Modern Day Material Sciences

课程简介

现代材料的基本原理和应用将被涵盖。基于材料的性质进行设计和表征将被讨论。课程将介绍材料的工作原理、运行机制及其对人类生活的影响。 此外，我们将邀请从事现代材料研究的 ABCT 科学家分享他们的研究历程。 示例教学大纲详情如下： (a) 生物医学应用、标签及其他可能的工业用途 1. 将介绍各种成像技术的设计、工作原理及其性质，如 MRI、CT 和光学成像。将解释成像剂如何通过提供有关生物系统的更多信息来增强结果。 2. 已开发纳米材料，可作为官方/法律文件和制造业中不可擦除的标签/条形码，防止欺诈和假冒。它们还能防止褪色并确保信息保持完整。这些材料也可应用于制造业。 3. 已开发纳米尺寸的核心壳层抗菌颗粒，可用于医学、食品包装和水处理，以改善公共卫生和安全。 (b) 可再生能源材料 将讨论催化原理及其在可再生能源中的应用，包括太阳能、生物质能和地热能的采集。将介绍不同类型的催化剂，如光催化剂、均相和非均相电催化剂、生物催化剂，以及性能优化策略。将涵盖材料的设计和性质。还将讨论催化在能源载体生产中的应用，从基础层面开始，包括吸附和表面科学、催化动力学以及研究新兴纳米材料的关键特性，这些材料在可再生能源应用中是有效的催化剂。 (c) 有机发光二极管（OLED） 先进的功能材料在 OLED 中的快速研究进展极大地推动了光电设备科学和技术的进步。作为有机半导体材料最重要的应用之一，OLED 由于其诱人的优点（如高亮度、高对比度、宽视角、超薄、大面积、轻质、柔性、低成本和低功耗等）有望成为未来固态照明和全彩色显示器的候选材料。在本主题中，将详细介绍 OLED 中涉及的高级功能材料的基本科学和器件工作机制。还将涵盖材料的设计和性质。 (d) 可穿戴材料 近年来，许多新发展包括使用柔性、可拉伸材料，这些材料可以集成到服装和其他可穿戴物品中。这些材料包括导电聚合物、纳米碳和其他先进材料，可用于制造高性能电池、超级电容器和其他储能设备。可穿戴材料的其他最新发展包括使用智能织物和纺织品，这些纺织品可以帮助监测各种健康参数。可穿戴材料的进步有可能极大地提高可穿戴设备的功能、耐用性和舒适性，为各种应用开辟新的可能性。还将涵盖材料的设计和性质。 (e) 柔性机器人 运动是生物系统中的一项重要特征，允许与生存和繁殖相关的各种功能。例如，肌肉组织中的肌动蛋白电机通过从纳米尺度放大集体分子运动到宏观尺度来产生运动。制造工艺和材料科学的进步使各种先进技术得以发展。例如，传统硬机器人由刚性结构材料制成，能够将能量转换为机械运动，实现类似动物的功能，如扩张、收缩和刚度变化。柔性机器人最近被视为硬机器人的一种补充。尽管柔性机器人仍处于技术初期，但它们有可能创造下一代生物兼容且安全的驱动机器人系统，为生物系统和人工系统在多个层面提供连接。还将涵盖潜在材料的设计和性质。

学习目标

本课程旨在介绍现代材料科学，特别是重点介绍由经验丰富的科学家开发的新型材料。ABCT 科学家将与学生分享他们的研究历程、研究成果及商业化策略。此外，我们还将探讨化学家和生物学家在设计适用于现代应用的功能性材料方面的合作。

先修要求

无

教学模式

Lectures: 不同类型的现代材料的科学基础将被介绍和讨论。材料的设计和性质也将被涵盖。材料的发展、技术原理、运作机制以及对人类的影响将被考察。将通过例子来展示科学原理。 Tutorials: 学生需要查找信息并鼓励就选定的主题和项目工作进行讨论。课堂上的习题将用来吸引学生的兴趣、理解和讨论。可能会安排小组海报或口头报告或项目准备。最后，将通过习题问题来培养学生的逻辑思维。 Group activities: (1) 学生需要分组进行课堂内外的学习活动；(2) 学生将被要求准备一个小型项目并在选定的主题上进行口头/海报报告。通过报告，可以评估他们的高层次思维能力，如问题分析和解决能力、批判性和创造性思维。可以征求和巩固他们的团队努力，如准备团队报告和讨论，他们的批判性和创造性思维。在项目准备过程中，学生将有机会运用终身学习技能、分析技能以及批判性思维来识别问题、收集数据、分析和解释数据以及得出结论和推荐进一步行动。在本课程中，学生需要进行广泛的阅读（包括文献、参考书籍和政府报告/网站及互联网），并通过自学和小组讨论分析信息以形成可能的行动方案。学生还将被要求撰写一份个人报告，以巩固学习、阐述想法并发展科学思维，为未来的学业做准备。