《新材料概论》课程教学大纲

《新材料概论》课程教学大纲一、课程名称中文名称：新材料概论英文名称：IntroductiontoNewMaterials二、课程编码及性质课程编码：0801561课程性质：选修课三、学时与学分总学时：32学分：2.0四、先修课程工程材料、材料成形原理五、授课对象本课程面向材料成型及控制工程专业学生开设，也可以供材料科学与工程专业和电子封装技术专业学生选修。六、课程教学目的本课程是材料加工工程本科专业的选修课程，其教学目的主要包括：1.对材料科学与工程建立整体与全貌的认识，了解现有材料的分类、特性、应用范围及其与相关学科领域的关系，把握高技术新型先进材料的发展趋势，拓展其知识结构，提高综合科学素质；2.掌握各种新材料技术的工作原理、应用范围和控制条件等，具备针对不同需求设计研发新材料的能力；3.掌握处理材料新问题的方法，开拓思路，启发创新，具备分析问题和解决问题的能力，从而为其开发、利用复杂工程新材料打下坚实的基础。表1课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求及其指标点本课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点毕业要求1：工程知识能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。1.1掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的数学基础知识。1.2掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的物理、化学等自然科学基础知识。1.3掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的工程力学基础知识。1.4掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的工程检测与控制基础知识。1.5系统掌握了专业知识，能够将所学知识用于解决材料成型及控制工程复杂问题。毕业要求2：问题分析能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。2.1能够应用工程数学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。如：复杂的模具设计。2.2能够应用物理、化学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。如：物理综合实验。课程目标2、32.3能够应用力学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。如：工程力学综合实验。2.4能够应用工程科学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。如：工程控制实验中的建模与分析。毕业要求3：设计/开发解决方案能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等因素。3.1了解机械工程、材料成型及控制工程问题特征，掌握解决复杂工程问题的设计方法。3.2在考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等制约因素的前提下，能够设计（开发）针对复杂材料成型及控制工程问题的解决方案，具备设计（开发）满足特定材料成型及控制工程需求的系统、单元（部件）或工艺流程的能力。3.3在设计（开发）过程中，具有追求材料成型及控制工程复杂问题创新解决的态度和意识，掌握了基本的创新方法，清楚创新方向及领域。毕业要求4：研究能够基于科学原理并采用科学方法对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。4.1掌握材料热加工成形原理及特点，能够采用科学方法，具备合理设计材料成型及控制工程（模具）复杂实验、开展科学研究的能力。4.2掌握材料成型及控制工程原理及主要工艺，能够采用科学方法，正确构建并实施材料成型及控制工程综合实验，得出正确结果的能力。4.3能正确使用和处理实验数据，通过信息综合处理，具备对复杂的材料成型及控制工程实验结果进行正确分析能力。4.4了解常见的材料成型及控制工程常用设备、实验仪器及实验方法，具备调控设备及仪器参数，进行测控和维护的能力。毕业要求5：使用现代工具能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。