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2002年,上海交通大学在中华人民共和国教育部备案开设纳米材料与技术专业 。
2010年,中华人民共和国教育部确定纳米材料与技术专业为国家战略性新兴产业本科专业 。此时,纳米材料与技术为少数高校试点的目录外专业,专业代码为080216S 。
2012年,在中华人民共和国教育部发布的《普通高等学校本科专业目录新旧专业对照表》中纳米材料与技术专业代码由080216S调整为080413T 。
2020年2月,在中华人民共和国教育部发布的《普通高等学校本科专业目录(2020年版)》中,纳米材料与技术专业隶属于工学、材料类(0804),专业代码:080413T 。
想要了解纳米材料与技术,首先要弄清楚"纳米"是什么。纳米是长度单位,1纳米是1米的十亿分之一,大约相当于1根头发的八万分之一。别看它身材小,但作用很大。因为纳米正好介于以原子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间地带,而且纳米材料还带有"特异功能",具有奇异的化学物理特性。
例如,有些纳米材料十分结实,强度比普通金属高十几倍,同时弹性又堪比橡胶,人们幻想有一天会使用这样的纳米钢材制造出汽车、飞机或轮船,使它们的重量减少到原来的1/10;而有的纳米材料轻而柔软,又非常强韧,密度是钢的1/6,而强度却是钢的l00倍,做防弹背心再好不过;还有的纳米材料可以吸收太阳光中的光能,直接作为电源使用。
纳米虽然微小,但是它构建的世界却是神奇而宏大的。纳米技术就是利用纳米材料的奇妙性能,制造具有特定功能的零部件和产品的技术。一些权威专家预测,未来纳米技术将在生物医学、航空航天、能源和环境等领域"大显身手"。 面向环境检测的纳米结构与器件的构筑原理、方法、纳米材料与纳米结构性能与机理研究、纳米材料在污染治理中的应用原理、技术与装置研发、纳米材料的环境效应与安全性评估、纳米材料在节能和清洁能源中的应用等。
培养具有坚实的自然科学基础、材料科学与工程专业基础和人文社会科学基础,具有较强的工程意识、工程素质、实践能力、自我获取知识的能力、创新素质、创业精神、国际视野、沟通和组织管理能力的高素质专门人才。
材料类专业毕业的学生,既可从事材料科学与工程基础理论研究,新材料、新工艺和新技术研发,生产技术开发和过程控制,材料应用等材料科学与工程领域的科技工作,也可承担相关专业领域的教学、科技管理和经营工作 。
1.纳米材料是由纳米颗粒组成的。纳米颗粒中的电子被局限在一个十分微小的纳米空间里,电子运输受到限制,电子的平均自由程短,使电子的局域性和相干性增强。与宏观物体相比,纳米颗粒所包含的原子数大大减少,因此...
纳米材料又称为超微颗粒材料,由纳米粒子(nano particle)组成.纳米粒子也叫超微颗粒,一般是指尺寸在1~100nm...
比较好,也较贵。大致可分为纳米粉末、、纳米膜、等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟,是生产其他三类产品的基础。
学制与学位
纳米材料与技术专业基本学制为四年。四年参考总学分一般为140~190学分[含毕业设计(论文)学分]。
学生通过学习各门课程修满总学分并毕业考核合格,可获准毕业;毕业环节完成并经院校学位委员会审核通过者,可授予工学学士学位。
人才培养
(1)掌握纳米材料与技术专业工作所需的数学和自然科学知识、工程技术知识以及一定的经济学与管理学知识。
(2)系统掌握纳米材料与技术专业的基础理论和专业知识,熟悉材料的组成、结构、合成与制备、性质与使役性能之间关系的基本规律。
(3)掌握纳米材料与技术专业所涉及的各种材料的制备、性能检测与分析的基本知识和技能。
(4)了解材料类专业相关学科的发展现状和趋势,具有创新意识,并具备设计材料和制备工艺、提高材料的性能和产品质量、开发研究新材料和新工艺、根据工程应用选择材料等方面的基本能力。
(5)了解与纳米材料与技术专业相关的职业和行业的重要法律、法规及方针与政策,具有高度的安全意识、环保意识和可持续发展理念。
