功能材料领域研究生多学科交叉融合培养探索与实践

面向高质量的资源保障和人民群众的美好生态环境需要,积极探索新时代功能材料领域研究生的培养模式,向社会输送大批具有家国情怀、多学科交叉融合、能解决重大问题的创新人才显得尤为重要。通过将思想政治工作贯穿教育全过程,树立材料学科自信,实现“立鸿鹄志、做奋斗者”的价值塑造;强化矿物资源、环境、材料等多学科交叉,以及科教、产教融合,实现“人才培养链”与“科研创新链”双链合一;以重点科研项目为载体,引领研究生全程实践,提高科研综合素质;着重培养学生的创新精神、创新能力、实践能力,全力培养学术创新精英和产业创新领袖,形成多学科交叉融合培养功能材料领域研究生的模式。该培养模式已经取得良好的人才培育效果。

“软物质光功能材料、器件及其调控”专刊序

液晶作为一种典型的软物质,同时具有液体和晶体的特征,存在着丰富的相态(包括向列相、近晶相、胆甾相、蓝相等)。通过表面处理、光控取向等方式可以对液晶分子的指向矢进行空间设计甚至像素化操控,从而产生多样的光学调控功能。另外,液晶还具有灵活的可重构特性,其分子结构和排列可以在外场刺激(如电、磁、光、热等)下发生改变,具有调控方式多样和易于加工等优点。鉴于此,液晶及其复合材料在多个领域中展示出强大的光学调控功能和灵活的调控能力。例如,基于几何相位及取向设计可以开发以偏振光栅、透镜为代表的平面光场调控元件,有望替代传统光学元件,实现虚拟现实与增强现实等领域的应用;此外,将液晶的可调谐功能应用于光波导中,能够为光纤集成器件和光波导器件带来光束整形和傅里叶变换光谱等功能;而液晶弹性体凭借其刺激响应及可编程形变的特性,在软体机器人及微型执行器等领域展现了巨大的应用潜能。

新工科背景下功能材料专业多元交叉复合型人才培养探索

21世纪以来,对于材料科学与工程同其他众多高新科学技术领域交叉融合的需求逐渐提高。功能材料专业应运而生,北京工商大学的功能材料专业2019年获批建设。该文在具体方法上讨论四个方面内容,即课程模块化建设和课程组建设构建多元交叉的课程体系;课程团队共建、教师教育背景多元化、促进教师交流合作等建设多元交叉的教师队伍;共建教学科研平台和实习实践基地及共建学生创新创业团队搭建多元交叉融合的教学资源与教学科研平台,以及强化实践教学。通过该文的实践和探索,为促进学科间相互渗透交叉、专业可持续发展及复合型优秀人才的培养提供参考。

创新创业导向下无机功能材料教学改革与探索

“无机功能材料”是材料化学专业的重要专业方向课程之一,对学生专业素质的培养具有重要作用。本文主要对创新创业导向下该课程教学改革及成效进行总结。无机功能材料课程内容主要围绕无机功能材料的制备、结构、性能及应用展开,该课程知识面广、知识点复杂,教学难度较大。针对传统教学中存在的问题,分析了无机功能材料课程融入创新创业教育的重要性,将教学融入创新创业教学理念,丰富教学内容,转变授课方式和考核模式,学生的学习积极性得到了激发,开拓了学生的创新改革意识,对培养创新创业人才具有重要意义。

电子功能材料生产过程节能技术规范金属材料标准分析

为响应国家绿色低碳要求,支撑金属功能材料行业发展,钢铁研究总院牵头制定《电子功能材料生产过程节能技术规范 第1部分:金属材料》,介绍了该标准制定的背景,重点分析了本次标准制订的术语定义、产品分类、考核评价要求等内容,结合产品应用及产业现状,提出相关建议,从而有效指导行业使用该标准,推动行业技术进步,提高行业的高质量发展水平。

复合功能材料原位修复氯代烃污染地下水的长效性研究

针对我国地下水氯代烃污染问题,以椰壳生物炭和零价铁为主要原材料,研制了一种具有生物活性的复合功能材料,并在江苏某氯代烃污染地下水场地开展了中试研究.现场监测数据显示,复合功能材料可持续缓释碳源和铁源,能够实现脱氯降解菌驯化生长.通过16S rRNA基因测序发现,可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier,PRB)运行1140天时,复合功能材料中脱氯降解菌的相对丰度(1.9%~8.3%)高于初始PRB材料(0.5%).PRB运行1140天后,复合功能材料的表面形态仍保持稳定.在2000天的运行周期内,PRB对不同氯代烃污染物的去除率为13.7%~100%.复合功能材料可通过吸附、铁还原和微生物降解复合机制高效去除地下水中的氯代烃.研究可为氯代烃污染地下水原位修复提供重要技术支撑.

