热学功能材料与器件  080701M06002H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业研讨课 | 任课教师:徐菊
授课时间: 星期二,第1、2 节
授课地点: 教一楼115
授课周次: 1、2、3、4、6、7、8、9、10
课程编号: 080701M06002H 课时: 20 学分: 1.00
课程属性: 专业研讨课 主讲教师:徐菊 助教:王晶
英文名称: thermal functional materials and devices 召集人:

教学目的、要求

本课程面向材料、物理、化学、热能工学、工程热物理、电子和光电及机械等专业硕士研究生授课,教学目的在于弥补本科生关于功能材料教学中,对于热学方面的功能材料的讲述过于简单和基础,且缺乏与应用直接紧密相关的器件方面的讲述的缺点。通过本课程的学习,学生能够掌握更深的热学功能材料及器件的基本理论、制备技术和应用方法。重点讲授各类新型热学功能材料,如一次热学功能的导热和隔热材料、吸热和蓄热材料;二次功能的热电材料、磁热材料、光热材料、力热材料及器件;三次功能的磁热电、热光伏材料及器件以及热学超材料及器件等。本课程将在讲授热学功能材料的基本原理基础上,密切结合各类热学功能器件应用的实践,重点从应用的需求分析出发,来引导学生进行材料及器件研究的创新性思考,对研究相关功能材料和器件的研究生后续快速进入课题并提出创新性研究思路具有重要意义。

预修课程

大学物理、传热学

教 材

1.《高等传热学》张靖周著,科学出版社,2018
2.《功能材料及其应用》,张骥华、施海瑜编著, 机械工业, 2017.
3.《热电材料与器件》,陈立东,刘睿恒,史迅著, 科学出版社, 2018.
4.《超材料》, 张玉龙著, 化学工业出版社, 2019.

主要内容

第一章	热学功能材料介绍,包括材料的热学性能原理及表征概论(2学时)*
1.1课程简介及热物理学基本概念介绍
1.2 材料、功能材料、热学功能材料简
第二章	导热和隔热材料(2学时)1,2
2.1传热学简介、热传导、对流传热介质材料
2.2隔热原理、隔热保温材料及器件
第三章	储热和热敏感材料(2学时)3,4
3.1显热储热、潜热储热及储热器
3.2热变形及热可靠性及热敏感材料,如PTC、NTC及温度传感器

第四章	光热材料及器件(2学时)5
4.1光热效应、发热材料
4.2材料的吸热及光热材料
第五章	温差热电材料及器件(2学时)6*#
5.1	温差热电效应、测试方法及材料研究进展,
5.2	热电器件原理、制备方法,测试表征及应用
第六章	热释电效应、材料及其电卡效应及材料和器件(2学时)7*#
6.1热释电效应、材料及应用
6.2 电卡效应、材料及器件
第七章	磁热材料(2学时,授课人:物理所,王晶副教授)8*#
7.1 磁热效应、热力学描述及测试表征 
7.2 巨磁热材料及研究进展
第八章	磁热器件及其应用(2学时,授课人:物理所,王晶副教授)*#
8.1 磁制冷循环方式、制冷能力评估及器件应用
8.2 自旋相关热电效应9
第九章	力-热材料及器件(2学时)10
9.1 弹卡、压卡效应及材料、器件
9.2 声卡效应及材料
第十章	其他热学功能材料(学时2)
10.1热光伏材料及器件11
10.2热学超材料及器件)12(2学时)
教学重点:见*标注
教学难点:见#标注
教学手段与方法:以教师授课为主,多媒体教学,包括:讲课、电影、动画、现场演示、授课讨论、进实验室现场学习仪器设备培训等。另外,为鼓励学生积极参与研讨,给学生机会上台根据老师的PPT,现场授课机会。
考核方式:
撰写与本课程相关的文献综述,尽量发表。学生同行评议结合老师终评相结合评分方法。

参考文献

1 Xu, X., Zhou, J. & Chen, J. Thermal Transport in Conductive Polymer-Based Materials. Advanced Functional Materials 30, doi:10.1002/adfm.201904704 (2020).
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3 Yuan, K. et al. Engineering the Thermal Conductivity of Functional Phase-Change Materials for Heat Energy Conversion, Storage, and Utilization. Advanced Functional Materials 30, doi:10.1002/adfm.201904228 (2020).
4 Peng, G., Dou, G., Hu, Y., Sun, Y. & Chen, Z. Phase Change Material (PCM) Microcapsules for Thermal Energy Storage. Advances in Polymer Technology 2020, doi:10.1155/2020/9490873 (2020).
5 Beretta, D. et al. Thermoelectrics: From history, a window to the future. Materials Science & Engineering R-Reports 138, 210-255, doi:10.1016/j.mser.2018.09.001 (2019).
6 张骐昊, 柏胜强 & 陈立东. 热电发电器件与应用技术_ 现状、挑战与展望. 无机材料学报 34 (2019).
7 Shen, B. G., Sun, J. R., Hu, F. X., Zhang, H. W. & Cheng, Z. H. Recent Progress in Exploring Magnetocaloric Materials. Advanced Materials 21, 4545-4564, doi:10.1002/adma.200901072 (2009).
8 苏晓斌, 王颖钰 & 彭雄奇. 热驱动形状记忆聚合物及其复合材料热力学本构模型. 塑性工程学报 27 (2020).
9 武霖 et al. 光热纳米材料在肿瘤治疗中的研究进展. 江 苏 大 学 学 报( 医 学 版) 30 (2020).
10 Bozhko, D. A., Vasyuchka, V. I., Chumak, A. V. & Serga, A. A. Magnon-phonon interactions in magnon spintronics (Review article). Low Temperature Physics 46, 383-399, doi:10.1063/10.0000872 (2020).
11 Hassan, A. A., Elwardany, A. E., Ookawara, S., Ahmed, M. & El-Sharkawy, I. I. Integrated adsorption-based multigeneration systems: A critical review and future trends. International Journal of Refrigeration-Revue Internationale Du Froid 116, 129-145, doi:10.1016/j.ijrefrig.2020.04.001 (2020).
12 Peralta, I., Fachinotti, V. D. & Alvarez Hostos, J. C. A Brief Review on Thermal Metamaterials for Cloaking and Heat Flux Manipulation. Advanced Engineering Materials 22, doi:10.1002/adem.201901034 (2020).