1、材料科學(xué)前沿學(xué)習(xí)報(bào)告張敏，材料化學(xué)，26一、 現(xiàn)代壓電鐵電材料（朱建國） 朱建國老師從壓電效應(yīng)展開論述，詳盡闡述了壓電材料的原理、結(jié)構(gòu)和功能。從老師的講述中我了解到了：壓電效應(yīng)就是某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷的現(xiàn)象。壓電又分為正壓電（外力去掉后恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)）和逆壓電（當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失）。最早發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象是水晶晶體在機(jī)械力的作用下會(huì)在表面上激發(fā)出電荷，二戰(zhàn)期間朗之萬等人為對(duì)付德國納粹的潛水艇利用石英制作水下探測(cè)器拉開壓電材料運(yùn)用的帷幕，

2、到97年P(guān)ZN-PT，PMT-PT單品制作成功。朱建國老師還講了鐵電材料，從老師的講述中我了解到了：多鐵性材料(multiferroics)是指材料中包含兩種及兩種以上鐵的基本性能，這些鐵的基本性能包括鐵電性（反鐵電性），鐵磁性（反鐵磁性、亞鐵磁性）和鐵彈性。磁滯回線當(dāng)鐵磁質(zhì)達(dá)到磁飽和狀態(tài)后，如果減小磁化場(chǎng)強(qiáng)H，介質(zhì)的磁化強(qiáng)度M（或磁感應(yīng)強(qiáng)度B）并不沿著起始磁化曲線減小，M（或B）的變化滯后于H的變化，這種現(xiàn)象叫磁滯；在磁場(chǎng)中，鐵磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系可用曲線來表示，當(dāng)磁化磁場(chǎng)作周期的變化時(shí)，鐵磁體中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系是一條閉合線，這條閉合線叫做磁滯回線。用多鐵材料制作的電

3、容介電常數(shù)高，體積小。從朱老師的講述中，最大的收獲是了解到潛艇聲納技術(shù)的原理與制作材料，以及多鐵材料用于小體積電容器的應(yīng)用。二、 高效太陽能材料與太陽電池（李衛(wèi)）李衛(wèi)老師主講的是太陽能材料，但是他先從現(xiàn)有能源的局限性開始講起，步步引入，突出了太陽能材料的研制的迫在眉睫和如火如荼。這種娓娓道來、循循善誘的講課方式很容易激發(fā)我的學(xué)習(xí)興趣，跟著老師的思路走。在現(xiàn)有能源中，石油、天然氣即將枯竭且不可再生；煤炭雖然還可用百余年的時(shí)間但是對(duì)大氣污染和地質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞非常大，黑煤礦對(duì)工人的壓榨和環(huán)境的破壞時(shí)毀滅性的。為了利用清潔、廉價(jià)、永不枯竭、基本不受地域限制的太陽能，如何高效的收集、利用和儲(chǔ)存太陽能，成為了

4、當(dāng)前太陽能材料研究迫在眉睫有待解決的問題。太陽能材料以太陽能電池材料為主，是指能將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的材料，只有半導(dǎo)體材料具有這種功能，可做太陽電池材料的材料有單晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空間的有單晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生產(chǎn)的有單晶硅、多晶硅、非晶硅，其他尚處于開發(fā)階段；目前致力于降低材料成本和提高轉(zhuǎn)換效率，使太陽電池的電力價(jià)格與火力發(fā)電的電力價(jià)格競爭，從而為更廣泛更大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造條件。從1939年光生伏打效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，然而知道1954年才發(fā)明了太陽能電池效率僅6%，從此太陽能技術(shù)得以快速發(fā)展，到目前為止太陽能電池的效率已經(jīng)提

5、高到了25%，歷經(jīng)了單晶硅到多晶硅到非晶硅微晶硅的發(fā)展歷程，到如今還出現(xiàn)了化合物半導(dǎo)體（GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等）制作太陽能電池。從李衛(wèi)老師所講的太陽能材料，最大的收獲是了解了太陽能運(yùn)用的原因、歷程和目前的發(fā)展，更加深入的了解到太陽能電池的發(fā)展所需攻克的難關(guān)，樹立了新能源研究的意識(shí)。三、 聚合物復(fù)合材料（朱基亮）朱基亮老師從聚合物復(fù)合材料的重要性能、發(fā)展歷程、應(yīng)用前景和技術(shù)基礎(chǔ)四個(gè)方面展開詳細(xì)介紹了聚合物復(fù)合材料的相關(guān)知識(shí)。聚合物復(fù)合材料與他的組成材料相比優(yōu)點(diǎn)有具有很高的比強(qiáng)度和比模量（剛度）可以在廣泛的溫度范圍內(nèi)使用，同時(shí)其使用溫度均高于其組成材料良好的尺寸穩(wěn)定性良

