《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：专业必修课学时/学分：48/3.00考核方式：闭卷考试选用教材：《纳米材料及其制备技术》，刘漫红等编著，冶金工业出版社，2014年先修课程：固体物理、材料科学基础、材料测试与研究方法后继课程：智能材料、薄膜材料、电子材料适用专业及层次：材料物理专业新能源材料与器件专业本科三年级大纲执笔人：李桂村、石良大纲审核人：王宝祥一、教学目标纳米科学与技术课程是在固体物理、材料科学基础、材料测试与研究方法等课程的基础上，结合当今世界纳米科学与技术研究的最新进展，旨在讲授纳米科学技术的基本概念和基础理论，纳米材料的合成方法和表征手段，纳来材料的物理化学性质及其在不同领域的应用。通过本课程的学习，使学生具备下列能力：1.能够准确理解纳采材料的独特物理性质、化学性质，理解纳来科学中产生的基本效应，能够运用纳米科学的基本效应解释纳米材料独特物理化学性质产生的原因。2.能够运用所学的纳米材料的制备方法去设计具体的纳米材料的制备方案，利用所学测试分析方法对纳米材料进行分析。3.能够把握纳米材料的最新发展方向、纳米材料制备技术的研究进展，了解纳米材料、纳米技术在日常生产生活中的应用。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 Nano technology 课程性质： 专业必修课 学时/学分：48 /3.00 考核方式： 闭卷考试 选用教材： 《纳米材料及其制备技术》，刘漫红等编著，冶金工业出版 社，2014 年 先修课程：固体物理、材料科学基础、材料测试与研究方法 后继课程：智能材料、薄膜材料、电子材料 适用专业及层次： 材料物理专业新能源材料与器件专业本科三年级 大纲执笔人： 李桂村、石 良 大纲审核人： 王宝祥 一、教学目标 纳米科学与技术课程是在固体物理、材料科学基础、材料测试与研究方法等 课程的基础上，结合当今世界纳米科学与技术研究的最新进展，旨在讲授纳米科 学技术的基本概念和基础理论，纳米材料的合成方法和表征手段，纳米材料的物 理化学性质及其在不同领域的应用。通过本课程的学习，使学生具备下列能力： 1.能够准确理解纳米材料的独特物理性质、化学性质，理解纳米科学中产生的基 本效应，能够运用纳米科学的基本效应解释纳米材料独特物理化学性质产生的原 因。 2.能够运用所学的纳米材料的制备方法去设计具体的纳米材料的制备方案，利用 所学测试分析方法对纳米材料进行分析。 3.能够把握纳米材料的最新发展方向、纳米材料制备技术的研究进展，了解纳米 材料、纳米技术在日常生产生活中的应用
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2-1掌握数学、物理、化2-1使学生掌握纳米科学的1.具有人文社会科学素养、学等学科的基本理论和基本概念、基本理论知识，包社会责任感和工程职业道基本知识。括团簇、纳米管、纳米棒等基德：2-2运用所学的基本知本概念，以及表面效应、介电2．掌握数学、物理、化学等识理论分析纳米材料的限域效应、量子隧道效应等。方面的基本理论和基本知特殊性质。2-2对纳米材料出现的特殊识；的物理化学性质，运用纳米科学的基本理论进行分析和解3.掌握材料制备（或合释成）、材料加工、材料结构与性能测定及材料应用等方3-1掌握材料制备方面3-1掌握纳米材料，包括具有面的基础知识、基本理论和的基本理论、知识。零维、一维、二维纳米结构等3-2掌握材料结构与性的材料的基本制备合成方法。基本实验技能：能测定方法，对具体的材3-2掌握纳米材料的测试分4.