淺談大學(xué)生如何開展科學(xué)研究

杜永+徐家躍+田甜+竇允辰

（上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201418）

摘要：本文結(jié)合實踐中的教學(xué)和科研經(jīng)驗，以Bi2Te3基合金/PEDOT：PSS納米復(fù)合熱電材料為例淺析大學(xué)生如何開展科學(xué)研究。

關(guān)鍵詞：大學(xué)生；科學(xué)研究；科研能力

中圖分類號：G642.41 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）18-0275-02

大學(xué)生開展科學(xué)研究，有利于鞏固所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，對以后從事教學(xué)或者科研等相關(guān)工作具有重要意義。近年來，很多大學(xué)生從大學(xué)一年級就開始進入老師的課題組，組建大學(xué)生創(chuàng)新項目團隊，開展大學(xué)生創(chuàng)新項目的研究。在此過程中大學(xué)生經(jīng)常遇到的一個問題就是如何開展科學(xué)研究？結(jié)合本人多次擔(dān)任大學(xué)生創(chuàng)新項目團隊指導(dǎo)教師的經(jīng)驗，以Bi2Te3基合金/PEDOT：PSS納米復(fù)合熱電材料為例談?wù)勛约簩Σ牧蠈I(yè)大學(xué)生如何開展科學(xué)研究的一些看法，具體如下。

一、選擇一個感興趣的課題

興趣對于課題的研究至關(guān)重要。大學(xué)生在選擇科學(xué)研究課題的時候要結(jié)合自己的情況選擇一個感興趣的研究課題。比如有的同學(xué)對熱電材料感興趣，就可以選擇熱電材料中的某一個具體問題作為研究課題。由于熱電材料是一個相對比較大的研究課題，那么如何選擇熱電材料中的一個具體問題？這就要求同學(xué)們通過文獻查閱后進行歸納總結(jié)，找到自己感興趣的、切合自己研究水平的課題。如果在此過程中選擇一個研究范圍很大或者研究內(nèi)容很難的課題，課題的完成將面臨很大的困難。

二、通過閱讀大量的文獻找出研究課題的突破口

同學(xué)們對某一研究領(lǐng)域的課題產(chǎn)生了興趣以后，可以通過Web of knowledge平臺、中國期刊全文數(shù)據(jù)庫、萬方等數(shù)據(jù)庫，輸入關(guān)鍵詞，查詢所要研究課題最新的文獻。通過閱讀這些文獻資料，對所要研究課題目前的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、存在的問題、以及未來可能的發(fā)展趨勢有較明確的認(rèn)識。如對熱電材料感興趣的話，可以在Web of Science數(shù)據(jù)庫輸入關(guān)鍵詞“thermoelectric materials”，或者在中國期刊全文數(shù)據(jù)庫、萬方等數(shù)據(jù)庫輸入關(guān)鍵詞“熱電材料”，就可以檢索出很多熱電材料相關(guān)的文獻資料。通過對這些文獻的閱讀和整理，同學(xué)們對熱電材料就會有一個比較明確的認(rèn)識和理解，比如熱電材料可以將工業(yè)廢熱轉(zhuǎn)變成電能，也可以用來制冷，并且利用熱電材料制備的熱電發(fā)電和制冷器件在使用過程中具有結(jié)構(gòu)簡單、無噪聲、無污染、無機械振動等優(yōu)點[1]。目前熱電材料已經(jīng)在航空、航天、軍事、汽車等領(lǐng)域取得了應(yīng)用。熱電材料主要分為無機熱電材料、聚合物熱電材料、以及有機—無機復(fù)合熱電材料三類。Bi2Te3基合金/PEDOT：PSS納米復(fù)合熱電材料是有機—無機復(fù)合熱電材料的一種，具有廣闊的應(yīng)用前景，比如柔性熱電器件等，但是目前此課題的研究相對較少，還有很多亟待解決的問題值得深入的研究。這樣找就到了熱電材料中的一個可能開展的具體研究課題。

