技術(shù)，南非科技部正在制定一項國家納米技術(shù)戰(zhàn)略，可望在2005年度執(zhí)行。印度政府也通過加大對從事材料科學(xué)研究的科研機構(gòu)和項目的支持力度，加強材料科學(xué)中具有廣泛應(yīng)用前景的納米技術(shù)的研究和開發(fā)。

2、納米科技研發(fā)投入一路攀升

納米科技已在國際間形成研發(fā)熱潮，現(xiàn)在無論是富裕的工業(yè)化大國還是渴望富裕的工業(yè)化中國家，都在對納米科學(xué)、技術(shù)與工程投入巨額資金，而且投資迅速增加。據(jù)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(shù)研究資金估計為20億歐元。這說明，全球?qū){米技術(shù)研發(fā)的年投資已達(dá)50億歐元。

美國的公共納米技術(shù)投資最多。在過去4年內(nèi)，聯(lián)邦政府的納米技術(shù)研發(fā)經(jīng)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(jù)《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開發(fā)法》，在2005～2008財年聯(lián)邦政府將對納米技術(shù)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(fā)的經(jīng)費。

日本目前是僅次于美國的第二大納米技術(shù)投資國。日本早在20世紀(jì)80年代就開始支持納米科學(xué)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(jù)第六個框架計劃，歐盟對納米技術(shù)的資助每年約達(dá)7.5億美元，有些人估計可達(dá)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(nèi)中央政府的納米技術(shù)研究支出達(dá)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(shù)相關(guān)領(lǐng)域中投資6億美元，每年穩(wěn)中有增，平均每年達(dá)1億美元。韓國每年的納米技術(shù)投入預(yù)計約為1.45億美元，而新加坡則達(dá)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(shù)研發(fā)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(jù)致力于納米技術(shù)行業(yè)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(yè)對納米技術(shù)的投資也快速增加。美國的公司在這一領(lǐng)域的投入約為17億美元，占全球私營機構(gòu)38億美元納米技術(shù)投資的46%。亞洲的企業(yè)將投資14億美元，占36%。歐洲的私營機構(gòu)將投資6.5億美元，占17%。由于投資的快速增長，納米技術(shù)的創(chuàng)新時代必將到來。

3、世界各國納米科技發(fā)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(yōu)勢，但現(xiàn)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(jù)中國科技信息研究所進(jìn)行的納米論文統(tǒng)計結(jié)果，2000—2002年，共有40370篇納米研究論文被《2000—2002年科學(xué)引文索引（SCI）》收錄。納米研究論文數(shù)量逐年增長，且增長幅度較大，2001年和2002年的增長率分別達(dá)到了30.22%和18.26%。

2000—2002年納米研究論文，美國以較大的優(yōu)勢領(lǐng)先于其他國家，3年累計論文數(shù)超過10000篇，幾乎占全部論文產(chǎn)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(shù)都超過了3000篇。而且以上5國2000—2002年每年的納米論文產(chǎn)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(jīng)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(fā)表的論文數(shù)也較多，各國3年累計論文總數(shù)都超過了1000篇，且每年的論文數(shù)排位都可以進(jìn)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(shù)發(fā)明專利方面美國獨占鰲頭

