地方应用型本科院校培养学生工程应用能力的探索与实践——以西安航空学院材料类专业为例

培养具有大国工匠精神的应用型专业人才是我国加快建设科技强国的要求。立德树人,对焦需求、变焦应用,聚焦创新意识、工匠精神的培养,是新时代西安航空学院人才培养的方向和目标。文章针对该校材料类专业学生认知实践能力欠缺、工程实践能力及创新实践能力不足等问题,探索并实践了“兴趣—乐趣—志趣”三阶段层级递进式学生工程应用能力培养体系,为有效解决应用型人才培养中的突出问题提供思路。

应用型本科院校材料工程基础教学改革探讨——以西安航空学院为例

材料工程基础是材料类专业重要的一门专业基础课,教学目的要让学生掌握基本的专业知识,并能在此基础上联系生产实际,将所学的知识应用到实践环节。作为一所新建应用型本科高校,考虑到学生的生源和教师教学经验等实际情况,本文在教学内容,教学方法,实验教学,教学考评体系等方面阐述了课程改革的思路,提出适用于我校实际情况的改革方案并进行探讨。

新工科背景下构建航空材料产业学院研究

新工科建设是在新科技革命、新产业革命、新经济背景下工程教育改革的重大战略选择,是今后我国工程教育发展的新思维、新方式。产业学院是高等院校一种新的办学形态,对于创新校企合作办学机制、实现产教深度融合,具有重要而积极的意义。航空材料是航空产业不可或缺的一部分,西安航空学院材料类专业是以航空材料为特色的本科专业,以新工科背景下航空材料产业学院为对象,以构建航空材料产业学院为目标,对其研究思路、建设内容及研究方法展开了讨论,以期为高校开展新工科建设提供参考和借鉴。

上转换发光纳米材料对钙钛矿太阳能电池迟滞效应和离子迁移动力学的影响

迟滞效应是影响钙钛矿太阳能电池性能和稳定性的重要问题,离子迁移和由此产生的界面离子积累是引起迟滞效应最重要的原因之一。本研究采用上转换发光纳米材料(Upconversion Luminescent Nanoparticles,UCNP)修饰电子传输层/钙钛矿活性层的界面及本征钙钛矿活性层,系统探究了UCNP对钙钛矿的形貌、结构、光谱/光电性能和离子迁移动力学的影响。结果表明:钙钛矿活性层经过UCNP修饰后器件的光电转换效率(Power Conversion Efficiency,PCE)最佳(16.27%),而且迟滞因子(Hysteresis Factor,HF)得到显著改善(0.05)。进一步采用回路切换瞬态光电技术系统探究了钙钛矿太阳能电池不受光生载流子干扰的离子迁移动力学过程,证明UCNP在光电转换过程中起到抑制离子累积和迁移的双重作用:一方面UCNP可以形成阻隔层,阻碍离子累积;另一方面,UCNP可以在退火过程中进入到钙钛矿体相晶界处,阻碍离子迁移,使恢复电压从0.43 V降低到0.28 V。极化诱导缺陷态模型解释了离子-载流子相互作用机制,阐释了UCNP抑制钙钛矿光伏器件迟滞效应的机理。本研究可以为调控钙钛矿太阳能电池迟滞提供一种有效的解决方案。

下转换发光材料对钙钛矿本征性能的影响研究

利用太阳光的近红外和紫外部分实现全光谱响应无疑已成为提高钙钛矿太阳能电池功率转换效率的重要焦点。通过引入光致发光转换层将近红外或紫外光转换为可见光被钙钛矿光活性层利用,已被认为是一种非常有前景的途径。将两种经典的下转换发光材料(红粉和黄粉)引入钙钛矿本征层,采用一步旋涂法制备钙钛矿薄膜。利用缺陷评定高级显微系统、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见吸收及荧光光谱分别探究了下转换发光材料对钙钛矿薄膜表面粗糙度、形貌、结构及光谱性能的影响。结果表明:下转换发光材料能够优化钙钛矿薄膜表面粗糙度、形貌,并未改变钙钛矿结构。紫外可见分光光度计和荧光光谱仪的结果证实了下转换发光材料确实能够拓宽钙钛矿薄膜的光谱响应范围,使整个吸收光谱范围向短波长方向移动,为有效利用全光谱提供了新思路。

西安市县域数字经济高质量发展的实现路径研究

数字经济发展模式已经成为当前西安市各县域进行经济结构转型与优化的重要手段,利用信息技术与传统行业进行高度应用融合,对现有的传统经济活动发展进行升级改造、优化资源配置、实现经济结构优化等具有重要的意义。本文以西安市县域为研究对象,通过分析西安市县域数字经济高质量发展战略定位,提出相应的改革实现路径,研究结论为提高西安市县域数字经济发展提供借鉴。

