《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)大綱課程代碼：ABCL0301課程中文名稱：無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程英文名稱：PhysicalchemistryofInorganicmaterials課程性質(zhì)：專業(yè)必修課課程學(xué)時(shí)：72學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)部分納入綜合實(shí)驗(yàn)一課程學(xué)分：4.5學(xué)分授課對(duì)象：材料物理專業(yè)

本課程的前導(dǎo)課程：基礎(chǔ)化學(xué)、物理化學(xué)等一、課程簡(jiǎn)介《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》是無機(jī)非金屬材料、材料化學(xué)、材料物理等專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)理論課程。它闡述了與無機(jī)材料的組成、結(jié)構(gòu)、工藝和性能之間密切相關(guān)的一系列基礎(chǔ)理論，在基礎(chǔ)課（如大學(xué)物理、無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等）與專業(yè)課（日用陶瓷工藝學(xué)、建筑陶瓷工藝學(xué)、特種陶瓷工藝學(xué)、玻璃工藝學(xué)等）之間起著承前啟后的橋梁和紐帶作用，是從事無機(jī)材料科學(xué)研究和工程制造的科技人員必須具備的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。本課程也是無機(jī)材料專業(yè)碩士研究生入學(xué)考試必考科目之一?！稛o機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》是一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課，是無機(jī)材料專業(yè)必修的主干課程。其目的和任務(wù)是闡述本學(xué)科領(lǐng)域中的基本理論、基本概念；揭示材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系；探討過程變化的規(guī)律及如何利用這些規(guī)律來分析、解釋基本問題；為學(xué)習(xí)工藝知識(shí)等后續(xù)課程及從事無機(jī)材料工程技術(shù)和科學(xué)研究工作打下基礎(chǔ)。因此，通過本課程的學(xué)習(xí)可掌握無機(jī)材料方面的基本理論，基本概念；了解從硅酸鹽原料到成品的物理化學(xué)過程及變化規(guī)律；了解材料的組成、結(jié)構(gòu)及性能間的相互關(guān)系；了解高溫過程對(duì)材料結(jié)構(gòu)的影響及材料顯微結(jié)構(gòu)的形成規(guī)律。為學(xué)習(xí)工藝知識(shí)等后續(xù)課程及從事無機(jī)材料工程技術(shù)和科學(xué)研究工作打下基礎(chǔ)。該課程的教學(xué)目標(biāo)是：1、掌握無機(jī)材料方面的基本理論，基本概念；2、了解從硅酸鹽原料到成品的物理化學(xué)過程及變化規(guī)律；3、了解材料的組成、結(jié)構(gòu)及性能間的相互關(guān)系；4、了解高溫過程對(duì)材料結(jié)構(gòu)的影響及材料顯微結(jié)構(gòu)的形成規(guī)律；5、通過完成規(guī)定的作業(yè)和實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和分析、解決問題及動(dòng)手能力、實(shí)踐能力。二、教學(xué)基本內(nèi)容和要求知識(shí)單元1.1、物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)：物質(zhì)的組成、狀態(tài)及材料結(jié)構(gòu)；物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)（量子力學(xué)基礎(chǔ)、原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)）；原子之間的相互作用和結(jié)合（化學(xué)鍵結(jié)合、物理鍵結(jié)合、原子間距和空間排列）。學(xué)習(xí)目標(biāo)：(1)掌握物質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成狀態(tài)及材料結(jié)構(gòu)。(2)掌握物質(zhì)的基本組成單位原子之間的相互作用和結(jié)合狀態(tài)。(3)從原子角度理解材料的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。知識(shí)單元1.2、晶體化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)：晶體中的結(jié)合鍵，緊密堆積原理，影響離子晶體結(jié)構(gòu)的因素，鮑林規(guī)則，同質(zhì)多晶，晶體場(chǎng)理論和配位場(chǎng)理論學(xué)習(xí)目標(biāo)：(1)掌握等徑球的堆積規(guī)律；(2)了解影響離子晶體結(jié)構(gòu)的因素；(3)掌握鮑林規(guī)則分析離子晶體結(jié)構(gòu)；知識(shí)單元1.3、晶體結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)：晶體結(jié)構(gòu)（單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)、金屬晶體結(jié)構(gòu)、無機(jī)化合物結(jié)構(gòu)、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)），晶體結(jié)構(gòu)缺陷（點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷、固溶體、非化學(xué)計(jì)量化合物）學(xué)習(xí)目標(biāo)：(1)掌握各種類型晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；(2）掌握缺陷化學(xué)反應(yīng)表示法及熱缺陷濃度計(jì)算；(3)掌握固溶體的形成條件、固溶體的類型；(4）掌握非化學(xué)計(jì)量化合物類型，非化學(xué)計(jì)量化合物與固溶體的異同。