了解相近专业的一般原理料能够运用相关的分析析方法，可以从分析测试结果和知识；测试方法表征结构以及中获得材料的结构或者性质5.熟悉国家关于材料科学与性能。信息，对在实践中制备合成的工程研究、科技开发及相关纳米材料，可以选取合适的测产业政策，国内外知识产权试方法进行分析。等方面的法律法规；6.了解材料物理的理论前6-1了解材料物理的理6-1了解纳米科学与技术领沿、应用前景和最新发展动论前沿、应用前景和最新域的发展情况，跟踪最新理论态，以及材料科学与工程产发展动态。前沿，了解应用前景以及最新业的发展状况；6-2运用所学基本理论发展动态。7.掌握外文资料查询、文献知识和材料的制备方法、6-2对于前沿的纳米材料，可测试方法，设计实验方以选取所学的制备理论进行检索以及运用现代信息技术案。合成，并选取合适的测试方法获取相关信息的基本方法：进行表征，探究纳米材料的性具有一定的实验设计，实验质。条件创造，应用计算机进行材料设计及结构分析，归纳、整理、分析试验结果，撰写论文，参与学术交流的2
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 1. 具有人文社会科学素养、 社会责任感和工程职业道 德； 2. 掌握数学、物理、化学等 方面的基本理论和基本知 识； 3. 掌握材料制备（或合 成）、材料加工、材料结构 与性能测定及材料应用等方 面的基础知识、基本理论和 基本实验技能； 4. 了解相近专业的一般原理 和知识； 5. 熟悉国家关于材料科学与 工程研究、科技开发及相关 产业政策，国内外知识产权 等方面的法律法规； 6. 了解材料物理的理论前 沿、应用前景和最新发展动 态，以及材料科学与工程产 业的发展状况； 7. 掌握外文资料查询、文献 检索以及运用现代信息技术 获取相关信息的基本方法； 具有一定的实验设计，实验 条件创造，应用计算机进行 材料设计及结构分析，归 纳、整理、分析试验结果， 撰写论文，参与学术交流的 2-1 掌握数学、物理、化 学等学科的基本理论和 基本知识。 2-2 运用所学的基本知 识理论分析纳米材料的 特殊性质。 2-1 使学生掌握纳米科学的 基本概念、基本理论知识，包 括团簇、纳米管、纳米棒等基 本概念，以及表面效应、介电 限域效应、量子隧道效应等。 2-2 对纳米材料出现的特殊 的物理化学性质，运用纳米科 学的基本理论进行分析和解 释 3-1 掌握材料制备方面 的基本理论、知识。 3-2 掌握材料结构与性 能测定方法，对具体的材 料能够运用相关的分析 测试方法表征结构以及 性能。 3-1 掌握纳米材料，包括具有 零维、一维、二维纳米结构等 的材料的基本制备合成方法。 3-2 掌握纳米材料的测试分 析方法，可以从分析测试结果 中获得材料的结构或者性质 信息，对在实践中制备合成的 纳米材料，可以选取合适的测 试方法进行分析。 6-1 了解材料物理的理 论前沿、应用前景和最新 发展动态。 6-2 运用所学基本理论 知识和材料的制备方法、 测试方法，设计实验方 案。 6-1 了解纳米科学与技术领 域的发展情况，跟踪最新理论 前沿，了解应用前景以及最新 发展动态。 6-2 对于前沿的纳米材料，可 以选取所学的制备理论进行 合成，并选取合适的测试方法 进行表征，探究纳米材料的性 质
