《材料物理性能》課程教學(xué)大綱

1、材料物理性能課程教學(xué)大綱一、基本信息中文名稱:材料物理性能英文名稱：Material Physics Property編號(hào)：16043203性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)時(shí)和學(xué)分：總學(xué)時(shí)：40 總學(xué)分：2.5 理論學(xué)時(shí)：40 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)： 0適用學(xué)院及專業(yè)：學(xué)院：材料科學(xué)與工程 專業(yè)：材料化學(xué)先修課程：大學(xué)物理B、物理化學(xué)B、工程力學(xué)B、結(jié)構(gòu)化學(xué)開課學(xué)院、部、中心：材料科學(xué)與工程學(xué)院、材料化學(xué)系二、課程地位與作用材料物理性能是材料化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程，與材料化學(xué)、高分子化學(xué)、高分子物理、近代分析測試技術(shù)、材料化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)共同構(gòu)成材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)體系，材料性能是連接材料研究、開發(fā)、制備、加工過程與材

2、料應(yīng)用之間的紐帶，在材料四要素中居于重要地位。本課程系統(tǒng)介紹固體材料的導(dǎo)電性能、介電性能、光學(xué)性能、熱學(xué)性能、磁學(xué)性能、和力學(xué)性能的物理本質(zhì)、理論基礎(chǔ)、主要表征參量；材料性能與組成、結(jié)構(gòu)、工藝過程的關(guān)系及變化規(guī)律和環(huán)境影響因素；以及基本的性能測試技術(shù)與分析方法。本課程后繼課程有材料化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、近代分析測試技術(shù)、化學(xué)建材與性能檢測。三、課程教學(xué)目的和要求學(xué)生通過對(duì)該課程的學(xué)習(xí)，了解材料性能的特點(diǎn)和新型功能材料的前沿；理解材料性能微觀機(jī)理，理解物性與組成、結(jié)構(gòu)、工藝過程的關(guān)系及變化規(guī)律和環(huán)境影響因素，建立材料性能與結(jié)構(gòu)之間的構(gòu)效關(guān)系；掌握材料的導(dǎo)電性能、介電性能、光學(xué)性能、熱學(xué)性能、磁學(xué)性能和力

3、學(xué)性能的物理本質(zhì)、主要表征參量及基本的性能測試技術(shù)與分析方法。使學(xué)生具備分析和解決問題的能力，為畢業(yè)后從事材料設(shè)計(jì)、優(yōu)化、研發(fā)工作打下理論基礎(chǔ)。四、主要教學(xué)內(nèi)容第1章 緒論（1學(xué)時(shí)）教學(xué)要求：了解材料的分類及其在現(xiàn)代材料科學(xué)技術(shù)及生活中的應(yīng)用；理解材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)框架體系，材料性能的主要教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的及學(xué)習(xí)方法。 第2章 材料的電性能（8學(xué)時(shí)）教學(xué)要求：了解導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體三類材料的分類，了解超導(dǎo)體性能的分類、評(píng)價(jià)指標(biāo)及超導(dǎo)體的應(yīng)用；理解金屬的導(dǎo)體機(jī)制、離子導(dǎo)電理論、及本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體能帶特征；掌握能帶、原子能級(jí)、電子導(dǎo)電、離子導(dǎo)電、載流子、電阻率、電導(dǎo)率、本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體

4、基本概念，掌握能帶理論對(duì)導(dǎo)體、半導(dǎo)體電阻率與溫度關(guān)系的解釋。 重點(diǎn)：能帶、載流子、電阻率、電導(dǎo)率、本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體基本概念；導(dǎo)體、半導(dǎo)體電子導(dǎo)電理論；難點(diǎn)：能帶理論對(duì)導(dǎo)體、半導(dǎo)體的電子導(dǎo)電解釋。第3章 材料的介電性能（6學(xué)時(shí)）教學(xué)要求：了解介電測量技術(shù)，了解材料的熱電、鐵電、壓電效應(yīng)應(yīng)用；理解電介質(zhì)極化的各種機(jī)制，理解交變電場中的介電損耗微觀機(jī)理；掌握電介質(zhì)極化、位移極化、松弛極化、電介質(zhì)損耗、介電強(qiáng)度基本概念。重點(diǎn)：電介質(zhì)極化的各種機(jī)制，交變電場中的介電損耗。難點(diǎn)：交變電場中的介電損耗微觀機(jī)理。第4章 材料的光學(xué)性能（7學(xué)時(shí)）教學(xué)要求：了解光學(xué)性能材料的應(yīng)用；理解光和固體的相互作用（折