(6)具有终身学习意识,能够运用现代信息技术获取相关信息和新技术、新知识,持续提高自己的能力。
(7)具有一定的组织管理能力、表达能力、独立工作能力、人际沟通能力和团队合作能力。
(8)具有初步的外语应用能力,能阅读纳米材料与技术专业的外文材料,具有一定的国际视野和跨文化交流、竞争与合作能力 。
虽然纳米材料科学与技术是新开设专业,但纳米材料一词早在本世纪初就被炒的沸沸扬扬,家喻户晓。经过数十年的发展,国内大部分知名材料科学院校或多或少涉及纳米材料研究,部分高校甚至专门开设纳米科技研究院。中科院亦建有国家纳米中心和苏州纳米材料与纳米仿生研究所,并筹划北京纳米能源与系统研究所。国内对纳米材料的研究的投入很大。如果对纳米材料研究感兴趣的同学可以选择继续深造 。
课程设置应能支持培养目标达成,课程体系必须支持各项毕业要求的有效达成。
人文社会科学类通识课程约占20%;数学和自然科学类课程约占20%,实战内容约占20%,学科基础知识和专业知识课程约占35%。
人文社会科学类教育能够使学生在从事材料工程设计时考虑经济、环境、法律、伦理等各种制约因素。
数学和自然科学教育能够使学生掌握理论和实验的方法为学生运用相应基本概念表述材料工程问题、设计与选择材料、进行分析推理奠定基础。
学科基础类课程应包括学科的基础内容,能体现数学和自然科学对专业应用能力的培养;专业类课程、实践环节应能体现系统设计和实施能力的培养。
课程体系的设置应有企业或行业专家参与 。
通识类课程
通识类知识涵盖人文社会科学类知识、工具性知识、数学和自然科学类知识、经济管理和环境保护类知识。
(1)人文社会科学类知识包括哲学、思想政治道德、政治学、法学、社会学等基本内容。
(2)工具性知识包括外语、计算机及信息技术、文献检索、科学研究方法论等基本内容。
(3)数学和自然科学类知识包括数学、物理学、化学、力学以及生命科学和地球科学等基本内容。
(4)经济管理和环境保护类知识包括金融、财务、人力资源和行政管理、环境科学等方面的基本内容 。
基础类课程
学科基础知识被视为专业类基础知识,包括材料科学基础、材料工程基础、材料结构表征等知识领城。
(1)材料科学基础知识包括材料结构、晶体缺陷、相结构与相图、非晶态结构与性能、固体表面与界面、材料的凝固与气相沉积、扩散与固态相变、烧结、变形与断裂、材料的电子结构与物理性能以及材料概论等。
(2)材料工程基础知识包括流体流动基础、热量传递、传质过程及其控制、材料及其产品设计、选材、制造加工成型以及失效分析等方面的基础知识,工程制图、机械设计及制造基础、电工电子学等。
(3)物理化学知识包括气体、热力学第一定律、热力学第二定律、多组分系统热力学、化学平衡、相平衡、化学反应动力学、电化学、表面现象和胶体分散系统等 。
专业类课程
纳米材料与技术专业课程主要包括电子技术、材料物理基础、材料化学基础、原子物理及量子力学、纳米材料制备与表征、微纳加工技术、纳米半导体材料、纳米器件基础、纳米生物材料、纳米磁性材料、纳米能源材料、纳米材料科学与技术前沿等课程 。
实验课程
实验课程分为以下3个类型:
(1)公共基础实验
主要包括物理实验、化学实验、计算机基本操作实验、电子电工实验等。
(2)专业基础实验
主要包括材料科学基础实验、材料工程基础实验、材料研究与测试方法专业基础训练及综合实验。依据相应课程大纲,每门课程至少开设4个实验项目,且能支持专业培养目标的达成。
(3)专业实验
主要包括专业技能训练、材料制备与性能综合实验等。要求开设材料的力学、热学、电学等性能相关实验至少7项,同时完成至少1种材料的制备,包括原料的选择—配方计算—工艺方案设计—制备—相关性能测试及结构分析等全过程训练。
课程设计
(1)机械零件设计
进行工程设计基本技能训练。
(2)材料制备装备设计
结合专业知识进行设备设计训练。
(3)工厂工艺流程设计
针对至少1种材料生产工艺进行车间工艺流程设计。
专业实习
实习是学生接触生产实际、接触企业的重要实践环节,各高校应建立稳定的校内外实习基地,制定符合生产现场实际的实习大纲,让学生在实习中实践所学知识,培养热爱劳动的品质。
毕业设计(论文)