针对功能材料专业学生《材料科学基础》课程改进研究

《材料科学基础》是所有材料专业本科生的一门非常重要的专业必修基础课程,主要描述了材料的成分、微观结构、晶体缺陷、材料的形变与再结晶、相图以及材料的功能特性等。通过该课程的教学,使学生具备对材料基本认识与基础知识的理解。针对功能材料专业学生,将该课程与稀土功能材料相结合,通过理论联系实际的方式增强该课程对特定专业的应用。通过调整教学内容、教学方法和增加实验教学的方式,达到提升《材料科学基础》教学质量的目的,并培养出适应新产业变革和新技术革命的专业人才。

三氮唑冠醚型超分子功能材料的合成及性能研究

以三唑类化合物4-氨基-1,2,4-三氮唑、18-冠醚-6和高氯酸为原料,获得一种新型的有机-无机杂化功能材料(18-crown-6)(C_(2)H_(2)N_(3)N_(H)_(3))(C10_(4))(1)。对其进行了红外光谱、单晶X射线衍射、介电常数、热重(TG)、粉末X射线衍射(XRD)等分析测试,由单晶X射线衍射测试结果表明,该化合物在低温和室温下空间群均为C2/c,属于单斜晶系,晶胞内(C_(2)H_(2)N_(3)NH_(3))^(+)阳离子结构呈现有序-无序运动,质子化的4-氨基-1,2,4-三氮唑离子通过氢键相互作用镶嵌入18-冠醚-6环内,在c轴形成一维链状超分子结构。通过变温变频介电测试发现化合物1在a、c轴方向上240~280 K温度范围内产生明显的介电异常,这可能是有机阳离子及无机阴离子发生分子运动导致的。

pH响应生物质功能材料的制备及其变色与油水分离应用

利用3-氨丙基三乙氧基硅烷对虾青素和2-羟基-1,4-萘醌进行偶联修饰,并引入棉纤维浆粕,通过抽滤-挤压的方式构筑pH响应生物质变色材料;采用红外光谱、X射线衍射分析和X-射线光电子能谱等检测手段对pH响应生物质变色材料进行性能表征;探究了其在不同酸碱性环境下的变色性能及变色可逆性。该变色材料对水相及油相展现出的不同润湿行为测试证明其具有突出的超亲水/水下超疏油性能,并展现出良好的油水分离效果。

DMSNs基功能材料对染料吸附降解性能的研究进展

染料作为工业废水污染物对人类健康和生态环境造成了严重危害,如何绿色高效的去除废水中染料及其衍生物具有重要意义。树枝状介孔二氧化硅纳米粒子(DMSNs)具有中心辐射状孔道、比表面积大、孔隙率高等特点,因而在染料治理领域备受青睐。本文介绍了DMSNs对染料吸附降解性能的最新研究进展,涉及染料主要包括亚甲基蓝、甲基橙、刚果红、孔雀石绿等。重点阐述了DMSNs基吸附剂的制备方法及其对染料的吸附降解效率,为后续相关研究提供参考。最后对DMSNs基功能材料处理染料的发展趋势进行了总结与展望。

滑动电接触梯度功能材料电枢熔化磨损特性仿真研究

该文提出一种利用梯度功能材料电枢提高电枢表面熔点、降低电枢熔化磨损率,从而延长电磁轨道发射器中轨道使用寿命的方法,并通过多物理场耦合仿真选择合适的电枢梯度功能材料,研究梯度功能材料电枢的熔化磨损特性。在COMSOL Multiphysics仿真软件中采用“平板式”分层的梯度功能材料模型,将各层复合材料的物理性能表示为关于功能体材料体积分数的函数,模拟在电流流经结构体电阻以及电枢-轨道表面接触电阻产生的焦耳热影响下,电枢于初始阶段的熔化情况。结果表明,铬更适合作为功能体材料加入铝基体形成梯度功能材料电枢,铌、钼次之,而铜功能体梯度功能材料电枢的抗熔化磨损能力较弱。该文仿真实验和结果对梯度功能材料电枢的研发和试验具有一定的指导意义。

数字化引领功能材料专业课程混合式教学创新与实践研究

该文旨在探讨数字化背景下功能材料专业课程混合式教学模式的创新与实践。通过分析当前功能材料专业的教学现状,结合数字化技术的发展趋势,提出混合式教学模式的构建策略,并通过具体的教学实践案例,验证该模式的可行性和有效性。研究发现,数字化引领的混合式教学不仅能提升学生的学习兴趣和参与度,还能提高教学效果,为功能材料专业的教学改革提供新的思路和方法。