硫负载方式调控碳/硫复合材料结构及锂-硫电池性能研究

碳/硫(C/S)复合材料的硫负载方式调控可以改善聚硫化物的穿梭效应,提升锂-硫电池的容量。物理硫负载法容易导致循环过程中硫的脱落,化学硫负载法不利于倍率性能的提升。采用物理硫负载和化学硫负载相结合的方式,对提升C/S复合材料的循环稳定性和倍率性能具有重要意义。本文控制C/S复合材料的硫负载方式,研究化学硫负载制得的C/S复合材料在热处理前后的结构和性能变化,有利于实现稳定的聚硫化物转化,提升锂-硫电池循环稳定性和倍率性能。结果表明:C/S煅烧后复合电极具有较好的循环稳定性(5C下的容量保持率为60%)和倍率性能(60 mAh·g^(-1)20C),这是因为其具有稳定的聚硫化物转化能力。

新工科背景下材料学科层次化实验教学体系设计的研究——以材料成型及控制工程专业为例

面向新工科建设的实验教学是材料类专业培养学生工程实践能力的重要环节。分析了传统材料成型及控制工程专业实验教学方式所存在的主要问题,通过优化专业实验项目设计、创新实验教学多元考核机制、落实实验室开放管理机制等方式深入探讨了新工科背景下材料成型及控制工程层次化实验教学改革方法,以期为新工科背景下材料学科实验教学提供参考和思路。

颗粒增强铜基复合材料的研究现状与发展趋势

铜及铜合金具有优异的导电、导热和延展性,但是较差的力学性能限制了其在工业领域中的进一步应用,而复合化被认为是提升其综合性能的有效途径之一。总结了颗粒增强铜基复合材料常见增强相的选择依据,综述了颗粒增强铜基复合材料的制备方法、影响其性能的关键因素以及性能调控措施,最后结合制备方法中存在的问题对未来研究方向提出了一些新思路。

聚乙烯亚胺修饰碳纤维对环氧树脂复合材料性能的影响

为提高碳纤维与环氧树脂的界面结合性能,从而提高复合材料的摩擦学性能,用聚多巴胺和聚乙烯亚胺对碳纤维进行表面修饰,利用光谱分析仪和扫描电子显微镜分析修饰前后碳纤维表面的化学组成和微观结构,利用万能材料试验机和摩擦磨损试验机考察碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能和摩擦学性能。结果表明:碳纤维经表面处理之后的粗糙程度和活性官能团增多,改善了纤维与树脂之间的界面结合,使得复合材料的弯曲强度和拉伸强度得到不同程度的提高;与未修饰碳纤维增强的环氧树脂复合材料相比,表面修饰碳纤维增强环氧树脂复合材料的耐磨性能得到了很大程度的提高,复合材料的磨损机制也由疲劳磨损转变为磨粒磨损。

Mg_(3)(Sb,Bi)_(2)基热电材料研究进展

热电材料是一种可以利用固体中载流子和声子的输运及其相互作用实现热能和电能之间相互转换的新型功能材料。热电半导体器件既可以对汽车尾气、工业废热、地热和海洋温差等能源进行回收再利用,也可以提供可靠、便捷、绿色和无噪声的快速精确制冷方式,为日益增长的能源危机问题和传统的空气压缩制冷方式带来的臭氧层破坏及温室效应问题提供有效的解决方案。其中,在废热发电领域最具应用潜质的中温区热电材料也是近年来研究的重点。Mg_(3)Sb_(2)基热电材料由于其低廉的成本和无毒无害等优点,以及特殊的晶体结构优势,过去十几年被广泛研究,本征条件下极低的晶格热导率使其成为最有希望实现“声子玻璃、电子晶体”构想的半导体材料。与此同时,其极低的电导率也为热电性能的进一步优化带来极大的困难,研究者们尝试用多种方法来提高其热电性能,包括制备大晶粒度晶体、加入第三组元和元素掺杂等,这些方法使Mg_(3)Sb_(2)基热电材料的热电性能得到极大的提升。基于此,本文综述了Mg_(3)Sb_(2)基热电材料制备方法的最新研究进展,以及不同的热电性能优化途径,提出存在的问题和未来的发展方向。同时,本文提出利用定向凝固方法制备三元Mg_(3)(Sb,Bi)_(2)单晶材料,此方法有望通过减少晶界和Mg的氧化进一步提高合金本征条件下的电导率,并利用各热电性能参数的各向异性来进一步提高ZT值。此外,结合第一性原理计算方法讨论合金中掺杂元素位置和掺杂效率对载流子传输和散射的影响关系,为此类热电材料的性能优化提供新的思路。

