无机材料科学基础教案
无机材料科学基础_张彩文_电子教案7-12章共54页word资料
第七章相平衡状态图第一节基本概念一.相：体系中具有相同物理与化学性质的均匀部分的总和，如纯液体或真溶液均为单相。
固溶体也为单相。
一个相中可包含几种物质，如：空气为一个相，但含O2、N2等。
固体机械混合物中有几种物质就有几个相。
一个相可以连续成一个整体，也可以不连续。
二.相平衡相与相之间的平衡，是动态平衡。
相平衡在一定条件下建立，当条件被破坏时，平衡也被破坏，并在新的条件下建立新的平衡。
三.相律F+P=C+n其中：P——相数C——独立组元数组分：系统中能被单独分离可独立存在的化学均匀物质。
独立组元数：构成一个平衡系统中所有各相所需的最少组元数独立组元数=组元数－化学反应数如：CaCO3加热分解，CaCO3 = CaO + CO2组元数=3，独立组分数=2。
F——自由度：在一定范围内可任意独立改变而不至于引起旧相消失或新相出现的变数。
如：水相图：各相区：F=2，各界线：F=1，无变点：F=0。
欲维持三相平衡，系统的T、P只能在O点上，改变任意变量（T、P）即破坏平衡。
n——影响系统相平衡的外界因素的总和。
一般为温度、压力，n=2。
凝聚系统：只考虑固相的系统，压力可忽略，n=1（温度变量）四.相图相平衡相图是用来描述多相物系中相平衡问题的几何图形。
利用相图可知某一确定组成在某温度下存在哪些相及各相的相对含量，但一切未达到平衡的现象在相图上得不到反映。
相图是从热力学角度研究问题，具有热力学研究的特点。
第二节单元系统相图一.单元系统相律F = C + n - PC=1，n=2故：F = 3 - P则：P min=1，F max=2P max=3，F min=0二.多晶转变1.多晶转变的类型（1）按多晶转变的速度分：快转变、慢转变（2）按多晶转变的机构变化的深刻性分：①位移式转变②重建式转变（3）按晶型转变的方向分：可逆转变、不可逆转变2.多晶转变的相图特点（1）可逆转变（双向转变）特点：T转< T1 < T2（1）不可逆转变（单向转变）特点：T转> T1 > T23.压力对多晶转变温度的影响其中：BF—晶型转变线，反映P对多晶转变的影响，该直线斜率不会太大。
无机材料科学基础课程授课教案
第六章 热力学计算热力学以及化学热力学是迄今发展得最为完善和普遍适用的一门理论性学科，在包括无机非金属材料在内的众多学科领域中有着广泛的应用。
它在理论上解决了有关体系复杂过程发生的方向性和平衡条件，以及伴随该过程体系能量变化等问题。
它对探讨各种无机材料系统的具体过程，如烧成、烧结、腐蚀、水化反应等，都有着巨大的科学研究和生产实践方面的指导意义。
第一节：热化学计算 一. 热效应 1.热效应的定义在恒温条件下只作体积功而不作其他功，系统吸热或放热的现象称为热效应，如化学反应和相变中吸热或放热。
恒容热效应：Q V =△U+P △V=△U恒压热效应：Q P =△U+P △V=△(U+PV)= △H 热焓是在恒压条件下发挥作用的特性函数。
∑∑∆-∆=∆反应物产物)H ()H (H 0i,298f,i 0i,298f,i 0298R,γγ2.盖斯定律32123222212222H H H H SiO 2CaO - H 2CaO SiO -SiO - H O Si 2CaO H O 2Ca SiO 2CaO -SiO 2CaO - H 2O Si 2Ca ∆+∆+∆=∆⋅∆+∆+∆+⋅⋅∆++根据盖斯定律：应来生成：也可以通过下列几步反反应：βββββ3.热效应与温度的关系⎰∑∑⎰⋅∆=∆H -∆H ∆+∆+∆=-=∆++==∆=∆--2112P ,R ,R 2i P,i P,P 2P P RC cT bT a )C ()C (C cT bT a (T)C )(C dTH d T T T T i i dT反应物产物恒压热容γγ三.热化学计算举例7654321)(27)(26)(2521)(24)(23)(2)()(2)(2)(221323 2298 2298 2.21323 21100 2110022∆H +∆H =∆H +∆H +∆H +∆H +∆H ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅∆H ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅∆H ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+∆H ↓∆H ↑∆H ↑⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅∆H ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅∆H ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⋅→+l b l b S b S b S b S S b l b S S b SiO O P K SiO O P K SiO O P K SiO O P K SiO O P K SiO O P K SiO O P SiO O P αα第二节 热力学计算 一.熵判据1.对于孤立系统，当熵变△S ＞0时，过程自发进行。
