科研与教学融合下的课程建设实践——以哈尔滨工业大学研究生精品课程“材料表面与界面”为例

科研和教学相融合是现代大学的本质特征,课程教学是保障研究生培养质量的必备环节。长期以来,哈尔滨工业大学“材料表面与界面”课程教学团队坚持以学科建设为依托、以科研成果转化为基础,聚焦教学团队建设、教学资源整合、教学方法探索、思政体系构建、评价方式优化等五个方面,优化课程内容、构建教育体系、打造精品课程,持续培养了一批理想信念坚定、理论功底扎实、创新能力突出、学术素养深厚的高层次人才。

哈尔滨工业大学电子封装技术专业国际化教学改革及实践

本文阐述了哈尔滨工业大学新版电子封装技术专业培养方案总体设计,及在国际化方面的改革与实践。着重介绍了专业与美国电子工业联接协会(IPC)在标准培训和认证方面的合作模式、与国际化知名企业合作开展实践教学以及承办国际会议及国际合作方面的改革及实践。为电子封装技术专业与国际接轨,并实现国际化进行了有益探索。电子封装技术专业培养模式的国际化改革将有利于本专业向国防及民用电子工业输送急需的人才、促进国防及民用电子工业的发展。

材料科学与工程学院实验教学体系建设

立足培养综合素质高、具有创新精神的人才,加强实验教学建设,整合实验教学资源,完善材料科学与工程学院的实验教学体系。

融入科研最新研究成果 提升专业课程教学质量——以材料成型及控制工程专业课为例

教学和科研是高等学校的两项核心工作,如何有效处理好科研与教学的关系是高校发展的关键。科研发展对专业课程教学水平和授课质量的提升非常关键。材料成型及控制工程专业课程是材料科学与工程一级学科教学体系的重要组成部分,对培养材料成型及控制工程专业方面人才起着举足轻重的作用。该文中作者将围绕如何将科研成果深度融入材料成型及控制工程专业课程教学中提升教学质量开展讨论,提出相应措施,目的是实现教学与科研相长,为一流大学和一流学科的发展提供支撑。

基于热障涂层的La_(2)Zr_(2)O_(7)材料改性研究进展

随着航空发动机不断向高推重比、高性能方向发展,传统、单一的热障涂层(Thermal barrier coating,TBC)已经不能满足热端部件严苛的服役要求。锆酸镧(La_(2)Zr_(2)O_(7))具有熔点高、高温下结构稳定、低热导率等优点,具有极好的隔热性能,有望成为新一代热障涂层候选材料,但在实际应用中仍存在两大关键问题,即热膨胀系数低和断裂韧性差。因此,La_(2)Zr_(2)O_(7)材料在服役过程中会因热失配而造成局部热应力集中,导致涂层过早剥落失效,严重影响涂层的服役寿命。国内外研究表明,对La_(2)Zr_(2)O_(7)材料进行改性可以有效解决上述问题。为此,系统分析了关于La_(2)Zr_(2)O_(7)材料改性的研究工作,将La_(2)Zr_(2)O_(7)材料改性总结为4类:第二相复合、稀土掺杂、纳米化和高熵化。重点介绍了4种不同改性方式对La_(2)Zr_(2)O_(7)材料热导率、热膨胀系数的影响及增韧机理,并对La_(2)Zr_(2)O_(7)材料改性研究工作进行总结和展望,以为La_(2)Zr_(2)O_(7)材料在热障涂层领域的应用提供理论支撑。

优化创新创业教育 改革人才培养模式——以材料科学与工程专业为例

结合材料科学与工程专业的特点,文章探索了优化专业创新创业教育、改革人才培养模式的途径与方法。以创新创业课程为基础,提升学生理论水平;以学科竞赛为抓手,激发学生研发兴趣;以校企合作为手段,扩宽学生培养途径;以年度项目、创新创业训练、毕业设计等环节为支撑,强化学生实践能力。经过实践验证,这些方法可以有效地提高材料科学与工程专业大学生创新创业能力。

