材料科学与工程专业生物材料方向培养学生多元化发展和就业研究

为满足新时代国家发展和建设对各类人才的需求,高校需要推动对学生的多元化培养。通过阐述高校学生多元化发展的必要性及社会趋势,以材料科学与工程专业中生物材料方向的学生为研究对象,基于生物材料方向毕业生就业去向,总结出一套学生多元化发展的新型培养实践“In&Out”结合模式,即高校学生培养需实验室内(In-lab)和实验室外(Out-of-lab)联合进行。该模式的有效实施不仅需要指导教师和学生的共同努力,也需要学校的推动和相关制度的设定推行。

镁掺杂改性LiMn_(0.5)Fe_(0.5)PO_(4)/C正极材料与性能研究

低成本磷酸锰铁锂正极材料相比于磷酸铁锂能量密度提升15%,近年来受到广泛关注,但是差的电子/离子电导率导致其功率性能不佳,难以满足实际应用的需求。本工作设计了一种具有多级结构的镁离子掺杂磷酸锰铁锂正极材料,该材料由纳米级一次颗粒自组装的二次球组成,且每个一次颗粒表面都具有均匀的碳包覆层。掺杂在晶格内的镁离子通过增加八面体LiO_(6)间隙提升锂离子扩散速率,表面的碳层能够在二次颗粒内构建完整的导电网络,提升电子电导率。此外,纳微多级结构不仅缩短锂离子迁移路径,还可以避免长循环过程中纳米粒子的团聚。因此,所制备的磷酸锰铁锂材料在0.1C和5C电流密度下分别具有151.8 mAh/g和113 mAh/g的高比容量,1C电流密度下循环1000次后比容量保持率高达96.2%。

氟掺杂改性LiMn_(0.5)Fe_(0.5)PO_(4)正极材料及其电化学性能

目前磷酸铁锂材料由于其较低的能量密度难以满足使用需求。磷酸锰铁锂具有比磷酸铁锂更高的能量密度,同时兼顾磷酸铁锂低成本和晶体结构稳定性的特点。然而缓慢的锂离子扩散动力学和Mn^(3+)引起的Jahn-Teller效应导致材料的循环和倍率性能差,限制了磷酸锰铁锂实际应用。本工作通过引入F离子掺杂,构筑沿b轴取向生长的110nm纳米颗粒磷酸锰铁锂正极材料,探究了它们的基本物理化学性质与电化学性能,发现沿b轴取向生长并暴露的(010)晶面能够显著提升锂离子扩散动力学。此外,F离子引入显著增强了Li—O键以及PO_(4)^(3−)骨架结构,提高锂离子嵌入和脱出过程中晶体结构稳定性。因此,在0.1C和5C电流下,改性磷酸锰铁理正极材料可逆放电比容量分别为153mA·h/g和106mA·h/g。相比于未改性材料,1C循环750次后比容量保持率从90.6%提升到96.4%。

生物基环氧化天然橡胶形状记忆复合材料的制备与性能

以壳聚糖作为填料、脱蛋白环氧化天然橡胶(ENR)作为基质材料,制备了生物基形状记忆复合材料,通过傅里叶变换红外光谱、原子力显微镜、电子万能试验机等研究了该形状记忆复合材料的微观结构、力学性能及形状记忆性能。结果表明,加入壳聚糖后ENR的有序结晶相以更小、更均匀的尺寸分散在整个体系中;由于壳聚糖的增强增韧作用,该形状记忆复合材料的耐磨性能增强、力学性能逐渐提高。此外,壳聚糖的加入进一步提高了ENR的形状记忆性能。

聚三唑树脂/氮化硼纳米片复合材料的制备与性能

采用六方氮化硼(h-BN)、蔗糖和尿素以干法球磨的方式高产率制备了氨基和羟基功能化的氮化硼纳米片(BNNS-AH),对BNNS-AH进行了详细的表征,制备的BNNS-AH的厚度为1.5 nm,层数为4~6,平均直径约为1.5μm,产率可达91.0%,在水中稳定的分散液浓度可达30 mg/mL。然后以共混的方法制备了聚三唑树脂/氮化硼纳米片复合材料(PTA树脂/BNNS-AH复合材料),并研究了BNNS-AH的添加量对PTA树脂/BNNS-AH复合材料热性能的影响。结果表明:与PTA纯树脂相比,复合材料的玻璃化转变温度(T_(g))、质量失重5%时的温度(T_(d5))、导热系数均有明显提升,其中当BNNS-AH质量分数为3.0%时,复合材料的T_(g)达到243℃,提高了32℃;T_(d5)达到362℃,提高了19℃;导热系数为0.33 W·m^(-1)·K^(-1),提高了64.5%。

