《發(fā)展中的高技術(shù)材料》課程教學(xué)大綱

PAGEPAGE1《發(fā)展中的高技術(shù)材料》課程教學(xué)大綱課程代碼：INME1013課程類別：專業(yè)教學(xué)課程授課對象：無機(jī)非金屬材料工程等專業(yè)開課學(xué)期：秋季學(xué)分：1學(xué)分主講教師：蘇艷麗、李華、沈風(fēng)雷、李亞東指定教材：齊寶森，《新型材料及其應(yīng)用》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007年一、教學(xué)目的：本課程是為無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門專業(yè)課程。教材以材料的開發(fā)、特征、性能、應(yīng)用及發(fā)展前景為重點(diǎn)，有選擇性地介紹了各類新型材料，包括新型金屬材料、新型無機(jī)非金屬材料、新型復(fù)合材料、納米材料、新型功能材料、新能源材料與智能材料等。通過對本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解和認(rèn)識新型材料的相關(guān)知識及其當(dāng)前的最新研究進(jìn)展，為今后從事相關(guān)工作奠定一定的基礎(chǔ)。二、課程內(nèi)容第一章緒論1、教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)新型材料與高新技術(shù)介紹新型材料、高新技術(shù)的劃分及定義，新型材料的研究背景。第二節(jié)新型材料的特征與分類介紹新型材料的特征及其分類。第三節(jié)材料的成分、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系材料的成分、結(jié)構(gòu)、性能與應(yīng)用之間相互影響，相互制約。闡明四者之間的關(guān)系。第四節(jié)新型材料的發(fā)展趨勢高性能、復(fù)合化、功能化、集成化、智能化2、教學(xué)要點(diǎn)通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，對新型材料的研究背景、發(fā)展趨勢及其應(yīng)用有一個(gè)初步的認(rèn)識，了解新型材料與高新技術(shù)的定義及兩者之間的關(guān)系，熟悉新型材料的主要特征及常見的分類方法，重點(diǎn)掌握材料的成分、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。第二章新型無機(jī)非金屬材料1、教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)概述介紹無機(jī)非金屬材料的范圍、分類、制備方法、基本特點(diǎn)及應(yīng)用發(fā)展前景等。第二節(jié)特種水泥介紹特種水泥的分類及其應(yīng)用。第三節(jié)特種玻璃介紹特種玻璃的種類及應(yīng)用。第四節(jié)氧化物陶瓷材料氧化鋁、二氧化鋯、ZTA陶瓷的制備及其應(yīng)用。第五節(jié)碳化物陶瓷材料碳化硅、碳化硼、碳化鈦陶瓷的制備及其應(yīng)用。第六節(jié)氮化物陶瓷材料氮化硅、賽隆陶瓷、氮化鋁、氮化硼陶瓷的制備及其應(yīng)用。第七節(jié)碳素材料石墨材料的分類和應(yīng)用，C60和碳納米管材料。2、教學(xué)要點(diǎn)通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，對無機(jī)非金屬材料的范圍、分類、制備方法、基本特點(diǎn)及應(yīng)用發(fā)展前景有一個(gè)基本的了解，熟悉特種水泥和特種玻璃的種類及其用途，掌握氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳素材料等新型無機(jī)非金屬材料的制備方法和最新應(yīng)用狀況。第三章新型金屬材料1、教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)概述介紹金屬材料的主要強(qiáng)韌化途徑：細(xì)化晶粒；調(diào)整化學(xué)成分，降低雜質(zhì)，提高鋼的純度；控制軋制與冷卻；相變誘發(fā)塑性等。第二節(jié)新型工程結(jié)構(gòu)用鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼、微合金化低碳高強(qiáng)度鋼第三節(jié)新型機(jī)器零件用鋼——非調(diào)質(zhì)鋼非調(diào)質(zhì)鋼的含義、強(qiáng)韌化特點(diǎn)、冶金工藝與性能特點(diǎn)、發(fā)展研究動(dòng)向第四節(jié)金屬間化合物高溫結(jié)構(gòu)材料金屬間化合物的特性、發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀，改善金屬間化合物作為高溫結(jié)構(gòu)材料的方法第五節(jié)剛?cè)嵯酀?jì)的超塑性合金介紹超塑性合金的研究背景、性能特點(diǎn)及其應(yīng)用2、教學(xué)要點(diǎn)通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，了解金屬材料作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用的現(xiàn)狀，了解新型工程構(gòu)件用鋼的類別、強(qiáng)韌化與合金化特點(diǎn)，性能特征等，了解金屬間化合物高溫結(jié)構(gòu)材料的類別、典型鋼號、性能與應(yīng)用特點(diǎn)，掌握金屬材料的主要強(qiáng)韌化途徑和超塑性合金的性能特點(diǎn)及應(yīng)用。