第三章_胶体及纳米材料制备

融入课程思政的高中化学课程设计案例——通过“盐类水解反应的利用”学习纳米材料（胶体）的制备发布时间：2021-11-10T09:02:41.622Z 来源：《中小学教育》2021年6月17期作者：孙文武[导读] 本文通过“盐类水解反应的利用”学习纳米材料（胶体）的制备，探索思政教育与化学教学的结合点，总结出本课时中思政教育内涵的体现。

孙文武（哈密市第二中学新疆哈密 839000）摘要：课程思政的提出已有5年，中学全面实施课程思政教育也已第三年，教师对课程思政的认识和理解存在较大的差异性，如何将课程思政有效的融入课堂教学，在教学过程中全面育人、全方位育人，一直是教师教育教学探索的目标。

本文通过“盐类水解反应的利用”学习纳米材料（胶体）的制备，探索思政教育与化学教学的结合点，总结出本课时中思政教育内涵的体现。

关键词：课程思政盐类水解纳米材料（胶体）制备一、案例背景：2016年底，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调：“要用好课堂教学这个主渠道，各类课程都要与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”。

2019 年 4 月，习近平总书记在以办好学校思想政治理论课为主题的座谈会上再次强调：“要坚持政治性和学理性相统一；坚持价值性和知识性相统一；要坚持显性教育和隐性教育相统一，挖掘其他课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源”。

围绕“知识传授与价值引领相结合”的课程目标，中小学课堂更应强化显性思政，细化隐性思政，构建全课程育人格局。

中学化学课程学习的知识与我们的生产、生活、科技发展息息相关。

将思政元素融入化学课堂，全面培养学生，发展学生学科素养是每一位化学教师的根本任务和终极目标。

纳米材料在工农业、医疗、生活等方面都有极为重要的应用，高考也常有考查。

纳米材料的制备出自教材：人教版《化学反应与原理》（选修4），第三章“水溶液中的离子平衡”，第三节“盐类的水解”P57-58（见图1）。

图1二、课程设计的目的在“一核”“四层”“四翼”的高考评价体系下，为了更好的落实“各类课程都要与思想政治理论课同向同行”的要求，全面培养学生的核心价值观、学科素养、关键能力，促使学生掌握必备化学知识，体悟学习的真谛，设计本案例。

纳米材料制备方法和特性纳米材料是指具有纳米级别（1-100纳米）尺寸特征的材料。

由于其独特的尺寸效应和表面效应，纳米材料在物理、化学、生物和工程领域展示出了许多特殊的性质和潜在应用。

为了制备纳米材料，人们已经发展出了许多方法。

本文将介绍几种常用的纳米材料制备方法以及其特性。

一、纳米材料制备方法：1. 气相法：气相法是通过气体反应产生纳米材料的一种方法。

这种方法主要包括物理气相法和化学气相法。

物理气相法主要通过蒸发、凝聚、沉积等过程，将原子或分子沉积在基底上。

化学气相法则是在合适的气氛中，通过化学反应得到纳米材料。

气相法制备的纳米材料具有高纯度、均匀性好的特点。

2. 溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶法是通过在溶液或胶体中控制凝胶的形成和成长来制备纳米材料。

