《表面與界面》研究生課程教學探討

余金山　劉東青　王洪磊　周新貴

摘要：表面與界面在材料科學中占有重要的地位?！侗砻媾c界面》課程是材料工程專業研究生的一門學科基礎選修課，通過該課程的學習，可以使研究生了解材料的表面及界面的結構特征，熟悉有關表面改性的方法，為今后開展材料科學與工程領域的科學研究打下牢固基礎。本文從《表面與界面》的課程定位與教學目標制定、教學內容設置、教學改革等方面進行闡述。

關鍵詞：材料；表面；界面；課程目標；研究生教學

中圖分類號：G643 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）26-0183-02

一、前言

固體材料的表面性質由其特定的表面結構決定，研究固體材料的表面結構是表面科學的基本課題。任何材料都有與外界接觸的表面或與其他材料區分的界面，表面與界面在材料科學中占有重要的地位。開設本課程的作用和任務是，使研究生了解與熟悉材料的表面及界面的結構特征，掌握表面界面現象的規律，了解復合材料及納米材料的表、界面特型及其對性能的影響，了解有關表面改性的方法，為今后開展材料科學與工程領域的科學研究及論文寫作打下牢固基礎。

二、教學目的

采用課內多媒體教學、研討和參觀見習等方式，從表面與界面結構、表面與界面現象、復合材料與納米材料的表面與界面特性、表面改性與薄膜技術等不同側面，闡述表面與界面的有關重要規律，探索前沿問題。它旨在使學生熟悉材料表面及界面的結構特征，掌握表面與界面現象的基本規律，了解表面與界面的相關基礎理論，掌握復合材料的界面特點及其對性能的影響規律，了解納米材料的表面與界面行為，熟悉有關表面改性的方法。

三、教學內容和要求

（一）材料的表面結構

主要內容包括：表面原子結構、表面電子結構、表面態與表面空間電荷層、表面勢壘和電子親和勢、清潔表面結構、實際表面結構；要求掌握表面結構的基本概念，能夠運用基本理論進行初步的表面分析。

（二）材料與薄膜的界面結構

主要內容包括：材料的晶界、相界結構模型，薄膜的界面結構、界面特性及其對薄膜性質的影響，超晶格薄膜結構及其特性；要求掌握材料的晶界、相界的結構模型，了解薄膜的結構特點。

（三）表面與界面現象

主要內容包括：表面張力與表面能、界面張力與界面能、吸附與脫附、偏析與富集、表面與界面擴散、金屬與合金的氧化；要求掌握各種表面與界面現象及存在規律，了解其特點。

（四）復合材料的界面

主要內容包括：復合材料的界面理論、先進復合材料界面、復合材料界面研究方法；要求了解復合材料界面的基本概念，掌握復合材料的界面設計方法。

（五）納米材料的表面與界面

主要內容包括：納米粒子的表面化學特性、納米材料的表面與界面現象、納米材料表面與界面的分析方法；要求了解納米材料的獨特的表面與界面特性，運用相關理論并結合復合材料制備工藝來指導科研實踐。

（六）表面改性與薄膜技術簡介

主要內容包括：化學氣相沉積，物理氣相沉積，溶膠—凝膠方法，離子束、電子束及激光束方法，其他新技術；要求了解表面處理的技術和方法，重點掌握化學氣相沉積和物理氣相沉積的技術原理，現場參觀實驗設備，觀摩表面處理過程。

此外，還有實驗課程內容，主要包括納米材料的BET法測比表面積、X射線光電子譜測量材料表面化學組成及價態、原子層沉積法制備表面涂層等。

四、課程設計思路

本課程教學由課堂教學、實驗教學兩大部分組成。

課堂教學與工程實踐相結合，加強工程實踐教學環節，在課堂著重介紹先進材料表面與界面的基礎理論，并結合工程實踐應用介紹材料表面改性技術。如利用我校復合材料領域研究工作的優勢，通過實驗室或工廠觀摩教學，以復合材料界面及界面層結構及改性對復合材料性能的影響為切入點，使學員對材料表面與界面的基礎理論及界面改性對材料性能影響產生理性的認識。

五、教學內容改革設想

1.國防科學技術大學材料學科以先進復合材料及其構件為特色，包含很多材料表、界面的基本理論及科學問題，為本課程提供了豐富的案列和實踐機會。本課程教學內容除了傳統的材料表、界面基本理論外，將結合我校材料科學與工程專業領域研究內容進行豐富的擴展。

2.除課堂教學以外，還將深入生產現場，到長沙力元新材股份有限公司和長沙三才鍍膜有限公司觀摩和實習，將課堂和書本上的理論落實到現場，并且更好地與實踐聯系在一起。另外，也將深入實驗室，嘗試動手操作X射線光電子譜（XPS）等表面分析測試設備，以加深對基礎知識的理解，做到理論聯系實際。

六、教學模式改革設想

（一）促進不同學科領域的人才培養

本課程涉及多門學科的基本知識和理論，內容豐富，信息量大，適應不同學科領域人才培養的需求。該課程除了面對廣大工程碩士研究生，還可以面向繼續教育的高級人才、基層部隊的廣大工程技術人員，教學模式可以靈活多樣。

（二）結合教學實踐基地建設，促進教學改革

進一步完善課程多媒體課件，購置實踐課程配套設備，為工程碩士研究生教學提供教學實踐平臺。將課堂和書本上的理論落實到現場，并且更好地與實踐聯系在一起，讓學生親身體驗或者親自動手參與其中，使抽象的知識具體化。

七、結束語

表面科學領域有個說法：當上帝創造了固體時，魔鬼創造了表面。（While God created the solids，the Devil created the surfaces?。┳阋姴牧系谋砻媾c界面對整個材料性質性能的影響有多重要。通過本課程的學習，研究生可以掌握材料的表面及界面的結構特征，掌握表面界面現象的規律，了解復合材料及納米材料的表、界面特性及其對性能的影響，了解有關表面改性的方法。這是材料專業今后工作和研究所必需的。本文主要對該課程的教學目標定位、教學內容設置以及教學理念進行了探討。

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