《材料物理性能》课程教学大纲

1、材料物理性能课程教学大纲一、基本信息中文名称:材料物理性能英文名称：Material Physics Property编号：16043203性质：专业基础课学时和学分：总学时：40 总学分：2.5 理论学时：40 实验学时： 0适用学院及专业：学院：材料科学与工程 专业：材料化学先修课程：大学物理B、物理化学B、工程力学B、结构化学开课学院、部、中心：材料科学与工程学院、材料化学系二、课程地位与作用材料物理性能是材料化学专业基础课程，与材料化学、高分子化学、高分子物理、近代分析测试技术、材料化学基础实验共同构成材料化学专业学生的专业基础知识体系，材料性能是连接材料研究、开发、制备、加工过程与材

2、料应用之间的纽带，在材料四要素中居于重要地位。本课程系统介绍固体材料的导电性能、介电性能、光学性能、热学性能、磁学性能、和力学性能的物理本质、理论基础、主要表征参量；材料性能与组成、结构、工艺过程的关系及变化规律和环境影响因素；以及基本的性能测试技术与分析方法。本课程后继课程有材料化学基础实验、近代分析测试技术、化学建材与性能检测。三、课程教学目的和要求学生通过对该课程的学习，了解材料性能的特点和新型功能材料的前沿；理解材料性能微观机理，理解物性与组成、结构、工艺过程的关系及变化规律和环境影响因素，建立材料性能与结构之间的构效关系；掌握材料的导电性能、介电性能、光学性能、热学性能、磁学性能和力

3、学性能的物理本质、主要表征参量及基本的性能测试技术与分析方法。使学生具备分析和解决问题的能力，为毕业后从事材料设计、优化、研发工作打下理论基础。四、主要教学内容第1章 绪论（1学时）教学要求：了解材料的分类及其在现代材料科学技术及生活中的应用；理解材料科学基础知识框架体系，材料性能的主要教学内容、学习目的及学习方法。 第2章 材料的电性能（8学时）教学要求：了解导体、半导体、绝缘体三类材料的分类，了解超导体性能的分类、评价指标及超导体的应用；理解金属的导体机制、离子导电理论、及本征半导体和杂质半导体能带特征；掌握能带、原子能级、电子导电、离子导电、载流子、电阻率、电导率、本征半导体、杂质半导体

4、基本概念，掌握能带理论对导体、半导体电阻率与温度关系的解释。 重点：能带、载流子、电阻率、电导率、本征半导体、杂质半导体基本概念；导体、半导体电子导电理论；难点：能带理论对导体、半导体的电子导电解释。第3章 材料的介电性能（6学时）教学要求：了解介电测量技术，了解材料的热电、铁电、压电效应应用；理解电介质极化的各种机制，理解交变电场中的介电损耗微观机理；掌握电介质极化、位移极化、松弛极化、电介质损耗、介电强度基本概念。重点：电介质极化的各种机制，交变电场中的介电损耗。难点：交变电场中的介电损耗微观机理。第4章 材料的光学性能（7学时）教学要求：了解光学性能材料的应用；理解光和固体的相互作用（折

5、射、反射、透射和散），理解激光工作原理；掌握能带理论对金属材料、半导体材料、绝缘体材料的光学性能解释，掌握光的折射率、反射系数、透射系数及影响因素，掌握自发辐射、受激吸收、受激辐射的基本概念，掌握光学性能的测试表征技术。 重点：折射率、反射系数、透射系数、自发辐射、受激辐射的基本概念；能带理论对金属材料、半导体材料、绝缘体材料的光学性能解释。难点：能带理论对金属材料、半导体材料、绝缘体材料的光学性能解释。第5章 材料的热学性能 （8学时）教学要求：了解金属、无机材料热容，了解热性能分析方法及在材料研究中应用；理解晶格振动及声子概念，理解影响材料热容的因素 、影响热膨胀系数的因素、影响热传导的因

6、素；掌握材料的热容、线膨胀系数、体膨胀系数、热传导的基本概念，掌握热容的经典理论、热容的量子理论，热膨胀本质，导热的微观机制。重点：热容、线膨胀系数、体膨胀系数、热传导的基本概念；热容的经典理论、热容的量子理论；热膨胀本质；导热的微观机制。难点：热容的量子理论；热膨胀本质；导热的微观机制。第6章 材料的磁学性能（4学时） 教学要求：了解磁学基本量及磁性材料分类及应用；理解铁磁性、亚铁磁性材料特性；掌握物质磁性本质及磁化强度、磁导率、磁化率、磁畴的基本概念。重点：物质磁性本质。难点：磁畴和磁化。第7章 材料的力学性能（共10学时）教学要求：了解材料的强化途径、材料的增韧途径；理解形变机理：弹性形

7、变机理（金属弹性变形本质、高分子高弹态），金属及高分子塑性形变机理，金属高温蠕变机理，高分子的蠕变，理解材料的断裂形式、断裂强度理论、Griffith 微裂纹理论；掌握材料力学基本概念：内力、应力、应变、弹性形变、材料的塑性、蠕变、滞弹性、粘弹性，掌握材料力学基本定律：广义虎克定律、牛顿流体定律，掌握常规材料力学性能指标测试设备及方法，掌握裂纹扩展的能量判据、应力场强度因子、临界应力场强度因子（断裂韧度）及材料使用寿命预测，掌握脆韧转变影响因素。重点：材料形变基本概念：弹性形变、材料的塑性、蠕变、滞弹性、粘弹性；弹性形变机理、塑性形变机理；材料断裂基本概念：应力场强度因子、临界应力场强度因子（

8、断裂韧度），裂纹扩展能量判据及材料使用寿命预测。难点：弹性形变机理，塑性形变机理，高温蠕变机理；断裂强度理论、Griffith 微裂纹理论、应力场强度因子、临界应力场强度因子（断裂韧度）。五、课程考核和成绩评定方式课程考核采用闭卷和平时考核方式相结合，闭卷占80%，平时考核占20%。六、教材及参考文献1、教材刘勇，陈国钦，材料物理性能，北京，北京航空航天大学出版社，2015赵新兵，凌国平等，材料的性能，北京，高等教育出版社,20062、主要参考教材1刘强，黄新友，材料物理性能，北京，化学工业出版社，20092邱成军，王元化，王义杰，材料物理性能，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社,20093田莳，材料物理性能，北京，北京航空航天大学出版社,20044 陈树川，陈凌冰，材料物理性能，上海，上海交通大学出版社，