《先进储能材料制备技术》课程教学大纲
一、课程基本信息
英文名称 | Preparation technology of advanced energy storage material | 课程代码 | MDNE3014 |
课程性质 | 专业必修课程 | 授课对象 | 新能源、新中外 |
学 分 | 3 | 学 时 | 27 |
主讲教师 | 王艳 | 修订日期 | 2021-4-26 |
指定教材 | 《先进材料合成与制备技术》 | ||
二、课程目标
（一）总体目标：
材料已成为当今科学技术和社会发展的重要支柱，材料科学与基础科学亦日益融合形成了新的边沿科学——材料化学和材料物理。在suncitygroup太阳集团网址本科生开设《先进储能材料制备技术》这门课，旨在将同学们在大学初期的知识模块融和在一起，是专业培养的很重要的一个环节，也是对大学所学知识的一次汇总应用，是理论知识与实践结合的一次训练，属于综合性质较强的专业课程。通过学习，要求学生掌握储能材料常用的多种制备技术，理解其制备原理，熟悉主要仪器设备和基本实验思路，了解不同制备方法的特点，扩大视野，最终学会自己设计实验，合成材料。
（二）课程目标：
课程目标1：
1．1掌握新能源材料科学的基础知识、基本方法，具有运用基础知识初步解决科学问题的能力。
1．2掌握新能源材料制备和加工以及新能源器件构建的基础知识、基础方法，能够运用相应的知识和方法描述材料设计和合成的方法。
1．3掌握新能源材料的组成、结构与性能表征以及器件性能分析的基础知识、基础方法，实验动手能力，具有设计实验、收集分析数据并撰写实验报告的能力。
课程目标2：
2．1能够根据所学科学知识的基本原理识别和判断工程问题的关键环节和参数。
2．2能够正确表述一个新能源科学工程问题解决方案并分析其合理性。
课程目标3：
3．1掌握较高的英语运用水平，能够针对新能源材料与器件领域的复杂科学和工程问题，进行中英文文献检索、资料查询和分析等。
3．2掌握计算机理论知识与实际操作能力，具有搜索、分析和综合信息能力。
3．3掌握一种编程技术，能应用软件编程进行数据处理与模拟，获得合理解释的能力。
（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系
表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表
课程目标 | 课程子目标 | 对应课程内容 | 对应毕业要求 |
课程目标1 | 1.1 | 先进材料制备技术基本原理 | 掌握材料科学基础、新能源材料制备和加工、新能源器件构建、材料结构与性能测定、器件性能分析等方面的基础知识、基本原理和基本实验技能 |
1.2 | 先进材料制备技术工艺 | ||
1.3 | 先进材料制备技术合成路线解析 | ||
课程目标2 | 2.1 | 先进材料制备技术工艺过程影响因素 | 能够应用数学、化学、物理和材料学等自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达并分析新能源材料与器件领域的复杂工程问题，以获得有效结论 |
2.2 | 不同先进材料制备技术的特点及应用范围 | ||
课程目标3 | 3.1 | 先进材料制备技术合成材料案例分析 | 具有较高的英语运用水平，能够针对新能源材料与器件领域的复杂科学和工程问题，进行文献检索、资料查询和分析等。掌握计算机控制基本理论知识，具备较强的应用能力，能熟练使用计算机解决工程中的有关问题 |
3.2 | 查阅先进材料制备技术相关文献 | ||
3.3 | 分析先进材料制备技术合成材料的结构、形貌、性能等图示 |