第四章新型聚合物合成材料1、教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)概述介紹聚合物材料的發(fā)展與分類、性能、改性方法及發(fā)展前景第二節(jié)新型工程塑料介紹通用工程塑料和特種工程塑料第三節(jié)聚合物液晶材料介紹液晶材料的定義、形成條件、類型及特殊結(jié)構(gòu)，了解聚合物材料的應(yīng)用與發(fā)展前景第四節(jié)導(dǎo)電聚合物材料介紹結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物材料與復(fù)合型導(dǎo)電聚合物材料第五節(jié)聚合物材料與可持續(xù)發(fā)展介紹廢棄聚合物的回收與再利用方法，了解降解聚合物的分類與應(yīng)用2、教學(xué)要點(diǎn)通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，了解聚合物的力學(xué)性能特點(diǎn)與強(qiáng)韌化途徑，熟悉常用工程塑料的名稱、代號、主要特點(diǎn)及應(yīng)用，對聚合物液晶材料的基本類型和應(yīng)用有所了解，熟知導(dǎo)電聚合物材料的類別與特點(diǎn)，了解聚合物廢棄物的回收與再利用的方法。第五章新型復(fù)合材料1、教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)概述復(fù)合材料的概念、分類、性能特點(diǎn)、研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景第二節(jié)復(fù)合材料用增強(qiáng)材料纖維增強(qiáng)體、顆粒增強(qiáng)體、片狀增強(qiáng)體、織物增強(qiáng)體、氈狀增強(qiáng)體第三節(jié)聚合物基復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料，顆粒填充聚合物基復(fù)合材料、聚合物基層狀復(fù)合材料第四節(jié)金屬基復(fù)合材料連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料、晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料、顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料第五節(jié)陶瓷基復(fù)合材料纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料、晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料、顆粒彌散強(qiáng)化陶瓷基復(fù)合材料、納米陶瓷復(fù)合材料2、教學(xué)要點(diǎn)通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，了解復(fù)合材料的概念、分類、性能特點(diǎn)、研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景，掌握復(fù)合材料用增強(qiáng)材料的種類及特點(diǎn)，對聚合物基、金屬基、陶瓷基復(fù)合材料的種類、性能特點(diǎn)、制備方法及應(yīng)用有個(gè)比較清楚的認(rèn)識。第六章梯度功能材料1、教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)概述梯度功能材料的概念、發(fā)展歷程、設(shè)計(jì)流程、分類及其應(yīng)用第二節(jié)梯度功能材料的制備介紹梯度功能材料常用的制備方法：化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法、自蔓延技術(shù)、顆粒梯度排列法、激光熔覆法第三節(jié)梯度功能材料的應(yīng)用重點(diǎn)介紹功能梯度光折射率材料和熱防護(hù)材料的制備及應(yīng)用2、教學(xué)要點(diǎn)通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，了解功能梯度材料產(chǎn)生的背景及其應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域和應(yīng)用過程中的難點(diǎn)問題，了解功能梯度材料的特點(diǎn)及其分類，了解常用的制備工藝，重點(diǎn)掌握功能梯度材料的制備原理，尤其是對功能梯度光折射率材料和熱防護(hù)材料有所了解。