《功能材料》教學(xué)大綱-

《功能材料》教學(xué)大綱-《功能材料》課程教學(xué)大綱

一、課程基本信息

1、課程名稱（中/英文）：功能材料/FunctionalMaterials

2、課程性質(zhì)：專業(yè)限選課

3、周學(xué)時/學(xué)分：4/2

4、授課對象：應(yīng)用化學(xué)

二、課程簡介

功能材料是一大類具有特別電、磁、光、聲、熱、力、化學(xué)以及生物功能的新型材料，是信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域和國防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，同時對改造某些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，如農(nóng)業(yè)、化工、建材等，起著重要的作用。本課程重點介紹當今各種功能材料的討論進展狀況，以及相關(guān)結(jié)構(gòu)與性能和應(yīng)用狀況。

三、教學(xué)目的與基本要求

(注：必需明確要達到的學(xué)問、力量要求)

使同學(xué)了解功能材料在材料科學(xué)中的地位以及功能材料的特點，把握典型的功能材料的基本原理、材料類型以及主要用途；使同學(xué)既有堅實的功能材料物理基礎(chǔ)，又有肯定的有用材料的基本性能和應(yīng)用學(xué)問。通過本課程學(xué)習(xí)，使同學(xué)對典型功能材料，如能源材料、信息功能材料、梯度功能材料、功能合金和智能材料等研發(fā)覺狀及其應(yīng)用有肯定的了解，把握各種功能材料結(jié)構(gòu)與性能的基本關(guān)系。要求同學(xué)能夠在識記的基礎(chǔ)上，較好地理解所學(xué)內(nèi)容，全面正確地把握基本概念、基本原理，并且能夠進行簡潔分析和推斷。以同學(xué)為中心，在不斷擴充奠定同學(xué)材料學(xué)問基礎(chǔ)上，使之具備相關(guān)文獻查閱、獵取和分析評述的力量，培育他們的學(xué)習(xí)愛好，分別以自我和群組的方式不斷學(xué)習(xí)，主動關(guān)懷熟悉四周世界的材料，喜愛材料的世界，有為制造、改良和完善材料而努力的意愿，從而形成一段有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)受。

四、教學(xué)進度表

五、考核方式和成果評定方法

1、考核方式：資料查閱、專題分組爭論報告、開卷考、總結(jié)報告、閉卷考

2、成果評定方法：平常作業(yè)及課程參加、資料查閱及分組爭論、期中考核、課程小結(jié)報告、期末考核成果分別為15%、10%、20%、15%、40%.

六、正文

第一章緒論（教學(xué)時數(shù)2）

教學(xué)目的：本章主要是簡要介紹功能材料的進展、分類，以及新型功能材料的討論進展。爭論分析六大類新型功能材料的進展現(xiàn)狀和功能材料的分類。

教學(xué)重點：功能材料的分類

教學(xué)難點:不同的功能材料分類標準，會產(chǎn)生不同的分類，需要說明各種分類的著重點。.

主要教學(xué)方法：

1、PPT多媒體和板書；

2、結(jié)合同學(xué)背景，給同學(xué)啟發(fā)式的問題進行思索。

1.1材料在人類社會進展中地位

1.2材料的分類

1.3功能材料的特征和分類

1.4功能材料的現(xiàn)狀和展望

本章基本概念：

功能材料、結(jié)構(gòu)材料、分類標準

本章思索題:

1.簡述功能材料的分類。

2.簡述功能材料的特點。

3.分別敘述六種新型功能材料的特點及應(yīng)用。

其次章儲氫材料（教學(xué)時數(shù)8）

教學(xué)目的：以LaNi5為代表，在分析氫能源優(yōu)缺點和固態(tài)儲氫原理的基礎(chǔ)上，闡述稀土、TiFe、Mg系和堿金屬輕質(zhì)儲氫材料的結(jié)構(gòu)、特性和進展應(yīng)用的狀況，讓同學(xué)具備儲氫材料性能基本評價的力量。