贺信精神融入“材料成型及控制工程”专业课程思政设计的方法与路径

文章以“贯彻落实习近平总书记贺信精神”为中心,将贺信精神融入课程思政教学设计典型案例,对材料成型及控制工程专业的课程思政进行了方法和路径的研究。在实践教学和调查分析的基础上,提出了以学生为中心、以研究性学习为核心、构建参与式学习课堂的课程思政教学设计模式。通过六个步骤的教学方案设计,在线上和线下都进行了实践应用,加强了学生对专业知识的理解和深化;对教学效果进行了评价和分析,用于后续课程的持续改进,达到了培养创新应用型人才的目的;将贺信精神用于推动教育教学改革的指引,推进未来专业课程“线上+线下”双融合教学模式的发展,达到润物无声,隐形思政的教学效果。

基于科教融合的材料类创新实验课程思政探索与实践

课程思政是落实立德树人这一教育根本任务的综合教育理念,是实现知识体系教育与思想政治教育有机统一的重要途径之一。科教融合是当今世界高等教育的一个重要理念,是高校实施素质教育的重要要求之一。该文针对哈尔滨工业大学钛合金材料设计、制备及表征的创新实验课,对基于科教融合的创新实验课程中融入思想政治教育进行探索与实践。实践结果表明,在创新实验课的建设过程中,要充分发挥授课教师的科研优势,使科教融合真正地落实到实验课程中;要将课程思政内容贯穿于创新实验的始终,从实验的具体内涵、实验的各个步骤和环节中发掘思政资源,实现创新实验课的全过程、全方位育人。

基于Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料的自供能紫外探测器的制备及性能研究

为了获得高性能的自供能紫外探测器,结合热聚法和溶液法成功制备了Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料,并对其微观形貌、晶体结构、元素组成及价态进行了表征。结果表明,Bi_(2)O_(3)呈蜂窝状结构的块体,其附着在具有层状结构的g-C_(3)N_(4)纳米片上。基于该异质结制备了无需外加偏压即能工作的紫外探测器。在紫外光照射下,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)光电探测器能够立即产生光电流并达到最大稳定值约0.43μA,相比于Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器,其光电流提升了约1.05倍。值得注意的是,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)紫外探测器还展现出了快的响应速度(约181.7 ms),并且其光电流与入射光强也具有良好的线性关系,表明该器件对不同强度的紫外光均能实现快速且稳定的探测。

高熵稀土氧化物热障涂层材料研究进展

热障涂层(Thermal barrier coating,TBC)材料在航空发动机和燃气轮机的热防护中具有保护高温合金基底免受氧化及腐蚀,并降低高温合金的工作温度的重要作用。新型热障涂层材料中存在许多高熵稀土氧化物,能够实现比单一主成分稀土氧化物更优异的热学、力学、高温相稳定性以及抗烧结、耐腐蚀等性能。但是目前对高熵稀土氧化物的研究仍然停留在初步阶段,其中稀土元素对材料性能的作用尚未完全明确,且没有形成统一标准。简要概述了热障涂层的基本结构,并重点总结了高熵锆酸盐、铈酸盐、铪酸盐、钽酸盐和铌酸盐等5种高熵稀土酸盐的晶体结构、热物理性能与力学性能。对比分析了其与相应的单一组分稀土酸盐的差异,并探讨了影响其性能优劣的多种因素。相比于单一组分稀土氧化物,高熵稀土氧化物的热导率、热膨胀系数和相稳定性均有明显改善。最后,展望了未来高熵稀土热障涂层的发展方向。

研发型新材料技术人才培养新模式——校企合作—产教融合—人才培养模式的创新研究

近年来,高校推进“校企合作、产教融合”办学模式,既有利于促进自身发展,也能满足企业和社会发展需求。本文以哈尔滨工业大学(威海)与多个企业的创新合作为基础,分析“校企合作、产教融合”实践问题,打造了“1+1+N”新材料产业研发型人才培养新模式。这种先有校企合作,即形成了“1+1”,再实施产教融合,发展成多个企业参与的产业链式的市场研发型培养模式,即构建成“1+1+N”新材料产业研发型人才培养新模式。这一通过产教融合过程培养研发型新材料产业人才新模式,可以促进新材料产业技术提升水平,为高校教育提供了新的人才培养参考模式。