毕业设计(论文)是科研与教学结合最为密切的一个实践环节,须制定与毕业设计(论文)要求相适应的标准和检查保障机制,对选题、内容、指导、答辩等提出明确要求,保证课题的工作量和难度,并给学生提供有效指导,每位专业教师指导毕业设计(论文)的学生人数原则上每届不超过6人。选题应结合纳米材料与技术专业的工程实际问题,有明确的应用背景,培养学生的工程意识、协作精神以及综合应用所学知识解决实际问题的能力。毕业设计(论文)可以从科研任务中选择规模适当和相对独立的题目,还可以通过与企业紧密合作的实战教学活动来进行 。
有学者曾预言,本世纪经济发展的三大支柱产业是信息科学技术、生命科学技术和纳米科学技术。而纳米技术又是信息和生命科学技术进一步发展的坚固基石。未来的纳米技术和纳米材料将向新材料、微电子、计算机、医学、航天、航空、环境、能源、生物技术和农业等诸多领域渗透。
以纳米科技整体发展状况而言,欧、美、日已大力发展多年,而我国的纳米科技研究尚处在起步阶段,无论是科研水平或市场契合度,与欧、美、日均有一定差距。但是差距大也意味着潜力大、空间大,一旦纳米技术进入日常生活,该专业人才的需求量肯定会急剧上升。
纳米材料与技术专业的毕业生具有扎实的材料科学以及与纳米材料相关的数学、物理、化学、微电子、计算机应用等方面的基础知识和技能。适应于高科技发展需要,可从事材料领域高科技研究和高新技术应用等工作。
毕业生主要在相关的科研机构、高等院校从事科学研究、教学工作,或者在电子信息、新能源、航空航天、仪器仪表、生物医药等高科技企业从事新材料研制、新产品开发及新技术工艺研究等高科技含量的工作。
纳米技术虽然在科研领域比较热门,但产业化程度不高。该专业毕业生最理想的就业方向以研究单位和高校居多,也有很多人选择进一步深造,进入国内外著名高校攻读硕士、博士。
师资规模
(1)按一级学科专业培养的高校,专任教师不少于50人;按二级学科专业培养的高校,每个专业的专任教师不少于10人。
(2)生师比不高于18:1。
师资结构
(1)年龄在55岁以下的教授及40岁以下的副教授分别占教授总数和副教授总数的比例应适宜,中青年骨干教师所占比例较高,满足持续发展的需要。
(2)专任教师中具有高级职称的比例不低于50%,具有中高级职称的比例不低于85%。
(3)专任教师中具有硕士、博士学位的比例不低于80%,其中具有博土学位的不低于50%。
(4)85%以上的专业授课教师在其学习经历中至少有一个阶段是材料类专业学历,具有材料类专业本科毕业背景的教师人数比例不低于60%。
(5)学科带头人学术造诣较高,专业领域分布合理,专业教师队伍的年龄结构、知识结构和学缘结构合理,学缘相同的教师比例原则上不高于50%,有数量适宜的骨干教师,可为专业发展所需的学科基础提供基本保障。
(6)有企业或行业专家作为兼职教师。
教师背景与水平要求
(1)授课教师具备与所讲授课程相匹配的能力(包括科研动手能力和解决实际工程问题的能力),承担的课程数和授课学时数限定在合理范围内,保证在教学以外有精力参加学术活动、进行工程和研究实践,不断提升个人专业能力。
(2)讲授工程与应用类课程的教师具有较强的科研和工程背景;承担过科研项目的教师须占有相当比例,部分教师具有企业工作经历。
(3)为教师提供良好的工作环境和条件。有合理可行的师资队伍建设规划,为教师进修、从事学术交流活动提供支持,促进教师专业发展,包括对青年教师的指导和培养。
(4)拥有良好的相应学科基础,为教师从事学科研究与工程实践提供基本的条件,营造良好的环境和氛围。鼓励和支持教师开展教学研究与改革、指导学生、学术研究与交流、工程设计与开发、社会服务等。
(5)使教师明确其在教学质量提升过程中的责任,不断改进工作,满足专业教育不断发展的要求 。
教学设施要求
教室、实验室及设备在数量和功能上能够满足教学需要。教学实验室生均面积不小于2.5平方米,生均教学科研仪器设备值不低于15000元。
实验设备完备、充足、性能优良,满足各类课程教学实验和毕业设计(论文)的需求。专业课程实验开设率应不低于90%,综合性、设计性和创新性实验课程占总实验课程的比例不低于60%;每个实验既要有足够的实验台套数,又要有较高的利用率。基础实验每组学生数不能超过2人;专业实验每组学生数不能超过3人;大仪器实验每组学生数不能超过8人。
