《纳米材料技术》教学大纲课程名称：纳米材料技术课程类别（必修/选修）：选修课程英文名称：Nanomaterialstechnology其中实验/实践学时：0总学时/周学时/掌分：32/2/2先修课程：无后续课程支撑：高分子材料、金属材料、新能源材料授课时间：1-16周，周一5-6节/7-8节授课地点：6B-301授课对象：2021材科2班，2022材料1班（专升本），2021材科1班开课学院：材料科学与工程学院任课教师姓名/职称：王严杰/研究员：刘丹/特聘研究员：祝愿民/副研究员：刘钊/副研究员答疑时间、地点与方式：课后停留在教室，对有疑问的同学进行答疑：上课学生可自由提间：平时学生可到材料楼4B406进行答疑。课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（V）其它（）使用教材：自编教材教学参考资料：《纳米材料导论》哈尔滨工业大学出版社：《纳米材料和纳米结构》张立德，牟季美，科学出版：《纳米复合料》徐国财著化工出版社。课程简介：《纳米材料技术》是理工科专业一门专业选修课，它介绍了纳米材料的结构和性能及制备方法，着重分析了多种纳米功能（如纳米线、纳米管、纳米片等）的制备、处理、功能化与表征，并讲述了纳米材料的应用和纳米材料技术的新进展。本课程主要任务是使学生对纳米材料这样一种新的材料具有一个比较广泛的了解。为以后工作、学习及毕业论文实验提供必要的知识面和方法。课程应时代和技术发展的需求，及时调整课程内容体系，增加最新纳米材料的制备方法及表征的介绍、纳米技术应用的实例，使教学与实践指导相结合，使教学内容标准化，先进化和国际化：同时加强了实践教学环节，为使学生能在有限时间内掌握并理解相关知识点，能够达到触类旁通的效果，注重基础理论的同时，并增大了实践教学，这不仅激发了学生的学习兴趣，并提高了学生发现问题、应用理论解决问题的能力。1
1 《纳米材料技术》教学大纲 课程名称： 纳米材料技术 课程类别（必修/选修）：选修 • 课程英文名称：Nanomaterials technology 总学时/周学时/学分：32/2/2 其中实验/实践学时：0 先修课程：无 后续课程支撑：高分子材料、金属材料、新能源材料 授课时间： 1-16 周，周一 5-6 节/7-8 节 授课地点：6B-301 授课对象： 2021材科2班，2022材料1班(专升本)，2021材科1班 开课学院：材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称： 王严杰/研究员；刘丹/特聘研究员；祝愿民/副研究员；刘钊/副研究员 答疑时间、地点与方式：课后停留在教室，对有疑问的同学进行答疑；上课学生可自由提问；平时学生可到材料楼 4B406 进行答疑。 课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（✔）其它（ ） 使用教材：自编教材 教学参考资料：《纳米材料导论》哈尔滨工业大学出版社； 《纳米材料和纳米结构》张立德，牟季美，科学出版； 《纳米复合料》徐国财 著化工出版社。 课程简介：《纳米材料技术》是理工科专业一门专业选修课，它介绍了纳米材料的结构和性能及制备方法，着重分析了多种纳米功能（如纳米线、纳 米管、纳米片等）的制备、处理、功能化与表征，并讲述了纳米材料的应用和纳米材料技术的新进展。本课程主要任务是使学生对纳米材料这样一种新 的材料具有一个比较广泛的了解。为以后工作、学习及毕业论文实验提供必要的知识面和方法。课程应时代和技术发展的需求，及时调整课程内容体系， 增加最新纳米材料的制备方法及表征的介绍、纳米技术应用的实例，使教学与实践指导相结合，使教学内容标准化，先进化和国际化；同时加强了实践 教学环节，为使学生能在有限时间内掌握并理解相关知识点，能够达到触类旁通的效果，注重基础理论的同时，并增大了实践教学，这不仅激发了学生 的学习兴趣，并提高了学生发现问题、应用理论解决问题的能力
