“新工科”背景下以学科竞赛培养学生创新创业能力——以材料类专业为例

学科竞赛顺应当前“新工科”建设需求,聚焦于培养学生实践创新、工程认知、资源整合等能力,已成为高校创新创业人才培养的一个重要抓手,也是当前教育行政管理部门主导的人才培养质量评估体系的重要指标之一。分析了学科竞赛在材料类专业“新工科”建设中的重要作用,并结合太原科技大学的实践经验,从课程体系、学习模式、管理制度等3个方面提出具体的实施路径。

铝酸钇晶体光学性质和热力学性质的第一性原理研究

铝酸钇(YAlO_(3),YAP)材料的光学和热力学性能优异,在固体激光、发光显示等领域显现出巨大的应用前景。本工作采用基于密度泛函理论的第一性原理研究,计算了YAP晶体的电子结构、光学和热力学性质。结果表明,YAP属于宽禁带绝缘体材料,价带主要是由O的2p电子态贡献,导带基本上是由Y的4d电子态确定,较宽的带隙为众多激活离子的掺杂提供了可能,有利于设计不同材料组成的发光体系,光学性质计算得到了YAP晶体三个不同方向上的介电函数谱、吸收谱、反射谱、折射率谱和能量损失谱,表明YAP材料的光学性质具有各向异性、定向可控的特点,通过对YAP材料声子色散谱的计算,确定了德拜温度随热力学温度的变化规律,在46 K时出现了德拜温度的极小值特征点571 K,处于高温极限时YAP的德拜温度稳定在830 K,证实了自由能、熵、焓、热容等热力学基本参数的温度依赖性。本工作从原子尺度分析了YAP材料的光学性质和热力学性质,为材料的性能研究,特别是YAP材料在低温下的应用提供了基础数据支持。

(Cu,Mn)_(3)O_(4)尖晶石晶体的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论方法,构建了不同Mn、Cu比例的Mn_(2)CuO_(4)和MnCu_(2)O_(4)尖晶石晶体模型,优化了晶体模型的结构,分析并揭示了两种尖晶石晶体的导电性质和光学性质随Mn、Cu比例的变化规律。计算结果表明,当Mn-Cu比例由2:1变为1:2时,尖晶石体系的带隙宽度会变窄。通过分波态密度分析可知,这是由于Cu比例增高导致体系费米能级附近的d态电子增加引起的,故而MnCu_(2)O_(4)表现出更好的导电性。而Mn_(2)CuO_(4)尖晶石具有更小的静态介电函数值,即Mn_(2)CuO_(4)载流子迁移率较小。分析光吸收和光反射函数图可知,Mn_(2)CuO_(4)与MnCu_(2)O_(4)均对紫外线区域具有强烈的吸收和反射作用。该工作可以推动(Cu,Mn)3 O_(4)系尖晶石晶体在金属连接体涂层上的应用。

Ag,N共掺锐钛矿TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理研究了未掺杂,Ag、N单掺杂及Ag-N共掺杂锐钛矿TiO2的晶体结构,电子结构及光学特性。研究结果表明,掺杂后锐钛矿TiO2晶胞膨胀,晶格发生明显畸变;Ag-N共掺杂TiO2禁带中引入新的杂质能级,导带下移,禁带宽度减小到1.34 eV,TiO2的光吸收带边发生明显红移,在紫外区和可见光区的吸收系数增大,提高了TiO2的光催化效率。

不同价态稀土元素Eu掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构及光学性质

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理的平面波超软赝势法对锐钛矿TiO2晶体和Eu3+,Eu2+分别掺杂的锐钛矿TiO2晶体的晶格参数、能带结构、态密度、差分电荷密度以及吸收光谱进行了计算。结果表明:不同价态Eu掺杂后锐钛矿TiO2晶胞膨胀,晶格都发生畸变;同时引入了杂质能级,减小了锐钛矿相TiO2的禁带宽度,TiO2的光吸收带边发生明显红移,在紫外区和可见光区的吸收系数增大。

Cu-I掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理,计算了未掺杂,Cu、I单掺杂以及Cu-I共同掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性质。结果表明,Cu、I单独掺杂TiO2都使得吸收带边红移,I单掺时I5p跟O2p态造成禁带宽度变小,吸收带边红移,Cu单掺时Cu的3d态杂质能级引入价带顶部造成禁带宽度变小,吸收带边红移更加明显。对于Cu-I共同掺杂TiO2,Cu主要作用于价带顶,I主要作用于导带底,进而引入杂质能级,使得禁带宽度明显减小,吸收带边明显红移,通过Cu-I协同作用形成电子、空穴俘获中心,有效地阻碍了电子-空穴对的复合,提高了对可见光的催化效率。

预变形和热循环对Ni_(50)Ti_(45)Ta_5形状记忆合金相变行为的影响

利用示差扫描量热仪研究了预变形和热循环对Ni50Ti45Ta5形状记忆合金相变行为的影响。研究结果表明:预变形后合金的马氏体发生了稳定化现象。形变后第一次热循环,逆相变温度增加,正相变温度降低;而第二次相变循环,马氏体的稳定化现象消失。热循环使相变温度降低,减少了相变热。

