《固體化學(xué)》教學(xué)大綱

《固體化學(xué)》課程教學(xué)大綱課程名稱：固體化學(xué)課程類別：專業(yè)選修課適用專業(yè)：化學(xué)考核方式：考查總學(xué)時(shí)、學(xué)分：32學(xué)時(shí)2學(xué)分其中實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：0學(xué)時(shí)一、課程教學(xué)目的固體化學(xué)(Solid-stateChemistry)是研究固體物質(zhì)的制備、組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的化學(xué)分支學(xué)科。主要針對(duì)化學(xué)專業(yè)的本科生開設(shè)。通過對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)，對(duì)無機(jī)材料的制備、結(jié)構(gòu)確定、性能測(cè)試及其應(yīng)用有一個(gè)較全面的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生能夠了解固體材料的合成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其應(yīng)用的基本原理，掌握相應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，為今后從事化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域的研究工作打下必要的理論基礎(chǔ)。二、課程教學(xué)要求通過本課程的課堂教學(xué)，要求學(xué)生掌握晶體的坐標(biāo)空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)與倒易空間點(diǎn)陣的變換關(guān)系；固體能帶理論；固體缺陷分類以及價(jià)鍵類型和點(diǎn)缺陷之間的關(guān)系；固溶體各種反應(yīng)方法的反應(yīng)機(jī)理；固體的鑒定表征技術(shù)；熟悉了解一些低維固體材料的特點(diǎn)與應(yīng)用，并對(duì)材料的磁學(xué)性能獲得很好的認(rèn)識(shí)。最終通過本課程的學(xué)習(xí)，可以運(yùn)用晶體結(jié)構(gòu)、能帶理論和點(diǎn)缺陷對(duì)固體材料的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行專業(yè)的理論分析，加深對(duì)固體材料的性質(zhì)理解，為今后從事化學(xué)與材料領(lǐng)域的科學(xué)研究奠定理論基礎(chǔ)。三、先修課程《無機(jī)化學(xué)》、《分析化學(xué)》、《物理化學(xué)》、《結(jié)構(gòu)化學(xué)》和《晶體化學(xué)》四、課程教學(xué)重、難點(diǎn)晶體的坐標(biāo)空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)與倒易空間點(diǎn)陣的變換關(guān)系；固體能帶理論；點(diǎn)缺陷的局域能級(jí)，價(jià)鍵類型與點(diǎn)缺陷的關(guān)系；各種反應(yīng)方法的反應(yīng)機(jī)理；固體鑒定表征技術(shù)的基本原理；熟悉了解目前不同二維材料的特征及其應(yīng)用。最終可以利用固體化學(xué)所學(xué)的基本理論和原理對(duì)固體材料的性質(zhì)進(jìn)行分析研究。五、課程教學(xué)方法與教學(xué)手段本課程采用啟發(fā)式教學(xué)，突出重點(diǎn)，講透原理，理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題的能力。在教學(xué)中采用板書、電子教案及多媒體教學(xué)等相結(jié)合的教學(xué)手段，以確保全面、高質(zhì)量地完成課程教學(xué)任務(wù)。六、課程教學(xué)內(nèi)容第一章結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)（6學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容（1）通過晶體與非晶體以及分子型物質(zhì)在宏觀性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)上的區(qū)別介紹晶體的基本性質(zhì)；（2）重點(diǎn)介紹晶體結(jié)構(gòu)的幾何理論、倒易點(diǎn)陣?yán)碚?、約化胞理論，介紹幾種典型的晶體結(jié)構(gòu)；（3）講解晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性、晶體坐標(biāo)空間點(diǎn)陣與倒易點(diǎn)陣的變換關(guān)系等知識(shí)。2.重、難點(diǎn)提示（1）重點(diǎn)是晶體與非晶體和分子型物質(zhì)的區(qū)別;晶體的坐標(biāo)空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)與倒易空間點(diǎn)陣的變換關(guān)系。（2）難點(diǎn)是晶體坐標(biāo)空間點(diǎn)陣與倒易空間點(diǎn)陣的關(guān)系。