课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑：（与人才培养方案中“毕业要求指标点分解与课程支撑矩阵”相一致：建议课程教学目标按章节来划分每毕业要求课程教学目标支捷毕业要求指标点目标1：1.1能将数学、自然科学、工程科学1工程知识：能够运用数学、自然科学、工程基通过学习本课程，使学生了解纳米材料的基本概念、组的语言工具用于材料与工程领域复杂础材料专业知识用于解决材料写工程领域的复杂织结构与性能之间的关系，了解纳米材料在人类生活和工程问题的表述。工程问题。社会发展中的重要地位和作用以及材料发展史。目标22问题分析：能够应用数学、自然科学和材料工程2.1能运用数学、自然科学及材料与掌握材料的种类和主要性能，解纳米材料在日常生活的基本原理和技术，识别、表达、并通过文献研工程的相关科学原理，识别和判断复和工程中的应用以及材料科学发展前沿，初步具有运用究分析材料与工程领域的复杂工程问题，以获得杂工程问题的关键环节。纳米材料新技术、新工艺分析实际问题的能力。有效结论。8.2理解诚实公证、诚信守则的工程8职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任目标3：职业道德和规范，并能在工程实践中感，能够在材料与工程领域工程实践中理解并遵培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚科学、探究科自觉遵守。守工程职业道德和规范，履行责任。学的学习态度和思想意识：养成理论联系实际、科学严12.1能在社会发展的大背景下，认识12终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，谨、认真细致、实事求是的科学态度和职业道德。到自主和终身学习的必要性。有不断学习和适应发展的能力。理论教学进程表（建议：每一次教学主题尽量只对应一个课程目标，减少达成度计算的复杂性，正文中副除此段话，下同）2
2 课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑：（与人才培养方案中“毕业要求指标点分解与课程支撑矩阵”相一致；建议课程教学目标按章节来划分， 每 课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求 目标 1： 通过学习本课程，使学生了解纳米材料的基本概念、组 织结构与性能之间的关系，了解纳米材料在人类生活和 社会发展中的重要地位和作用以及材料发展史。 1.1 能将数学、自然科学、工程科学 的语言工具用于材料与工程领域复杂 工程问题的表述。 1 工程知识：能够运用数学、自然科学、工程基 础材料专业知识用于解决材料与工程领域的复杂 工程问题。 目标 2 掌握材料的种类和主要性能，了解纳米材料在日常生活 和工程中的应用以及材料科学发展前沿，初步具有运用 纳米材料新技术、新工艺分析实际问题的能力。 2.1 能运用数学、自然科学及材料与 工程的相关科学原理，识别和判断复 杂工程问题的关键环节。 2 问题分析：能够应用数学、自然科学和材料工程 的基本原理和技术，识别、表达、并通过文献研 究分析材料与工程领域的复杂工程问题，以获得 有效结论。 目标 3： 培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚科学、探究科 学的学习态度和思想意识；养成理论联系实际、科学严 谨、认真细致、实事求是的科学态度和职业道德。 8.2 理解诚实公证、诚信守则的工程 职业道德和规范，并能在工程实践中 自觉遵守。 12.1 能在社会发展的大背景下，认识 到自主和终身学习的必要性。 8 职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任 感，能够在材料与工程领域工程实践中理解并遵 守工程职业道德和规范，履行责任。 12 终身学习：具有自主学习和终身学习的意识， 有不断学习和适应发展的能力。 理论教学进程表 （建议：每一次教学主题尽量只对应一个课程目标，减少达成度计算的复杂性，正文中删除此段话，下同）