该方法主要包括溶胶物种的制备、凝胶的形成以及热处理等过程。

溶胶-凝胶法制备的纳米材料能够通过调控溶液成分、温度、时间等参数来精确控制纳米材料的形貌、尺寸和结构。

3. 电化学法：电化学法是通过电化学反应来制备纳米材料的方法。

该方法主要包括溶液电解法、薄膜电解法和电沉积法等。

通过在电极上进行电解反应，可以使纳米材料在电极表面沉积、生长或析出。

电化学法制备的纳米材料能够得到高纯度、结晶度好的产品。

4. 机械法：机械法是通过机械力来制备纳米材料的方法。

常用的机械法包括研磨、球磨和高能球磨等。

通过高能球磨等机械作用，可以使粉体颗粒不断碰撞、摩擦、压缩以及断裂，从而得到纳米级的粉末。

机械法制备的纳米材料相对简单、成本低，并且适用于大规模生产。

二、纳米材料的特性：1. 尺寸效应：尺寸效应是指当材料的尺寸减小到纳米级别时，其性质会发生显著变化。

比如，纳米颗粒具有较高的比表面积，能够提高反应的速率，从而使催化剂的活性增强。

此外，纳米材料的光学、磁学和力学性质等也会因尺寸效应而发生变化。

2. 界面效应：界面效应是指纳米材料与其他物质之间的相互作用。

纳米材料具有大量的表面原子和分子，与外界环境的相互作用会显著影响其性质。

纳米材料制备技术许路（上海交通大学 材料科学与工程学院 F9905103班）摘 要：纳米材料作为材料科学中的重要一元，近年来受到科学界的广泛重视。

本文将从纳米材料的概况，制备工艺，及其部分应用等方面作出综合评价关键词：纳米材料，制备方法§1 概述§1.1 纳米的基本概念及内涵纳米是一种长度单位,一纳米相当于十亿分之一米,大约相当于几十个原子的长度。

纳米科学技术（Nano-ST）是20世纪80年代末刚刚诞生并正在崛起的新科技，它的基本涵义是在纳米尺寸（10-9—10-7m）范围内认识及改造自然，通过直接操作及安排原子、分子来创造新的物质。

早在1959年美国著名物理学家，诺贝尔奖金获得者费曼就设想：“如果有朝一日，人们能把百科全书存储在一个针尖大小的空间内，并能移动原子，那将给科学带来什么？”这正是对于纳米科技的预言，也就是人们常说的小尺寸大世界。

纳米科技是研究由尺寸在0.1至100nm之间的物质组成体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。

纳米科技主要包括：(1).纳米体系物理学(2).纳米化学(3).纳米材料学；(4).纳米生物学；(5).纳米电子学；(6).纳米加工学；(7).纳米力学；这七个部分相对独立。

隧道显微镜在纳米科技之中占有重要地位，它贯穿到七个领域中，以扫描隧道显微镜为分析和加工的手段占有一半以上。

扫描隧道显微镜(STM)工作原理简图[14]§1.2 纳米材料概述及其分类：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围，或由他们作为基本单元构成的材料。

