高中生科研項目介紹｜光熱材料開發與海水淡化研究

在全球水資源日益緊張的今天，如何將海水變為(wei) 可飲用的淡水，成為(wei) 科學家們(men) 關(guan) 注的重大課題。

本研究方向將帶領學生探索一種新興(xing) 解決(jue) 方案——利用光熱材料將太陽能轉化為(wei) 熱能，從(cong) 而高效蒸發海水，獲得淡水。

這是一個(ge) 融合了材料科學、環境科學與(yu) 工程實踐的前沿項目，不僅(jin) 貼近真實世界的需求，也富有創新挑戰。

學生將通過動手實驗與(yu) 導師指導，親(qin) 自搭建簡易的淡化係統，體(ti) 驗“從(cong) 實驗台到現實問題解決(jue) ”的全過程。

01基本信息

# 開課時間 #

2025年8月3日-2025年8月8日（6天）

# 項目地點 #

深圳-線下實驗室

# 適合人群 #

對化學、化學工程、材料工程、材料科學及環境科學等專(zhuan) 業(ye) 感興(xing) 趣的高中生、低年級本科生

本期課程上限8人

留學申請02

項目提供的科研訓練與(yu) 成果展示將有助於(yu) 學生在競爭(zheng) 激烈的國際申請中脫穎而出。

本項目具備鮮明的交叉學科特色，涵蓋材料科學、環境工程、可持續發展等多個(ge) 熱門留學專(zhuan) 業(ye) 領域，尤其適用於(yu) 未來有意申請以下院校及專(zhuan) 業(ye) 的學生：

• 美國：加州大學伯克利分校化學（Chemistry）、化學工程（Chemical Engineering）及材料科學與工程（Materials Science and Engineering）方向；加州大學洛杉磯分校化學工程（Chemical Engineering）、材料工程（Materials Engineering）、材料科學（Materials Science）方向；芝加哥大學化學（Chemistry）方向等。
• 加拿大：多倫多大學材料工程（Materials Engineering）、材料科學（Materials Science）方向等。
• 英國、德國等：劍橋大學化學工程（Chemical Engineering）方向；倫敦大學學院高級材料科學（Advanced Materials Science）方向；柏林工業大學材料科學（Materials Science）方向等。
• 香港、新加坡等：以碩博項目為主，包括香港中文大學材料科學與工程（Materials Science and Engineering）方向；香港理工大學能源材料與設備（Energy Materials and Devices）方向；香港城市大學材料工程與納米技術（Science in Materials Engineering and Nanotechnology）方向；新加坡國立大學材料科學與工程（Materials Science and Engineering）方向；南洋理工大學材料科學與工程（Materials Science and Engineering）方向等。

03導師介紹

Prof. YL

• 北京化工大學教授
• 主要從事有機光功能材料結構與功能研究

• 發表 Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等SCI論文80餘篇
• 主持國家、省部級及院校科研項目11項，核心參與科技部國家重點研發計劃等科研項目10餘項
• 申請/授權發明專利11項
• 主持撰寫中英文專著2部，參與撰寫專著篇章7章

• 授課經驗豐富，溝通能力強
• 學員表現優異可獲得研究助理機會

INTRODUCTION

·04 項目介紹·

1項目目標

通過線下實驗室實操幫助學生：

• 學習掌握科研技能與方法
• 掌握光熱材料合成相關核心知識和原理
• 實踐學習紅外熱成像與光熱海水淡化技術
• 結項答辯（結項後項目群保留）
• 提供後續升學申請、科研學習答疑服務

2打好理論基礎

本項目將通過深入淺出的方式，幫助學生理解海水淡化背後的科學原理與(yu) 材料科技的前沿知識。課程內(nei) 容涵蓋以下幾個(ge) 模塊：

（1）光熱材料與(yu) 海水淡化基礎知識：學生將學習(xi) 什麽(me) 是光熱材料，它們(men) 如何吸收太陽光並轉化為(wei) 熱能，以及這項技術如何被廣泛應用在新能源開發、醫療健康和環境治理等領域。課程中會(hui) 講解不同類型光熱材料的特點與(yu) 優(you) 勢，幫助學生建立係統的材料科學認知。

（2）材料合成原理與(yu) 實驗安全基礎：從(cong) “紙上談兵”到“動手實踐”，我們(men) 將教授光熱材料的基本合成方法，講解實驗背後的化學原理。同時，重視實驗安全教育，確保每位學生在安全規範下完成操作，提升科學素養(yang) 與(yu) 動手能力。

（3）光熱成像技術入門：通過學習(xi) 近紅外熱成像的基本原理和常用設備，為(wei) 後續實驗提供支持。

（4）光熱界麵水蒸發技術：導師將係統介紹如何將光熱材料應用於(yu) 水麵，通過“界麵蒸發”實現高效的海水淡化。學生將了解從(cong) 原理到實驗設計的全過程，親(qin) 自設計自己的小型蒸發裝置。

