纳米材料与应用
纳米材料的主要应用
纳米材料的主要应用纳米材料作为一种新兴材料，其在许多领域中都有着广泛的应用。
以下是纳米材料主要应用的几个方面。
1. 生物医药领域纳米材料在生物医药领域中的应用非常广泛，可以用于制造可控释放药物、制造生物传感器以及制造生物医学成像剂等等。
由于纳米材料的特殊结构和性质，使得其具有更好的药物释放效果和更好的生物相容性，能够大大提高药效和降低副作用，从而在医学领域中得到了越来越广泛的应用。
2. 纳米电子学领域纳米材料可以制备出更小、更快、更强的电子元件，如纳米线、纳米管、纳米传感器等等。
这些纳米材料的制备和应用，为电子产品的微型化、高速化和高强度提供了新的途径。
同时，在纳米电子学领域中，纳米材料的导电性、光学响应、热学响应等特性也得到了广泛研究，为电子产品的全新功能提供了可能性。
3. 能源领域纳米材料在能源领域中的应用也越来越受到关注。
例如，通过纳米材料的制备和改性，可以制备出更高效的太阳能电池、储氢材料、储能材料等等，同时也可以改善普通材料的性能，使得其在节能降耗等方面有更好的表现。
纳米材料的应用，能够为能源领域的可持续发展提供新的方向和动力。
4. 材料工程领域纳米材料的制备和应用，能够改善许多材料的性能。
例如，通过纳米材料的掺杂或改性，可以增强材料的硬度、韧性、导电性等等，促进材料的多功能化和纳米技术的产业化。
纳米材料还可以用于制造高效的光催化剂、生物传感材料等等，开创了材料工程领域的新领域和新方向。
总的来说，纳米材料的应用越来越广泛，未来还有很大的发展潜力。
随着科技的不断进步，纳米材料将在更多领域中得到应用，为我们的生活带来更多的便利和惊喜。
纳米材料与应用教学大纲
纳米材料与应用教学大纲一、课程基本信息课程名称：纳米材料与应用课程代码：＿____课程类别：专业选修课程学分：＿____总学时：＿____理论学时：＿____实验（实践）学时：＿____二、课程性质与教学目标（一）课程性质本课程是一门涉及材料科学、物理学、化学等多学科交叉的专业选修课程，旨在介绍纳米材料的基本概念、特性、制备方法以及在各个领域的应用。
通过本课程的学习，学生能够对纳米材料有较为全面的认识，为今后从事相关领域的研究和工作打下基础。
（二）教学目标1、知识目标（1）使学生了解纳米材料的定义、分类和基本特性。
（2）掌握纳米材料的常见制备方法和表征手段。
（3）熟悉纳米材料在电子、能源、生物医学、环境保护等领域的应用。
2、能力目标（1）能够运用所学知识分析和解决与纳米材料相关的实际问题。
（2）培养学生的实验设计和操作能力，能够进行简单的纳米材料制备和性能测试实验。
（3）提高学生的文献检索、阅读和归纳总结能力，能够跟踪纳米材料领域的最新研究进展。
3、素质目标（1）培养学生的创新思维和科学素养，激发学生对科学研究的兴趣。
（2）培养学生的团队合作精神和沟通交流能力。
三、课程教学内容与要求（一）纳米材料概述1、纳米材料的定义和发展历程（1）讲解纳米材料的定义，强调其尺寸在 1 100 纳米范围内。
（2）介绍纳米材料发展的重要里程碑和关键事件。
2、纳米材料的分类（1）按维度分类，如零维（量子点）、一维（纳米线、纳米管）、二维（纳米薄膜）和三维纳米材料。
（2）按材料组成分类，如金属纳米材料、半导体纳米材料、陶瓷纳米材料和有机纳米材料等。
3、纳米材料的基本特性（1）量子尺寸效应，解释电子能级的离散化和能隙的变化。
（2）小尺寸效应，如熔点降低、比表面积增大等。
（3）表面效应，强调表面原子比例高和表面能大的特点。
（4）宏观量子隧道效应，举例说明电子的隧道穿越现象。
（二）纳米材料的制备方法1、物理制备方法（1）真空蒸发冷凝法，介绍其原理、设备和应用。
