《功能高分子材料》 課程教學(xué)大綱

PAGEPAGE6《功能高分子材料》課程教學(xué)大綱一、課程名稱：功能高分子材料FunctionalPolymericMaterials二、課程編碼：0809641三、學(xué)時(shí)與學(xué)分：32/2四、先修課程：高分子材料基礎(chǔ)五、課程教學(xué)目標(biāo)功能高分子材料由于其特有的功能性和專用性，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)、信息功能化、生物醫(yī)用器材、物質(zhì)分離膜、能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)能技術(shù)等工業(yè)領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。本課程的目的是使學(xué)生了解和掌握功能高分子材料的基本內(nèi)容。其任務(wù)包括：1.介紹作為精細(xì)高分子主要內(nèi)容的功能高分子的類型、結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系、制備的方法。2.引導(dǎo)學(xué)生掌握查詢網(wǎng)絡(luò)科技咨詢的能力。3.培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力，通過小組討論解決高分材料中的問題。4.改變學(xué)生對(duì)科研的陌生感，啟發(fā)學(xué)生研究開發(fā)多功能高分子材料的能力。表1課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求及其指標(biāo)點(diǎn)本課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求1：工程知識(shí)能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于解決復(fù)雜工程問題。1.1掌握了用于解決功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。1.2掌握了用于解決功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題的物理、化學(xué)等自然科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。課程目標(biāo)11.3掌握了用于解決功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題的工程力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。1.4掌握了用于解決功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題的工程檢測(cè)與控制基礎(chǔ)知識(shí)。1.5系統(tǒng)掌握了專業(yè)知識(shí)，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)用于解決功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題。課程目標(biāo)4畢業(yè)要求2：?jiǎn)栴}分析能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。2.1能夠應(yīng)用工程數(shù)學(xué)基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。2.2能夠應(yīng)用物理、化學(xué)基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。課程目標(biāo)2、32.3能夠應(yīng)用力學(xué)基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。2.4能夠應(yīng)用工程科學(xué)基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。畢業(yè)要求3：設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案能夠設(shè)計(jì)針對(duì)復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮法律、健康、安全、文化、社會(huì)以及環(huán)境等因素。3.1了解功能材料與器件問題的特征，掌握解決復(fù)雜工程問題的設(shè)計(jì)方法。3.2在考慮法律、健康、安全、文化、社會(huì)以及環(huán)境等制約因素的前提下，能夠設(shè)計(jì)（開發(fā)）針對(duì)復(fù)雜功能材料與器件問題的解決方案，具備設(shè)計(jì)（開發(fā)）滿足特定工程需求的功能材料系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程的能力。課程目標(biāo)43.3在設(shè)計(jì)（開發(fā)）過程中，具有追求功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題創(chuàng)新解決的態(tài)度和意識(shí)，掌握了基本的創(chuàng)新方法，清楚創(chuàng)新方向及領(lǐng)域。畢業(yè)要求4：研究能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。4.1掌握功能材料的合成與制備技術(shù)的原理及特點(diǎn)，能夠采用科學(xué)方法，具備合理設(shè)計(jì)制備功能材料的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)、開展科學(xué)研究的能力。4.2掌握功能材料與器件的分析測(cè)試技術(shù)的原理及主要特點(diǎn)，能夠采用科學(xué)方法，正確構(gòu)建并實(shí)施功能材料與器件測(cè)試的綜合實(shí)驗(yàn)，得出正確結(jié)果的能力。課程目標(biāo)14.3能正確使用和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過信息綜合處理，具備對(duì)復(fù)雜的功能材料和器件的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行正確分析的能力。4.4了解功能材料制備與測(cè)試所需的常用設(shè)備、實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)方法，具備調(diào)控設(shè)備及儀器參數(shù)，進(jìn)行測(cè)控和維護(hù)的能力。