【材料科学前沿与新技术课程总结综述3000字】

《材料科学前沿与新技术》课程总结综述一、由石墨烯基复合材料的研究与应用一课引发的思考我在石墨烯基复合材料的研究与应用一课对石墨烯这一材料有了更多的认识，通过课上及课下查阅相关资料了解到具有二维蜂窝状网状结构的单原子纳米材料的石墨烯，具有优良的光透性、力学和导电性。其中研究最为广泛的是电学性质。石墨烯独特的载流子特性和无质量的狄拉克费米子属性使其能够在室温下观测到霍尔效应和异常的半整数量子霍尔效应。另外，由于原子间作用力非常强，在常温下，即使周围碳原子发生挤压，石墨烯中的电子受到的干扰也很小。电子在石墨烯中传输时不易发生散射，迁移率约为硅中电子迁移率的140倍，其电导率，比铜或银更低，是室温下导电最好的材料。近年来广泛应用于传感器、储能、半导体材料、生物医学和太阳能电池等工业领域。随着新技术的不断涌现和科学技术的不断发展，石墨烯基材料制备技术迅速发展。表面功能化操作简单，应用广泛，且可以改善传统石墨烯由于受范德华力作用分离困难、热稳定性差等问题；自组装法实现石墨烯结构的规律性，提升了石墨烯的电学性能，但由于受反应容器的集合限制力学性能差，大规模制备困难。粉末冶金法材料用量少，所得材料力学性能高，并且可以解决通过自组装法制备的石墨烯材料所出现的稳定性差、晶化程度低等问题，但粉末冶金法制备的复合材料会出现一些孔洞，致密度低的现象，且粉末冶金法属于高温工艺，耗能大，流程复杂，不利于节能减排；模板合成法以模板为载体，可以严格控制材料的大小和形状，操作简单，但石墨烯的导向生长模板作用难以控制，且在硬模板合成中，需使用强酸强碱将模板去除，可能破坏复合材料结构影响其性能，一些直接受热分解或去除方式简单的绿色型模板是未来研究的方向；３Ｄ打印制作精度高、结构可设计、可大规模制造等特点解决了自组装法、模板法等可控性差、微观结构混乱等问题，充分发挥石墨烯力学、光学等优良性能，提高其在相关领域的应用范围，但由于单一的制备方式，很难实现复合工艺。为了真正实现石墨烯基材料的实际应用，还需做大量的研究工作，使其低成本、操作简单、可大量生产，促进实现工业化。石墨烯的良好性质使它成为理想的基体材料，易于与其它功能性材料复合制备石墨烯基功能材料，如石墨烯基复合材料在超级电容器中作电极的应用。随着石墨烯材料的发展，不仅其本身作为电极材料有望提升超级电容器的容量，更能作为隔膜、集流体甚至粘结剂助力各种电极材料的发展。电化学电容器(EC)，又称超级电容器，超级电容器通常可以分为两种类型:一种是双电层电容器，它通过电极/电解液界面上的静电积累电荷来存储能量;另一种是赝电容器，它基于电极上的快速氧化还原反应，产生巨大的赝电容。由于其高功率密度,优越传输速度,快速充电/放电率、长循环寿命,制作简单,快速动态的传播,维护成本低等优势满足了日益增长的电力需求[33]。可应用在携式电子设备、移动通信、混合动力汽车、存储备份系统、大型工业和军事装备等。电容器的核心部件是电极，其结构和组成直接影响其电导率和电容。因此，研究工作主要集中在电极的优化上。目前，商用超级电容器的电极材料主要是以活性炭为主，而活性炭材料的发展已趋于完善，其电容量也几乎达到极限。石墨烯拥有比活性炭更优的性能，但其应用仍然处于实验室阶段，在其工业化的道路上，仍然还需要进一步的提升性能，降低成本和环境污染。石墨烯材料在储能领域的应用都拥有广阔的前景，但需要更多、更深入的研究去推动其从实验室走向市场。所以从石墨烯的制备方案入手，根据储能领域的应用需求有针对性地研究适用于储能领域的石墨烯材料的高性价比制备方案具有远大的应用前景。