接著可以在Web of Science數(shù)據(jù)庫輸入關(guān)鍵詞“Bi2Te3”、“PEDOT：PSS”、“thermoelectric”，或者在中國期刊全文數(shù)據(jù)庫、萬方等數(shù)據(jù)庫輸入關(guān)鍵詞“Bi2Te3”、“PEDOT：PSS”、“熱電”就能檢索出多篇和上述研究相關(guān)的英文和中文文獻。通過對上述參考文獻的分析可知，目前在制備Bi2Te3基合金/PEDOT：PSS納米復(fù)合熱電材料過程中主要存在的問題是：（1）Bi2Te3基合金納米結(jié)構(gòu)容易氧化；（2）Bi2Te3基合金在PEDOT：PSS基體中難于有效的分散[2]。未來可能的發(fā)展趨勢是研究和開發(fā)制備Bi2Te3基合金/PEDOT：PSS納米復(fù)合熱電材料新的工藝，從而解決Bi2Te3基合金/PEDOT：PSS納米復(fù)合熱電材料制備過程中存在的上述兩個問題，提高所制備材料的熱電性能。通過對參考文獻的進一步分析可知，目前制備Bi2Te3基合金/PEDOT：PSS納米復(fù)合熱電材料的一種有效方法是首先對Bi2Te3基合金納米結(jié)構(gòu)進行剝離，剝離后的Bi2Te3基合金納米薄片可以在乙醇中有效分散，然后將分散在乙醇中的Bi2Te3基合金納米薄片與PEDOT：PSS進行混合，最后通過旋涂法和澆注法制備Bi2Te3基合金/PEDOT：PSS納米復(fù)合熱電薄膜材料[2]。但是參考文獻[2]目前只研究了Bi2Te3基合金納米薄片的含量對Bi2Te3基合金/PEDOT：PSS復(fù)合熱電薄膜材料電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)的影響規(guī)律。而關(guān)于Bi2Te3基合金納米薄片的含量對Bi2Te3基合金納米薄片/PEDOT：PSS復(fù)合熱電薄膜材料熱導(dǎo)率以及ZT值（ZT=S2σ/κT，S、σ、T和κ分別為Seebeck系數(shù)、電導(dǎo)率、熱力學(xué)溫度和熱導(dǎo)率）的影響仍未有報道。因此開展此課題研究的創(chuàng)新點就是研究Bi2Te3基合金納米薄片的含量對Bi2Te3基合金納米薄片/PEDOT：PSS復(fù)合熱電薄膜材料的熱導(dǎo)率以及ZT值的影響規(guī)律。這就找到了Bi2Te3基合金/PEDOT：PSS納米復(fù)合熱電薄膜材料研究的突破口，為課題研究方案的制定提供了依據(jù)，為項目的順利開展奠定理論基礎(chǔ)。

三、制定詳細(xì)的實驗方案

在找到項目研究的突破口后，需要制定詳細(xì)的實驗方案。實驗方案的設(shè)計過程中，要綜合考慮各種因素對實驗結(jié)果的影響，比如：（1）影響B(tài)i2Te3基合金納米顆粒剝離成納米薄片的主要因素；（2）Bi2Te3基合金納米薄片/PEDOT：PSS復(fù)合熱電薄膜材料制備工藝的探索；（3）Bi2Te3基合金納米薄片/PEDOT：PSS復(fù)合熱電薄膜材料中Bi2Te3基合金納米薄片與PEDOT：PSS質(zhì)量比的選擇等。一般而言實驗方案制備的越詳細(xì)、各種影響因素考慮的越全面，后續(xù)的實驗就會相對順利一些。

四、按照實驗方案開展實驗

實驗方案制定好以后，就到了實驗階段。通過嚴(yán)格執(zhí)行所設(shè)計的實驗方案來具體研究實驗方案中制定的研究內(nèi)容，重點研究Bi2Te3基基合金納米薄片/PEDOT：PSS復(fù)合熱電材料中Bi2Te3基合金納米薄片的含量對于復(fù)合材料相組成、微觀結(jié)構(gòu)、載流子濃度和遷移率、熱電性能的影響規(guī)律（電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)）等。當(dāng)然在這一過程中也可能會遇到一些實驗方案設(shè)計過程中未曾考慮到的新問題，這就需要根據(jù)所遇到的具體問題來重新調(diào)整實驗方案，以保證實驗方案的順利完成。

五、實驗數(shù)據(jù)的分析和總結(jié)

實驗完成后，可以借助一些常用的軟件對實驗數(shù)據(jù)進行分析，與參考文獻中報道的Bi2Te3基合金/PEDOT：PSS復(fù)合熱電薄膜材料的電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)結(jié)果進行對比，分析Bi2Te3基合金納米薄片/PEDOT：PSS復(fù)合熱電薄膜材料中Bi2Te3基合金納米薄片的含量對于復(fù)合材料熱導(dǎo)率和ZT值的影響，并與已經(jīng)報道的Bi2Te3基合金/PEDOT：PSS復(fù)合熱電材料[2，3]，以及其他類別的有機—無機熱電材料（如：Bi2Te3基合金/聚苯胺[4]、石墨烯/聚苯胺[5]等）的性能進行比較。分析實驗的效果、存在的不足、提出改進的方法、展示研究成果，形成實驗報告或者撰寫研究論文。

六、結(jié)語

對于材料專業(yè)的大學(xué)生來說，開展科學(xué)研究可以提高學(xué)生收集資料、閱讀文獻、歸納綜述、分析具體問題、思維和動手能力，有利于鞏固所學(xué)的理論知識。對于培養(yǎng)大學(xué)生的科研創(chuàng)新能力具有重要意義。希望本文能為材料專業(yè)大學(xué)生關(guān)于如何開展科學(xué)研究提供一些思路，更好地完成大學(xué)生創(chuàng)新項目課題的研究。

參考文獻：

[1]毛健新，乜廣弟，盧曉峰，高木，王威，王策.導(dǎo)電高分子及其納米復(fù)合材料的熱電性質(zhì)[J].高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報，2016，（37）：213-220.

[2]Y.Du，et al.，ACS Appl.Mater.Interfaces，2014，6，5735.

[3]B.Zhang，et al.，ACS Appl.Mater.Interfaces，2010，2，3170.

[4]X.B.Zhao，et al.，Materials Letters， 2002，52，147.

[5]Y Du，et al.，Synthetic Metals，2012，161，2688.

收稿日期：2016-11-30

項目資助：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)引進人才科研啟動資金項目（39120K166005-YJ2016-5）資助

作者簡介：杜永，特聘研究員，主要從事有機—無機納米復(fù)合熱電材料和柔性熱電器件的研究工作。