據(jù)統(tǒng)計：美國專利商標(biāo)局2000—2002年共受理2236項關(guān)于納米技術(shù)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(shù)據(jù)來源美國專利商標(biāo)局，所以美國的專利數(shù)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(shù)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(shù)國家納米論文數(shù)與專利數(shù)所占比例的反差較大，在論文數(shù)最多的20個國家和地區(qū)中，專利數(shù)所占比例超過論文數(shù)所占比例的國家和地區(qū)只有美國、日本和中國臺灣。這說明，很多國家和地區(qū)在納米技術(shù)研究上具備一定的實力，但比較側(cè)重于基礎(chǔ)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(shù)的應(yīng)用研究在半導(dǎo)體芯片、癌癥診斷、光學(xué)新材料和生物分子追蹤等領(lǐng)域快速發(fā)展。隨著納米技術(shù)在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應(yīng)用，目前美國納米研究熱點已逐步轉(zhuǎn)向醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。醫(yī)學(xué)納米技術(shù)已經(jīng)被列為美國國家的優(yōu)先科研計劃。在納米醫(yī)學(xué)方面，納米傳感器可在實驗室條件下對多種癌癥進(jìn)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(jìn)行早期診斷。2004年，美國國立衛(wèi)生研究院癌癥研究所專門出臺了一項《癌癥納米技術(shù)計劃》，目的是將納米技術(shù)、癌癥研究與分子生物醫(yī)學(xué)相結(jié)合，實現(xiàn)2015年消除癌癥死亡和痛苦的目標(biāo)；利用納米顆粒追蹤活性物質(zhì)在生物體內(nèi)的活動也是一個研究熱門，這對于研究艾滋病病毒、癌細(xì)胞等在人體內(nèi)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(yè)化。

雖然醫(yī)學(xué)納米技術(shù)正成為納米科技的新熱點，納米技術(shù)在半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域的應(yīng)用仍然引人關(guān)注。美國科研人員正在加緊納米級半導(dǎo)體材料晶體管的應(yīng)用研究，期望突破傳統(tǒng)的極限，讓芯片體積更小、速度更快。納米顆粒的自組裝技術(shù)是這一領(lǐng)域中最受關(guān)注的地方。不少科學(xué)家試圖利用化學(xué)反應(yīng)來合成納米顆粒，并按照一定規(guī)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(shù)本來有望取代傳統(tǒng)光刻法制造芯片的技術(shù)。在光學(xué)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(dá)到幾百微米的納米導(dǎo)線。

日本納米技術(shù)的研究開發(fā)實力強大，某些方面處于世界領(lǐng)先水平，但尚未脫離基礎(chǔ)和應(yīng)用研究階段，距離實用化還有相當(dāng)一段路要走。在納米技術(shù)的研發(fā)上，日本最重視的是應(yīng)用研究，尤其是納米新材料研究。除了碳納米管外，日本開發(fā)出多種不同結(jié)構(gòu)的納米材料，如納米鏈、中空微粒、多層螺旋狀結(jié)構(gòu)、富勒結(jié)構(gòu)套富勒結(jié)構(gòu)、納米管套富勒結(jié)構(gòu)、酒杯疊酒杯狀結(jié)構(gòu)等。

在制造方法上，日本不斷改進(jìn)電弧放電法、化學(xué)氣相合成法和激光燒蝕法等現(xiàn)有方法，同時積極開發(fā)新的制造技術(shù)，特別是批量生產(chǎn)技術(shù)。細(xì)川公司展出的低溫連續(xù)燒結(jié)設(shè)備引起關(guān)注。它能以每小時數(shù)千克的速度制造粒徑在數(shù)十納米的單一和復(fù)合的超微粒材料。東麗和三菱化學(xué)公司應(yīng)用大學(xué)開發(fā)的新技術(shù)能把制造碳納米材料的成本減至原來的1／10，兩三年內(nèi)即可進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。

日本高度重視開發(fā)檢測和加工技術(shù)。目前廣泛應(yīng)用的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場光學(xué)顯微鏡等的性能不斷提高，并涌現(xiàn)了諸如數(shù)字式顯微鏡、內(nèi)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(chǎn)品?？茖W(xué)家村田和廣成功開發(fā)出亞微米噴墨印刷裝置，能應(yīng)用于納米領(lǐng)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(xì)微電路，是世界最高水平。

日本企業(yè)、大學(xué)和研究機構(gòu)積極在信息技術(shù)、生物技術(shù)等領(lǐng)域內(nèi)為納米技術(shù)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(xì)微、更高性能的元器件和量子計算機，解析分子、蛋白質(zhì)及基因的結(jié)構(gòu)等。不過，這些研究大都處于探索階段，成果為數(shù)不多。

