1、材料化學(xué)Materials Chemistry一、課程基本情況課程類別：專業(yè)必修課課程學(xué)分：2學(xué)分課程總學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)，其中講課：32學(xué)時(shí)課程性質(zhì)：必修 開課學(xué)期：第4學(xué)期先修課程：大學(xué)物理，物理化學(xué)，材料物理，材料科學(xué)基礎(chǔ)，材料力學(xué)適用專業(yè)：材料物理專業(yè)教 材：曾兆華、楊建文編著，材料化學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，2015年。開課單位：物理與光電工程學(xué)院 材料物理系二、課程性質(zhì)、教學(xué)目標(biāo)和任務(wù)材料化學(xué)是材料相關(guān)專業(yè)必修的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，起著承上啟下，連接基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)技術(shù)知識(shí)的橋梁作用，是整個(gè)材料科學(xué)與工程各專業(yè)的理論基礎(chǔ)。該課程以材料組分、結(jié)構(gòu)與性能之間相互關(guān)系及變化規(guī)律為主線，主要研究材料

2、制備過程中的物理現(xiàn)象與化學(xué)問題。本課程的主要任務(wù)有四點(diǎn)：使學(xué)生理解并掌握化學(xué)鍵、物理鍵、晶體、非晶體、表面、界面等物質(zhì)狀態(tài)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的相關(guān)知識(shí)及其相互關(guān)系；掌握材料化學(xué)熱力學(xué)的相關(guān)知識(shí)及其應(yīng)用。通過對(duì)材料結(jié)構(gòu)的形成與相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的學(xué)習(xí)，理解材料的成分、溫度、壓力對(duì)材料組織結(jié)構(gòu)形成的影響，為材料設(shè)計(jì)及制定材料生產(chǎn)工藝奠定科學(xué)基礎(chǔ)；掌握與材料化學(xué)性能、力學(xué)性能、熱性能及物理性能，掌握材料的制備方法；了解新材料的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)關(guān)系及應(yīng)用，開闊眼界，提高學(xué)習(xí)、掌握、開發(fā)新材料的興趣。三、教學(xué)內(nèi)容和要求第1章 緒論 （1學(xué)時(shí)）（1）了解材料化學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用； （2）理解材料發(fā)展過程中與化學(xué)的關(guān)系

3、；（3）掌握材料的分類、材料化學(xué)的特點(diǎn)及材料化學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容；重點(diǎn)：材料的分類、材料化學(xué)的特點(diǎn)及主要研究?jī)?nèi)容；難點(diǎn)：材料與化學(xué)的關(guān)系。第2章 材料的結(jié)構(gòu) （6學(xué)時(shí)）2.1元素和化學(xué)鍵 （1學(xué)時(shí)）（1）了解元素及其性質(zhì)；（2）理解原子間的相互作用與鍵能關(guān)系；（3）掌握原子間的鍵合方式及各自特點(diǎn)，包括金屬鍵、離子鍵、共價(jià)鍵、氫鍵和范德華鍵；重點(diǎn)：原子間的鍵合方式及各自特點(diǎn)；難點(diǎn)：原子間的相互作用與鍵能。2.2晶體學(xué)基本概念 （0.5學(xué)時(shí)）（1）了解晶體和非晶體；（2）理解晶向指數(shù)、晶面指數(shù)、晶面間距和晶系；（3）掌握晶格、晶胞和晶格參數(shù)；重點(diǎn)：晶格、晶胞和晶格參數(shù)；難點(diǎn)：晶向指數(shù)、晶面指數(shù)、晶面

4、間距和晶系。2.3晶體缺陷 （0.5學(xué)時(shí)）（1）了解點(diǎn)缺陷的表示方法；（2）理解位錯(cuò)的種類及位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)； （3）掌握點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷和體缺陷的特點(diǎn)；重點(diǎn)：點(diǎn)缺陷，包括熱缺陷、雜質(zhì)缺陷和非化學(xué)計(jì)量缺陷，缺陷對(duì)材料性能的影響；難點(diǎn)：晶向指數(shù)、晶面指數(shù)、晶面間距和晶系。2.4金屬材料的結(jié)構(gòu) （1學(xué)時(shí)）（1）了解金屬的單晶及多晶結(jié)構(gòu)；（2）理解金屬晶體的結(jié)構(gòu)，如晶胞原子個(gè)數(shù)、配位數(shù)及密堆系數(shù)；（3）掌握置換型固溶體和填隙型及其影響因素、固溶體形成對(duì)晶體材料性質(zhì)的影響；重點(diǎn)：置換型固溶體和填隙型及其影響因素；難點(diǎn)：金屬晶體的結(jié)構(gòu)，如晶胞原子個(gè)數(shù)、配位數(shù)及密堆系數(shù)。2.5無機(jī)非金屬材料的結(jié)構(gòu) （2學(xué)

