【正文】 教師：（ 1）提前告知班長(zhǎng)或?qū)W習(xí)委員，通知全班學(xué)生預(yù)習(xí) 上 次上課內(nèi)容。 14 作業(yè)和課后反思 制備納米陶瓷需要解決的關(guān)鍵問題是什么？ 參考資料 講義 1530； 曹茂盛 . 納米材料導(dǎo)論 [M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 , 2020: 1015.[1] 張志焜，崔作林著 . 納米技術(shù)與納米材料 [M]. 北京：國防工業(yè)出版社 , 2020: 110. 15 教學(xué)單元三 章節(jié)名稱 第二章 納米結(jié)構(gòu)單元 教學(xué)日期 第 8 周 4 月 18日 學(xué)時(shí) 2 教學(xué)目標(biāo) 了解納米團(tuán)簇的分類，納米團(tuán)簇的定義及分類，富勒烯，碳納米管。研究評(píng)估表征的方法，并探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。 DNA——蛋白質(zhì)合成 DNA 發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)研制成功，可能用于清理血管的任務(wù)。磁性導(dǎo)航藥物、分子識(shí)別藥物，熒光標(biāo)識(shí)等。 10 nm以下的粒子比血液中的紅血球還要小，因而可以在血管中自由流動(dòng)。其次，納米粒子分散在介質(zhì)中往往具有透明性，容易運(yùn)用光學(xué)手段和方法來觀察界面間的電荷轉(zhuǎn)移 、質(zhì)子轉(zhuǎn)移、半導(dǎo)體能級(jí)結(jié)構(gòu)與表面態(tài)密度的影響。另外，納米粒子生成的電子、空穴在到達(dá)表面之前，大部分不會(huì)重新結(jié)合。 (5) 納米技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用 13 納米粒子作為光催化劑的優(yōu)點(diǎn)。激光器達(dá)到極高的工作效率，而能量閾則很低。 (4) 納米技術(shù)在光電領(lǐng)域的應(yīng)用 納米技術(shù)的發(fā)展，使微電子和光電子的結(jié)合更加緊密，使光電器件的性能大大提高。它包括納米有序（無序）陣列體系、納米微粒與微孔固體組裝體系、納米超結(jié)構(gòu)組裝體系。 納米陶瓷可能克服陶瓷材料的脆性，具有象金屬一樣的柔韌性和可加工性（理想）。美國科學(xué)家們制造出一種尺寸只有 4 nm 的復(fù)雜分子，具有 ―開 ‖和 ―關(guān) ‖的特性，由激光驅(qū)動(dòng)，并且開、關(guān)速度很快。1991 年， IBM 的科學(xué)家制造了超快的氙原子開關(guān)。 （ 2）歸納總結(jié)自己了解的納米 材料知識(shí) ，課上抽點(diǎn)問答 。提前準(zhǔn)備好平時(shí)成績(jī)記載冊(cè)。 作業(yè)和課后反思 什么是納米材料 納米材料怎么分類？ 參考資料 講義 114頁 ， 曹茂盛 . 納米材料導(dǎo)論 [M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 , 2020: 110. 12 教學(xué)單元 二 章節(jié)名稱 發(fā)展納米科技 的意義 教學(xué)日期 第 7 周 4 月 14 日 學(xué)時(shí) 2 教學(xué)目標(biāo) 掌握納米技術(shù)的應(yīng)用及其前景，了解國際納米科技發(fā)展態(tài)勢(shì)和特點(diǎn) 教學(xué)內(nèi)容 國際納米科技發(fā)展態(tài)勢(shì)和特點(diǎn)、納米技術(shù)的應(yīng)用及其前景 重點(diǎn) 納米技術(shù)的應(yīng)用及其前景 難點(diǎn) 納米技術(shù)的應(yīng)用及其前景 課前準(zhǔn)備情況及其他要求： 教師：（ 1）提前告知班長(zhǎng)或?qū)W習(xí)委員，通知全班學(xué)生預(yù)習(xí) 上 次上課內(nèi)容。 歐盟在納米科學(xué)方面頗具實(shí)力，特別是在光學(xué)和光電材料、有機(jī)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(qiáng)。