三、教学内容
第一章 绪论
1.教学目标
（1）了解材料的发展历史。
（2）掌握先进材料的分类及涵义。
（3）掌握材料加工与材料合成的涵义和区别。
2.教学重难点
（1）深入理解先进材料的涵义。
（2）区分材料加工与材料合成。
3.教学内容
第一节 材料的发展历史。
第二节 先进材料及其重要性。
（1）材料的分类。
（2）先进材料的涵义。
（3）先进材料的发展趋势。
第三节 先进材料的合成与制备技术。
（1）材料科学与工程五要素。
（2）材料合成。
（3）材料加工。
4.教学方法
（1）讲授法：相关概念及理论框架。
（2）研讨法：分小组讨论自己对材料合成和材料加工的理解，从广度和深度两个方面促进学生对材料合成的理解。
5.教学评价
（1）选择自己感兴趣的材料合成技术，结合培养方案，梳理相关合成技术的知识。
第二章 溶胶-凝胶法
1.教学目标
（1）了解溶胶凝胶技术的优缺点。
（2）学会分析溶胶凝胶法制备的材料。
（3）学会利用溶胶凝胶技术合成材料。
2.教学重难点
（1）掌握溶胶凝胶法的基本工艺过程。
（2）掌握溶胶凝胶法制备材料中的关键因素。
3.教学内容
第一节 溶胶-凝胶法发展历程。
第二节 基本概念。
（1）溶胶。
（2）凝胶。
（3）溶胶凝胶法。
（4）溶胶凝胶法基本过程。
（5）溶胶凝胶法优缺点。
第三节 溶胶-凝胶过程的基本原理。
（1）前驱体溶液的水解反应。
（2）溶胶的缩聚反应。
（3）凝胶化过程。
（4）湿凝胶的干燥。
（5）干凝胶的热处理。
第四节 溶胶-凝胶工艺过程
（1）溶胶－凝胶合成生产工艺种类。
（2）溶胶－凝胶合成生产设备。
（3）影响溶胶-凝胶法的主要工艺参数。
第五节 溶胶-凝胶合成方法的适用范围。
（1）块体材料。
（2）多孔材料。
（3）纤维材料。
（4）复合材料。
（5）粉体材料。
（6）薄膜及涂层材料。
第六节 溶胶-凝胶合成方法应用举例。
4.教学方法
（1）讲授法：相关概念及理论框架。
（2）研讨法：针对课堂上的案例，分小组讨论溶胶凝胶法工艺过程的影响因素，并对产物进行分析。
5.教学评价
回答下列问题：
（1）什么是溶胶凝胶法？
（2）溶胶凝胶法的基本工艺过程是什么？
（3）影响溶胶凝胶法的关键因素有哪些？
（4）可以利用哪些表征方法分析产物？
第三章 水热和溶剂热法
1.教学目标
（1）学会分析水热和溶剂热法制备的材料。
（2）学会利用水热和溶剂热法合成材料。
2.教学重难点
（1）掌握水热和溶剂热法的基本工艺过程。
（2）掌握水热和溶剂热法制备材料时的关键因素。
3.教学内容
第一节 水热与溶剂热合成方法的发展。
（1）水热法的发展。
（2）溶剂热法的发展。
（3）水热法的优缺点。
（4）溶剂热法的特点。
第二节 水热与溶剂热合成方法原理。
（1）水热与溶剂热合成方法的概念。
（2）水热与溶剂热合成的原理。
（3）水热与溶剂热合成方法的适用范围。
第三节 水热与溶剂热合成工艺。
（1）水热与溶剂热合成的生产设备。
（2）水热与溶剂热反应的基本类型。
（3）水热与溶剂热合成的工艺过程、工艺参数及过程控制。
（5）水热与溶剂热合成实例。
（6）水热与溶剂热合成存在的问题。
第四节 水热与溶剂热合成方法应用实例。
4.教学方法
（1）讲授法：相关概念及理论框架。
（2）研讨法：针对课堂上的案例，分小组讨论水热和溶剂热法工艺过程的影响因素，并对产物进行分析。
5.教学评价
回答下列问题：
（1）什么是水热法？
（2）什么是溶剂热法？
（3）与水热法相比，溶剂热法的优点有哪些？
（4）水热法溶剂热法的基本工艺流程是什么？
第四章 微波合成
1.教学目标
（1）理解微波法相比于其它合成方法的特点。