5.1掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。5.2了解材料成型及控制工程专业重要资料来源及获取方法。课程目标1、2、35.3具备应用各类文献、信息及资料进行复杂材料成型及控制工程实践的能力。5.4掌握复杂材料成型及控制工程问题的预测与模拟方法，理解其局限性。毕业要求6：工程与社会能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。6.1了解与工程相关的国家方针、政策与法律法规，能够评价工程实践对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。6.2了解材料成型及控制工程专业特点及其对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，能够正确评价复杂成型及控制工程问题解决方案的优劣。6.3能正确认识材料成型及控制工程各种复杂工艺对于客观世界和社会的影响，理解并能够承担的相应工程和社会责任。毕业要求7：环境和可持续发展能够理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。7.1了解材料成型及控制工程的专业特征、学科前沿和发展趋势，正确认识本专业对于社会发展的重要性。7.2能正确理解和评价材料成型及控制工程复杂问题实施对环境保护及社会可持续发展等的影响。7.3在解决复杂的材料成型及控制工程的实际问题中，能够正确理解并考虑工程实践对环境、社会可持续发展的影响。毕业要求8：职业规范具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。8.1具有人文社会科学素养，理解世界观、人生观的基本意义及其影响。8.2了解中国国情，理解中国可持续科学发展道路以及个人的做人规范，具有较高的社会责任感。8.3在工程实践中，理解工程师的职业性质、职业责任,具备工程师的职业道德8.4具有健康的体质和良好的心理素质，能较好地履行责任。毕业要求9：个人和团队能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。9.1具备较宽广的本学科基础知识和较高的个人素质，能够在多学科背景下，承担个人及团队成员的作用。9.2具备良好的团队协作精神，善于和团队其它成员协作、互补、交往。9.3能够承担团队负责人角色，具备综合团队成员意见和建议，进行合理决策之领导能力。毕业要求10：沟通能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。10.1较好地掌握了一门外语，了解不同文化的差异，具有一定的跨文化交流能力。10.2了解本专业领域及其相关行业的国内外的技术现状，具有较强的业务沟通能力与竞争能力。10.3能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，就复杂的专业工程问题进行有效沟通和交流。课程目标1、2、3毕业要求11：项目管理理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。11.1了解机械及材料工程管理和经济决策的基本知识，理解并掌握工程管理原理与经济决策方法。11.2具备应用工程管理和经济决策知识实践的工作能力，具有一定的组织、管理及领导能力，能够较好地通过口头或书面方式表达自己的想法。11.3具有较强的综合归纳能力，能在多学科环境中加于应用。毕业要求12：终身学习具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。12.1对终身学习的重要性，有自觉的意识和正确的认识。课程目标112.2能够采用合适的方法，自我学习、提高的能力。12.3能够适应社会进步与发展，与时代同步。七、教学重点与难点教学重点：1）在系统了解常用金属材料，以及初步了解高分子材料、陶瓷材料及复合材料的成分、结构、性能的基础上，重点了解近些年来，现代工业发展中出现的一些新型材料，特别是非金属材料的发展动态。2）由于新材料的形成往往伴随着制备新工艺的发展而出现，因此，本课程也重点介绍了一些新材料的成形技术。3）在材料的开发中，高精分析技术是必不可少的研究手段，因此，本课程也重点介绍了一些新材料的分析技术。教学难点：1）本课程涉及面广，从基础理论和工业应用两个方面对各种新材料的产业背景、研究开发历史、研究现状以及将来的发展趋势进行综合论述。本课程将通过指导学生查阅文献和阅读文献的方式，要求其能对材料科学与工程能建立整体与全貌的认识；2）通过本课程学习，能把握高技术新型先进材料的发展趋势，具备针对不同需求设计研发新材料的能力和分析问题、解决问题的能力。