《新材料概論》課程教學(xué)大綱

《新材料概論》課程教學(xué)大綱一、課程名稱中文名稱：新材料概論英文名稱：IntroductiontoNewMaterials二、課程編碼及性質(zhì)課程編碼：0801561課程性質(zhì)：選修課三、學(xué)時(shí)與學(xué)分總學(xué)時(shí)：32學(xué)分：2.0四、先修課程工程材料、材料成形原理五、授課對象本課程面向材料成型及控制工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)，也可以供材料科學(xué)與工程專業(yè)和電子封裝技術(shù)專業(yè)學(xué)生選修。六、課程教學(xué)目的本課程是材料加工工程本科專業(yè)的選修課程，其教學(xué)目的主要包括：1.對材料科學(xué)與工程建立整體與全貌的認(rèn)識，了解現(xiàn)有材料的分類、特性、應(yīng)用范圍及其與相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的關(guān)系，把握高技術(shù)新型先進(jìn)材料的發(fā)展趨勢，拓展其知識結(jié)構(gòu)，提高綜合科學(xué)素質(zhì)；2.掌握各種新材料技術(shù)的工作原理、應(yīng)用范圍和控制條件等，具備針對不同需求設(shè)計(jì)研發(fā)新材料的能力；3.掌握處理材料新問題的方法，開拓思路，啟發(fā)創(chuàng)新，具備分析問題和解決問題的能力，從而為其開發(fā)、利用復(fù)雜工程新材料打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。表1課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求及其指標(biāo)點(diǎn)本課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求1：工程知識能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決復(fù)雜工程問題。1.1掌握了用于解決材料成型及控制工程復(fù)雜問題的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識。1.2掌握了用于解決材料成型及控制工程復(fù)雜問題的物理、化學(xué)等自然科學(xué)基礎(chǔ)知識。1.3掌握了用于解決材料成型及控制工程復(fù)雜問題的工程力學(xué)基礎(chǔ)知識。1.4掌握了用于解決材料成型及控制工程復(fù)雜問題的工程檢測與控制基礎(chǔ)知識。1.5系統(tǒng)掌握了專業(yè)知識，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識用于解決材料成型及控制工程復(fù)雜問題。畢業(yè)要求2：問題分析能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。2.1能夠應(yīng)用工程數(shù)學(xué)基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。如：復(fù)雜的模具設(shè)計(jì)。2.2能夠應(yīng)用物理、化學(xué)基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。如：物理綜合實(shí)驗(yàn)。課程目標(biāo)2、32.3能夠應(yīng)用力學(xué)基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。如：工程力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)。2.4能夠應(yīng)用工程科學(xué)基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。如：工程控制實(shí)驗(yàn)中的建模與分析。畢業(yè)要求3：設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案能夠設(shè)計(jì)針對復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮法律、健康、安全、文化、社會以及環(huán)境等因素。3.1了解機(jī)械工程、材料成型及控制工程問題特征，掌握解決復(fù)雜工程問題的設(shè)計(jì)方法。3.2在考慮法律、健康、安全、文化、社會以及環(huán)境等制約因素的前提下，能夠設(shè)計(jì)（開發(fā)）針對復(fù)雜材料成型及控制工程問題的解決方案，具備設(shè)計(jì)（開發(fā)）滿足特定材料成型及控制工程需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程的能力。3.3在設(shè)計(jì)（開發(fā)）過程中，具有追求材料成型及控制工程復(fù)雜問題創(chuàng)新解決的態(tài)度和意識，掌握了基本的創(chuàng)新方法，清楚創(chuàng)新方向及領(lǐng)域。畢業(yè)要求4：研究能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。4.1掌握材料熱加工成形原理及特點(diǎn)，能夠采用科學(xué)方法，具備合理設(shè)計(jì)材料成型及控制工程（模具）復(fù)雜實(shí)驗(yàn)、開展科學(xué)研究的能力。