課程目標(biāo)1畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具能夠針對(duì)復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對(duì)復(fù)雜工程問題的預(yù)測(cè)與模擬，并能夠理解其局限性。5.1掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)搜索工具的使用方法。課程目標(biāo)25.2了解功能材料專業(yè)重要資料來源及獲取方法。六、適用學(xué)科專業(yè)：功能材料專業(yè)本科生七、基本教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排緒論高分子材料、功能材料的定義；構(gòu)效關(guān)系；高分子的作用；功能高分子材料的特點(diǎn)；功能高分子材料的整體制備策略；教學(xué)要求簡(jiǎn)介思考題：1.分子量多大算高分子？2.高分子分子量對(duì)功能有什么影響？3.請(qǐng)大家就高分子骨架結(jié)構(gòu)的作用舉幾個(gè)例子。反應(yīng)型高分子材料高分子氧化還原試劑；高分子官能團(tuán)轉(zhuǎn)移試劑；高分子催化劑；固定化酶；反應(yīng)性高分子的應(yīng)用思考題：1.能源材料中，有很大一類電極材料，比如磷酸鐵鋰、鈷酸鋰等，也具有氧化還原特性，也是固體的，能否代替高分子氧化還原試劑？也請(qǐng)舉幾個(gè)例子說明，說明具體優(yōu)缺點(diǎn)。2.多肽合成，使用固相法有什么優(yōu)點(diǎn)？我們國家的科學(xué)家曾經(jīng)合成牛胰島素，是不是用的固相法？你對(duì)人工合成牛胰島素的工作有何評(píng)價(jià)？現(xiàn)代主流技術(shù)如何制備蛋白質(zhì)？3.聚輪烷是一種很有趣的高分子，請(qǐng)收集一些聚輪烷（環(huán)動(dòng)超分子材料）及其應(yīng)用的例子。導(dǎo)電高分子材料聚合物的導(dǎo)電類型；復(fù)合導(dǎo)電高分子材料；電子導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電機(jī)理與結(jié)構(gòu)特征；摻雜與電導(dǎo)率的關(guān)系；電子導(dǎo)電聚合物的制備方法；導(dǎo)電聚合物包覆電極材料思考題：1.聚噻吩、聚苯胺、碳化聚丙烯腈、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電環(huán)氧樹脂的導(dǎo)電機(jī)制是什么樣的？哪些是結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子？2.聚吡咯為什么有導(dǎo)電能力？摻雜會(huì)對(duì)其導(dǎo)電能力產(chǎn)生什么樣的影響？3.摻雜改變導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電能力的實(shí)質(zhì)是什么？哪些可以實(shí)現(xiàn)n型摻雜？哪些是p型摻雜？4.光照能否改變導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電能力？其中的機(jī)理是什么？需要什么樣的光？響應(yīng)速度如何？高分子電致發(fā)光與電致變色材料概述；電致發(fā)光器件結(jié)構(gòu)和發(fā)光機(jī)理；高分子電致發(fā)光材料的應(yīng)用；電致變色材料的種類與變色機(jī)理；電致變色器件的結(jié)構(gòu)、工藝及應(yīng)用思考題：1.正極材料如果功函數(shù)太低，或者負(fù)極材料功函數(shù)太高，會(huì)有什么后果？2.高分子發(fā)光層的厚度太薄或者太厚，會(huì)有什么后果？3.導(dǎo)電高分子可以用作空穴傳輸層，也可以用作發(fā)光層，有什么異同？4.請(qǐng)舉例說明PLED壽命衰減機(jī)制？高分子電解質(zhì)材料高分子電解質(zhì)的應(yīng)用背景；凝膠電解質(zhì)；聚氧乙烯類鋰離子電解質(zhì)；Nafion膜；無機(jī)-高分子復(fù)合電解質(zhì)思考題：1.聚合物鋰離子電池是什么意思？為什么聚合物鋰離子電池更安全？2.結(jié)合生活，請(qǐng)舉幾個(gè)例子，說說凝膠的制備策略。3.PEO-LiTFSI干電解質(zhì)的導(dǎo)電機(jī)制為何最適合于鋰離子？（請(qǐng)考慮其他離子的情況，包括氫離子、鈉離子、鉀離子、銀離子、鈣離子、鎂離子……）高分子駐極體與壓電體高分子駐極體的定義、結(jié)構(gòu)特征以及與壓電、熱電作用機(jī)理；高分子駐極體的形成方法；常見駐極體材料及其應(yīng)用；壓電高分子材料與可穿戴電子器件思考題：1.高分子駐極體的熱電效應(yīng)和半導(dǎo)體熱電材料的熱電效應(yīng)有什么區(qū)別？高分子駐極體的熱電效應(yīng)可能有什么應(yīng)用？2.結(jié)合壓電材料的應(yīng)用領(lǐng)域，你覺得高分子壓電材料有哪些先天缺點(diǎn)？高分子液晶材料分類與命名；分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)；合成方法；液晶高分子表征方法（X射線衍射、核磁、介電松弛、偏光顯微鏡、雙折射）；性能與應(yīng)用思考題：1.分子量不均一的高分子材料能否形成液晶？能形成哪種相？2.有沒有手性近晶A相？為什么？3.液晶顯示屏的原理是什么？高分子吸附與分離材料高分子吸附劑的定義、分類；非離子型吸附樹脂；螯合樹脂；離子型吸附樹脂；高吸水性樹脂；高分子分離膜的制備；分離機(jī)制與應(yīng)用思考題：1.超吸水性樹脂都有哪幾種？2.相反轉(zhuǎn)法是什么意思？請(qǐng)舉例說明。3.鋰離子電池隔膜是怎么制備的？光敏高分子光敏涂料；光刻膠；光穩(wěn)定劑；光之變色高分子；光導(dǎo)電高分子；有機(jī)太陽能電池中的高分子材料思考題：1.光敏高分子除了光刻膠，還有哪些應(yīng)用？2.光化學(xué)反應(yīng)內(nèi)量子效率和外量子效率差在哪里？3.光致變色高分子材料有哪幾種？請(qǐng)想一些應(yīng)用。功能高分子凝膠熱敏感水凝膠；pH敏感水凝膠；化合物敏感水凝膠；離子識(shí)別響應(yīng)凝膠；電致形變凝膠思考題：1.請(qǐng)自己設(shè)計(jì)一款凝膠，能夠檢測(cè)鋅離子的濃度2.請(qǐng)利用智能凝膠材料設(shè)計(jì)一款人造肌肉3.凝膠電泳的原理是什么？有什么應(yīng)用？高分子自組裝模板材料聚苯乙烯微球與光子晶體；兩親高分子有序聚集體；電紡絲技術(shù)及其模板作用思考題：1.單分散聚苯乙烯微球?yàn)楹涡纬擅嫘牧⒎矫芏逊e？2.請(qǐng)列舉生物體中的自組裝現(xiàn)象。3.請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)方案，用模板法合成一維納米金屬氧化物材料。學(xué)時(shí)安排：章節(jié)學(xué)時(shí)1.緒論22.反應(yīng)型高分子材料33.導(dǎo)電高分子材料34.高分子電致發(fā)光與電致變色材料45.高分子電解質(zhì)材料26.高分子駐極體與壓電體2