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物理效应与无机非金属功能材料——课件制作开题报告

 2020-02-10 10:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

根据无机非金属材料的性能,实际上可以把材料划分成两种类型,功能材料与工程材料。所谓功能材料指的是在力、声、热、电、磁、光等外场作用下,其性能会发生改变的材料,其中电学材料包含了压电材料、电导材料、热电材料、磁性材料、电子材料、敏感材料等[1]。目前,功能材料正向着多功能性、集成化、智能化方向发展[2]。各种功能材料的开发在很大程度上都依赖于对物理效应的认识。本课题从物理效应出发,对无机非金属功能材料的知识进行综合、归类,探讨材料性能的应用与新型无机非金属材料的设计[3-5]

以铁电材料为例,铁电材料具有优越的电极化特性、介电特性、热释电效应、压电效应电光效应、声光效应、光折变和非线性光学性质[6-8]等一系列优良的物理特性.可以利用这些性质制作不同的功能器件,并可望通过铁电薄膜材料与其它材料的集成或复合,制备出集成性器件,如利用其电滞回线特性可制作非易失性铁电无规存取存储器,利用铁电体的巨热电特性可制作热释电红外探测器、热电测温仪、热电摄像仪等[9]

在材料专业开设“功能材料学”课程能够让学生对功能材料有一个全面的了解和认识,通过学习,使学生了解功能材料的基本概念和基本原理,初步学习和掌握功能材料的前沿内容,拓宽知识面,启发思路,为学生提供最基本的功能材料技术和有关问题的入门性知识[10],提高学生对功能材料学科的认识,为今后在相关领域的研究和应用奠定更为坚实的基础。因此,建设好功能材料课程具有重要意义。

课程的内容较多,为了全面而系统的掌握功能材料的基础理论及应用知识,以使学生正确理解物理效应与功能材料的联系与发展。多媒体的教学模式,对于激发学生的学习兴趣,引导学生进行更深层次专业知识的学习,具有重要意义。本课程采用的多媒体教学,可用图表及动画等形象的表达方式授课,直观且生动。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

本课题通过学习材料物理效应与功能材料的组成、结构、制备及应用的基础知识,学习课件制作软件,将物理效应及其对应的无机非金属功能材料的知识进行综合、归类,以word和PPT进行表述,突出体现功能材料系统思维理念。

探讨材料性能的应用与新型无机非金属材料的设计。通过功能材料的基本设计思想,结合焙烧、提拉、溶胶-凝胶、水热合成、固相合成、化学气相沉淀等几种主要的制备方法[11],学习人工晶体、纳米材料、功能陶瓷、杂化材料等几种重要功能材料的制备工艺。同时,学习在新材料的研制与发展中对材料组织从宏观到微观不同层次的表征技术 [12]。对多种功能材料的内容进行比较全面而系统的掌握。

本次课件用到的PowerPoint是一种易学易用的软件,操作方法简单,它以页为单位制作演示文稿,然后将制作好的页集成起来,形成一个完整的课件。多媒体课件是一种现代化的教育教学手段,它在教学中有其他媒体所无法代替的优势,功能强大、简单易学,制作简单。由文字、图片、动画、视频构成幻灯片有利于突出教学中的重点,突破教学中的难点。


2.2 研究目标


(1)学习材料的物理性能效应[13]和微观机理,学习PPT文件制作方法;

(2)掌握无机非金属功能材料的设计方法,对其组成、制备及结构的要求; (3)分析物理性能与功能材料设计间的关系,培养开发新型功能材料必要的基础知识和基本技能;

(4)总结国内外相关研究概况和发展趋势,总结选题对社会、健康、安全、成本以及环境等的影响[14-15],将知识系统化并完成课件文件,完成毕业论文。

(5)资料以word汇总,并制作课件。

2.3技术方案

本课题通过文献调研,学习材料的物理效应,了解无机非金属功能材料的应用及研究发展,研究压电效应与压电陶瓷及复合材料、电功能材料、热功能材料、光功能材料、磁功能材料、生物功能材料等的相关知识并进行汇总,将知识系统化并完成课件文件。对课件进行运行和调整,最后完成论文的撰写。


图1:技术方案流程图





表1:毕业论文“材料物理效应及功能材料”的技术方案


内容

标题

研究

补充及PPT课件制作

1

压电效应与压电陶瓷及复合材料

1.1压电效应

1.2压电陶瓷及应用

1.3压电复合材料及应用

1.4制备工艺综述

1.5压电材料对健康及环境等的影响

补充:

1.1:压电材料结构特点

1.2及1.3:材料性能

PPT制作

2

电功能材料

2.1半导体导电机制

2.2半导体陶瓷

2.3半导体传感器及应用

2.4超导材料及应用

2.5铁电性

补充:

2.1:能带理论、半导体类别

2.4:超导材料研究热点

PPT制作

3

热功能材料

3.1热电效应

3.2热功能材料及应用

补充:3.2:不同热功能材料对应的结构特点、性能特点

PPT制作

4

光功能材料

4.1光电效应

4.2光电二极管及太阳能电池

4.3防反射涂层

4.4光纤传导机理及应用

4.5微晶玻璃

4.6材料回收及再生

补充:

4.2:太阳能电池最新进展

4.4:光纤传感器

4.6:材料再利用:常用技术方法及对环境的影响

PPT制作

5

磁功能材料

5.1磁性材料分类

5.2磁功能材料及应用

5.3陶瓷铁氧体

补充:

5.3:组成特点、结构及应用

PPT制作

6

生物功能材料

6.1生物功能材料的性能及结构要求

6.2生物功能材料种类

6.3生物功能陶瓷及玻璃材料

6.4生物材料对健康和安全的影响

补充:

6.3:生物有机材料与无机材料的对比

PPT制作

7

资料汇总、课件

运行及调整、论文撰写及答辩

PPT课件完成版

3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅文献,了解材料的电、热、磁、光等性能与其对应的功能材料,完成英文翻译。明确课题研究内容,了解学习研究所需知识,确定工作方案,并完成开题报告。

第4-8周:按照工作方案,学习掌握材料性能效应:如压电效应、热电效应、铁电效应、光电效应等,了解功能材料的设计方法及制备工艺,学习ppt文件制作。

第9-12周:掌握不同性能效应对功能材料的组成、制备工艺及结构的要求,并将知识系统地以ppt文件汇总。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 王大博, 孙艳艳. 浅谈我国无机非金属材料的应用与发展[j]. 科学技术创新, 2011(13):11-11.

[2] 潘洪贵, 王智民. 无机非金属功能材料—陶瓷,玻璃的现状和应用[j]. 化学工程师,1995(2):31-33.

[3] 顾淑华, 耿谦. 现代无机非金属工程材料的分类、构成与应用前景[j]. 陶瓷, 2008(4):56-59.

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