固体化学兰州大学物理学院.docx

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固体化学兰州大学物理学院

固体化学课程教学大纲

一、课程说明

（一）课程名称：

固体化学

所属专业：

材料化学

课程性质：

专业必修课

学分：

4学分72学时；

（二）课程简介、目标与任务、先修课与后续相关课程；

固体化学（Solid-stateChemistry）是研究固体物质的制备、组成、结构和性质的化学分支学科。

主要针对功能材料专业和材料化学专业的本科生开设。

通过对这门课程的学习，对无机材料的制备、结构确定、性能测试及其应用有一个较全面的认识，使学生能够了解固体材料的合成、结构、性质及其应用的基本原理，掌握相应的基础知识和基本技能，为今后从事材料科学领域的研究工作打下必要的理论基础。

先修课与后续相关课：

先修课程：

无机化学、分析化学、物理化学、结构化学、材料科学基础。

后续相关课程：

材料科学实验、陶瓷材料、环境材料概论。

（三）教材与主要参考书。

教材：

《固体化学》，王育华等著，兰州大学出版社，2008年

主要参考书：

1.《固体化学导论》，苏勉曾著，北京大学出版社，1987年

2.《固体化学及其应用》[美]AnthonyR.West著，苏勉曾，谢高阳，申泮文等译，上海：

复旦大学出版社,1989年

3.《结晶化学导论》钱逸泰著，中国科技大学出版社,1988年

4.《无机材料化学（上册）》曾人杰著，厦门大学出版社，2002年

二、课程内容与安排

第一章结晶学基础

第一节晶体的基本性质

第二节晶体结构的几何理论

第三节点阵

第四节平面点阵与空间点阵的性质

第五节晶体的点阵结构

第六节晶胞

第七节典型晶体结构

第八节晶向指数与面指数

第九节晶体结构的对称性

（一）教学方法与学时分配

教学方式：

以多媒体教学手段为主要形式的课堂教学。

学时分配：

4学时

（二）内容及基本要求

主要内容：

通过晶体与非晶体以及分子型物质在宏观性质和微观结构上的区别介绍晶体的基本性质，然后重点介绍晶体结构的几何理论、倒易点阵理论、约化胞理论，介绍几种典型的晶体结构，讲解晶体结构的对称性、晶体坐标空间点阵与倒易点阵的变换关系等知识。

【重点掌握】：

晶体与非晶体和分子型物质的区别；晶体的坐标空间点阵结构与倒易空间点阵的变换关系

【掌握】：

几种典型的晶体结构，晶体结构对称性

【难点】：

晶体坐标空间点阵与倒易空间点阵的关系

第二章：

固体中的化学键及能带理论简介

第一节晶体结构中的键型

第二节晶体结构的球体密堆及其基本类型

第三节鲍林规则

第四节晶体结合的类型

第五节结合能

第六节离子晶体的结合能

第七节分子晶体的结合能

第八节固体中的能带模型简介

第九节导体——简单金属

第一十节半导体——硅和锗

第一十一节杂质半导体

第一十二节化合物——GaAs中的能带

第一十三节d区化合物——过渡金属一氧化物的能带

（一）教学方法与学时分配

教学方式：

以多媒体教学手段为主要形式的课堂教学。

学时分配：

12学时

（二）内容及基本要求

主要内容：

从原子结构出发，对晶体中五种原子相互作用的物理本质以及相应晶体的物理特性做了深入分析；通过引入描述金属电子性质的自由电子理论介绍费米面、态密度、简并度以及能带的概念，继而对各种化学键占主导的晶体的能带结构进行了初步介绍，基于能带理论对比分析金属、半导体和绝缘体的不同性质，介绍本征半导体和掺杂的n（或p）型半导体的概念，介绍p-n结的结构与特性。