（5）海水淡化原理與(yu) 實際應用：學生將掌握現代海水淡化的基本原理，並重點了解利用光熱技術進行海水蒸發的綠色環保解決(jue) 方案。這一部分將幫助學生從(cong) “材料實驗”走向“現實問題解決(jue) ”，拓展科學眼界。

通過這些理論課程的學習(xi) ，學生不僅(jin) 能夠係統掌握一項前沿科學技術的核心知識，更能在實踐中培養(yang) 科研思維和工程設計能力，為(wei) 今後的學術科研探索或國際化升學背景提升打下堅實基礎。

3、提升實驗操作技能

在導師的指導下，學生將親(qin) 手參與(yu) 多個(ge) 具有挑戰性與(yu) 趣味性的科研實驗，體(ti) 驗從(cong) 材料設計、性能測試到實際應用的完整科研過程。主要實驗包括：

（1）光熱材料的合成設計：根據預設目標，學生將在實驗室中學習(xi) 如何通過化學方法合成具有特定光熱性能的分子材料，理解“為(wei) 什麽(me) 要這樣設計”與(yu) “如何真正做出來”。

（2）光熱材料的分離與(yu) 結構確認：合成後，學生將使用柱層析等方法對材料進行純化，並在導師的輔助下接觸現代科研儀(yi) 器，如核磁共振（NMR）、質譜（MS）與(yu) 紅外光譜（IR），了解如何確認一個(ge) 分子的結構。

（3）光熱紅外成像與(yu) 性能測試：借助近紅外熱成像儀(yi) ，學生將觀察和記錄光熱材料在光照下的升溫過程，並通過數據計算其光熱轉換效率，培養(yang) 量化分析的科研思維。

（4）界麵水蒸發泡沫的製備：將合成的光熱材料負載在泡沫材料上，構建“界麵光熱蒸發係統”。學生將在實際動手中學習(xi) 如何設計實驗裝置，並觀察材料如何在水麵上高效地“曬水變蒸汽”。

（5）海水淡化模擬實驗：結合真實海水的鹽度等條件，學生將搭建簡易淡化係統，在模擬環境中測試自己設計的材料能否成功將海水變成淡水，從(cong) 而實現科研成果的“真實世界”應用。

所有實驗均在標準化實驗室環境中進行，配備專(zhuan) 業(ye) 科研儀(yi) 器與(yu) 科研導師。即使是第一次接觸科研的學生，也能在保障安全的前提下，獲得真實的科研成就感與(yu) 實踐體(ti) 驗。

4全麵提升科研能力

在項目的理論學習(xi) 環節，導師們(men) 以答疑和討論為(wei) 核心，與(yu) 學員們(men) 進行深度互動，幫助他們(men) 梳理關(guan) 鍵知識點，解答學習(xi) 中遇到的疑惑。

通過這種高效的師生交流模式，學員們(men) 能夠在掌握理論的基礎上，進一步提升邏輯思維與(yu) 獨立分析能力。

此外，學員們(men) 將根據課程內(nei) 容撰寫(xie) 總結，提煉核心知識，鞏固學習(xi) 成果。

撰寫(xie) 總結不僅(jin) 有助於(yu) 係統化學習(xi) 內(nei) 容，還能鍛煉學員的表達與(yu) 歸納能力，幫助他們(men) 構建完善的知識框架，為(wei) 未來的科研之路打下堅實基礎。

05學員反饋

周同學

我非常開心能夠參與(yu) 此次光熱材料與(yu) 界麵水蒸發方向的科研項目，這段經曆讓我對光熱轉換機製以及其在水資源利用中的應用前景有了更深入的認識。

在實驗過程中，我係統學習(xi) 了光熱材料的設計思路及其性能測試方法，掌握了分子材料的基本合成流程，並親(qin) 自使用柱層析完成了產(chan) 物純化，同時在老師的帶領下初步掌握了NMR、紅外光譜等結構表征技術，對“一個(ge) 新分子是如何被確認”的過程有了切實體(ti) 驗。

在導師和助教的悉心指導下，我獨立參與(yu) 了光熱紅外成像實驗，利用熱成像儀(yi) 記錄材料在近紅外光照下的溫度變化，通過計算其光熱轉換效率，我初步建立了從(cong) 實驗現象到數據分析的科研思維框架。

看到自己的設計能將海水轉化為(wei) 淡水的那一刻，我深切體(ti) 會(hui) 到了科研成果轉化為(wei) 現實應用的價(jia) 值。

整個(ge) 過程中，老師始終耐心指導，從(cong) 實驗細節到科研思維，每一個(ge) 環節都讓我受益匪淺。

項目收獲06

項目證書(shu)

學員均可獲得高含金量的中、英文結項證書(shu) ，由中科創客、學研派聯合頒發中、英文結項證書(shu) 。

獨特的研究經曆/項目經曆，豐(feng) 富簡曆，提升競爭(zheng) 力，助力申請、麵試。

導師推薦信

按照要求完成項目且表現優(you) 秀的學員將能夠獲得導師的個(ge) 性化推薦信，可配合網申。

此外，教授可指導留學、讀研等選校、選專(zhuan) 業(ye) 建議，助力DIY留學等，節省大筆中介費用。

科研助力升學！

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