西部工科院校材料类专业人才培养实践与模式初探——以兰州理工大学材料科学与工程学院为例

随着我国东部沿海地区产业向中西部地区转移,中西部地区面临重大历史机遇。培养适应西部地区经济社会发展的相关人才,是实现产业目标的重要保障。以兰州理工大学材料科学与工程学院人才培养长期实践为基础,探索和总结材料类工程应用型人才培养和发展的措施,以期为普通工科高校材料类人才培养提供参考。

谈大学生科技创新活动的实施——以兰州理工大学材料科学与工程学院为例

胡锦涛总书记在中国共产党第十七次全国代表大会上的报告中强调，要“提高自主创新能力，建设创新型国家”和“优先发展教育，建设人力资源强国”。作为祖国未来和民族希望的当代大学生，其素质和能力如何，直接影响着中华民族的繁荣富强，科技创新活动对大学生成长成才发挥着重要作用。

工程教育认证背景下《冶金新技术》双语课程教学探索——以兰州理工大学为例

基于工程教育认证对冶金工程专业人才在国际视野和跨文化背景下进行沟通和交流的能力要求,以及当前我国冶金工程行业的新形势,本文以兰州理工大学冶金新技术双语课程为例,结合近两年的教学实践经历,分析了该课程的现状及存在问题。介绍了课程在利用线上教学平台、丰富课程资源、采用多种教学方法和实施多元化考核方面的探索,并进行持续改进,培养冶金工程专业复合型人才,以服务国际化、全球化的中国冶金行业。

理工类专业核心基础课思政改革的实践与探索——以兰州理工大学“电化学原理及应用”课程为例

在专业核心基础课程的教学中引入思想政治教育,是新时代"立德树人"和全方位育人的重要途径。该文以兰州理工大学功能材料专业的专业核心基础课"电化学原理及应用"课程为例,对于理工科类专业基础课程如何开展课程思政改革进行了探索和尝试。通过分析课程培养目标和现阶段的学生学情,总结了课程思政改革的顶层设计理念和实践案例,为理工科类专业核心基础课的思政改革提供实践经验。

基于专业课程项目式教学改革的创新创业教育——以兰州理工大学“聚合物共混改性原理”课程改革为例

以切实提高学生创新创业能力为出发点,在高分子材料与工程专业课程教学中,采用项目式教学改革,针对行业对功能化高分子材料的需要,设计项目题目,通过项目完成使学生掌握高分子材料改性及应用相关的基本知识,提高学生工程实践及配方开发的能力,并在项目实践过程培养学生创新能力。通过项目式教学案例,优化课程教学目标与教学资料,根据项目实施效果以及项目对课程基础理论的应用,建立课程评价机制,完善对学生能力的考核指标体系。最后,学生完成项目的同时可以对接学科竞赛,提高参赛作品质量,切实将教学改革落脚在提升课程教学水平、提高学生创新创业能力和综合素质方面。

新工科背景下研究生课程思政建设探索——以“材料科学与工程导论”课程为例

“新工科”对未来从事相关科技工作的材料类研究生有着高思想政治素养要求。在此背景下,本文通过对“新工科”背景下材料类研究生课程思政建设面临的挑战进行分析,提出“培育高水平课程思政教师团队→课程建设与时俱进、思政元素有机融入→知识、能力、育人评价有效、合理→持续改进”的闭环课程思政建设方案,为做好研究生课程思政建设提供路径支持,进一步明确“大思政”教育背景下研究生课程思政建设的发展方向。