液体丁腈橡胶增韧丁腈橡胶/硫酸铜复合材料的制备及再加工性能

在笔者课题组之前的工作中,成功地制备和分析了无水硫酸铜(CuSO_(4))填充丁腈橡胶(NBR)复合材料(NBR/CuSO_(4)),结果表明,CuSO_(4)的加入有效地提高了橡胶的强度,但同时也牺牲了断裂伸长率和可回收性,其实际应用受到了限制。文中使用低分子量的液体丁腈橡胶(LNBR)增韧NBR/CuSO_(4),并制备了具有高力学性能和优异可回收性的NBR/CuSO_(4)/LNBR复合材料。X射线衍射、硫化曲线、差示扫描量热分析结果表明,LNBR对CuSO_(4)与NBR的配位反应具有抑制作用;扫描电镜结果表明,LNBR降低了NBR/CuSO_(4)的交联密度。当LNBR的含量为4 phr时,断裂伸长率为583.0%、拉伸强度高达34.2 MPa、断裂能为71.58 MJ/m^(3)。此外,LNBR的加入促进了Cu-腈基(—CN)配位键的断裂和重建,从而提高了NBR/CuSO_(4)/LNBR复合材料的回收能力,其中的一种复合材料经二次加工后的回收率保持在93.6%。

3,3',4,4'-联苯四胺改性邻苯二甲腈树脂及其复合材料性能

采用3,3',4,4'-联苯四胺(LBS)与联苯型邻苯二甲腈树脂(BPh)进行预聚反应制备改性联苯型邻苯二甲腈树脂预聚物(BLBS)。利用红外光谱法、差示扫描量热仪、旋转流变仪和热重分析对BLBS的固化行为、流变性能和耐温性能进行研究。结果表明,BLBS最低可在240℃前开始固化,但仍需要较高的温度才能固化完全;BLBS-3固化物在氮气和空气氛围中的质量损失5%时的温度(Td5)分别为549.4℃和555.6℃。石英纤维增强BLBS复合材料(QF/BLBS)具有优异的力学性能和耐热性能,玻璃化转变温度(T_(g))大于500°C,室温弯曲强度和层间剪切强度分别为711.5 MPa和48.5 MPa,400℃热处理2 h后弯曲强度和层间剪切强度分别为680.5 MPa和31.3 MPa。

高分子材料基因组研究进展

改变传统专家系统分析的方法,运用信息学中的科学计量方法,即基于信息学的第四研究范式,客观、全面地分析了高分子材料基因组领域的现状和发展趋势。研究表明,该领域已经进入了“快速发展期”,形成了一些稳定产出的学术团队。目前的研究热点主要集中于机器学习策略在高分子材料中的应用,并且在光电材料、高分子电介质材料、高分子纳米复合材料、高性能复合材料和高分子生物材料上取得了一定的进展。最后,结合目前的研究进展探讨了高分子材料基因组未来的发展方向。

2004年全国高分子材料科学与工程研讨会简报

由中国化学会、中国机械工程学会和中国材料研究学会联合主办,华东理工大学材料科学与工程学 院和清华大学高分子研究所联合承办的2004年全国高分子材料科学与工程研讨会,于2004年10月 26日至29日在上海市举行。 来自全国17个省市的高等院校、科研院所、产业部门共计57个单位的338名代表出席了会议,另 有部分海外高分子界同仁应邀参加了会议。大会开幕式由华东理工大学材料科学与工程学院院长林嘉 平教授主持。徐僖院士、黄葆同院士、中国化学会高分子学科委员会常务副主任徐懋教授、中国机械工 程学会材料分会会长谢锡善教授、华东师范大学副校长陈群教授、国家自然科学基金委董建华。

高介电复合材料的微观界面设计及研究进展

高介电复合材料是一类具有高介电常数、低介电损耗及高储能密度等特点的复合材料,在现代电子和介电储能等方面具有重要的研究价值和广泛的应用前景。高介电复合材料的结构设计对其介电性能有显著影响,通过不同类型的结构设计,可以合成具有特殊界面结构的复合材料,并将高介电常数、低介电损耗及高击穿强度等优势结合在一起,使复合材料的性能明显改善和增强。本文从材料结构设计角度出发,综述了有效提升复合材料的介电性质的微观结构构筑方法,包括构筑核壳结构、层状结构等微观结构并展望了未来可能的研究方向。

