仿生智能柔性新材料的制备和应用

教育部在《全日制普通高级中学课程计划(试验修订稿）》中指出“综合实践活动是国家规定的必修课，包括研究性学习、劳动技术教育、社区服务、社会实践四部分内容。”已有多所高校在自主招生简章中明确表示选拔“积极参加创新性研究工作或研究性学习并取得一定成果的优秀高中毕业生”，“研究性学习”能力及有社会实践经历的证明已成为综合评价、自主招生等招生方式中一项重要的依据，且在新高考改革中也更具优势。
为了对当代青少年进行前沿科研知识的学习和科研思维的训练，清大紫育协调多方资源为广大中学生提供进入国家重点实验室的宝贵机会，举办中学生科学研究能力培养计划专项营，提供给广大中学生进入知名高校重点实验室的学习的宝贵机会，中学生将在高校教授的亲自指导下进行探究性课题研究。
北京航空航天大学（简称北航）成立于1952年，由当时的清华大学、北洋大学、厦门大学、四川大学等八所院校的航空系合并组建，是新中国第一所航空航天高等学府，现隶属于工业和信息化部。学校以国家重大战略需求为先导，强化基础性、前瞻性和战略高技术研究，打造顶级创新平台和一流科研团队，近年来，多项高水平基础研究成果诞生，在仿生界面、热电材料、量子测量等领域初步实现了引领科学前沿。本次活动，北京航空航天大学为了响应我国科学普及，尖优人才培养的理念，将本校优势学科中的科研课题作为本次研学活动的大方向，希望中学生能够通过研学活动的参与接触前沿科研知识，提升中学生科研探索的思维与能力，激发中学生对科学探索的热爱与追求。

组织单位

主办单位：清大紫育（北京）教育科技股份有限公司
清大紫育（北京）教育科技股份有限公司，是一家专注于中学创新人才培养，助力大学创新人才选拔，为学生提供新高考、综合评价、自主招生的升学规划与服务的高科技教育企业。依托多年成功开展竞赛等活动的经验，清大紫育与中国科学院、科研机构、重点高校等展开深入合作，不断研发青少年研学实践活动，为优秀高中学子搭建接触高端科研平台的桥梁，帮助学生进行前沿课题研究与实践，助力学生为名校升学积累高含金量的背景证明，目前已成功开展人工智能、大数据、计算机、生物等领域研究活动，并持续增加信息、能源、交通、农业、航空航天、管理、经济、人文类等研究课题供学生自主选择。
承办单位：中科领创（北京）文化科技有限公司
中科领创（北京）文化科技有限公司是中国科学院行政管理局科学文化传播板块中重要执行机构之一，依托中国科学院丰富的科技资源，以服务科技文化、教育发展、资源利用为目标，以落实国家加强青少年素质教育的号召，培养青少年科学探索意识、激发自我学习兴趣、提升创新精神、提高科学素养为己任，公司整合中国科学院相关研究所、科普场馆、野外台站、科普专家等资源，结合自身现有的教育、研学各相关部门合作关系努力打造科学实践教育品牌，实现科学知识创新运用的理想，践行中国科学院科普推广的理念。
协办单位：北京航空航天大学
北京航空航天大学（简称北航）成立于1952年，由当时的清华大学、北洋大学、厦门大学、四川大学等八所院校的航空系合并组建，是新中国第一所航空航天高等学府，现隶属于工业和信息化部。建校以来，北航一直是国家重点建设的高校，是全国第一批16所重点高校之一，也是80年代恢复学位制度后全国第一批设立研究生院的22所高校之一，首批进入“211工程”，2001年进入“985工程”，2013年入选首批“2011计划”国家协同创新中心，2017年入选国家“双一流”建设高校名单。学校第十六次党员代表大会提出以建设扎根中国大地的世界一流大学为发展愿景目标。

活动宗旨

近距离接触前沿领域科研成果提升中学生科学研究能力

报名人群

A：全国高中生；
B：参加过全国性创新类、科技类、学科类竞赛获奖学生优先；
C：对科研项目和相关领域具有浓厚兴趣的优秀中学生；
D: 计划参加新高考、综合评价和自主招生的优秀中学生；
E: 计划申请国外名校留学储备背景材料的优秀高中生；
F: 希望深入参与科研项目并感受科研魅力的优秀中学生；

活动优势

顶级师资教学全面提升学生科研能力；
促进学科交叉融合培养素质人才选拔；
锁定科学前沿课题打造优质精品课程；
引导学生走出课堂结合现状付诸实践；

名校教授亲自带领完成专业科研实验；
激发学生探究热情提升科学创新思维；
进入名校重点实验室提升创新科研力；
北航重要科研课题激发学生潜能兴趣；
国内知名高校近距离接触及实地考察；