应用型本科院校材料成型及控制工程专业人才培养模式探索与实践

以西安航空学院材料成型及控制工程专业为例,针对该专业学生工程实践能力不足的问题,探索并实践了“一公里、两互通、三融合”的应用型人才体系,为有效解决应用型本科院校材料成型及控制工程专业人才培养中的突出问题提供了思路。

应用型高校“材料科学基础”课程建设与改革

随着我国经济社会的快速全面发展,社会对于应用型人才和实用型职业人才的需求与日俱增,众多高校纷纷顺应时代需求,致力于培养高素质的应用型人才。该文结合应用型高校的特点及西安航空学院材料工程学院的实际情况,提出关于应用型高校材料科学基础课程建设与改革的一些想法,从教学内容、教学方法、实践教学、考核方式、师资队伍建设多个环节对课程进行改革探索,不断寻求更好的教学模式,以期提高学生的学习兴趣及综合素质,满足社会对于应用型人才的需求。

C/C及C/C-Cu复合材料的摩擦磨损性能

通过化学气相渗透(CVI)、树脂浸渍/碳化(I/C)的工艺制成多孔的C/C预制件,采用气体压力浸渗方法向预制体中渗入铜,制备出C/C-Cu复合材料。以高密度C/C复合材料(1.9g/cm^3)作为对比样,在MM-200型磨损试验机上对其摩擦磨损性能进行测试,并对其微观结构和摩擦磨损机理进行分析。研究结果表明:C/C-Cu的摩擦系数比C/C复合材料的低,这主要与摩擦表面的摩擦膜有关,铜在摩擦力带动下填充摩擦表面的凹坑,并与碳材料共同形成摩擦膜,摩擦膜的碳含量越高,润滑效果越好。当C/C预制件密度为1.59g/cm^3时,C/C-Cu的摩擦系数和磨损量均小于C/C复合材料,摩擦磨损性能良好。

有机分子表面修饰SrAl_2O_4∶Eu^(2+),Dy^(3+)荧光粉杂化材料研究进展

铕、镝共掺杂的铝酸锶(SrAl_2O_4∶Eu^(2+),Dy^(3+))无机荧光粉是一种重要的发光材料,将其与有机分子相结合有望成为具有卓越性能的新型光电功能材料。概述了有机分子表面修饰/SrAl_2O_4∶Eu^(2+),Dy^(3+)杂化材料的研究进展,重点介绍了杂化材料的制备及发光性质等,并简要展望了这类材料的发展前景。

脉冲频率对高脉冲磁控溅射Cr/C镀层组织结构和耐蚀性的影响

为研究磁控溅射脉冲频率对镀层组织结构和耐蚀性的影响,以200、300、400、500和600 Hz脉冲频率下制备的Cr/C镀层为对象,采用XRD、SEM、电化学工作站对其相组成、微观组织和耐蚀性进行了表征分析。结果表明:不同脉冲频率下制备的Cr/C镀层相组成相同,均为Cr_(7)C_(3);Cr/C镀层的表面形貌均为菜花状颗粒,截面组织均为柱状晶;随着脉冲频率的增加,Cr/C镀层的组织变粗,柱状晶之间的空隙增大,致密性降低,表面粗糙度增加,镀层的厚度增大,镀层的平均沉积速率从18.45 nm·min^(-1)增大到28.08 nm·min^(-1);脉冲频率为500 Hz时镀层的腐蚀电位最高、腐蚀电流最低,腐蚀速率仅为0.00296 mm·a^(-1)。