【重点掌握】：

五种基本化学键（金属键、离子键、共价键、范德华力、氢键）以及相应晶体的物理学特性，鲍林规则，能带理论的几个基本概念，金属、半导体以及绝缘体的区别

【掌握】：

球体密堆积理论，自由电子理论，n（或p）型半导体以及p-n结特性

【难点】：

能带理论

第三章固体中的缺陷

第一节缺陷的分类

第二节缺陷的表示符号

第三节本征缺陷

第四节杂质缺陷

第五节电子和空穴

第六节点缺陷的局域能级

第七节缺陷的缔合

第八节价键和点缺陷

（一）教学方法与学时分配

教学方式：

以多媒体教学手段为主要形式的课堂教学。

学时分配：

10学时

（二）内容及基本要求

主要内容：

简单介绍固体中的各种缺陷的分类、定义、表示方法以及两种基本本征点缺陷。

讲解对固体进行元素掺杂时形成的杂质缺陷以及反应缺陷方程式；应用电子和空穴的概念和能带理论基础知识详细讲解掺杂后形成的点缺陷的局域能级，进而讲解缺陷缔合体以及缔合缺陷的生成与分解以及相应的缺陷能级，引入色心的概念；介绍固体中的价键类型和点缺陷之间的关系，讨论固体中缺陷的施主和受主行为。

【重点掌握】：

两种基本本征点缺陷（弗兰克尔缺陷和肖特基缺陷），杂质缺陷以及反应缺陷方程式，点缺陷的局域能级，固体中的价键类型和点缺陷之间的关系

【掌握】：

缺陷的分类，色心

【难点】：

缺陷方程式，点缺陷的局域能级，价键类型与点缺陷的关系

第四章固溶体

第一节取代固溶体

第二节填隙固溶体

第三节更复杂的固溶体机理

第四节对固溶体形成要求的概述

第五节固溶体形成条件的进一步讨论

第六节研究固溶体的实验方法

第七节非化学计量比化合物

（一）教学方法与学时分配

教学方式：

以多媒体教学手段为主要形式的课堂教学。

学时分配：

6学时

（二）内容及基本要求

主要内容：

介绍固溶体的类型、固溶机理、变价取代以及固溶体的形成条件，结合晶体缺陷和能带理论基础知识介绍非化学计量化合物及其物理特性，讲解几种常见的研究固溶体的实验方法。

【重点掌握】：

变价取代固溶体机理，非化学计量化合物，固溶体研究方法

【掌握】：

固溶体的分类，固溶体的形成条件

【难点】：

变价取代固溶机理

第五章制备方法

第一节固态反应

第二节溶胶凝胶法

第三节水热法和高压法

第四节离子交换和插层反应

第五节气相输运法

第六节薄膜制备

第七节燃烧法

第八节电化学还原法

第九节晶体生长

（一）教学方法与学时分配

教学方式：

以多媒体教学手段为主要形式的课堂教学。

学时分配：

6学时

（二）内容及基本要求

主要内容：

介绍固相法、水热-溶剂热法、溶胶凝胶法等一些典型的固体物质制备方法，重点讲解本专业学生其它先修课程中未涉及的离子交换及插层化学法、薄膜生长机理、电化学还原法和单晶体生长方法。

