纳米材料与纳米结构

纳米材料与纳米结构
一、课程基本信息
课程编号：13103106
课程类别：专业核心课程
适应专业：材料物理
总学时：54学时
学分数：3学分
课程简介：
纳米技术和纳米材料科学是20世纪80年代末发展起来的新兴学科。

由于纳米材料具有许多传统材料无法媲美的奇异特性和非凡的特殊功能，因此在各行各业中将有空前的应用前景，它将成为21世纪新技术革命的主导中心。

本课程简单介绍纳米材料和纳米结构，主要论述纳米结构单元、纳米微粒的基本理论、物理特性、化学特性、制备与表面修饰、尺寸评估、纳米固体及其制备、纳米固体材料的微
结构、纳米复合材料的结构和性能、纳米粒子和离子团与沸石的组装体系、纳米结构、测量与应用等。

授课教材：《纳米材料学基础》，陈翌庆、王瑛编，中南大学出版社，2008年。

参考书目：
[1]《纳米材料和纳米结构——国家重大基础研究项目新进展》，张立德、解思深编，化学工业出版社，2005年。

[2]《纳米复合材料》，徐国财、张立德编，化学工业出版社，2003年。

[3]《纳米材料分析》，黄惠忠编，化学工业出版社，2003年。

二、课程教育目标
通过这门课程的教学，达到以下目标：
使学生对纳米材料的结构、组织、性能及制备、检测方法和工艺的基础理论与知识深入了解和掌握，对纳米材料与金属、非金属材料的复合方式，形成的结构组织、改性机理和应用了解，并通过相关资
料查询、阅读、综合分析与讨论，对纳米材料领域内最新进展和成果有所了解，基本具备具体分析、设计、研究和应用纳米材料基础知识、基本方法和能力。

三、教学内容与要求
绪论
教学重点：纳米科技的基本概念和内涵
教学难点：纳米材料与其他学科的交叉、渗透
教学时数：3学时
教学内容：纳米科技的基本概念和内涵；纳米材料和技术领域研究的对象和发展的历史；
纳米材料与其他学科的交叉、渗透；纳米结构研究的进展和趋势；纳米家族中
的重要成员——纳米半导体；纳米材料在高科技中地位
教学方式：课堂讲授
教学要求：
（1）掌握纳米科技的基本概念和内涵；
（2）了解纳米材料和技术领域研究的对象和发展的历史；纳米材料与其他学科的交
叉、渗透；
（3）了解纳米结构研究的进展和趋势以及纳米材料在高科技中地位。

第一章纳米材料的物理学基础
教学重点：周期纳米结构的物理学；零维纳米颗粒的基本物理效应
教学难点：周期纳米结构的物理学；零维纳米颗粒的基本物理效应
教学时数：3学时
教学内容：理想周期结构的能带；电子能级的不连续性；久保理论
教学方式：课堂讲授
教学要求：
（1）了解久保理论
（2）掌握电子能级的不连续性
第二章纳米微粒的基本理论
教学重点：量子尺寸效应；小尺寸效应；表面效应；宏观量子隧道效应；库仑堵塞与量子
隧穿；介电限域效应
教学难点：量子尺寸效应；小尺寸效应；表面效应；宏观量子隧道效应；库仑堵塞与量子
隧穿；介电限域效应
教学时数：9学时
教学内容：量子尺寸效应；小尺寸效应；表面效应；宏观量子隧道效应；库仑堵塞与量子
隧穿；介电限域效应
教学方式：课堂讲授
教学要求：
（1）掌握量子尺寸效应；小尺寸效应；表面效应；宏观量子隧道效应；库仑堵塞与
量子隧穿；介电限域效应；
（2）掌握量子尺寸效应；小尺寸效应；表面效应；宏观量子隧道效应；库仑堵塞与
量子隧穿；介电限域效应等在纳米材料中的解释。

第三章零维纳米材料
教学重点：零维纳米材料的制备技术；零维纳米材料的物理化学性
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教学难点：零维纳米材料的制备技术；零维纳米材料的物理化学性质
教学时数：21学时
教学内容：气相法；液相法；固相法；热学性能；光学性能；磁学性能；电学性能；吸附；
纳米微粒的分散与团聚
教学方式：课堂讲授
（1）掌握气相法和液相法制备零维纳米材料的方法；
（2）了解气相法和液相法各种制备方法的优缺点；
（3）掌握纳米粒子不同于常规材料的热、磁、光、电、磁性能；
（4）掌握吸附、纳米微粒的分散与团聚。

第四章一维纳米材料
教学重点：一维纳米材料的合成制备；一维纳米材料的物性；碳纳米管
教学难点：一维纳米材料的物性
教学时数：9学时
教学内容：气相法；液相法；模板法；单根纳米线的电学传输和光学性质
教学方式：课堂讲授
教学要求：
（1）了解气相法和液相法制备一维纳米材料的方法；
（2）掌握模板法制备一维纳米材料的方法；
（3）掌握单根纳米线的电学传输和光学性质；
（4）了解碳纳米管的制备及应用。

第五章有序纳米结构及其应用
教学重点：碳纳米管有序阵列体系的化学气相法合成
教学难点：厚膜模板合成纳米阵列
教学时数：6学时
教学内容：纳米结构自组织和分子自组织合成和性能；厚膜模板合成纳米阵列；介孔固体
和介孔复合体的合成和特性；单电子晶体管；碳纳米管有序阵列体系的化学气
相法合成；mcm-41合成与物性；有序纳米结构的应用
教学方式：课堂讲授
教学要求：
（1）了解纳米结构自组织和分子自组织合成和性能；
（2）初步了解厚膜模板法在合成纳米阵列中的应用；
（3）了解介孔固体和介孔复合体的合成和特性；
（4）掌握碳纳米管有序阵列体系的化学气相法合成；
（5）了解单电子晶体管合成及其应用；
（6）了解mcm-41合成与物性；
（7）了解有序纳米结构的应用。

第六章纳米固体及其制备
教学重点：纳米陶瓷的制备；纳米金属与合金材料的制备；纳米固体材料的性能。

教学难点：纳米固体材料的性能
教学时数：3学时
教学内容：纳米陶瓷的制备；纳米金属与合金材料的制备；纳米固体材料的性能。

教学方式：课堂讲授
（1）了解纳米陶瓷的制备；
（2）了解纳米金属与合金材料的制备；
（3）掌握纳米固体材料的性能。

四、作业
该课程原则上每次课都布置作业，除了教材中的习题，也可以补充一些典型习题。

五、考核方式与成绩评定
考核方式：考试。

成绩评定：总评成绩=平时成绩（30%）+期末考试（70%），其中平时成绩是平时作业与出勤情况，视具体情况而定。

执笔人：负责人：
2013年8月。