教學(xué)重點：各種儲氫材料的晶體結(jié)構(gòu)、摻雜改性和吸氫、釋氫的原理。

教學(xué)難點:依據(jù)P-C-T曲線對儲氫材料性能的分析爭論。

主要教學(xué)方法：

1、PPT多媒體和板書；

2、對不同儲氫材料的分析比較爭論。

2.1能源問題與儲氫

2.2不同儲氫方式的比較

2.3儲氫材料技術(shù)現(xiàn)狀

2.4儲氫合金的評價

2.5儲氫合金的其它重要性能

本章基本概念：

P-C-T曲線、形成焓、儲氫容量、固溶體和氫化物

本章思索題

1．依據(jù)物理化學(xué)原理，敘述儲氫材料的儲氫原理。

2．簡述金屬氫化物的重要應(yīng)用。

第三章外形記憶材料（教學(xué)時數(shù)4）

教學(xué)目的：依據(jù)外形記憶現(xiàn)象，介紹外形記憶的誘因和現(xiàn)象，讓同學(xué)把握TiNi合金相變的特征溫度、典型晶體結(jié)構(gòu)、外形記憶效應(yīng)分類，對Ti、Fe和Cu基外形記憶合金和外形記憶陶瓷和高聚物作簡要的說明，并對其相應(yīng)的應(yīng)用狀況進行介紹。

教學(xué)重點：TiNi溫度誘變外形記憶過程中奧氏體和馬氏體相互轉(zhuǎn)變的特征溫度及相關(guān)的結(jié)構(gòu)特征。

教學(xué)難點:外形記憶相變過程中的結(jié)構(gòu)—溫度相圖。.

主要教學(xué)方法：

1、PPT多媒體和板書；

2、讓同學(xué)進行表格歸納比繳，對重要的晶體結(jié)構(gòu)進行文獻查閱。

3.1外形記憶效應(yīng)及分類

3.2外形記憶效應(yīng)機理與超彈性

3.3外形記憶合金分類

3.4外形記憶陶瓷與聚合物簡介

3.5外形記憶材料的應(yīng)用

本章基本概念：

外形記憶效應(yīng)、奧氏體開頭和完成溫度、馬氏體開頭和完成溫度、外形記憶效應(yīng)分類、超彈性和偽彈性

本章思索題:

1.簡述外形記憶效應(yīng)及其機理。

2.舉例說明各種外形記憶材料的應(yīng)用。

第四章梯度功能材料（教學(xué)時數(shù)2）

教學(xué)目的：在自然?梯度材料的基礎(chǔ)上，引出梯度功能材料的性能、組成與結(jié)構(gòu)的梯度變化特點，描述梯度功能材料的進展背景、制備技術(shù)和應(yīng)用狀況。讓同學(xué)了解梯度功能材料設(shè)計、評價和應(yīng)用的特點，以及各種關(guān)鍵制備技術(shù)的應(yīng)用范圍。

教學(xué)重點：梯度功能材料的性能、組成和結(jié)構(gòu)梯度變化的特征和相關(guān)的制備技術(shù)

教學(xué)難點:如何依據(jù)微觀組織結(jié)構(gòu)的各種表征結(jié)果和性能測試數(shù)據(jù)分析實際制備材料的梯度變化特征。.

主要教學(xué)方法：

1、PPT多媒體和板書；

2、課堂分組爭論。

4.1梯度功能材料的進展與定義

4.2梯度功能材料的制備技術(shù)

4.3梯度功能材料的應(yīng)用

4.4梯度功能材料的特性評價

本章基本概念：

梯度功能材料、等離子噴涂、自擴散合成SHS、激光熔敷、粉末冶金

本章思索題:

1．梯度功能材料的特點。

2．敘述幾種主要的梯度功能材料的制備技術(shù)。

第五章磁記錄材料（教學(xué)時數(shù)4）

教學(xué)目的：本章主要在敘述水平記錄和垂直記錄原理的基礎(chǔ)上，介紹磁帶、磁盤、磁頭等幾種典型磁記錄材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能的特點，并對磁光材料的克爾效應(yīng)和法拉第效應(yīng)，以及磁光盤的結(jié)構(gòu)進行介紹。

教學(xué)重點：不同磁記錄材料的讀寫過程及相關(guān)的效應(yīng)。

教學(xué)難點:磁光材料讀、寫過程的相關(guān)機理及應(yīng)用。.

主要教學(xué)方法：

1、PPT多媒體和板書；

2、在課程溝通區(qū)進行爭論。

5.1磁性材料在存儲材料中的應(yīng)用

5.2磁記錄原理

5.3幾種磁介質(zhì)材料

5.4磁光效應(yīng)與磁光材料

5.5常用磁光材料。

本章基本概念：

水平記錄、垂直記錄、雜化記錄、磁光材料、克爾效應(yīng)

本章思索題:

1．水平、垂直和雜化磁記錄模式的區(qū)分。

2．對磁記錄材料的要求。

3．簡述磁光記錄過程的主要特征。

第六章半導(dǎo)體存儲器材料（教學(xué)時數(shù)4）

教學(xué)目的：本章在介紹ROM、RAM、EPROM、E2PROM和Flash基本器件結(jié)構(gòu)和原理的基礎(chǔ)上，著重講解元素和化合物半導(dǎo)體的襯底材料、介質(zhì)層材料和金屬化材料的應(yīng)用狀況，同時也對相變存儲和鐵電存儲的相關(guān)材料存儲機理進行介紹。

教學(xué)重點：半導(dǎo)體存儲器ROM、RAM、EPROM、E2PROM和Flash基本器件結(jié)構(gòu)和原理

教學(xué)難點:半導(dǎo)體存儲器件不同部分對材料的要求.