5、時(shí)）（1）了解多元離子的晶體結(jié)構(gòu)、硅酸鹽結(jié)構(gòu)和共價(jià)晶體；（2）理解鮑林規(guī)則；（3）掌握二元離子晶體結(jié)構(gòu)，如CsCl型結(jié)構(gòu)、巖鹽型結(jié)構(gòu)、閃鋅礦結(jié)構(gòu)等；重點(diǎn)：二元離子晶體結(jié)構(gòu)；難點(diǎn)：鮑林的5條規(guī)則。2.6高分子材料的結(jié)構(gòu) （1學(xué)時(shí)）（1）了解高分子鏈結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成；（2）理解高分子鏈結(jié)構(gòu)單元的鍵接方式、幾何形態(tài)及晶態(tài)結(jié)構(gòu)；（3）掌握高分子鏈的構(gòu)型和構(gòu)象，高分子鏈的柔順性及其影響因素；重點(diǎn)：高分子鏈的構(gòu)型和構(gòu)象，高分子鏈的柔順性及其影響因素；難點(diǎn)：高分子鏈結(jié)構(gòu)單元的鍵接方式、幾何形態(tài)。第3章 材料的性能 （4學(xué)時(shí)）3.1化學(xué)性能 （1學(xué)時(shí)）（1）了解材料的耐有機(jī)溶劑性和耐老化性； （2）理解金屬

6、材料、無機(jī)非金屬材料及高分子材料的化學(xué)性能；（3）掌握材料的耐氧化性和耐酸堿性；重點(diǎn)：材料的耐氧化性和耐酸堿性；難點(diǎn)：金屬材料、無機(jī)非金屬材料及高分子材料的化學(xué)性能。3.2力學(xué)性能和熱性能； （1學(xué)時(shí)）（1）了解材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度、硬度、疲勞性能）和熱性能（熱容、熱膨脹及熱傳導(dǎo)）；（2）理解金屬材料、無機(jī)非金屬材料及高分子材料的力學(xué)性能和熱性能；（3）掌握材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及熱膨脹的勢(shì)能圖說明；重點(diǎn)：材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及熱膨脹的勢(shì)能圖說明；難點(diǎn)：用勢(shì)能圖說明熱膨脹。3.4材料的物理性能 （2學(xué)時(shí)）（1）了解金屬材料、無機(jī)非金屬材料及高分子材料的電性能、磁性及光學(xué)性能；（2）理解電滯回線、

7、磁滯回線及光與物質(zhì)相互作用的原理；（3）掌握導(dǎo)電、介電、鐵電與壓電性的基本概念；掌握磁性的分類及其各自特點(diǎn)；掌握光的吸收、反射、折射、散射、色散的基本概念； 重點(diǎn)：導(dǎo)電、介電、鐵電與壓電性的基本概念；磁性的分類及其各自特點(diǎn)；光的吸收、反射、折射、散射、色散的基本概念；難點(diǎn)：電滯回線、磁滯回線及光與物質(zhì)相互作用的原理。第4章 材料化學(xué)熱力學(xué) （4學(xué)時(shí)）4.1化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用 （2學(xué)時(shí)）（1）了解化學(xué)熱力學(xué)的基本概念；（2）理解化學(xué)熱力學(xué)在材料研究中的應(yīng)用；（3）掌握埃靈罕姆圖的含義及其應(yīng)用；重點(diǎn)：埃靈罕姆圖的含義及其應(yīng)用；難點(diǎn)：埃靈罕姆圖的應(yīng)用。4.2 材料界面熱力學(xué) （2學(xué)時(shí)）（1）了解固

8、體表面的吸附；（2）理解彎曲表面熱力學(xué)，包括拉普拉斯方程、毛細(xì)現(xiàn)象、彎曲表面的蒸汽壓等；（3）掌握表面張力和表面能、潤(rùn)濕和接觸角；重點(diǎn)：表面張力和表面能、潤(rùn)濕和接觸角；難點(diǎn)：彎曲表面熱力學(xué)。第5章 材料的制備 （6學(xué)時(shí)）5.1金屬材料、陶瓷材料及高分子材料的制備 （2學(xué)時(shí)）（1）了解金屬材料熱處理、了解陶瓷的原材料、了解聚合反應(yīng)實(shí)施方法；（2）理解自由基聚合反應(yīng)、離子型聚合反應(yīng)、縮合聚合；（3）掌握冶金工藝、陶瓷粉體的制備和燒結(jié)；重點(diǎn)：冶金工藝、陶瓷粉體的制備和燒結(jié)；難點(diǎn)：自由基聚合反應(yīng)、離子型聚合反應(yīng)、縮合聚合。5.2晶體生長(zhǎng)技術(shù) （0.5學(xué)時(shí)）（1）了解熔體生長(zhǎng)法和溶液生長(zhǎng)法；（2）理解提

