《磁性材料與器件》課程教學(xué)大綱

《磁性材料與器件》課程教學(xué)大綱一、課程名稱（中英文）中文名稱：磁性材料與器件英文名稱：MagneticMaterialsanddevices二、課程代碼及性質(zhì)專業(yè)選修課程三、學(xué)時與學(xué)分總學(xué)時：32學(xué)分：2四、先修課程《大學(xué)物理》、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《固體物理》、《量子力學(xué)》五、授課對象本課程面向功能材料專業(yè)學(xué)生開設(shè)六、課程教學(xué)目的（對學(xué)生知識、能力、素質(zhì)培養(yǎng)的貢獻(xiàn)和作用）本課程是功能材料專業(yè)的選修課之一，其教學(xué)目的包括：1、掌握了用于解決功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題的磁學(xué)基礎(chǔ)知識。并能夠應(yīng)用相關(guān)基本原理，識別、表達(dá)、結(jié)合文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。2、掌握磁性功能材料的合成與制備技術(shù)的原理及特點，能夠采用科學(xué)方法，具備合理設(shè)計制備功能材料的復(fù)雜實驗、開展科學(xué)研究的能力。3、了解磁性材料的技術(shù)前沿和發(fā)展趨勢，正確認(rèn)識該技術(shù)領(lǐng)域在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中所起的作用。了解磁性材料與器件問題的特征，掌握解決復(fù)雜工程問題的設(shè)計方法。4、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。能夠應(yīng)用現(xiàn)代工具撰寫報告、設(shè)計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令。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掌握了用于解決功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識。1.2掌握了用于解決功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題的物理、化學(xué)等自然科學(xué)基礎(chǔ)知識。課程目標(biāo)11.3掌握了用于解決功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題的工程力學(xué)基礎(chǔ)知識。1.4掌握了用于解決功能材料領(lǐng)域復(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)知識用于解決功能材料領(lǐng)域復(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。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。課程目標(biāo)12.3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。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。畢業(yè)要求3：設(shè)計/開發(fā)解決方案能夠設(shè)計針對復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計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了解功能材料與器件問題的特征，掌握解決復(fù)雜工程問題的設(shè)計方法。課程目標(biāo)23.2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（開發(fā)）針對復(fù)雜功能材料與器件問題的解決方案，具備設(shè)計（開發(fā)）滿足特定工程需求的功能材料系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程的能力。3.3在設(shè)計（開發(fā)）過程中，具有追求功能材料領(lǐng)域復(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)計實驗、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掌握功能材料的合成與制備技術(shù)的原理及特點，能夠采用科學(xué)方法，具備合理設(shè)計制備功能材料的復(fù)雜實驗、開展科學(xué)研究的能力。課程目標(biāo)24.2掌握功能材料與器件的分析測試技術(shù)的原理及主要特點，能夠采用科學(xué)方法，正確構(gòu)建并實施功能材料與器件測試的綜合實驗，得出正確結(jié)果的能力。4.3能正確使用和處理實驗數(shù)據(jù)，通過信息綜合處理，具備對復(fù)雜的功能材料和器件的測試結(jié)果進(jìn)行正確分析的能力。4.4了解功能材料制備與測試所需的常用設(shè)備、實驗儀器及實驗方法，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。課程目標(biāo)45.2了解功能材料專業(yè)重要資料來源及獲取方法。