主要教學(xué)方法：

1、PPT多媒體和板書；

2、器件微觀結(jié)構(gòu)表征圖示。

6.1常見只讀存儲器ROM結(jié)構(gòu)和機理

6.2RAM存儲單元結(jié)構(gòu)

6.3當前常見計算機存儲器介紹

6.4EPROM、E2PROM和Flash基本器件結(jié)構(gòu)和原理

6.5相變存儲和鐵電存儲特點

本章基本概念：

ROM、RAM、EPROM、E2PROM和Flash存儲器、相變存儲、鐵電存儲

本章思索題:

1．敘述不同半導(dǎo)體存儲器材料的特點。

第七章光纖材料（教學(xué)時數(shù)4）

教學(xué)目的：在講解光纖光導(dǎo)原理的基礎(chǔ)上，本章進一步介紹了光纖的分類與特征，

以及不同的玻璃光纖和高聚物光纖的制備方法及組成特征。結(jié)合學(xué)科前沿闡述了光子晶體光纖的基本概念。

教學(xué)重點：不同類型光纖的光傳導(dǎo)模式，以及光纖組分、結(jié)構(gòu)對光纖窗口汲取光譜的影響。

教學(xué)難點:光傳導(dǎo)原理以及光纖損耗及改善

主要教學(xué)方法：

1、PPT多媒體和板書；

2、動畫說明光纖原理。

7.1光導(dǎo)原理與光纖

7.2光纖種類與特征

7.3不同玻璃光纖的制備方法

7.4高聚物光纖的進展與應(yīng)用

7.5光子晶體光纖簡介

本章基本概念：

光傳導(dǎo)原理、單模光纖、多模光纖、光子晶體、全反射、周期性介質(zhì)

本章思索題:

1．比較不同種類光纖的特征。

2．簡述光子晶體基本原理。

第八章智能材料（教學(xué)時數(shù)4）

教學(xué)目的：本章主要敘述智能材料的定義、特征、分類和討論現(xiàn)狀及應(yīng)用。強調(diào)了目前智能材料主要的討論方向，并對金屬、電流和磁流變體、電致變色、智能凝膠和外形記憶高分子等智能材料的特征進行了介紹。讓同學(xué)在幾類智能材料的基礎(chǔ)上，把握智能材料的基本特點。

教學(xué)重點：把握智能材料分類的基本狀況和幾類智能材料的特征。

教學(xué)難點:智能材料分類的特征和典型智能材料的結(jié)構(gòu)和性能特征。

主要教學(xué)方法：

1、PPT多媒體和板書；

2、查閱文獻作分組報告。

8.1智能材料的定義和生命特征

8.2智能材料的討論方向和分類

8.3金屬與非金屬系智能材料

8.4納米技術(shù)與智能材料

本章基本概念：

智能材料、生命特征、智能材料分類、智能誘因和特征

本章思索題:

1．說明智能材料的生命功能特征表現(xiàn)的幾個方面。

2．簡述幾種智能材料的機理。

第九章超導(dǎo)材料（教學(xué)時數(shù)4）

教學(xué)目的：本章主要敘述超導(dǎo)材料的性質(zhì)、微觀機制及其應(yīng)用。在基本超導(dǎo)體物理現(xiàn)象介紹的基礎(chǔ)上，讓同學(xué)進一步了解超導(dǎo)體的臨界參數(shù)和第I、II類超導(dǎo)體，并基本把握二流體模型、倫敦方程、金茨堡—朗道模型和BCS理論的微觀機制，進一步對高溫超導(dǎo)機制進行了解。

教學(xué)重點：把握超導(dǎo)材料的基本物理現(xiàn)象和微觀機制。

教學(xué)難點:超導(dǎo)材料的微觀機制。

主要教學(xué)方法：

1、PPT多媒體和板書；

2、查閱文獻作分組報告。

9.1超導(dǎo)體的基本物理現(xiàn)象

9.2超導(dǎo)體的臨界參數(shù)

9.3