《纳米科学与技术》教学大纲课程编号：B04011100课程名称：纳米科学与技术英文名称：Nanoscienceandnanotechnology课程性质：专业限选课学时/学分：48/3考核方式：闭卷考试选用教材：《纳米材料及其制备技术》，刘漫红等编，治金工业出版社，2014年。先修课程：基础化学原理，物理化学，材料科学基础，材料性能学后继课程：材料合成与制备实验，复合材料学，材料测试与研究方法适用专业及层次：无机非金属材料工程，本科大纲执笔人：刘漫红大纲审核人：于薛刚一、教学目标通过本课程的课堂教学及课后练习，使学生具备下列能力：课程目标1：能够准确理解纳米科学与技术的基本概念，掌握纳米材料的概念、内涵及基本构成，掌握常见纳米材料（纳米粒子、准一维纳米材料、纳米薄膜、纳米相固体和纳米结构等）的概念和特点，理解纳米材料的基本分类和特点：了解纳米材料的发展史与发展趋势。课程目标2：理解纳米材料（重点是纳米粒子）的基本理论（代表性的如久保理论）和各种物理效应，包括量子尺寸效应、小尺寸效应，表面效应，量子限域效应等，掌握纳米材料的微观结构特征，纳米材料特异的物理和化学性能。课程目标3：掌握常见纳米材料（纳米粒子、准一维纳米材料、纳米薄膜、纳米相固体和纳米结构等）基本和常用的制备方法，显微观察和表征手段也要有所了解。重点是掌握各种常见纳米材料的物理和化学制备方法，如气相蒸发法、溅射法、粉碎法、机械合金化法、沉淀法、溶剂热法、溶胶-凝胶法、化学还原法和模板法等。具备初步选择工艺，制备纳米材料的知识结构。课程目标4：了解纳米材料各个领域的应用，如在化工产品中、环保健康方面、医药卫生领域、电子工业产品、仿生、纳米催化等领域的现有应用和潜在的应用。1
1 《纳米科学与技术》教学大纲 课程编号：B04011100 课程名称：纳米科学与技术 英文名称：Nanoscience and nanotechnology 课程性质：专业限选课 学时/学分：48 /3 考核方式： 闭卷考试 选用教材：《纳米材料及其制备技术》，刘漫红等编，冶金工业出版社， 2014 年。 先修课程：基础化学原理，物理化学，材料科学基础，材料性能学 后继课程：材料合成与制备实验，复合材料学，材料测试与研究方法 适用专业及层次： 无机非金属材料工程，本科 大纲执笔人： 刘漫红 大纲审核人： 于薛刚 一、教学目标 通过本课程的课堂教学及课后练习，使学生具备下列能力： 课程目标 1： 能够准确理解纳米科学与技术的基本概念，掌握纳米材料的概念、 内涵及基本构成，掌握常见纳米材料（纳米粒子、准一维纳米材料、纳米薄膜、 纳米相固体和纳米结构等）的概念和特点，理解纳米材料的基本分类和特点；了 解纳米材料的发展史与发展趋势。 课程目标 2：理解纳米材料（重点是纳米粒子）的基本理论(代表性的如久保理论) 和各种物理效应，包括量子尺寸效应、小尺寸效应，表面效应，量子限域效应等， 掌握纳米材料的微观结构特征，纳米材料特异的物理和化学性能。 课程目标 3：掌握常见纳米材料（纳米粒子、准一维纳米材料、纳米薄膜、纳米相 固体和纳米结构等）基本和常用的制备方法，显微观察和表征手段也要有所了解。 重点是掌握各种常见纳米材料的物理和化学制备方法，如气相蒸发法、溅射法、 粉碎法、机械合金化法、沉淀法、溶剂热法、溶胶-凝胶法、化学还原法和模板法 等。具备初步选择工艺，制备纳米材料的知识结构。 课程目标 4：了解纳米材料各个领域的应用，如在化工产品中、环保健康方面、医 药卫生领域、电子工业产品、仿生、纳米催化等领域的现有应用和潜在的应用