无机材料科学基础课程授课教案(第1章)
第一章晶体第一节几何结晶学基本概念一、晶体的定义1、定义晶体是内部质点在三维空间作有规则的周期性重复排列的固体，是具有格子构造的固体。
晶体的这一定义表明，不论晶体的组成如何不同，也不论其表观是否具有规则的几何外形，晶体的共同特征是内部质点在三维空间按周期性的重复排列。
不具备这一特征的物体就不是晶体。
2、空间点阵（空间格子）在三维空间按周期性重复排列的几何点的集合称为空间点阵（空间格子）。
空间点阵（空间格子）中的结点是抽象的几何点并非实际晶体中的质点。
阵点或结点：空间点阵中的几何点称为阵点或结点。
等同点：同一套空间格子中的结点叫等同点。
实际晶体是由组成晶体的离子或原子去占据一套或几套穿插在一起的空间格子的结点位置而构成。
实际晶体的内部质点是有实际内容的原子或离子。
实际晶体中化学组成相同、结晶化学环境相同的质点占据的结点构成一套等同点。
所谓结晶化学环境相同是指质点周围在相同方位上离开相同距离有相同的质点。
晶体中有几套空间格子就有几套等同点，判断晶体中有几套空间格子的方法是看晶体中有几套等同点。
NaCl晶体有2套空间格子，Na+离子和Cl-离子各构成一套空间格子。
CsCl晶体有2套空间格子，Cs+ 离子和Cl-离子各构成一套空间格子。
CaF2晶体有3套空间格子,Ca2+离子构成一套空间格子；F-离子有两套空间格子。
3、晶体的性质：结晶均一性、各向异性、自限性、对称性、最小内能性。
二、晶系：根据晶体的对称性，将晶体分为三大晶族、七大晶系。
高级晶族：立方晶系（等轴晶系）中级晶族：六方晶系、三方晶系（菱方晶系）、四方晶系（正方晶系）低级晶族：斜方晶系（正交晶系）、单斜晶系、三斜晶系三、晶胞晶胞是晶体中重复出现的最小结构单元，它包含了整个晶体的特点。
对应于七大晶系，晶胞形状有七种。
四、空间格子的类型：（14种布拉维空间格子）以等同点为基准取晶胞，根据七大晶系，晶胞的形状共有7种。
等同点在晶胞的位置可以有以下几种：1.原始式：等同点占据晶胞的各个角顶2.体心式：等同点占据晶胞的各个角顶和体心3.面心式：等同点占据晶胞的各个角顶和面心4.底心式：等同点占据晶胞的各个角顶和上下底面中心根据某一套等同点为基准所取晶胞的形状和该套等同点在晶胞中的位置可以判断该套等同点构成的空间格子类型，共有十四种空间格子类型，通常称为十四种布拉维空间格子（布拉维空间点阵）。
无机材料科学教学设计
无机材料科学教学设计一、教学目标本课程旨在通过引导学生全面了解无机材料科学的基本概念和研究方法，培养学生对材料结构、性质和工艺的掌握能力及分析和解决相关问题的能力。
同时，本课程还致力于让学生了解无机材料科学的研究热点，培养学生对新材料、新技术、新方法的掌握和感知能力。
二、教学内容1.无机材料科学基本概念–无机材料的基本概念–无机材料的分类和性质–无机材料的结构和性质的相关性2.无机材料制备技术–粉末冶金法–溶胶凝胶法–气相沉积法–等离子喷涂法3.无机材料的表征技术–X射线衍射–扫描电镜–透射电镜–磁学测试方法4.新型无机材料–仿生材料–光催化材料–纳米材料–生物降解材料–新型储能材料三、教学方法本课程将采用讲授、讨论、实验及案例分析相结合的教学方法，尽可能地贴近实际应用，并注重学生的主动性和实践性。
在课程讲授中，教师将讲解相应的理论知识，通过例证、比较和深层次的分析，让学生更好地掌握相关材料的应用。
在案例分析中，教师将选取相关的成功案例，让学生从中学习成功的经验，并对相关技术、步骤和方法进行深入学习和思考。
在实验环节中，教师将安排一系列有代表性的实验项目，让学生从中锻炼实验操作技巧，深入了解相关的理论知识及实现方法。
四、教学评价为了保证教学效果，教师将采用综合评估的方法，主要分为以下几种类型。
1.课堂表现。
教师将根据学生的听课情况和提问反应来评估学生课堂表现，学生课堂表现占总分20%。
2.作业评估。
学生将完成一系列的作业，包括课后作业、实验报告及小组讨论报告等，占总分30%。
3.期中考试。
学生将在本课程的中期进行一次考试，主要测试学生的基础概念和知识，占总分20%。
4.期末考试。
学生将在本课程结业考试，主要测试学生对本课程的掌握程度和综合掌握能力，占总分30%。
五、教学资源教师将为学生提供相关的教学资料，包括相关的教材、电子课件、文献资料等，并提供相关的实验设备和条件。
同时，为满足不同课堂教学需要，将注重教学资源的更新和整合。
化学高中无机材料教案全册
化学高中无机材料教案全册【教学目标】1. 了解无机材料的概念和特点；2. 掌握无机材料的分类方法及其特点；3. 能够区分无机材料和有机材料。
【教学内容】1. 无机材料的定义和特点；2. 无机材料的分类及其特点；3. 无机材料和有机材料的区别。
【教学步骤】1. 引入：通过化学实验展示无机材料的一些应用场景，引起学生对无机材料的兴趣；2. 讲解：介绍无机材料的定义、特点以及常见的分类方法；3. 演示：展示一些常见的无机材料，并与有机材料进行对比；4. 练习：让学生进行无机材料和有机材料的区分练习；5. 总结：总结本节课的内容，并提出问题引导学生思考。
