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国防需求牵引的太赫兹物理跨学科教学研究

谢文科，肖旭，吴喆，丁天朋

电子科技大学物理学院，四川成都610054

摘要

在国防技术革新与物理学科深度交叉的背景下，本文以指导学生团队参与课外学术竞赛为载体，探索太赫兹物理理论与国防应用

教学的前沿融合。项目通过整合太赫兹物理、二维过渡金属碳化物/氮化物（MXene）材料学与纺织工程知识体系，构建“基础理论重

构-交叉实验实践-竞赛成果转化”三阶教学路径。教学过程中，学生团队完成强太赫兹吸收性能MXene薄膜材料的合成、高性能

MXene-超结构的设计、以及太赫兹波吸波织物的构建，完成申请发明专利3项。本次教学实践验证了“竞赛驱动-问题导向”的跨学科

教学路径对培养具备理论深度与实践广度的跨界复合型人才的有效性，为物理基础课程服务国防领域提供可复制范式。

跨学科教学的研究背景教学成效与能力评估

当前物理教育正面临严峻转型压力。全球高等教育加速从学生的复杂问题建模能力增强：

“知识传递”向“能力建构”范式转变，但物理基础课程仍深陷三重物理学研究生成功将电磁场理论转化织物结构优化方案，通

困境：（1）学科壁垒森严，物理基础课程与应用技术体系割裂。过调节开口环谐振器尺寸，使局域场增强效应提升；纺织工程学

（2）教学内容与前沿技术脱节，如太赫兹波谱、二维材料等新生主导太赫兹超织物的设计和实现，验证了实际织物与理论的高

兴领域尚未纳入课程体系；（3）产教融合不足，学生成果难以度契合。

对接真实应用场景需求。这种割裂导致学生遭遇“知识孤岛”危技术创新取得实质突破：

机——精通波动方程推导的物理系研究生面对实际应用束手无策，（1）实现强太赫兹吸收性能MXene薄膜材料的合成。指导

熟稔纺织技术的工程学生无法理解电磁场增强的物理本质。大学学生将该成果以论文形式发表在国际顶级期刊《Nature

生课外创新类竞赛为此提供破局路径[7]。其评审标准直击教育痛Photonics》上。（2）实现高性能MXene-超材料太赫兹吸波织

点：学术创新性要求原理突破或技术原创，强调学科交叉深度；物的制备。图3所示为长50cm、宽25cm的太赫兹吸波织物实物

应用价值维度关注实际问题解决潜力与产业化可行性。照片，该吸波织物在1.6-4.5THz频率范围内反射损耗（RL）均

教学框架设计与实施高于20dB（如图4所示），展现了优越的太赫兹吸收性能。（3）

实现该织物在电磁防护等国防需求中的应用。相关技术与产品被

航空航天等多家军工研究所开展了电磁防护应用验证，并受到高

度评价。

图1.基于创新竞赛的物理-应用跨学科教学框架

第一阶段：聚焦基础理论重构

组建跨学科团队，由物理学教授与纺织工程教授组成导师组。

图3.MXene-超材料太赫兹吸波织物照片

重构教学内容：在物理理论模块中，重点讲解太赫兹波与MXene

等物质的相互作用机制，以及太赫兹超材料的物理机制与结构设

计；在织物纺织模块中，系统阐释超织物编织的基本方法，以及

太赫兹波吸波性能与织物构造的关系。通过双师同堂授课，将物

理原理与织物纺织直观对接。

第二阶段：开展交叉实验实践

建立“理论-实验-验证”三位一体平台：在物理实验环节，指

导学生采用湿法工艺制备MXene纳米材料（如图2所示）。在纤

维制备阶段，通过溶液置换法制备适合涂覆的浆料，然后制备

MXene基复合纤维，最终通过纺织工艺实现超织物编织。关键突

图4.MXene-超材料太赫兹吸波织物的反射损耗曲线

破在于解决物理理论-纺织工程的接口难题。