材料加工原理类课程本研贯通教学资源数字化设计探索

论述目前教学资源数字化建设动向及材料类课程资源建设现状,根据课程概念和公式密集、知识脉络高度关联、解析计算复杂、理论与应用兼顾等特点和需要综合集成多元化教学手段的教学设计特点,该课程适宜作为全面数字化教学资源建设试点,并通过数字化建设解决学习者的各类困难。以哈尔滨工业大学(威海)材料加工原理类课程本研贯通教学资源数字化设计为例,提出课程体系模块化、知识脉络工程化、工具软件国产化、本研主线贯通化的建设思路,形成“理论+方法”的基础知识及解析方法的开放式数字资源模块化设计和基于国产化工具软件以内化领域前沿成果、国家重大工程技术为主要素材的本研贯通教学的主题案例数字资源设计。

“材料表面功能化与创新生活”课程案例设计与教学探讨

新生研讨课是面向大一新生开设的小班研讨类课程。文章以“材料表面功能化与创新生活”课程为例,在教学过程中结合哈尔滨工业大学的航天特色与教师的科研方向,融入材料表面功能化的工程应用案例,引入行业发展前沿内容,培养新生的创新意识、科学精神、批判性思维和学术表达能力,尽早引领学生开展科学研究。同时,在课程教学过程中引入思政元素,致力于培养具备较强实践能力的应用型复合人才。

磁场对合金材料服役性能影响的研究进展

随着我国海洋工程、运载火箭、天地往返等重大战略工程的实施,合金作为各种装备的主要材料,在苛刻工况下的服役性能提升尤为迫切,如合金材料在海洋大气、深海、高原严寒等复杂环境中的防腐性能提升,在高温、重载环境中关键部件的长寿命可靠服役,在航空航天、地质钻探环境中的减摩,在高速、高压环境中的力学性能提升等问题,使得实现合金材料高性能、高可靠的研究成为近年来的热点话题。磁场处理区别于传统合金加工方法,为提高合金材料性能提供了新的途径和方法,具有无接触、清洁、降低资源能耗等特点,对合金材料的制备以及加工工艺而言具有极其重要的意义。本文首先从固态和熔融态合金两条路线出发归纳了磁场不同的典型作用机理及其研究进展,梳理分析了磁场处理下凝固过程中的晶体结构以及磁场对固态合金微观组织(包括磁畴、相变和位错)的影响;其次针对磁场对合金性能影响的问题,从力学、摩擦、疲劳性能、耐腐蚀四个方面来阐述,对比分析不同类型、强度、方向的磁场对合金性能的影响效果差异;最后展望了磁场处理合金的未来发展趋势,并提出了亟待解决的问题。

常见结构材料低温性能研究进展

随着深空探测、极地科考、低温贮运等低温领域的快速发展,对低温材料的要求越来越高,低温材料逐渐成为目前国内外的研究热点。本文综述低温钢、铝合金、钛合金、铝基复合材料以及树脂基复合材料等常见结构材料的低温性能,归纳不同晶体结构、合金种类、合金元素等因素对结构材料的低温强度、塑性与韧性等力学性能的影响及低温变形和强韧化机理,介绍不同种类低温结构材料在国内外重要领域的应用,提出了低温材料未来的研究展望。

GO/Ti基复合材料界面性质的第一性原理研究

目的研究氧化石墨烯在继承石墨烯优异性能的同时,是否会因为官能团的存在而影响复合材料界面的结合方式,抑制脆性相TiC的产生,解决石墨烯作为增强体时易发生界面反应从而影响材料塑韧性的问题。方法根据(0001)_(Ti)∥(0001)_(GO)、[2110]_(Ti)∥[1010]_(GO)界面位向关系,建立了Ti/氧化石墨烯/Ti共格界面模型。采用第一性原理计算方法从电子原子尺度研究了环氧基和羟基对Ti/氧化石墨烯/Ti界面黏附功、界面能、原子结构和电子结构的影响。结果环氧基和羟基都会使界面黏附功变大,界面能减小,形成结合更强、更稳定的界面,其中环氧基的贡献更大。官能团附近的Ti原子与氧化石墨烯中C原子的结合能力减弱。在形成界面时,氧化石墨烯被还原,环氧基和羟基中的O原子与Ti基体会发生反应生成固溶体,羟基中的H原子可能保持与O原子之间的相互作用,也可能会脱离O原子的束缚与Ti基体有相互作用。结论当氧化石墨烯和Ti基体形成界面时,氧化石墨烯的官能团会固溶在Ti基体中,抑制界面产物脆性相TiC的产生,石墨烯的片层结构更容易被保留,形成界面结合更好的复合材料。