4.2掌握材料成型及控制工程原理及主要工藝，能夠采用科學(xué)方法，正確構(gòu)建并實(shí)施材料成型及控制工程綜合實(shí)驗(yàn)，得出正確結(jié)果的能力。4.3能正確使用和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過信息綜合處理，具備對復(fù)雜的材料成型及控制工程實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正確分析能力。4.4了解常見的材料成型及控制工程常用設(shè)備、實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)方法，具備調(diào)控設(shè)備及儀器參數(shù)，進(jìn)行測控和維護(hù)的能力。畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具能夠針對復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。5.1掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)搜索工具的使用方法。5.2了解材料成型及控制工程專業(yè)重要資料來源及獲取方法。課程目標(biāo)1、2、35.3具備應(yīng)用各類文獻(xiàn)、信息及資料進(jìn)行復(fù)雜材料成型及控制工程實(shí)踐的能力。5.4掌握復(fù)雜材料成型及控制工程問題的預(yù)測與模擬方法，理解其局限性。畢業(yè)要求6：工程與社會能夠基于工程相關(guān)背景知識進(jìn)行合理分析，評價(jià)專業(yè)工程實(shí)踐和復(fù)雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。6.1了解與工程相關(guān)的國家方針、政策與法律法規(guī)，能夠評價(jià)工程實(shí)踐對社會、健康、安全、法律以及文化的影響。6.2了解材料成型及控制工程專業(yè)特點(diǎn)及其對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，能夠正確評價(jià)復(fù)雜成型及控制工程問題解決方案的優(yōu)劣。6.3能正確認(rèn)識材料成型及控制工程各種復(fù)雜工藝對于客觀世界和社會的影響，理解并能夠承擔(dān)的相應(yīng)工程和社會責(zé)任。畢業(yè)要求7：環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展能夠理解和評價(jià)針對復(fù)雜工程問題的工程實(shí)踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。7.1了解材料成型及控制工程的專業(yè)特征、學(xué)科前沿和發(fā)展趨勢，正確認(rèn)識本專業(yè)對于社會發(fā)展的重要性。7.2能正確理解和評價(jià)材料成型及控制工程復(fù)雜問題實(shí)施對環(huán)境保護(hù)及社會可持續(xù)發(fā)展等的影響。7.3在解決復(fù)雜的材料成型及控制工程的實(shí)際問題中，能夠正確理解并考慮工程實(shí)踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。畢業(yè)要求8：職業(yè)規(guī)范具有人文社會科學(xué)素養(yǎng)、社會責(zé)任感，能夠在工程實(shí)踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責(zé)任。8.1具有人文社會科學(xué)素養(yǎng)，理解世界觀、人生觀的基本意義及其影響。8.2了解中國國情，理解中國可持續(xù)科學(xué)發(fā)展道路以及個(gè)人的做人規(guī)范，具有較高的社會責(zé)任感。8.3在工程實(shí)踐中，理解工程師的職業(yè)性質(zhì)、職業(yè)責(zé)任,具備工程師的職業(yè)道德8.4具有健康的體質(zhì)和良好的心理素質(zhì)，能較好地履行責(zé)任。畢業(yè)要求9：個(gè)人和團(tuán)隊(duì)能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)個(gè)體、團(tuán)隊(duì)成員以及負(fù)責(zé)人的角色。9.1具備較寬廣的本學(xué)科基礎(chǔ)知識和較高的個(gè)人素質(zhì)，能夠在多學(xué)科背景下，承擔(dān)個(gè)人及團(tuán)隊(duì)成員的作用。9.2具備良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，善于和團(tuán)隊(duì)其它成員協(xié)作、互補(bǔ)、交往。9.3能夠承擔(dān)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人角色，具備綜合團(tuán)隊(duì)成員意見和建議，進(jìn)行合理決策之領(lǐng)導(dǎo)能力。畢業(yè)要求10：溝通能夠就復(fù)雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進(jìn)行有效溝通和交流，包括撰寫報(bào)告和設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令。