尖晶石质耐火材料的特性、生产与应用

镁铝尖晶石质浇注料是一种新型耐火浇注料,近年来已受到国内外的高度重视。本文介绍了镁铝尖晶石的特性、合成方法及尖晶石质耐火材料在国内的应用。

TiO_2光催化剂的掺杂改性及应用研究进展

国内外关于纳米TiO_2光催化剂有着广泛的研究和应用。离子掺杂能拓宽TiO_2光谱吸收范围,有效改善其光催化活性。综述了离子掺杂改性纳米TiO_2光催化剂的研究进展,分析了金属离子掺杂、非金属离子掺杂、多种不同离子共掺杂的掺杂机理及对TiO_2光催化性能的影响,介绍了纳米TiO_2光催化剂在污水处理中的应用现状。最后指出离子掺杂TiO_2和纳米TiO_2光催化剂在污水降解中存在的问题,并对今后的研究方向做了展望。

AZ61+xCe(x=0～1.5)合金的微观组织研究

研究了不同铈含量对AZ61镁合金铸态及热处理态显微组织的影响。结果表明:与AZ61合金铸态组织相比,加入铈后,合金中的β相数量减少,形态变细,铸态晶粒得以细化;含铈合金中大部分铈与铝结合生成高熔点、高热稳定性的Al3Ce稀土相;在固溶处理中,β相完全溶解而Al3Ce相仍以针状或棒状存在于晶界附近,起到了阻碍晶粒长大的作用。基于XRD、SEM、EDS测试结果,并应用Miedema混合焓模型对稀土相的形成进行了分析,由于Ce与Al的亲和力远大于Ce与Mg的亲和力,合金中Ce与Al结合形成Al3Ce稀土相。

机械球磨对Mg-Ni-10%-G-5%镁基复合材料表面活性的影响

镁基贮氢合金是现在研究比较多也是最有应用前途的贮氢材料,其优点在于储氢容量大,重量轻,加之地球上镁和氢气的资源丰富而有广阔应用前景。研究了机械球磨对Mg-Ni-10%-G-5%镁基复合材料表面活性的影响。研究发现,通过高能球磨对该复合材料进行机械合金化,可以使材料的成分均匀化,颗粒细化,表面积增大,从而充分发挥镍的催化作用和石墨的表面活化作用。实验条件下,经36h机械球磨,Mg-Ni-10%-G-5%镁基复合材料的粉末平均粒径细化到1.44μm,比表面积、表面活性增加显著。

材料科学基础精品资源共享课建设探讨

材料科学基础是工科材料工程和材料成型专业课程体系中的核心课程,涉及面广,可共享范围大,其精品资源共享课建设具有广泛的使用价值。从课程体系建设、师资队伍建设和课程教学资源建设三方面探讨该课程精品资源共享课建设内容和过程。

原位TiB_2/Al复合材料制备及凝固过程研究

利用原位法制备了TiB2/Al复合材料。根据X-射线衍射图探讨了增强相形成机制,测定了材料凝固动态曲线并分析了影响凝固的3个主要因素,采用扫描电镜研究了材料的拉伸性能。结果表明,当B2O3与TiO2的摩尔比为1.0时,反应式为:3TiO2+10Al+3B2O3→5Al2O3+3TiB2。影响材料凝固的3个主要因素是颗粒在母相中的分布,B2O3与TiO2的摩尔比以及反应温度。材料的强化主要是TiB2颗粒的弥散强化(即奥罗万机制)和TiB2为形核核心作用所导致的晶粒细化,材料的断裂属于TiB2颗粒被拔出而形成的微孔聚集型韧性断裂。

材料科学基础课程应用型教学方法初探

材料科学基础是材料及相关专业必修的一门专业基础课。其特点是教学内容多、课时长、理论性强,这些特点成为影响教学效果的主要因素。针对这些特点,探索了现有的教学基础上,侧重于应用型教学方法,以实际应用吸引学生注意力,以实际应用激发学生学习兴趣,以实际应用帮助理解基础理论,以此改进教学效果,提高学生解决"复杂工程问题"的能力,最终目的是达到毕业要求。

稀土相对AZ61镁合金力学性能的影响

研究了以AZ61镁合金为基体,添加不同含量的La、Ce、Nd、Gd稀土元素,生成的第二相尤其是稀土相Al11La3、Al4Ce、Al2Nd、Al2Gd对AZ61镁合金力学性能的影响。AZ61+2%Gd合金中的第二相大部分呈球粒状,其有利于提高合金的综合力学性能。

加入Ld、RE和Sb对镁合金AZ91D显微组织的影响

镁合金晶粒尺寸的大小对强度的影响较大,细化镁合金的晶粒可显著提高其力学性能。主要研究了加入稀土La和混合稀土RE以及细化晶粒元素Sb对镁合金AZ91D显微组织的影响。结果表明,稀土和Sb合金化所产生的(Al,Mg)11La3相、Mg3Sb2相、Al4RE相等大多以针状和杆状偏聚在晶界上,阻碍了晶粒的长大,起到改善晶粒和强化晶界的作用,合金经时效处理后得到均匀分布的短棒状的沉淀相,产生了沉淀强化效应。

加强高等工程专科教育实践教学的理论与实践

加强高等工程专科教育实践教学的理论与实践吴国玺，朱新宁，李春德，姜洪渤，宫长伟我校从１９８８年开始对炼钢及铁合金专业进行了大力度的改革。尤其在工程实践教学方面，采取了“五段式实习法”，制定了“生产实习成绩考核办法”等教改方法，取得良好教改效果，获冶金...