第二章固體中的化學(xué)鍵及能帶理論簡(jiǎn)介（4學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容（1）從原子結(jié)構(gòu)出發(fā)，介紹晶體中五種原子相互作用的物理本質(zhì)以及相應(yīng)晶體的物理特性；（2）介紹金屬電子性質(zhì)的自由電子理論費(fèi)米面、態(tài)密度、簡(jiǎn)并度以及能帶的概念；（3）介紹各種化學(xué)鍵占主導(dǎo)的晶體的能帶結(jié)構(gòu)，并基于能帶理論對(duì)比分析金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的不同性質(zhì)；介紹本征半導(dǎo)體和摻雜的n(或p)型半導(dǎo)體的概念以及p-n結(jié)的結(jié)構(gòu)與特性。2.重、難點(diǎn)提示（1）重點(diǎn)是五種基本化學(xué)鍵(金屬鍵、離子鍵、共價(jià)鍵、范德華力、氫鍵)以及相應(yīng)晶體的物理學(xué)特性，鮑林規(guī)則，能帶理論的幾個(gè)基本概念，金屬、半導(dǎo)體以及絕緣體的區(qū)別。（2）難點(diǎn)是能帶理論。第三章固體中的缺陷（6學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容（1）簡(jiǎn)單介紹固體中的各種缺陷的分類、定義、表示方法以及兩種基本本征點(diǎn)缺陷；（2）講解對(duì)固體進(jìn)行元素?fù)诫s時(shí)形成的雜質(zhì)缺陷以及反應(yīng)缺陷方程式:應(yīng)用電子和空穴的概念和能帶理論基礎(chǔ)知識(shí)詳細(xì)講解摻雜后形成的點(diǎn)缺陷的局域能級(jí)；（3）講解缺陷締合體以及締合缺陷的生成與分解以及相應(yīng)的缺陷能級(jí)，引入色心的概念;介紹固體中的價(jià)鍵類型和點(diǎn)缺陷之間的關(guān)系，討論固體中缺陷的施主和受主行為。2.重、難點(diǎn)提示（1）重點(diǎn)是兩種基本本征點(diǎn)缺陷(弗蘭克爾缺陷和肖特基缺陷),雜質(zhì)缺陷以及反應(yīng)缺陷方程式，點(diǎn)缺陷的局城能級(jí)，固體中的價(jià)鍵類型和點(diǎn)缺陷之間的關(guān)系。（2）難點(diǎn)是缺陷方程式，點(diǎn)缺陷的局域能級(jí)，價(jià)鍵類型與點(diǎn)缺陷的關(guān)系。第四章固溶體（6學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容（1）介紹固相法、水熱溶劑熱法、溶膠凝膠法等一-些典型的固體物質(zhì)制備方法；（2）重點(diǎn)講解離子交換及插層化學(xué)法、薄膜生長(zhǎng)機(jī)理、電化學(xué)還原法和單晶體生長(zhǎng)方法。2.重、難點(diǎn)提示（1）固相反應(yīng)，水熱-溶劑熱法，溶膠凝膠法，離子交換和插層反應(yīng)方法，薄膜制備方法及生長(zhǎng)機(jī)理，單晶生長(zhǎng)方法。（2）各種反應(yīng)方法的反應(yīng)機(jī)理。第五章無機(jī)固體的鑒定技術(shù)（6學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容（1）衍射技術(shù)、顯微鏡技術(shù)、光譜技術(shù)和熱分析技術(shù)原理、特點(diǎn)和它們的應(yīng)用；（2）以及上述方法在固體化學(xué)中能解決什么樣的問題。2.重、難點(diǎn)提示（1）重點(diǎn)是XRD,IR-Raman,UV-Vis,XPS,TEM,SEM,AFM,NMR,ESR.（2）難點(diǎn)是XRD,XPS,SEM,TEM,AFM.第六章低維固體材料（2學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容（1）一維固體材料。（2）二維材料。2.重、難點(diǎn)提示（1）重點(diǎn)是石墨，石墨插層化合物，石墨烯，二硫化鉬，磷烯，銻烯；（2）難點(diǎn)是石墨烯性質(zhì)。第七章材料的磁學(xué)性能（2學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容（1）固體中磁性的起源，主要集中在自由原子、離子和部分充滿殼層的原子核離子中；（2）材料中磁性的重要類型，包括順磁性、鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性。2.重、難點(diǎn)提示（1）重點(diǎn)是磁性起源，順磁性，鐵磁性。（2）難點(diǎn)是磁矩間的相互作用。七、學(xué)時(shí)分配章目教學(xué)內(nèi)容教學(xué)環(huán)節(jié)理論教學(xué)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)一結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)60二固體中的化學(xué)鍵及能帶理論簡(jiǎn)介40三固體中的缺陷60四固溶體60五無機(jī)固體的鑒定技術(shù)60六低維固體材料20七材料的磁學(xué)性能20總計(jì)學(xué)時(shí)320八、課程考核方式1.考核方式：筆試；開卷2.成績(jī)構(gòu)成試卷成績(jī)九、選用教材和參考書目［1］《固體化學(xué)導(dǎo)論》，蘇勉曾著，北京大學(xué)出版社，1987年；［2］《固體化學(xué)及其應(yīng)用》[美]AnthonyR.West著，