《材料化学》课程介绍与教学大纲

《材料化学》课程简介课程编号：03034022课程名称：材料化学/MaterialsChemistry学分：2学时：32适用专业：高分子材料与工程建议修读学期：3开课单位：化学与化工学院高分子材料与工程系先修课程：无机化学、材料科学与工程考核方式与成绩评定标准：本课程采用百分制考核，总评成绩由过程性评价和期终考试两部分组成。过程性评价成绩占定量考核成绩的30%-40%，过程考核采用章节作业、章节总结、翻转课堂、大论文等相结合的方式；期终成绩考核采用闭卷考试方式，期终考试成绩占定量考核成绩的60%-70%。具体要求见本课程考核细则。教材与主要参考书目：[1]《材料化学》，赵志凤，毕建聪，宿辉主编，哈尔滨工业大学出版社，第1版，2012，8[2]《材料化学》，宿辉主编，北京大学出版社，第1版，2012，8[3]《新材料概论》，陈光，崔崇，徐峰等主编，科学出版社，第1版，2003，3内容概述：材料化学是高分子材料与工程专业的基础课程，是联系基础课与专业课的桥梁，是如何正确选择合适材料的理论指导。该课程主要讲解材料的晶体学基础、材料中的结构缺陷、材料的制备方法、材料结构与性能的关系、材料表面化学、无机非金属材料、金属材料、高分子材料和复合材料等。通过材料化学课程，学生理解材料化学的基本理论，掌握材料化学的基础，熟悉材料化学制备原理及工艺，学习新材料和新工艺，了解材料化学领域的新动态。Materialschemistryisthebasiccourseofpolymermaterialsandengineeringspecialty.Itconnectsbasiccourseswithspecializedcoursesclosely.Thiscoursefocusesonthefundamentalsofcrystallography,thematerialstructuredefectsinmaterialscience,materialpreparations,structureandpropertiesofmaterials,therelationshipofsurfacechemistry,inorganicnon-metallicmaterials,metalmaterials,polymermaterialsandcompositematerials.Throughthecourse,studentsmaketheknowledgeofbasictheoriesandmainthecontentsofmaterialchemistryandbefamiliarwiththepreparationprinciplesandprocessofmaterialsinmaterialchemistry.Besides,undergraduateswillcatchthelatestprogressinmaterialchemistrybylearningnewmaterialsandnewtechnologyofmaterialscience.《材料化学》教学大纲课程编号：03034022课程名称：材料化学MaterialsChemistry学分：2学时：32适用专业：高分子材料与工程建议修读学期：3先修课程：无机化学、材料科学与工程一、课程性质、目的与任务《材料化学》是高分子材料与工程专业的一门专业基础课程。本课程的任务是通过课堂教学、课堂讨论及习题使学生了解、熟悉、掌握材料的晶体学基础、材料中的结构缺陷、材料的制备方法、材料结构与性能的关系、材料表面化学等。通过本课程的学习，目的是培养学生掌握材料科学及工程的基础知识和研究热点、并能够将其应用于选择合适材料和解决复杂工程问题。教学目标：1.掌握材料化学基础知识，能够用于解决复杂工程问题；2.能够基于材料化学对高分子材料及相关领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论；3.能够了解材料材料化学及相关领域的国际发展趋势、研究热点。本课程支撑的高分子材料与工程专业毕业要求指标点及相应的课程目标如表1所示。