纳米材料的物理性质和应用
纳米材料的物理性质和应用纳米材料指的是具有纳米级尺寸（一纳米等于十亿分之一米）的材料，它们具有独特的物理性质和广泛的应用前景。
本文将探讨纳米材料的物理性质及其在各个领域中的应用。
一、纳米材料的物理性质1. 表面效应纳米材料的比表面积远大于其体积，这使得纳米材料具有显著的表面效应。
例如，纳米颗粒在化学反应中的活性比宏观颗粒高出数倍，这是因为更多的原子或分子位于表面，使其更易于与其他物质接触和反应。
2. 尺寸效应纳米材料的尺寸与宏观材料相比更小，因此纳米材料的电子、光学和磁学性质发生了显著变化。
例如，金属纳米颗粒的表面等离子体共振现象使其具有优异的光学性能，可以应用于传感器、光学器件等领域。
3. 量子尺寸效应当纳米材料的尺寸接近或小于其波长或布洛赫波长时，量子效应开始显现。
例如，纳米晶体在光谱吸收和发射方面表现出离散的能级，这对于光电器件的设计和制造具有重要意义。
4. 界面效应纳米材料中存在着大量的界面和晶界，这些界面对材料的性能有重要影响。
例如，纳米材料的晶界可以增强材料的强度和硬度，提高材料的韧性和塑性。
二、纳米材料的应用1. 催化剂纳米材料由于其高比表面积和特殊物理化学性质，被广泛应用于催化剂领域。
纳米催化剂具有高活性、高选择性和高稳定性等特点，在化学反应和能源转换中发挥着重要作用。
例如，纳米金属颗粒作为催化剂可以提高化学反应的反应速率和产物收率。
2. 电子器件纳米材料在电子器件中具有广泛的应用，如纳米晶体管、纳米传感器和纳米电池等。
纳米晶体管具有高电子迁移率和低功耗特性，对于半导体行业的发展具有重要意义。
纳米传感器可以实现对微小生物分子和环境变化的高灵敏检测。
纳米电池具有高能量密度和长循环寿命等优势，在可穿戴设备和电动汽车等领域具有广阔的应用前景。
3. 医疗领域纳米材料在医疗领域的应用涉及到药物传递、诊断和治疗等方面。
纳米药物传递系统可以将药物精确释放到病变组织或细胞，提高疗效和减少副作用。
纳米材料的应用与发展
纳米材料的应用与发展随着科技的不断发展，越来越多的纳米材料被应用于许多领域，为人类社会带来了巨大的改变。
纳米材料是指至少有一维尺寸在1到100纳米之间的物质，这些物质拥有与宏观物质不同的性质，因此可以用于制造新型材料、改进现有材料的性能、制造高效的电子器件和药物等。
一、纳米材料在材料科学中的应用材料科学是应用最广的纳米技术领域之一。
以碳纳米管为例，由于其在电子、光学、热学和力学性质等方面的优异表现，已经成为制造复合材料、纳米电子元件和计量传感器等领域的重要材料。
此外，纳米金属材料因其出色的化学与物理性质，也被广泛应用于催化、新型电子材料、磁性材料、生物传感器、生物医学和能源材料等领域。
由于纳米结构与常规粉末形式的材料相比具有更大的表面积，使得吸附和反应速率加快，提高了材料的活性和效率。
二、纳米材料在生物医学中的应用纳米材料还受到广泛关注和研究的领域是生物医学。
例如，金纳米颗粒可应用于癌症治疗，因其可以更有效地将抗癌药物输送到肿瘤细胞中，而不伤害健康的细胞，减轻了化疗的副作用。
同时，具有磁性的纳米粒子也可以用于磁共振成像（MRI）和介导的热疗法。
通过把这些粒子注射到患者身体中，当这些粒子受到外部磁场的刺激时，可以控制它们的位置和运动，从而在癌细胞周围集中释放热量，热度将对癌细胞制造破坏。
三、纳米材料在能源领域中的应用由于能源问题的日益严重，纳米技术被视为寻找替代能源和提高传统能源效率的关键技术。
其中，纳米材料作为燃料电池中的阳极材料，可以提高燃料电池的效率和寿命，从而降低了燃料电池的制造成本；此外，纳米光子晶体也可应用于太阳能电池中，增加光吸收效率，从而增加了太阳能电池的转化效率。