二、课程目标与毕业要求的对应关系（表格可以扩展）毕业要求指标点课程目标2．问题分析：能够应用数学、自然2-1.能够运用数学、自然科学课程目标1-3科学和工程科学的基本原理，识别、和专业知识对无机非金属材料表达、并通过文献研究分析无机非金设计、成型及应用过程中的实属材料领域复杂工程问题，以获得有际问题进行原理分析和表达：效结论。3.设计/开发解决方案：能够设计针3-3.具有分析优选工艺方案，课程目标1-3对无机非金属材料领域复杂工程问针对无机非金属材料产品进行题的解决方案，设计满足特定需求综合设计的能力，并能够在设的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意计环节中体现创新意识：识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。4.研究：能够基于科学原理并采用课程目标1，4科学方法对无机非金属材料领域复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。4-1.能够了解无机非金属材料及纳米材料、生物医用材料、复合材料等新材料、新技术的学科前沿、国内外发展动态和行业需求；
2 二、课程目标与毕业要求的对应关系（表格可以扩展） 毕业要求 指标点 课程目标 2. 问题分析：能够应用数学、自然 科学和工程科学的基本原理，识别、 表达、并通过文献研究分析无机非金 属材料领域复杂工程问题，以获得有 效结论。 2-1. 能够运用数学、自然科学 和专业知识对无机非金属材料 设计、成型及应用过程中的实 际问题进行原理分析和表达； 课程目标 1-3 3.设计/开发解决方案：能够设计针 对无机非金属材料领域复杂工程问 题的解决方案，设计满足特定需求 的系统、单元（部件）或工艺流程， 并能够在设计环节中体现创新意 识，考虑社会、健康、安全、法律、 文化以及环境等因素。 3-3. 具有分析优选工艺方案， 针对无机非金属材料产品进行 综合设计的能力，并能够在设 计环节中体现创新意识； 课程目标 1-3 4. 研究：能够基于科学原理并采用 科学方法对无机非金属材料领域复 杂工程问题进行研究，包括设计实 验、分析与解释数据、并通过信息 综合得到合理有效的结论。 4-1. 能够了解无机非金属材 料及纳米材料、生物医用材料、 复合材料等新材料、新技术的 学科前沿、国内外发展动态和 行业需求； 课程目标 1，4
三、教学基本内容及要求第一章：绪论（支撑课程目标1,2,4）1.纳米科技的定义2.纳米科技的意义3.纳米科技诞生和发展的充分必要条件4.纳米科技的发展简史5.纳米材料在纳米科技中的地位要求学生：掌握纳米的概念，了解纳米科技的概念，纳米科技诞生和发展的充分必要条件，了解纳米材料的发展史教学重点：纳米的概念，纳米科技的概念，纳米科技诞生和发展的充分必要条件教学难点：纳米科技的概念第二章：纳米材料的基本概念及基本效应（支撑课程目标2）1.纳米材料的定义2.纳米材料的基本结构单元3.纳米材料的分类4.纳米材料的研究内容5.纳米材料的相关基本效应要求学生：掌握纳米材料的基本概念和内涵，纳米材料的几种基本结构单元（团簇、纳米粒子、准一维纳米材料）概念和特点，纳米相固体和纳米结构的概念，纳米材料的相关基本效应（表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应等）教学重点：纳米材料的概念，纳米材料的几种基本结构单元概念，纳米材料的相关基本效应教学难点：纳米材料的内涵和团簇的概念，相关基本效应第三章：纳米微粒的结构与纳米材料的特异性质（支撑课程目标2）1.纳米微粒的结构与形貌2.纳米材料的热学性质3.纳米材料的电学性质4.纳米材料的光学性质5.纳米材料的磁学性质6.纳米材料的力学性质7.纳米材料的化学性质要求学生：掌握纳米材料的各种特异的物理性质，纳米材料的化学性能掌握纳米材料特异性质与相关基本效应的联系。教学重点：纳米材料的各种特异的物理性质教学难点：纳米材料的物理特性以及特异性质与相关基本效应的联系。en
