《功能材料》教学大纲修改稿doc.docx

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《功能材料》课程教学大纲

_、课程基本信息

1、课程名称（中/英文）：

功能材料/FunctionalMaterials

2、课程性质：

专业选修

3、周学时/学分：

2/2

4、授课对象：

材料物理、材料化学专业

5、使用教材：

自编讲义

二、课程简介

功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等，起着重要的作用。

本课程重点介绍当今各种功能材料的研究发展状况，以及相关结构与性能和应用情况。

三、教学目的与基本要求

（注：

必须明确要达到的知识、能力要求）

使学生了解功能材料在材料科学中的地位以及功能材料的特点，掌握典型的功能材料的基本原理、材料类型以及主要用途；使学生既有坚实的功能材料物理基础，又有一定的实用材料的基本性能和应用知识。

通过本课程学习，使学生对典型功能材料，如能源材料、信息功能材料、梯度功能材料、功能合金和智能材料等研发现状及其应用有一定的了解，掌握各种功能材料结构与性能的基本关系。

要求学生能够在识记的基础上，较好地理解所学内容，全面正确地掌握基本概念、基本原理，并且能够进行简单分析和判断。

以学生为中心，在不断扩充奠定学生材料知识基础上，使之具备相关文献查阅、获取和分析评述的能力，培养他们的学习兴趣，分别以自我和群组的方式不断学习，主动关心认识周围世界的材料，喜欢材料的世界，有为创造、改良和完善材料而努力的意愿，从而形成一段有意义的学习经历。

四、教学进度表

章次

题目

教学时数

第一章

绪论

2学时

第二章

储氢材料

4学时

第三章

形状记忆材料

4学时

第四章

梯度功能材料

2学时

第五章

磁记录材料

4学时

第六章

半导体存储器材料

4学时

第七章

光纤材料

4学时

第八章

智能材料

4学时

第九章

超导材料

4学时

总计

32学时

（以章为单位对教学内容做出学时要求安排。

）

五、考核方式和成绩评定办法

1、考核方式：

资料查阅、专题分组讨论报告、开卷考、总结报告、闭卷考

2、成绩评定办法：

平时作业及课程参与、资料查阅及分组讨论、期中考核、课程小结报告、期末考核成绩分别为15%、10%、20%、15%、40%.

六、正文

第一章绪论（教学时数2）

教学目的：

本章主要是简要介绍功能材料的发展、分类，以及新型功能材料的研究进展。

讨论分析六大类新型功能材料的发展现状和功能材料的分类。

教学重点：

功能材料的分类

教学难点：

不同的功能材料分类标准，会产生不同的分类，需要说明各种分类的着重点。

.

主要教学方法：

1、PPT多媒体和板书；

2、结合学生背景，给学生启发式的问题进行思考。

1.1材料在人类社会发展中地位

1.2材料的分类

1.3功能材料的特征和分类

1.4功能材料的现状和展望

本章念：

功能材料、结构材料、分类标准

本章思考题：

1.简述功能材料的分类。

2.简述功能材料的特点。

3.分别叙述六种新型功能材料的特点及应用。

第二章储氢材料（教学时数8）

教学目的：

以LaNi5为代表，在分析氢能源优缺点和固态储氢原理的基础上，阐述稀土、TiFe、Mg系和碱金属轻质储氢材料的结构、特性和发展应用的状况，让学生具备储氢材料性能基本评价的能力。

教学重点：

各种储氢材料的晶体结构、掺杂改，性和吸氢、释氢的原理。

教学难点：

才艮据P-C-T曲线对储氢材料性能的分析讨论。

主要教学方法：

1、PPT多媒体和板书；

2、对不同储氢材料的分析比较讨论。

2.1能源问题与储氢

2.2不同储氢方式的比较

2.3储氢材料技术现状

2.4储氢合金的评价

2.5储氢合金的其它重要性能

本章念：

P-C-T曲线、形成修、储氢容量、固溶体和氢化物

本章思考题

1.才艮据物理化学原理，叙述储氢材料的储氢原理。

2.简述金属氢化物的重要应用。

第三章形状记忆材料（教学时数4）

教学目的：

根据形状记忆现象，介绍形状记忆的诱因和现象，让学生掌握TiNi合金相变的特征温度、典型晶体结构、形状记忆效应分类，对Ti、Fe和Cu基形状记忆合金和形状记忆陶瓷和高聚物作简要的说明，并对其相应的应用状况进行介绍。

