材料物理导论

材料物理导论《材料物理导论》课程教学大纲课程英文名称: An Introduction to Materials Physics课程编号:0312083002课程计划学时: 48学分: 3课程简介:本课程的目的主要是让材料物理专业的学生在课程学习期间了解利用物理学的方法处理材料科学中问题。

学会从物理学的一些基本概念、基本原理、基本定律出发，说明材料的微观结构、组织形貌、原子电子运动状态及它们与材料性能和成分之间的关系。

本课程要求理解材料的力学、热学、电学、磁学、光学、声学以及材料的功能转换等内容。

通过该课程的学习能深刻理解材料的各种性能及主要影响因素，并能在材料研究中建立相应的物理模型，阐述材料结构、性能和它们在各种外界条件下发生的变化及其变化规律。

一、课程教学内容及教学基本要求第一章材料的力学本章重点：材料的形变；材料的塑性、蠕变与黏弹性；材料的断裂与机械强度；材料的力学与显微结构。

难点：材料的塑性、蠕变与黏弹性；材料的断裂与机械强度。

了解：材料的量子力学基础；材料的力学与显微结构。

本章学时:6学时教学形式:讲授教具:黑板，粉笔第一节材料的形变；材料的塑性、蠕变与黏弹性本节要求：掌握：材料的形变（考核概率30%）。

掌握：材料的塑性、蠕变与黏弹性（考核概率50%）。

（重点，难点）1材料的形变：应力；应变；弹性形变；黏性形变（重点）2材料的塑性、蠕变与黏弹性：材料发塑性；材料的蠕变；材料的黏弹性（重点，难点）第二节材料的断裂与机械强度本节要求：掌握：材料的理论结合强度；材料的脆性断裂与韧性断裂（考核概率70%）。

掌握：材料的裂纹断裂理论；材料的断裂韧性；材料的强度(考核概率70%)。

1材料的理论结合强度（重点，难点）2材料的脆性断裂与韧性断裂（重点，难点）3材料的裂纹断裂理论（重点，难点）4材料的断裂韧性（重点，难点）5材料的强度（重点，难点）第三节材料的量子力学基础；材料的力学与显微结构本节要求：了解：材料的量子力学基础。

掌握：材料的力学与显微结构。

（重点）（考核概率80%）1材料的量子力学基础：古典量子力论；量子力学的假设；薛定谔方程；量子力学的应用。

2材料的力学与显微结构：纳米陶瓷复合材料显微结构对力学性能的影响；微米陶瓷复合材料显微结构对力学性能的影响；层状结构复合材料显微结构对力学性能的影响；相变增韧复合材料显微结构对力学性能的影响（重点）3 第一章的小结。

作业：认真复习本章内容，教科书中的习题（只要求与掌握内容有关的）。

第二章材料的热学本章重点：材料的热容量；材料的热膨胀；材料的热传导；材料的热稳定性。

难点：材料的热膨胀；材料的热传导；材料的热稳定性。

了解：热力学与统计力学概要。

本章学时:6学时教学形式:讲授教具: 黑板，粉笔第一节热力学与统计力学概要；材料的热容量；材料的热膨胀本节要求：了解：热力学与统计力学概要。

掌握：材料的热容量；材料的热膨胀（考核概率100%)。

1热力学与统计力学概要：热力学与统计力学的关系；热力学概要；统计力学概要。

2材料的热容量：晶格的热振动；热容量的经验定律；热容量的经典理论；热容量的量子理论；实际材料的热容量（重点)。

3材料的热膨胀：热膨胀的定义；热膨胀的微观机理；实际材料的热膨胀（重点，难点)。

第二节材料的热传导；材料的热稳定性本节要求：掌握：材料的热传导(重点，难点)（考核概率100%)。

掌握：材料的热稳定性(重点，难点)（考核概率100%)。

1材料的热传导：热传导的定义；材料热传导的微观机理；实际材料的热导率(重点，难点) 2材料的热稳定性：热稳定性的定义；材料的热应力断裂；材料的热应力损伤；实际材料的热稳定性（重点，难点)。