纳米技术也可采用于制造高效储能设备，如超级电容器、电池和太阳能电池等，用于解决可再生能源储能问题。
在这些领域中，纳米材料因其高表面积、高可操作性和易于操纵的特点被广泛研究和应用。
四、纳米材料存在的问题及未来发展然而，纳米材料的发展也面临着一些问题。
纳米材料有哪些
纳米材料有哪些
纳米材料是指具有纳米级尺寸（一般为1-100纳米）的材料。
由于其特殊的结构和性能，纳米材料在各个领域都有广泛的应用。
下面介绍一些常见的纳米材料及其应用。
1. 纳米金属颗粒：纳米金属颗粒具有较大的比表面积和高的反应活性，可以应用于催化剂、电子器件等领域。
2. 纳米二氧化硅：纳米二氧化硅具有良好的光学性能和化学性能，可应用于纳米电子器件、生物医学、光电材料等领域。
3. 纳米氧化锌：纳米氧化锌具有高比表面积和优异的光电性能，广泛应用于太阳能电池、传感器、防晒霜等领域。
4. 纳米碳材料：包括纳米石墨烯、纳米碳管等，具有优异的导电性能、机械性能和热稳定性，被广泛应用于电池、传感器、储能材料等领域。
5. 纳米陶瓷材料：包括纳米氧化铝、纳米氮化硅等，具有高硬度、高耐磨性和热稳定性，广泛应用于耐磨材料、催化剂、陶瓷材料等领域。
6. 纳米荧光材料：具有较高的荧光效率和稳定性，被广泛应用于生物成像、荧光传感、显示技术等领域。
7. 纳米生物材料：包括纳米生物酶、纳米生物球等，具有良好的生物相容性和生物活性，可以应用于生物医学、药物传递、
组织工程等领域。
纳米材料的应用范围广泛，涵盖了电子、光电、催化、医药、能源、环境等多个领域。
纳米材料的研究和应用将对人类的生产生活产生深远的影响，为各个领域的发展带来新的机遇和挑战。
纳米材料在生活中的应用
纳米材料在生活中的应用
纳米材料因其独特的物理、化学和生物性质，被广泛应用于各个领域，以下是纳米材料在生活中的应用举例：
1.食品包装：纳米材料可以用于制作食品包装材料，能够提高食品的保鲜性和延长保质期。
2.医学诊断：纳米材料可以用于制作生物传感器和检测试剂盒，能够帮助医生进行快速和准确的诊断。
3.环保领域：纳米材料可以用于制造高效的污水处理材料、空气净化材料等，有助于保护环境。
4.电子产品：纳米材料可以用于制造高性能的电子产品，如电池、电容器、半导体器件等，提高产品性能和功率密度。
5.汽车制造：纳米材料可以用于制造轻量化的汽车零部件，如车身、车门、车轮等，提高汽车的燃油效率和性能。
6.纺织品：纳米材料可以用于制造具有防水、防油、防污、防紫外线等功能的纺织品，提高纺织品的使用寿命和舒适度。
7.化妆品：纳米材料可以用于制造化妆品，如纳米银、纳米二氧化钛等，能够提高产品的稳定性和抗菌性。
总之，纳米材料的应用涵盖了众多领域，对改善人们的生活质量和促进社会经济发展都具有重要意义。
纳米材料的应用与发展趋势
纳米材料的应用与发展趋势纳米材料是由纳米粒子构成的材料，其纳米粒子的尺寸在1-100纳米之间。
纳米材料具有比传统材料更优异的物理、化学和生物学性能，成为一种炙手可热的新型材料。
在医疗、电子、化学、航空等领域有着广泛的应用。
本文将阐述纳米材料的应用及其发展趋势。
一、医疗领域中的应用在医疗领域中，纳米材料被广泛应用于制备纳米药物、纳米生物传感器、纳米生物材料及纳米诊断等方面。
其在药物制备中的应用是将药物载入纳米粒子内，使药物在体内更加稳定和持久，减少对人体的伤害并提高药效。
另外，纳米生物传感器则可以通过将靶细胞作为生物传感器来检测和诊断疾病。
而纳米生物材料则可以被用来制备人工器官和组织；而纳米诊断技术则能够在更早期发现并治疗疾病。
二、电子领域中的应用在电子领域中，因为纳米材料具有优异的电学性能，因此在电子领域的应用也相当广泛。