9、拉法和水熱法晶體生長(zhǎng)的原理；（3）掌握提拉法和水熱法晶體生長(zhǎng)方法；重點(diǎn)：提拉法和水熱法晶體生長(zhǎng)方法；難點(diǎn)：提拉法和水熱法晶體生長(zhǎng)的原理。5.3氣相沉積法 （0.5學(xué)時(shí)）（1）了解物理氣相沉積法，包括真空蒸鍍、陰極濺射法和離子鍍方法；（2）理解化學(xué)氣相沉積法的基本原理；（3）掌握熱能化學(xué)氣相沉積法和化學(xué)氣相沉積法的優(yōu)缺點(diǎn)；重點(diǎn)：熱能化學(xué)氣相沉積法和化學(xué)氣相沉積法的優(yōu)缺點(diǎn)；難點(diǎn)：化學(xué)氣相沉積法的基本原理。5.4溶膠-凝膠法 （0.5學(xué)時(shí)）（1）了解溶膠-凝膠法的應(yīng)用；（2）理解溶膠-凝膠法的基本原理；（3）掌握溶膠-凝膠法的優(yōu)點(diǎn)和弱點(diǎn)；重點(diǎn)：溶膠-凝膠法的優(yōu)點(diǎn)和弱點(diǎn)；難點(diǎn)：溶膠-凝膠法的基本原理。

10、5.5液相沉淀法 （0.5學(xué)時(shí)）（1）了解液相沉淀法的應(yīng)用；（2）理解直接沉淀法、共沉淀法、和均勻沉淀法的原理；（3）掌握直接沉淀法、共沉淀法、和均勻沉淀法的特點(diǎn)；重點(diǎn)：直接沉淀法、共沉淀法、和均勻沉淀法的特點(diǎn)；難點(diǎn)：直接沉淀法、共沉淀法、和均勻沉淀法的原理。5.6固相反應(yīng) （0.5學(xué)時(shí)）（1）了解固相反應(yīng)分類及應(yīng)用；（2）理解固相反應(yīng)的過程和機(jī)理；（3）掌握固相反應(yīng)的特點(diǎn)及影響固相反應(yīng)的因素；重點(diǎn)：固相反應(yīng)的特點(diǎn)及影響固相反應(yīng)的因素；難點(diǎn)：固相反應(yīng)的過程和機(jī)理。5.7 自蔓延高溫合成法 （0.5學(xué)時(shí)）（1）了解自蔓延高溫合成技術(shù)類型；（2）理解自蔓延高溫合成法機(jī)理；（3）掌握自蔓延高溫合成法

11、的化學(xué)反應(yīng)類型；重點(diǎn)：自蔓延高溫合成法的化學(xué)反應(yīng)類型；難點(diǎn)：自蔓延高溫合成法機(jī)理。5.8自組裝技術(shù) （1學(xué)時(shí)）（1）了解膠體晶體的自組裝方法；（2）理解自組裝的化學(xué)原理；（3）掌握自組裝的種類；重點(diǎn)：自組裝的種類；難點(diǎn)：自組裝的化學(xué)原理。第6章 電子與微電子材料 （4學(xué)時(shí)）6.1導(dǎo)電材料 （1學(xué)時(shí)）（1）了解電阻材料的特征；（2）理解導(dǎo)電性能與材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系；（3）掌握金屬導(dǎo)電材料、快離子導(dǎo)體和聚合物導(dǎo)電材料的特點(diǎn)；重點(diǎn)：金屬導(dǎo)電材料、快離子導(dǎo)體和聚合物導(dǎo)電材料的特點(diǎn)；難點(diǎn)：導(dǎo)電性能與材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系。6.2介電材料 （2學(xué)時(shí)）（1）了解材料的介電性特征；（2）理解材料的介電性能與材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系