【教学过程】1. 引入：老师可以用硅酸盐材料为例，展示其在建筑材料、陶瓷、玻璃等方面的广泛应用；2. 讲解：讲解无机材料的定义是指不含碳元素的材料，具有高熔点、硬度大、不易燃等特点，根据化学成分的不同可分为金属材料、非金属材料和合金材料等；3. 演示：通过展示金属材料如铝、铁、铜等，非金属材料如氧化物、硫化物等，让学生直观了解无机材料的外观和性质；4. 练习：让学生观察几种材料，让他们判断是无机材料还是有机材料，并说明理由；5. 总结：总结无机材料的特点和分类方法，鼓励学生多加思考无机材料在生活中的应用。
【课后作业】1. 列举几种无机材料，描述其外观和特点；2. 观察家中常见的材料，分辨其中的无机材料；3. 思考一下，无机材料在未来的应用会有哪些新发展。
【板书设计】无机材料的概念和分类- 无机材料：不含碳元素的材料，具有高熔点、硬度大、不易燃等特点；- 分类：金属材料、非金属材料、合金材料。
【教学反思】本节课主要介绍了无机材料的概念和分类方法，通过活动和讨论可以让学生更好地理解和掌握这些知识。
在教学中要引导学生思考无机材料的重要性和应用价值，激发他们对化学学科的兴趣。
无机材料科学基础表面与界面ppt学习教案
提高自身专业素养以适应行业发展需求
深入学习无机材料科学知识
增强实践能力和创新能力
不断学习和掌握无机材料科学领域的新知 识、新技术和新方法。
通过参与科研项目、实验课程等实践活动 ，提高实践能力和创新能力。
关注行业发展趋势和前沿动态
提高跨学科综合素质
关注无机材料领域的最新研究成果和前沿 动态，了解行业发展趋势和市场需求。
透射电子显微镜（TEM）表征
原理
利用高能电子束穿透样品，通过检测透过样品的电子束或 衍射电子等信号，获得样品的内部结构和晶体信息。
应用
观察无机材料的晶体结构、晶格缺陷、位错和层错等，可 分析材料的晶体学性质和相变过程。
优点
分辨率极高，可揭示材料内部结构和晶体缺陷的详细信息 。
原子力显微镜（AFM）表征
学习相关学科知识，如物理学、化学、工程 学等，提高跨学科综合素质和解决问题的能 力。
THANKS
感谢观看
无机材料表面与界面表征技
05
术
扫描电子显微镜（SEM）表征
原理
利用高能电子束在样品表面扫描，通过检测样品发射的次级电子 或背散射电子等信号，获得样品表面形貌和组成信息。
应用
观察无机材料表面形貌、颗粒大小、分布和团聚情况等，可分析材 料表面的微观结构和缺陷。
优点
分辨率高、景深大、立体感强，可直观观察材料表面形貌。
原理
利用微悬臂感受和放大悬臂上尖细探针与受测样品原子之间的作 用力，从而达到检测的目的，具有原子级的分辨率。
应用
观察无机材料表面的原子排列、表面粗糙度、表面电势和摩擦力等 ，可分析材料表面的物理和化学性质。
优点
无需真空环境，可观察导体和非导体样品，提供三维表面形貌信息 。
南京工业《无机材料科学基础》教学大纲
南京工业《无机材料科学基础》教学大纲英文名称：Elements of Inorganic Materials Science学分：3.5学分学时：56学时上机学时：4学时先修课程：无机化学、物理化学、高等数学、普通物理教学对象：无机非金属材料与工程专业、复合材料工程专业、材料化学专业的本科生教学目的：《无机材料科学基础》课程是无机非金属材料与工程专业、复合材料工程专业、材料化学专业的一门重要的专业基础课程。
通过该课程的学习，使学生充分掌握材料科学的基础理论，深入理解材料的组成-结构-性能之间的关系。
为后继专业课程的学习打下基础。
教学要求：通过本课程的学习，要求学生初步掌握几何结晶学、结晶化学的基本概念和基础理论；对物质的聚集状态有清楚的认识，掌握晶体结构、晶体结构缺陷、玻璃体、表面与界面的基本理论；掌握材料热力学的基本理论，熟悉相平衡图及其应用，能进行材料配料区的选择；掌握高温过程动力学的基本理论；具备一定的分析和解决实际问题的能力。
教学内容：绪论 (1学时)《无机材料科学基础》课程的性质、任务和内容，以及在材料科学与工程技术中的作用。
基本要求:了解本课程的学习内容、性质和作用。
第一章晶体结构基础(8学时)1．晶体的基本概念与性质晶体的基本概念，空间点阵，晶体的基本性质2．晶体的宏观对称性晶体的宏观对称特点，晶体的宏观对称要素，点群，晶族和晶系3．布拉维点阵与晶系单位平行六面体的划分原则，十四种布拉维格子，晶胞的概念4．点阵几何元素的表示法结点位置的表示法，晶向的表示法，晶面的表示法5．微观对称和空间群晶体的微观对称要素，空间群及符号6．结晶化学基本原理晶体中的化学键类型，球体最紧密堆积原理，配位数与配位多面体，键参数，鲍林规则7．典型晶体结构类型单质的晶体结构，二元化合物的晶体结构，ABO3型化合物的晶体结构，尖晶石型晶体结构，氧化物晶体结构的一般规律8．硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构的一般特点与分类，岛状硅酸盐晶体结构，组群状硅酸盐晶体结构，链状硅酸盐晶体结构，层状硅酸盐晶体结构，架状硅酸盐晶体结构基本要求:了解：晶体的基本概念与性质，单位平行六面体的划分原则，金红石结构，刚玉结构等典型的晶体结构类型，线缺陷。
无机材料科学基础教案-网络教学平台
