示范性虚拟仿真实验教学一流课程的建设与应用

虚拟仿真技术与实验课程教学相结合,已成为实验教学信息化改革的重要内容.以“超硬材料合成与应用”课程为例,针对高压物理实验设备体积庞大、价格昂贵、实验操作存在危险性等问题,开发超高压物理实验技术虚拟仿真实验教学项目,探讨并改进教学方法与教学手段,探索"以虚补实、虚实结合"的虚拟仿真实验教学一流课程建设.

超高压物理实验技术虚拟仿真实验设计与实现

为解决传统高压物理实验教学中设备投入高、数量不足、实验空间受限等问题,自主开发了超高压物理实验技术虚拟仿真实验。该实验以超硬材料立方氮化硼的合成与分析过程为主线,划分为原料称量及预处理、六面顶压机高温高压合成样品及样品性能测试分析3个实验任务,实验操作允许学生在一定范围内自主设置实验参数、合成条件,通过不断仿真练习,形成对实验工艺流程、仪器设备操作的正确认识和超硬材料合成原理的深度理解,提升学生自主学习、探究问题、解决问题的能力。

OTO混合教学模式的研究与实践

OTO混合教学模式是综合利用MOOC资源与传统高等教育的优势,将线上学习与线下课堂教学相结合的新兴教学模式。在计算机网络课程教学中使用OTO混合教学模式,不仅可以极大地促进学生学习的主动性,而且也取得了良好的教学效果。

人工智能背景下物理师范生教学素养的培养机制研究

人工智能的不断发展推进了教育领域的创新、教育应用项目。人工智能走进课堂,让未来教育真正拥有"智慧",也为师范生的教育提出了挑战。本文基于新时代师资培养中存在的问题,从教学素养内涵出发,探讨了人工智能背景下物理师范生教学素养的培养机制。

利用PASCO传感器探究气体等温变化规律

利用PASCO数字化传感器能够迅速、准确地测量气体的压强,并借助实验系统软件强大的数据处理功能,得到压强p和体积V之间的定量关系,验证了玻意耳定律.

添加Nb对FeCoZrB合金结构和性能的影响

用单辊快淬法和非晶晶化法制备Fe76Co6Zr9B9和Fe76Co6Zr7Nb2B9非晶及纳米晶合金,用多种测试手段对两种合金的热曲线、显微组织及磁性能进行测试,研究添加原子数分数为2%的Nb对Fe76Co6Zr9B9合金结构和性能的影响。结果表明:不含Nb的Fe76Co6Zr9B9合金化产物含有亚稳相及α-Fe(Co)相,其矫顽力(Hc)较大,为半硬磁合金材料;添加Nb的Fe76Co6Zr7Nb2B9合金晶化产物仅含有α-Fe(Co)相,为良好的软磁合金材料。添加原子数分数为2%的Nb抑制了合金化过程中亚稳相的析出,降低晶粒尺寸,提高了合金的比饱和磁化强度并明显降低合金的Hc。

氟对Tb^3+激活硅酸盐闪烁玻璃发光性能的影响

采用高温熔融法制备组成为61SiO2-2AlF3-x BaF2-(25-x)BaO-6Gd2O3-6Tb2O3(x=0、5、10、15、20、25)的钆-钡-硅酸盐闪烁玻璃。测试玻璃密度,分析紫外-可见透射光谱、激发光谱、发射光谱、荧光衰减曲线和X射线激发发射光谱,研究BaF2取代BaO对Tb^3+发光性能影响。结果表明:随BaF2逐渐取代BaO,玻璃密度略有降低,紫外截止波长向短波方向移动,但Tb^3+的发光强度显著提高,荧光寿命变长。以X射线为激发源时,BaF2完全取代BaO后,Tb^3+的发光强度较取代前提高1.6倍。与BGO闪烁体相比,积分闪烁效率达到BGO闪烁体的123%,表明Tb^3+激活钆-钡-硅酸盐闪烁玻璃在X射线探测或成像领域极具应用潜力。

Ge添加对Fe基纳米晶软磁合金结构和性能的影响

采用单辊快淬法制备Fe81-xCoxZr7Mo2B10-yGey(x=10,40;y=0,1)系列非晶合金,在真空条件下对非晶合金在温度为525~625℃进行热处理。借助差热分析仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)和振动样品磁强计(VSM)等进行合金的热性能、微观结构及磁性能分析。结果表明:添加Ge对低Co和高Co含量合金的热性能、微观结构、磁性能的影响不同;低Co合金,添加Ge可降低合金晶化峰值温度,增大α-Fe(Co)晶粒尺寸,促进晶粒均匀分布;高Co合金,Ge的添加对合金晶化峰值温度和α-Fe(Co)相晶粒尺寸影响不大;Ge添加与否对热处理后合金的矫顽力(Hc)值影响不大。