歐盟在納米科學(xué)方面頗具實力，特別是在光學(xué)和光電材料、有機電子學(xué)和光電學(xué)、磁性材料、仿生材料、納米生物材料、超導(dǎo)體、復(fù)合材料、醫(yī)學(xué)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(yīng)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(xué)合成材料也是一個重要方面，而在納米電子學(xué)、納米器件和納米生物醫(yī)學(xué)研究方面與發(fā)達(dá)國家有明顯差距。

4、納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化步伐加快

目前，納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化尚處于初期階段，但展示了巨大的商業(yè)前景。據(jù)統(tǒng)計：2004年全球納米技術(shù)的年產(chǎn)值已經(jīng)達(dá)到500億美元，2010年將達(dá)到14400億美元。為此，各納米技術(shù)強國為了盡快實現(xiàn)納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，都在加緊采取措施，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

美國國家科研項目管理部門的管理者們認(rèn)為，美國大公司自身的納米技術(shù)基礎(chǔ)研究不足，導(dǎo)致美國在該領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用缺乏動力，因此，嘗試建立一個由多所大學(xué)與大企業(yè)組成的研究中心，希望借此使納米技術(shù)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)緊密結(jié)合在一起。美國聯(lián)邦政府與加利福尼亞州政府一起斥巨資在洛杉礬地區(qū)建立一個“納米科技成果轉(zhuǎn)化中心”，以便及時有效地將納米科技領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)界。該中心的主要工作有兩項：一是進(jìn)行納米技術(shù)基礎(chǔ)研究；二是與大企業(yè)合作，使最新基礎(chǔ)研究成果盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。其研究領(lǐng)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(yīng)用于美國國防工業(yè)。

美國的一些大公司也正在認(rèn)真探索利用納米技術(shù)改進(jìn)其產(chǎn)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(nèi)取得突破，并生產(chǎn)出商業(yè)產(chǎn)品。一個由專業(yè)、商業(yè)和學(xué)術(shù)組織組成的網(wǎng)絡(luò)在迅速擴大，其目的是共享信息，促進(jìn)聯(lián)系，加速納米技術(shù)應(yīng)用。

日本企業(yè)界也加強了對納米技術(shù)的投入。關(guān)西地區(qū)已有近百家企業(yè)與16所大學(xué)及國立科研機構(gòu)聯(lián)合，不久前又建立了“關(guān)西納米技術(shù)推進(jìn)會議”，以大力促進(jìn)本地區(qū)納米技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)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(shù)研究所，試圖將納米技術(shù)融合進(jìn)各自從事的產(chǎn)業(yè)中。

歐盟于2003年建立納米技術(shù)工業(yè)平臺，推動納米技術(shù)在歐盟成員國的應(yīng)用。歐盟委員會指出：建立納米技術(shù)工業(yè)平臺的目的是使工程師、材料學(xué)家、醫(yī)療研究人員、生物學(xué)家、物理學(xué)家和化學(xué)家能夠協(xié)同作戰(zhàn)，把納米技術(shù)應(yīng)用到信息技術(shù)、化妝品、化學(xué)產(chǎn)品和運輸領(lǐng)域，生產(chǎn)出更清潔、更安全、更持久和更“聰明”的產(chǎn)品，同時減少能源消耗和垃圾。歐盟希望通過建立納米技術(shù)工業(yè)平臺和增加納米技術(shù)研究投資使其在納米技術(shù)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(chuàng)新熱點和應(yīng)用趨勢，展示我國紡織軍民融合的新技術(shù)和新產(chǎn)品；協(xié)調(diào)銜接紡織軍工配套科研、生產(chǎn)等事宜。

天津工業(yè)大學(xué)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(xiàn)展路徑，助力實現(xiàn)中國夢的共同心愿。