第七章電性材料1、教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體材料介紹導(dǎo)體材料的種類及用途，能帶理論區(qū)分導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的準(zhǔn)則、半導(dǎo)體材料的應(yīng)用第二節(jié)超導(dǎo)材料介紹超導(dǎo)電性的概念、超導(dǎo)材料的性質(zhì)、分類和應(yīng)用第三節(jié)鐵電、壓電、熱釋電和介電材料分別介紹鐵電、壓電、熱釋電和介電材料的定義、分類、特點(diǎn)和用途2、教學(xué)要點(diǎn)通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，對電性材料有一個(gè)比較全方位的了解，學(xué)會(huì)用能帶理論去區(qū)分導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體，掌握能帶理論的一些基本概念，熟悉超導(dǎo)材料的現(xiàn)象、性質(zhì)和應(yīng)用，弄清楚鐵電、壓電、熱釋電和介電材料的作用機(jī)制和最新應(yīng)用進(jìn)展。第八章磁性材料1、教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)材料的磁性介紹材料磁性的起因和基本概念：磁偶極子、磁場線和磁場、磁化強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁化率和磁導(dǎo)率、自發(fā)磁化、磁疇、磁滯回線、居里溫度、磁致伸縮第二節(jié)物質(zhì)磁性分類分為：抗磁性、順磁性、反鐵磁性、鐵磁性和壓鐵磁性五類第三節(jié)磁性材料的分類主要介紹軟磁材料和硬磁材料第四節(jié)幾種新型的磁性材料分子基磁性材料、非晶態(tài)磁性材料、納米磁性材料、磁性液體第五節(jié)磁性材料的應(yīng)用典型應(yīng)用：磁懸浮列車、核磁共振、巨磁電阻、磁性液體2、教學(xué)要點(diǎn)通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，掌握材料磁性的起因和基本概念，了解物質(zhì)磁性的分類，對抗磁性、順磁性、反鐵磁性、鐵磁性和壓鐵磁性的定義有清晰的認(rèn)識，熟悉軟磁材料和硬磁材料的種類和兩者間的區(qū)別，對目前發(fā)展起來的新型磁性材料有個(gè)初步的認(rèn)識，并了解磁性材料在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用及原理。第九章光學(xué)材料1、教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)光纖材料介紹光纖的構(gòu)成及分類、光在光纖中傳輸?shù)幕驹?、石英光纖的制備方法第二節(jié)光色材料介紹光色玻璃、光色晶體和光存儲(chǔ)材料的基本原理和用途第三節(jié)紅外材料介紹紅外線的基本性質(zhì)和紅外材料的應(yīng)用狀況2、教學(xué)要點(diǎn)通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，對光學(xué)材料有一個(gè)初步的認(rèn)識，了解光學(xué)材料的分類和基本性質(zhì)，對光色玻璃和紅外材料的用途有個(gè)全面的了解，重點(diǎn)掌握光纖材料的構(gòu)成及分類，掌握光纖中光傳輸?shù)幕驹砑笆⒐饫w的制備方法。第十章生物材料1、教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)生物材料的發(fā)展概況第二節(jié)生物材料的分類及性能按應(yīng)用性質(zhì)和生物屬性分成兩類；生物材料的特征與評價(jià)指標(biāo)第三節(jié)醫(yī)用金屬材料常用醫(yī)用金屬材料有：不銹鋼、鈷基合金、鈦基合金、形狀記憶合金、貴金屬等第四節(jié)醫(yī)用高分子材料膠原蛋白、纖維蛋白、天然多糖類材料、硅橡膠、聚氨酯等第五節(jié)其他生物醫(yī)學(xué)材料生物陶瓷、生物玻璃、碳素材料等第六節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的安全性第七節(jié)生物材料的發(fā)展趨勢復(fù)合型、雜化型、功能型、智能型第八節(jié)納米醫(yī)學(xué)材料簡介納米藥物載體2、教學(xué)要點(diǎn)通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，了解生物材料的研究背景及發(fā)展?fàn)顩r，熟悉生物材料按照應(yīng)用性質(zhì)和生物屬性分類的方法，了解生物材料的特征及安全性評價(jià)指標(biāo)，對目前常用的一些生物材料，如醫(yī)用金屬材料、醫(yī)用高分子材料、生物陶瓷、生物玻璃等生物材料的種類及應(yīng)用進(jìn)行全面了解。第十一章納米材料1、教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)納米材料概述掌握納米材料的基本概念，了解納米材料的研究歷程及最新應(yīng)用進(jìn)展第二節(jié)納米材料的結(jié)構(gòu)特征了解納米材料的特殊結(jié)構(gòu)，掌握納米材料的四大基本效應(yīng)：表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)第三節(jié)納米材料的性能介紹納米材料因其特殊結(jié)構(gòu)引起的各種物理、化學(xué)和力學(xué)性能的變化第四節(jié)納米材料的合成與制備高能球磨法、惰性氣體蒸發(fā)法、溶膠-凝膠法、化學(xué)氣相反應(yīng)法、溶劑熱法、聚合物化學(xué)和高溫材料加工法2、教學(xué)要點(diǎn)通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，掌握有關(guān)納米材料的基本概念，了解納米材料的研究歷程及最近應(yīng)用進(jìn)展，掌握納米材料的四大基本效應(yīng)，熟悉納米材料的特殊結(jié)構(gòu)及其效應(yīng)而引起的各種物理、化學(xué)和力學(xué)性能的變化，熟知納米材料的合成與制備方法，重點(diǎn)掌握高能球磨法、溶膠-凝膠法和溶劑熱法。