硫化时间对Cu_2ZnSnS_4薄膜结构和性能的影响

采用磁控溅射法顺序沉积Cu/Sn/ZnS/Cu/Sn/ZnS/玻璃金属预置层,在530℃经1.5、2.0、3.0 h硫化热处理制备Cu_2ZnSnS_4(CZTS)薄膜,研究硫化时间对CZTS薄膜性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-VIS)等一系列测试设备对薄膜的结构、组分含量、表面形貌及光学带隙进行表征及计算。研究发现:由于前驱体中Cu_6Sn_5致密层的存在,硫化1.5 h时元素间反应不充分;随着热处理时间的增加,元素间反应更加充分,抑制薄膜中Sn元素的挥发,经2.0、3.0 h硫化热处理后的薄膜为单一CZTS相;同时,随着硫化时间的增加,CZTS薄膜的晶化程度提高,颗粒尺寸和禁带宽度增大。

升温速率对Fe_(79)Zr_8Mo_1B_(12)非晶合金晶化过程及磁性能的影响

采用单辊快淬法制备Fe_(79)Zr_8Mo_1B_(12)非晶合金薄带,在升温速率为5、20℃/min时对合金进行不同温度的热处理。利用X射线衍射仪(XRD)和振动样品磁强计(VSM)研究不同热处理条件下合金的微观结构及磁性能。结果表明:Fe_(79)Zr_8Mo_1B_(12)非晶合金在两种升温速率下热处理具有完全不同的晶化过程;当升温速率为5℃/min时,初始晶化产物仅为α-Fe(B)相;当升温速率为20℃/min时,初始晶化产物为α-Mn型亚稳相和α-Fe相。晶化产物的不同导致两种速率下合金的矫顽力Hc随热处理温度的升高呈不同趋势。

硫化和硒化对Cu/Sn/ZnS预置层薄膜结构和性能的影响

采用磁控溅射法沉积Cu/Sn/ZnS预置层薄膜,经硫化和硒化热处理制备Cu_2ZnSnS_4和Cu_2ZnSnSe_4薄膜,研究两种热处理方式对薄膜的结构、形貌及性能的影响。结果表明:硫化和硒化热处理制备的Cu_2ZnSnS_4和Cu_2ZnSnSe_4薄膜均为单一锌黄锡矿结构;两种薄膜表面及横截面的颗粒致密且均匀,硒化后薄膜的颗粒尺寸和横截面的附着力均优于硫化后的;预置层经硫化及硒化热处理后薄膜的带隙分别为1.58、1.43 e V,硒化后薄膜的带隙明显小于硫化后的。

添加Mo和Co对FeZrB合金结构和性能的影响

用单辊快淬法制备Fe80Zr10B10、Fe80Zr8Mo2B10、Fe72Co8Zr10B10及Fe72Co8Zr8Mo2B10非晶合金,通过等温热处理得到相应的纳米晶合金。利用同步热分析仪(STA)、X射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)测量合金的热曲线、结构及磁性能。研究Fe80Zr10B10合金中单独添加Mo、Co,以及复合添加Mo、Co对Fe80Zr10B10合金结构和性能的影响。结果表明:在Fe80Zr10B10合金中单独添加Mo或Co,降低了晶化产物中α-Mn型亚稳相的晶化体积分数,提高了合金的比饱和磁化强度比饱和磁化强度、降低了合金的矫顽力矫顽力;复合添加Mo和Co的Fe72Co8Zr8Mo2B10合金晶化产物仅含有α-Fe(Co)相,完全抑制了合金中亚稳相析出,具有比其他合金更高的Ms、更低的Hc。

快速热处理的[Fe/Pt]_n薄膜的结构和磁性

采用直流磁控溅射方法在Si基片上制备[Fe/Pt]_n薄膜,利用X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线衍射仪(XRD)和振动样品磁强计(VSM)分析薄膜的组分、结构和磁性.研究结果表明:[Fe/Pt]_n薄膜经过600℃快速热处理,得到了L10-Fe Pt薄膜.对于[Fe(x nm)/Pt(0.5 nm)]n薄膜,当Fe层厚度为0.7 nm时,薄膜的有序度最大,平行膜面和垂直膜面的矫顽力均最高;对于不同调制周期的[Fe/Pt]_n薄膜,有序度随调制周期先增大后减小,平行膜面的矫顽力均高于垂直膜面的矫顽力,当调制周期为2.4 nm时,薄膜平行膜面的矫顽力最大.