并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。10.1較好地掌握了一門外語，了解不同文化的差異，具有一定的跨文化交流能力。10.2了解本專業(yè)領(lǐng)域及其相關(guān)行業(yè)的國內(nèi)外的技術(shù)現(xiàn)狀，具有較強(qiáng)的業(yè)務(wù)溝通能力與競爭能力。10.3能夠應(yīng)用現(xiàn)代工具撰寫報(bào)告、設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令，就復(fù)雜的專業(yè)工程問題進(jìn)行有效溝通和交流。課程目標(biāo)1、2、3畢業(yè)要求11：項(xiàng)目管理理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法，并能在多學(xué)科環(huán)境中應(yīng)用。11.1了解機(jī)械及材料工程管理和經(jīng)濟(jì)決策的基本知識，理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法。11.2具備應(yīng)用工程管理和經(jīng)濟(jì)決策知識實(shí)踐的工作能力，具有一定的組織、管理及領(lǐng)導(dǎo)能力，能夠較好地通過口頭或書面方式表達(dá)自己的想法。11.3具有較強(qiáng)的綜合歸納能力，能在多學(xué)科環(huán)境中加于應(yīng)用。畢業(yè)要求12：終身學(xué)習(xí)具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。12.1對終身學(xué)習(xí)的重要性，有自覺的意識和正確的認(rèn)識。課程目標(biāo)112.2能夠采用合適的方法，自我學(xué)習(xí)、提高的能力。12.3能夠適應(yīng)社會進(jìn)步與發(fā)展，與時(shí)代同步。七、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：1）在系統(tǒng)了解常用金屬材料，以及初步了解高分子材料、陶瓷材料及復(fù)合材料的成分、結(jié)構(gòu)、性能的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)了解近些年來，現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中出現(xiàn)的一些新型材料，特別是非金屬材料的發(fā)展動(dòng)態(tài)。2）由于新材料的形成往往伴隨著制備新工藝的發(fā)展而出現(xiàn)，因此，本課程也重點(diǎn)介紹了一些新材料的成形技術(shù)。3）在材料的開發(fā)中，高精分析技術(shù)是必不可少的研究手段，因此，本課程也重點(diǎn)介紹了一些新材料的分析技術(shù)。教學(xué)難點(diǎn)：1）本課程涉及面廣，從基礎(chǔ)理論和工業(yè)應(yīng)用兩個(gè)方面對各種新材料的產(chǎn)業(yè)背景、研究開發(fā)歷史、研究現(xiàn)狀以及將來的發(fā)展趨勢進(jìn)行綜合論述。本課程將通過指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)和閱讀文獻(xiàn)的方式，要求其能對材料科學(xué)與工程能建立整體與全貌的認(rèn)識；2）通過本課程學(xué)習(xí)，能把握高技術(shù)新型先進(jìn)材料的發(fā)展趨勢，具備針對不同需求設(shè)計(jì)研發(fā)新材料的能力和分析問題、解決問題的能力。八、教學(xué)方法與手段（1）采用現(xiàn)代化教學(xué)方法（含PPT演示，設(shè)備照片，影像資料等），講授各種新材料的產(chǎn)業(yè)背景、研究開發(fā)歷史、研究現(xiàn)狀以及將來的發(fā)展趨勢以及材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用，以提高教學(xué)效果及效率；（2）采用課堂教學(xué)與學(xué)生PPT匯報(bào)、交流討論等方式，進(jìn)行課堂互動(dòng)，吸引學(xué)生的注意力、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。九、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排（1）總體安排教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)的總體安排，如表2所示。