实验室向学生全面开放,实验设备有良好的管理、维护和更新机制,保证学生使用。
实验技术人员数量充足,能够熟练地管理、配置、维护实验设备,保证实验环境的有效利用,有效指导学生进行实验。
应加强与企业的联系,建立有稳定的产学研合作基地。有足够数量、相对稳定的校内外实习、实践基地,能支持教学目标的达成。
生产实习要有具体的实习大纲、明确的实习内容和考核方法及标准。
实习带队教师高级职称比例不低于30%;参与教学活动的人员应理解实践教学的目标与要求,配备的校外实践教学指导教师应具有项目开发或管理经验。
信息资源要求
配备各种高水平的、充足的教材、参考书和工具书以及各种专业图书资料,师生能够方便地使用;阅读环境良好,且能方便地通过网络获取学习资料 。
教学经费有保证,生均年教学日常运行支出不低于1200元,且应随着教育业经费的增长而稳步增长,以满足专业教学、建设、发展的需要 。
教学过程质量监控机制
各高校建立教学过程质量监控机制,使主要教学环节的实施过程处于有效监控状态;各主要教学环节应有明确的质量要求;建立教学质量监控的组织体系、规章制度和运行机制;建立对课程体系设置和主要教学环节教学质量的定期评价机制,评价时应重视学生和校内外专家的意见。
毕业生跟踪反馈机制
各高校应建立毕业生跟踪反馈机制以及高等教育系统内部及社会有关各方参与的社会评价机制,定期对包括培养目标、毕业要求、课程体系、理论和实践课程教学等在内的人才培养工作进行评价。
在毕业生跟踪反馈机制的执行过中,需要注意如下几点:
(1)对毕业生做跟踪调查时,确保跟踪反馈信息真实、可靠,具有说服力。
(2)反馈样本数量应达到各专业当年毕业生总量的一定比率(各高校可根据自己的特点自行制定),跟踪调研的时间和周期应有要求。
(3)在选择毕业生跟踪调查对象时,确保调查对象具有代表性,应充分考虑地域分布、企业类型、岗位工种等差异。
(4)适当加强对优秀毕业生、创业学生、在单位做出特殊贡献的毕业生的调查。
(5)形成报告并且能够有效地指导培养方案和培养目标的调整及完善。
专业的持续改进机制
各高校应建立持续改进机制,要求有监视和测量、数据分析以及改进活动。应根据各个教学过程质量监控环节的评价结果以及毕业生跟踪反馈信息,分析教育质量现状及其存在的问题,找出影响教育质量的主要因素,提出改进措施,并组织实施。实施后的结果与信息转入新一轮的循环,不断提升教学质量,使人才培养质量满足不断变化的社会需求 。
应用型人才培养模式
(一)定位新能源产业发展,明确专业发展方向
基于新能源产业的产教融合模式着重把人才培养与服务区域经济发展相结合,在完善培养方案的过程中,合理设置与新能源产业相关的专业课程,把高校专业发展定位始终贯穿于专业课程体系构建和专业核心课程内容改革过程中,包括培养目标和要求、专业课程体系及学时学分比例安排等,彰显培养特色,切实提高应用型人才培养质量。
(二)强化校企机制,深化产教融合水平
专业紧紧围绕纳米结构材料的功能化应用,依托当地实验室优势,坚持科学研究服务区域经济,在高校与企业深化合作过程中,双方通过选择关键的产业发展难题为突破口、共同设立参与相关科研项目为途径,并成立学校——企业深度参与的专业建设指导委员会,探索学院与企业合作发展专业的长效机制。
(三)深化产教融合,提升人才培养水平
通过与新能源产业需求相互对接,在对学生的教学与综合培养过程中,尝试把合作企业的实际岗位工作纳入到教学过程中,延伸人才培养过程,以合作企业为载体,通过参与特色的专业实践,为学生顺利实现就业奠定坚实基础 。
基于特色实验课程的双创人才培养模式
(一)教学方式方法改革
以培养具有创新创业能力的复合型人才为目标,纳米材料与技术专业的实验教学必须摒弃传统实验的弊端,取消验证性实验项目,贯彻以学生创新为中心的教育理念,依托科研团队和科研平台开设“纳米材料制备与性能研究”特色实验课程。在实验内容上将以设计性、开放性和综合性实验为主,在教学模式由封闭转向开放,并建立导师制。
(二)教学内容的创新性设计
为培养学生的“双创”能力,全面改革实验教学内容,要将企业的需求、最新研究成果及国内外前沿研究方向引入实验教学,积极构建适应应用型创新人才培养的纳米材料与技术专业实验模块,培养具有扎实理论功底、熟练实验操作技能、具有较强的工程实践能力和强烈的创新创业意识的高素质人才。