纳米氧化锌对钙钛矿薄膜本征性能和光谱性能的影响研究

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其优异的光电特性、低廉的制备成本、高效的转换效率等优越特性,成为光伏领域的研究热点。电子传输层作为钙钛矿电池的核心层,主要起到提取和传输光生载流子的作用,且能够作为空穴阻挡层,抑制钙钛矿活性层中电荷复合,所以优异性能的电子传输层对钙钛矿太阳能电池的发展至关重要。可目前钙钛矿光伏器件常用的刚性电子传输层(介孔层或致密层)均需要高温烧结,这限制了其在柔性钙钛矿器件方面的应用。因此,开发一种可应用于钙钛矿光伏领域的柔性电子传输层成为当前亟待解决的问题之一。纳米ZnO具有合适的能级和较高的电子迁移率,且可以通过低温制备,被广泛应用在光伏器件中作为电子传输层。因此,通过旋涂法和静电纺丝法分别制备了刚性纳米ZnO和柔性纳米ZnO电子传输层,确定了静电纺丝法制备柔性纳米ZnO的最佳制备工艺。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、紫外可见分光光度计和稳态/瞬态荧光光谱系统研究了刚性和柔性纳米ZnO对钙钛矿薄膜形貌、结构和光谱性能的影响。结果表明,钙钛矿薄膜的形貌对基底纳米ZnO的形貌依赖性很强。而基于刚性和柔性纳米ZnO的钙钛矿薄膜几乎呈现相同的结构和光谱吸收范围,荧光发射峰均在770 nm附近,且柔性纳米ZnO的荧光猝灭效率为82%,几乎和刚性纳米ZnO的荧光猝灭效率(85%)相媲美。进一步,根据瞬态荧光动力学数据计算获得刚性和柔性纳米ZnO的界面电荷分离效率分别为61%和41%,这表明通过静电纺丝法制备的柔性纳米ZnO具备一定的界面电荷分离能力,有望成为新型的柔性电子传输层。这对柔性基底钙钛矿太阳能电池的设计具有重要参考价值,对促进钙钛矿光伏应用具有现实意义。

等离子喷涂制备C/C复合材料SiC涂层的驻点烧蚀性能

目的在C/C复合材料表面制备SiC涂层,提高C/C复合材料抗烧蚀性能。方法采用真空等离子喷涂技术在C/C复合材料表面制备纯Si涂层,在惰性气氛保护下对涂层高温热处理,纯Si涂层与C元素在高温下反应,原位生成SiC涂层。利用电弧加热器在不同烧蚀温度下,分别考核涂层的驻点烧蚀性能,并采用OM、SEM、EDS和XRD等对烧蚀前后的微观形貌和物相成分进行分析。结果在C/C复合材料表面制备了致密的SiC涂层,涂层中没有明显的裂纹存在,并在涂层下方产生较深的渗透区域,深度超过涂层厚度。制备的SiC涂层在1400℃下烧蚀50 s,涂层完整,具有良好的驻点烧蚀性能;在1600℃和1650℃下烧蚀50 s,涂层部分剥落,C/C复合材料基体产生烧蚀。结论 SiC涂层在高温下氧化成Si O2玻璃态膜,并覆盖在C/C复合材料表面,对基体具有良好的保护作用。随着烧蚀温度的提高,在超音速气流的冲刷下,由于热膨胀系数不匹配和SiC主动氧化的原因,涂层在烧蚀面边缘出现剥落,且剥落现象越来越严重,涂层失去对C/C基体的保护作用,烧蚀性能下降。

多孔碳支撑SnO_(2)/CoO/异质结的构筑及其储锂性能研究

在溶剂热环境中,通过调整原料中锡源(SnCl_(2)·2 H_(2)O)和钴源[Co(NO_(3))_(2)·6 H_(2)O]摩尔比制备了多孔碳支撑SnO_(2)/CoO异质结构。当摩尔比为1∶1时,制备的SnO_(2)/CoO/多孔碳呈现出SnO_(2)和CoO纳米颗粒通过M-O-C(M=Sn,Co)键嫁接在多孔碳骨架上的结构。作为锂离子电池负极,SnO_(2)/CoO/多孔碳在500 mA/g电流密度下初始充放电比容量为1192.3/1408.4 mAh/g,库仑效率为84.7%。经过200次循环后,可逆比容量可保持在735 mAh/g。在2000 mA/g高电流密度下,SnO_(2)/CoO/多孔碳可逆比容量仍为617.3 mAh/g。优异的循环性能和倍率性能归功于SnO_(2)、CoO高的储锂容量及其与多孔碳之间的协同增强效应。

退火工艺对镁/铝复合板材力学性能的影响

以爆炸复合制备的镁/铝复合板材为研究对象,研究了退火处理工艺对复合板组织及力学性能的影响。采用电子万能试验机测试了复合板的力学性能,采用奥林巴斯GX51型金相显微镜和JSM-6510A扫描电子显微镜对复合板的显微组织进行了表征。结果表明:退火处理后,复合板的抗拉强度及硬度均降低,伸长率比原始试样的高。退火保温时间越长、温度越高,镁/铝复合板材的抗拉强度越低、伸长率越高、塑性越好。复合板材断口形貌表明,退火处理后铝侧韧窝增多,镁侧断口处的微裂纹消失,出现少量韧窝。退火处理改变了镁、铝两侧结合界面处过渡层的断裂方式,铝侧附近的过渡层出现大量撕裂脊,以韧性为主间有少量脆性断裂;镁侧附近的过渡层出现大量的解理面伴有少量韧窝,以脆性断裂为主间有韧性断裂。