课程文献中心 更多>>

关键词： 专业实验   材料化学   特色专业  

摘要： 湖南科技大学材料化学专业于2009年被批准建设为湖南省特色专业。结合本专业2年来的建设情况,从专业实验教学的角度,分析与总结了专业实验室的建设、实验室师资的建设以及具有特色的专业实验教学体系的构建。

关键词： 材料化学   教学   思考  

摘要： 为了提高本科生的综合素质,讨论了本校无机非金属专业本科生开设材料化学课程的定位,并试图在教学内容、手段和评价方法等方面做一些新的尝试。

关键词： 石墨烯材料   化学气相沉积   电学性质   层数可控制备  

摘要： 石墨烯在电子器件、复合材料和储能器件等领域有着广阔的应用前景。目前，基于过渡族金属上的化学气相沉积技术(CVD)是制备大面积石墨烯薄膜所主要使用的方法。但受其生长、形核机制的限制，CVD法制备的多晶石墨烯在控制其层数和均匀性方面面临很大挑战，而天生的多晶结构也严重影响了石墨烯的电学性能。因此，开发能够获得大面积、高质量、层数均匀可控单晶石墨烯的新技术或新衬底材料是目前该领域的研究热点。本论文研究基于CVD法的石墨烯可控制备及表征，所开展的主要工作和结论如下:\n 1.利用自行改装的CVD设备在钼基、钴膜和铜箔衬底上成功地制备出了石墨烯薄膜并对其进行了转移和表征。\n 2.首次在钼箔衬底上实现了石墨烯的层数可控制备，通过控制不同的降温速率(1.5～10℃/s)获得了1～3层均匀的石墨烯薄膜。拉曼结果表明钼箔上石墨烯的D峰较强，薄膜质量欠佳。通过在单晶钼膜和单晶钴膜上生长的方法有效地提高了石墨烯薄膜的质量。通过相图分析和实验，验证了钼基和钴基上石墨烯的生长机理同为碳的溶解析出机制，并解释了钼箔和钴膜上所获得石墨烯层数和均匀性差异的原因。\n 3.在铜箔衬底上实现了石墨烯单晶畴的可控制备。研究了不同甲烷流量对石墨烯成核密度及单晶畴尺寸的影响，并通过两步生长法制备了基于不同单晶尺寸的多晶石墨烯连续膜。对转移后样品的霍尔测试结果表明，石墨烯的单晶畴尺寸对其连续膜的电学性能影响显著。增大石墨烯的单晶畴尺寸可以有效地提高其连续膜的载流子迁移率，利用半导体理论和势垒模型解释了原因。

关键词： 智能材料   化学-力学耦合   聚合物胶体   解析解  

摘要： 许多刺激响应性材料，特别是聚合物胶体，由于广泛应用于机械，化学，材料工程以及生命科学等多个领域而备受关注。对于电化学和生理环境下的聚合物胶体，化学场变化能够引起这类材料膨胀或收缩等力学变形，另一方面，力学变形也会对化学场造成影响。这种共存的物理过程体现了力学场与化学场的相互耦合和相互影响。本文重点对聚合物胶体的化学-力学耦合行为进行了理论研究，主要贡献包括以下几个方面。　　本文首先利用扩展的Gibbs自由能密度函数给出了耦合介质的基本方程(如控制方程和本构关系)，进而构造了这种线性化学-力学耦合系统的变分原理，并证明了该理论框架的封闭性。　　对承受单向载荷的聚合物胶体，基于化学-力学耦合理论和相应的边界条件，给出了力学变形和离子浓度分布的解析解。利用得到的解析公式，研究了线弹性各向同性聚合物胶体分别在静态均匀面力载荷，线性浓度分布载荷和动态指数面力载荷作用下的位移、应力、浓度和化学势分布情况。　　对半空间体介质的化学.力学耦合问题，利用给定的边界条件，分别得到了力学场和化学场的解析解。相应地，本文考察了半空间聚合物胶体分别在静态均匀面力载荷，线性浓度分布载荷和动态指数面力载荷作用下的位移、应力、浓度和化学势分布情况。　　本文基于线性化学-力学耦合理论框架，推导了几种简单结构聚合物胶体的化学场与力学场的解析解。数值结果表明，化学场与力学场存在明显的耦合作用。本文工作对深入理解刺激响应性材料的多场耦合机制具有一定的学术价值和应用意义。