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。在納米醫(yī)學(xué)方面，納米傳感器可在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)多種癌癥進(jìn)行早期診斷，而且， 已能在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)前列腺癌、直腸癌等多種癌癥進(jìn)行早期診斷。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(diǎn)已逐步轉(zhuǎn)向醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。 2020 年 我國納米科技領(lǐng)域的論文數(shù)量、專利數(shù)量以及論文被引用次數(shù)等指標(biāo)已達(dá)到 ―世界第一 ‖的水平。在論文數(shù)最多的 20 個(gè)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(tái)灣。英國、韓國、加拿大、法國和中國臺(tái)灣的專利數(shù)也較多，所占比例都超過了 1%。其中最多的國 11 家是美國 (1454 項(xiàng) )，日本 (368 項(xiàng) )和德國 (118 項(xiàng) )。日本(%)、德國 (%)、中國 (%)和法國 (%)列在其后，它們各自的論文總數(shù)都超過了 3000 篇。 國際納米科技發(fā)展態(tài)勢(shì)和特點(diǎn) (3) 各國競(jìng)相出臺(tái)納米科技發(fā)展戰(zhàn)略和計(jì)劃 發(fā)達(dá)國家和地區(qū)雄心勃勃 ， 興工業(yè)化經(jīng)濟(jì)體瞄準(zhǔn)先機(jī) ， 發(fā)展中大國奮力趕超 。 1984 年，德國薩爾大學(xué)的 Gleiter 教授等人首次采用惰性氣體冷凝法制備了具有清潔表面的納米金屬粉末，然后在真空室中原位加壓成納米固體，并提出了納米材料界面結(jié)構(gòu)模型，制備了具有清潔表面的納米晶體 Pd, Fe, Cu 等塊狀材料。由于粒子中原子數(shù)的減少，使能帶中能級(jí)間隔加大，變?yōu)椴贿B續(xù) 能級(jí)，具有類似孤立原子中的不連續(xù)性稱為久保效應(yīng)（不遵守費(fèi)米統(tǒng)計(jì)，及小于 10 nm的趨向于電中性） ④ 系統(tǒng)研究（久保理論日臻完善） 70 年代末到 80 年代初，人們對(duì)納米顆粒的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和特性進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，描述金屬顆粒費(fèi)米面附近電子能級(jí)狀態(tài)的久保理論日臻完善。這樣做并不違反任何定理，而且在原則上是可以實(shí)現(xiàn)的 ‖。古代的寶劍等微晶化增強(qiáng)已經(jīng)得到科學(xué)證實(shí)。中國古代利用蠟燭來燃燒收 集碳黑作為墨的原料（中國古代字畫歷經(jīng)千年而不褪色），是最早的納米材料。用這種方法可以排列密集的 Xe 原子鏈。 Xe 原子間最短距離約為1nm。這張放大了的照片登在《時(shí)代》周刊上，被稱為當(dāng)年最了不起的公司廣告。 Z軸分辨率達(dá)到 nm。 目前，人們可以利用掃描隧道電子顯微鏡來觀察原子、分子和直接操縱安排原子。研究原子分子的排列組裝 與奇異物性的關(guān)系。 典型案列：芯片工藝發(fā)展 (3) 納米尺度的檢測(cè)和表征 納米尺度的檢測(cè)與表征手段：在納米尺度上研究材料和器件的結(jié)構(gòu)及性能。集成度越高，器件尺寸越小。 因此 , 納米器件的研制和應(yīng)用水平是進(jìn)入納米時(shí)代的重要標(biāo)志。根據(jù)性質(zhì)設(shè)計(jì)各種特殊功能納米材料。 ② 發(fā)展新型納米材料 例如：納米陶瓷。主要類型為：團(tuán)簇、納米顆粒與粉體，納米碳管和一維納米材料，納米薄膜，納米塊材等納米材料的制備技術(shù)、原理及性質(zhì)。 (1) 納米材料 納米材料是指材料的幾何尺寸達(dá)到納米級(jí)尺度 , 并且具有特殊性能的材料 。 ―功能 ‖概念，即 ―量子尺寸效應(yīng) ‖。（基礎(chǔ)、目標(biāo)、前提） (3) 納米材料 (nanomaterial)的定義 把組成相或晶粒結(jié)構(gòu)的尺寸控制在 100 納米以下的具有特殊功能的材料稱為納米材料。 (1) 納米科學(xué)技術(shù)（ NanoST） 20 世紀(jì) 80 年代末期剛剛誕生并正在崛起的新科技，是研究在千萬分之一米 (10–7米 )到十億分之一米 (10–9 米 )內(nèi)，原子、分子和其它類型物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和變化的科學(xué)；同時(shí)在這一尺度范圍內(nèi)對(duì)原子、分子等進(jìn)行操縱和加工的技術(shù)，又稱為納米技術(shù)。 納米技術(shù) ： 在納米尺度上對(duì)物質(zhì)和材料進(jìn)行研究處理的技術(shù)稱為納米技術(shù)。氫原子的直徑為 1 埃，所以 1 納米等于10 個(gè)氫原子一個(gè)一個(gè)排起來的長(zhǎng)度。 1 nm=109 m=10 埃。 （ 2）歸納總結(jié)自己了解的納米材料知識(shí)。提前準(zhǔn)備好平時(shí)成績(jī)記載冊(cè)。掌握納米科學(xué)技術(shù)的基本概念和內(nèi)涵 教學(xué)內(nèi)容 納米、納米科技的分類 重點(diǎn) 納米科學(xué)技術(shù)的基本概念和內(nèi)涵 難點(diǎn) 納米科學(xué)技術(shù)的基本概念和內(nèi)涵 課前準(zhǔn)備情況及其他要求： 教師：（ 1）提前告知班長(zhǎng)或?qū)W習(xí)委員，通知全班學(xué)生預(yù)習(xí)第一次上課內(nèi)容。 2 7 7．課程實(shí)施 本課程教學(xué)實(shí)施具體過程 詳 見 教學(xué)單元 至 。 4 第四章 ： 納米科學(xué)的基本理論 重點(diǎn)： 表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng) 難點(diǎn)： 久保理論、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng) 概要： 孤立原子、久保理論、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)。 概要：團(tuán)簇概念、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)； 富勒烯，碳納米管、石墨烯等。 表 61 課程內(nèi)容概述 章節(jié) 重點(diǎn)難點(diǎn) 學(xué)時(shí) 第一章 ： 納米科學(xué)技術(shù)簡(jiǎn)介 重點(diǎn)：納米概念的提出的背景及意義 難點(diǎn)：納米材料定義 概要：納米概念、定義、主要應(yīng)用領(lǐng)域，國內(nèi)外現(xiàn)狀。 教師應(yīng)在授課中突出重點(diǎn)，分散難點(diǎn)，使學(xué)生對(duì)主要內(nèi)容有清晰、深刻的印象，了解、掌握所學(xué)知識(shí)。包括第一章納米科學(xué)技術(shù)簡(jiǎn)介、第二章納米結(jié)構(gòu)單元、第三章納米材料的檢測(cè)分析技術(shù)、第四章納米科學(xué)的基本理論 、第五章納米微粒的結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)特性和第六章納米材料的制備方法 。 情感、態(tài)度與價(jià)值觀方面 （ 1） 通過課堂教學(xué)活動(dòng)，提升學(xué)生的探究能力，培養(yǎng)學(xué)生良好的情感和積極的態(tài)度，提高學(xué)生的分析和解決問題能力；講授與生產(chǎn)、生活實(shí)際相聯(lián)系的內(nèi)容，加強(qiáng)師生互動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣； （ 2） 通過 納米材料的學(xué)習(xí)和了解，讓學(xué)生感受到納米科技 給人類帶來 的 進(jìn)步和文明； （ 3） 借助現(xiàn)代教育技術(shù)，采用現(xiàn)代化多媒體進(jìn)行教學(xué)，將文字、圖形、視頻、和圖像等結(jié)合起來，使抽象的 定義 公式及曲線變得易懂，有利于學(xué) 生在生動(dòng)形象的感染下形成情感態(tài)度及價(jià)值觀。 （ 2） 具有愛崗敬業(yè)，勇于創(chuàng)新的工作作風(fēng)。 5. 2 情感、態(tài)度 與價(jià)值觀方面。 教育背景 就讀于河北師范大學(xué)化學(xué)專業(yè)，獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位 就讀于四川理工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，獲工學(xué)碩士學(xué)位 研究興趣（方向） 碳納米材料制備研究、功能涂料制備研究、功能薄膜材料制備研究 4．先修課程 高等數(shù)學(xué)、 大學(xué)物理、大學(xué)化學(xué)、材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)、材料現(xiàn)代分析方法 5．課程目標(biāo) 5. 1 知識(shí)與技能方面 （ 1） 掌握解納米材料的分類、特點(diǎn)和性能 ,了解納米材料的基本制備技術(shù)，對(duì)國內(nèi)外納米材料和技術(shù)的發(fā)展有基本認(rèn)識(shí)。《國家 納米科技發(fā)展綱要 (2020—2020 年 )》中就明確提出： ―要從學(xué)校教育抓起，要重視納米科技相關(guān)學(xué)科建設(shè)，擇優(yōu)設(shè)立有關(guān)納米科技的專業(yè)，同時(shí)在物理、化學(xué)、生物、機(jī)械、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等專業(yè)內(nèi)部，設(shè)置有關(guān)納米科技的新課程，重視和保障我國納米科技的可持續(xù)發(fā)展。最后，納米科技教育有助于培養(yǎng)納米科技人才。其次，納米科技教育有助于拓展學(xué)生的知識(shí)面算機(jī)等幾乎所有理工科領(lǐng)域。 學(xué)習(xí)本課程的必要性 開設(shè)納米科技選修課可以提高學(xué)生對(duì)當(dāng)代最前沿科學(xué)技術(shù)的認(rèn)識(shí)，使之體會(huì)當(dāng)今科技發(fā)展對(duì)社會(huì)發(fā)展的促進(jìn)作用、領(lǐng)略納米科技為未來社會(huì)描繪的藍(lán)圖，為其將來的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。有部分學(xué)生未經(jīng)導(dǎo)師的允許私自將研究方案和研究信息上傳到百度文庫等共享平臺(tái)，造成學(xué)術(shù)道德問題。很多 學(xué)生參與到了教師的研究項(xiàng)目中。納米技術(shù)通過改變基因和細(xì)胞結(jié)構(gòu)，可根據(jù)預(yù)定的目標(biāo)生產(chǎn)出符合要求的嬰兒，改變了傳統(tǒng)的生育方式等等。有研究和報(bào)道發(fā)現(xiàn)它對(duì)魚的大腦可以產(chǎn)生大范圍的破壞，這也是首次找到納米微?？赡芙o水生物種造成毒副作用的證據(jù) ；納米技術(shù)對(duì)社會(huì)安全的威脅。 例如 納米材 4 料對(duì)人類健康和環(huán)境的威脅 。一些未來學(xué)家、社會(huì)學(xué)家，甚至是一些科學(xué)家和企業(yè)家提出了對(duì)納米科技過度發(fā)展和熱衷的憂慮。 課程內(nèi)容可能涉及到的倫理與道德問題 納米材料課程涉及到納米材料的制備方法。納米材料是一門和學(xué)院各專業(yè)都有交叉的專業(yè)選修課程，納米科技的興起必然推動(dòng)納米材料課程的不斷發(fā)展。全世界以納米材料為主體的納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)正方興未艾，蓬勃興起。 課程與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的關(guān)系 納米材料學(xué)科是近年來興起并受到普遍關(guān)注的一個(gè)新的科學(xué)領(lǐng)域，它涉及到凝聚態(tài)物理、化學(xué)、材料、生物等多種學(xué)科的知識(shí)，對(duì)凝聚態(tài)物理和材料學(xué)科產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。 