《磁性材料與器件》課程教學大綱

《磁性材料與器件》課程教學大綱一、課程名稱（中英文）中文名稱：磁性材料與器件英文名稱：MagneticMaterialsanddevices二、課程代碼及性質專業(yè)選修課程三、學時與學分總學時：32學分：2四、先修課程《大學物理》、《材料科學基礎》、《固體物理》、《量子力學》五、授課對象本課程面向功能材料專業(yè)學生開設六、課程教學目的（對學生知識、能力、素質培養(yǎng)的貢獻和作用）本課程是功能材料專業(yè)的選修課之一，其教學目的包括：1、掌握了用于解決功能材料領域復雜問題的磁學基礎知識。并能夠應用相關基本原理，識別、表達、結合文獻研究分析復雜工程問題，獲得有效結論。2、掌握磁性功能材料的合成與制備技術的原理及特點，能夠采用科學方法，具備合理設計制備功能材料的復雜實驗、開展科學研究的能力。3、了解磁性材料的技術前沿和發(fā)展趨勢，正確認識該技術領域在社會經(jīng)濟發(fā)展中所起的作用。了解磁性材料與器件問題的特征，掌握解決復雜工程問題的設計方法。4、掌握文獻檢索、資料查詢、現(xiàn)代網(wǎng)絡搜索工具的使用方法。能夠應用現(xiàn)代工具撰寫報告、設計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令。表1課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系畢業(yè)要求及其指標點本課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求1：工程知識能夠將數(shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于解決復雜工程問題。1.1掌握了用于解決功能材料領域復雜問題的數(shù)學基礎知識。1.2掌握了用于解決功能材料領域復雜問題的物理、化學等自然科學基礎知識。課程目標11.3掌握了用于解決功能材料領域復雜問題的工程力學基礎知識。1.4掌握了用于解決功能材料領域復雜問題的工程檢測與控制基礎知識。1.5系統(tǒng)掌握了專業(yè)知識，能夠將所學知識用于解決功能材料領域復雜問題。畢業(yè)要求2：問題分析能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論。2.1能夠應用工程數(shù)學基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論。2.2能夠應用物理、化學基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，獲得有效結論。課程目標12.3能夠應用力學基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，獲得有效結論。2.4能夠應用工程科學基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，獲得有效結論。畢業(yè)要求3：設計/開發(fā)解決方案能夠設計針對復雜工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮法律、健康、安全、文化、社會以及環(huán)境等因素。3.1了解功能材料與器件問題的特征，掌握解決復雜工程問題的設計方法。課程目標23.2在考慮法律、健康、安全、文化、社會以及環(huán)境等制約因素的前提下，能夠設計（開發(fā)）針對復雜功能材料與器件問題的解決方案，具備設計（開發(fā)）滿足特定工程需求的功能材料系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程的能力。3.3在設計（開發(fā)）過程中，具有追求功能材料領域復雜問題創(chuàng)新解決的態(tài)度和意識，掌握了基本的創(chuàng)新方法，清楚創(chuàng)新方向及領域。畢業(yè)要求4：研究能夠基于科學原理并采用科學方法對復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結論。4.1掌握功能材料的合成與制備技術的原理及特點，能夠采用科學方法，具備合理設計制備功能材料的復雜實驗、開展科學研究的能力。課程目標24.2掌握功能材料與器件的分析測試技術的原理及主要特點，能夠采用科學方法，正確構建并實施功能材料與器件測試的綜合實驗，得出正確結果的能力。4.3能正確使用和處理實驗數(shù)據(jù)，通過信息綜合處理，具備對復雜的功能材料和器件的測試結果進行正確分析的能力。4.4了解功能材料制備與測試所需的常用設備、實驗儀器及實驗方法，具備調控設備及儀器參數(shù)，進行測控和維護的能力。畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具能夠針對復雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性。5.1掌握文獻檢索、資料查詢、現(xiàn)代網(wǎng)絡搜索工具的使用方法。