（2）学会利用微波法合成材料。
2.教学重难点
（1）掌握选择性加热的涵义。
（2）深入理解微波合成材料的机制。
3.教学内容
第一节 微波合成技术简介。
（1）微波介绍。
（2）微波合成发展历史。
第二节 微波加热及加速反应机理。
（1）选择性加热。
（2）微波加热与传统加热的区别。
（3）微波加热的特点。
第三节 微波合成材料原理及工艺。
（1）微波反应器。
（2）家用微波炉合成材料的缺点。
（3）微波反应的影响因素。
（4）微波反应注意事项。
第四节 微波合成技术应用。
（1）液相微波合成。
（2）固相微波合成。
（3）微波烧结。
4.教学方法
（1）讲授法：相关概念及理论框架。
（2）研讨法：针对课堂上的案例，分小组讨论微波合成工艺过程的影响因素，并对产物进行分析。
5.教学评价
回答下列问题：
（1）微波照射不同材料时，可能发生哪几种作用？
（2）吸收微波的材料，从原理上可以分为哪几种？
（3）什么是微波合成技术？
（4）微波合成相比于其它合成方法的特点？
第五章 超声电化学技术
1.教学目标
（1）理解超声化学，电化学和超声电化学的内在联系。
（2）学会利用超声电化学技术合成材料。
2.教学重难点
（1）理解超声波在电化学中的主要作用。
（2）深入理解超声化学的作用机理。
3.教学内容
第一节 超声化学合成法。
（1）超声化学的发展历史。
（2）超声化学的作用机理。
（3）超声发生装置。
第二节 电化学法。
（1）电化学法的研究内容。
（2）电化学法的优缺点。
第三节 超声电化学法。
（1）超声波在电化学中的主要作用。
（2）超声电化学法的分类。
第四节 超声电化学法合成纳米材料。
（1）超声电化学法制备纳米材料的优点。
（2）超声电化学法制备纳米材料实例。
4.教学方法
（1）讲授法：相关概念及理论框架。
（2）研讨法：针对课堂上的案例，分小组讨论超声电化学法制备材料的影响因素，并对产物进行分析。
5.教学评价
回答下列问题：
（1）微波照射不同材料时，可能发生哪几种作用？
（2）吸收微波的材料，从原理上可以分为哪几种？
（3）什么是微波合成技术？
（4）微波合成相比于其它合成方法的特点？
第六章 化学气相沉积
1.教学目标
（1）学会分析化学气相沉积制备材料的基本反应过程。
（2）学会利用化学气相沉积技术合成材料。
2.教学重难点
（1）掌握化学气相沉积制备材料的基本反应过程。
（2）深入理解化学气相沉积的基本原理。
3.教学内容
第一节 化学气相沉积的基本原理。
（1）什么是CVD法。
（2）CVD法发展历程。
（3）CVD法基本原理。
第二节 化学气相沉积的特点。
（1）优点。
（2）缺点。
第三节 几种比较重要的化学气相沉积方式。
（1）低压化学气相沉积（LPCVD）。
（2）等离子体化学气相沉积。
（3）其他CVD方法。
第四节 CVD制备新材料。
4.教学方法
（1）讲授法：相关概念及理论框架。
（2）研讨法：针对课堂上的案例，分小组讨论化学气相沉积法制备材料的影响因素，并对产物进行分析。
5.教学评价
回答下列问题：
（1）化学气相沉积的定义是什么？
（2）CVD工艺一般分为哪几个过程？
（3）CVD工艺中涉及哪几类化学反应？
（4）理想的CVD前驱体应满足哪些条件？
（5）化学气相沉积的特点是什么？
第七章 原子层沉积
1.教学目标
（1）学会分析原子层沉积技术制备材料的基本反应过程。
（2）学会利用原子层沉积技术合成材料。
2.教学重难点
（1）掌握原子层沉积制备材料的基本反应过程。
（2）深入理解原子层沉积技术的基本原理。
（3）对比原子层沉积和化学气相沉积技术。
3.教学内容
第一节 为什么要发展原子层沉积技术？
（1）几种材料表面沉积技术简介。