如果按维数，纳米材料的基本单元可分为三类：1．零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇等。

2．一维，指在空间中有两维处于纳米尺度，如纳米四、纳米管、纳米棒等。

3．二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。

因为这些单元往往具有量子性质，所以对零维、一维、二维的基本单元又分别有量子点，量子线，量子阱之称。

纳米材料的合成与制备技巧纳米材料作为一种具有特殊性质和应用潜力的材料，在化学、物理、生物等领域都得到了广泛的研究和应用。

合成和制备高质量的纳米材料是实现其应用的关键步骤。

本文将介绍几种常见的纳米材料合成与制备技巧。

一、溶液法合成纳米材料溶液法是一种常见且简便的纳米材料制备方法，其原理是通过适当的溶剂和前驱物，使纳米颗粒在溶液中形成。

其中，反应温度、反应时间和反应物的摩尔比例是影响纳米材料合成的重要参数。

在溶液法中，常见的合成方法包括热分解法、溶胶-凝胶法和胶体合成法。

热分解法是利用高温条件下，通过控制反应体系中的温度和时间，在溶液中形成纳米颗粒。

溶胶-凝胶法是通过控制前驱体的改性、凝胶条件和热处理过程来合成纳米材料。

胶体合成法则是利用溶胶和胶体颗粒之间的反应来制备纳米材料。

二、气相法合成纳米材料气相法是一种利用气体前驱物反应生成纳米颗粒的方法。

其基本原理是通过热分解、氧化、还原等反应机制，在高温下将气体前驱物转化为固体纳米颗粒。

气相法合成纳米材料具有高纯度、均匀性好和可扩展性等优点。

常见的气相法合成方法包括气相沉积法、熔融法和等离子体化学气相沉积法。

其中，气相沉积法是通过在高温下，使气体前驱物在基底表面形成纳米颗粒。

熔融法是将固体材料加热至熔点，通过气氛调节来获得纳米颗粒。

等离子体化学气相沉积法则是通过等离子体反应体系，在高温下合成纳米材料。

三、电化学合成纳米材料电化学合成是利用电化学方法在电解质溶液中合成纳米材料。

其操作简单，控制精度高，常用于纳米触媒、纳米传感器等领域。

在电化学合成中，电解槽和电极的设计是关键的影响因素。

常见的电化学合成方法包括阳极氧化和电沉积法。

阳极氧化是通过在阳极上加电，通过氧化反应生成纳米材料。

电沉积法则是利用电流将离子还原成金属沉积在电极表面。

四、机械法合成纳米材料机械法是一种利用机械力将大颗粒材料转化为纳米颗粒的方法。

其原理是通过高能球磨、高能喷雾等机械作用，使原料粉末破碎、溶胶化并重新凝聚成纳米颗粒。

纳米材料的制备方法一、前言纳米材料和纳米科技被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。

早在二十世纪60年代，英国化学家Thomas就使用“胶体”来描述悬浮液中直径为1nm-100nm的颗粒物。

纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。

当粒子尺寸小至纳米级时，其本身将具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，这些效应使得纳米材料具有很多奇特的性能。

自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来，一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。

纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。

应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。

使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。

纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。

因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。

由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。

利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。

纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。

高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。

二、纳米材料的制备方法（一）、机械法机械法有机械球磨法、机械粉碎法以及超重力技术。

纳米材料制备技术纳米材料制备技术是现代科技领域的重要研究方向之一，具有广泛的应用前景。

本文将介绍几种常见的纳米材料制备技术及其原理和应用。

一、溶剂热法制备纳米材料溶剂热法是一种通过在高温高压的条件下，将金属盐或金属有机化合物溶解在有机溶剂中，并在适当温度、压力下反应生成纳米材料的方法。

这种方法能够在较短的时间内制备出高质量的纳米材料。

二、热蒸发法制备纳米材料热蒸发法是一种通过在真空条件下，使固体材料升华，然后在基底表面形成薄膜的方法。

通过控制升华时间和温度，可以获得不同尺寸和形态的纳米材料。

三、溶胶-凝胶法制备纳米材料溶胶-凝胶法是一种通过溶胶形成固体凝胶，然后通过干燥和烧结等工艺制备纳米材料的方法。

这种方法具有制备工艺简单、成本低、可控性强等优点，广泛应用于金属氧化物、陶瓷等纳米材料的制备。

四、等离子体法制备纳米材料等离子体法是一种通过等离子体的特殊性质制备纳米材料的方法。

通过利用等离子体中的电极电解质反应过程，可以制备出尺寸较小的纳米材料，因此具有制备效率高、尺寸可控等优点。

五、凝胶法制备纳米材料凝胶法是一种通过在溶胶中添加交联剂，使溶胶形成胶体凝胶，并通过干燥和热处理等工艺制备纳米材料的方法。

这种方法制备的纳米材料具有较高的纯度和强度，适用于制备复杂形状和多孔结构的纳米材料。

纳米材料制备技术在材料科学、能源、医药等领域有着广泛的应用。

例如，在材料科学领域，利用纳米材料制备技术可以制备出高性能的电子器件、高效的催化剂等；在能源领域，通过纳米材料制备技术可以制备出高能量密度的电池材料、高效的光电转化材料等；在医药领域，纳米材料制备技术可以用于制备药物载体、荧光探针等。

总结而言，纳米材料制备技术是一门综合性强、应用前景广阔的研究领域。

通过不同的制备方法，可以制备出具有不同尺寸、形态和性质的纳米材料，为解决各个领域的技术挑战提供了重要的支持。

随着科学技术的不断进步，纳米材料制备技术也将不断创新，为各个领域的发展带来更多的机遇和挑战。

胶体科学在制备纳米材料中的应用随着现代科技的快速发展，纳米材料已经成为了当前科技领域最热门的研究方向之一。

纳米材料之所以备受关注，是因为它们具有独特的物理、化学和生物性质，这些性质使得纳米材料成为了制造新型纳米电子、生物传感器、纳米药物等领域的重要基础材料。

然而，制备纳米材料本身就是一项技术含量极高的工作，目前主要的制备方法包括物理法和化学法。

但这些方法普遍存在生产成本高、制备难度大、产品质量不稳定等问题，因此科学家们迫切需要一种高效低成本、产品质量稳定的新型制备方法。

在这个背景下，胶体科学成为了一种备受瞩目的制备纳米材料的新方法。

近年来，胶体科学在纳米材料的制备中得到了越来越多的应用，其原因在于胶体科学与纳米材料之间存在着紧密的联系：纳米材料本质上是由纳米粒子组成的胶体体系，而胶体科学正是研究这种体系的学科。