【重点掌握】：

固相反应，水热-溶剂热法，溶胶凝胶法，离子交换和插层反应方法，薄膜制备方法及生长机理，单晶生长方法

【掌握】：

气相输运法、燃烧法、电化学还原法

【难点】：

各种反应方法的反应机理

第六章无机固体的鉴定技术

第一节衍射技术

第二节显微镜技术

第三节光谱技术

第四节热分析技术

（一）教学方法与学时分配

教学方式：

以多媒体教学手段为主要形式的课堂教学。

学时分配：

16学时

（二）内容及基本要求

主要内容：

主要介绍衍射技术、显微镜技术、光谱技术和热分析技术原理、特点和它们的应用，重点介绍这些方法在固体化学中能解决什么样的问题。

【重点掌握】：

XRD，IR-Raman，UV-Vis，XPS，TG-DTA

【掌握】：

TEM，SEM，STM、AFM、NMR，ESR，

【了解】：

ND，ED，DSC，AES

【一般了解】：

光学显微术，XRF，AEFS，EXAF，Mossbauer谱

【难点】：

XRD，XPS

第七章光学性质

第一节电磁波频谱

第二节金属的交流电导率

第三节反射率

第四节半导体的光学性能

第五节光学介电函数

第六节克喇末-克朗尼格关系

第七节复合物的光学性能

第八节激子

第九节色心

第一十节发射率

（一）教学方法与学时分配

教学方式：

以多媒体教学手段为主要形式的课堂教学。

学时分配：

6学时

（二）内容及基本要求

主要内容：

主要讨论材料的基本光学性能。

【重点掌握】：

激子，色心

【掌握】：

半导体的光学性能，复合物的光学性能

【了解】：

金属的交流电导率，光学介电函数

【一般了解】：

克喇末-克朗尼格关系

【难点】：

激子，光学介电函数，克喇末-克朗尼格关系

第八章电学性质

第一节电学性质和电学材料概论

第二节金属导电性—有机金属

第三节超导性

第四节半导性

第五节离子电导

第六节介电材料

第七节铁电性

第八节热电性

第九节压电性

第一十节铁电体压电体及热电体的应用

第一十一节温差电效应

第一十二节霍尔效应

（一）教学方法与学时分配

教学方式：

以多媒体教学手段为主要形式的课堂教学。

学时分配：

6学时

（二）内容及基本要求

主要内容：

主要讨论有机导体、超导体、半导体、离子导体的导电性和应用，以及材料的介电性、铁电性、热电性、压电性、温差电效应以及Hall效应。

【重点掌握】：

超导性，半导性，离子电导，

【掌握】：

铁电性，热电性，压电性

【了解】：

温差电效应

【难点】：

离子电导

第八章材料的磁学性能

第一节固体中磁的来源

第二节自由原子和离子

第三节固体中的原子核离子

第四节顺磁性

第五节磁矩间的相互作用

第六节铁磁性

第七节反铁磁性

第八节亚铁磁性

（一）教学方法与学时分配

教学方式：

学生课后自学。

学时分配：

0学时

（二）内容及基本要求

主要内容：

首先讨论了固体中磁的来源，主要集中在自由原子、离子和部分充满壳层的原子核离子中；然后讨论了材料中发现的磁性的重要类型，包括顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。

【重点掌握】：

顺磁性，铁磁性

【掌握】：

反铁磁性，亚铁磁性

【难点】：

磁矩间的相互作用

第十章低维固体材料

第一节一维固体材料

第二节二维固体

（一）教学方法与学时分配

教学方式：

以多媒体教学手段为主要形式的课堂教学。

学时分配：

6学时

（二）内容及基本要求

主要内容：

主要介绍一维固体材料和二维材料。

【重点掌握】：

石墨，石墨插层化合物，石墨烯

【掌握】：

一维固体材料，

【了解】：

二硫化钼

【一般了解】：

【难点】：

第十一章沸石分子筛及其相关结构

第一节引言

第二节沸石分子筛的化学组成及结构

第三节沸石分子筛的合成

第四节沸石分子筛的表征方法

第五节沸石分子筛的应用

第六节其它骨架类型的沸石分子筛

第七节粘土

（一）教学方法与学时分配

教学方式：

学生课后自学。

学时分配：

0学时

（二）内容及基本要求

主要内容：

主要阐述了沸石分子筛的化学组成、晶体结构；讨论了沸石分子筛结构的表征方法；介绍了沸石分子筛的合成方法，及其结构与性能的关系。

详细介绍了沸石分子筛的应用。

【重点掌握】：

沸石分子筛的应用

【掌握】：

沸石分子筛的合成方法，表征方法

【了解】：

非铝硅酸盐骨架结构的分子筛

【难点】：

制定人：

刘斌

审定人：

批准人：

日期：