5、射、反射、透射和散），理解激光工作原理；掌握能帶理論對(duì)金屬材料、半導(dǎo)體材料、絕緣體材料的光學(xué)性能解釋，掌握光的折射率、反射系數(shù)、透射系數(shù)及影響因素，掌握自發(fā)輻射、受激吸收、受激輻射的基本概念，掌握光學(xué)性能的測試表征技術(shù)。 重點(diǎn)：折射率、反射系數(shù)、透射系數(shù)、自發(fā)輻射、受激輻射的基本概念；能帶理論對(duì)金屬材料、半導(dǎo)體材料、絕緣體材料的光學(xué)性能解釋。難點(diǎn)：能帶理論對(duì)金屬材料、半導(dǎo)體材料、絕緣體材料的光學(xué)性能解釋。第5章 材料的熱學(xué)性能 （8學(xué)時(shí)）教學(xué)要求：了解金屬、無機(jī)材料熱容，了解熱性能分析方法及在材料研究中應(yīng)用；理解晶格振動(dòng)及聲子概念，理解影響材料熱容的因素 、影響熱膨脹系數(shù)的因素、影響熱傳導(dǎo)的因

6、素；掌握材料的熱容、線膨脹系數(shù)、體膨脹系數(shù)、熱傳導(dǎo)的基本概念，掌握熱容的經(jīng)典理論、熱容的量子理論，熱膨脹本質(zhì)，導(dǎo)熱的微觀機(jī)制。重點(diǎn)：熱容、線膨脹系數(shù)、體膨脹系數(shù)、熱傳導(dǎo)的基本概念；熱容的經(jīng)典理論、熱容的量子理論；熱膨脹本質(zhì)；導(dǎo)熱的微觀機(jī)制。難點(diǎn)：熱容的量子理論；熱膨脹本質(zhì)；導(dǎo)熱的微觀機(jī)制。第6章 材料的磁學(xué)性能（4學(xué)時(shí)） 教學(xué)要求：了解磁學(xué)基本量及磁性材料分類及應(yīng)用；理解鐵磁性、亞鐵磁性材料特性；掌握物質(zhì)磁性本質(zhì)及磁化強(qiáng)度、磁導(dǎo)率、磁化率、磁疇的基本概念。重點(diǎn)：物質(zhì)磁性本質(zhì)。難點(diǎn)：磁疇和磁化。第7章 材料的力學(xué)性能（共10學(xué)時(shí)）教學(xué)要求：了解材料的強(qiáng)化途徑、材料的增韌途徑；理解形變機(jī)理：彈性形

7、變機(jī)理（金屬彈性變形本質(zhì)、高分子高彈態(tài)），金屬及高分子塑性形變機(jī)理，金屬高溫蠕變機(jī)理，高分子的蠕變，理解材料的斷裂形式、斷裂強(qiáng)度理論、Griffith 微裂紋理論；掌握材料力學(xué)基本概念：內(nèi)力、應(yīng)力、應(yīng)變、彈性形變、材料的塑性、蠕變、滯彈性、粘彈性，掌握材料力學(xué)基本定律：廣義虎克定律、牛頓流體定律，掌握常規(guī)材料力學(xué)性能指標(biāo)測試設(shè)備及方法，掌握裂紋擴(kuò)展的能量判據(jù)、應(yīng)力場強(qiáng)度因子、臨界應(yīng)力場強(qiáng)度因子（斷裂韌度）及材料使用壽命預(yù)測，掌握脆韌轉(zhuǎn)變影響因素。重點(diǎn)：材料形變基本概念：彈性形變、材料的塑性、蠕變、滯彈性、粘彈性；彈性形變機(jī)理、塑性形變機(jī)理；材料斷裂基本概念：應(yīng)力場強(qiáng)度因子、臨界應(yīng)力場強(qiáng)度因子（

8、斷裂韌度），裂紋擴(kuò)展能量判據(jù)及材料使用壽命預(yù)測。難點(diǎn)：彈性形變機(jī)理，塑性形變機(jī)理，高溫蠕變機(jī)理；斷裂強(qiáng)度理論、Griffith 微裂紋理論、應(yīng)力場強(qiáng)度因子、臨界應(yīng)力場強(qiáng)度因子（斷裂韌度）。五、課程考核和成績評(píng)定方式課程考核采用閉卷和平時(shí)考核方式相結(jié)合，閉卷占80%，平時(shí)考核占20%。六、教材及參考文獻(xiàn)1、教材劉勇，陳國欽，材料物理性能，北京，北京航空航天大學(xué)出版社，2015趙新兵，凌國平等，材料的性能，北京，高等教育出版社,20062、主要參考教材1劉強(qiáng)，黃新友，材料物理性能，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，20092邱成軍，王元化，王義杰，材料物理性能，哈爾濱，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,20093田蒔，材料物理性能，北京，北京航空航天大學(xué)出版社,20044 陳樹川，陳凌冰，材料物理性能，上海，上海交通大學(xué)出版社，