5.3具備應(yīng)用各類文獻(xiàn)、信息及資料進(jìn)行功能材料與器件領(lǐng)域的工程實踐的能力。5.4掌握功能材料與器件領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的預(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，評價專業(yè)工程實踐和復(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了解與功能材料相關(guān)的國家方針、政策與法律法規(guī)，能夠評價工程實踐對社會、健康、安全、法律以及文化的影響。6.2了解功能材料專業(yè)的特點及其對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，能夠正確評價各種功能材料制備與表征方案的優(yōu)劣。6.3能正確認(rèn)識功能材料的制備和加工中的各種復(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)展能夠理解和評價針對復(fù)雜工程問題的工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。7.1了解功能材料專業(yè)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。課程目標(biāo)37.2能正確理解和評價功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題的實施對環(huán)境保護(hù)及社會可持續(xù)發(fā)展等的影響。7.3在解決功能材料領(lǐng)域復(fù)雜的實際問題中，能夠正確理解并考慮工程實踐對環(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)展道路以及個人的做人規(guī)范，具有較高的社會責(zé)任感。8.3在工程實踐中，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：個人和團(tuán)隊能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊中承擔(dān)個體、團(tuán)隊成員以及負(fù)責(zé)人的角色。9.1具備較寬廣的本學(xué)科基礎(chǔ)知識和較高的個人素質(zhì)，能夠在多學(xué)科背景下，承擔(dān)個人及團(tuán)隊成員的作用。9.2具備良好的團(tuán)隊協(xié)作精神，善于和團(tuán)隊其它成員協(xié)作、互補、交往。9.3能夠承擔(dān)團(tuán)隊負(fù)責(zé)人角色，具備綜合團(tuán)隊成員意見和建議，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，包括撰寫報告和設(shè)計文稿、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)代工具撰寫報告、設(shè)計文稿、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)4畢業(yè)要求11：項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了解電子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。12.2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，與時代同步。七、教學(xué)重點與難點：課程重點：本課程首先重點介紹磁性的起源，并針對鐵磁性材料，介紹其技術(shù)磁化手段。在了解磁性及技術(shù)磁化相關(guān)物理理論知識的基礎(chǔ)上，重點學(xué)習(xí)不同磁性材料（包括軟磁材料，永磁材料，磁記錄材料及其他功能磁性材料等）的制備方法，性能調(diào)控（飽和磁化，剩余磁化及矯頑力等）及相關(guān)應(yīng)用。重點學(xué)習(xí)的章節(jié)內(nèi)容包括：第2章“物質(zhì)的磁性”（6學(xué)時）第3章“技術(shù)磁化”（6學(xué)時）、第4章“軟磁材料”（3學(xué)時）、第5章“永磁材料”（3學(xué)時）。第5章“磁記錄材料”（4學(xué)時）課程難點：通過本課程的學(xué)習(xí)，充分理解順磁性，抗磁性，鐵磁性，亞鐵磁性，反鐵磁性的差異。系統(tǒng)掌握鐵磁性產(chǎn)生的相關(guān)基本理論。充分理解磁疇的形成過程及磁疇對材料磁性性能的影響，系統(tǒng)掌握對磁疇的調(diào)控各種方法的主要特點、影響因素和適用范圍。在對磁性原理的理解和技術(shù)磁化的掌握的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)掌握性能各異的磁性材料的制備工藝，并能對不同磁性材料的磁性特點合理的分析，從而具備設(shè)計功能性磁性器件的能力。八、教學(xué)方法與手段：教學(xué)方法：在課堂講授中，教師全面而又有所側(cè)重地闡述各章節(jié)的主要教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)課件的內(nèi)容安排將與教科書中的內(nèi)容相配合，力圖起一個提綱挈領(lǐng)的作用。