納米技術(shù)對(duì)學(xué)生和老是既是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，又是難得的機(jī)遇。此外還有高性能納米結(jié)構(gòu)材料的合成、納米添加使傳統(tǒng)材料改性、納米涂層材料的設(shè)計(jì)與合成、納米顆粒表面修飾和包覆的研究等。納米顆粒 3 與介孔固體組裝體系近年來出現(xiàn)了新的研究熱潮。納米材料課程的講課內(nèi)容 需要隨著納米科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展不斷更新，使 學(xué)生了解納米材料和納米科技發(fā)展前沿和方向。 其目的是使學(xué)生了解和掌握納米材料和納米技術(shù)的基本概念和原理、納米新材料的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異特性、制備方法和應(yīng)用以及最新研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展方向，從而引導(dǎo)學(xué)生從事新穎性、前瞻性的科研活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力，以激發(fā)學(xué)生的使命感和責(zé)任感 , 并為他們今后的發(fā)展打下基礎(chǔ)。 納米材料作為一般選修課對(duì)學(xué)生開設(shè)，由于學(xué)生人數(shù)和專業(yè)的不足，該課程 并沒有 一直開課。納米材料課程有利于引導(dǎo)學(xué)生了解當(dāng)前材料類學(xué)科發(fā)展的方向和趨勢(shì)，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，增長(zhǎng)學(xué)生的見識(shí) ， 實(shí)現(xiàn)復(fù)合型創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo) ，在材料學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)中占據(jù)著重要的地方和作用。 因此在材料類本科生中開設(shè)納米材料及其相關(guān)課程在中國許多高校中已達(dá)成共識(shí)。納米材料既是納米科技的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，也是未來社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。 本課程要求學(xué)生掌握各種納米材料的性能和制備工藝，了解其應(yīng)用情況，為正確選擇各種納米材料的制備工藝提供依據(jù)，同時(shí)也為研究新材料、新性能、新工藝打下理論基礎(chǔ)。培養(yǎng)學(xué)生在交叉學(xué)科和創(chuàng)新能力等方面的綜合能力。 2．課程介紹 課程的性質(zhì) 《納米材料》是 一門 針對(duì)材料科學(xué)與工程學(xué)院所有工科專業(yè)本科生的 選修課 。在安排學(xué)生上臺(tái)講課時(shí)必須充分考慮到他們對(duì)實(shí)際知識(shí)的掌握程度，合理的選取教學(xué)內(nèi)容。德國教育家第斯多惠指出 ―教學(xué)的藝術(shù)不在于傳授本領(lǐng)，而在善于激勵(lì)喚醒和鼓舞 ‖。 多采取 ―互動(dòng)式 ‖的教學(xué)模式，通過讓學(xué)生和教師進(jìn)行角色反串，上臺(tái)講解課本內(nèi)容和擴(kuò)展內(nèi)容。 學(xué)生是教學(xué)活動(dòng) 的主體，教師在整個(gè)教學(xué) 環(huán)節(jié)中要把學(xué)生 ―領(lǐng)進(jìn)門 ‖，讓 學(xué)生了解新技術(shù)、新知識(shí)，拓展視野，真正實(shí)現(xiàn)專業(yè)選修課的教學(xué)功能， 做到 以 ―學(xué)生為本 ‖。在教學(xué)過程中，向?qū)W