6、好的化學(xué)穩(wěn)定性(聚合物基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料具有良好的抗腐蝕性)良好的抗疲勞、蠕變、沖擊和斷裂韌性.朱老師講聚合物復(fù)合材料發(fā)展歷程時(shí),引用的例子生動(dòng)形象,自然界的復(fù)合材料就舉例了樹干竹子;還結(jié)合中國歷史講了修筑萬里長城的糯米石灰漿,銅雀臺(tái)的核桃油浸地磚;也結(jié)合現(xiàn)代生活實(shí)際講了鋼筋混凝土.最早出現(xiàn)的聚合物復(fù)合材料是1932在美國的研制的FRP,1944用于了飛機(jī)的機(jī)身和機(jī)翼;1961年法國研制了SMC,1972年美國改進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù);到如今千變?nèi)f化的聚合物復(fù)合材料.聚合物復(fù)合材料大多應(yīng)用于尖端科技產(chǎn)品,航空航天器材,和詳細(xì)介紹了空客和播音兩家公司的飛機(jī)運(yùn)用的聚合物復(fù)合材料,中國的大部分名航客機(jī)

7、都進(jìn)口于這兩家公司.朱基亮老師講課的方式以結(jié)合實(shí)例的方式展開,更加生動(dòng)形象,帶動(dòng)課堂氣氛更加活躍.當(dāng)時(shí)他講到我國進(jìn)口大量客機(jī)這個(gè)例子時(shí),讓人感慨萬千,我國的科學(xué)家深入研究聚合物復(fù)合材料,尋求技術(shù)突破,相信我國的飛機(jī)制造行業(yè)也能得到迅猛直飛.一個(gè)國家的強(qiáng)大和材料的先進(jìn)有著密切的聯(lián)系.四、 石墨烯材料及其應(yīng)用（朱小紅）朱小紅老師主要從石墨烯的發(fā)現(xiàn)、制備、性能和應(yīng)用等幾個(gè)方面詳細(xì)為我們介紹了這個(gè)從2004才被出實(shí)驗(yàn)室研制出來，2010就獲得了諾貝爾獎(jiǎng)的新興熱門材料。朱老師還給我們講了關(guān)于石墨烯第一次制備出來的趣聞：來自曼徹斯特大學(xué)的Andre Geim和Konstantin No

8、voselov 首次成功分離出穩(wěn)定的石墨烯，而他們分離的方法也極為簡單，他們把石墨薄片粘在膠帶上,把有粘性的一面對(duì)折，再把膠帶撕開,這樣石墨薄片就被一分為二。 通過不斷地重復(fù)這個(gè)過程,片狀石墨越來越薄，最終就可以得到一定數(shù)量的石墨烯。這個(gè)故事讓人啟發(fā)頗深，科學(xué)研究不在于多么高深的探尋，聯(lián)系生活實(shí)際用巧妙的思維方式來靈活解決問題反而能起到事半功倍的效果；研究在于興趣、探索，而不是一味的跟風(fēng)，為了發(fā)文章而做科研，在石墨烯沒有被制備出來以前是無人問津和違背理論的，但是那兩位教授卻敢想敢做，取得了巨大的成就。石墨烯作為一種新興的熱門材料，必然有著它的獨(dú)特之處。理想的石墨烯結(jié)構(gòu)是平面

9、六邊形點(diǎn)陣，可以看作是一層被剝離的石墨分子，每個(gè)碳原子均為sp2雜化，并貢獻(xiàn)剩余一個(gè)p軌道上的電子形成大鍵，電子可以自由移動(dòng)，賦予石墨烯良好的導(dǎo)電性。中無質(zhì)量的相對(duì)論性準(zhǔn)粒子(狄拉克費(fèi)密子 )由狄拉克方程描述 ，在凝聚態(tài)物理與量子電動(dòng)力學(xué)之間架起一座橋梁； (2)兩種新的量子霍爾效應(yīng)、室溫彈道輸運(yùn)、弱局域化、電聲子相互作用等，為基礎(chǔ)物理的研究提供模型； (3)其他石墨類材料(0維巴基球、1維碳納米管、3維體石墨)的性質(zhì)來源于2維的 Graphene，因此 Graphene的研究不僅可以對(duì)以上材料特性給出補(bǔ)充性的解釋，反過來又可以借鑒以