【首页】课程名称无机材料科学基础课程编号授课专业无机非金属材料班级必修课校级公共课（）；基础或专业基础课（√）；专业课（）课程类型选修课限选课（）；任选课（）授课方式课堂讲授（√）；实践课（√）考核方式考试（√）；考查（）课程教学总学时数72学分数学时分配课堂讲授56学时；实践课16学时教材名称作者出版社及出版时间指定参考书1.无机材料科学基础2.无机材料科学基础3.无机材料物理化学无机材料科学基础教程作者宋晓岚陆佩文贺蕴秋出版社及出版时间化学工业出版社2006武汉理工大学出版社2005化学工业出版社2006化学工业出版社2004授课教师 职称单位材料学院授课时间胡志强【理、工科】第1页第2页无机材料科学基础教案【理、工科】第3页第4页无机材料科学基础教案【理、工科】第5页第6页无机材料科学基础教案【理、工科】第7页第8页无机材料科学基础教案【理、工科】第9页第10页无机材料科学基础教案【理、工科】第11页第12页无机材料科学基础教案【理、工科】第13页第14页无机材料科学基础教案【理、工科】第15页第16页无机材料科学基础教案【理、工科】第17页备注教学重点与难点1.影响置换型固溶体中溶质离子溶解度的因素离子尺寸因素电价因素结构因素2.置换型固溶体中的组分缺陷高价置换低价低价置换高价3.间隙型固溶体中的组分缺陷原子填隙阳离子填隙阴离子填隙讨论、练习、作业【讨论】1.请同学们列举实际应用中固溶体的实例2.固溶体与我们所学过的化合物、混合物、缺陷的区别和练习【练习】1.试述影响置换型固溶体的条件2.阐明固溶体、晶体缺陷和非化学计量缺陷的异同点【作业】课后作业：P812,4,7教学手段1.多媒体辅助教学结合板书2.动画过程的演示3.讨论式、互动式、问题式教学参考资料1.宋晓岚.无机材料科学基础.化学工业出版社.20062.Donald R.Askeland,et al.材料科学与工程基础.清华大学出版社.2005（影印版）3.张联盟.材料科学基础.武汉理工大学出版社.2004顾宜.材料科学与工程基础，化学工业出版社，2002如：激光红宝石；PZT压电陶瓷；尖晶石第18页无机材料科学基础教案【理、工科】第19页第20页无机材料科学基础教案【理、工科】第21页备注教学重点与难点1.熔体的聚合物结构理论2.玻璃形成的各种条件热力学、动力学、结晶化学3.玻璃的结构学说晶子学说、无规网络学说讨论、练习、作业【讨论】1.熔体、玻璃体的一般认识，特征2.玻璃有哪些性质【练习】1.简述硅酸盐熔体聚合物结构形成的过程和结构特点2.试述石英晶体、石英熔体、Na2O*2SiO2熔体的结构和性质上的区别3.影响熔体黏度的因素？分析一价碱金属氧化物降低硅酸盐熔体黏度的原因教学手段1.多媒体辅助教学2.实例教学参考资料1.赵彦钊//殷海荣.玻璃工艺学.化学工业出版社.20062.陈建华.玻璃制造工艺.化学工业出版社.2006第22页无机材料科学基础教案【理、工科】第23页第24页【理、工科】第25页备注教学重点与难点1.表面活性剂在实际中的应用2.理解晶界的概念，认识晶界在陶瓷材料中的重要作用3.掌握各种晶界织构，学会通过计算来了解晶界织构构型槽角、二面角与晶界表面能（表面张力）的关系4.晶界应力特别是晶面热应力对材料的影响，以实例说明讨论、练习、作业【讨论】从晶界应力的角度来解释，釉料的热膨胀系数据和基体瓷料的热膨胀系数哪一个要大一些更好【练习】什么是晶界织构？说明吸附的本质？晶粒间晶界应力大小对晶体性能的影响？【作业】课后作业：P1252,3教学手段1.多媒体辅助教学2.问题讨论、典型例题讲解，以点带面3.互动式教学法参考资料1.胡福增,陈国荣,杜永娟编著.材料表界面.华东理工大学出版社.20012.沈钟赵振国王果庭.胶体与表面化学（第三版）.化学工业出版社.20043.朱光明.材料化学.机械工业出版社实例：陶瓷上釉釉料和基体瓷料的热膨胀系数关系第26页无机材料科学基础教案【理、工科】第27页第28页无机材料科学基础教案【理、工科】第29页第30页无机材料科学基础教案【理、工科】第31页备注教学重点与难点1.触变模型－Hoffman模型－卡片结构其中涉及各种结合方式（边边、边面、面面结合）水的存在三维疏松网络结构2.粘土的可塑性粘土泥团中引力和斥力的分析3.瘠性料的悬浮pH值法两性氧化物pH值控制zeta电位变化表面活化法加入有机表面活性剂讨论、练习、作业【讨论】1.谈谈你对触变性的理解？2.谈谈你认识中的可塑性？【练习】为什么非粘土瘠性料要塑化？常用的塑化剂有哪些？【作业】P1423456教学手段1.多媒体辅助教学2.问题讨论、典型例题讲解，以点带面3.互动式教学法参考资料1.叶非.物理化学及胶体化学.中国农业出版社.20042.吉林大学、四川大学.物理化学与胶体化学.人民教育出版社.20063.沈钟赵振国王果庭.胶体与表面化学（第三版）.化学工业出版社.20044.冯绪胜刘洪国郝京诚.胶体化学.化学工业出版社.2005结合实例进行分析双亲基团的形成第32页【理、工科】周次第周，第次课备注章节名称上半学期专题习题课授课方式理论课（√）；实践课（）；实习（）教学时数2课时教学目的及要求1.通过典型例题讲解，使同学们理论知识融会贯通2.上半学期重点习题的评述3.上半学期所有习题及问题的答疑4.期中考试的准备教学内容提要时间分配1.典型例题的讲解a.晶体结构部分：强调微观晶体结构和宏观性质的练习（如密度、质量等）【例题】金属铟具有四方结构，a=0.325nm,c=0.495nm，密度为7.286g/cm3,原子量为114.82g/mol，请问铟是简单四方还是体心四方结构？b.晶体缺陷部分：重点是灵活掌握热缺陷浓度的计算，缺陷反应方程的书写，非化学计量缺陷中的缺陷浓度计算等【例题】（a）在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6ev，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。