关键词： 密度泛函理论   石墨烯   石墨烯氧化物   电子结构   核磁共振谱  

摘要： 近年来由于计算能力和相关理论的迅速发展,基于密度泛函理论的第一性原理计算在材料科学的研究中得到了广泛的应用,已经成为材料表征与设计的有力工具之一。实验上,有很多有效方法被用来合成材料和对材料进行表征。理论计算研究既可以用来解释已有的实验现象,帮助我们更好的理解实验,也可以设计新材料或者预测材料的新性质,为实验研究提供方向和指导。低维纳米材料常常有独特的力、电、光、磁和催化性能,是现在材料研究中的一个重要的方向。本文主要对低维材料石墨烯氧化物以及功能化的石墨烯进行第一性原理研究。 在第一章中,我们简单介绍了密度泛函理论、核磁共振模拟以及自由能计算的一些背景知识。第一部分包括密度泛函理论的基本定理、交换相关泛函、基组、赝势和计算中用到的软件包等。核磁共振模拟部分重点介绍了适用与周期性体系的GIPAW方法。最后我们简单介绍第一性原理计算自由能。 由于其独特的物理化学性质以及广阔的应用前景,石墨烯是当今材料科学的一个热点。石墨烯研究中急需解决的一个重要问题是大规模高质量的样品制备。化学氧化还原法是实现这一目标的一种可能方法。而石墨烯氧化物是其中的一种关键中间产物。同时,石墨烯氧化物本身也有许多潜在应用,因此是一类重要的材料。在第二章中,我们综述了石墨烯以及石墨烯氧化物的相关背景和一些研究进展。 石墨烯氧化物的微观原子结构至今仍不是十分清楚。核磁共振谱是一种实验上广泛应用于石墨烯氧化物结构研究的方法。在第三章中,根据第一性原理13C化学位移计算,使用GIPAW方法,我们得到了频谱与结构的对应关系。我们的研究表明,即使是同一类型的氧化基团,其13C化学位移对周围的原子环境非常敏感。对环氧基和羟基的化学位移的影响因素我们也进行了讨论。利用核磁共振谱模拟我们检查了以前文献报道的结构。羟基链结构虽然在能量上有利,但预计将不会广泛存在于真正的GO中。根据我们的核磁共振模拟,我们也对先前研究中提出的环氧对结构进行了化学位移计算。 我们的核磁共振模拟发现能量上稳定的羟基链结构与实验结果矛盾。而且,通过振动频率计算与红外光谱实验的对比,我们进一步证实了这一结论。为了解决这些争议,我们从热力学和动力学两方面对石墨烯氧化物结构的进行了考察。第一性原理的热力学计算给出了一个与能量排序类似的基于自由能的稳定性排序,羟基链确实在热力学上是非常有利的。因此,预计动力学在石墨烯氧化物合成中对其结构起重要作用。过渡态计算发现石墨烯氧化物中不同的局域极小之间有很大的势垒,这表明实验中取得的石墨烯氧化物样品应该是动力学约束的亚稳态结构。 除了对复杂纳米结构进行计算表征,我们还开展了理论设计方面的工作。同样针对二维材料,为了拓展其在电子器件方面的应用,通过平面化学修饰对其电子结构进行调制是一种重要手段。在第五章中,基于密度泛函理论,我们研究了氟取代的平面聚硅烷和石墨烷的电子结构。我们发现,碳和硅表现出非常不同的表面化学。氟修饰的平面聚硅烷由间接带隙变为直接带隙,其带隙宽度主要由氟覆盖率决定,而不论其在表面上如何分布。但是,氟掺杂的石墨烷由于反键态和近自由电子态之间的竞争,其电子结构对掺杂构型非常敏感。对于一些特定的氟的分布,可以得到零维和一维的近自由电子态。因此,对于实际应用中通过表面化学修饰调制电子结构,二维硅基和碳基材料相比更具优势。

关键词： biomimetic synthesis   biomineralization   organic templates  

摘要： Living organisms are well known for building a wide range of specially designed organic–inorganic hybrid materials such as bone, teeth, and shells, which are highly sophisticated in terms of their adaptation to function. This has inspired physicists, chemists, and materials scientists to mimic such structures and their properties. In this Review we describe how strategies used by nature to build and tune the properties of biominerals have been applied to the synthesis of materials for biomedical, industrial, and technological purposes. Bio-inspired approaches such as molecular templating, supramolecular templating, organized surfaces, and phage display as well as methods to replicate the structure and function of biominerals are discussed. We also show that the application of in?situ techniques to study and visualize the bio-inspired materials is of paramount importance to understand, control, and optimize their preparation. Biominerals are synthesized in aqueous media under ambient conditions, and these approaches can lead to materials with a reduced ecological footprint than can traditional methods.

关键词： 材料化学专业   实验教学   教学改革  

摘要： 在材料化学专业教学中,实验教学改革是教学改革的重要内容之一.为提高实验教学质量,激发学生的创新思维,培养学生的动手能力,我们从基础实验和专业实验内容、实验形式等方面入手对材料化学专业的实验进行了改革,从而提高了教学质量,拓展了学生的知识面,培养了学生的创新能力和学习兴趣.

关键词： Iron compounds  

摘要： Recently a new mineral, melliniite, was reported from a meteorite sample. This mineral has an ideal chemical composition of (Ni,Fe)(4)P and a crystal structure where the phosphorus atoms are coordinated by twelve nearest neighboring metal atoms. No other phosphide has been reported to have such high metal coordination. Therefore melliniite provides new and important information about the chemical interaction in transition metal chalcogenides and possibly pnictides. We demonstrate here, using first principles theory, that the stability and icosahedral metal-phosphorous coordination of melliniite are due to a balance between covalent Fe-P binding, configurational entropy and a weaker nickel-phosphorus binding, that has only a weak directional dependence.

关键词： 专业综合实验   教学改革   创新思维  

摘要： 以激发学生学习专业知识的兴趣和培养学生的创新思维为目标,对材料化学专业综合实验优化和整合,通过塑料模压成型等实验的设计与实践,加强了对学生分析问题、解决问题、独立工作、协同配合、富于创新等综合能力的培养,取得了良好的教学效果.

摘要： A graphical abstract is available for this content