香港科技大学（广州）四大学域系列介绍（一）先进材料学域
发布时间：2021-11-12 09:11:57 阅读量：
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网址: https://hkust-gz.edu.cn/academics/four-hubs/function-hub/advanced-materials 咨询邮箱: amatt@ust.hk 学域介绍 先进材料，作为 “重中之重”的动力，引领了新能源、生物医学和可持续环境等行业的创新与发展。其中，石墨烯的发现、隐形超材料的发明、量子计算机、纳米技术与仿生技术的突破，都来源或依赖于材料科学与工程的深入研究与设计。材料的发现、发明、及快速有效的应用都具有高度的跨学科性，需要理工、系统、人文各个专业无缝合作。港科大（广州）辖下之功能枢纽所建立的先进材料学域（AMAT）旨在促进更紧密的学科协同，并深化拓展先进材料的研究。基于港科大在工学院及理学院建立的发展与积淀，本课程团队将与相关院系合作，提供先进材料的哲学博士课程，夯实港科大在新型材料领域研究的国际影响力。 重点融合学科领域 ·功能性高分子材料 ·波基超材料 ·生物工程和生物医学材料 ·高性能热电材料 ·智能功能材料 ·电子材料 ·新材料开发 ·传感器技术 人才培养 课程：先进材料哲学博士 学制：全日制 时间：3年（有相关研究型硕士学位）4年（无相关研究型硕士学位） 授课单位：功能枢纽先进材料学域 课程主任：高平（署理主任） 先进材料哲学博士课程将在以下两个维度提供严谨的专业训练：介质与原子级机制及相关新型纳米结构的基础研究；并将研究成果应用于生物医学、功能性聚合物与智能超材料等领域。课程的宗旨是提高科研人员应对挑战的能力水平，并培养学生的专业技能与可转移技能。 01、核心课程示例 跨学科研究方法 本课程聚焦于使用多样的方法对现实案例进行定量分析。学生将学习如何在跨学科项目中使用不同的工具，以及如何自主获取新技能。本课程提供跨学科/多功能的不同模块，可广泛应用于各种问题。 跨学科设计思维 本课程侧重于用户协同设计方法，以出具集成利益相关者和产品功能视角的包容性产品解决方案。学生将通过使用递归用户反馈参与方法、实验原型以及发散和收敛的创意策略，来创建指定的产品/过程/政策/协议/计划(5P)概念模型。课程专题包括设计思维;利益相关者研究;概念开发、筛选和选择;以及交互设计。 面向可持续的未来的功能枢纽入门 本课程涵盖功能枢纽四大学域的背景知识，包括先进材料、可持续能源与环境、微电子学、地球与海洋大气科学。 02、选修课程示例 新材料开发的高通量实验加工 该课程将通过高通量材料的发现与表征方法来介绍新材料研发的新方法。高通量的实验方法与以材料为基础的建模有助于加快新材料的发现。授课团队将使用包括聚合物合成，聚合物制造的案例介绍来说明光，电，机械，热及其他属性与在能源，交通及生物技术各类领域使用的材料的结构间的关系。学生由此可充分习得高通量实验方法在当今世界的材料发现与表征问题中的应用。 链分子的统计热力学 该课程将介绍如何使用统计学模型来描述平衡态的聚合物链的平衡与动力学。首先，课程将描述静态（平衡态）聚合物链的不同模型。随后将拓展至对溶液中聚合物链的静力学的介绍。同时，也会通过不同组成结构的分子动力学仿真来介绍非平衡态中的聚合物链动力学。 功能材料的表征与加工 该课程的目标在于介绍各种实验工具来描述现今技术中不可或缺的功能材料。授课团队将侧重介绍这些功能材料的某种特定属性。例如，钙钛矿的压电性，热电性与铁电性等电属性。