12、；（3）掌握壓電材料、熱釋電材料和鐵電材料的特點(diǎn)；重點(diǎn)：壓電材料、熱釋電材料和鐵電材料的特點(diǎn)；難點(diǎn)：材料的介電性能與材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系。6.3半導(dǎo)體材料 （0.5學(xué)時(shí)）（1）了解單質(zhì)硅半導(dǎo)體材料和重要的化合物半導(dǎo)體，了解半導(dǎo)體材料的應(yīng)用；（2）理解PN結(jié)；（3）掌握半導(dǎo)體分類及特點(diǎn)；重點(diǎn)：半導(dǎo)體分類及特點(diǎn)；難點(diǎn)：PN結(jié)。6.4微電子材料與芯片（0.5學(xué)時(shí)）（1）了解微電子芯片發(fā)展概況；（2）理解IC制造一般構(gòu)造與技術(shù)過程；（3）掌握微電子主要材料；重點(diǎn)：微電子主要材料；難點(diǎn)：IC制造一般構(gòu)造與技術(shù)過程。第7章 光子材料 （5學(xué)時(shí)）7.1光纖（0.5學(xué)時(shí)）（1）了解石英光纖制作和摻鉺光纖放大器；（2

13、）理解光纖的傳輸特性；（3）掌握光纖的基本構(gòu)造及分類；重點(diǎn)：光纖的基本構(gòu)造及分類；難點(diǎn)：光纖的傳輸特性。7.2光子晶體 （1學(xué)時(shí)）（1）了解光子晶體應(yīng)用；（2）理解光子晶體材料與制作；（3）掌握光子晶體概念與特性；重點(diǎn)：光子晶體概念與特性；難點(diǎn)：光子晶體材料與制作。7.3液晶材料 （0.5學(xué)時(shí)）（1）了解液晶材料應(yīng)用；（2）理解液晶材料的結(jié)構(gòu)特征；（3）掌握液晶分類與特性；重點(diǎn)：液晶分類與特性；難點(diǎn)：液晶材料的結(jié)構(gòu)特征。7.4 光學(xué)透明導(dǎo)電材料 （0.5學(xué)時(shí)）（1）了解透明導(dǎo)電膜應(yīng)用；（2）理解石墨烯的結(jié)構(gòu)特征與性能；（3）掌握金屬透明導(dǎo)電薄膜和金屬氧化透明導(dǎo)電膜的特點(diǎn)；重點(diǎn)：金屬透明導(dǎo)電薄膜

14、和金屬氧化透明導(dǎo)電膜的特點(diǎn)；難點(diǎn)：石墨烯的結(jié)構(gòu)特征與性能。7.5 非線性光學(xué)材料（0.5學(xué)時(shí)）（1）了解其他非線性光學(xué)材料；（2）理解非線性光學(xué)材料與結(jié)構(gòu)的關(guān)系；（3）掌握無機(jī)非線性光學(xué)材料、有機(jī)非線性光學(xué)材料和聚合物非線性光學(xué)材料的特點(diǎn)；重點(diǎn)：無機(jī)非線性光學(xué)材料、有機(jī)非線性光學(xué)材料和聚合物非線性光學(xué)材料的特點(diǎn)；難點(diǎn)：非線性光學(xué)材料與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。7.6發(fā)光材料（0.5學(xué)時(shí)）（1）了解發(fā)光材料光度學(xué)指標(biāo)，了解陰極射線發(fā)光材料和電致發(fā)光材料；（2）理解材料發(fā)光原理和特征；（3）掌握光致發(fā)光材料；重點(diǎn)：材料發(fā)光原理、特征及光致發(fā)光材料；難點(diǎn)：材料發(fā)光原理和特征。7.7 激光材料（0.5學(xué)時(shí)）（1）了

15、解固體激光器材料、氣體激光器材料、染料激光和半導(dǎo)體激光；（2）理解激光晶體的發(fā)光原理；（3）掌握激光材料分類及特點(diǎn)；重點(diǎn)：激光晶體的發(fā)光原理；難點(diǎn)：激光材料分類及特點(diǎn)。第8章 納米材料（3學(xué)時(shí)）8.1納米材料的種類、特性及應(yīng)用 （1.5學(xué)時(shí)）（1）了解零維納米材料、一維納米材料、二維納米材料、納米固體材料和納米復(fù)合材料；（2）了解納米材料在結(jié)構(gòu)材料、光學(xué)特性材料、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、磁性材料等領(lǐng)域的應(yīng)用；（3）理解納米效應(yīng)；（4）掌握納米材料的特殊性質(zhì)；重點(diǎn)：納米材料的特殊性質(zhì)；難點(diǎn)：納米效應(yīng)。8.2 納米材料的制備（1.5學(xué)時(shí)）（1）了解納米材料的各種物理制備方法；（2）理解納米體的分散及穩(wěn)定化；（3）掌握納米材料的各種化學(xué)制備方法