因此，胶体科学可以提供一些独特的方法和工具，用于优化纳米材料的制备。

下面就从胶体科学的角度，介绍一些胶体科学在纳米材料制备中的应用。

胶体溶液的制备制备胶体溶液是纳米材料制备的第一步。

胶体溶液是由纳米粒子在溶液中形成的浑浊的体系。

为了制备高品质的纳米材料，需要制备好品质的胶体溶液。

此时，胶体科学技术的应用可大大提高胶体溶液的品质。

经过胶体科学研究者们的努力，现在已经可以制备出非常稳定、含量高的胶体溶液，这种溶液可以被用于制备非常高品质的纳米材料。

纳米材料表面功能化在制备纳米材料的过程中，粒子表面的化学性质往往是非常重要的。

通过胶体科学的表面功能化方法，可以在纳米粒子表面修饰一层有用的化学基团，使其具有更好的抗氧化性、生物相容性、电导性等性质，从而提高纳米材料的性能和稳定性，增加其在药物传递和生物传感领域的应用前景。

胶体晶体制备胶体晶体是由nano粒子在空间排列有规律的结晶体系，它们通常在光学、电学和磁学性质方面表现出特殊的性质。

在胶体科学中，研究者们已经开发出了许多制备胶体晶体的方法，包括冷冻干燥、自组装等。

纳米生物胶体的制备及其应用在当今高科技时代，纳米技术被越来越广泛地应用于各个领域。

其中，纳米生物胶体作为一种新型的生物材料，具有许多独特的性质及应用价值，越来越受到人们的关注与重视。

一、纳米生物胶体的制备方法纳米生物胶体的制备方法主要包括“自组装法”、“模板法”、“化学还原法”和“生物还原法”等多种。

自组装法即利用生物分子的自组装能力形成的纳米胶体。

目前，广泛采用的方法是蛋白质自组装法和DNA自组装法。

蛋白质自组装法通常需要在一定条件下调节蛋白质的结构，以实现其自组装的能力；DNA自组装法则是通过DNA分子间的自相互作用实现自组装。

模板法是通过模板助剂将胶体材料的形态由微米级转化为纳米级的一种方法。

在这个方法中，会用到有机、无机、生物材料等作为模板。

化学还原法是一种常用的生物还原法，根据还原剂的能力选用适当还原剂，对金属离子水溶液进行还原合成纳米生物胶体。

生物还原法是指生物体通过代谢作用，将金属离子还原成金属颗粒，并将这些颗粒转化为具有一定结构和功能的微生态纳米胶体。

二、纳米生物胶体的应用领域纳米生物胶体具有广泛的应用领域，它可以被应用于多种行业，如医疗、环保、食品等。

1. 医疗领域：纳米生物胶体可以作为新型药物载体，将药物以纳米胶体的形式包装起来，提高药物的疗效和稳定性。

特别是在肿瘤治疗方面，纳米胶体能够增强药物与肿瘤细胞的接触面积，提高治疗效果。

2. 环保领域：纳米生物胶体可以在污水处理、废气治理等方面发挥重要的作用。

纳米生物胶体作为吸附剂可以吸附某些有害物质和污染物，达到净化废水的目的；在废气治理领域，纳米生物胶体可以吸附空气中的污染物，降低大气污染。

3. 食品领域：纳米生物胶体可以用于食品添加剂，改善食品的口感和口感体验，例如增稠、增稳、收口和减少结晶等。

三、纳米生物胶体的发展前景纳米生物胶体在医疗、环保、食品等领域具有广泛的应用前景，在各个领域的应用会成为纳米材料研究和开发的重要方向，并且研究纳米生物胶体将会成为纳米技术应用的热点领域之一。