能力。三、教学基本内容第一章：纳米科学与技术简介（支撑课程目标6-1)绪论1.1纳米科学与技术简介1.2纳米科学与技术发展史1.3发展纳米科技的意义1.4纳米技术在国内外的研究情况及取得的成果第二章：纳米结构单元（支撑课程目标2-1）2.1团簇2.2纳米微粒2.3人造原子2.4纳米管2.5纳米棒、纳米带和纳米线第三章：纳米科学的基本理论（支撑课程目标2-1）3.1电子能级的不连续性3.2表面效应3.3库伦堵塞与量子隧道3.4量子尺寸效应3.5小尺寸效应3.6宏观量子现象及宏观量子隧道效应3.7介电限域效应第四章：纳米材料的检测分析技术（支撑课程目标3-2、6-2）4.1透射电子显微镜4.2扫描电子显微镜4.3扫描隧道显微镜和原子力显微镜4.4X光衍射与谢乐公式4.5比表面积测定纳米粒子尺寸4.6其它分析方法要求学生：掌握常用测试分析技术的基本原理，并能根据测试分析结果分析纳米材料的推断出材料的相关性质信息第五章：纳米材料的制备方法(支撑课程目标3-1)en
3 能力。 三、教学基本内容 第一章：纳米科学与技术简介(支撑课程目标6-1) 绪论 1.1 纳米科学与技术简介 1.2 纳米科学与技术发展史 1.3 发展纳米科技的意义 1.4 纳米技术在国内外的研究情况及取得的成果 第二章：纳米结构单元(支撑课程目标2-1) 2.1 团簇 2.2 纳米微粒 2.3 人造原子 2.4 纳米管 2.5 纳米棒、纳米带和纳米线 第三章：纳米科学的基本理论(支撑课程目标2-1) 3.1 电子能级的不连续性 3.2 表面效应 3.3 库伦堵塞与量子隧道 3.4 量子尺寸效应 3.5 小尺寸效应 3.6 宏观量子现象及宏观量子隧道效应 3.7 介电限域效应 第四章：纳米材料的检测分析技术(支撑课程目标3-2、6-2) 4.1 透射电子显微镜 4.2 扫描电子显微镜 4.3 扫描隧道显微镜和原子力显微镜 4.4 X 光衍射与谢乐公式 4.5 比表面积测定纳米粒子尺寸 4.6 其它分析方法 要求学生：掌握常用测试分析技术的基本原理，并能根据测试分析结果分 析纳米材料的推断出材料的相关性质信息 第五章：纳米材料的制备方法(支撑课程目标3-1)
5.1气相法制备纳米微粒5.1.1低压气体中蒸发法5.1.2氢电弧等离子体法5.1.3溅射法5.1.4流动液面上真空蒸度法5.1.5通电加热蒸发法5.1.6化学气相沉积法5.1.7爆炸丝法5.2液相法制备纳米微粒5.2.1沉淀法5.2.2喷雾法5.2.3水热法（高温水解法）5.2.4溶胶一凝胶法5.3自组装法5.4模板法制备纳米材料要求学生：结合自身实践过程能合理的选择制备方法，并分析制备方法的优缺点第六章：纳米微粒的结构与物理化学特性（支撑课程目标2-2)6.1纳米微粒的结构与形貌6.2纳米微粒的物理特性6.2.1热学性能6.2.2纳米材料的电学性质6.2.3磁学性能6.2.4光学性能6.2.5表面活性及敏感特性6.2.6光催化性能6.2.7纳米材料的力学性能6.2.8纳米微粒悬浮液和动力学性质纳米微粒的化学特性6.36.3.1吸附6.3.2纳米微粒的分散与团聚6.4纳米材料的主要应用领域四、教学重点与难点第一章：纳米科学与技术简介教学重点：1、掌握基本概念4
4 5.1 气相法制备纳米微粒 5.1.1 低压气体中蒸发法 5.1.2 氢电弧等离子体法 5.1.3 溅射法 5.1.4 流动液面上真空蒸度法 5.1.5 通电加热蒸发法 5.1.6 化学气相沉积法 5.1.7 爆炸丝法 5.2 液相法制备纳米微粒 5.2 .1 沉淀法 5.2.2 喷雾法 5.2.3 水热法（高温水解法） 5.2.4 溶胶—凝胶法 5.3 自组装法 5.4 模板法制备纳米材料 要求学生：结合自身实践过程能合理的选择制备方法，并分析制备方法的 优缺点 第六章：纳米微粒的结构与物理化学特性(支撑课程目标2-2) 6.1 纳米微粒的结构与形貌 6.2 纳米微粒的物理特性 6.2.1 热学性能 6.2.2 纳米材料的电学性质 6.2.3 磁学性能 6.2.4 光学性能 6.2.5 表面活性及敏感特性 6.2.6 光催化性能 6.2.7 纳米材料的力学性能 6.2.8 纳米微粒悬浮液和动力学性质 6.3 纳米微粒的化学特性 6.3.1 吸附 6.3.2 纳米微粒的分散与团聚 6.4 纳米材料的主要应用领域 四、教学重点与难点 第一章：纳米科学与技术简介 教学重点： 1、掌握基本概念