(三)建立科学、合理的课程评价体系
特色实验课程的开设旨在将实验与教学内容有机结合起来,使学生通过完成实验深刻掌握纳米材料相关理论知识,了解纳米材料、纳米产业的发展前沿和动向;激发学生的科研兴趣,培养和提高学生的创新能力、创业意识,为国家塑造大批具有核心竞争力的双创型人才 。
“新工科”背景下多方协同育人的培养模式
(一)聚焦学科融合,优化“学科协同”教学平台
纳米材料与技术专业以材料科学与工程为基础,聚焦纳米材料与技术热点问题,依据“新工科”建设要求,融合多个热门学科,形成以“纳米 ”为核心的多学科协同教学平台。“纳米 ”教学平台囊括了“纳米 信息”、“纳米 生物”、“纳米 能源”、“纳米 环境”、“纳米 机械”、“纳米 人工智能”等多个研究方向,并随着社会和科技的发展逐渐扩展教学和研究方向。人才培养计划严格按照纳米材料与技术专业培养目标,突出“纳米 ”多学科协同培养特,不断优化本科生培养方案,实现知识体系的学科融合和学段贯通。
(二)提高科研能力,构筑“校所协同”科研平台
通过构筑“校所协同”科研平台,充分发挥高校与科研院所的科研优势,把优质科研资源转化为教学资源,强强联合,培养纳米材料与技术专业学生,探索高水平创新型人才培养机制,促进和深化高校教育教学改革。同时,也以此为契机,加快交叉学科发展,进一步深化产学研用结合。
(三)强化实践创新,搭建“产教协同”实习平台
通过教学实践和改革,协同纳米领域高科技产业用人单位,联合搭建纳米材料与技术专业“产教协同”实习平台,引导学生积极参与科研实践活动。通过将企业实践和基础教学融为一体,进一步提升纳米材料与技术专业学生的实践创新能力。
(四)拓宽国际视野,打造“内外协同”国际平台
纳米材料与技术专业教学必须融合国际纳米领域学术资源,打造“内外协同”的国际化平台,不断提升专业国际影响力和学生国际视野 。
大气污染一直是各国政府需要解决的难题,空气中超标的二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOC)是影响人类健康的有害气体,纳米材料和纳米技术的应用能够最终解决产生这些气体的污染源问题。工业生产中使用的汽油、柴油以及作为汽车燃料的汽油、柴油等,由于含有硫的化合物在燃烧时会产生S02气体,这是S02的最大污染源。所以石油提炼工业中有一道脱硫工艺以降低其硫的含量。纳米钛酸钴(CoTi03)是一种非常好的石油脱硫催化剂。以55-70nm的钛酸钴半径作为催化活体多孔硅胶或 A1203陶瓷作为载体的催化剂,其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01%,达到国际标准。工业生产中使用的煤燃烧也会产生S02气体,如果在燃烧的同时加入一种纳米级助烧催化剂不仅可以使煤充分燃烧,不产生一氧化硫气体,提高能源利用率,而且会使硫转化成固体的硫化物,而不产生二氧化硫气体,从而杜绝有害气体的产生。
最新研究成果表明,复合稀土化物的纳米级粉体有极强的氧化还原性能,这是其它任何汽车尾气净化催化剂所不能比拟的。它的应用可以彻底解决汽车尾气中一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)的污染问题。以活性碳作为载体、纳米 Zr0.5 Ce0.5 O2,粉体为催化活性体的汽车尾气净化催化剂,由于其表面存在Zr4+/Zr3+及Ce4+/Cr3+,电子可以在其三价和四价离子之间传递,因此具有极强的电子得失能力和氧化还原性,再加上纳米材料比表面大、空间悬键多、吸附能力强,因此它在氧化一氧化碳的同时还原氮氧化物,使它们转化为对人体和环境无害的气体--二氧化碳和氮气。而更新一代的纳米催化剂,将在汽车发动机汽缸里发挥催化作用,使汽油在燃烧时就不产生CO和NOx,无需进行尾气净化处理。