第三节集成电路用基片材料本节要求：理解：集成电路用基片材料的分类及性能（考核概率30%)。

1氧化铝材料和氮化铝材料。

2金刚石薄膜材料。

3复合陶瓷和金属复合材料。

4聚合物-陶瓷复合基片材料。

5第二章的小结。

作业：认真复习本章内容。

教科书中的习题（只要求与掌握内容有关的）。

第三章材料的电学本章重点：金属的自由电子论；能带理论；材料的电导；材料的介电性；材料的超导性；高温超导材料。

难点：能带理论；材料的电导。

本章学时:8学时教学形式:讲授教具: 黑板，粉笔第一节金属的自由电子论；能带理论本节要求：理解：金属的自由电子论（重点：考核概率30%)；掌握：能带理论（重点，难点：考核概率100%)。

1金属的自由电子论：金属的自由电子气模型；金属的电导率。

2能带理论：布洛赫定理；准自由电子近似的电子能谱；导体÷半导体与介电体的区别。

第二节材料的电导；材料的介电性（材料的电极化）本节要求：掌握：材料的电导（重点，难点：考核概率50%)。

掌握：材料的电极化（重点：考核概率50%)1材料的电导：电子型电导；离子型电导；实际材料的电导率。

2材料的电极化。

第三节材料的介电性（材料的电损耗和材料的电击穿）；材料的超导电性本节要求：掌握：材料的电损耗和材料的电击穿（重点：考核概率50%）。

掌握：材料的超导电性（重点：考核概率30%）。

1材料的电损耗2材料的电击穿3材料的超导电性第四节高温超导材料本节要求：理解：超导理论（重点：考核概率30%）；掌握：超导材料的制备工艺和应用（重点：考核概率50%）。

1超导理论2超导材料的制备工艺3 超导材料新体系应用4超导应用5第三章的小结。

作业：认真复习本章内容，教科书中的习题（只要求与掌握内容有关的）。

第四章材料的磁学本章重点：材料的抗磁性和顺磁性理论；材料的铁磁性理论；材料的磁性能指标。

难点：材料的铁磁性理论；材料的磁性能指标。

本章学时:6学时教学形式:讲授教具: 黑板，粉笔第一节材料的磁性；材料的抗磁性和顺磁性理论本节要求：理解：材料的磁性（考核概率：30%）。

掌握：材料的抗磁性和顺磁性理论（重点：考核概率：50%）。

1材料的磁性：材料的磁现象；材料磁性的微观机理；材料磁性的分类；材料磁性的热力学关系。

2材料的抗磁性和顺磁性理论：材料的抗磁性理论；材料的顺磁性理论；晶体场论与轨道角动量猝灭（重点：考核概率：50%）第二节材料的铁磁性理论；材料的磁性能指标（材料的磁导率和磁能积）本节要求：掌握：材料的铁磁性理论（重点，难点：考核概率：50%）。