知識(shí)單元1.4、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)：典型非晶態(tài)結(jié)構(gòu)（熔體的結(jié)構(gòu)、玻璃的結(jié)構(gòu)）學(xué)習(xí)目標(biāo)：(1)掌握熔體結(jié)構(gòu)聚合物理論、聚合物形成過程等。(2）掌握熔體的性質(zhì)與玻璃形成的結(jié)晶化學(xué)條件。(3）了解玻璃的通性、玻璃的結(jié)構(gòu)、常見玻璃類型。知識(shí)單元2.1、固體表面與界面知識(shí)點(diǎn)：表面自由能與表面張力，界面行為，固體表面與吸附膠體分散系，表面活性劑及其應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)：(1）了解固體表面結(jié)構(gòu)特性。(2）掌握晶體表面結(jié)構(gòu)即雙電層的形成對(duì)表面性質(zhì)的影響。(3)掌握粘土水系統(tǒng)的膠體化學(xué)，特別是粘土顆粒帶電的原因和陽離子吸附交換特性，以及吸附離子對(duì)粘土水系統(tǒng)膠體化學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律。知識(shí)單元3.1、相平衡及相圖知識(shí)點(diǎn)：相平衡及其研究方法，單元系統(tǒng)相圖，二元系統(tǒng)相圖及應(yīng)用舉例，三元系統(tǒng)相圖及應(yīng)用舉例三元系統(tǒng)相圖應(yīng)用舉例，四元系統(tǒng)相圖（選修）學(xué)習(xí)目標(biāo)：(1）培養(yǎng)學(xué)生掌握分析認(rèn)讀相圖的知識(shí)與能力，重點(diǎn)掌握三元系統(tǒng)分析相圖的規(guī)則方法。(2)一元系統(tǒng)主要掌握多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)的類型與特點(diǎn)及介穩(wěn)態(tài)。(3)二元系統(tǒng)主要掌握凝聚系統(tǒng)相圖的基本類型。(4)元系統(tǒng)重點(diǎn)掌握濃度三角形的性質(zhì)，分析三元相圖的規(guī)則，結(jié)晶路程的分析方法及結(jié)晶過程中各相量和各相組成的變化。知識(shí)單元4.1、擴(kuò)散知識(shí)點(diǎn)：擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)方程—Fick定律、Fick定律的應(yīng)用，固體擴(kuò)散機(jī)構(gòu)與擴(kuò)散系數(shù)，影響擴(kuò)散的因素。學(xué)習(xí)目標(biāo)：(1)重點(diǎn)掌握擴(kuò)散的宏觀規(guī)律與微觀機(jī)構(gòu)及影響擴(kuò)散的因素。(2)了解擴(kuò)散理論及固體中的擴(kuò)散。知識(shí)單元4.2、材料制備中的固相反應(yīng)知識(shí)點(diǎn)：固相反應(yīng)機(jī)理，固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，影響固相反應(yīng)的因素學(xué)習(xí)目標(biāo)：(1)了解固相反應(yīng)的特點(diǎn)、過程及動(dòng)力學(xué)關(guān)系。(2)重點(diǎn)掌握擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)方程及影響因素。知識(shí)單元4.3、材料中的相變知識(shí)點(diǎn)：相變分類、相變條件，液相一固相的轉(zhuǎn)變，液相一液相的轉(zhuǎn)變，有序一無序轉(zhuǎn)變，再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。學(xué)習(xí)目標(biāo)：(1)主要掌握液固相相變過程中晶核形成與晶體生長(zhǎng)的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)條件以及析晶過程的控制及影響因素。(2)了解相變的分類方法、幾種主要相變類型及液液相變概念與現(xiàn)象。知識(shí)單元4.4、燒結(jié)知識(shí)點(diǎn)：燒結(jié)的基本類型、燒結(jié)過程及機(jī)理，固相燒結(jié)，液相燒結(jié)，非常規(guī)燒結(jié)，影響燒結(jié)的因素。學(xué)習(xí)目標(biāo)：(1)重點(diǎn)掌握燒結(jié)的傳質(zhì)機(jī)理以及各種因素對(duì)燒結(jié)的影響。(2)掌握抑制晶粒生長(zhǎng)與防止二次重結(jié)晶的措施。(3)了解與燒結(jié)相關(guān)的基本概念及特種燒結(jié)原理。三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及基本要求本課程實(shí)驗(yàn)部分已納入專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)一。四、教學(xué)方法與手段1.教學(xué)方法本課程以課堂教學(xué)為主。教師在教學(xué)過程中，針對(duì)課程較難理解的概念適時(shí)提問，用提問、討論等方法促使學(xué)生思維，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極主動(dòng)思考的能動(dòng)性，以加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解，提高學(xué)習(xí)興趣。