污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等。污水治理就是将这些物质从水中去除。由于传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题,污水治理一直得不到很好解决。纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。污水中的贵金属是对人体极其有害的物质。它从污水中流失,也是资源的浪费。新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出来,变害为宝。一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的10~20倍。因此它能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀下来,先使水中不含悬浮物,然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭的净化装置,能有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等污染物。经前二道净化工序后,水体清澈,没有异味,口感也较好。再经过带有纳米孔径的特殊水处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后,可以将水中的细菌、病毒100%去除,得到高质量的纯净水,完全可以饮用。这是因为细菌、病毒的直径比纳米大,在通过纳米孔径的膜和陶瓷小球时,就会被过滤掉,水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。该技术在医学领域血透中已开始应用,有"体外肾脏"之称。肝、肾功能衰竭者饮用这种水后,会大大减轻肝、肾脏的负担。
纳米材料与技术专业可在凝聚态物理、半导体器件、功能材料、纳米材料、复合材料、环境科学、生物医学材料及相关专业继续攻读硕士、博士学位 。
纳米材料与技术专业可以在相关的科研机构、高等院校从事科学研究,或者在电子信息、新能源、航空航天、仪器仪表、生物医药等高科技企业从事新材料研制、新产品开发及新技术工艺研究等高科技含量的工作。等院校从事科学研究,或者在电子信息、新能源、航空航天、仪器仪表、生物医药等高科技企业从事新材料研制、新产品开发及新技术工艺研究等高科技含量的工作 。
由于纳米TiO2除了具有纳米材料的特点外,还具有光催化性能,使得它在环境污染治理方面将扮演极其重要的角色。
1.降解空气中的有害有机物。随着室内装潢涂料油漆用量的增加,室内空气污染越来越受到人们的重视。调查表明,新装修的房间内空气中有机物浓度高于室外,甚至高于工业区。科学家已从空气中鉴定出几百种有机物质,其中有许多物质对人体有害,有些是致癌物。对室内主要的气体污染物甲醛、甲笨等的研究结果表明,光催化剂可以很好地降解这些物质,其中纳米TiO2的降解效率最好,将近达到100%。其降解机理是在光照条件下将这些有害物质转化为二氧化碳、水和有机酸。纳米TiO2的光催化剂也可用于石油、化工等产业的工业废气处理,改善厂区周围空气质量。
2.它可以降解有机磷农物。这种70年代发展起来的农药品种占我国农药产量的80%,它的生产和使用会造成大量有毒废水。这一环保难题,使用纳米TiO2来催化降解可以得到根本解决。
3.用纳米TiO2催化降解技术来处理毛纺染整废水,具有省资、高效、节能,最终能使有机物完全矿化、不存在二次污染等特点,显示出良好的应用前景。
4.在石油开采运输和使用过程中,有相当数量的石油类物质废弃在地面、江湖和海洋水面,用纳米TiO2可以降解石油,解决海洋的石油污染问题。
5.用纳米TiO2可以加速城市生活垃圾的降解,其速度是大颗粒TiO2的10倍以上,从而解决大量生活垃圾给城市环境带来的压力。
6.一般常用的杀菌剂Ag、Cu等能使细胞失去活性,但细菌被杀死后,可释放出致热和有毒的组分如内毒素。内毒素是致命物质,可引起伤寒、霍乱等疾病。利用纳米TiO2的光催化性能不仅能杀死环境中的细菌,而且能同时降解由细菌释放出的有毒复合物。在医院的病房、手术室及生活空间细菌密集场所安放纳米TiO2光催化剂还具有除臭作用。