中國紡織工業(yè)聯(lián)合會副會長、中國產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會會長李陵申在致辭中表示，我國紡織行業(yè)在軍民融合發(fā)展方面具有光榮的傳統(tǒng)，中產(chǎn)協(xié)在中紡聯(lián)的領(lǐng)導(dǎo)下承擔(dān)起我國紡織軍工配套的組織和行業(yè)服務(wù)的使命，也是全國紡織軍用標(biāo)準(zhǔn)歸口管理單位。經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)形成了一支涵蓋行業(yè)組織、高校、研究機構(gòu)、骨干企業(yè)和需方單位的高水平紡織軍工配套體系，在單兵防護(hù)、裝備配套、偽裝抗干擾武器生產(chǎn)方面提供了重要支持和保障。

李陵申強調(diào)，當(dāng)今世界各國都高度重視高技術(shù)軍用紡織品的發(fā)展，我國把軍民融合發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略。在即將出臺的《產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)“十三五”發(fā)展指導(dǎo)意見》中，將軍民融合相關(guān)產(chǎn)業(yè)用紡織品作為重點發(fā)展方向，未來紡織軍工的發(fā)展將面臨重大的政策機遇。產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會作為紡織軍配套工作的承擔(dān)單位，將積極貫徹國家戰(zhàn)略，從先進(jìn)紡織材料的需求側(cè)和供給側(cè)同步發(fā)力，加強與軍隊相關(guān)需求單位的對接交流，構(gòu)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(jìn)機制，共同解決制約防護(hù)裝備發(fā)展中的紡織材料問題，為軍隊打贏現(xiàn)代戰(zhàn)爭貢獻(xiàn)力量，為產(chǎn)業(yè)用紡織品強國戰(zhàn)略蓄能動力！

篇9

牙切角缺損的比較理想的材料， 值得臨床推廣?！娟P(guān)鍵詞】納米樹脂；前牙切角缺損；口腔修復(fù)DOI：10.14163/ki.11-5547/r.2015.32.065

上前牙外傷或齲壞多導(dǎo)致切角缺損 ， 不僅影響患者的發(fā)音和咀嚼 ， 更影響患者的美觀 ， 對此類病損的修復(fù)一直是臨床醫(yī)師探討的熱點和重點話題。傳統(tǒng)的修復(fù)方法多為烤瓷冠修復(fù)或者自攻自斷螺紋釘結(jié)合光固化復(fù)合樹脂修復(fù) ， 其中烤瓷全冠修復(fù)需對牙體進(jìn)行大量切削以獲得修復(fù)體所必須的空間 ， 而切角缺損病例多為活髓牙 ， 因此修復(fù)過程中容易導(dǎo)致牙本質(zhì)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(cè)壁穿通 ， 有時釘可因微滲漏而被腐蝕 ， 引起牙和修復(fù)體變色[1]。修復(fù)體長時間應(yīng)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(fù)合樹脂 ， 與傳統(tǒng)復(fù)合樹脂相比 ， 含更細(xì)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(yīng)用于臨床直接修復(fù)前牙切角缺損患者 ， 取得了滿意的臨床效果， 現(xiàn)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(yī)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(dǎo)致切角缺損 ， 所有患牙切角缺損至牙本質(zhì)中層 ， 無牙髓及根尖病變， 無牙周疾病。

1. 2材料3M公司生產(chǎn)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(zhì)并盡量將唇側(cè)變色的牙質(zhì)磨除 ， 近髓側(cè)用 Ca（OH） 2墊底 ， 在窩洞周邊用細(xì)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(zhì)和牙本質(zhì)進(jìn)行酸蝕， 20 s后， 用棉球吸干， 涂粘結(jié)劑， 光照15 s， 然后使用 3M公司生產(chǎn)的 FiltekZ350通用型納米樹脂逐層充填、固化 ， 直至恢復(fù)切角處外形 ， 調(diào)磨和高度拋光 ， 完成治療。記錄患者聯(lián)系方式 ， 1年后對所有患者進(jìn)行電話隨訪 ， 約患者復(fù)查患牙情況， 進(jìn)行記錄對比。

1. 4療效判斷標(biāo)準(zhǔn)成功：患牙修復(fù)后形態(tài)功能恢復(fù)良好 ， 修復(fù)體無松動、脫落 ， 無變色及著色 ， 無繼發(fā)齲。失?。盒迯?fù)體松動、脫落或邊緣變色、著色及繼發(fā)齲。