BT@PANI核壳粒子的绿色制备及PVDF基复合材料的介电性能

聚合物薄膜介电电容器在新能源汽车、太阳能和风力并网发电与储能等领域具有广泛应用和广阔的发展前景。钛酸钡/聚合物复合材料具有介电损耗低、击穿场强高的特点,是电容器中核心部分高介电有机薄膜材料极具潜力的选择之一。目前,迫切需要解决高极化特性与低损耗难以协同改善的问题。本工作提出以苹果酸同时作为钛酸钡(BT)表面修饰剂和聚苯胺(PANI)掺杂剂,采用原位聚合法制备了BT@PANI核壳粒子,并以此为填料制备了聚偏氟乙烯(PVDF)基复合材料。结果显示,通过苹果酸与盐酸的两步表面改性法,可获得钛酸钡-苯胺阳离子(BT-An^(+))粒子,为此不同苯胺(An)与BT-An^(+)质量比条件下填料产物的核壳结构特征明显。当An与BT-An^(+)的质量比为0.5∶1时产物平均粒径最小,约为450 nm,粒径分布最窄,且电导率为1.46×10^(-3)S/cm。以此为填料,30%(质量分数)填充量的PVDF基复合材料在10^(3)~10^(6)Hz范围内介电常数保持在高值水平,由31仅下降到15,介电损耗在宽的频率范围内低于0.3,不仅表现出优良的频率稳定性,而且在获得较高的介电常数情况下,实现了介电损耗的有效抑制。此外,这项工作极大地降低了无机氧化性酸与有机试剂的使用率,为实现高性能介电复合材料的绿色制备提供了实验指导。

重新认知材料科学与工程

材料是人类文明、社会进步和科学技术发展的物质基础和技术先导。人类进入21世纪后开始认真思考材料、能源和环境的密切关系,越来越重视材料的可持续发展。材料科学着重于发现材料的本质,并由此对其结构与组成、性质、使用性能之间的关系作出描述与解释;而材料工程则是应用材料科学的知识,对材料进行控制并实现其具体应用。材料科学与工程包括四个要素—成分与结构、制备与加工、性能以及使用性能,四者之间密切关联,它们是材料科学与工程的核心所在,它们相互作用形成了一个四面体整体(即MSE)。在此基础上,将成分和结构分开,提出了六面体模型,并在中心位置加入理论、材料设计与工艺设计;在性能和使用性能的基础上,衍生出材料选择和材料优化;在考虑资源、环境的基础上,提出材料的环境协调性。这些发展无疑赋予材料科学与工程更为全面而丰富的内涵。

碳纳米管增韧Al-Mg合金复合材料的制备与性能研究

选择碳纳米管为增强相,通过搅拌铸造法制备了碳纳米管增韧Al-Mg合金复合材料,研究了碳纳米管的添加量对复合材料力学性能、微观组织以及韧性的影响,并探究了碳纳米管对Al-Mg合金的增韧机理。结果表明,掺入适量的碳纳米管后细化了Al-Mg合金复合材料的晶粒,晶粒尺寸约为80μm,当碳纳米管的添加量为0.8%(质量分数)时,复合材料的断口形貌最均匀。随着碳纳米管添加量的增大,复合材料的抗拉强度、断裂伸长率、硬度均表现出先增大后降低的趋势,当碳纳米管的添加量为0.8%(质量分数)时,抗拉强度、断裂伸长率和硬度均达到了最大值,分别为208.6 MPa、15.8%和53.1 HB。适量碳纳米管的添加显著改善了Al-Mg合金的韧性,使断裂延伸率逐渐增大,屈服阶段延长,韧性得到提高,这是因为适量的碳纳米管添加后能够与合金发生较好的结合,并贯穿于合金的裂纹中,发挥出了桥联作用,阻碍了裂纹的萌生和扩展,从而改善了Al-Mg合金复合材料的韧性,延缓了合金的失效过程,延长了合金的屈服阶段。综上分析可知,碳纳米管的最佳添加量为0.8%(质量分数)。

钢渣-矿渣基胶凝材料的协同水化机理

通过胶砂强度试验及X射线衍射仪(XRD)、热失重分析(TG-DTG)、扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)等微观测试技术,对不同配合比钢渣-矿渣基胶凝材料的力学性能、水化产物及其水化硬化过程进行了研究.结果表明:当胶凝材料的n(CaO+MgO)/n(SiO2+Al2O3)=0.90时,其水化后期有较多的水化硅酸钙、水化铝酸钙凝胶生成,微观结构更加致密,力学性能表现最优,28 d抗压强度和抗折强度分别达到20.20、7.25 MPa;pH值的变化反映出协同水化效应的关键在于钢渣活性矿物的溶解和矿渣的二次火山灰反应,钢渣和矿渣的最佳配合比可以保证水化程度有较高的水平.