7.纳米TiO2由于其表面具有超亲水性和超亲油性,因此其表面具有自清洁效应,即其表面具有防污、防雾、易洗、易干等特点。如将TiO2玻璃镀膜置于水蒸气中,玻璃表面会附着水雾,紫外线光照射后,表面水雾消失,玻璃重又变得透明。在汽车挡风玻璃、后视镜表面镀上TiO2薄膜,可防止镜面结雾。实验表明,镀有纳米TiO2薄膜的表面与未镀TiO2薄膜的表面相比,前者显示出高度的自清洁效应。一旦这些表面被油污等污染,因其表面具有超亲水性,污染不易在表面附着,附着的少量污物在外部风力、水淋冲力、自重等作用下,也会自动从TiO2表面剥离下来,阳光中的紫外线足以维持TiO2的薄膜表面的亲水特性,从而使其表面具有长期的自洁去污效应。这一特性的开发利用将改变人们对涂层功能的认识,从而给涂层材料带来-次新的革命。今后将广泛应用于汽车表面涂层、建筑物玻璃外墙等。由于纳米TiO2光催化剂具有良好的化学稳定性、抗磨损性能好、成本低、制备的薄膜透明等优点,已成为目前最引人注目的环境净化材料,更重要的是能直接利用太阳光、太阳能、普通光源来净化环境。
总之,随着纳米材料和纳米技术基础研究的深入和实用化进程的发展,特别是纳米技术与环境保护和环境治理进一步有机结合,许多环保难题诸如大气污染、污水处理、城市垃圾等将会得到解决。我们将充分享受纳米技术给人类带来的洁净环境。
地区 |
院校名录 |
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北京 |
北京航空航天大学 |
北京科技大学 |
中央民族大学 |
北京交通大学 |
北京工业大学 |
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江苏 |
南京理工大学 |
苏州大学 |
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河南 |
河南大学 |
许昌学院 |
黄河科技学院 |
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陕西 |
西安电子科技大学 |
西安建筑科技大学 |
陕西科技大学 |
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(资料来源:阳光高考;摘录时间:2021年5月24日) |
纳米材料与技术在机械工程领域的应用研究
本文主要介绍了纳米材料及纳米技术的基本概念,重点综述了纳米材料与技术在机械工程领域广阔的应用前景,并阐述了纳米材料和纳米技术必将对人类社会的发展产生深远的影响。
在教育部2010年公布的高等学校战略性新兴产业相关本科新专业名单中,纳米材料与技术专业是新材料领域的代表之一。美国国家科学基金会的纳米技术高级顾问米哈伊尔•罗科预言:“由于纳米技术的出现,在今后30年中,人类文明所经历的变化将会比刚刚过去的整个20世纪都要多得多。”
纳米到底有多小?纳米材料与技术到底是个怎样的专业?这一新兴技术可以运用在哪些领域?它的主修课程有哪些?有哪些院校开设?发展前景如何?带着这些问题,我们和您聊聊纳米材料与技术专业。
专业解析
什么是纳米材料与技术
想要了解纳米材料与技术,首先要弄清楚“纳米”是什么。纳米是长度单位,1纳米是1米的十亿分之一,大约相当于1根头发的八万分之一。别看它身材小,但作用很大。因为纳米正好介于以原子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间地带,而且纳米材料还带有“特异功能”,具有奇异的化学物理特性。
例如,有些纳米材料十分结实,强度比普通金属高十几倍,同时弹性又堪比橡胶,人们幻想有一天会使用这样的纳米钢材制造出汽车、飞机或轮船,使它们的重量减少到原来的1/10;而有的纳米材料轻而柔软,又非常强韧,密度是钢的1/6,而强度却是钢的l00倍,做防弹背心再好不过;还有的纳米材料可以吸收太阳光中的光能,直接作为电源使用。
纳米虽然微小,但是它构建的世界却是神奇而宏大的。纳米技术就是利用纳米材料的奇妙性能,制造具有特定功能的零部件和产品的技术。一些权威专家预测,未来纳米技术将在生物医学、航空航天、能源和环境等领域“大显身手”。
这个专业学什么?