无机材料科学基础5表面与界面教学文案
无机材料科学基础5表面与界面教学文案一、教学内容本节课的教学内容来自于小学科学教材《无机材料科学基础》的第五章，主要涉及“表面与界面”的概念及其特性。
具体内容包括：1. 表面的定义与分类；2. 表面张力及其影响因素；3. 界面现象及其解释；4. 表面处理技术及其应用。
二、教学目标1. 让学生理解并掌握表面与界面的基本概念，了解表面张力及其影响因素。
2. 通过观察和实验，使学生能够发现和解释界面现象。
3. 培养学生对科学知识的兴趣和探究欲望，提高学生的实践操作能力。
三、教学难点与重点重点：表面与界面的概念，表面张力及其影响因素，界面现象的观察与解释。
难点：表面张力的形成机理，界面现象的数学解释。
四、教具与学具准备教具：PPT，实验器材（包括显微镜、放大镜等观察工具）。
学具：实验记录本，彩笔。
五、教学过程1. 情景引入：通过日常生活中的例子（如水滴在叶子上的形状）引入表面的概念，激发学生的兴趣。
2. 知识讲解：讲解表面的定义与分类，重点解释表面张力的概念及其影响因素。
3. 实验观察：让学生用显微镜观察水滴在叶子上的形状，引导学生发现和解释界面现象。
4. 课堂练习：让学生结合实验观察，用彩笔在实验记录本上绘制水滴在叶子上的形状，并尝试用所学的知识解释。
5. 知识拓展：介绍表面处理技术及其在实际应用中的重要性。
六、板书设计板书内容主要包括：表面与界面的概念，表面张力及其影响因素，界面现象的观察与解释。
七、作业设计1. 绘制水滴在叶子上的形状，并用所学的知识解释。
答案：水滴在叶子上的形状是由于表面张力的作用，使水滴尽量减少表面积，形成球形。
2. 查找有关表面处理技术的资料，了解其在实际应用中的重要性。
八、课后反思及拓展延伸课后反思：通过本节课的教学，学生是否掌握了表面与界面的基本概念，是否能运用所学知识解释实际问题。
拓展延伸：表面处理技术在现代工业中的应用，如在制造工艺、材料科学、生物医学等领域的重要作用。
无机材料科学基础教案
无机材料科学基础教案第一篇：无机材料科学基础教案《无机材料科学基础》绪论1、材料的发展动向及本课程的重要地位；2、本课程的特色及基本要求。
3、无机材料物理化学的科学内涵4、无机材料物理化学的研究方法5、参考文献第一章结晶学基础§1-1—§1-6内容在结晶学课程中讲授§1-7晶体化学基本原理一、结晶化学定律（Goldschmidt——哥希密特定律）1、数量关系2、大小关系3、极化性能二、决定晶体结构的基本因素（一）原子半径和离子半径（二）球体紧密堆积原理1、等径球的最紧密堆积及其空隙（1）六方最紧密堆积1）六方最紧密堆积方式2）六方最紧密堆积特点（2）面心立方最紧密堆积1）立方最紧密堆积方法2）立方最紧密堆积特点（a）最紧密堆积的堆积系数（b）紧密堆积中的空隙类型与数目2、不等径球的堆积一、配位数与配位多面体1、配位数（CN）2、配位多面体二、离子极化三、电负性（X）四、鲍林规则（L.Pauling）（一）第一规则——配位多面体规则1、第一规则的意义2、配位数与临界半径比（极限半径比）（二）第二规则——电价规则（最重要的规则）1、电价规则的意义——可确定负离子的CN或电价2、可分析晶体结构是否稳定并分析结构中配位多面体的连接方式（三）第三规则—共顶、共面、共棱规则（四）第四规则——岛式规则（五）第五规则——节约规则作业：P37 1-10 四面体键角109.28；思考题： P371-7； 1-9；第二章晶体结构与结构缺陷§2-1典型结构类型一、金刚石结构与石墨结构（一）描述晶体结构的方法1．点坐标法—描述结构基元的位置 2．投影法—也叫标高法。
3、球体紧密堆积法—反映质点的堆积特点和充填情况；4．多面体的连接方式——对复杂的晶体结构，其质点数目多，用其他方法表示不易找出特点，而用此法则简单明了地描述其结构特点。
（二）金刚石结构（三）石墨结构金刚石是目前硬度最大的材料，石墨则是最软的材料。
《无机材料科学基础》教学大纲.doc
《无机材料科学基础》教学大纲英文课程名称：Founda tion of Inorga nic Mat erial Science课程编号:0711305总学时：88 （其中理论课学时：74 实验学时：14）总学分：5. 5先修课程：物理化学、晶体学适用专业：无机非金属材料工程开课单位：材料科学与工程学院无机非金属材料工程教研室执笔人：梁忠友审校人：來启辉一、课程教学内容绪论材料的发展动向及本课程的重要地位；本课程的特色及基本要求。
第一章晶体化学基本原理原子半径和离子半径；球体紧密堆积原理，六方堆积和立方堆积；配位数和配位多面体；离子的极化对化学键和结构的影响；电负性，估计化学键；鲍林规则。
第二章品体结构与品体中的缺陷第一节典型结构类型氯化钠型、金刚石型、氯化艳型、闪锌矿型、纤锌矿型、萤石型、金红石型、碘化镉型、刚玉型、钙钛矿型、尖晶石型。
第二节硅酸盐晶体结构岛状结构、组群状结构、链状结构、层状结构、架状结构。