表1毕业要求指标点与《材料化学》课程目标支撑矩阵毕业要求指标点支撑权重对应的课程目标指标点2.1能够将数学、自然科学和工程科学的基本原理用于识别和判断材料领域工程问题的关键环节及关键参数。0.15课程目标1:能够将材料科学基本原理与制备工艺用于识别和判断金属材料和无机非金属材料领域的结构和性能等问题的关键环节及关键参数指标点2.2能够基于相关科学原理和数学模型方法正确表达材料领域的复杂工程问题，分析探究复杂工程问题中的关键环节和关键参数的作用及效果。0.25课程目标2：能够基于高分子材料和纳米材料制备工艺原理正确表达材料领域的复杂工程问题，分析探究在高分子材料和纳米材料制备与改性与工艺过程问题中的关键环节和关键参数的作用及效果。指标点4.1能够基于材料领域的基本科学原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析复杂工程问题的解决方案。0.25课程目标3：能够基于晶体结构和晶体缺陷领域的基本科学原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析复杂工程问题的解决方案。二、课程目标与课程内容的支撑关系及达成途径《材料化学》各课程目标能力观测点、对应的知识载体、达成途径如表2所示。表2《材料化学》课程目标达成矩阵课程目标能力观测点知识载体达成途径与要求课程目标11.1能够对三大传统材料进行有效分类。金属材料的制备方法与性能；无机非金属材料制备与性能；材料成型方法课堂讲授：注重与无机化学、材料科学与工程等先修课程的联系，三大材料进行分类与对比，玻璃、陶瓷和水泥的分类与制备工艺和方法、金属材料的分类与铸造成型方法案例教学：介绍材料的化学性能，电性能和力学性案例，并能够掌握金属的腐蚀原理和防腐方法。使学生掌握无机非金属材料和金属材料制备与成型基本知识。总结性论文：针对无机非金属材料和金属材料的制备与工艺，根据课堂讲授知识进行总结，并提出自己的想法。1.2能够掌握玻璃、陶瓷和水泥的分类与制备工艺和方法。1.3能够掌握金属材料的分类与铸造成型方法。1.4能够表述材料的化学性能，电性能和力学性，并能够掌握金属的腐蚀原理和防腐方法。课程目标22.1会对高分子材料进行分类和掌握基本概念。高分子材料进行分类和掌握基本概念；溶胶-凝胶法的原理；材料表界面；高分子材料的改性物理方法与化学方法。课堂讲授：了解高分材料制备和纳米材料制备方法，以及材料的表界面和改性方面的知识，使学生掌握材料的制备、性能与改性相关知识，并引导学生对高分子材料和纳米材料在生产生活中出现的问题，提出可能的解决方案。案例教学：制备纳米材料的溶胶-凝胶法的原理为例，加深学生纳米材料制备方法的认识，使学生掌握相关材料制备的能力。翻转课堂：针对高分子材料复合材料经常出现的界面破坏问题，引出偶联剂改善聚合物/无机纳米材料的界面，让学生认识到偶联剂在高分子改性中作用，并理解高分子材料与工程专业人才应承担的责任。2.2掌握高分子的线性、支化和交联的区别。 2.3根据溶胶-凝胶法的原理，制备纳米材料。 2.4会对材料表界面的亲疏水进行初步判断以及杨氏方程的正确应用。2.5能够掌握高分子材料的改性物理与化学方法。2.6知道硅烷偶联剂的结构，并且对偶联剂在高分子复合材料中作用原理熟练掌握。课程目标33.1根据性能可以判断晶体与非晶体。晶体结构；X射线衍射；材料的缺陷；课堂讲授：讲授晶体结构的周期性与点阵、空间点阵的七种类型、十四种型式与晶系，使学生能够正确分辨晶体与非晶体。案例教学：介绍X射线衍射在高分子材料中用途，例如高分子材料是半结晶，通过分峰可以区分出晶体与非晶体，用X射线计算结晶度。通过X射线与布拉格方式的联用，计算蒙脱土插层聚合物前后，蒙脱土的层间距变化。3.2掌握晶体结构的周期性与点阵。3.3掌握空间点阵的七种类型、十四种型式与晶系。3.4掌握高分子晶体的判断方法，并熟练用布拉格方程计算材料的结晶度与晶面间距。3.5能够掌握晶体材料的缺陷类型与用途。三、教学内容、基本要求及学时分配本课程总学时数为32学时，其中理论教学为32学时；课程教学共有7章，具体内容及学时安排等如下表所示：课程内容教学要求重点（☆）难点（△）学时安排对应课程目标123第一章材料的晶体学基础61.1晶体的概念B√1.2晶体对称性与空间群A☆△√1.3

