高中生科研材料科学方向课题推荐

本周课题导视

材料科学方向课题
电致收缩的柔性机器人人工肌肉
水系镁离子电池设计
用于富血管型肿瘤治疗的微球设计与合成
固态电池及固态电解质
皮克林乳液原理初探
纳米流体热物性研究
非晶态材料分子动力学

1. 电致收缩的柔性机器人人工肌肉

近年来，德克萨斯州大学达拉斯分校的某研究组开发出一种用尼龙线制成的超强人工肌肉，这种肌肉能够根据温度变化做出反应，预热收缩，遇冷则变回原始的形状。然而目前机器人领域中，主要使用的驱动源为电力而非热力。

本课题将通过化学方法进一步改良该尼龙人工肌肉，以实现其电致驱动性能，定量分析其收缩率、能量转换率、承重能力等特性，并最终制作一个机器人系统展示该人工肌肉。

相关学科  
物理学，材料科学，机械工程

2. 水系镁离子电池设计 

目前，开发低成本、安全的电池系统目前变得越来越紧迫。镁离子电池 因其无枝晶特性、地壳储量丰富、理论体积容量高以及还原电压低的特点，变得特别有吸引力。

该项目旨在通过使用普鲁士蓝类似物作为正极和有机材料作负极并使用水系电解质来提出一种水系镁离子电池，同时我们还将研究水性电解质和有机电解质之间的差异。

相关学科  
化学，材料科学，能源科学技术

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3. 用于富血管型肿瘤治疗的微球设计与合成  

本课题致力于发展可以应用于富血管肿瘤的微球，并进一步开发微球的多功能性。本课题将设计以及发明一种高载量海藻酸钠微球的制备方法，主要原料包含明胶水溶液、海藻酸钠水溶液和戊二醛水溶液。

本发明制得的海藻酸钠微球粒径能够分别和同时包被多种显影剂和抗肿瘤药，成本低廉，易于精确控制，可替代各种进口和国产昂贵的栓塞剂制品，为患者提供可以接受的优良癌瘤治疗栓塞剂，减轻患者的病患痛苦和经济负担。

相关学科  
化学，材料科学，生物学

4. 固态电池及固态电解质 

由于固态电解质具有锂离子传输效率低、低温下离子导电性低、界面固化等问题，一直难以实现大规模应用。本课题主要通过针对固态电解质固有问题的结构设计，为固态电池的应用提供新思路。

通过本项目，学生将接触到基础的电化学原理、离子、电子输运，和基础的高分子化学等内容，培养固态电池设计、固态电解质合成及测试等技能。

相关学科  
化学，材料科学

5.皮克林乳液原理初探  

在本课题中，我们将尝试使用多种不同的颗粒，并探索不同物质或是不同量的同种物质对液滴稳定性的影响，并通过不同的表征来进行深入的探究。通过本课题，学生将学习材料科学的基础知识，使用科学的探究方法完整地进行一个科研项目。

相关学科  
材料科学，化学

6. 纳米流体热物性研究 

基于液体的冷却方法在高功率设备中散发多余热量的技术中起着重要作用，提出增大电子器件传热效率在原子尺度材料表征的解决方案。

在这个项目中，我们将利用分子动力学模拟和量子蒙特卡罗方法来研究尺寸效应和剪切应力对纳米流体热导率的影响，优化纳米流体内部热导率和界面的设计。

相关学科  
物理学，材料科学，能源科学技术

7. 非晶态材料分子动力学 

非晶态材料特殊的结构使得其没有一般金属材料里面定义的缺陷，从而有很多优越的性能和特殊的应用。分子动力学作为当下最为火热的仿真技术之一，在材料研究的领域得到了大量的使用。

本次项目将使用分子动力学对非晶态材料进行模拟，分析其结构以及力学行为。本次项目非常适合未来有志于从事材料研究的学生。

相关学科  
材料科学