第十二章非晶、準(zhǔn)晶材料1、教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)材料的穩(wěn)定態(tài)與亞穩(wěn)態(tài)材料的穩(wěn)定狀態(tài)系指其體系自由能最低時(shí)的平衡狀態(tài)，材料在平衡條件下只以一種穩(wěn)定的平衡狀態(tài)形式存在。1．亞穩(wěn)態(tài)常見的幾種類型：發(fā)生非平衡轉(zhuǎn)變；由晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)；細(xì)晶強(qiáng)化；高密度晶體缺陷；形成過飽和固溶體。2．非平衡亞穩(wěn)態(tài)能夠存在的原因。第二節(jié)非晶態(tài)材料非晶態(tài)合金成分的主要特點(diǎn)及快速凝固技術(shù)；非晶態(tài)的結(jié)構(gòu)特性；非晶態(tài)合金的性能；非晶態(tài)合金的制備及應(yīng)用。第三節(jié)材料的準(zhǔn)晶態(tài)準(zhǔn)晶的形成過程；準(zhǔn)晶的結(jié)構(gòu)特征與性能；準(zhǔn)晶的應(yīng)用。2、教學(xué)要點(diǎn)通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，對材料的穩(wěn)定態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)有個(gè)清晰的認(rèn)識，熟悉亞穩(wěn)態(tài)常見的類型，能夠解釋說明非平衡的亞穩(wěn)態(tài)能夠存在的原因；了解非晶態(tài)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特性、非晶態(tài)合金性能、非晶態(tài)合金的制備及應(yīng)用等；熟悉準(zhǔn)晶態(tài)的含義，了解準(zhǔn)晶的結(jié)構(gòu)特征、性能及應(yīng)用狀況。第十三章新能源材料1、教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)鋰離子電池材料鋰離子電池材料概述；鋰離子電池正、負(fù)極材料的研究；二次鋰離子電池電介質(zhì)研究的進(jìn)展等。第二節(jié)鎳氫電池材料鎳氫電池材料概述、鎳氫電池的正極材料、鎳氫電池的負(fù)極材料——儲(chǔ)氫合金、Ni-MH電池的電解液第三節(jié)燃料電池材料燃料電池材料概述、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池2、教學(xué)要點(diǎn)通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，掌握鋰離子電池的原理，了解鋰離子電池常用的三種正極材料的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，了解鋰離子電池固體電解質(zhì)的種類及特點(diǎn)；掌握鎳氫電池的原理，了解儲(chǔ)氫合金的分類方法、性能特點(diǎn)與合成方法；了解燃料電池與常規(guī)電池的主要區(qū)別，掌握質(zhì)子交換膜傳導(dǎo)質(zhì)子的原理。第十四章智能材料1、教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)智能材料概述介紹智能材料的發(fā)展歷程，定義與特性。第二節(jié)神秘的形狀記憶智能材料形狀記憶效應(yīng)的概念、實(shí)質(zhì)，形狀記憶材料與開發(fā)過程，形狀記憶陶瓷與形狀記憶聚合物的開發(fā)應(yīng)用。第三節(jié)發(fā)展中的電流變液智能材料電流變液的概念、分類及電流變液效應(yīng)，電流變液的影響因素（微粒、載體、水、表面活性劑、溫度、濃度），電流變液的應(yīng)用及材料的研究進(jìn)展。2、教學(xué)要點(diǎn)通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，對智能材料的發(fā)展過程及應(yīng)用狀況有個(gè)詳細(xì)的了解，掌握智能材料的基本概念和特性，重點(diǎn)掌握形狀記憶效應(yīng)的概念與實(shí)質(zhì)，了解常用的形狀記憶效應(yīng)材料的特性及應(yīng)用；掌握電流變液的概念及分類、電流變液的影響因素等，了解電流變液材料的研究進(jìn)展。三、各章課時(shí)分配表章序號章內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)第一章緒論2第二章新型無機(jī)非金屬材料4第三章新型金屬材料2第四章新型聚合物合成材料2第五章新型復(fù)合材料4第六章梯度功能材料2第七章電性材料2第八章磁性材料2第九章光學(xué)材料2第十章生物材料2第十一章納米材料2第十二章非晶、準(zhǔn)晶材料2第十三章新能源材料4第十四章智能材料4總計(jì)36參考書目：趙連澤，新型材料學(xué)導(dǎo)論，南京：南京大學(xué)出版社，2000張立德，牟季美，納米材料和納米結(jié)構(gòu)，北京：科學(xué)出版社，2001劉云旭