镀镍石墨烯/钛复合材料界面力学行为的分子动力学研究

目的研究拉伸载荷下镀镍石墨烯/钛复合材料界面的应力-应变行为。方法采用分子动力学模拟方法,建立了镀镍石墨烯/钛复合材料界面的单晶模型,研究了不同方向拉伸载荷下材料的力学行为。结果镀镍石墨烯复合材料的力学性能随着镀层厚度的增大而提高,镀层镍可以作为位错源使复合材料的位错密度提高,镀层镍塑性变形的滞后使镀镍石墨烯/钛复合材料具有更高的塑性变形能力。结论材料的力学性能更多依赖于镀镍层数,随着镀层厚度的增大,镀镍石墨烯/钛复合材料表现出了更高的抗拉强度,但界面处的裂纹和空洞数量也有所增加,材料的延伸率有所下降。

选区激光熔化成形2%TiB_(w)/TA15复合材料的显微组织与性能

本文通过选区激光熔化成形技术(Selective laser melting,SLM)制备原位自生2%(体积分数)TiB_(w)/TA15钛基复合材料,探究激光功率和扫描速率对该复合材料的显微组织和室温/高温力学性能的影响规律,并揭示其强化机理。结果表明:SLM-2%TiB_(w)/TA15复合材料中存在孔隙缺陷,其数量随激光功率的降低和扫描速率的增大而增加。该复合材料基体由一定生长方向的原始柱状β晶和细小层片状α相组成,TiB晶须呈弥散分布;其抗拉强度随激光功率的增大而减小,随扫描速率的增大而增大,最高室温抗拉强度为1337.8 MPa,与SLM-TA15合金相比提高了15.1%;600℃抗拉强度最高值为651.1 MPa,与SLM-TA15合金相比提高了10.1%。复合材料的维氏硬度最高为403.21HV,显著高于SLM-TA15合金(345.3HV)。该复合材料强度提升的主要强化机制为载荷传递强化、热错配强化和细晶强化。

联合添加微量Sc、Zr元素对B4C/7075Al复合材料力学性能和腐蚀行为的影响

限制高强度B4C/Al复合材料工程应用的关键为腐蚀问题,添加微量合金元素是提高其耐蚀性的有效措施。采用压力浸渗法制备了B4C/7075和添加微量Sc、Zr元素的B4C/7075-0.15Sc-0.35Zr复合材料,利用扫描电镜、透射电镜、弯曲性能测试、拉伸性能测试、中性盐雾试验和电化学测试对比研究了联合添加Sc和Zr元素对B4C/7075Al复合材料的显微组织、力学性能和腐蚀行为的影响。结果表明:添加Sc和Zr元素后,复合材料的抗弯曲强度和抗拉强度升高,腐蚀速率降低,腐蚀电流密度(Jcorr)下降,耐蚀性增强,这是因为添加Sc和Zr元素后,复合材料的晶界析出相细小且不连续分布,无析出带(PFZ)消失。

含低聚醚链共价有机骨架薄膜材料的制备及其离子分离性能

用2,5-二(2-甲氧基-乙氧基)对苯二甲酰肼(BMTH)和1,3,5-三甲氧基-2,4,6-三甲酰基苯(TpOMe)缩聚,基于界面聚合法,在多孔三氧化二铝(AAO)基底上制备出一种二维共价有机骨架(COF)膜TpOMe-BMTH,并研究了所得膜材料对锂、镁离子的分离性能。结果显示,TpOMe-BMTH/AAO膜具有高的结晶性和良好的稳定性,并表现出优异的金属离子选择性,在LiCl(0.1 mol·L^(-1))和MgCl_(2)(0.1 mol·L^(-1))组成的二元混合离子体系中,对Li^(+)/Mg^(2+)的分离因子高达258。基于密度泛函理论的平面波赝势方法计算表明,材料孔道中的富氧低聚醚链对Li^(+)和Mg^(2+)的结合能分别为-282.69和-13.46 kJ·mol^(-1),使材料表现出强的亲锂特性,促进了Li^(+)沿着COF膜的一维孔道进行吸附扩散,最终实现锂、镁离子的高效分离。