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文本内容:
功能材料
一、课程介绍《功能材料》是无机非金属材料工程专业的专业教育选修课,是一门多学科交叉的课程课程内容涵盖当前功能材料领域各个主要分支,包括材料体系的基本概念、原理介绍、制备工艺、功能应用及未来发展趋势使学生掌握功能材料合成的基本原理和方法,介绍多种功能材料的新知识、新理论、新技术和新工艺,使学生对功能材料有深刻了解,掌握功能材料的种类、性能特点和应用通过对典型功能材料的介绍,使学生了解如何开发材料的功能特性,并具备运用所学知识开发设计新功能材料及器件的基本素质本课程所讲述的内容包括超导材料、储氢材料、磁性材料、半导体材料、光学材料、功能转换材料等共6章,共计26学时,其中理论教学20学时,实验教学6学时,以期末理论课考试、实验报告及平时作业的形式结课IntroductionFunctional Materialsisone of the selectivecourses forstudents majoringin inorganicnonmetallicmaterials.This course is aninterdisciplinary subjectinvolving awide rangeofknowledge.Different typesof functional materials andtheir applications areto betaught.The maincontent of this coursecovers thebasic concepts,principles,preparation techniques,functional applicationsand futuredevelopment trendsofthematerial systemdeveloped inthemain branchesof currentfunctionalmaterials.The aimof this courseisto enablestudentsto masterbasic principlesand methodsof functionalmaterial synthesis,to introducethenew knowledge,new theory,new technologyand newtechnology ofvarious functionalmaterials,to enablestudents tohave adeeper understandingof functionalmaterials,and toenablestudents tomaster thebasic types,performance characteristicsand applicationsoffunctional materials.After studyingthiscourse,students shouldunderstand howto developthefunctional characteristicsof materials,
8、考核要求、考核方式及成绩评定标准1课程考核成绩由期末考试50~70%、平时作业10〜20%和实验考核20-30%三部分组成平时成绩包括课堂测验、课后作业、出勤、课堂活动等的相关成绩2期末考试以闭卷形式,采用统一评分标准,公正、公平、公开3平时作业和实验效果评价,采用百分制记载,期末采用加权累计的方法计分具体评分标准在教学活动进行之前发布在课程网站上公示给所有学生4最终课程考核成绩采用百分制,满分100分,60分为及格考核方式、内容、评分标准与课程目标的对应关系课程评价依据考核方式考核内容评分标准评价占比%目标各种功能材料的基本概念、类型、组成、基本原理、制备工艺方法、基本性能及主要应用等基础知识,功能材按采分点评分,以具体期末考试闭卷考试40-70料的设计/开发解决方案的基试卷的评分标准为准本方法与技术,功能材料设计及制备技术的各种影响因1素影响发光材料性能的各种因影响因素分析的全面实验成绩实验报告20-30素分^5性及正确度课堂表现及学生参与问题讨论的情况,参与讨论的积极程度随堂测验相关基础知识的掌握程度和回答问题的正确率5-20平时成绩学生对相关知识的掌握程度课后作业问题分析的正确度5-20几种典型功能材料的基本原理、制备方法、性能特点及按采分点评分,以具体期末考试闭卷考试改善性能的措施,材料领域40-70试卷的评分标准为准复杂工程问题的分析2根据影响发光材料性能的多工艺流程设计的合理种因素-,设计出发光材料制实验成绩实验报告性,工艺流程图的规范20-30备工艺流程,画出工艺流程性,及发光原理阐明的图,并阐明其原理准确性课堂表现及学生参与问题讨论的情况,参与讨论的积极程度平时成绩5-20随堂测相关基础知识的掌握和回答问题的正10验程度确率学生对相关知识的掌握程度课后作业问题分析的正确度5-20针对功能材料新产品、新工艺、新技术和新设备的特定按采分点评分,以具体3期末考试闭卷考试需求以及特定条件,合理选40-70试卷的评分标准为准择研究路线,设计出具体的研究方案