二、巧妙地思路和坚持不懈的态度对推进研究进程的作用在近期的参加的一个科研讲座中，有一则科研故事令我印象深刻。1928年，英国细菌学家亚历山大•弗莱明发现青霉菌能分泌一种物质杀死细菌，他将这种物质命名为“青霉素”，但他未能将其提纯用于临床。1929年，弗莱明发表了他的研究成果，遗憾的是，这篇论文发表后一直没有受到科学界的重视。10年后，德国化学家恩斯特•钱恩在旧书堆里看到了弗莱明的那篇论文，于是开始做提纯实验。1940年冬，钱恩提炼出了一点点青霉素，这虽然是一个重大突破，但离临床应用还差得很远。1941年，青霉素提纯的接力棒传到了澳大利亚病理学家瓦尔特•弗洛里的手中。一天，弗洛里下班后在实验室大门外的街上散步，见路边水果店里摆满了西瓜，为了慰劳同事，他走进了水果店打算买几只西瓜。随手抱起几只，交了钱后刚要走，忽然瞥见柜台上放着一只被挤破了的西瓜。这只西瓜有几处瓜皮已经溃烂了，上面长了一层绿色的霉斑。弗洛里盯着这只烂瓜看了好久，又皱着眉头想了一会，忽然对老板说：“我要这一只。”弗洛里捧着这只烂西瓜回到实验室后，立即从瓜上取下一点绿霉，开始培养菌种。从烂西瓜里得到的青霉素，竟从每立方厘米40单位一下子猛增到200单位。1943年10月，弗洛里和美国军方签订了首批青霉素生产合同。青霉素在二战末期横空出世，迅速扭转了盟国的战局。战后，青霉素更得到了广泛应用，拯救了数以千万人的生命。因这项伟大发明，弗洛里和弗莱明、钱恩分享了1945年的诺贝尔生物及医学奖。单这则科研故事便将巧妙的思路和坚持不懈的态度对推进研究进程的作用体现得淋漓精致。青霉素的发现及大批量地培养，前后共经历了三位科学家的传递研究，从青霉素的发现到提炼及大批量的培育，都是因为坚持不懈的研究态度，从发现到偶然买瓜时迸发出的科研灵感，也充分体现了巧妙的思路。若空有坚持不懈，没有巧妙的思路做指引，无法获得最终的成功。但若没有坚持当思路来临时，也无法把握住它。巧妙的思路及坚持不懈的科研精神，二者在成功的路上缺一不可。三、开展国内外研究现状的分析调研方法建议首先建议采用文献资料研究的方法。通过选择合适的关键词搜索文献，阅读期刊论文/学位论文/图书资料等各种文献资料，查阅与你研究主题相关资料、搜索发现国内外近似或界于同一课题研究的历史、现状与趋势，归纳总结前人的研究成果。在阅读论文时，建议先选择综述性文献以“先国外文献综述、再到国内文献综述”顺序进行阅读学习，可以从整体上对目前国内外在这一课题的研究水平、发展动态和趋势；与课题相关领域前人的探索结果和研究工作所需要的工作条件等有个基本认识及了解。随后对读过的文献分类，把内容相近的归为一类，也可以称之为一个流派。对于每个流派，按时间先后顺序理清来龙去脉。然后再对不同的流派进行对比，分析其异同，分析每个流派的优势和不足。之后可以再通过文献综述的撰写，对所读国内外文献进行整体的梳理与分析。以我为例，我目前的研究方向是纤维素基气凝胶作超级电容器电极材料及在污水处理中的应用。由于本科所学并非包装材料方向，所以在进行研究时，便选择先关键字检索阅读学术性高的国内外文献综述，在对整体研究领域有了基础认知及了解后，在进行针对性的分类阅读国内外各研究性文献，并在阅读过程中做笔记且对文献进行分类整理，方便以后查找。最后尝试撰写该研究方向的综述论文，对所了解、积累的知识及文献进行一个全面的梳理。我深刻记得在《材料科学前沿与新技术》一课上，老师讲得科研学者通过大自然生物本身具有的生物外表特性的研究，