2結(jié)果

所有患者治療結(jié)束后 1年進(jìn)行電話隨訪 ， 成功復(fù)查患者 78例 ， 93顆患牙。其中成功修復(fù)的患牙 87顆 ， 成功率為

作者單位：116027大連市中心醫(yī)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(fù)體邊緣變色、著色為 3顆， 無繼發(fā)齲患牙。

3討論

前牙切角缺損的修復(fù)一直是口腔臨床醫(yī)生經(jīng)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(nèi)恢復(fù)功能 ， 而此類患牙缺乏良好固位型 ， 修復(fù)后失敗率較高。經(jīng)過多年來口腔科醫(yī)生的共同努力 ， 用于此類缺損修復(fù)的材料及臨床操作方法有了長足的進(jìn)步。近年來納米材料迅猛發(fā)展 ， 被成功應(yīng)用于醫(yī)學(xué)多個領(lǐng)域 ， 其中納米樹脂被口腔科醫(yī)生廣泛應(yīng)用于牙體缺損的修復(fù)中。

納米復(fù)合樹脂與傳統(tǒng)光固化復(fù)合樹脂不同的是其填料直徑更細(xì) ， 僅為 0.005～0.010 μm， 低于可見光的波長 ， 應(yīng)用納米樹脂修補缺損的患牙在受到摩擦?xí)r ， 牙齒只是磨損到一個納米顆粒 ， 而不會像傳統(tǒng)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(hù)理與口腔衛(wèi)生的保健。

本研究未采用傳統(tǒng)的自攻自斷螺紋釘加強固位 ， 而是應(yīng)用納米樹脂進(jìn)行直接分層充填修復(fù)。自攻自斷螺紋釘是通過螺紋與牙本質(zhì)的機械扣鎖力而產(chǎn)生固位[3]。在以往長時間傳統(tǒng)的修復(fù)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(yī)生利用自攻自斷螺紋釘加強固位 ， 同時使用光固化復(fù)合樹脂一次完成切角缺損修復(fù)。然而隨著口腔材料長足發(fā)展 ， 在前牙復(fù)合樹脂現(xiàn)代修復(fù)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(fù)時發(fā)生牙體意外穿髓。但是直接分層充填修復(fù)要求醫(yī)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(shè)計類型合理 ， 選用高粘結(jié)性強度粘結(jié)材料 ， 嚴(yán)格規(guī)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(fù)質(zhì)量的根本[4]。在本研究中復(fù)診的患牙中有 3顆出現(xiàn)修復(fù)材料松動脫落 ， 最常見修復(fù)失敗的原因是前牙咀嚼外傷造成修復(fù)體松動脫落 ， 因此充填完畢后應(yīng)注意咬合調(diào)磨 ， 同時也避免前伸牙合時的早接觸 ，從而提高修復(fù)體的使用壽命。另外在修復(fù)過程中要堅決避免充填的納米樹脂與鄰牙粘結(jié) ，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(fù)前牙切角缺損 ， 可以恢復(fù)牙齒自然外形 ， 色澤逼真 ， 有質(zhì)感 ， 強度高 ， 拋光和使用的持久性非常好 ， 經(jīng)過 1年后隨訪患者的臨床檢驗 ， 修復(fù)的損中的應(yīng)用 .醫(yī)學(xué)信息 ， 2010， 5（3）：496-497.參考文獻(xiàn)[4]余擎 .牙科臨床規(guī)范化操作圖譜 .北京：人民衛(wèi)生出版社 ， 2009：136.