介观领域、纳米科学与技术、纳米材料、纳米器件、纳米组装体系、自上而下、自下而上。2、纳米材料与传统材料的差别。3、纳米科技的分类。4、纳米科技的前沿动态。教学难点：纳米科技的前沿动态。第二章：纳米结构单元教学重点：1、掌握基本概念：团簇、纳米微粒、量子点、量子线、量子阱、人造原子、一维纳米材料。2、富勒烯和纳米碳管的制备方法。教学难点：富勒烯和纳米碳管的制备方法。第三章：纳米科学的基本理论教学重点：久保理论、表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、库伦堵塞与量子隧道效应教学难点：久保理论、量子尺寸效应、小尺寸效应。第四章：纳米材料的检测分析技术教学重点：透射电子显微镜、扫描电子显微镜、扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜、X射线衍射仪。教学难点：透射电子显微镜、扫描电子显微镜。第五章：纳米材料的制备方法教学重点：气相法制备纳米微粒（气体冷凝法，氢电弧等离子体法）液相法制备纳米微粒（沉淀法，水热法，溶胶凝胶法）教学难点：氢电弧等离子体法，溶胶凝胶法，VLS，VS第六章：纳米微粒的结构与物理化学特性教学重点：纳米微粒的结构：物理特性：热学性能，电学性能，磁学性能，光学性能，表面活性及敏感特性，光催化性能，力学性能，动力学性质。难点内容：物理特性。五、教学建议进度（学时数48）第一章纳米科学技术简介(学时数6)(学时数8)第二章纳米结构单元第三章纳米科学的基本理论(学时数8)(学时数8)第四章纳米材料的检测分析技术第五章纳米材料的制备方法（学时数10)第六章纳米微粒的结构与物理化学特性（学时数8）5
5 介观领域、纳米科学与技术、纳米材料、纳米器件、纳米组装体系、自上 而下、自下而上。 2、纳米材料与传统材料的差别。 3、纳米科技的分类。 4、纳米科技的前沿动态。 教学难点：纳米科技的前沿动态。 第二章：纳米结构单元 教学重点： 1、掌握基本概念：团簇、纳米微粒、量子点、量子线、量子阱、人造原子、一维 纳米材料。 2、富勒烯和纳米碳管的制备方法。 教学难点：富勒烯和纳米碳管的制备方法。 第三章：纳米科学的基本理论 教学重点：久保理论、表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、库伦堵塞与 量子隧道效应 教学难点：久保理论、量子尺寸效应、小尺寸效应。 第四章：纳米材料的检测分析技术 教学重点：透射电子显微镜、扫描电子显微镜、扫描隧道显微镜（STM）和 原子力显微镜、 X射线衍射仪。 教学难点：透射电子显微镜、扫描电子显微镜。 第五章：纳米材料的制备方法 教学重点：气相法制备纳米微粒（气体冷凝法，氢电弧等离子体法） 液相法制备纳米微粒（沉淀法，水热法，溶胶凝胶法） 教学难点：氢电弧等离子体法，溶胶凝胶法，VLS, VS 第六章：纳米微粒的结构与物理化学特性 教学重点：纳米微粒的结构：物理特性：热学性能，电学性能，磁学性能， 光学性能，表面活性及敏感特性，光催化性能，力学性能，动力学性质。 难点内容：物理特性。 五、教学建议进度（学时数48） 第一章 纳米科学技术简介 (学时数 6) 第二章 纳米结构单元 (学时数 8) 第三章 纳米科学的基本理论 (学时数 8) 第四章 纳米材料的检测分析技术 (学时数 8) 第五章 纳米材料的制备方法 (学时数 10) 第六章 纳米微粒的结构与物理化学特性 (学时数 8)