针对发光材料的研究,采用选择研究路线的合理化学共沉淀法,利用XRD及性,以及具体研究方案实验成绩实验报告荧光分光光度计等检测设备,20-30设计的可行选择研究路线,设计具体的性研究方案课堂表现及学生参与问题讨论的情况,参与讨论的积极程度随堂测验相关基础知识的掌握程度和回答问题的正确率5-20平时成绩学生对相关知识的掌握程度课后作业问题分析的正确度5-20典型功能材料的制备、性能检测及分析的基本知识和技能根据所设计的研究方案,选择实验装置与设备,构建按采分点评分,以具体期末考试闭卷考试40-70实验体系,采集实验数据,试卷的评分标准为准对实验结果的归纳、分析和解释,得出结论实验装置与设备的选择是否合适,构建的实根据所设计的发光材料研究4验体系安全可靠性,采方案,选择实验装置与设备,集的实验数据准确性,实验成绩实验报告构建实验体系,采集实验数对实验结果归纳、分析20-30和解释的完整性及合据,并对实验结果进行归纳、理性,得出的结论合理分析和解释,最后得出结论有效性课堂表现及学生参与问题讨论的情况,参与讨论的积极程度随堂测验相关基础知识的掌握程度和回答问题的正确率5-20平时成绩学生对相关知识的掌握程度课后作业问题分析的正确度5-
209、其他说明无11and havethe capabilityof usingthe knowledgeto designnew functionalmaterials anddevices.The contentofthiscourse has6chapters,including superconductingmaterials,hydrogenstorage materials,magnetic materials,semiconductor materials,optical materialsandfunctional conversionmaterials.It hasa totalof26class hours,including20class hoursoftheoretical teachingand6class hoursof experimentalteaching.The courseis completedinthe formof finaltheory courseexamination,experiment reportand usualhomework.课程基本信息课程名称功能材料课程编码432215英文名称Functional Materials课程学时26课程学分
1.5课程类别专业教育课程课程性质选修课开课学期第6学期课内实验学时6适用专业无机非金属材料工程专业开课单位无机非金属材料系选用教材《功能材料概论》.哈尔滨工业大学出版社.殷景华,王雅珍,鞠刚主编
1.《功能材料概论》.化学工业出版社.邓少生,纪松主编
2.《功能材料》.北京航空航天大学出版社.田蔚主编主要参考书
3.《现代功能材料导论》.科学出版社.温树林主编
二、教学大纲
1、课程目标1)使学生理解并掌握各种功能材料的基本概念、类型、组成、基本原理、制备工艺方法、基本性能及主要应用等,使学生掌握功能材料的设计/开发解决方案的基本方法与技术,了解功能材料设计及制备技术的各种影响因素2)重点掌握几种典型功能材料的基本原理、制备方法、性能特点及改善性能的措施,能够运用所学的基本原理和专业知识,并通过文献研究,识别、推演、分析材料领域复杂工程问题能够综合考虑到多种因素,设计满足特定需求的无机非金属材料与工艺流程,画出工艺流程图,能阐明其原理3)能够运用所学基本知识理论和技能,针对无机非金属功能材料新产品、新工艺、新技术和新设备的特定需求以及特定条件,合理地选择研究路线,并能够设计出具体的研究方案4)通过实验教学环节把所学的基础知识联系起来,使学生对功能材料的有关基本问题有一个较完整的概念,掌握典型功能材料的制备、性能检测及分析的基本知识和技能能够根据所设计的研究方案,选择合适的实验装置与设备,构建实验体系,安全开展实验工作,正确采集实验数据,对实验结果进行归纳、分析和解释,并能通过信息综合得到合理有效的结论教学目标与毕业要求的对应关系表可覆盖的毕业要求支撑的指标点课程目标支撑理由指标点
123453.1指标点:
3.1通过学习各种功能材料的基本掌握面向工程设计和产品开发全周期原理、组成及性能特点、制备全流程设计/开发解决方案的基本方方法等,使学生掌握每一种功法与技术,了解影响设计目标和技术能材料的设计/开发解决方案方案的各种因素的基本方法与技术,并了解影响每一种材料的设计目标和技术方案的各种因素
3.
2、
9.2指标点
3.2V通过实验课程,运用所学的发能够设计满足特定需求的无机非金属光材料的组成、发光原理、制材料与工艺流程备方法和性能特点等基本知识,使学生能够设计出可以满足长余辉蓄能发光要求的无机非金属发光材料及其工艺流程
4.
2、
9.2指标点
4.2V通过学习各种发光材料的基本原理、组成及性能特点、制备能够针对无机非金属材料新产品、新方法等,并结合实验课程,利工艺、新技术和新设备的用实验室现有的3特定需求和特定条件,选择研究路线,新设备,采用新技术及新工艺,能够选择合适的研究路线,设设计研究方案计出新型发光材料的研究方案
4.