表2基本教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排序號課程內(nèi)容課堂（學(xué)習(xí)、討論）學(xué)時(shí)課外（準(zhǔn)備、復(fù)試、實(shí)踐）學(xué)時(shí)1緒論42新型金屬材料43新型無機(jī)陶瓷材料64新型高分子材料45新型復(fù)合材料46納米材料47新材料的分析方法6（2）具體內(nèi)容各章節(jié)的具體內(nèi)容如下：第1章緒論（4學(xué)時(shí)）1.1材料及其分類1.2材料的結(jié)構(gòu)及其性能1.3新材料在高新技術(shù)中的作用及發(fā)展第2章新型金屬材料（4學(xué)時(shí)）2.1功能材料的分類及特點(diǎn)2.2非晶態(tài)合金2.3超導(dǎo)材料2.4磁性材料2.5記憶合金2.6貯氫材料第3章新型無機(jī)陶瓷材料（6學(xué)時(shí)）3.1陶瓷材料的結(jié)構(gòu)及性能3.2新型薄膜工藝3.3新型陶瓷工藝第4章新型高分子材料（4學(xué)時(shí)）4.1高分子材料的結(jié)構(gòu)及性能4.2高分子工程材料4.3高分子功能材料第5章新型復(fù)合材料（4學(xué)時(shí)）5.1復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及性能5.2新型金屬基復(fù)合材料5.3新型陶瓷基復(fù)合材料5.4新型高分子復(fù)合材料5.5功能梯度材料第6章納米材料（4學(xué)時(shí)）6.1納米材料的性質(zhì)及基本理論6.2納米材料的制備6.3典型納米材料6.4納米材料的應(yīng)用第7章新材料的分析方法(6學(xué)時(shí))7.1材料化學(xué)成分分析方法7.2材料結(jié)構(gòu)分析方法7.3材料顯微分析方法（3）各章節(jié)的課后思考題（作業(yè)）及討論要求思考題（課后作業(yè)）：第1章思考題：1、現(xiàn)代社會對新材料有哪些要求?2、簡述新材料今后的發(fā)展方向。第2章思考題：1、非晶態(tài)合金的微結(jié)構(gòu)具有什么特征？非晶態(tài)合金的形成條件是什么？2、為了判斷制備的材料是否為非晶材料，可以采取哪些檢測方法？3、非晶態(tài)合金具有什么性能？其未來的研究方向有哪些？4、超導(dǎo)材料的三個(gè)臨界參數(shù)是什么？如何區(qū)分低溫超導(dǎo)與高溫超導(dǎo)？利用BCS理論解釋超導(dǎo)的微觀機(jī)制。5、試說明軟磁材料、硬磁材料的主要性能指標(biāo)。6、試述主要軟磁材料和它們的應(yīng)用。第3章思考題：1．常用的制備薄膜的工藝方法有哪些？2．真空是什么樣的狀態(tài)？真空環(huán)境有什么特點(diǎn)？3．熱蒸發(fā)鍍膜有哪些加熱方式？各有什么特點(diǎn)？4．濺射的基本原理是什么？5．射頻濺射為何能濺射沉積電介質(zhì)薄膜？6．磁控濺射為何能實(shí)現(xiàn)薄膜的高速低溫沉積？7．離子束濺射有何特殊性？8．化學(xué)氣相沉積有何特點(diǎn)？9．PECVD為何能在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)薄膜的沉積？第4章思考題：1、何謂高分子化合物？它與一般有機(jī)化合物有什么不同？2、聚合物的分子形狀及其特點(diǎn)是什么？3、高分子化合物是如何分類和命名的？4、談?wù)劮蔷B(tài)高聚物的三態(tài)及其與之相適應(yīng)的成形加工方法。5、液晶態(tài)的形成需要什么條件？按照相態(tài)結(jié)構(gòu)液晶可以分為哪幾類？都有什么特點(diǎn)？第5章思考題：1、什么是復(fù)合材料？它是如何分類的？如何設(shè)計(jì)和制備復(fù)合材料？2、常用的增強(qiáng)材料有哪些類型？選擇增強(qiáng)材料的原則？3、什么是玻璃鋼？它的特點(diǎn)和主要應(yīng)用？4、簡述復(fù)合材料的強(qiáng)韌化機(jī)理。5、為何要研究梯度復(fù)合材料？其有什么用途？第6章思考題：1、納米材料與納米技術(shù)的異同？它們對科技發(fā)展的作用？2、納米材料與常規(guī)尺寸材料物理化學(xué)性質(zhì)有那些主要區(qū)別？3、舉實(shí)例介紹下列納米材料常用合成技術(shù)的化學(xué)原理、合成哪些類型（形貌、化學(xué)組成）的納米材料有何優(yōu)缺點(diǎn)等。1）溶膠-凝膠（sol-gel）法2）化學(xué)氣相沉積法(CVD)3）超聲波化學(xué)沉淀法4）固相化學(xué)反應(yīng)法5）熱化學(xué)沉淀法6）熱化學(xué)分解法7）高能球磨法8）模板技術(shù)、分子自組裝技術(shù)4、詳細(xì)描述納米粒子的一種制備方法和一種應(yīng)用。5、納米材料有哪些危害？第7章思考題：1、X射線衍射峰包含哪些信息？2、掃描隧道顯微鏡與掃描電鏡之間的原理區(qū)別是什么？3、普通光學(xué)顯微鏡與電子顯微鏡之間有何異同？4、簡述拉曼散射的原理和主要應(yīng)用？5、簡述熱分析的定義和內(nèi)涵，以及熱分析技術(shù)在材料研究中的應(yīng)用。討論（思考題及作業(yè)）要求：1、每章節(jié)學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生都要按上課教師的具體要求以書面的形式做一定數(shù)量的思考題，作為平時(shí)的作業(yè)成績（按約10%計(jì)入課程總成績）。2、每位學(xué)生，根據(jù)自己的興趣，對一種新材料或新技術(shù)進(jìn)行介紹，用PPT展示匯報(bào)（時(shí)間不超過10分鐘），其它同學(xué)對該學(xué)生的匯報(bào)情況進(jìn)行評價(jià)與交流。匯報(bào)表現(xiàn)與成績，按約10%計(jì)入課程總成績。十、教學(xué)參考書及文獻(xiàn)1、《工程材料及應(yīng)用》，華中科技大學(xué)出版社，2002年，周鳳云編；2、《新材料概論》，冶金工業(yè)出版社，2004年，譚毅等編；3、《新材料概論》，科學(xué)出版社，2003年，陳光等編；4、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》，清華