师资介绍

刘教授：国家杰出青年科学基金获得者、博士生导师。
北京航空航天大学化学学院教授，中组部青年千人计划入选者，迄今为止，已在Nature, Nat. Rev. Mater., Nat. Mater.，Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater. 等国际知名期刊上发表SCI收录论文60余篇，总引用3000余次，其中SCI他引2000余次。先后在国内外学术会议上作大会特邀、邀请报告及分组报告等共计20余次。主持或参加国家自然科学基金、国家重点研发计划等科研项目10多项。
齐教授：博士生导师，北京航空航天大学化学学院副教授。
2009年博士毕业于中国科学院化学研究所。2009年-2018年在美因茨大学物理系从事博士后研究。入选北京航空航天大学卓越百人计划。研究工作主要发表在Macromolecules，soft matter，Adv. Fun. Mater.等相关杂志。
赵教授：硕士生导师，北京航空航天大学化学学院副教授。
2010年博士毕业于中国科学院化学研究所。曾在日本、美国等知名高校及研究所项目交流。以第一及通讯作者在Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、ACS Appl. Mater. Interfaces 等杂志发表论文14篇，总引用400余次。
王教授：北京航空航天大学化学学院副教授。
主要从事纳米复合材料和石墨烯基复合材料的设计制备与吸波、电磁屏蔽及储能等性能研究获得了重要的成果，部分结果正在申请专利并进入中试阶段。目前以第一作者和通讯发表文章40篇，影响因子大于3的文章30篇，其中高被引用论文一共有3篇，目前H因子18。

课程介绍

专项营一：柔性传感材料方面的制备及应用

课程背景
导电柔性材料，是结合了水凝胶与导电高分子的一种新型材料，由于其便携及可穿戴特性，可作为柔性传感器件在个性化健康监测、人体运动检测等领域广泛应用。一方面具备了水凝胶材料良好的生物相容性、优异的柔性和可拉伸性等机械性能，另一方面，由于其添加了导电高分子，赋予了其优异的导电性能。
导电高分子是由具有共扼π键的高分子经化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。具有密度小、易加工、导电性好等特性，并可通过多种方法填充到水凝胶基体中，使其在制备导电水凝胶领域具有非常广阔的应用前景。
通过课程学习，学生可亲自参与到导电高分子材料的设计中，并亲手制备柔性传感材料，同时，学生可通过简单的拉伸实验或者穿戴实验，验证所合成的导电高分子基水凝胶的机械性能与导电性能之间的关系，进一步探索应用领域。通过材料的设计、制备及应用的实践活动，培养学生们对科研的兴趣，了解科学研究的思路及方法。
课程内容

参加实验室安全培训
学习水凝胶基础知识，学习相关实验基础操作
参与导电高分子基水凝胶的制备，了解其特性
了解导电高分子基水凝胶的各种性能评价
学习制备导电高分子基水凝胶
掌握导电高分子基水凝胶作为传感单元的柔性传感器的原理和方法
学习用拉伸、压缩等机械力手段验证其水凝胶导电性能
学会用上述柔性传感器件监测身体各部位的运动
形成规范的课题报告及PPT，完成研究性学习答辩

学习成果
通过上述学习，每个学生学习相关的材料的制备方法，多种专业仪器的原理和实验操作，并对材料进行简单的性能评价及实际应用演示，深入了解柔性电子技术的发展、应用和未来趋势。为让学生们更好地了解科学研究的过程，我们还将带领学生参观化学实验室以及分析测试中心。了解化学实验室的基础设施、实验需要的基本装置，以及检测分析所需要的一些大型仪器设备。

课程所需基础及适合领域：

所需学科基础	侧重科目：化学普通科目：物理、生物
适合专业领域	学科门类：理学化学类、数学类、物理学类、生物科学类学科门类：工学材料类、环境科学与工程类、生物医学工程类、机械类、仪器类、化工与制药类、农业工程类、食品科学与工程类、安全科学与工程类、生物工程类

注：该专项营的最多容纳人数为20人，报满为止。
专项营二：具有仿生结构的太阳能净水器制备及研究

课程背景
水污染是指污染物进入水体，引起水质恶化，使水的使用价值降低的现象。水污染现象一般表现为：水中污染物的数量超过了水体自净能力；污染物数量达到破坏水的原有用途的程度；污染物含量超过了水中该物质的本底值，影响了水的用途。
太阳能蒸馏法，就是蒸馏时利用太阳的辐射，直接使污染水蒸发的工艺。太阳热能在蒸馏过程的应用，最重要的是在海水淡化方面。蒸馏过程基本上是把盐水汽化，使溶解了的盐类留在溶液中，然后使水蒸汽凝结而得到淡水。太阳能蒸馏装置可以不消耗常规能源，并且结构简单、操作容易，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。
仿生结构在集水领域已经有广泛的应用，比如模仿仙人掌的针刺结构、沙漠甲虫的甲壳上的凸起、猪笼草阵列沟槽等已经制备出各种新型的集水装置。将仿生结构与太阳能蒸馏法相结合，制备出利用清洁能源进行水处理的装置，是本课程的特色。
通过课程学习，学生可通过亲自参与仿生结构水凝胶的制备，以及太阳能蒸馏净水装置的搭建，了解如何设计出一种便携式太阳能蒸馏器，了解仿生结构在集水及水滴定向输运过程中的奥秘，进而掌握科学研究的整体思路，培养对科学研究的热爱。同时，学生还可对3D打印技术进行深度学习与研究。
课程内容