（2）原子层沉积技术介绍。
第二节 原子层沉积技术的基本原理。
（1）ALD工艺步骤。
（2）ALD设备。
（3）ALD反应前驱体要求。
（4）ALD优缺点。
第三节 原子层沉积技术的特殊优势(不可替代性)。
第四节 原子层沉积技术在储能材料和器件方面的应用。
4.教学方法
（1）讲授法：相关概念及理论框架。
（2）研讨法：针对课堂上的案例，分小组讨论原子层沉积技术制备材料的影响因素，并对产物进行分析。
5.教学评价
回答下列问题：
（1）什么是原子层沉积技术？
（2）原子层沉积为什么可以实现原子级别沉积精度？
（3）ALD 反应前驱体有哪些要求？
（4）ALD的优缺点有哪些？
四、学时分配
表2：各章节的具体内容和学时分配表
章节 | 章节内容 | 学时分配 |
第一章 | 绪论 | 1 |
第二章 | 溶胶-凝胶法 | 5 |
第三章 | 水热和溶剂热法 | 6 |
第四章 | 微波合成 | 5 |
第五章 | 超声电化学技术 | 3 |
第六章 | 化学气相沉积 | 4 |
第七章 | 原子层沉积 | 3 |
五、教学进度
表3：教学进度表
周次 | 日期 | 章节名称 | 内容提要 | 授课时数 | 作业及要求 | 备注 |
1 | 第一章 绪论 | 第一节 材料的发展历史。 第二节 先进材料及其重要性。 第三节 先进材料的合成与制备技术。 | 1 | 通过课外读物进一步了解先进材料及其制备技术。 | ||
1-2 | 第二章 溶胶-凝胶法 | 第一节 溶胶-凝胶法发展历程。 第二节 基本概念。 第三节 溶胶-凝胶过程的基本原理。 第四节 溶胶-凝胶工艺过程。 第五节 溶胶-凝胶合成方法的适用范围。 第六节 溶胶-凝胶合成方法应用举例。 | 5 | 作业：完成本章思考题。 要求：掌握本章重难点。 | ||
3-4 | 第三章 水热和溶剂热法 | 第一节 水热与溶剂热合成方法的发展。 第二节 水热与溶剂热合成方法原理。 第三节 水热与溶剂热合成工艺。 第四节 水热与溶剂热合成方法应用实例。 | 6 | 作业：完成本章思考题。 要求：掌握本章重难点。 | ||
5-6 | 第四章 微波合成 | 第一节 微波合成技术简介。 第二节 微波加热及加速反应机理。 第三节 微波合成材料原理及工艺。 第四节 微波合成技术应用。 | 5 | 作业：完成本章思考题。 要求：掌握本章重难点。 | ||
6-7 | 第五章 超声电化学技术 | 第一节 超声化学合成法。 第二节 电化学法。 第三节 超声电化学法。 第四节 超声电化学法合成纳米材料。 | 3 | 作业：完成本章思考题。 要求：掌握本章重难点。 | ||
7-8 | 第六章 化学气相沉积 | 第一节 化学气相沉积的基本原理。 第二节 化学气相沉积的特点。 第三节 几种比较重要的化学气相沉积方式。 第四节 CVD制备新材料。 | 4 | 作业：完成本章思考题。 要求：掌握本章重难点。 | ||
9 | 第七章 原子层沉积 | 第一节 为什么要发展原子层沉积技术？ 第二节 原子层沉积技术的基本原理。 第三节 原子层沉积技术的特殊优势(不可替代性)。 第四节 原子层沉积技术在储能材料和器件方面的应用。 | 3 | 作业：完成本章思考题。 要求：掌握本章重难点。 |
六、教材及参考书目
1．李爱东.《先进材料合成与制备技术》,2013，科学出版社。
2．孙万昌.《先进材料合成与制备》，2016，化学工业出版社。
3. 崔春翔.《材料合成与制备》，2010，华东理工大学出版社。
4. 许春香.《材料制备新技术》，2010，化学工业出版社。
5. 童忠良.《新型功能复合材料制备新技术》，2010，化学工业出版社。