在描述物理性能時(shí)，盡量避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，而注重?cái)?shù)學(xué)關(guān)系式的物理意義，注重理論聯(lián)系實(shí)際。內(nèi)容深入淺出、容易理解。當(dāng)每堂授課結(jié)束后，適當(dāng)設(shè)置疑難問題，布置作業(yè)或思考題，在下次課前和學(xué)生進(jìn)行交流。2．教學(xué)手段采用多媒體教學(xué)手段，結(jié)合使用課件，以形象化資料激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)教學(xué)效果。在課堂教學(xué)中，充分利用多媒體教學(xué)手段，結(jié)合課件內(nèi)容設(shè)計(jì)的有助于理解課程內(nèi)容的動(dòng)畫，幫助學(xué)生理解概念，提高教學(xué)效果。1）討論課因本課程給定的學(xué)時(shí)少，教學(xué)內(nèi)容較多，在課堂教學(xué)中暫不專門安排討論課。教師在教學(xué)過程中，針對(duì)課程較難理解的概念適時(shí)提問，用老師提問、學(xué)生解答、老師針對(duì)性補(bǔ)充的方法促使學(xué)生思維，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極主動(dòng)思考的能動(dòng)性，以加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解，提高學(xué)習(xí)興趣。2）習(xí)題課因課時(shí)少，暫不安排習(xí)題課。利用課外輔導(dǎo)時(shí)間，講解課外作業(yè)中的共性問題。3）實(shí)驗(yàn)課材物化課的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)，概念多，主要以課堂講授為主，輔以必要的實(shí)驗(yàn)。除開出驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)外，為加強(qiáng)理論與實(shí)踐聯(lián)系，培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新和設(shè)計(jì)能力，本次修訂開設(shè)1項(xiàng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)——熔體的非均勻成核與析晶試驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是綜合了熔體與玻璃體、相平衡、相變等各章內(nèi)容的理論與實(shí)驗(yàn)要求而提出來的。4）課外作業(yè)課外作業(yè)是鞏固理論、強(qiáng)化概念及培養(yǎng)分析問題和獨(dú)立思考能力的重要環(huán)節(jié)，是檢驗(yàn)教與學(xué)的手段之一。習(xí)題應(yīng)包括概念題、計(jì)算題、綜合分析題等各種類型。例如硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)類型判別，熱缺陷濃度的計(jì)算，玻璃結(jié)構(gòu)學(xué)說的討論以及三元相圖析晶路程分析等。習(xí)題一次不宜過多過難，應(yīng)由易到難，由淺到深。課外作業(yè)以教材上的習(xí)題為主，適度增加一些自編習(xí)題及思考題。每講授完相關(guān)的知識(shí)單元后，布置相應(yīng)的習(xí)題與思考題。每次布置3-5道必做作業(yè)題，并認(rèn)真批改。5）自主學(xué)習(xí)提高學(xué)生自學(xué)能力和獲取知識(shí)能力是重要環(huán)節(jié)，要適當(dāng)布置學(xué)生自學(xué)的內(nèi)容。本課程的教學(xué)課件已掛在校園網(wǎng)上，學(xué)生可利用校園網(wǎng)，延伸了課堂教學(xué)的時(shí)空領(lǐng)域，提供了課外學(xué)習(xí)服務(wù)。學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)課堂進(jìn)行自學(xué)、復(fù)習(xí)、個(gè)性化學(xué)習(xí)。網(wǎng)站平臺(tái)可以提供在線提問，答疑系統(tǒng)、交流平臺(tái)，教師可以答疑學(xué)生問題。6）課外指導(dǎo)本課程各章節(jié)內(nèi)容既密切相關(guān)又相對(duì)獨(dú)立，涉及面廣，學(xué)習(xí)難度較大，根據(jù)學(xué)生的掌握情況還應(yīng)及時(shí)輔導(dǎo)答疑。課外指導(dǎo)主要是切實(shí)做好課后對(duì)學(xué)生輔導(dǎo)答疑和質(zhì)疑。原則上規(guī)定每講授完一章，輔導(dǎo)答疑1次。輔導(dǎo)答疑時(shí)間可安排在晚上學(xué)生自習(xí)時(shí)間，解答學(xué)生本章學(xué)習(xí)存在的問題，如有普遍性問題可集體輔導(dǎo)。五、教學(xué)學(xué)時(shí)分配學(xué)時(shí)講授討論課習(xí)題課實(shí)驗(yàn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)22晶體化學(xué)基礎(chǔ)44晶體結(jié)構(gòu)16106非晶態(tài)結(jié)構(gòu)752固體表面與界面862相平衡及相圖1192擴(kuò)散44材料制備中的固相反應(yīng)642材料中的相變862燒結(jié)66合計(jì)725616六、考核方式與成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)1.考核方式：閉卷考試2.成績(jī)?cè)u(píng)定：成績(jī)=考試成績(jī)×80%+平時(shí)作業(yè)成績(jī)20%（百分制）七、教學(xué)參考資源1、胡志強(qiáng)等編.無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ).化學(xué)工業(yè)出版社,2003年12