八、教学方法与手段（1）采用现代化教学方法（含PPT演示，设备照片，影像资料等），讲授各种新材料的产业背景、研究开发历史、研究现状以及将来的发展趋势以及材料的结构特点和应用，以提高教学效果及效率；（2）采用课堂教学与学生PPT汇报、交流讨论等方式，进行课堂互动，吸引学生的注意力、激发学生的学习热情，提高学生的学习效果。九、教学内容与学时安排（1）总体安排教学内容与学时的总体安排，如表2所示。表2基本教学内容与学时安排序号课程内容课堂（学习、讨论）学时课外（准备、复试、实践）学时1绪论42新型金属材料43新型无机陶瓷材料64新型高分子材料45新型复合材料46纳米材料47新材料的分析方法6（2）具体内容各章节的具体内容如下：第1章绪论（4学时）1.1材料及其分类1.2材料的结构及其性能1.3新材料在高新技术中的作用及发展第2章新型金属材料（4学时）2.1功能材料的分类及特点2.2非晶态合金2.3超导材料2.4磁性材料2.5记忆合金2.6贮氢材料第3章新型无机陶瓷材料（6学时）3.1陶瓷材料的结构及性能3.2新型薄膜工艺3.3新型陶瓷工艺第4章新型高分子材料（4学时）4.1高分子材料的结构及性能4.2高分子工程材料4.3高分子功能材料第5章新型复合材料（4学时）5.1复合材料的结构及性能5.2新型金属基复合材料5.3新型陶瓷基复合材料5.4新型高分子复合材料5.5功能梯度材料第6章纳米材料（4学时）6.1纳米材料的性质及基本理论6.2纳米材料的制备6.3典型纳米材料6.4纳米材料的应用第7章新材料的分析方法(6学时)7.1材料化学成分分析方法7.2材料结构分析方法7.3材料显微分析方法（3）各章节的课后思考题（作业）及讨论要求思考题（课后作业）：第1章思考题：1、现代社会对新材料有哪些要求?2、简述新材料今后的发展方向。第2章思考题：1、非晶态合金的微结构具有什么特征？非晶态合金的形成条件是什么？2、为了判断制备的材料是否为非晶材料，可以采取哪些检测方法？3、非晶态合金具有什么性能？其未来的研究方向有哪些？4、超导材料的三个临界参数是什么？如何区分低温超导与高温超导？利用BCS理论解释超导的微观机制。5、试说明软磁材料、硬磁材料的主要性能指标。6、试述主要软磁材料和它们的应用。第3章思考题：1．常用的制备薄膜的工艺方法有哪些？2．真空是什么样的状态？真空环境有什么特点？3．热蒸发镀膜有哪些加热方式？各有什么特点？4．溅射的基本原理是什么？5．射频溅射为何能溅射沉积电介质薄膜？6．磁控溅射为何能实现薄膜的高速低温沉积？7．离子束溅射有何特殊性？8．化学气相沉积有何特点？9．PECVD为何能在较低的温度下实现薄膜的沉积？第4章思考题：1、何谓高分子化合物？它与一般有机化合物有什么不同？2、聚合物的分子形状及其特点是什么？3、高分子化合物是如何分类和命名的？4、谈谈非晶态高聚物的三态及其与之相适应的成形加工方法。5、液晶态的形成需要什么条件？按照相态结构液晶可以分为哪几类？都有什么特点？第5章思考题：1、什么是复合材料？它是如何分类的？如何设计和制备复合材料？2、常用的增强材料有哪些类型？选择增强材料的原则？3、什么是玻璃钢？它的特点和主要应用？4、简述复合材料的强韧化机理。5、为何要研究梯度复合材料？其有什么用途？第6章思考题：1、纳米材料与纳米技术的异同？它们对科技发展的作用？2、纳米材料与常规尺寸材料物理化学性质有那些主要区别？3、举实例介绍下列纳米材料常用合成技术的化学原理、合成哪些类型（形貌、化学组成）的纳米材料有何优缺点等。1）溶胶-凝胶（sol-gel）法2）化学气相沉积法(CVD)3）超声波化学沉淀法4）固相化学反应法5）热化学沉淀法6）热化学分解法7）高能球磨法8）模板技术、分子自组装技术4、详细描述纳米粒子的一种制备方法和一种应用。5、纳米材料有哪些危害？第7章思考题：1、X射线衍射峰包含哪些信息？2、扫描隧道显微镜与扫描电镜之间的原理区别是什么？3、普通光学显微镜与电子显微镜之间有何异同？4、简述拉曼散射的原理和主要应用？5、简述热分析的定义和内涵，以及热分析技术在材料研究中的应用。讨论（思考题及作业）要求：1、每章节学习结束后，学生都要按上课教师的具体要求以书面的形式做一定数量的思考题，作为平时的作业成绩（按约10%计入课程总成绩）。2、每位学生，根据自己的兴趣，对一种新材料或新技术进行介绍，用PPT展示汇报（时间不超过10分钟），其它同学对该学生的汇报情况进行评价与交流。汇报表现与成绩，按约10%计入课程总成绩。十、教学参考书及文献1、《工程材料及应用》，华中科技大学出版社，2002年，周凤云编；2、《新材料概论》，冶金工业出版社，2004年，谭毅等编；3、《新材料概论》，科学出版社，2003年，陈光等编；4、《材料科学基础》，清华