七、教学方法
（讲授法、讨论法、案例教学法等，按规范方式列举，并进行简要说明）（五号宋体）
本课程以课堂讲授为主，学生讨论为辅的形式进行。
1. 讲授法：围绕课程的核心概念，如“溶胶凝胶法”、“水热和溶剂热法”、“微波合成”、等进行讲解。
2. 讨论法：围绕“溶剂热法的特点”、“家用微波炉合成材料的局限性”、“原子层沉积技术的特殊优势”等主题组织学生进行讨论。
3. 案例教学法：在进行溶胶凝胶法合成材料、水热和溶剂热法合成材料等的教学中，选择相应的案例，围绕案例组织学生进行主动分析、研讨。
八、考核方式及评定方法
（一）课程考核与课程目标的对应关系
表4：课程考核与课程目标的对应关系表
课程目标 | 考核要点 | 考核方式 |
课程目标1 | 掌握所学先进制备技术的基本原理 | 考试 |
课程目标2 | 利用所学先进材料制备技术指导实验设计 | 考试 |
课程目标3 | 学会分析外文文献中的实验过程和结果 | 课堂互动 |
（二）评定方法
1．评定方法
2．课程目标的考核占比与达成度分析
表5：课程目标的考核占比与达成度分析表
考核占比 课程目标 | 平时 | 期中 | 期末 | 总评达成度 |
课程目标1 | 20% | 分目标达成度={0.1ｘ平时分目标成绩+0.4ｘ期中分目标成绩/分目标总分 | ||
课程目标2 | 20% | |||
课程目标3 | 10% |
（三）评分标准
课程目标
评分标准 90-100 优 A
80-89 良 B
70-79 中 C
60-69 合格 D
＜60 不合格 F
课程目标1
深入理解先进材料制备技术基本原理，熟练掌握先进材料制备技术工艺，能够正确的解析先进材料制备技术合成路线。
比较深入理解先进材料制备技术基本原理，熟练掌握先进材料制备技术工艺，能够正确的解析先进材料制备技术合成路线。
基本理解先进材料制备技术基本原理，比较熟练掌握先进材料制备技术工艺，能够正确的解析先进材料制备技术合成路线。
基本理解先进材料制备技术基本原理，基本掌握掌握先进材料制备技术工艺，能够正确的解析先进材料制备技术合成路线。
不能理解先进材料制备技术基本原理，不能掌握先进材料制备技术工艺，不能正确的解析先进材料制备技术合成路线。
课程目标2
熟练掌握先进材料制备技术工艺过程影响因素，熟悉不同先进材料制备技术的特点及应用范围。
熟练掌握先进材料制备技术工艺过程影响因素，比较熟悉不同先进材料制备技术的特点及应用范围。
比较熟练掌握先进材料制备技术工艺过程影响因素，比较熟悉不同先进材料制备技术的特点及应用范围。
比较熟练掌握先进材料制备技术工艺过程影响因素，对所学不同先进材料制备技术的特点及应用范围只有部分了解。
没有掌握先进材料制备技术工艺过程影响因素，不熟悉不同先进材料制备技术的特点及应用范围。
课程目标3
能够正确分析先进材料制备技术合成材料案例，较好具备查阅先进材料制备技术相关文献的能力，能够正确分析先进材料制备技术合成材料的结构、形貌、性能等图示。
能够正确分析先进材料制备技术合成材料案例，较好具备查阅先进材料制备技术相关文献的能力，能够大致分析先进材料制备技术合成材料的结构、形貌、性能等图示。
能够部分正确分析先进材料制备技术合成材料案例，具备查阅先进材料制备技术相关文献的一般能力，能够大致分析先进材料制备技术合成材料的结构、形貌、性能等图示。
能够部分正确分析先进材料制备技术合成材料案例，具备查阅先进材料制备技术相关文献的一般能力，
能够分析先进材料制备技术合成材料的结构、形貌、性能等图示。
不能够正确分析先进材料制备技术合成材料案例，不具备查阅先进材料制备技术相关文献的一般能力，不能够分析先进材料制备技术合成材料的结构、形貌、性能等图示。