支撑教学模式教学内容（置点、难点、课程思政融入周次学时数教学方法作业安排课程教学主题授课教师点）线下/混合式目标介绍纳米材料课程、定义、基本原理。纳米材料的相关概2线下目标31祝远民课堂讲授纳米材料基础重点：：纳米材料定义和物理基础。念及应用讨论。难点：纳米材料的特殊效应讲授扫描电子显微镜的基本原理及特点：扫描电子显微镜的应用。扫描电子显微镜的纳米材料表征技祝远民线下课堂讲授22重点：扫描电镜的工作原理，扫描电镜相关概念及应用习目标1术1-SEM题。的二次电子像和背散射电子像。难点：两种像差的形成原理。介绍其他表面探针技术与其在纳米材料的表征应用。表面探针技术的相纳米材料表征技线下3祝远民2重点：原子力显微镜、扫描隧道显微镜课堂讲授关概念及应用习目标1术2-表面探针题。等的工作原理，成像。难点：各种技术成像原理与应用。介绍透射电镜基础和电子衍射原理。衍射衬度像成像和高分辨像原理。透射电子显微镜的纳米材料表征技祝远民2线下课堂讲投相关概念及应用习目标24重点：电子衍射基础和物相分析。术3-TEM题与讨论。难点：衍射衬度像成像和电子衍射相鉴定。3
3 周次 教学主题 授课教师 学时数 教学内容（重点、难点、课程思政融入 点） 教学模式 线下/混合式 教学方法 作业安排 支撑 课程 目标 1 纳米材料基础 祝远民 2 介绍纳米材料课程、定义、基本原理。 重点： 纳米材料定义和物理基础。 难点：纳米材料的特殊效应 线下 课堂讲授 纳米材料的相关概 念及应用讨论。 目标 3 2 纳米材料表征技 术 1-SEM 祝远民 2 讲授扫描电子显微镜的基本原理及特点； 扫描电子显微镜的应用。 重点： 扫描电镜的工作原理，扫描电镜 的二次电子像和背散射电子像。 难点：两种像差的形成原理。 线下 课堂讲授 扫描电子显微镜的 相关概念及应用习 题。 目标 1 3 纳米材料表征技 术 2-表面探针 祝远民 2 介绍其他表面探针技术与其在纳米材料的 表征应用。 重点： 原子力显微镜、扫描隧道显微镜 等的工作原理，成像。 难点：各种技术成像原理与应用。 线下 课堂讲授 表面探针技术的相 关概念及应用习 题。 目标 1 4 纳米材料表征技 术 3-TEM 祝远民 2 介绍透射电镜基础和电子衍射原理。衍射 衬度像成像和高分辨像原理。 重点： 电子衍射基础和物相分析。 难点：衍射衬度像成像和电子衍射相鉴 定。 线下 课堂讲授 透射电子显微镜的 相关概念及应用习 题与讨论。 目标 2
介绍光催化材料的科学原理和应用，讲解半导体材料的能带结构，重点介绍光催化要求学生每人至少反应的微观机理：Ce0,纳米光催化阅读两篇与纳米光难点：材料能带结构，和光催化原理的理刘讲授目标152线下背景介绍解催化有关的文章或重点：材料能带结构和态密度的理解书籍。沉淀法制备纳米颗粒的原理：纳米沉淀法的最大优势在于能够快速有效地将原料分1.课前预习与课后解为纳米粒子，大部分纳米原料可以在练习：10-30分钟内被完全分解，并且操作过程氧化物纳米光催简单方便。刘钊线下讲授2.课后阅读2篇相62目标1化颗粒的制备难点：影响沉淀法制备纳米粒子粒度的因关文献，并完成阅素读总结报告：重点：沉淀法制备纳米颗粒的原理结合XRD衍射，Raman光谱表征和XPS表1.课前预习与课后征，定量表征纳米光催化颗粒表面氧空位练习：CeO纳米光催化浓度：目标2刘钊线下讲授722.课后阅读2篇相难点：晶格衍射原理颗粒的表征关文献，并完成阅重点：通过XRD确认材料晶体结构读总结报告：介绍纳米颗粒的可控形貌制备和第一性原学生阅读两篇和理理模拟在晶体表面能计算中的应用纳米光催化颗粒难点：计算材料学在纳米材料科学中的应解指定两篇纳米光刘钊讲授2线下目标28用的生长机理催化材料有关的文重点：晶体表面能对纳米颗粒生长形貌的献影响4