篇10

【論文摘要本文根據(jù)上海工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)和工程專業(yè)教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)的特征,從課程體系和內(nèi)容,教學(xué)理念,教學(xué)方法及手段,實踐教學(xué)環(huán)節(jié)改革,考核評價方式,師資隊伍建設(shè)等方面討論了“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程教改中的一些熱點新問題及教改實踐。根據(jù)我校培養(yǎng)優(yōu)秀工程師的辦學(xué)定位,結(jié)合材料學(xué)科的發(fā)展方向,初步建立了居于“基礎(chǔ)適度、口徑寬廣、應(yīng)用為先”標(biāo)準(zhǔn)的“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程的新教學(xué)體系,從中取得了一些較好的教改效果和經(jīng)驗。

上海工程技術(shù)大學(xué)是一所以培養(yǎng)優(yōu)秀工程師為主要目標(biāo)的教學(xué)型大學(xué)。根據(jù)我校的辦學(xué)定位和特色,作為材料科學(xué)和工程學(xué)科重要基礎(chǔ)課程之一,“材料科學(xué)基礎(chǔ)”有必要在加強基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)知識面和加強實踐練習(xí)等方面進(jìn)行課程改革。

1課程的性質(zhì)

材料科學(xué)是一門揭示探究固體材料性質(zhì)規(guī)律、設(shè)計及控制材料性能的科學(xué),其目的在于揭示材料的結(jié)構(gòu)和性能之間的基本關(guān)系。探究表明,材料結(jié)構(gòu)是決定材料性能的核心要素,而材料的顯微結(jié)構(gòu)和材料的加工過程有密切的關(guān)系。因此,材料科學(xué)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(yīng)過程、界面過程、擴散過程、相變過程等。

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”是材料科學(xué)和工程學(xué)科的主干基礎(chǔ)課程和核心課程,是材料科學(xué)和工程學(xué)科人才的基本知識和基本能力的重要組成部分,是本學(xué)科專業(yè)人才的整體知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)、素質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要基石。根據(jù)我校的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo),本門課程的教學(xué)實踐必須著眼于培養(yǎng)未來的材料工程師,緊貼上海市發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)的需求,結(jié)合本校材料科學(xué)重點學(xué)科的發(fā)展方向,在進(jìn)行材料科學(xué)基礎(chǔ)理論和基本技術(shù)教育的基礎(chǔ)上,側(cè)重進(jìn)行材料開發(fā)應(yīng)用、材料改性和材料加工的工程教育。

2課程教學(xué)的改革實踐

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程建設(shè)和課程教學(xué)改革的指導(dǎo)思想是根據(jù)專業(yè)發(fā)展規(guī)劃,主動適應(yīng)上海經(jīng)濟、科技和社會的發(fā)展對材料學(xué)科專業(yè)人才知識結(jié)構(gòu)和實踐能力的要求,強調(diào)理論和實踐結(jié)合,在寬專業(yè)知識面上對學(xué)生進(jìn)行綜合素質(zhì)的提高,培養(yǎng)既把握材料科學(xué)和工程基本原理,又通曉材料制備和加工、組成和結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用等系統(tǒng)知識的寬專業(yè)人才。作為材料學(xué)科最為基礎(chǔ)和重要的平臺課程,“材料科學(xué)基礎(chǔ)”在學(xué)科知識構(gòu)建中起著“基石”的功能,其教學(xué)內(nèi)容的設(shè)定、寬度和深度決定著學(xué)生培養(yǎng)中有關(guān)材料學(xué)知識的基礎(chǔ)深度和知識面的廣泛程度,并影響著后續(xù)課程的展開、實施及教學(xué)效果。本著“基礎(chǔ)適度、口徑寬廣、應(yīng)用為先”的教學(xué)原則,我們對課程教學(xué)目標(biāo)、課程體系和內(nèi)容、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)方法和手段、考核評估等方面進(jìn)行了教學(xué)改革的實踐。

2.1課程教學(xué)目標(biāo)