3、
9.2指标点
4.3通过学习发光材料的基本知能够根据所设计的研究方案,选择合识,并结合实验课程,能够根适的实验装置与设备,构建实验系统,据所设计的研究方案,选择出安全地开展实验,正确地采集实验数合适的实验装置与设备,来搭据,能对实验结果进行归纳、分析和建制备发光材料的实验系统,解释,并通过信息综合得到合理有效并安全开展实验,正确地采集的结论实验数据,对实验结果进行归纳、分析和解释,并通过信息综合,最后得出合理有效的结论
2、教学要求了解功能材料在材料科学中的地位、发展简史、定义、分类方法及类型;了解功能材料学科前沿发展现状及未来发展趋势;理解并掌握典型功能材料的类型、组成、基本原理、制备工艺方法、性能特点及应用;了解如何开发材料的功能特性,并具备运用所学知识开发设计新功能材料及器件的基本素质;掌握各种功能材料结构与性能的基本关系;要求学生在识记的基础上,较好地理解所学内容,全面正确地掌握基本概念、基本原理,并且能够进行简单分析和判断;掌握综合运用理论和技术手段进行识别和判断典型功能材料制备的关键环节和关键参数,并能分析其工艺过程的影响因素;能够根据典型功能材料的性能要求设计出材料制备方法、工艺流程及工艺参数;能够基于科学原理和科学方法,针对某种功能材料,选择合适的研究路线,设计出研究方案,并搭建实验装置和实验系统,开展实验及收集实验数据通过教学,紧扣课程目标,使学生了解功能材料是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料作为新世纪的青年不仅要有良知与社会责任感、具有创新精神,更要有坚实的专业知识,这样才能更好地服务于社会在课程的讲授过程中注重理论与实际相结合,通过实验使学生亲自操作,培养学生的实际动手能力和团结协作精神,既可以提高学生对课程内容的兴趣又可以使学生具有责任感和使命感,从而更好的完成课程目标
3、预备知识或先修课程要求本课程的先修课是《粉体工程与设备》、《无机非金属材料工艺学》、《无机材料物理化学》、《材料科学基础》、《材料性能与表征》等课程
44、教学方式课程由理论课堂教学和实验教学两部分组成,理论课堂教学采用多媒体动画教学方式理论授课20学时,教师讲授与课堂讨论相结合;实验教学6学时,以学生操作、设计为主,教师引导、答疑为辅
5、实验环境和设备1)材料制备设备实验室配备电子天平、磁力加热搅拌仪、离心分离机、烘箱、高温炉和各种器皿等2)性能测试设备X射线衍射仪、荧光分光光度计
6、课程教学内容及学时分配绪论(1学时)
一、功能材料的发展简史及发展趋势
二、功能材料的定义
三、功能材料的类型重点功能材料的分类难点不同的功能材料分类标准,会产生不同的分类,需要说明各种分类的着重点教学目的主要是简要介绍功能材料的发展、分类,以及新型功能材料的研究进展讨论分析典型功能材料的发展现状和功能材料的分类第一章超导材料(3学时)§
1.1超导材料的基础特性§
1.2低温超导材料§
1.
31.3高温超导材料§
1.4超导材料的应用重点超导体的基础特性;化合物超导体的制备方法难点第二类超导体的基本特性及制备本章教学要求了解超导现象;掌握第一类超导体和第二类超导体的基本特性,理解并掌握超导材料的基础特性,掌握临界温度、临界磁场、临界电流和临界电流密度、比热容突变、迈斯纳效应、同位素效应等的基本概念;理解合金类超导体的制备工艺;掌握化合物超导体的制备方法,了解高温超导陶瓷的发展情况;掌握高温超导体的结构和物性特征;了解超导材料的应用本章教学目的通过学习超导材料的基础特性、超导材料的制备工艺及高温超导体的结构和物性特征,提高分析问题和解决问题的能力,提升设计/研发具有更高临界转变温度的超导体的能力第二章储氢材料(3学时)§21储氢材料的储氢原理§
2.2储氢材料的分类§
2.3储氢材料的应用重点各种储氢材料的晶体结构、掺杂改性和吸氢、释氢的原理难点根据P-C-T曲线对储氢材料性能的分析讨论本章教学要求掌握储氢材料的定义及其储氢的原理,掌握储氢材料应具备的条件,理解并掌握储氢材料的类型及其性质;了解储氢材料的应用本章教学目的通过学习储氢材料的储氢原理及储氢材料的应用,提高储氢新材料设计研发能力第三章磁性材料(3学时)§31软磁材料§42硬磁材料§53磁记录材料重点常用的软磁材料和硬磁材料的性质;磁记录原理难点磁记录材料的读写过程的相关机理本章教学要求掌握几种常用的软磁材料和硬磁材料的性能特点;掌握磁记录原理;了解磁头材料和磁记录介质材料的组成、性质及应用等本章教学目的通过对磁性材料的学习,拓展知识面,提升新的磁性材料设计研发能力第四章半导体材料(3学时)§
1.1典型半导体材料§
1.2半导体微结构材料§
1.3非晶态半导体重点组分超晶格、掺杂超晶格;非晶态半导体的能带模型难点超晶格的构成;非晶态半导体的能带模型本章教学要求了解半导体材料的类型、主要用途;掌握硅和铭的性质、晶体的制备:理解并掌握组分超晶格,掺杂超晶格,多维超晶格,应变超晶格及超晶格中的电子状态;理解非晶态半导体的能带模型及其电学和光学性质本章教学目的通过了解半导体材料的类型及各类半导体性能特点,提高半导体产品设计/开发能力第五章光学材料(4学时)§51激光材料§62光纤材料§73红外材料§84发光材料§95光色材料§10晶材料重点光纤的结构、分类及不同类型光纤的光传导模式;光致发光的原理;光色玻璃和光色晶体着色和褪色的原理;液晶的结构、液晶的效应难点光传导原理以及光纤损耗及改善;光致发光的原理;光色玻璃和光色晶体着色和褪色的原理本章教学要求了解激光的产生理解激活离子和基质晶体;掌握光纤的结构及分类,掌握光在光纤中传输的基本原理;了解石英玻璃光纤、多组分玻璃光纤、晶体光纤以及红外光纤的组成和性质;理解电子束激发发光、场致发光、X射线激发发光;掌握光致发光的原理;掌握光色玻璃的制备、变色原理,理解光色晶体、光存储材料的性质;理解并掌握液晶的结构、液晶的效应,了解液晶材料及应用本章教学目的通过对各种光学材料基本原理、性能及制备方法的掌握,培养综合分析问题的能力,提升设计/开发新型光学材料的能力第六章功能转换材料(3学时)§
1.