第三节品体结构缺陷，点缺陷、固溶体、非化学计量化合物，固溶体研究方法；线缺陷，包括螺旋位错和刃位错。
第三章熔体与玻璃体第一节熔体结构——聚合物理论，第二节熔体性质粘度和表而张力。
第三节玻璃通性各向同性；介稳性；熔融态向玻璃态转化的可逆性与渐变性；熔融态向玻璃态转化时物理、化学性质随温度变化的连续性。
第四节玻璃的形成玻璃态物质的形成方法简介；玻璃形成的热力学、动力学，结晶化学条件；第四节玻璃的结构晶子学说；无规则网络学说。
第五节常见玻璃类型硅酸盐玻璃；硼酸盐玻璃。
第四章表面与界面第一节固体的表面固体的表面特征；晶体农而结构；固体表面能；第二节界而行为，润湿与粘附；吸附与表面改姓；第三节晶界品界结构与分类；多品体的组织；品界应力。
第四节粘土一水系统胶体化学粘土的荷电性；离子吸附与交换；电动性质；胶体性质；瘠性料的悬浮与槊•化。
第五章相平衡。
第一节硅酸盐系统相平衡的特点热力学平衡态与非平衡态；硅酸盐系统屮的组分、相及相律。
无机材料科学基础第二版教学大纲
无机材料科学基础第二版教学大纲背景介绍无机材料科学是材料科学的一个重要分支，研究的是无机材料的制备、结构、性质及其在各个领域中的应用。
无机材料在化学、材料、能源、生命科学等领域都有着广泛的应用。
本教学大纲是基于无机材料科学基础第二版这一教材编写而成，旨在为相关专业的学生提供系统、全面的无机材料科学基础知识及其应用。
教学目标1.掌握无机材料的基本概念和分类。
2.熟悉无机材料的制备、表征和性质。
3.理解无机材料的应用和发展方向。
授课内容1.无机材料概述–无机材料的定义和分类–无机材料的应用领域和意义2.无机材料制备技术–溶液法制备无机材料–气相沉积法制备无机材料–固相法制备无机材料–离子交换法制备无机材料–光化学法制备无机材料3.无机材料表征技术–X射线衍射–电子显微镜–红外光谱–热重分析–磁学性质测试4.无机材料性质–无机材料的组成和晶体结构–无机材料的物理和化学性质–无机材料的结晶和玻璃状态–无机材料的电学性质和磁学性质5.无机材料应用–无机材料在化学反应中的应用–无机材料在材料领域中的应用–无机材料在能源领域中的应用–无机材料在生命科学中的应用6.无机材料的发展趋势–无机材料的制备技术的发展–无机材料的新型结构和性质授课安排授课时间：45学时（共计15个周）授课形式：课堂讲授、案例分析、实验教学等形式结合评分方式：平时成绩、期末考试、课程论文等多种方式评分，成绩占比：平时成绩40%、期末考试50%、课程论文10%。
参考书目1.《无机材料科学基础》（第二版），杜宝林，陈志明，中国科学技术大学出版社，2017年2.《无机材料合成导论》，James E. Mark，CRC Press出版社，2013年3.《无机材料表面化学基础》，Jianguo Wan，Wentao Song，化学工业出版社，2014年教学团队1.主讲教师：张三，教授，博士生导师2.副讲教师：李四，讲师，硕士生导师3.助教：王五，硕士研究生教学评估本课程结束后，将对学生进行问卷调查，以评估教学效果和教学质量，调查结果将作为本课程的教学改进的重要依据。
《无机材料科学基础》教学大纲
《无机材料科学基础》教学大纲课程编号：030303Z1课程名称：无机材料科学基础英文名称：Fundamentals of Inorganic Materials Science学分：5 总学时：80 课内实验时数：6 课外实验学时：4周（80学时）先修课程要求：大学数学，无机化学，物理化学，材料学概论，结晶学与岩相学适应专业：无机非金属材料工程（四年制本科）参考教材：1．宋晓岚、黄学辉主编．无机材料科学基础．北京：化学工业出版社，20062．胡志强主编．无机材料科学基础教程．北京：化学工业出版社，20043．陆佩文主编．无机材料科学基础（硅酸盐物理化学）．武汉：武汉工业大学出版社，19964．周亚栋主编．无机材料物理化学．武汉：武汉工业大学出版社，19945．浙江大学、武汉工业大学等合编. 硅酸盐物理化学．北京：中国建筑工业出版社，1980课程简介：《无机材料科学基础》是从无机材料领域内的各种材料制品的工艺技术实践中总结出来的共性规律而形成的一门课程，是材料科学的重要基础理论。
该课程把基础科学理论，特别是物理化学、结晶化学中的基本理论，具体应用到无机材料的制备工艺和性能研究中，用理论来阐明无机材料形成过程的本质，阐述如何应用基础理论来解决生产实际问题，为生产、研究和开发新材料提供理论依据。
本课程的内容包括无机材料引论、晶体结构、晶体结构缺陷、非晶态结构与性质、固体表面与界面、相平衡与相图、固体扩散、固相反应、相变过程、烧结过程和无机材料环境效应等11个方面的内容。
一、课程在培养方案中的地位、目的和任务《无机材料科学基础》课程是无机非金属材料工程专业培养方案中的主干课程和必修的专业基础课。
《无机材料科学基础》是从无机材料领域内的各种材料制品的工艺技术实践中总结出来的共性规律而形成的一门课程，是材料科学的重要基础理论。
该课程的前身是《无机材料物理化学》，其研究领域局限于传统无机材料材料和制品。
随着各种现代技术的发展，已在传统无机材料材料基础上开发出具有特殊性能的高温材料、高强材料、电子材料、光学材料以及激光、铁电、压电等材料，所涉及的化合物远远超出无机材料的范畴，而是整个无机非金属，因此改名为《无机材料科学基础》。