钾、氯离子共掺杂纳米Li_(2)FeSiO_(4)/C正极材料的电化学性能

利用K^(+)、Cl^(-)共掺杂来优化纳米Li_(2)Fe Si O_(4)/C正极材料的结构及电化学性能,通过固相反应制备了纳米Li_(2-x)K_(x )Fe Si O_(4-0.5x)Cl_(x)/C(x=0、0.01、0.02)正极材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱和恒电流充放电等对比研究了3种正极材料的微观结构特征和电化学性能。研究表明纳米Li_(1.99)K_(0.01)Fe Si O_(3.995)Cl_(0.01)/C正极材料的晶面间距和晶胞体积最大,颗粒粒径最小,平均粒径为32 nm。这些特定的微观结构使其表现出最优的电化学性能。纳米Li_(1.99)K_(0.01)Fe Si O_(3.995)Cl_(0.01)/C在0.1C下的首次放电比容量高达203 m Ah·g^(-1),在1C下充放电循环100次的容量保持率为97.72%。

六水合氯化钙基相变材料对岩棉保温板储能和保温性能的影响

以岩棉板为载体,将自主研制的六水合氯化钙基相变储能材料均匀渗入到岩棉板,制备了六水合氯化钙基相变材料改性的岩棉/六水合氯化钙基保温墙板,研究了六水合氯化钙基相变材料对岩棉板储能隔热能力及其力学强度的影响.结果表明:相变材料加入赋予了岩棉吸热储能性能,使岩棉板保温性能得到提高.岩棉板对六水合氯化钙基相变材料的最大吸附量为30 wt.%,且该吸附量下的保温岩棉墙板显示出最大的比热容0.7001 MJ/(m^(3)·K).尽管该吸附量下复合板显示较大的导热系数0.0891 W/(m·K),但其相应热扩散率却最小,为0.1273 mm^(2)/s.热温度测试表明该吸附量下室内最高温度降幅达到3.4℃,表明导热系数不是影响岩棉板保温性能的唯一因素,采用热扩散率评估其保温性能更为合理.SEM显示六水合氯化钙基相变材料黏附于岩棉纤维之间且形成了稳定的空间网格架构,有效提高了岩棉板的抗压强度.

电动汽车退役动力电池中LiFePO_(4)材料再生利用研究进展

随着“碳达峰、碳中和”目标的提出,新型环保的储能器件迎来了极大的发展前景。特别是,锂离子电池(Li B)凭借其能量密度高、使用寿命长等诸多优势在众多储能器件中脱颖而出。磷酸铁锂(LiFePO_(4))材料由于具有热稳定性好、循环次数高、服役时间长、无记忆效应等优势迅速成为电动汽车动力电池正极材料的主流。随着大规模LiFePO_(4)型电池退役浪潮的到来,如何处置和利用这些废旧电池已成为国内外亟需解决的热点问题。以LiFePO_(4)型电池的失效机理为基准,从宏观和微观两个角度分析了废LiFePO_(4)材料再生前后的变化,并从补偿锂和构建还原环境两个维度对废LiFePO_(4)材料直接再生技术的相关研究进展进行了综述,明确提出废LiFePO_(4)正极材料更适合走直接再生的回收路径,以期实现废LiFePO_(4)材料的科学回收。

固溶时间对Ti@(Al-Si-Ti)_(p)/A356复合材料组织及力学性能的影响

采用粉末触变成形技术制备了原位自生心-壳结构增强A356铝基复合材料,并研究了固溶时间对Ti@(Al-Si-Ti)_(p)/A356复合材料显微其组织及力学性能的影响。结果表明,随着固溶时间增加,初生α-Al相颗粒粗化长大;共晶Si相不断溶解,晶界上残余的共晶Si粗化、球状化;Al基体、Ti心部继续反应,增强体颗粒壳层发生相转变。复合材料在545℃固溶处理1 h时,力学性能达到峰值,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为263.9 MPa、175.1 MPa、20%,比制备态复合材料分别提高了7.3%、21.4%和12.4%,维氏硬度也从59.3 HV提高到72.8 HV。