26.1压电材料§
1.3热释电材料§
1.4光电材料§
1.5热电材料§
1.6电光材料§
1.
76.6磁光材料§
6.7声光材料重点压电效应、热释电效应、光电效应、光电导效应、光生伏特效应、光电发射效应、热电效应、电光效应、磁光效应、声光效应本章教学要求理解压电效应、热释电效应、光电效应、光电导效应、光生伏特效应、光电发射效应、热电效应、电光效应、磁光效应、声光效应的定义,了解压电材料、热释电材料、光电材料、热电材料、电光材料、磁光材料、声光材料的应用本章教学目的通过对各类功能转换材料的学习,拓展知识面,提升分析问题的能力课程内容及教学方式对课程目标的支撑关系支持序课程内容教学方式课程号目标1绪论以课堂讲授为主,线上教学为辅1第一章超导材料§11超导材料的基础特性以系统讲授为主,采取翻转课堂的混合式教学模式,将低阶知识在线上完成,课堂§
1.2低温超导材料2精讲知识应用过程,辅以随堂测验课上
1、2§
1.3高温超导材料可进行小组讨论活动,由学生来讲解,教师做点评§
1.4超导材料的应用第二章储氢材料以系统讲授为主,采取翻转课堂的混合式教学模式,将低阶知识在线上完成,课堂§
2.1储氢材料的储氢原理精讲知识应用过程,辅以随堂测验课上
31、2§
2.2储氢材料的分类可进行小组讨论活动,由学生•来讲解,教师做点评§
2.3储氢材料的应用第三章磁性材料以系统讲授为主,采取翻转课堂的混合式教学模式,将低阶知识在线上完成,课堂§
3.1软磁材料精讲知识应用过程,辅以随堂测验课上
41、2§
3.2硬磁材料可进行小组讨论活动,由学生来讲解,教师做点评§
3.3磁记录材料第四章半导体材料以系统讲授为主,采取翻转课堂的混合式教学模式,将低阶知识在线上完成,课堂§
4.1典型半导体材料精讲知识应用过程,辅以随堂测验课上
1、
2、5§
4.2半导体微结构材料可进行小组讨论活动,由学生来讲解,教3师做点评§
4.3非晶态半导体第五章光学材料§
5.1激光材料§
5.2光纤材料以系统讲授为生,采取翻转课堂的混合式教学模式,将低阶知识在线上完成,课堂§
5.3红外材料
1、
2、6精讲知识应用过程,辅以随堂测验课上
3、4可进行小组讨论活动,由学生来讲解,教§
5.4发光材料师做点评§
5.5光色材料§
5.6液晶材料第六章功能转换材料§
1.11压电材料§
1.2热释电材料以系统讲授为主,采取翻转课堂的混合式§
1.3光电材料教学模式,将低阶知识在线上完成,课堂7精讲知识应用过程,辅以随堂测验课上
1、2§
1.4热电材料可进行小组讨论活动,由学生来讲解,教§
1.5电光材料师做点评§
1.
66.6磁光材料§
1.
76.7声光材料
7、实验项目内容、学时分配、实验小组序实验学时分组实验教学实验项目内容提要号类型分配人数地点要求依据实验发光材料的原料配方设计,实验方法及合成工艺设无机非效果及实制备及性能测计,用化学共沉淀法制备发光材料前躯金属材1综合性62-4验报告进体,高温燃烧合成发光材料,发光材料料系试行综合评物相组成分析,发光材料发光性能分析实验室价9。