3 三、教学基本内容及要求 第一章：绪论（支撑课程目标1,2,4） 1. 纳米科技的定义 2. 纳米科技的意义 3. 纳米科技诞生和发展的充分必要条件 4. 纳米科技的发展简史 5. 纳米材料在纳米科技中的地位 要求学生：掌握纳米的概念，了解纳米科技的概念，纳米科技诞生和发 展的充分必要条件，了解纳米材料的发展史。 教学重点：纳米的概念，纳米科技的概念，纳米科技诞生和发展的充分 必要条件 教学难点：纳米科技的概念 第二章：纳米材料的基本概念及基本效应（支撑课程目标2） 1. 纳米材料的定义 2. 纳米材料的基本结构单元 3. 纳米材料的分类 4. 纳米材料的研究内容 5. 纳米材料的相关基本效应 要求学生：掌握纳米材料的基本概念和内涵，纳米材料的几种基本结构 单元(团簇、纳米粒子、准一维纳米材料)概念和特点，纳米相固体和纳米结构的概 念，纳米材料的相关基本效应(表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应等) 教学重点：纳米材料的概念，纳米材料的几种基本结构单元概念，纳米 材料的相关基本效应 教学难点：纳米材料的内涵和团簇的概念，相关基本效应 第三章：纳米微粒的结构与纳米材料的特异性质（支撑课程目标2） 1. 纳米微粒的结构与形貌 2. 纳米材料的热学性质 3. 纳米材料的电学性质 4. 纳米材料的光学性质 5. 纳米材料的磁学性质 6. 纳米材料的力学性质 7. 纳米材料的化学性质 要求学生：掌握纳米材料的各种特异的物理性质，纳米材料的化学性能 掌握纳米材料特异性质与相关基本效应的联系。 教学重点：纳米材料的各种特异的物理性质 教学难点：纳米材料的物理特性以及特异性质与相关基本效应的联系
第四章：纳米粒子的物理法和气相化学法制备（支撑课程目标3）1.纳米材料制备概述2.粉碎法3.构筑法4.化学气相法要求学生：掌握纳米粒子的各种物理制备方法的原理，掌握气相化学制备方法的原理，掌握纳米粒子物理制备方法中各种方法的特点。清楚气相物理法和气相化学法的区别。教学重点：纳米粒子的物理和化学制备方法的原理及区别教学难点：纳米粒子物理制备方法中各种方法的特点。第五章：化学气相沉积技术（支撑课程目标3）1.化学气相沉积技术的介绍2.化学气相沉积的基本原理3.化学气相沉积中典型的化学反应类型4.化学气相沉积中的设备5.化学气相沉积的机理6.合成示例要求学生：掌握化学气相沉积的原理、特点和机理。教学重点：化学气相沉积的原理和特点。教学难点：化学气相沉积的原理和特点。第六章：沉淀法（支撑课程目标3）1.沉淀法定义和原理2.沉淀法分类3.沉淀的过程和机理4.沉淀操作的原理和技术要点5.沉淀法的特点要求学生：掌握沉淀法原理、机理和特点。教学重点：沉淀法原理和机理教学难点：沉淀法的机理第七章：溶剂热法（支撑课程目标3）1.水热法的历史回顾2水热法的基本概念3.水热法的特征4.水热条件下水的状态、性质和作用5.水热反应的优缺点6.水热法的生长机制4