作為應(yīng)用型本科材料專業(yè)的基礎(chǔ)課程,“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)目標(biāo)具有多重指向性。一方面,應(yīng)打下材料科學(xué)和工程領(lǐng)域的基本理論基礎(chǔ),為學(xué)習(xí)材料專業(yè)其他知識做預(yù)備,同時也為部分學(xué)生進(jìn)一步深造做預(yù)備,為此要根據(jù)不同學(xué)生的情況,有區(qū)別地加以培養(yǎng);其次,要注重培養(yǎng)學(xué)生運用基礎(chǔ)理論分析和解決實際新問題的思路和能力,把握材料科學(xué)和工程學(xué)科的思維方法,為今后自學(xué)材料領(lǐng)域的相關(guān)知識打下良好的基礎(chǔ);最后,根據(jù)社會經(jīng)濟的發(fā)展需求,強調(diào)學(xué)生對材料科技進(jìn)展和人類文明及經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系的認(rèn)知,能從價值工程的角度研發(fā)、選擇和應(yīng)用材料,從環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展角度評價使用材料。

2.2課程體系和內(nèi)容

在課程體系上,貫徹“基礎(chǔ)適度、口徑寬廣、應(yīng)用為先”的課程體系改革原則,在保持金屬材料為主的專業(yè)特色的基礎(chǔ)上,全面介紹了金屬材料、高分子材料、陶瓷材料及復(fù)合材料的共性和個性特征,在材料科學(xué)理論模型的介紹上盡量拓展其適用的材料范圍,如晶體結(jié)構(gòu),位錯模型,界面結(jié)構(gòu)模型等。教學(xué)內(nèi)容的取舍以“精、寬、新、用”為原則,從材料科學(xué)和工程的基本原理出發(fā),以固體材料結(jié)構(gòu)為重點,從微觀、宏觀、物質(zhì)內(nèi)部、表面和界面、靜態(tài)及動態(tài)過程等不同層面角度,闡述固體材料結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)缺陷及變化規(guī)律,以及固態(tài)材料的相平衡、相圖、擴散、相變等,在材料應(yīng)用方面,結(jié)合材料科學(xué)的理論內(nèi)容,介紹相關(guān)的新材料、新工藝,如納米材料、功能材料的最新進(jìn)展,使學(xué)生對材料組成和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系、材料結(jié)構(gòu)和性能間關(guān)系有系統(tǒng)的理解和把握,為今后相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下扎實的寬專業(yè)口徑的理論知識基礎(chǔ)。

2.3實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

在加強實踐的教學(xué)改革中,采取實驗教學(xué)課程建設(shè)和學(xué)院平臺實驗室建設(shè)相結(jié)合的方式,推進(jìn)課程實踐教學(xué)的全面提高。材料科學(xué)基礎(chǔ)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)分為兩個部分,一是課內(nèi)實驗,現(xiàn)配置了16學(xué)時的實驗課,二是單列了一門“材料科學(xué)綜合實驗”課程,時間布置為連續(xù)的3周。針對課程教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容改革的要求,重新討論制定了課內(nèi)實驗內(nèi)容,加大綜合性實驗的比重,如金屬塑性變形和再結(jié)晶綜合實驗、金相分析綜合實驗等,編寫了新的實驗教學(xué)指導(dǎo)書。課內(nèi)實驗以學(xué)生材料學(xué)基礎(chǔ)技能練習(xí)為目標(biāo),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(diào)對不同材料顯微結(jié)構(gòu)基本特征的把握。材料科學(xué)基礎(chǔ)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?zāi)康摹⒃O(shè)計實驗過程、實施實驗和分析實驗結(jié)果,培養(yǎng)學(xué)生材料科學(xué)和工程的基本素養(yǎng),提高實驗動手能力和分析、解決新問題的能力,進(jìn)一步鞏固對材料科學(xué)基礎(chǔ)核心內(nèi)容,即“材料結(jié)構(gòu)決定材料性能、材料加工過程和材料結(jié)構(gòu)密切相關(guān)”的認(rèn)知。課內(nèi)實驗和綜合實驗內(nèi)容互為補充、相益得彰,取得了新教學(xué)培養(yǎng)模式的良好的教學(xué)效果。