课程也会介绍材料的形成与制造，并从新材料需求与业界应用匹配的角度介绍材料与这些功能性材料处理的局限性。 生物工程的分子生物学 本课程介绍细胞生物学、分子生物学技术的基础知识，并讨论在这些背景下大分子相互作用的原理。还将讨论这些技术的各种应用，以及它们如何与工程概念相结合，为基础研究和医学领域的创新和突破性工具做出贡献。主题包括：基本分子生物学和大分子相互作用的概述；基本的生物物理结构、成像和表征技术；分子工程；生物设备；和基因组学。需要学生积极参与讨论，并就当前的生物工程主题进行期末项目团队演示。 聚合物的物理与流变行为 线性和非线性粘弹性行为。弛豫跃迁及其与分子结构的关系。聚合物的结晶和熔化。聚合物的混合和溶胀。 先进材料的化学/纳米材料的化学 具有纳米尺寸结构和先进功能的材料化学。液晶显示器和有机发光二极管的工作原理。发光材料在光电系统、化学传感器和生物探针中的高科技应用。 能源技术用纳米材料/能源技术用纳米材料 纳米结构的常规和非常规制造，包括电子束光刻、纳米压印、化学合成、自组装等；纳米材料的尺寸依赖电子和光电特性；电子学领域的纳米材料大规模组装和集成；使用纳米电子材料的能量收集和存储设备。 数理方法 矢量分析回顾；复变量理论、柯西-黎曼条件、复泰勒和洛朗级数、柯西积分公式和留数技术、保形映射；傅立叶级数；傅立叶和拉普拉斯变换；常微分方程，贝塞尔函数；偏微分方程、波动和扩散方程、拉普拉斯、亥姆霍兹和泊松方程、变换技术、格林函数；积分方程，弗雷德霍姆方程，核函数；黎曼曲面，梯度下降法；张量、逆变和协变表示；群论，矩阵表示。 现代半导体物理学 基于量子力学对半导体的电子、振动、输运和光学特性的详细解释。强调纳米结构异质结构、量子尺寸和低维效应，以及在现代电子学和光电子学中的应用。 纳米架构半导体的物理学 基于量子力学的半导体和纳米级固体材料的电子、振动、传输和光学特性的基础物理学。强调纳米结构异质结构、量子尺寸和低维效应，以及在现代电子学和光电子学中的应用。 材料科学中的衍射与成像技术/纳米束技术 基础晶体学；晶体结构和缺陷；X射线和电子衍射；成像对比机制；结构测定；分析电子显微镜。参加本课程需要得到导师的批准。 /制造和表征纳米材料的纳米束技术的基本物理原理。纳米工艺介绍、电子束和聚焦离子束光刻、晶体纳米材料与电子/离子束之间的相互作用。电子束衍射和成像、成像对比机制、纳米结构表征和分析电子显微镜。 培养目标 本课程专注于基础知识与实践培训。基础课程教授通用理论，实践课程包括报告撰写及实际问题解决技能的训练。课程致力于培养全面发展的复合型人才。 完成哲学博士课程后，毕业生将能够： 1. 理解新材料设计发现及新工艺，尤其是结构特性关系在科学工程中的意义；2. 具有对于材料科学与工程必要的批判性思维；3. 应用定性定量的研究方法进行材料发现创新的自主研究；4. 具备独立有效沟通研究成果的能力。 就业前景 先进材料学域哲学博士课程将为学术成绩优异的学生提供无可比拟的机遇，通过专业严谨的研究型学位的学习，为未来在新型材料研发及工程进步发挥重要影响奠定基础。该课程的毕业生将成为学术机构，相关业界，甚至初创企业等领域炙手可热的人才。 署理主任寄语 作为多学科课程的学域主任，我希望所有的学生在学习过程中采取双重方法，将传统的好奇心驱动与现代的使命感激发结合起来，运用跨学科方法应对重大挑战。 我愿引用列夫托尔斯泰在《战争与和平》中的一句名言：人类美德只有两种：勤劳与智慧。如果把智力与努力与爱因斯坦的质能方程放在一起，我认为未来你的成功等于你的智力乘以努力的平方。只有通过不懈的努力才能在成功的道路上走得更远。 成功=智力X努力² E=mc² 先进材料学域署理主任 高平教授 |