作为电池材料，纳米材料的电化学性能、电容量等数据可以大幅度的被提高；而由于纳米材料的巨大比表面积，可以更大程度上利用纳米材料扩增传统电池的充电速度和放电深度。
同时，利用其优异的光电特性，纳米材料也可以被应用于LED的制造和太阳能电池的研发。
三、化学领域中的应用在化学领域中，纳米材料的应用也得到了广泛的发展。
由于其巨大的比表面积，纳米材料可以增强催化反应的能力，并可以用于生产新型催化剂。
而作为光催化材料，纳米材料可以制备出更加高效的光催化剂和吸附材料，因此纳米材料也常被应用于水处理、储能等领域。
四、航空领域中的应用在航空领域，纳米材料也有着广泛的应用。
纳米材料具有轻、强、稳定等特性，并可以在极端环境下稳定运作，因此可以用于制造更加轻盈、坚固的航空材料。
同时，利用其Excellent的光电、热传输等特性，纳米材料还可以被应用于制造一系列高效的航空电子零部件。
五、纳米技术发展方向和挑战纳米技术是一项富有挑战性的工作，其在技术方面的挑战和待解决的问题仍比较多。
但是纳米技术也是十分有前景的一项技术，其应用和发展方向还有着很大的潜力。
纳米材料应用PPT课件
纳米催化剂
利用纳米催化剂对汽车尾 气、工业废气等进行处理， 减少大气中有害气体的排 放。
纳米滤网
利用纳米滤网对空气中的 颗粒物、病毒、细菌等进 行过滤，提高空气质量。
纳米脱硫脱硝技术
利用纳米技术对燃煤烟气 中的硫化物和氮化物进行 脱除，减少酸雨和光化学 烟雾的形成。
土壤修复
纳米肥料
纳米微生物
利用纳米技术将养分制成纳米级肥料， 提高肥料的利用率，减少化肥的使用 量。
目前面临的挑战与问题
安全问题
技术难题
纳米材料可能对人体健康和环境产生潜在 风险，需要加强安全评估和监管。
பைடு நூலகம்
纳米技术的生产成本高，技术难度大，需 要进一步研究和创新。
法规缺失
公众认知
目前缺乏针对纳米技术的专门法规和标准 ，需要完善相关法律法规。
提高公众对纳米技术的认知和理解，加强 科普宣传和教育。
解决策略与建议
太阳能电池
总结词
太阳能电池是利用纳米材料吸收太阳光并转化为电能的装置，具有高效、环保和可持续的特点。
详细描述
太阳能电池中的吸光材料通常为纳米级的多晶硅、染料或量子点等，能够吸收太阳光的可见光和近红外光，提高 太阳能的利用率。常见的太阳能电池包括晶体硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池和量子点太阳能电池等。
分子诊断
纳米材料可以识别和检测生物标志物 和基因突变，实现疾病的早期诊断和 个性化治疗。
生物组织工程
组织修复与再生
利用纳米材料作为支架材料，引导细 胞生长和分化，促进受损组织的修复 和再生。
生物相容性
纳米材料可以提高植入材料的生物相 容性，降低免疫排斥反应，提高植入 成功率。
05 纳米材料在环保领域的应 用
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纳米材料与应用
【作者】高水静【刊名】商品与质量(学术观察) 【出版日期】2015 【期号】第2期
摘要：简要介绍了纳米材料的分类以及它的基本效应，讲解了纳米材料的特殊性能。
分析了新型能源纳米材料中光电转换、热点转换、超级电容器及电池电极的纳米材料;环境净化纳米材料中的光催化、吸附、尾气处理等;较具体的讲述了纳米生物医药材料中纳米陶瓷材料、纳米碳材料、纳米高分子材料、纳米复合材料。
关键词：纳米材料性能应用
纳米是一个长度单位，1nm=10ˉ9m。
纳米材料是指在结构上具有纳米尺度调制特征的材料，纳米尺度一般是指1～100nm。
当一种材料的结构进入纳米尺度特征范围时，其某个或某些性能会发生明显的变化。