在2012年最新颁布的普通高等学校本科专业目录中,纳米材料与技术专业属于工学门类中的材料类二级学科,标准学制4年,毕业后授予工学学士学位。
纳米材料与技术专业的学习内容大体包括公共课程和专业课程两部分。公共课程主要是数学、物理、化学、英语等。从大二起,学生会接触到部分材料类、纳米的专业知识。
专业课程主要包括材料现代研究方法、材料化学基础、材料物理性能、材料力学性能、量子统计、材料表面与界定、纳米结构与性能、低维材料物理与技术基础、磁性材料等。作为一个新兴专业,很多院校还会根据各自的培养特点设置有针对性的专业课程,专门制定适合本校该专业的人才培养方案。
专业与就业
身材虽小,领域宽广
有学者曾预言,本世纪经济发展的三大支柱产业是信息科学技术、生命科学技术和纳米科学技术。而纳米技术又是信息和生命科学技术进一步发展的坚固基石。未来的纳米技术和纳米材料将向新材料、微电子、计算机、医学、航天、航空、环境、能源、生物技术和农业等诸多领域渗透。
以目前纳米科技整体发展状况而言,欧、美、日已大力发展多年,而我国的纳米科技研究尚处在起步阶段,无论是科研水平或市场契合度,与欧、美、日均有一定差距。但是差距大也意味着潜力大、空间大,一旦纳米技术进入日常生活,该专业人才的需求量肯定会急剧上升。
纳米材料与技术专业的毕业生具有扎实的材料科学以及与纳米材料相关的数学、物理、化学、微电子、计算机应用等方面的基础知识和技能。适应于高科技发展需要,可从事材料领域高科技研究和高新技术应用等工作。
毕业生主要在相关的科研机构、高等院校从事科学研究、教学工作,或者在电子信息、新能源、航空航天、仪器仪表、生物医药等高科技企业从事新材料研制、新产品开发及新技术工艺研究等高科技含量的工作。
纳米技术虽然在科研领域比较热门,但产业化程度不高。目前,该专业毕业生最理想的就业方向以研究单位和高校居多,也有很多人选择进一步深造,进入国内外著名高校攻读硕士、博士。
报考指南
目前,我国有北京科技大学、南京理工大学、苏州大学等院校获批开设纳米材料与技术专业,2011年起首次招生。
方向不同,找准目标
已开设纳米材料与技术专业的院校都是在该领域领先的佼佼者。各校都有自己的培养方向和优势特色。考生可在报考时根据自己的兴趣爱好和各校培养方向认真选择。北京科技大学的纳米材料与技术专业着重进行各种纳米材料制备、纳米结构及性能表征、纳米材料应用等基础科学及应用技术方面的研究。南京理工大学人才培养的特点是能够满足微电子和光电子材料与器件、新型功能材料、高性能结构材料等战略性新兴产业领域中的用人需求。
报考看清专业名称
目前,教育部审批设置的高等学校战略性新兴产业本科专业中与新材料相关的,除了纳米材料与技术专业,还有功能材料、光电子材料与器件专业等。它们同属于工学中的材料大类。但在报考过程中还是要看清楚专业目录中各院校具体招生的名称,以免发生错漏。
如北京航空航天大学纳米材料与技术专业属于材料科学与工程学院,招生时按材料科学与工程专业大类招生。大连理工大学的纳米材料与技术专业属于化工与制药类,招生时按化工与制药大类招生。其他院校的都是以纳米材料与技术专业名称来招生的。
报考纳米材料与技术专业的学生最好在数学、物理、化学等科目有很好的基础,学习时更占优势。
专业推荐
推荐专业源自高校学生实名推荐数据。当前累计投票数量超过310万人次。通过实名注册的高年级学生或毕业生,根据本校各专业办学情况进行投票,推荐优势专业或特色专业。下图仅展示了部分高校纳米材料与技术推荐情况,星号为推荐指数。
来源 |阳光高考信息平台
据造价通信息网了解,中科院北京化学研究所承担的纳米研究国家重大项目――纳米材料与技术在水中污染物选择性消除中的应用基础研究课题,日前在北京通过验收。
该项目的实施在水中高毒性低浓度难降解微污染物的高效、选择性去除新材料、新原理及其安全性评价等方面取得了创新性成果,完成了预定任务,课题组织管理规范,通过结题验收。
本书是高等学校教材。全书介绍了纳米材料的结构和性能以及制备方法,并讲述了纳米材料的应用和纳米材料与技术的新进展。本书主要任务是使材料专业本科生对纳米材料有一个比较广泛的了解。通过本课程的学习可了解到纳米材料和技术的发展趋势,掌握纳米材料的基本知识和基本理论,包括纳米颗粒,纳米管线,纳米薄膜,纳米固体材料,纳米结构的概念、特点、性能和制备方法等。全书共分9章,第1章综述了纳米材料与纳米技术的发展历程;第2章讲述了纳米材料的分类、概念及其特性;第3章讲解了纳米粉体材料的制备技术及其特点;第4章到第6章分别介绍了一维纳米碳管、纳米固体材料、介孔材料的特点及其制备方法;第7章是纳米材料的分析表征技术;第8章叙述了纳米材料的应用;第9章为有关纳米材料的潜在危害。
本书适合从事或有兴趣于纳米材料与纳米技术研究或教学的教师、研究生、本科生等人员阅读,另外,有些章节也可作为科普读物。