磷酸鐵鋰的多維度可調控合成與微結構表征VR虛仿實驗是上海套用技術大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：磷酸鐵鋰的多維度可調控合成與微結構表征VR虛仿實驗
- 建設院校： 上海套用技術大學
- 授課教師：李瑩、王宇紅、胡颯英、張睿
- 課程負責人： 章冬雲
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
《中共中央關於制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二O三五年遠景目標的建議》提出發展戰略性新興產業，加快壯大新一代信息技術、生物技術、新能源、新材料、高端裝備、新能源汽車、綠色環保以及航空航天、海洋裝備等產業。掌握“工藝-結構-性能”之間的關係是作為新材料開發和創新能力培養的關鍵知識體系。
傳統的實驗項目往往採用對某一特定結構材料進行表征的驗證性實驗，實驗結果單一、結論刻板。在本實驗項目中，利用多年科研成果與產業化實踐經驗，針對新能源材料磷酸鐵鋰的溶劑熱合成技術，將前驅體和有機溶劑的體系置於高溫高壓密閉容器進行反應，通過調節原料配比、反應溫度、溶劑、添加劑等合成參數設計納米片狀、棒狀、球狀結構。該方法優點是能夠控制物相的形成、粒徑的大小.形態，而且產物的分散性較好,有利於材料的多維度可調控合成，能夠設計其取向、尺度和形貌，從而影響材料的性能。學生通過調節參數可獲得多樣性結果，有利於培養學生的創新探索能力和嚴謹科學的精神。但缺點是高溫高壓密閉反應存在一定危險性，2021年3月31日中科院化學所發生了一起實驗室反應簽爆炸致一人死亡的事故。因此有必要開展虛擬仿真實驗，將多年科研積累的成果轉化為資料庫，供學生系統探索新材料“結構設計-工藝合成-結構表征-性能檢測”的全過程。
採用目前最常用的X射線行射分析(XRD) 、掃描電子顯微鏡技術(SEM) 等手段直觀體現材料的微觀設計與巨觀的性能之間的聯繫。儘管在實踐課程建設過程中，學校投入了近千萬經費用於購置相關設備，但由於X射線行射儀和電子掃描電鏡屬於貴重精密儀器，對場地環境有防震動、防磁干擾、防噪音和接地線的高要求且有操作不當暴露在大劑量X射線輻射中的危險，不利於學生理解其內部實際結構、反覆學習並掌握其精確測量和儀器校正能力;另一方面材料物理等材料大類學生又必須掌握晶體結構設計與分析能力，以及電子顯微技術。
為了解決目前高校普遍以驗證性實驗為主挑戰度不夠，缺乏新材料結構設計與分析能力、實踐操作機會不足的現狀。.本實驗項目依託材料學科與工程國家級一流專業，主要針對材料的多尺度物理和化學結構的分析原理和方法的專業實踐內容，開展虛擬仿真實驗，通過實踐環節學習材料結構設計、熟悉先進的材料分析儀器，掌握先進的材料分析手段，培養學生嚴謹科學的態度和追求卓越的精神，具有廣泛的社會套用價值。
教學目標
本實驗旨在培養學生以下能力與素養:
1. 知識結構:將“工藝-結構-性能”之間的聯繫通過一個綜合性實驗得以直觀體現，學生能夠通過X射線行射儀和掃描電鏡的結構拆裝和故障排除加深其對原理的認知;通過樣品的製備和參數選擇設定，了解不同材料的測試條件選擇原.則以及樣品製備對其結果的影響;通過數據處理和結果分析，掌握材料分析的基本步驟與誤差修正。
2. 能力結構:通過自主設計磷酸鐵鋰的合成參數，培養學生文獻查閱、材料設計以及探索創新的能力;通過部件拆裝和故障排除，培養學生的實踐動手能力,深化對理論知識的理解;通過不同參數的分組對比分析、機理探討和實驗報告撰寫，培養學生的科學研究和團隊協作交流能力。
3. 素質要求:虛擬仿真實驗項目是從多年科研數據和成果中提煉轉化而成，使學生接觸科研創新過程中許多實際問題，通過虛擬仿真提升學生靈活運用理論知識的能力，培養合作和獲取知識的能力，以及良好的科研素養，加深學生對材料結構設計的認知和理解，提升學生的創新意識。
在《磷酸銑鋰的多維度可調控合成與微結構表征VR虛仿實驗》課程教學過程中就課程思政、教學內容、教學手段以及考核體系等諸多方面進行一系列的改革和探索，不僅為申報一流課程奠定基礎，努力培養-一批具有國家情懷和新材料創新領域必備素質的套用型人才。