纳米尺度和性能的特异变化是纳米材料必须同时具备的两个基本特征。
按材质，纳米材料可分为纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和纳米复合材料。
其中纳米非金属材料又可细分为纳米陶瓷材料、纳米氧化物材料和其他非金属纳米材料。
悬浮于流体的纳米颗粒可大幅度提高流体的热导率及传热效果，例如在水中添加5%的铜纳米颗粒，热导率可以增大约1.5倍，这对提高冶金工业的热效率有重要意义。
纳米颗粒可表现出同质大块物体不同的光学特性，例如宽频带、强吸收、蓝移现象及新的发光现象，从而可用于发光反射材料、光通讯、光储存、光开光、光过滤材料、光导体发光材料、光学非线性元件、吸波隐身材料和红外线传感器等领域。
纳米颗粒在电学性能方面也出现了许多独特性。
例如纳米金属颗粒在低温下呈现绝缘性，纳米钛酸铅、钛酸钡等颗粒由典型得铁电体变成了顺电体。
可以利用纳米颗粒制作导电浆料、绝缘浆料、电极、超导体、量子器件、静电屏蔽材料压敏和非线性电阻及热电和介电材料等。
纳米粒子的粒径小，表面原子所占比例很大，表面原子拥有剩余的化学键合力，表现出很强的吸附能力和很高的表面化学反应活性。
新制备的金属粒子接触空气，能进行剧烈氧化反应或发光燃烧（贵金属除外）。
纳米材料还广泛应用于环境保护中，它具有能耗低、操作简便、反应条件温和、可减少二次污染等突出特点。
纳米材料在生物学性能也有广泛应用，用纳米颗粒很容易将血样中极少的胎儿细胞分离出来，方法简便，成本低廉，并能准确判断胎儿细胞是否有遗传缺陷。
人工纳米材料由于其所具有的独特性质能满足人类发展中的多样化需求，近年来获得迅速的发展。
目前，越来越多的人工纳米材料已被投放市场，给人们的生活带来巨大的变化和进步。
来自美国加州大学洛杉矶分校和中国天津大学的研究人员们合作，将导电性能良好的碳纳米管和高容量的氧化钒编织成多孔的纤维复合材料，并将该复合材料应用到超级电容器的电极上，获得了新型的具有高能量密度和高循环稳定性的超级电容器。
这种超级电容器是非对称的，包含复合材料的阳极和传统的阴极，以及有机的电解质。
其中电极薄膜的厚度要比之前的报道高很多，可以达到100微米上，从而使其可以获得更高的能量密度。
由于其制备过程与传统的锂离子电池和电容器的生产过程近似，研究人员们认为这种新型电容器的可以比较容易地投入大规模生产。
同时，他们也相信该项研究成果向同行们展示了纳米复合材料在高能量、高功率电子设备中的应用前景。
通过先进碳材料的应用，综合了人造石墨和天然石墨做为锂离子电池负极材料活性物质的优点，克服了它们各自存在的缺点，是满足先进锂离子电池性能要求的新一代碳贮锂材料。
具有下列优点：微观结构稳定性好，适合大电流充放电;表观性状相容性好，适合形成稳定的SEI膜;粒子形貌、粒径分布适应性强，适合不同的加工工艺要求。
适用于先进锂离子电池（液态、聚合物）对下列性能的要求：更高的比能量（体积比、重量比）;更高的比功率;更长的循环寿命;更低的使用成本。
应用纳米TiO2泡沫镍金属滤网及甲醛、氨、TVOC吸附改性活性炭等新材料，以及采用惯流风扇取代传统的离心风扇结构，提高空气净化器的性能。
光催化泡沫镍金属滤网的特性;镍金属网是用特殊的工艺方式将金属镍制作成具有三维网状结构的金属滤网。
它具有：空隙加大，一般大于96%;通透性好，流体通过阻力小;其实际面积比表观面积大很多倍的特性。
镍金属网是将纳米级的TiO2以特殊工艺镶嵌在泡沫状镍金属网上，从而将光催化材料的杀菌、除臭、分解有机物的功能和镍的
超稳定性很好的结合在一起。