4 第四章：纳米粒子的物理法和气相化学法制备（支撑课程目标 3） 1. 纳米材料制备概述 2. 粉碎法 3. 构筑法 4. 化学气相法 要求学生：掌握纳米粒子的各种物理制备方法的原理，掌握气相化学制 备方法的原理，掌握纳米粒子物理制备方法中各种方法的特点。清楚气 相物理法和气相化学法的区别。 教学重点：纳米粒子的物理和化学制备方法的原理及区别 教学难点：纳米粒子物理制备方法中各种方法的特点。 第五章：化学气相沉积技术（支撑课程目标 3） 1. 化学气相沉积技术的介绍 2. 化学气相沉积的基本原理 3. 化学气相沉积中典型的化学反应类型 4. 化学气相沉积中的设备 5. 化学气相沉积的机理 6. 合成示例 要求学生：掌握化学气相沉积的原理、特点和机理。 教学重点：化学气相沉积的原理和特点。 教学难点：化学气相沉积的原理和特点。 第六章：沉淀法（支撑课程目标 3） 1. 沉淀法定义和原理 2. 沉淀法分类 3. 沉淀的过程和机理 4. 沉淀操作的原理和技术要点 5. 沉淀法的特点 要求学生：掌握沉淀法原理、机理和特点。 教学重点：沉淀法原理和机理 教学难点：沉淀法的机理 第七章：溶剂热法（支撑课程目标 3） 1. 水热法的历史回顾 2 水热法的基本概念 3. 水热法的特征 4. 水热条件下水的状态、性质和作用 5. 水热反应的优缺点 6. 水热法的生长机制
7.水热法的反应类型和水热法的特点8.水热法所用的仪器设备9.水热法合成材料举例10.水热技术的扩展—溶剂热法要求学生：掌握水热法的概念、特点，溶剂热法的概念。水热反应与其它液相化学方法相比的不同之处。清楚水热法的生长机制。教学重点：水热法的概念、特点，溶剂热法的概念。教学难点：水热法的特点，溶剂热法的概念第八章：溶胶一凝胶法（支撑课程目标3）1.溶胶一凝胶法的基本概念2.溶胶一凝胶法的基本原理和特点3.溶胶一凝胶法的反应类型4.溶胶一凝胶法合成纳米材料举例要求学生：掌握溶胶一凝胶法的基本概念、基本原理和特点教学重点：溶胶一凝胶法的基本概念、基本原理和特点教学难点：溶胶一凝胶法的基本原理第九章：化学还原法（支撑课程目标3）1.化学还原法的概念2.影响粒子形貌的关键因素3.制备方法的分类4.负载金属纳米粒子的方法要求学生：掌握化学还原法的基本概念，影响粒子形貌的关键因素，了解金属纳米粒子的负载方法教学重点：化学还原法的基本概念，影响粒子形貌的关键因素教学难点：金属纳米粒子的负载方法第十章：模板法（支撑课程目标3）1.模板的概念和分类2.模板的制备3.模板法合成纳米材料实例要求学生：掌握软模板的概念以及如何利用各种模板合成纳米材料。教学重点：软模板的概念教学难点：如何利用各种模板合成纳米材料四、教学安排（学时数48）1、教学环节安排5
5 7. 水热法的反应类型和水热法的特点 8. 水热法所用的仪器设备 9. 水热法合成材料举例 10. 水热技术的扩展——溶剂热法 要求学生：掌握水热法的概念、特点，溶剂热法的概念。水热反应与其 它液相化学方法相比的不同之处。清楚水热法的生长机制。 教学重点：水热法的概念、特点，溶剂热法的概念。 教学难点：水热法的特点，溶剂热法的概念 第八章：溶胶－凝胶法（支撑课程目标 3） 1. 溶胶－凝胶法的基本概念 2. 溶胶－凝胶法的基本原理和特点 3. 溶胶－凝胶法的反应类型 4. 溶胶－凝胶法合成纳米材料举例 要求学生：掌握溶胶－凝胶法的基本概念、基本原理和特点 教学重点：溶胶－凝胶法的基本概念、基本原理和特点 教学难点：溶胶－凝胶法的基本原理 第九章：化学还原法（支撑课程目标 3） 1. 化学还原法的概念 2. 影响粒子形貌的关键因素 3. 制备方法的分类 4. 负载金属纳米粒子的方法 要求学生：掌握化学还原法的基本概念，影响粒子形貌的关键因素，了 解金属纳米粒子的负载方法 教学重点：化学还原法的基本概念，影响粒子形貌的关键因素 教学难点：金属纳米粒子的负载方法 第 十 章：模板法（支撑课程目标 3） 1. 模板的概念和分类 2. 模板的制备 3. 模板法合成纳米材料实例 要求学生：掌握软模板的概念以及如何利用各种模板合成纳米材料。 教学重点：软模板的概念 教学难点：如何利用各种模板合成纳米材料 四、教学安排（学时数48） 1、教学环节安排