晶体的培养与x射线衍射实验A☆△√1.4

晶态和非晶态材料的区别A☆△√第2章材料中的结构缺陷42.1

点缺陷A√2.2

线缺陷A☆△√2.3

面缺陷A☆△√2.4

体缺陷B√2.5

缺陷的应用B√第3章材料的制备方法63.1

金属材料的制备方法B√3.2

无机非金属材料的制备方法B√3.3

有机高分子材料的制备方法B√3.4

复合材料的制备方法B√3.5

纳米材料的制备方法B√第4章材料结构与性能的关系24.1

化学性能A☆△√4.2

电性能B√4.3

热性能A☆△√4.4

光学性能B√4.5

力学性能和磁性A☆△√第5章材料表面化学45.1

表面现象热力学A☆△√5.2

介稳状态和新相的生成A☆△√5.3

材料表面的吸附A☆△√5.4

材料表面特征A☆△√5.5

材料表面分析A☆△√5.6

表面现象在材料科学中的应用简介B√第6章无机非金属材料46.1

离子晶体A☆△√6.2

分子间作用力与超分子化学A☆△√6.3

玻璃B√6.4

水泥B√6.5

陶瓷B√第7章金属材料47.1

金属材料概论B√7.2

金属单质结构B√7.3

金属的性质B√7.4

合金的结构B√7.5

金属材料B√7.6

新型合金材料B√课堂讨论及对本课程的内容进行梳理2√（教学基本要求：A-熟练掌握；B-掌握；C-了解）各章节能力培养要求：主要介绍材料化学这一新兴分支学科的理论基础、学科内容、材料的应用及其研究进展情况。内容包括：材料的晶体学基础、材料中的结构缺陷、材料的制备方法、材料结构与性能的关系、材料表面化学、无机非金属材料、金属材料、高分子材料、复合材料等。内容翔实，并注意反映材料科学领域中的新成就、新进展，使读者能较系统地、全面地了解材料化学的全貌和发展方向。第一章：主要概述材料的晶体学基础，包括讲授晶体结构的周期性与点阵、空间点阵的七种类型、十四种型式与晶系，使学生能够正确分辨晶体与非晶体。介绍X射线衍射在高分子材料中用途。使学生能够基于晶体结构领域的基本科学原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析复杂工程问题的解决方案。第二章：主要概述材料中的结构缺陷，包括点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷，以及它们的应用。使学生能够基于晶体缺陷领域的基本科学原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析复杂工程问题的解决方案。第三章：主要概述材料的制备方法，三大材料进行分类与对比、铸造成型方法，制备纳米材料的溶胶-凝胶法的原理为例，加深学生纳米材料制备方法的认识，使学生能够基于高分子材料和纳米材料制备工艺原理正确表达材料领域的复杂工程问题，。第四章：介绍材料的化学性能，电性能和力学性案例，并能够掌握金属的腐蚀原理和防腐方法。是学生能够将材料性能用于识别和判断金属材料和无机非金属材料领域的结构和性能等问题的关键环节及关键参数。第五章：概述材料的表界面和改性方面的知识，使学生掌握材料的制备、性能与改性相关知识，并引导学生对高分子材料和纳米材料在生产生活中出现的问题，提出可能的解决方案。针对高分子材料复合材料经常出现的界面破坏问题，引出偶联剂改善聚合物/无机纳米材料的界面，让学生认识到偶联剂在高分子改性中作用，并理解高分子材料与工程专业人才应承担的责任。分析探究在高分子材料制备与改性与工艺过程问题中的关键环节和关键参数的作用及效果。第六章：概述玻璃、陶瓷和水泥的分类与制备工艺和方法，使学生能够将无机非金属原理与制备工艺用于识别和判断无机非金属材料领域的结构和性能等问题的关键环节及关键参数。第七章：概述金属材料的分类与用途，使学生将金属材料的知识用于识别和判断金属材料材料领域的结构和性能等问题的关键环节及关键参数。四、教学方法与教学手段本课程贯彻工程认证OBE理念，采用多媒体教学课件进行课堂教学。课程教学以课堂讲授为主，结合自学、课后作业、章节总结、专题讨论（翻转课堂）等多种方式共同实施；课程采用启发式、问题式的教学方法，基于项目实际问题，提高学生解决材料化学相关问题的能力，达到课程目标的要求。