每一次課后，學(xué)生溫習(xí)自學(xué)教科書上的相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合文獻(xiàn)檢索與資料查詢，對所學(xué)內(nèi)容加以拓展和鞏固。適當(dāng)安排討論課。討論課有利于提高學(xué)生的主體意識和對課堂的參與度，并能加強(qiáng)學(xué)生之間以及師生之間的交流互動，從而能夠強(qiáng)化教學(xué)效果。教學(xué)手段：多媒體幻燈片放映，結(jié)合黑板板書。九、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時安排（1）總體安排教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時的總體安排，如表2所示。表2基本教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時安排序號課程內(nèi)容課堂（學(xué)習(xí)、討論）學(xué)時課外（準(zhǔn)備、復(fù)試、實踐）學(xué)時1磁學(xué)基礎(chǔ)知識222物質(zhì)的磁性663技術(shù)磁化664軟磁材料335永磁材料336磁記錄材料447其他功能磁性材料88（2）具體內(nèi)容各章節(jié)的具體內(nèi)容如下：第一章磁學(xué)基礎(chǔ)知識（2學(xué)時）1.1靜磁現(xiàn)象1.2材料的磁化1.3磁性和磁性材料的分類第二章物質(zhì)的磁性（6學(xué)時）2.1原子磁矩2.2抗磁性2.3順磁性2.4鐵磁性2.5反鐵磁性2.6亞鐵磁性第三章技術(shù)磁化（6學(xué)時）3.1磁性材料中的基本現(xiàn)象3.2磁疇結(jié)構(gòu)3.3技術(shù)磁化3.4動態(tài)磁化第四章軟磁材料（3學(xué)時）4.1衡量軟磁材料的重要指標(biāo)4.2提高起始磁導(dǎo)率的途徑4.3金屬軟磁材料4.4鐵氧體軟磁材料4.5納米晶軟磁材料第五章永磁材料（3學(xué)時）5.1衡量永磁材料的重要指標(biāo)5.2提高永磁體性能的途徑5.3金屬永磁材料5.4鐵氧體永磁材料5.5稀土永磁材料第六章磁記錄材料（4學(xué)時）6.1磁記錄概述6.2磁頭及磁頭材料6.3磁記錄介質(zhì)及介質(zhì)材料6.4磁光記錄材料6.5磁泡及磁泡材料第七章其他功能磁性材料（4學(xué)時）7.1磁性液體7.2磁致伸縮材料7.3磁電阻材料7.4磁制冷材料（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、內(nèi)稟矯頑力和磁感矯頑力有什么區(qū)別和聯(lián)系？2、物質(zhì)的磁性可以分為幾類？他們各有什么特點？第2章思考題：1、物質(zhì)的抗磁性是怎樣產(chǎn)生的？為什么說抗磁性是普遍存在的？2、簡述物質(zhì)鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性的區(qū)別與聯(lián)系。3、利用洪德法則計算鐵原子的原子磁矩。第3章思考題：1、材料的磁化機(jī)制有哪幾種？各有什么特點？2、已知Co的飽和磁化強(qiáng)度μ0Ms=1.79T,K3、用λ100和λ111表示立方晶體沿著<110>方向4、順磁性和超順磁性都表現(xiàn)為宏觀上的磁無序，試論述其差異點。第4章思考題：1、對軟磁材料的基本性能要求有哪些？2、提高軟磁材料的起始磁導(dǎo)率的途徑有哪些？3、常用的金屬軟磁材料有哪些？他們各有什么特點，分別有哪些應(yīng)用？4、與傳統(tǒng)晶態(tài)材料相比，非晶軟磁材料有哪些優(yōu)勢？如何制備非晶磁性材料？第5章思考題：1、永磁材料可以分為幾大類？他們在性能和應(yīng)用場合上有哪些差別？2、鐵氧體永磁材料有什么特點，有哪些應(yīng)用，如何制備？3、如何提高永磁材料的剩磁Mr和矯頑力H4、簡述稀土永磁材料的發(fā)展歷程。第6章思考題：1、概述磁記錄的基本過程。2、模擬式磁記錄和數(shù)字式磁記錄有何差別？3、磁頭課分為幾種類型？常用磁頭材料有哪些？4、磁泡是怎樣產(chǎn)生的？作為磁泡材料，應(yīng)滿足哪些條件？第7章思考題：1、什么是磁性液體？與傳統(tǒng)意義上的固態(tài)磁性材料相比，磁液有何特性？2、列舉出典型的磁致伸縮材料，磁致伸縮材料有何應(yīng)用？3、什么是磁電阻？磁電阻效應(yīng)包括哪些種類？各自產(chǎn)生的機(jī)理是什么？4、簡述實現(xiàn)磁制冷的原理和技術(shù)。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，作為平時的作業(yè)成績（按約20%計入課程總成績）。十、教材及參考書教材：《磁學(xué)基礎(chǔ)與磁性材料》，嚴(yán)密，彭曉領(lǐng)編著，浙江大學(xué)出版社，2006年。參考書：1.《磁性物理學(xué)》，宛德福，馬興隆編著，電子科技大學(xué)出版社，1994年。2.《磁性材料》，田民波編著，清華大學(xué)出版社，2001年。十一、課程成績評定與記載課程考核及評價細(xì)則課程考核及評價細(xì)則，詳見表3。

表3課程考核及評價細(xì)則成績組成考核/評價環(huán)節(jié)分值考核/評價細(xì)則對應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)平時成績30%上課表現(xiàn)10根據(jù)學(xué)生平時上課的出勤率、課堂表現(xiàn)及互動情況，視其對課程學(xué)習(xí)的態(tài)度及積極程度，按10%計入課