10、上材料研究結(jié)果來發(fā)展 Graphene； (4)優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì)，使得 Graphene將在納米電子學(xué)、自旋電子學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。石墨烯的這些優(yōu)良性能用于計(jì)算機(jī)芯片有望繼續(xù)延續(xù)摩爾定律，使計(jì)算機(jī)技術(shù)得以快速發(fā)展。五、 多鐵材料與新型器件（吳家剛）吳家剛老師以鐵酸鉍為例子詳細(xì)的介紹了多鐵材料這一前沿材料的性質(zhì)和運(yùn)用，還為我們科普了無鉛壓電材料的相關(guān)知識(shí)。鐵酸鉍（BiFeO3 ），屬于多鐵性（multiferroic）材料的一種，具有鐵電性和反鐵磁性，是當(dāng)前多鐵材料研究的熱點(diǎn)之一。其鐵電居里溫度830，反鐵磁奈爾溫度370，因此在室溫下具有多鐵性，其具有廣闊

11、的應(yīng)用前景。一般來說ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電性的主要來源于相變時(shí)B位的離子正電荷中心相對(duì)于氧八面體的中心發(fā)生了位移從而產(chǎn)生電偶極矩。BiFeO3結(jié)構(gòu)中Bi3+的6S2孤對(duì)電子與其6P空軌道或者O2-軌道進(jìn)行雜化，而導(dǎo)致電子云的非對(duì)稱中心扭曲是BiFeO3產(chǎn)生鐵電性的主要原因。吳家剛老師的講解運(yùn)用中英文雙語教學(xué)，為我們介紹了很多關(guān)于多鐵材料的專業(yè)單詞，豐富我們的專業(yè)英語詞匯量。吳家剛老師還介紹了自己在川大學(xué)習(xí)經(jīng)歷，他曾經(jīng)獲得了川大每年都只有一個(gè)名額的寶鋼獎(jiǎng)，講述到了他在臺(tái)上做報(bào)告的經(jīng)驗(yàn)，開始幾分鐘較為緊張，后面就很自然了，鼓勵(lì)我們多展示自我。他以獲得寶鋼獎(jiǎng)的材料學(xué)院學(xué)長得口吻來講課，使得課堂氛

12、圍更加親切。六、 制氫材料與新能源（王瑞林）王瑞林老師首先介紹我們學(xué)院新能源專業(yè)的由來，組建這個(gè)專業(yè)時(shí)當(dāng)初有85%的人反對(duì)的，是王老師力挽狂瀾，最終確定新能源專業(yè)的成立。王老師2003年回國，一再強(qiáng)調(diào)自己是材料學(xué)院最有資格開設(shè)雙語課程的教授，但是王老師為了避免學(xué)生聽不懂，切身的為我們學(xué)生考慮，也就沒有實(shí)施這一教學(xué)方式。王老師為人很有原則，下學(xué)期由他教學(xué)的電化學(xué)這門課程，對(duì)我們將嚴(yán)格要求，絕不姑息。王老師在介紹制氫材料時(shí)，首先從自潔玻璃講起，利用太陽能氧化玻璃上附著的有機(jī)物，使玻璃實(shí)現(xiàn)自潔。目前氫能利用的三大問題是制氫、儲(chǔ)氫和運(yùn)氫，制氫技術(shù)多種多樣，有化石燃料制氫、電解水制氫、硫化氫制氫、光解水

13、制氫和生物制氫，目前工業(yè)制氫的主要來源于化石燃料，但是化石燃料是不可再生資源；在新能源研究的方向主要是利用光解水制氫，因?yàn)樘柲懿粫?huì)枯竭，目前的問題在于尋找能高效催化光解水制氫的材料。提高催化效率的主要方法有光催化劑納米化、離子摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合、染料光敏化、貴金屬沉積、電子捕獲、表面螯合及衍生作用和外場(chǎng)耦合。迄今為止，人們所研究和發(fā)現(xiàn)的光催化劑和光催化體系仍然存在諸多問題，如光催化劑大多僅在紫外光區(qū)穩(wěn)定有效，能夠在可見光區(qū)使用的光催化劑不但催化活性低，而且?guī)缀醵即嬖诠飧g現(xiàn)象，需使用犧牲劑進(jìn)行抑制，能量轉(zhuǎn)化效率低，這些阻礙了光解水的實(shí)際應(yīng)用。光解水的研究是一項(xiàng)艱巨的工作，雖然近期取得了一些進(jìn)展