新工科背景下以学生为中心的“三化、二评、一改”教学创新实践——以“工程材料”课程为例

以“工程材料”课程为例,分析量大、面广课程教学现状及其在提高教育效果的教学创新过程中面临的挑战,在新工科背景下,提出以学生为中心的“三化、二评、一改”教学创新实践方案,实现了共性、特性教育的平衡,提高了教育效果,保证了教育效率,有力支撑复合型创新人才的培养,助力地方产业升级。

蜂窝状多孔碳材料装载硫单质及其在锂硫电池中的储能性能研究

单质硫及其放电最终产物Li_(2)S的绝缘性以及两者密度差异引起的结构坍塌等问题严重阻碍了锂硫电池的进一步发展,找寻合适的基体材料是解决上述问题的有效策略。本工作选用一种蜂窝状多孔碳作为硫正极的基体材料,通过常规的熔融扩散法将硫单质固定在碳孔隙中,并利用SEM、XRD、XPS和BET等方法对多孔碳@单质硫复合材料进行了表征。结果表明,硫单质均匀地负载在碳骨架中。同时,蜂窝状结构碳不仅为硫单质提供了电子导电网络,也保证了正极的稳定性。更重要的是,蜂窝状的结构为循环过程中硫正极的体积膨胀提供了一定的缓冲空间,缓解了结构坍塌这一问题。此外,碳基体丰富的孔隙度在一定程度上减少了多硫化物的穿梭。因此,在0.1C的倍率下,多孔碳@单质硫复合材料首次放电比容量高达1125.9 mAh/g,300次循环后比容量可保持305.1 mAh/g。

材料力学性能课程考核体系与学科竞赛的融合策略与实践

当前工程教育领域正面临着培养学生实践能力和创新思维的重大挑战。为了应对这一挑战,大学课程的教学及考核模式亟需改革,以更好地激发学生的学习兴趣和提升其专业技能。通过查阅文献和理论分析,发现学科竞赛在提高学生综合素质、专业技能和创新能力方面有着重要作用。当前材料力学性能课程的考核体系存在局限性,难以充分激发学生的学习积极性和参与度。为此,提出融合策略,即从课堂教学、考核内容、考核形式、考核成绩构成等方面进行教学改革研究,构建了学科竞赛、科研训练与课堂教学有机融合的方式,以加强学生的实践能力和创新思维,为其他专业课程与学科竞赛的有效融合提供了参考,并有助于推动工程教育模式的创新,培养更多具有实践能力和创新思维的高素质人才。

高性能金属材料在汽车轻量化中的应用

随着社会对环境保护和能源节约的日益重视,汽车工业面临降低车辆自重、降低燃料消耗的巨大压力,汽车轻量化成为实现汽车行业可持续发展的关键举措之一。高性能金属材料以卓越的机械性能、良好的成型性能和较高的比强度等优势,在汽车轻量化中发挥越来越重要的作用。该文对高性能金属材料在汽车轻量化中的具体应用及面临的挑战进行分析,提出高性能金属材料在汽车轻量化中的应用策略,以推动汽车轻量化技术的良性发展。

BP神经网络法确定工程材料评价指标的权重

针对工程选材综合评价中评价指标的权重难以合理确定这一问题,构建了BP神经网络法赋权模型。在此基础上,以汽车车身用有机涂层材料评价指标权重的确定为例,以经加权平均法合理评价的15种有机涂层材料作为网络训练样本(8个评价指标和加权平均法所得评价结果作为具体的样本数据),根据上述赋权模型,确定汽车车身用涂层材料8个评价指标的权重。以所得权重,根据改进理想解法对5种候选汽车车身用涂层材料进行综合评价。评价结果表明,最佳候选材料为丙烯酸树脂,与实际应用一致。说明评价所采用的权重客观合理,即采用BP神经网络法确定工程材料评价指标的权重合理可行。

工程材料选用方法研究现状及发展趋势

从工程材料选用的原则及方法出发,概述了近年来选材工作的研究进展,列举了现代选材在工程中的具体应用实例,加深对材料选择研究领域的理解。并对材料选用研究作了展望。