4 5 CeO 2纳米光催化 背景介绍 刘钊 2 介绍光催化材料的科学原理和应用，讲解 半导体材料的能带结构，重点介绍光催化 反应的微观机理； 难点：材料能带结构，和光催化原理的理 解 重点：材料能带结构和态密度的理解 线下 讲授 要求学生每人至少 阅读两篇与纳米光 催化有关的文章或 书籍。 目标 1 6 氧化物纳米光催 化颗粒的制备 刘钊 2 沉淀法制备纳米颗粒的原理：纳米沉淀法 的最大优势在于能够快速有效地将原料分 解为纳米粒子，大部分纳米原料可以在 10 -30 分钟内被完全分解，并且操作过程 简单方便。 难点：影响沉淀法制备纳米粒子粒度的因 素 重点：沉淀法制备纳米颗粒的原理 线下 讲授 1.课前预习与课后 练习； 2.课后阅读 2 篇相 关文献，并完成阅 读总结报告； 目标 1 7 CeO 2纳米光催化 颗粒的表征 刘钊 2 结合 XRD 衍射，Raman 光谱表征和 XPS 表 征，定量表征纳米光催化颗粒表面氧空位 浓度； 难点：晶格衍射原理 重点：通过 XRD 确认材料晶体结构 线下 讲授 1.课前预习与课后 练习； 2.课后阅读 2 篇相 关文献，并完成阅 读总结报告； 目标 2 8 纳米光催化颗粒 的生长机理 刘钊 2 介绍纳米颗粒的可控形貌制备和第一性原 理模拟在晶体表面能计算中的应用 难点：计算材料学在纳米材料科学中的应 用 重点：晶体表面能对纳米颗粒生长形貌的 影响 线下 讲授 学生阅读两篇和理 解指定两篇纳米光 催化材料有关的文 献 目标 2
介绍金属氧化物纳米材料的定义、发展和种类：重点介绍金属氧化物材料在新能源储存领域中的制备方法和在锂离子电池和1.课前预习与课后金属氧化物纳米聚合物电解质燃料电池中的应用。练习：重点：金属氧化物纳米材料分类与应用。材料及其在绿色王严杰线下讲授2.课后阅读2篇相92能源储存与转换难点：金属氧化物纳米材料结构和性能关关文献，并完成阅系。领域应用读总结报告：课程思政融入点：金属氧化物纳米材料在我国的应用及其相关突出的研究学者，激发学生的学习兴趣，培养学生的爱国情怀介绍碳基纳米材料的特性和种类：介绍碳1.课前预习与课后基纳米材料在金属空气电池中的应用和工练习：碳基纳米材料及作机理，以及发展趋势。线下讲授10其在金属空气电王严杰22.课后阅读2篇相重点：碳基纳米材料分类与应用。池催化剂应用关文献，并完成阅难点：碳基纳米材料在金属空气电池中工读总结报告：作机理。介绍石墨烯纳米材料的结构和特性：介绍1.课前预习与课后石墨烯纳米材料在锂离子电池中作为高性练习：石墨烯纳米材料能电极材料的应用和发展前景。线下讲授王严杰2112.课后阅读2篇相及其锂电应用重点：石墨烯纳米材料结构和特性。关文献，并完成阅难点：石墨烯纳米材料在锂电电极应用中读总结报告：构效作用。5
5 9 金属氧化物纳米 材料及其在绿色 能源储存与转换 领域应用 王严杰 2 介绍金属氧化物纳米材料的定义、发展和 种类；重点介绍金属氧化物材料在新能源 储存领域中的制备方法和在锂离子电池和 聚合物电解质燃料电池中的应用。 重点：金属氧化物纳米材料分类与应用。 难点：金属氧化物纳米材料结构和性能关 系。 课程思政融入点：金属氧化物纳米材料在 我国的应用及其相关突出的研究学者，激 发学生的学习兴趣，培养学生的爱国情怀 线下 讲授 1.课前预习与课后 练习； 2.课后阅读 2 篇相 关文献，并完成阅 读总结报告； 10 碳基纳米材料及 其在金属空气电 池催化剂应用 王严杰 2 介绍碳基纳米材料的特性和种类；介绍碳 基纳米材料在金属空气电池中的应用和工 作机理，以及发展趋势。 重点：碳基纳米材料分类与应用。 难点：碳基纳米材料在金属空气电池中工 作机理。 线下 讲授 1.课前预习与课后 练习； 2.课后阅读 2 篇相 关文献，并完成阅 读总结报告； 11 石墨烯纳米材料 及其锂电应用 王严杰 2 介绍石墨烯纳米材料的结构和特性；介绍 石墨烯纳米材料在锂离子电池中作为高性 能电极材料的应用和发展前景。 重点：石墨烯纳米材料结构和特性。 难点：石墨烯纳米材料在锂电电极应用中 构效作用。 线下 讲授 1.课前预习与课后 练习； 2.课后阅读 2 篇相 关文献，并完成阅 读总结报告；