儲能材料的製備及表征綜合虛擬仿真實驗是西北大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：儲能材料的製備及表征綜合虛擬仿真實驗
- 建設院校： 西北大學
- 課程負責人： 崔斌
- 授課教師：楊建輝、劉斌、劉哲、任智卉
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
有關新材料方面的綜合研究型實驗是目前實驗教學中需要而又缺乏的內容，特別是涉及交叉學科的、難度較大的、危險性較高的儲能材料方面更是如此。本實驗聚焦於陶瓷儲能材料製作，所研究的多層陶瓷電容器具有充放電快速、使用壽命長、充放電循環效率高等顯著特點，套用領域廣泛，其製備、表征與性能測試研究型綜合實驗對於本科生的實驗能力提升、研究視野拓展、創新能力培養都有很大作用。然而全部完成納米級別的、具有“芯-殼”結構的複合材料和陶瓷材料的製備、表征和性能測試等過程需要兩周時間，耗時較長，教學難以安排。同時實驗涉及的XRD、SEM和TEM等大型責重儀器的實際操作也往往無法在本科階段開展，學生只能通過老師講述或課本學習此類實驗，通常處於被動接受的狀態，嚴重製約了教學質量的提升。而且該類實驗通常還涉及到高溫、高電壓操作，以及有毒氣體的產生及危險化學試劑的使用，因此，實體實驗存在較大安全隱患。可見，本科教學中既無法讓每一位學生獨立進行測試操作，更無法有效消除實驗過程中存在的安全隱患。因此，採用“虛實結合”的原則進行《儲能材料的製備及表征綜合虛擬仿真實驗》的教學具有重要意義和教學必要性。
該實驗基於教師的多年研究的豐富成果，並針對本科生實驗教學特點精心進行了教學設計，實驗教學過程合理、有效，重點突出，可滿足本科生綜合性實驗教學要求，有效提升實驗教學水平與深度。
教學目標
有效突破科研創新實驗教學中的局限性，激發了學生的興趣，提升了學生的科研能力和創新能力。通過網路互動學習，充分體現學生為中心的自主式教學模式。使學生全面掌握納米材料、複合材料和陶瓷材料的組成、相結構及微觀形貌的表征，以及介電性能、儲能性質測試過程及結果表達等研究全過程。具體實驗教學目標包括:
1.通過軟體模擬沉澱法和溶膠-凝膠法製備過程，讓學生掌握BaTiO3納米材料、以及依次包覆La2O3和SiO2的“芯-殼”結構BaTiO3@La2O3@SiO2複合材料和陶瓷材料的複雜製備過程及影響因素。
2.通過軟體仿寞材料的表征及電性能測試結果，讓學生掌握納米材料、複合材料和陶瓷材料的組成、相結構和徽觀形貌的表征，以及介電性能、儲能性質測試過程及結果。
3.通過大數據虛擬，讓學生熟悉反應配比和製備條件等因素對納米材料、複合材料和陶瓷材料的相組成、微觀結構和微觀形貌，以及介電性能、儲能性質的影響規律。
4.通過線上虛擬仿真實驗和線下的真實實驗，讓學生全面了解化學製備、材料結構和材料性質和器件套用四者之間的相互關係。