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《无机材料科学基础》绪论1、材料的发展动向及本课程的重要地位；2、本课程的特色及基本要求。
3、无机材料物理化学的科学内涵4、无机材料物理化学的研究方法5、参考文献第一章结晶学基础§1-1—§1-6内容在结晶学课程中讲授§1-7 晶体化学基本原理一、结晶化学定律（Goldschmidt——哥希密特定律）1、数量关系2、大小关系3、极化性能二、决定晶体结构的基本因素（一）原子半径和离子半径（二）球体紧密堆积原理1、等径球的最紧密堆积及其空隙（1）六方最紧密堆积1）六方最紧密堆积方式2）六方最紧密堆积特点（2）面心立方最紧密堆积1）立方最紧密堆积方法2）立方最紧密堆积特点（a）最紧密堆积的堆积系数（b）紧密堆积中的空隙类型与数目2、不等径球的堆积一、配位数与配位多面体1、配位数（CN）2、配位多面体二、离子极化三、电负性（X）四、鲍林规则（L.Pauling）（一）第一规则——配位多面体规则1、第一规则的意义2、配位数与临界半径比（极限半径比）（二）第二规则——电价规则（最重要的规则）1、电价规则的意义——可确定负离子的CN或电价2、可分析晶体结构是否稳定并分析结构中配位多面体的连接方式（三）第三规则—共顶、共面、共棱规则（四）第四规则——岛式规则（五）第五规则——节约规则作业：P37 1-10 四面体键角109.28；思考题： P37 1-7； 1-9；第二章 晶体结构与结构缺陷§2-1 典型结构类型一、金刚石结构与石墨结构（一）描述晶体结构的方法1．点坐标法—描述结构基元的位置2．投影法—也叫标高法。
3、球体紧密堆积法—反映质点的堆积特点和充填情况；4．多面体的连接方式——对复杂的晶体结构，其质点数目多，用其他方法表示不易找出特点，而用此法则简单明了地描述其结构特点。
（二）金刚石结构（三）石墨结构金刚石是目前硬度最大的材料，石墨则是最软的材料。
性质差异的原因是结构上的差异。
二、NaCl 型结构NaCl 从化学式上说是属于AX 型化合物：（一）NaCl 型结构分析NaC 晶体的空间群：Fm3mF ——表示布拉格点阵类型（面心立方）m ——表示对称面[在（001）面上有一对称面]；3——对称轴[在（111）面上有一个三次轴；m ——表示倒转轴[在垂直于（110）方向有对称面） [2-=m] 1、从堆积方式上分析2、Na ＋、Cl －在晶体中的位置分布规律（二）具有NaCl 型结构的物质有32种氧化物：MgO 、CaO 、SrO 、BaO 、MnO 、FeO 、CoO 、NiO氮化物：TiN 、LaN 、TiC 、ScN 、CrN 、ZrN这些物质其晶系、堆积方式、正负离子配位数、点阵类型均相同，仅晶格常数不同。
三、闪锌矿型结构——（ZnS -β）1、立方型ZnS 结构分析2、具有闪锌矿结构的晶体——有27种四、纤锌矿型结构——（ZnS -α）1、六方ZnS 结构分析2、具有六方ZnS 结构的晶体——有23种如： BeO 、ZnO 、AlN五、萤石型（CaF 2）结构（一）萤石结构1、萤石结构分析2、结构特点（1）内部空隙较大——1/2有立方体空隙是空的（2）可看作是正离子作面心立方堆积，F-离子充填在四面体中；3、晶体的特性（1）该结构的晶体可作离子导电体即此结构有利于负离子扩散；因为内部存在较大的空隙（立方体空隙）（2）沿（111）面有解理；在（111）面上Ca-Ca之间距最小，有斥力，易沿此面解理4、具有萤石结构的晶体（二）反萤石结构1、反萤石结构——保持萤石结构中的晶型和点阵类型不变，只是将正负离子的位置互换而构成的结构称之2、具有反萤石结构的晶体这类化合物的共同特性是：熔点低——常作为助熔剂使用六、金红石（TiO2）型结构1、金红石结构分析2、晶体的特性七、碘化镉（CdI2）型结构八、刚玉型结构（ -Al2O3）1、结构分析2、晶体特性3、类似结构的晶体：九、钙钛矿型（CaTiO3）结构结构通式：ABO3A——低价离子（二价或一价）B——高价离子（四价或五价）1、钙钛矿型结构分析2、晶体的特性3、类似结构的晶体十、尖晶石型结构（MgAl2O4）通式：AB2O4（正尖晶石）其中：A——低价（2+）B——高价（3+）[总价=+8]（一）MgAl2O4尖晶石结构分析1、结构分析2、正尖晶石结构的规律3、晶体的特性（二）反尖晶石结构典型结构分析方法归纳：A、负离子的堆积方法——由晶胞图可点阵类型来分析B、正负离子的配位数——分别由第一、第二规则来分析C、正离子充填情况——由化学式和第一规则直接判断D、多面体之间的连接方式——由第二规则来分析§2-2 硅酸盐晶体结构一、硅酸盐晶体的组成、结构特点与分类（一）化学组成表示法1、化学式——氧化物表示法2、结构式——无机络盐的表示法3、结构式的意义（二）结构的共性规律（三）结构分类二、岛状结构（一）硅酸盐晶体结构的分析方法1、按O/Si比判断结构类型2、分析附加阳离子的作用并由鲍林第一规则确定其配位数；3、分析各多面体之间的连接方式（应用第二规则）4、结合晶胞图或投影图，分析了解硅氧骨干在晶胞中的分布规律或特点；（二）Mg2SiO4结构分析三、组群状结构（一）组群状结构的特点1、由n个[SiO4]构成结构单元其n=2,3,4,6；O/S=3～3.5；2、硅氧骨干之间不直接连接，由附加阳离子将其连成整体。