課程目標45.2了解功能材料專業(yè)重要資料來源及獲取方法。5.3具備應用各類文獻、信息及資料進行功能材料與器件領域的工程實踐的能力。5.4掌握功能材料與器件領域復雜工程問題的預測與模擬方法，理解其局限性。畢業(yè)要求6：工程與社會能夠基于工程相關背景知識進行合理分析，評價專業(yè)工程實踐和復雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應承擔的責任。6.1了解與功能材料相關的國家方針、政策與法律法規(guī)，能夠評價工程實踐對社會、健康、安全、法律以及文化的影響。6.2了解功能材料專業(yè)的特點及其對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，能夠正確評價各種功能材料制備與表征方案的優(yōu)劣。6.3能正確認識功能材料的制備和加工中的各種復雜工藝對于客觀世界和社會的影響，理解并能夠承擔的相應工程和社會責任。畢業(yè)要求7：環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展能夠理解和評價針對復雜工程問題的工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。7.1了解功能材料專業(yè)的專業(yè)特征、學科前沿和發(fā)展趨勢，正確認識本專業(yè)對于社會發(fā)展的重要性。課程目標37.2能正確理解和評價功能材料領域復雜問題的實施對環(huán)境保護及社會可持續(xù)發(fā)展等的影響。7.3在解決功能材料領域復雜的實際問題中，能夠正確理解并考慮工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。畢業(yè)要求8：職業(yè)規(guī)范具有人文社會科學素養(yǎng)、社會責任感，能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責任。8.1具有人文社會科學素養(yǎng)，理解世界觀、人生觀的基本意義及其影響。8.2了解中國國情，理解中國可持續(xù)科學發(fā)展道路以及個人的做人規(guī)范，具有較高的社會責任感。8.3在工程實踐中，理解工程師的職業(yè)性質、職業(yè)責任,具備工程師的職業(yè)道德8.4具有健康的體質和良好的心理素質，能較好地履行責任。畢業(yè)要求9：個人和團隊能夠在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色。9.1具備較寬廣的本學科基礎知識和較高的個人素質，能夠在多學科背景下，承擔個人及團隊成員的作用。9.2具備良好的團隊協(xié)作精神，善于和團隊其它成員協(xié)作、互補、交往。9.3能夠承擔團隊負責人角色，具備綜合團隊成員意見和建議，進行合理決策之領導能力。畢業(yè)要求10：溝通能夠就復雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令。并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。10.1較好地掌握了一門外語，了解不同文化的差異，具有一定的跨文化交流能力。10.2了解本專業(yè)領域及其相關行業(yè)的國內外的技術現(xiàn)狀，具有較強的業(yè)務溝通能力與競爭能力。10.3能夠應用現(xiàn)代工具撰寫報告、設計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令，就復雜的專業(yè)工程問題進行有效溝通和交流。課程目標4畢業(yè)要求11：項目管理理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟決策方法，并能在多學科環(huán)境中應用。11.1了解電子及材料工程管理和經(jīng)濟決策的基本知識，理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟決策方法。11.2具備應用工程管理和經(jīng)濟決策知識實踐的工作能力，具有一定的組織、管理及領導能力，能夠較好地通過口頭或書面方式表達自己的想法。11.3具有較強的綜合歸納能力，能在多學科環(huán)境中加于應用。畢業(yè)要求12：終身學習具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應發(fā)展的能力。12.1對終身學習的重要性，有自覺的意識和正確的認識。12.2能夠采用合適的方法，自我學習、提高的能力。12.3能夠適應社會進步與發(fā)展，與時代同步。七、教學重點與難點：課程重點：本課程首先重點介紹磁性的起源，并針對鐵磁性材料，介紹其技術磁化手段。在了解磁性及技術磁化相關物理理論知識的基礎上，重點學習不同磁性材料（包括軟磁材料，永磁材料，磁記錄材料及其他功能磁性材料等）的制備方法，性能調控（飽和磁化，剩余磁化及矯頑力等）及相關應用。重點學習的章節(jié)內容包括：第2章“物質的磁性”（6學時）第3章“技術磁化”（6學時）、第4章“軟磁材料”（3學時）、第5章“永磁材料”（3學時）。