掌握：材料的磁导率和磁能积（重点，难点：考核概率：50%）。

1材料的铁磁性理论：铁磁材料的分子场理论；材料的反铁磁性和亚铁磁性理论；铁磁材料的相互作用能；磁畴的形成及其稳定状态。

2材料的磁导率和磁能积。

第三节材料的磁性能指标；稀土永磁材料本节要求：掌握：材料的磁性能指标（重点，难点：考核概率：50%）。

理解：稀土永磁材料的研究与应用（考核概率：30%）。

1材料的磁性能指标：材料的磁损耗与品质因子、材料的磁性频谱、材料磁性能的稳定性以及帖氧体磁性材料。

2稀土永磁材料的研究与应用3第四章的小结。

作业：认真复习本章内容，教科书中的习题（只要求与掌握内容有关的）。

第五章材料的光学本章重点：材料的透光性；光的传输与光纤传输；材料的非线性光学效应；光纤通信材料。

难点：材料的非线性光学效应。

本章学时:8学时教学形式:讲授教具: 黑板，粉笔第一节材料的透光性；激光与激光材料本节要求：掌握：材料的透光性（重点：考核概率：50%）。

理解：激光与激光材料。

１材料的透光性：光的折射与发射；光的吸收；光的色散与散射；材料的透光性和颜色。

２激光与激光材料：发光及其材料；激光及其材料。

第二节光的传输与光纤传输本节要求：掌握：光的传输与光纤传输（考核概率：50%）。

1光的传输。

2光纤材料。

3光纤传输。

第三节材料的非线性光学效应本节要求：掌握：材料的非线性光学效应（重点，难点：考核概率：80%）1材料的非线性极化。

2非线性光学材料。

第四节光纤通信材料本节要求：掌握：光纤通信材料（重点：考核概率：50%）。

1光纤介绍。

2光的导引。

3光纤拉制与全包裹技术。

4溶胶-凝胶方法。

5主动和从动光纤器件。

6第五章的小结。

作业：认真复习本章内容，教科书中的习题（只要求与掌握内容有关的）。

第六章材料的声学本章重点：声波的产生与传播；室内声学与吸声材料；水中声学与水声材料；移动通信用微波陶瓷。

难点：室内声学与吸声材料；水中声学与水声材料。

本章学时:6学时教学形式:讲授教具: 黑板，粉笔第一节声波的产生与传播；室内声学与吸声材料本节要求：掌握：声波的产生与传播（重点：考核概率：50%）。

理解：室内声学与吸声材料（重点，难点：考核概率：100%）。

１声波的产生与传播：声波的产生；声波的传播。

２室内声学与吸声材料：室内声学；吸声材料。

第二节水中声学与水声材料；其他声学及其材料本节要求：掌握：水中声学与水声材料（重点，难点：考核概率：100%）。

理解：其他声学及其材料。

1水中声学与水声材料：水中声学；水声材料。

2其他声学及其材料：超声及其材料；微声及其材料；次声。

第三节移动通信用微波陶瓷本节要求：掌握：移动通信用微波陶瓷（重点：考核概率：50%）1移动通信用微波陶瓷的分类。

2移动通信用微波陶瓷的研究进展。

3第六章的小结。

作业：认真复习本章内容，教科书中的习题（只要求与掌握内容有关的）。

第七章材料的功能转换本章重点：力-热-电功能置换；电-光和光-弹功能置换；功能转换材料；复合智慧材料。

难点：功能转换材料。

本章学时:8学时教学形式:讲授教具: 黑板，粉笔第一节力-热-电功能置换本节要求：掌握：力-热-电功能置换（重点：考核概率：50%）。

１Heckmann图。

２热弹性能的热力学。

3力-热-电性能的热力学。

4不同条件测量的系数关系。

第二节电-光和光-弹功能置换本节要求：掌握：电-光和光-弹功能置换（重点：考核概率：50%）。

1电光效应。

2光弹效应。

第三节功能转换材料本节要求：掌握：各种功能转换材料的性能（重点，难点：考核概率：100%）1压电材料。

2热释电材料。

3光电材料。

4热电材料。

5电光材料。

6磁光材料。

7声光材料。

第四节复合智慧材料本节要求：掌握：复合智慧材料（重点：考核概率：50%）。

1智能材料的概念和定义。

2智能材料系统与结构用材料。

3智能传感器的接口芯片。

4智能传感器的主要功能及其应用。

5智能材料存在的问题与研究方向及其发展趋势。

6第七章的小结。

作业：认真复习本章内容，教科书中的习题（只要求与掌握内容有关的）。

三、大纲附录1、建议教材：《材料物理导论》，熊兆贤编著，科学出版社，2001。

2、参考书目：1.《材料物理导论》，杨尚林、张宇、桂太龙主编，哈尔滨工业大学出版社，1999。

2.《材料物理学概论》，李言荣、恽正中编著，清华大学出版社，2001。

3.《材料物理基础》，宗祥福翁渝民编著，复旦大学出版社，2001。

4.《材料物理性能》，田莳编著，北京航空航天大学出版社，2001。