ZnS溅射时间对Cu_2ZnSnS_4薄膜性能的影响

采用磁控溅射法制备不同ZnS溅射时间的Cu/Sn/ZnS前驱体薄膜,并利用双温区高温管式炉对薄膜进行硫化处理制备Cu_2ZnSnS_4薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪和紫外-可见分光光度计对薄膜的结构、表面形貌、化学成分和光学性能进行表征。结果表明,随着ZnS溅射时间的增加,薄膜中Cu/(Zn+Sn)的比值降低,Zn/Sn的比值明显增加,薄膜表面变得粗糙,禁带宽度增加。

磁场预退火对FeCo/SiO2薄膜结构和磁性的影响

采用溶胶-凝胶旋涂工艺并结合氢气还原在Si(001)基片上制备FeCo/SiO2薄膜。将薄膜样品在0、800 kA/m磁场中于400℃真空退火1 h后于900℃在氢气气氛中还原得到FeCo/SiO2薄膜。利用X射线衍射仪和振动样品磁强计对样品的结构和磁性进行分析。结果表明:随着FeCo/SiO2薄膜中FeCo含量的增加,FeCo的晶粒尺寸增大,出现单畴-多畴转变,垂直膜面方向矫顽力先增大后减小,磁场预退火抑制FeCo晶粒生长,使单畴-多畴转变可在FeCo更高含量发生;平行膜面矫顽力变化相对复杂;饱和磁化强度值随着FeCo含量增加呈单调增加趋势,磁场退火对其影响较小。

掺杂方式对FeCo/SiO_2复合薄膜择优取向的影响

采用溶胶-凝胶工艺将Al均匀掺入FeCo/SiO_2复合薄膜中,与Al作为籽层掺杂相比,研究不同的掺杂方式对FeCo(200)择优取向的影响。结果表明,不同的制备方式和Al掺入含量在薄膜中造成的晶格畸变不同引起择优取向变化趋势的不同。

Al_2O_3含量对纳米FeCo/Al_2O_3复合薄膜结构和磁性影响

采用溶胶-凝胶旋涂法,结合在氢气中的还原工艺,在Si(001)基片上制备FeCo/Al_2O_3复合薄膜,利用X射线衍射和振动样品磁强计研究Al_2O_3含量对薄膜样品的微观结构和磁性的影响。结果表明:随Al_2O_3含量增加,FeCo晶粒尺寸减小,FeCo/Al_2O_3复合薄膜矫顽力递减,饱和磁化强度先增大后减小,说明Al_2O_3的存在可有效抑制FeCo晶粒生长,但Al_2O_3含量过高不利于复合薄膜软磁性能的优化。

0D-2D CdS/WO_(3) S型异质结光催化剂的制备与性能研究

光生载流子的迁移效率是影响CO_(2)光还原反应性能的关键因素之一.通过简单的水热法与连续离子层吸附反应成功制备了具有高效载流子迁移能力的0D-2D S型CdS/WO_(3)光催化复合材料.XRD、SEM、XPS分析结果证实了该复合材料的成功制备,其独特的OD-2D结构有效提高了CdS QDs的分散性.UV-Vis DRS结果表明该材料具有优异的光吸收能力.光电化学表征证明CdS/WO_(3)复合材料具有最佳的光电转化能力以及光生载流子迁移能力,有助于其光还原反应的进行.光还原CO_(2)实验表明该复合材料具有远高于CdS QDs材料的光催化活性,其CO和CH 4的产率为64.7μmol/(g·h)和2.3μmol/(g·h),分别是纯CdS QDs的4.0倍和3.2倍,循环实验表明CdS/WO_(3)具有良好的催化稳定性.

Fe^(3+)掺杂Bi_(1-x)Fe_(x)OCl材料的光催化和吸附性能研究

利用水热法合成了不同Fe^(3+)掺杂量的Bi_(1-x)Fe_(x)OCl(x=0,0.01,0.05,0.10)系列材料,并对其结构、形貌和光催化性能进行了研究.X射线衍射结果表明,Fe^(3+)掺杂量为1%的材料结晶性变差,择优生长取向发生改变;随着Fe掺杂量的增加,材料结晶性又逐渐变好.扫描电子显微镜照片显示,材料的形貌由尺寸较大的板状变成大量尺寸较小薄片堆叠而成的类花状.掺杂Fe^(3+)的Bi_(1-x)Fe_(x)OCl(x=0.01,0.05,0.10)系列材料对水体中典型污染物罗丹明B表现出了优异的光催化降解和吸附性能.

SnP_(2)O_(7)@氮磷掺杂石墨烯复合材料的制备及其在钠离子电容器中的性能研究

钠离子电容器(SICs)具有比超级电容器更高的能量密度和比钠离子电池更高的功率密度.然而,SICs中正极与负极动力学不平衡问题将导致倍率性能与功率密度较差.因此,需要开发SICs负极材料提升SICs的电化学性能.基于合金化/脱合金反应的高容量以及非活性缓冲基质所带来的优异循环稳定性,锡基三元氧化物在储能系统中获得了广泛关注.本文采用N/P双掺杂石墨烯对焦磷酸锡(SnP _(2)O_(7))纳米颗粒进行包覆(SnP _(2)O_(7)@NP-G),成功制备了SICs负极材料.受益于锡基三元氧化物的独特结构和N/P双掺杂石墨烯的协同效应,所得SnP _(2)O_(7)@NP-G拥有优异的功率密度(6775 W/kg)与能量密度(102.1 W·h/kg).同时,SnP _(2)O_(7)@NP-G拥有优异的循环稳定性,在2 A/g的大电流密度下,经过1000次循环后,可逆容量为87.9 mA·h/g.本工作将促进高性能SICs锡基负极材料的发展.