14、，但是還有很多工作需要進(jìn)一步研究，如研制具有特殊結(jié)構(gòu)的新型光催化劑、新型的光催化反應(yīng)體系，對(duì)提高光催化性劑性能的方法進(jìn)行更加深入的研究等，這些都是今后光解水的研究重點(diǎn)七、 太陽能發(fā)電技術(shù)（黎兵）黎兵老師上課的方式靈活多樣，集魔術(shù)、視頻、講解和演算于一體，把極客這一詞詮釋得淋漓盡致?，F(xiàn)代的Geek含義雖然與過去有所不同,但大多還是相似的.現(xiàn)在Geek更多有一種在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代創(chuàng)造全新的商業(yè)模式、尖端技術(shù)與時(shí)尚潮流.總之是一群以創(chuàng)新、技術(shù)和時(shí)尚為生命意義的人,這群人不分性別,不分年齡,共同的戰(zhàn)斗在新經(jīng)濟(jì)、尖端技術(shù)和世界時(shí)尚風(fēng)潮的前線,共同為現(xiàn)代的電子化社會(huì)文化做出自己的貢獻(xiàn).特別是黎老通過視頻蜘蛛俠片

15、段，對(duì)蜘蛛俠要用的力進(jìn)行演算，感覺科學(xué)和我們的生活已經(jīng)是零距離接觸了。表演的硬幣魔術(shù)也相當(dāng)吸引眼球。太陽能發(fā)電有兩大類型：一類是太陽光發(fā)電（亦稱太陽能光發(fā)電），另一類是太陽熱發(fā)電（亦稱太陽能熱發(fā)電）。太陽能光發(fā)電是將太陽能直接轉(zhuǎn)變成電能的一種發(fā)電方式。它包括光伏發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電四種形式，在光化學(xué)發(fā)電中有電化學(xué)光伏電池、光電解電池和光催化電池。太陽能熱發(fā)電是先將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化成電能，它有兩種轉(zhuǎn)化方式。一種是將太陽熱能直接轉(zhuǎn)化成電能，如半導(dǎo)體或金屬材料的溫差發(fā)電，真空器件中的熱電子和熱電離子發(fā)電，堿金屬熱電轉(zhuǎn)換，以及磁流體發(fā)電等。另一種方式是將太陽熱能通過熱

16、機(jī)（如汽輪機(jī)）帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，與常規(guī)熱力發(fā)電類似，只不過是其熱能不是來自燃料，而是來自太陽能。黎兵老師還講述了未來能源的發(fā)展趨勢(shì)，太陽能為主，風(fēng)能為輔，可再生能源必將取代現(xiàn)有不可再生能源，新能源行業(yè)方興未艾，正是大家努力專研攻克的時(shí)候。八、 納米材料與納米技術(shù)（孫小松）孫小松老師結(jié)合納米材料與技術(shù)的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展和最新前沿，詳細(xì)的介紹了材料學(xué)中的這一分支學(xué)科。納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，這大約相當(dāng)于10100個(gè)原子緊密排列在一起的尺度。納米技術(shù)（nanotechnology）是用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)，研究結(jié)構(gòu)尺寸在

17、0.1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用。納米科學(xué)技術(shù)是以許多現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的科學(xué)技術(shù)，它是現(xiàn)代科學(xué)（混沌物理、量子力學(xué)、介觀物理、分子生物學(xué)）和現(xiàn)代技術(shù)（計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子和掃描隧道顯微鏡技術(shù)、核分析技術(shù)）結(jié)合的產(chǎn)物，納米科學(xué)技術(shù)又將引發(fā)一系列新的科學(xué)技術(shù)，例如：納米物理學(xué)、納米生物學(xué)、納米化學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工技術(shù)和納米計(jì)量學(xué)等。1861年，隨著膠體化學(xué)的建立，科學(xué)家們開始了對(duì)直徑為1100nm的粒子體系的研究工作。真正有意識(shí)的研究納米粒子可追溯到20世紀(jì)30年代的日本的為了軍事需要而開展的“沉煙試驗(yàn)”。 到了20世紀(jì)60年代人們開始對(duì)分立的納米粒子進(jìn)行研究。1963年，Uye

18、da用氣體蒸發(fā)冷凝法制的了金屬納米微粒，并對(duì)其進(jìn)行了電鏡和電子衍射研究。1990年7月在美國召開了第一屆國際納米科技技術(shù)會(huì)議（International Conference on Nanoscience&Technology)，正式宣布納米材料科學(xué)為材料科學(xué)的一個(gè)新分支。自20世紀(jì)70年代納米顆粒材料問世以來，從研究內(nèi)涵和特點(diǎn)大致可劃分為三個(gè)階段：第一階段（1990年以前）：主要是在實(shí)驗(yàn)室探索用各種方法制備各種材料的納米顆粒粉體或合成塊體，研究評(píng)估表征的方法，探索納米材料不同于普通材料的特殊性能；研究對(duì)象一般局限在單一材料和單相材料，國際上通常把這種材料稱為納米晶或納米相材料。第二階