《固体化学》教学大纲

《固体化学》课程教学大纲课程名称：固体化学课程类别：专业选修课适用专业：化学考核方式：考查总学时、学分：32学时2学分其中实验学时：0学时一、课程教学目的固体化学(Solid-stateChemistry)是研究固体物质的制备、组成、结构和性质的化学分支学科。主要针对化学专业的本科生开设。通过对这门课程的学习，对无机材料的制备、结构确定、性能测试及其应用有一个较全面的认识，使学生能够了解固体材料的合成、结构、性质及其应用的基本原理，掌握相应的基础知识和基本技能，为今后从事化学与材料科学领域的研究工作打下必要的理论基础。二、课程教学要求通过本课程的课堂教学，要求学生掌握晶体的坐标空间点阵结构与倒易空间点阵的变换关系；固体能带理论；固体缺陷分类以及价键类型和点缺陷之间的关系；固溶体各种反应方法的反应机理；固体的鉴定表征技术；熟悉了解一些低维固体材料的特点与应用，并对材料的磁学性能获得很好的认识。最终通过本课程的学习，可以运用晶体结构、能带理论和点缺陷对固体材料的物理化学性质进行专业的理论分析，加深对固体材料的性质理解，为今后从事化学与材料领域的科学研究奠定理论基础。三、先修课程《无机化学》、《分析化学》、《物理化学》、《结构化学》和《晶体化学》四、课程教学重、难点晶体的坐标空间点阵结构与倒易空间点阵的变换关系；固体能带理论；点缺陷的局域能级，价键类型与点缺陷的关系；各种反应方法的反应机理；固体鉴定表征技术的基本原理；熟悉了解目前不同二维材料的特征及其应用。最终可以利用固体化学所学的基本理论和原理对固体材料的性质进行分析研究。五、课程教学方法与教学手段本课程采用启发式教学，突出重点，讲透原理，理论联系实际，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。在教学中采用板书、电子教案及多媒体教学等相结合的教学手段，以确保全面、高质量地完成课程教学任务。六、课程教学内容第一章结晶学基础（6学时）1.教学内容（1）通过晶体与非晶体以及分子型物质在宏观性质和微观结构上的区别介绍晶体的基本性质；（2）重点介绍晶体结构的几何理论、倒易点阵理论、约化胞理论，介绍几种典型的晶体结构；（3）讲解晶体结构的对称性、晶体坐标空间点阵与倒易点阵的变换关系等知识。2.重、难点提示（1）重点是晶体与非晶体和分子型物质的区别;晶体的坐标空间点阵结构与倒易空间点阵的变换关系。（2）难点是晶体坐标空间点阵与倒易空间点阵的关系。第二章固体中的化学键及能带理论简介（4学时）1.教学内容（1）从原子结构出发，介绍晶体中五种原子相互作用的物理本质以及相应晶体的物理特性；（2）介绍金属电子性质的自由电子理论费米面、态密度、简并度以及能带的概念；（3）介绍各种化学键占主导的晶体的能带结构，并基于能带理论对比分析金属、半导体和绝缘体的不同性质；介绍本征半导体和掺杂的n(或p)型半导体的概念以及p-n结的结构与特性。2.重、难点提示（1）重点是五种基本化学键(金属键、离子键、共价键、范德华力、氢键)以及相应晶体的物理学特性，鲍林规则，能带理论的几个基本概念，金属、半导体以及绝缘体的区别。（2）难点是能带理论。第三章固体中的缺陷（6学时）1.教学内容（1）简单介绍固体中的各种缺陷的分类、定义、表示方法以及两种基本本征点缺陷；（2）讲解对固体进行元素掺杂时形成的杂质缺陷以及反应缺陷方程式:应用电子和空穴的概念和能带理论基础知识详细讲解掺杂后形成的点缺陷的局域能级；（3）讲解缺陷缔合体以及缔合缺陷的生成与分解以及相应的缺陷能级，引入色心的概念;介绍固体中的价键类型和点缺陷之间的关系，讨论固体中缺陷的施主和受主行为。2.重、难点提示（1）重点是两种基本本征点缺陷(弗兰克尔缺陷和肖特基缺陷),杂质缺陷以及反应缺陷方程式，点缺陷的局城能级，固体中的价键类型和点缺陷之间的关系。（2）难点是缺陷方程式，点缺陷的局域能级，价键类型与点缺陷的关系。第四章固溶体（6学时）1.教学内容（1）介绍固相法、水热溶剂热法、溶胶凝胶法等一-些典型的固体物质制备方法；（2）重点讲解离子交换及插层化学法、薄膜生长机理、电化学还原法和单晶体生长方法。2.重、难点提示（1）固相反应，水热-溶剂热法，溶胶凝胶法，离子交换和插层反应方法，薄膜制备方法及生长机理，单晶生长方法。（2）各种反应方法的反应机理。第五章无机固体的鉴定技术（6学时）1.教学内容（1）衍射技术、显微镜技术、光谱技术和热分析技术原理、特点和它们的应用；（2）以及上述方法在固体化学中能解决什么样的问题。2.重、难点提示（1）重点是XRD,IR-Raman,UV-Vis,XPS,TEM,SEM,AFM,NMR,ESR.（2）难点是XRD,XPS,SEM,TEM,AFM.第六章低维固体材料（2学时）1.教学内容（1）一维固体材料。（2）二维材料。2.重、难点提示（1）重点是石墨，石墨插层化合物，石墨烯，二硫化钼，磷烯，锑烯；（2）难点是石墨烯性质。第七章材料的磁学性能（2学时）1.教学内容（1）固体中磁性的起源，主要集中在自由原子、离子和部分充满壳层的原子核离子中；（2）材料中磁性的重要类型，包括顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。2.重、难点提示（1）重点是磁性起源，顺磁性，铁磁性。（2）难点是磁矩间的相互作用。七、学时分配章目教学内容教学环节理论教学学时实验教学学时一结晶学基础60二固体中的化学键及能带理论简介40三固体中的缺陷60四固溶体60五无机固体的鉴定技术60六低维固体材料20七材料的磁学性能20总计学时320八、课程考核方式1.考核方式：笔试；开卷2.成绩构成试卷成绩九、选用教材和参考书目［1］《固体化学导论》，苏勉曾著，北京大学出版社，1987年；［2］《固体化学及其应用》[美]AnthonyR.West著，