它有效的解决了其他光催化材料在使用中存在的有效受光面积小、流体和光催化材料接触面积小、气阻大以及因光催化材料在光催化作用下的强氧化性致使其附着基材易老化和光催化易脱落而使其寿命短的缺陷。
活性炭改性工艺及增强性能;活性炭是一种多孔性的含碳物质，它具有高度发达的空隙构造，是一种优良的空气中异味吸附剂。
纳米TiO2具有巨大的比表面积，与废水中有机物更充分地接触，可将有机物最大限度地吸附在它的表面具有更强的紫外光吸收能力，因而具有更强的光催化降解能力可快速降息夫在其表面的有机物分解。
此外，在汽车尾气催化的性能方面以及在空气净化中广泛应用。
常规陶瓷由于气孔、缺陷的影响，存在着低温脆性的缺点，它的弹性模量远高于人骨，力学相容性欠佳，容易发生断裂破坏，强度和韧性都还不能满足临床上的高要求，使它的应用受到一定的限制。
而纳米陶瓷由于晶粒很小，使材料中的内在气孔或缺陷尺寸大大减少，材料不易造成穿晶断裂，有利于提高材料的断裂韧性;而晶粒的细化又同时使晶界数量大大增加，有助于晶粒间的滑移，使纳米陶瓷表现出独特的超塑性。
许多纳米陶瓷在室温下或较低温度下就可以发生塑性变形。
纳米陶瓷的超塑性是其最引入注目的成果。
传统的氧化物陶瓷是一类重要的生物医学材料，在临床上已有多方面应用，主要用于制造人工骨、人工足关节、肘关节、肩关节、骨螺钉、人工齿，以及牙种植体、耳听骨修复体等等。
由碳元素组成的碳纳米材料统称为纳米碳材料。
在纳米碳材料中主要包括纳米碳纤维、碳纳米管、类金刚石碳等;纳米碳纤维除了具有微米级碳纤维的低密度、高比模量、比强度、高导电性之外，还具有缺陷数量极少、比表面积大、结构致密等特点，这些超常特性和良好的生物相容性，使它在医学领域中有广泛的应用前景，包括使人工器官、人工骨、人工齿、人工肌腱在强度、硬度、韧性等多方面的性能显著提高;此外，利用纳米碳材料的高效吸附特性，还可以将它用于血液的净化系统，清除某些特定的病毒或成份。
目前，纳米高分子材料的应用已涉及免疫分析、药物控制释放载体、及介入性诊疗等许多方面。
免疫分析作为一种常规的分析方法，在蛋白质、抗原、抗体乃至整个细胞的定量分析上发挥着巨大的作用。
在特定的载体上，以共价结合的方式固定对应于分析对象的免疫亲和分子标识物，将含有分析对象的溶液与载体温育，通过显微技术检测自由载体量，就可以精确地对分析对象进行定量分析。
在免疫分析中，载体材料的选择十分关键。
纳米聚合物粒子，尤其是某些具有亲水性表面的粒子，对非特异性蛋白的吸附量很小，因此已被广泛地作为新型的标记物载体来使用。
近年来，组织工程成为一个崭新的研究领域，吸引了众多学科研究者的关注。
在工程化的方法培养组织、器官的过程中，用于细胞种植、生长的支架材料是一个关键的因素，能否使种植的细胞保持活性和增殖能力，是支架材料应用的重要条件。
据报道，将甲壳素按一定的比例加入到胶原蛋白中可以制成一种纳米结构的复合材料，与以往的胶原蛋白支架相比，其力学强度得到增强，孔径尺寸增大，表明这种具有纳米结构的复合材料作为细胞生长的三维支架，在力学、生物学方面有很大的优越性和应用潜力。
在硬组织修复与替换的研究中，纳米复合材料也开始逐步显示出其优异的性能。
用肽分子和两亲化合物的自组装可以得到一种类似细胞外基质的纤维状支架，这种纳米纤维可以引导羟基磷灰石的矿化，形成纳米结构的复合材料，研究发现，这种纳米复合材料内部的微观结构与自然骨中胶原蛋白/羟基磷灰石晶粒的排列结构一致。
参考文献：
[1] 陈飞. 浅谈纳米材料的应用[J]. 中小企业管理与科技（下旬刊）. 2009（03）
[2] 张桂芳. 纳米材料应用与发展前景概述[J]. 黑龙江科技信息. 2009（16）
作者简介：高水静（1980—），女，硕士，讲师，河北联合大学轻工学院学生工作秘书，多年从事学生管理工作.。