高分子材料工程实验中培养工程能力和创新能力的研究

介绍了高分子材料工程实验课程体系的改革思路。设计了"基本技能、综合型、设计(创新)型"多层次高分子材料工程实验体系,体现了在实验中对学生的专业基础理论、专业技术、工程能力、科学研究、创新意识的系统培养。

聚焦“复杂工程问题”的复合材料与工程专业课程体系构建

复合材料与工程专业基于工程教育认证标准,构建了支撑本专业毕业要求的课程体系。课程体系以工程类通识教育为平台,建立了具有专业特色的课程模块,通过不同的教学环节实现认证标准中解决复杂工程问题所需8项能力的培养。

复合材料与工程专业实践教学体系的构建与实施

专业实践教学是高等教育的重要组成部分,对于培养学生创新意识、创新精神和创新能力具有不可替代的作用。加强实践教学改革,必须要建立相对独立的实践教学体系。我们从专业实践教学体系的构建原则和运行保障出发,梳理复合材料与工程专业实践教学的理论和实践研究,并根据大学生创新实践能力的内涵要求,构建了以创新和实践能力培养为目标的高校一体化实践教学体系。

无机材料科学基础课程中烧结过程的教学改革尝试

本文介绍了无机材料科学基础课程中烧结过程的教学改革尝试。根据现今科技和工业生产的发展,我们删除了部分不太合适的知识,增加了一些新的知识;并以纳米陶瓷为案例,采用案例教学法开展教学。教改取得了一定的成效。

以实际课题为载体进行毕业实习 加强本科学生的工程能力培养

毕业实习是一次在毕业环节(论文或设计)前去工厂进行实习的工科实践性教学环节。我们在6年的相关教改工作中,用工厂实际课题为载体来组织毕业实习,取得了加强学生工程能力培养的良好效果。

高分子材料力学教学中利用沉浸式教学引入绿色工程系统思维的实践

高分子材料科学中对于绿色化学、生命周期、可持续发展的思考和应用,将有助于降低化学产品或材料的使用及生产对环境的有害影响。在高分子专业教学中引入生命周期和系统思维,是引导学生学会综合考量各种影响因素并设计绿色生产方案的有效途径。文章设计了一种利用沉浸式教学引导学生逐步适应并掌握绿色工程系统思维的方法,以便使学生在未来的工作中能够设计最优方案,避免材料生产和使用中的有害影响。实践表明,学生能够从研发、销售、使用、回收的全周期出发对项目进行评估,该方法对于材料学科和化学学科的教学也具有积极的现实意义。

新能源材料科学基础课程教学探讨

新能源材料科学基础是前沿交叉领域的一门专业基础必修课,在培养适应国家新能源战略需求的高级科学研究与工程技术的复合型人才方面发挥着重要作用。该研究发现新能源材料科学基础课程改革通过教材的合理选用、细致合理的课程内容设计、领域前沿发展内容的引入、配套课程的同步建设,可以取得良好的教学效果,有利于实现该课程和所属专业的教学目标。

基于“OBE”理念的《复合材料与工程专业实验》课程建设

根据复合材料与工程专业实验课程的课程目的、实验内容和类型、教学方式以及评估系统等四个不同的方向来展开关于学习产出的一系列教学研究,坚持以目标为导向的教育方向、以学生为中心的教学理念以及不断改进的质量文化,在很大程度上能够提高复合材料与工程专业的工程教育质量。

大学化学虚拟仿真实验教学建设——以水性聚氨酯聚合及超临界连续发泡虚拟仿真实验为例

介绍了水性聚氨酯聚合及超临界连续发泡虚拟仿真实验教学方法。通过三维虚拟仿真技术呈现复杂聚合物合成过程,使学生可以在直观、生动的场景中进行实验,实现真实的实验教学效果,而且在有限的时间内,可进行多次筛选设计实验,大幅度提高了实验效率。此教学方法同时解决了聚合实验材料有毒性危险、实验溶剂不易回收以及实验成本高等问题。此教学方法经过学生实际操作实践后,取得了良好成效。

材料类研究生创新实验平台的构建和管理

提升研究生的综合实践能力既是适应国家战略发展的需要,又是培养研究生实践能力的核心要素。针对材料类研究生培养过程中存在的创新实践资源不足、开放共享难以突破等问题,以新校区材料实验教学中心作为突破口,以专业实验室的人力资源和实验用房为依托,提出“构建材料类研究生创新实验平台”的具体对策,包括实验人员准入、实验药品申购、仪器精细化管理等。这也为同类院校的发展与改革提供了参考。