（二）绿宝石（绿柱石）结构1、结构特点2、具有类似结构的材料及其特性四、链状结构（一）特点与类型1、特点2、类型A、单链——通式{Si n O3n} O/Si=3；透辉石 CaMg[Si2O6]B、双链——由2条单链平行连结而成；通式——[Si n O3n-1] O/Si=2.5～2.75 （二）透辉石晶体结构1、O/Si=3 n=2——单式2元链2、链之间由CaMg相连接3、Ca.Mg可由其他离子取代，（三）晶体特性A、附加正离子的电价——环状有二、三价；链状只有[2价]低价；B、外加正离子大小——与CN及空隙大小有关，环状中空隙大。
五、层状结构（一）层状结构的形成与特点1、所有桥氧都在同一平面上，所有活性氧都指向相同方向。
2、结构通式3、晶体是由[SiO4]与八面体层[附加阳离子充填层]沿C轴重叠堆积而成。
（二）高岭石结构1、结构分析（1）[Si2O5]是单网形[2层矿]（2）附加阳离子Al的CN=6，（3）属于二八面体矿物2、矿物特性3、类似结构的矿物（三）蒙脱石结构1、结构分析2、矿物特性3、类似矿物（四）伊利石与白云母结构1、伊利石结构2、白云母结构 KAl 2 [AlSi 3O 10](OH)2（五）分析层状结构归纳1、矿物的层型（单网或复网2、八面体形式（二八面体、三八面体）3、层中离子的取代位置和程度（是发生在四面体内还是八面体内）4、层间结合力（范氏力、氢键、离子键）5、层间水的有无六、架状结构（一）形成与特点（二）石英晶体结构1、石英的主要晶型2、-α石英、-α鳞石英、-α方石英结构上的主要差异（1）-α石英晶体结构（2）-α鳞石英（3）-α方石英（三）长石晶体结构1、特点2、长石晶体的特性3、透长石的结构分析§2-3 晶体结构缺陷一、点缺陷（一）点缺陷的类型1、点缺陷的存在形式2、热缺陷（1）弗仑克尔（Frenker ）缺陷（2）肖特基(Schttky)缺陷3、杂质缺陷（组分缺陷）4、非化学计量结构缺陷（二）缺陷化学反应表示法1、克罗格—明克符号2、缺陷反应方程式的规则3、缺陷反应式的写法举例（三）缺陷浓度的计算（四）点缺陷的化学平衡1、弗仑克尔缺陷2、肖特基缺陷3、缺陷平衡浓度计算举例二、固溶体（一）固溶体的基本概念（二）固溶体的分类分类方法有二种：1、按溶质原子在溶剂晶格中的位置分类（1）置换式（取代式）（2）间隙式2、按溶质的溶解度分类（1）连续固溶体(2) 有限固溶体（也叫不连续固溶体或部分互溶固溶体）（三）连续置换型固溶体的形成条件1、离子尺寸因素2、晶体的结构类型3、离子电价或总电价4、电负性（四）不等价置换固溶体中的缺陷形式1、不等价取代固溶体中缺陷类型2、固溶分子式的写法(A) 以基质（溶剂）的分子式为基准形式(B) 基质原子写在前，取代原子写在其后(C) 根据缺陷式的位置数取代情况，将取代后的原子分数（或小数）写在相应原子的右下角（五）间隙型固溶体的影响因素1、杂质原子半径大小2、基质晶格间隙大小3、不等价取代时，电价的平衡可由形成空位或复合阳离子置换来满足三、非化学计量化合物（一）非化学计量化合物特点（1）由外界条件变化而引起的，缺陷浓度随氧分压而变化（2）产生在变价元素的氧化物晶体中；（是同一元素不同价氧化物构成的固溶体）（3）材料中往往存在自由电子和电子空穴，故材料有半导性（二）非化学计量化合物类型有正负离子空位、正负离了填隙共四类：1、阴离子缺位型（TiO2-x、ZrO2-x）2、阳离子填隙型（Zn 1+x O）3、阴离子填隙型(UO2+x)4、阳离子缺位型(FeO1-x、CuO2-x)（三）非化学计量化合物意义四、固溶体的研究方法及意义（一）研究内容（二）固溶体类型判别（三）研究固溶体的意义五、线缺陷（位错）P73（一）刃位错及其特点1、刃位错的形成2、刃位错的符号3、刃位错的特点（二）螺位错及其特点作业 P75 2-1、6、7、8、9、11、12第三章熔体与玻璃体本章主要讨论硅酸盐熔体和玻璃体的结构、性质、产生原因与形成条件及其影响因素等。
熔体——物质在高温时以液体存在的一种状态；玻璃体——由熔体过冷却而形成的非晶态固体。
§3-1 熔体结构的聚合物理论一、关于熔体结构的聚合物理论要点随着研究手段和测试技术的进步，对熔体结构的认识已逐渐形成。
由许多实验结果表明，熔体的结构与玻璃结构十分相近，其共同特点是：近程有序——从局长小范围看质点排列有规则；远程无序——从整体结构上看内部质点排列是无序的；二、聚合程度与温度、组成的关系——熔体的聚合程度取决于温度和组成。
（一）温度的影响（组成不变时）（二）组成的影响（温度不变时）§3-2 熔体的性质一、粘度（一）粘度的定义及表达式1、粘度的定义2、粘度的理论解释（略讲）（1）绝对速度理论（2）自由体积理论（3）过剩熵理论（二）影响粘度的因素1、温度2、组成（1）OR2的作用（2）RO的作用（3）OR32的作用二、表面张力-表面能（一）表面张力与比表面能（二）影响因素1、组成的影响2、温度的影响§3-3 玻璃的通性通性——指无论其化学组成如何，只要是玻璃都具有的宏观共性。
一、各向同性二、介稳性三、熔融态向玻璃转化的可逆性与渐变性四、熔融态向玻璃态转化时理化性质随温度变化的连续性§3-4 玻璃的形成主要介绍玻璃形成时的动力学条件和结晶化学条件。