《材料化学》课程教学大纲

第四学年（2009级）《材料化学》课程教学大纲课程代码：070127课程性质：专业任选总学时：32学时总学分：2开课学期：第七学期适用专业：化学先修课程：物理化学、结构化学大纲执笔人：GDFG参加人：FGDF审核人：GFG修订时间：2012年9月编写依据：化学专业人才培养方案（2009）年版授课班级：09级化学一、课程介绍《材料化学》材料化学是一门研究材料的制备、组成、结合、性质及其应用的科学。它既是材料科学的一个重要分支，也是材料科学的核心内容，同时又是化学学科的一个组成部分。材料化学对于从事材料研究与制备的学生和工程技术人员来说是一门重要的课程。通过教学，要求学生能熟悉和了解材料的化学组成及结构方面的基础知识、材料相变的化学热力学理论，以及金属材料、非金属材料、高分子材料、复合材料的制备过程、结构特性与使用性能之间的关系。二、本课程教学在专业人才培养中的地位和作用能源、信息和材料被认为是当今社会发展的三大支柱，其中材料更是科学技术发展的物质基础。没有先进的材料，就没有先进的工业、农业和科学技术。从世界科技发展史可以看出，重大的技术革新往往起始于材料的革新，而近代新技术（如原子能、计算机、集成电路、航天工业等）的发展又促进了新材料的研制。因此，近年来材料科学技术受到人们的普遍重视并获得迅猛发展。各种材料主要来源于化学制造和化学开发，材料化学在材料科学的发展中诞生和成长，并在整个科学技术体系中占有特别重要的位置。因此，材料化学既是材料科学的一个重要分支，也是材料科学的核心内容，同时又是化学学科的一个组成部分。学生学习本课程后，能够了解和掌握材料化学研究领域的基础知识，拓展在材料科学领域的学术视野和知识面，加强数学、物理、化学等方面的基本理论和基本知识，增强分析问题、解决问题的能力，促进理论与实践的结合。三、本课程教学所要达到的基本目标“材料化学”作为本科生高年级的专业限选课程，打破单一专业培养界限，在奠定学生化学专业基础的同时，拓展了学生在材料科学领域的学术视野和知识面，促进理科学生将基础理论与应用领域结合，为社会培养跨学科创新型人才。四、学生学习本课程应掌握的方法与技能通过本课程的学习，学会晶体学等的基本概念和原理，熟悉或掌握材料制备（或合成）、材料加工、材料结构与性能测定等方面的基本原理和基本实验技能，具备分析问题和解决问题的能力。为将来进行与材料相关的理论或工程研究、从事与材料相关的工作打下必要的基础。五、本课程与其他课程的联系与分工本课程体系体现了学科间与无机化学、结构化学、物理化学等其他学科的交叉和渗透，有机地把晶体化学理论与材料的结构与性能结合起来，彰显了基础理论和实际应用的结合。六、本课程的教学内容与目的要求课程以结晶化学为体系构成一个完整的理论框架。用一个全新的讲述角度，注意理论与材料的内在关联，将种类众多、内容丰富的材料的组成、结构、性能，穿插在结晶化学的理论框架和体系中。在描述各种晶体典型结构的同时，对相关材料加以介绍。【第一章】晶体学基础（共6学时）1、教学目的和要求：（1）掌握晶体结构的周期性、对称性（2）了解X射线衍射技术（3）了解晶体结构的描述2、教学内容：（1）晶体结构的周期性：晶体结构的周期性与点阵；晶体结构参数；实际晶体（2）晶体结构的对称性：对称性的基本概念；晶体的宏观对称性；晶体的微观对称性（3）晶体结构的X射线衍射：晶体X射线衍射基本原理；衍射方向；衍射强度；常用晶体X射线衍射实验方法（4）晶体结构的描述3、教学重点和难点：（1）重点：晶体结构的周期性；晶体结构的对称性（2）难点：晶体结构的X射线衍射4、本章思考题：（1）点阵和晶体的结构有何关系？