教学重点：

TiNi温度诱变形状记忆过程中奥氏体和马氏体相互转变的特征温度及相关的结构特征。

教学难点：

形状记忆相变过程中的结构一温度相图。

.

主要教学方法：

1、PPT多媒体和板书；

2、让学生进行表格归纳比缴，对重要的晶体结构进行文献查阅。

3、1形状记忆效应及分类

3.2形状记忆效应机理与超弹性

3.3形状记忆合金分类

3.4形状记忆陶瓷与聚合物简介

3.5形状记忆材料的应用

本章念:

形状记忆效应、奥氏体开始和完成温度、马氏体开始和完成温度、形状记忆效应分类、超弹姓和伪弹姓

本章思考题：

1.简述形状记忆效应及其机理。

2.举例说明各种形状记忆材料的应用。

教学目的：

在天然梯度材料的基础上，引出梯度功能材料的姓能、组成与结构的

梯度变化特点，描述梯度功能材料的发展背景、制备技术和应用状况。

让学生了解梯度功能材料设计、评价和应用的特点，以及各种关键制备技术的应用范围。

教学重点：

梯度功能材料的性能、组成和结构梯度变化的特征和相关的制备技术

教学难点：

如何根据微观组织结构的各种表征结果和性能测试数据分析实际制备材料的梯度变化特征。

.

主要教学方法：

1、PPT多媒体和板书；

2、课堂分组讨论。

4.1梯度功能材料的发展与定义

4.2梯度功能材料的制备技术

4.3梯度功能材料的应用

4.4梯度功能材料的特性评价

本章^^4^1念：

梯度功能材料、等离子喷涂、自蔓延合成SHS、激光熔敷、粉末冶金

本章思考题：

1.梯度功能材料的特点。

2.叙述几种主要的梯度功能材料的制备技术。

第五章磁记录材料（教学时数4）

教学目的：

本章主要在讲述水平记录和垂直记录原理的基础上，介绍磁带、磁盘、磁头等几种典型磁记录材料的组成、结构和姓能的特点，并对磁光材料的克尔效应和法拉第效应，以及磁光盘的结构进行介绍。

教学重点：

不同磁记录材料的读写过程及相关的效应。

教学难点：

磁光材料读、写过程的相关机理及应用。

.

主要教学方法：

1、PPT多媒体和板书；

2、在课程交流区进行讨论。

5.1磁姓材料在存储材料中的应用

5.2磁记录原理

5.3几种磁介质材料

5.4磁光效应与磁光材料

5.5常用磁光材料。

本章念：

水平记录、垂直记录、杂化记录、磁光材料、克尔效应

本章思考题：

1.水平、垂直和杂化磁记录模式的区另虬

2.对磁记录材料的要求。

3.简述磁光记录过程的主要特征。

第六章半导体存储器材料（教学时数4）

教学目的：

本章在介绍ROM、RAM、EPROM、E2PROM和Flash基本器件结构和原理的基础上，着重讲解元素和化合物半导体的衬底材料、介质层材料和金属化材料的应用状况，同时也对相变存储和铁电存储的相关材料存储机理进行介绍。

教学重点：

半导体存储器ROM、RAM、EPROM、E2PROM和Flash基本器件结构和原理

教学难点：

半导体存储器件不同部分对材料的要求.