“建筑功能材料”课程教学的现状及改进策略

为了培养高水平建材行业从业人员,文章首先简述了“建筑功能材料”课程,然后分析了“建筑功能材料”课程教学现状,最后提出了“建筑功能材料”课程教学改进策略。

功能材料课程思政教学设计——以超导材料课程为例

采用“主导—主体相结合”的教学结构,设计功能材料课程思政内容,基于建构主义理论,通过基于问题学习、探究性学习、情境性学习和发现学习模式相结合设计课程思政教学策略,进行功能材料课程思政的教学设计。结合工学类专业课程思政实施的指导思想,将政治认同、家国情怀、职业理想和职业道德、责任感和使命感、大国工匠精神等思政元素融入课程教学。将知识和能力教育与思政教育相结合,很好地发挥了课程的育人作用。

用于VOCs消除的功能材料研究进展

随着经济快速发展,人类活动产生的挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)不仅会破坏大气环境,还会严重危害人体健康。在治理VOCs废气的典型技术中,吸附法、等离子体法、催化燃烧法、光催化氧化法等均具有良好的应用前景。材料性能是影响VOCs治理效率的关键因素,不同的技术原理使材料制备和优化方向存在差异,如吸附法需重视所选材料的孔道结构等与VOCs分子尺寸、性质的关系;等离子体法要强化催化剂与等离子体的协同作用;催化燃烧法涉及材料的氧化还原能力;光催化氧化法则是材料对光能的有效转化能力等。所以,明确各类技术中所用功能材料的改进重点,才能为相关材料的设计提供思路,大幅改善VOCs消除的效率。最后,对用于VOCs消除的材料研发提出了更高要求,包括具有良好抗中毒性能的材料、可协同消除多组分污染物的材料、取长补短的组合技术以及资源化利用技术。

《功能材料》征稿启事

《功能材料》1970年创刊,国内外公开发行,以研究论文为主,科学综述为辅。主要报道功能材料科学与工程各领域最新成果的原始论文和研究报告以及新材料、新技术最新进展的综合论述。《功能材料》学术作风严谨,科技视野开阔,在国内外材料科学与工程界具有重要影响。被列为:中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊。

超分子大环可控自组装构筑功能材料

由于大环主体分子优良的主客体识别性质,基于超分子大环主体可控自组装构筑的功能材料已经在诸多领域得到了发展和应用.文中介绍了近年来本研究团队在超分子大环可控自组装构筑功能材料领域做出的一系列研究工作.

污废水中污染物去除的功能材料研究进展:元素物质-合成改性-工艺工程的尺度效应

污废水中的有机污染物、重金属离子和病毒性微生物等造成了严重的水环境污染,对人体健康和生态系统也造成严重威胁,有效控制污废水的风险成为保护环境和可持续发展的重要研究方向。环境功能材料作为一类具有污染物净化效果的辅助性手段,在降低水污染风险中展现出巨大的科技潜力。本研究探讨元素物质的选择、合成改性策略和工艺工程的优化3个尺度层面的现状与发展;以碳元素、硅元素和金属元素为例,介绍新型功能材料的特征;从溶剂热法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、化学气相沉积法、绿色合成法以及表面功能化改性讨论了合成技术策略;关于工艺工程应用方面,固定床-吸附床-流化床、电场-光场-磁场、物理-化学-生物、循环-再生-处置和协同放大效应等的产业生产/连续运行方面值得关注;在性能、经济性、环境影响和可持续性方面进行评价,强调了安全-稳定-长效-满负荷-优化的工艺工程技术应用目标。未来的环境功能材料发展应聚焦3D打印材料在污废水处理中的应用、智能工艺和智慧管理、群体感知和信息诊断以及场域效应和量子探针等技术方向的结合,在水质改善-材料功能挖掘-可持续循环发展方面提供新的技术领域。

《环境功能材料》专辑序言——环境功能材料在生态环境中的作用机遇与前沿动态

环境功能材料隶属化学、材料和环境交叉学科,是资源与环境领域重要的研究方向,在党中央国务院关于协同推进“降碳、减污、扩绿、增长”、在本世纪中叶全面建成美丽中国的战略目标和宏伟蓝图中起着非常重要的科技支撑作用。近年来,随着材料科学的进步和环境化学研究的不断深入,微纳米技术、精密仪器表征测试技术和计算软件模拟等新技术的引入与渗透,环境功能材料研究与应用领域迎来了重大的发展机遇,取得了一大批重要的原创性成果和突破。

功能材料在好氧堆肥中的应用研究进展

好氧堆肥是实现有机固废循环利用的可靠技术。介绍了好氧堆肥特点、腐殖化机理以及堆肥过程中存在的主要问题,即发酵周期长、元素流失率高及腐殖化程度低等。归纳了功能材料影响好氧堆肥机理及研究进展,进一步总结了不同功能材料在好氧堆肥中的应用现状。基于以上分析,对未来功能材料强化好氧堆肥研究方向进行了展望。