（2）衍射和反射有何关系？【第二章】非整比化合物材料与亚稳态材料（共6学时）1、教学目的和要求：（1）了解晶体结构的特性（2）了解晶体点群的分类和非正比化合物的分类（3）熟悉液晶材料和玻璃陶瓷材料的特性及应用2、教学内容：（1）晶体结构和晶体的性质：晶体特征；晶体点群和晶体的物理性质（2）非整比化合物材料：晶体缺陷与非整比化合物；非整比化合物材料及其应用（3）液晶材料：液晶和塑晶；液晶的特性；液晶材料；液晶显示技术（4）亚稳态材料：纳米晶材料；非晶态材料；准晶态材料（5）玻璃和陶瓷：玻璃；陶瓷3、教学重点和难点：（1）重点：晶体结构和晶体的性质；晶体缺陷（2）难点：晶体缺陷；晶体点群4、本章思考题：（1）晶体与其他物质完全不同的特殊性质是什么？（2）什么是非整比化合物材料？（3）液晶材料的发展是怎样的？【第三章】金属材料（共4学时）1、教学目的和要求：（1）了解金属材料的特征与应用（2）掌握金属单质结构及合金结构2、教学内容：（1）金属特性与金属键：自由电子理论；能带理论（2）金属单质结构：金属单质结构的近似模型——等径圆球密堆积；三维密堆积的三种典型形式；金属单质结构概况；金属原子半径（3）合金结构：金属固溶体；金属化合物；合金结构与性能（4）金属材料：轻质金属材料；钢铁；铜及其合金（5）新型合金材料：储氢合金；形状记忆合金；高性能合金（6）稀土材料：稀土发光材料；稀土磁性材料；稀土催化材料3、教学重点和难点：（1）重点：金属的特性与金属键的关系；金属单质结构（2）难点：合金结构4、本章思考题：（1）金属的特性和金属键之间有什么关系？（2）合金的结构与性能有怎样的关系？（3）记忆合金的特性有哪些？【第四章】无机非金属材料（共4学时）1、教学目的和要求：（1）掌握离子晶体的结构（2）掌握分子间作用力与超分子化学的概念（3）了解非金属材料的分类、应用2、教学内容：（1）离子晶体：几种二元离子晶体的典型结构形式；离子键和晶格能；离子半径；Goldschmidt结晶化学定律；关于多元复杂离子晶体结构的规则—Pauling规则（2）分子间作用力与超分子化学：分子间作用力；超分子化学；晶体工程与分子自组装（3）无机非金属材料：无机非金属材料的分类；碳素材料；单质硅；无机化合物材料；硅酸盐材料3、教学重点和难点：（1）重点：离子键和晶格能；分子间作用力（2）难点：超分子化学；无机非金属材料的分类4、本章思考题：（1）二元离子晶体的典型结构形式有哪些？（2）如何正确理解离子半径的概念？（3）何谓超分子化学？【第五章】有机高分子材料（共4学时）1、教学目的和要求：（1）了解功能高分子材料的分类、应用领域（2）掌握高分子化合物的合成方法2、教学内容：（1）高分子材料概述：高分子材料的概念、分类与发展（2）高分子化合物的结构特征：高分子化合物的一级结构、二级结构、三级结构与四级结构（3）高分子材料的性能：高分子化合物与小分子化合物的区别；高分子材料的性能（4）高分子化合物的合成方法：自由基聚合；离子聚合；配位聚合；可控/活性聚合；缩合聚合；加成缩合聚合；逐步加成聚合；氧化偶联聚合；高分子化学反应；聚合反应实施方法（5）塑料：塑料概述；塑料的应用（6）橡胶：橡胶概述；橡胶的应用（7）纤维：纤维概述；纤维的应用（8）涂料：涂料概述；涂料的应用（9）黏合剂与密封材料：黏合剂与密封材料概述；黏合剂与密封材料的应用（10）功能高分子材料：功能高分子材料概述；物理功能高分子材料；化学功能高分子材料；生物功能高分子材料（11）聚合物基复合材料：聚合物基复合材料概述；聚合物基复合材料的应用3、教学重点和难点：（1）重点：高分子化合物的合成方法；功能高分子材料的分类、应用（2）难点：高分子化合物的合成方法4、本章思考题：（1）高分子材料如何分类，在哪些方面有应用？