2.4教學(xué)手段和教學(xué)方法

在課堂教學(xué)和課內(nèi)實驗教學(xué)實踐中,充分利用多媒體教學(xué)手段,自編CAI多媒體課件,在有限的學(xué)時內(nèi)最大限度的發(fā)揮多媒體教學(xué)的應(yīng)用效果。一些實驗室目前難以實現(xiàn)而對學(xué)生的學(xué)識教育較為重要的內(nèi)容也通過多媒體形式使學(xué)生有一個較為直觀的熟悉。和此同時,還對教學(xué)方法進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn),授課力求重點突出、邏輯清楚,強調(diào)教學(xué)互動,提倡師生間平等討論,倡導(dǎo)探索性和探究性的學(xué)習(xí)方法,達(dá)到理論融會貫通的目的。

2.5考核方式

在課程建設(shè)過程中我們對課程的考核方式也進(jìn)行了深入的討論,大家認(rèn)為合理的考核評價制度應(yīng)該以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)為主要目標(biāo),為此有必要改進(jìn)傳統(tǒng)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(yè)、實驗報告、小論文、隨堂考試和期末考試相結(jié)合的方式。重視對平時學(xué)習(xí)過程和階段學(xué)習(xí)效果的評價,將上課聽講和課堂交流、作業(yè)習(xí)題解答的獨特性及完成質(zhì)量列入考評,鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新學(xué)習(xí),鼓勵學(xué)生發(fā)表有自洽性合理性的不同見解。在階段學(xué)習(xí)后,設(shè)計一些隨堂考試卷,隨堂考試答應(yīng)學(xué)生參考課堂筆記和教材,但每個學(xué)生必須獨立完成試卷,重點考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的應(yīng)用能力,檢驗學(xué)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(yǎng)學(xué)生獨立完成實驗并撰寫規(guī)范的實驗報告的能力,檢驗和評價學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新思維能力。適當(dāng)調(diào)低期末考試在學(xué)生學(xué)業(yè)成績中的權(quán)重,例如由原來的70％降低到50％或更低,試卷內(nèi)容要充分體現(xiàn)教學(xué)大綱的基本要求,重點考查學(xué)生的臨場應(yīng)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(shè)

課程建設(shè)主要依靠教師推動。近年來,我們以全面提高教師隊伍素質(zhì)為中心,以培養(yǎng)優(yōu)秀年輕骨干教師為重點,在職教師再培訓(xùn)和引進(jìn)高素質(zhì)人才并重,著眼于學(xué)科可持續(xù)發(fā)展的需求,建設(shè)一支結(jié)構(gòu)優(yōu)化、素質(zhì)良好、富有活力、具有創(chuàng)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(xué)基礎(chǔ)”教學(xué)團(tuán)隊中,有校學(xué)科帶頭人、上海市曙光學(xué)者、校青年學(xué)術(shù)骨干等,科研及學(xué)科建設(shè)的成果反哺教學(xué)的結(jié)果,促進(jìn)了學(xué)生科研實踐能力的提高和材料工程意識的形成。教師團(tuán)隊通過公開課觀摩學(xué)習(xí),加強教學(xué)法探究,極大地提升了教師整體的業(yè)務(wù)水平和教學(xué)效果。

3結(jié)語

作為上海市重點課程建設(shè)的“材料科學(xué)基礎(chǔ)”正在我校材料學(xué)院相關(guān)專業(yè)范圍內(nèi)進(jìn)行教學(xué)實踐,在課程目標(biāo)、課程體系和內(nèi)容、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)手段和方法、考核方式改革等方面進(jìn)行了探索實踐并取得了一定的成績。課程建設(shè)下一步的工作重點將放在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺建設(shè)上,以進(jìn)一步提高教學(xué)效益和教學(xué)質(zhì)量。教育教學(xué)改革是一項永無止境的事業(yè),只有通過對學(xué)生培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行更具體的探索和調(diào)查探究,不斷地實踐以總結(jié)其中的經(jīng)驗教訓(xùn),才能逐漸探索出一條適合于應(yīng)用型本科材料專業(yè)人才培養(yǎng)的成功之路。

參考文獻(xiàn)

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