主要教学方法：

1、PPT多媒体和板书；

2、器件微观结构表征图示。

6.1常见只读存储器ROM结构和机理

6.2RAM存储单元结构

6.3当前常见计算机存储器介绍

6.4EPROM、E2PROM和Flash基本器件结构和原理

6.5相变存储和铁电存储特点

本章念：

ROM、RAM、EPROM、E2PR0M和Flash存储器、相变存储、铁电存储

本章思考题：

1.叙述不同半导体存储器材料的特点。

第七章光纤材料（教学时数4）

教学目的：

在讲解光纤光导原理的基础上，本章进一步介绍了光纤的分类与特征,以及不同的玻璃光纤和高聚物光纤的制备方法及组成特征。

结合学科前沿阐述了光子晶体光纤的基本概念。

教学重点：

不同类型光纤的光传导模式，以及光纤组分、结构对光纤窗口吸收光谱的影响。

教学难点：

光传导原理以及光纤损耗及改善

主要教学方法：

1、PPT多媒体和板书；

2、动画说明光纤原理。

7.1光导原理与光纤

7.2光纤种类与特征

7.3不同玻璃光纤的制备方法

7.4高聚物光纤的发展与应用

7.5光子晶体光纤简介

本章念：

光传导原理、单模光纤、多模光纤、光子晶体、全反射、周期性介质

本章思考题：

1.比较不同种类光纤的特征。

2.简述光子晶体基本原理。

第八章智能材料（教学时数4）

教学目的：

本章主要讲述智能材料的定义、特征、分类和研究现状及应用。

强调了目前智能材料主要的研究方向，并对金属、电流和磁流变体、电致变色、智能凝胶和形状记忆高分子等智能材料的特征进行了介绍。

让学生在几类智能材料的基础上，掌握智能材料的基本特点。

教学重点：

掌握智能材料分类的基本状况和几类智能材料的特征。

教学难点：

智能材料分类的特征和典型智能材料的结构和性能特征。

主要教学方法：

1、PPT多媒体和板书；

2、查阅文献作分组报告。

8.1智能材料的定义和生命特征

8.2智能材料的研究方向和分类

8.3金属与非金属系智能材料

8.4纳米技术与智能材料

本章念：

智能材料、生命特征、智能材料分类、智能诱因和特征

本章思考题：

1.说明智能材料的生命功能特征表现的几个方面。

2.简述几种智能材料的机理。

第九章超导材料（教学时数4）

教学目的：

本章主要讲述超导材料的性质、微观机制及其应用。

在基本超导体物理现象介绍的基础上，让学生进一步了解超导体的临界参数和第i、n类超导体,并基本掌握二流体模型、伦敦方程、金茨堡一朗道模型和bcs理论的微观机制，进一步对高温超导机制进行了解。

教学重点：

掌握超导材料的基本物理现象和微观机制。

教学难点：

超导材料的微观机制。

主要教学方法：

1、PPT多媒体和板书；

2、查阅文献作分组报告。

9.1超导体的基本物理现象

9.2超导体的临界参数

9.3第I类和第II类超导体

9.4超导的微观机制

9.5常规超导体的分类

9.6高温超导体及一些非常规超导体

9.7关于高温超导机制

本章念：

零电阻现象和迈斯纳效应、临界温度和临界磁场、二流体模型、金茨堡一朗道模型、BCS理论

本章思考题：

1.简述超导体基本物理现象的特征。

2.以BCS理论和二流体模型简述超导电姓的微观机制。

3.说明第I类和第II类超导体的区别。

七、参考文献

[1]贡长生、张克力，《新型功能材料》，化学工业出版社，2001-1

[2]马如璋、蒋民华、徐祖雄主编，《功能材料学概论》，北京冶金工业出版社,

1999-2

[3]郭卫红、汪济奎编著，《现代功能材料及其应用》，化学工业出版社，2002-8

[4]殷景华、王雅珍、鞠刚主编，《功能材料概论》,哈尔滨工业大学出版社，2002-2.

[5]Z.L.Wang,Z.C.Kang,FunctionalandSmartMaterials,ADivisionofPlenumPublishingCorporation,1998.

[6]陈玉安、王必本、廖其龙编，《现代功能材料》，重庆大学出版社，2008-6.

执笔人：

张硕