第5章“磁記錄材料”（4學時）課程難點：通過本課程的學習，充分理解順磁性，抗磁性，鐵磁性，亞鐵磁性，反鐵磁性的差異。系統(tǒng)掌握鐵磁性產(chǎn)生的相關基本理論。充分理解磁疇的形成過程及磁疇對材料磁性性能的影響，系統(tǒng)掌握對磁疇的調控各種方法的主要特點、影響因素和適用范圍。在對磁性原理的理解和技術磁化的掌握的基礎上，系統(tǒng)掌握性能各異的磁性材料的制備工藝，并能對不同磁性材料的磁性特點合理的分析，從而具備設計功能性磁性器件的能力。八、教學方法與手段：教學方法：在課堂講授中，教師全面而又有所側重地闡述各章節(jié)的主要教學內容。教學課件的內容安排將與教科書中的內容相配合，力圖起一個提綱挈領的作用。每一次課后，學生溫習自學教科書上的相關內容，并結合文獻檢索與資料查詢，對所學內容加以拓展和鞏固。適當安排討論課。討論課有利于提高學生的主體意識和對課堂的參與度，并能加強學生之間以及師生之間的交流互動，從而能夠強化教學效果。教學手段：多媒體幻燈片放映，結合黑板板書。九、教學內容與學時安排（1）總體安排教學內容與學時的總體安排，如表2所示。表2基本教學內容與學時安排序號課程內容課堂（學習、討論）學時課外（準備、復試、實踐）學時1磁學基礎知識222物質的磁性663技術磁化664軟磁材料335永磁材料336磁記錄材料447其他功能磁性材料88（2）具體內容各章節(jié)的具體內容如下：第一章磁學基礎知識（2學時）1.1靜磁現(xiàn)象1.2材料的磁化1.3磁性和磁性材料的分類第二章物質的磁性（6學時）2.1原子磁矩2.2抗磁性2.3順磁性2.4鐵磁性2.5反鐵磁性2.6亞鐵磁性第三章技術磁化（6學時）3.1磁性材料中的基本現(xiàn)象3.2磁疇結構3.3技術磁化3.4動態(tài)磁化第四章軟磁材料（3學時）4.1衡量軟磁材料的重要指標4.2提高起始磁導率的途徑4.3金屬軟磁材料4.4鐵氧體軟磁材料4.5納米晶軟磁材料第五章永磁材料（3學時）5.1衡量永磁材料的重要指標5.2提高永磁體性能的途徑5.3金屬永磁材料5.4鐵氧體永磁材料5.5稀土永磁材料第六章磁記錄材料（4學時）6.1磁記錄概述6.2磁頭及磁頭材料6.3磁記錄介質及介質材料6.4磁光記錄材料6.5磁泡及磁泡材料第七章其他功能磁性材料（4學時）7.1磁性液體7.2磁致伸縮材料7.3磁電阻材料7.4磁制冷材料（3）各章節(jié)的課后思考題（作業(yè)）及討論要求思考題（課后作業(yè)）：第1章思考題：1、內稟矯頑力和磁感矯頑力有什么區(qū)別和聯(lián)系？2、物質的磁性可以分為幾類？他們各有什么特點？第2章思考題：1、物質的抗磁性是怎樣產(chǎn)生的？為什么說抗磁性是普遍存在的？2、簡述物質鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性的區(qū)別與聯(lián)系。3、利用洪德法則計算鐵原子的原子磁矩。第3章思考題：1、材料的磁化機制有哪幾種？各有什么特點？2、已知Co的飽和磁化強度μ0Ms=1.79T,K3、用λ100和λ111表示立方晶體沿著<110>方向4、順磁性和超順磁性都表現(xiàn)為宏觀上的磁無序，試論述其差異點。第4章思考題：1、對軟磁材料的基本性能要求有哪些？2、提高軟磁材料的起始磁導率的途徑有哪些？3、常用的金屬軟磁材料有哪些？他們各有什么特點，分別有哪些應用？4、與傳統(tǒng)晶態(tài)材料相比，非晶軟磁材料有哪些優(yōu)勢？如何制備非晶磁性材料？第5章思考題：1、永磁材料可以分為幾大類？他們在性能和應用場合上有哪些差別？2、鐵氧體永磁材料有什么特點，有哪些應用，如何制備？3、如何提高永磁材料的剩磁Mr和矯頑力H4、簡述稀土永磁材料的發(fā)展歷程。第6章思考題：1、概述磁記錄的基本過程。2、模擬式磁記錄和數(shù)字式磁記錄有何差別？3、磁頭課分為幾種類型？常用磁頭材料有哪些？4、磁泡是怎樣產(chǎn)生的？作為磁泡材料，應滿足哪些條件？第7章思考題：1、什么是磁性液體？與傳統(tǒng)意義上的固態(tài)磁性材料相比，磁液有何特性？2、列舉出典型的磁致伸縮材料，磁致伸縮材料有何應用？3、什么是磁電阻？磁電阻效應包括哪些種類？各自產(chǎn)生的機理是什么？4、簡述實現(xiàn)磁制冷的原理和技術。討論（思考題及作業(yè)）要求：1、每章節(jié)學習結束后，學生都要按上課教師的具體要求以書面的形式做一定數(shù)量的思考題，作為平時的作業(yè)成績（按約20%計入課程總成績）。十、教材及參考書教材：《磁學基礎與磁性材料》，嚴密，彭曉領編著，浙江大學出版社，2006年。參考書：1.《磁性物理學》，宛德福，馬興隆編著，電子科技大學出版社，1994年。2.《磁性材料》，田民波編著，清華大學出版社，2001年。十一、課程成績評定與記載課程考核及評價細則課程考核及評價細則，詳見表3。

表3課程考核及評價細則成績組成考核/評價環(huán)節(jié)分值考核/評價細則對應的教學目標平時成績30%上課表現(xiàn)10根據(jù)學生平時上課的出勤率、課堂表現(xiàn)及互動情況，視其對課程學習的態(tài)度及積極程度，按10%計入課