（2）高分子化合物有哪些合成方法？【第六章】纳米材料（共3学时）1、教学目的和要求：（1）了解纳米材料的分类、性能及应用（2）掌握纳米粉体、纳米复合材料、碳纳米管的制备2、教学内容：（1）纳米科技及纳米材料：纳米科技进展；量子尺寸效应；纳米材料分类（2）纳米材料的制备：纳米粉体的合成；纳米复合材料的制备；碳纳米管的制备（3）纳米材料的结构与性质：纳米材料的结构；纳米材料的性质；纳米结构测试技术（4）纳米材料的应用：纳米材料在高科技中的地位；纳米材料在信息能源方面的应用；纳米材料在化学化工方面的应用；纳米光学材料的应用；纳米材料在生物及医学方面的应用；纳米材料在建筑与环保方面的应用3、教学重点和难点：（1）重点：纳米材料的分类、性能及应用；纳米材料的制备（2）难点：纳米复合材料、碳纳米管的制备4、本章思考题：（1）什么是纳米材料，其有哪些特性？（2）纳米材料有哪些应用？【第七章】新型功能材料（共3学时）1、教学目的和要求：（1）了解功能材料的分类、性质及应用（2）掌握超导材料的性能及应用2、教学内容：（1）超导材料：超导体的基本物理性质；超导体的临界参数；超导机理；超导材料的种类；超导材料的性能；超导材料的应用（2）功能转换材料：光电转换材料；磁光材料；声光材料（3）能源转换与储能材料：能源转换；化学反应储能材料；相变储能材料；热电、压电和铁电材料；锂离子电池（4）生物材料：生物聚合材料；生物陶瓷；生物降解及药物控制释放材料（5）信息功能材料：半导体信息功能材料；信息存储材料；光电子及光纤维材料3、教学重点和难点：（1）重点：功能材料的分类、性质及应用；超导材料的性能及应用（2）难点：各种新型功能材料的性能4、本章思考题：（1）什么是功能材料？（2）什么是超导材料？（3）超导机理如何？七、本课程教学时数分配表章节标题学时分配讲授习题一晶体学基础6二非整比化合物材料与亚稳态材料6三金属材料4四无机非金属材料4五有机高分子材料4六纳米材料3七新型功能材料32合计32八、教材和主要参考资料1、推荐教材：《材料化学》（第2版）．李奇，陈光巨．高等教育出版社，2010年2、主要参考资料：《材料科学基础》．胡赓祥．上海交通大学出版社，2002年《材料化学导论》．唐小真．高等教育出版社，1997年九、课程考核与成绩评定方法1、命题要求（1）命题内容要求命题不超出本大纲规定的教学内容，侧重于对教学重点内容的选择。（2）命题的覆盖面、难易度、题型结构等要求命题的覆盖面：本大纲规定的七章教学内容，命题时应最少涉及到四章内容。命题的难易度：难度适中，能力层次分值分配按了解30、理解50、综合应用20进行。题型结构：名词解释（或选择题）、填空题、简答题、问答题（或计算题）。2、考核方法及用时本课程考核按考查课程的要求进行，期末测试可采取开卷或闭卷考试，期末测试用时2小时。3、课程考核成绩构成成绩采用百分制；学期总成绩=作业成绩×30%+考勤成绩×30%+期末测试成绩×40%；作业成绩为不少于（课时数÷6）次作业的平均成绩。