亲手制备具有仿生微结构水凝胶，并研究其表征方法
实验室安全培训
学习课题相关实验基本操作技能培训和课题背景基础知识
亲手制备具有仿生微结构水凝胶，并研究其表征方法
学习使用3D打印技术制备汲水材料，了解其中的原理
学习利用汲水原理搭建太阳能净水器
研究所搭建的太阳能净水器的效果
形成规范的课题报告及PPT，完成研究性学习答辩

学习成果：
为让学生们更好地了解科学研究的过程，我们还将带领学生参观化学实验室以及分析测试中心。了解化学实验室的基础设施、实验需要的基本装置，以及检测分析所需要的一些大型仪器设备。通过动手完成相关材料的制备，并对材料进行简单的性能评价，深入了解1-2种环境污染控制技术的应用。
课程所需基础及适合领域：

所需学科基础	侧重科目：化学普通科目：物理、生物
适合专业领域	学科门类：理学化学类、数学类、物理学类、生物科学类学科门类：工学材料类、环境科学与工程类、生物医学工程类、机械类、仪器类、化工与制药类、农业工程类、安全科学与工程类、生物工程类

注：该专项营的最多容纳人数为20人，报满为止。

行程安排

时间	活动环节	活动内容
DAY1	上午	报到
	下午	专题讲座：做好生涯规划成就理想人生专题讲座：解读新高考形势下的高中升学之路
	晚上	破冰活动
DAY2	上午	开营仪式专家讲座：仿生智能材料的知识及课程讲解营员分组及重点实验室及博物馆参观
	下午	课题专家带领参观科研实验室并对实验室安全进行讲解课题专家对背景知识进行介绍，并对具体实验细节进行讲授专家及助教指导学生对实验原材料及试剂进行准备
	晚上	实验设计前的相关准备工作
DAY3	上午	课题专家组指导学生学习实验原理课题专家组指导学生准备实验试剂及材料
	中午	午餐
	下午	学生动手进行科研实验学生实验过程中接受专家教授阶段性查问考核
	晚上	总结问题专家答疑
DAY4	上午	专家指导学生实操科研实验后续步骤课程专家组布置研究报告选题学生开始撰写课题研究报告
	下午	在专家及助教的指导下撰写课题研究报告及答辩PPT 专家及学生交流实验课题内容
	晚上	导师指导学生撰写完成研究报告及PPT
DAY5	上午	学生获得答辩资格名单公布学生进入答辩环节课题组进行答辩评审及评奖
DAY5	下午	主持人总结本次研学营的整体情况研究性学习成果颁奖营员发表感言播放学员营中电子相册闭营仪式及颁奖仪式离营

注：

参营的学生有机会与海外留学生面对面交流。
课程安排将根据实际情况进行适度调整，具体以开营安排为准。

学习收获

参营学生可获得官方有效盖章的科研实践、综合评定及答辩资质证明，表现优异的学生可获得带有知名高校教授的亲笔签名获奖证书，以上资料可作为综合评价、自主招生初审申请材料及亮点打造。
自愿参加公益活动，增强学生社会责任感，同时获得基金会颁发的公益证书。
学员在专家的指导下完成研究报告，优秀学员的研究报告可进行进一步提炼参与国家青少年科技创新大赛。
阳光高考网报名“综合信息”-“高中期间参与的社会活动”一栏可填写：高中阶段参与的科学研究、文学创作、创新设计、学习实践等情况中也同样适用。
不仅锻炼学生的理性思维和批判质疑精神，还能让学生不畏困难，有坚持不懈的探索精神；大胆尝试，积极寻求有效的问题解决方法等。
北京航空航天大学前沿科学课题的研学实践经历对学生认识未来大学科研环境及工作世界有着极大的启发性帮助。
知名高校前沿课题科研经历将是申请海外留学的有利助力之一。
报名相关
报名条件：
学业成绩优异，需提供高中阶段学科成绩及获奖情况：各科成绩（高一上下期末、高二上下期末、高三上下期末）班级排名、年级排名（由学校或院系教务管理部门盖章）
高中阶段参加的竞赛名称及获奖情况证明材料
高中阶段参加的社会实践或公益活动情况证明材料
注：以上资料需要发送至邮箱yanxueying@unisedu.com，邮件命名格式为：【报名】专项营名称+学生姓名+年级，由相关老师审核。
报名人数：限招40人，招满为止。
开营时间：2020年1月
截止报名：2019年12月31日
开营地点：北京（北京航空航天大学）