納米晶體生長及形貌演變過程的微觀觀測虛擬仿真實驗是中國地質大學（武漢）建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：納米晶體生長及形貌演變過程的微觀觀測虛擬仿真實驗
- 課程負責人：張光勇
- 建設院校：中國地質大學（武漢）
- 授課教師：汪海、張薇薇、周俐娜、何開華
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
習近平總書記在第九次全國科技創新大會、兩院院士大會、中國科協第九次全國代表大會上的講話指出，我國已經成為具有重要影響力的科技大國，科技創新對經濟社會發展的支撐和引領作用日益增強。同時，必須認識到，同建設世界科技強國的目標相比，我國發展還面臨重大科技瓶頸，關鍵領域核心技術受制於人的格局沒有從根本上改變，科技基礎仍然薄弱，科技創新能力特別是原創能力還有很大差距。高溫超導、中微子物理、納米科技等一系列技術成果，已經為我國成為有世界影響力的大國奠定了重要基礎。
納米科技作為現代科技發展的重要支撐，已經有了長足的發展。如半導體晶片製程工藝已經到了10nm以內的級別，對光刻技術和納米工藝有極高的要求；如利用其大的比表面積套用的超微感測器、催化劑，對其合成工藝的控制要求嚴格。納米科學是一門綜合性的學科，涉及到物理、化學、材料、地質、珠寶等專業。對套用的納米材料來說，其材料的物理化學性質，與物質結構、形貌、尺度相關性極大。在尺度達到納米級別時，會產生新的體積效應、表面效應、量子尺寸效應、量子隧道效應、介電限域效應等。比如獲得2010年諾貝爾物理學獎的石墨烯材料，即將塊體的石墨剝離到單層0.33nm時，出現了極佳的韌性、熱傳導、極高的載流子遷移率等，而不同的層數，又會有不同的性質。因此，對於納米材料來說，如何表征其形貌特徵、晶體結構、結晶狀態是其研究的基礎。要想直觀觀測其狀態及深入理解其機理，則需要相關大型儀器的構建。
本實驗以掃描電子顯微鏡為載體(該儀器項目已經錄入2020年虛擬仿真實驗教學課程建設指南)，也已後續也將進一步擴充至透射電鏡載體，來進行微觀觀測的虛擬仿真。由於這些儀器價格昂貴，占地大，維護成本高，同時實驗所選用的石墨晶體是在高溫和易燃氣體環境下生長的，現實實驗危險性極高，滿足虛擬仿真的必要條件。
納米晶體生長及形貌演變過程的微觀觀測系列虛擬仿真實驗，通過微觀晶體生長的虛擬現實技術，將納米晶體的成核、生長和大型科研儀器掃描電子顯微鏡有機的結合起來，構建出一個直觀立體的納米晶體生長圖像，以引導學生理解微觀晶體生長的理論基礎，培養學生的科學研究思維，鍛鍊學生操作大型儀器的能力。本實驗既可以作為大型儀器掃描電子顯微鏡的上機培訓實驗，又可以作為晶體生長的教學課程，同時，該實驗也是最新的科學研究成果轉化而來，實用性強。
教學目標
（1）觀察納米晶體生長及形貌演變過程，掌握晶體的成核、生長過程原理；
（2）了解電子顯微鏡的工作原理，掌握掃描電子顯微鏡的調節，掌握測量晶體大小、尺寸分布的實驗方法
