材料物理学教学大纲

《材料物理学》课程教学大纲

一、课程基本信息

课程编号：13103102

课程类别：专业核心课程

适应专业：材料物理

课程总的教学时数：64学时

课程总学分：3 学分

课程简介：

材料物理是介于物理学与材料学之间的一门边缘学科，它旨在利用物理学中的一些学科的成果来阐明材料中的种种规律和转变过程。本课程试图从物理学的角度来说明物质的微观结构、组织形貌、原子电子运动状况以及它们与材料性能和成分之间的关系, 即突出了物理学的主干,从物理学的一些基本概念、基本原理、基本定律出发, 并建立相应的物理模型, 阐述材料本身的结构、性质和它们在各种外界条件下发生的变化及其变化规律。本书课程内容丰富、涉及面广、实用性强。主要介绍金属结构理论；缺陷物理；材料强化；导电物理基础；材料的介电行为；铁电物理；磁性物理；材料的相变；非晶态物理；低维材料结构。

授课教材：《材料物理》王国梅、万发荣主编，武汉理工大学出版社，2004

参考书目：

[1]《材料物理学概论》，李言荣、恽正中主编，清华大学出版社，2001年。

[2]《材料物理导论》，熊兆贤主编，科学出版社，2002年。

[3]《材料物理导论》，徐毓龙主编，电子科技大学出版社，1995年。

二、课程教育目标

材料物理学是材料学中一门重要的基础课程，通过这门课程的教学，达到以下目标：（1）要求学生能够掌握典型固体材料的结构、物理现象、性质、形成机制和应用，了解材料的制备技术和发展状况；

（2）要求学生能够掌握材料物理的基本概念，基本理论和方法技术。

三、教学内容与要求

第一章概论2学时

第二章材料结构理论

教学重点：晶体学中的一些基本概念和初步计算方法

教学难点：材料结构的实验表征方法

教学时数：6学时

教学内容：概述，原子结合与结合键，晶体结构与晶体学，准晶、非晶和液晶，材料结构的实验研究

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1）了解材料中原子的结合方式：离子键、共价键、极化键、金属键。

（2）掌握晶体学中的一些基本概念和初步计算方法。

（3）了解准晶、非晶、液晶的概念。

（4）熟悉材料结构的实验表征方法。

第三章缺陷物理

教学重点：点缺陷的概念、分类及其对材料物理性能的影响

教学难点：面缺陷

教学时数：6学时

教学内容：缺陷物理概述，点缺陷，原子扩散理论，离子晶体中的点缺陷及其导电性，位错，面缺陷

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1）掌握点缺陷的概念、分类及其对材料物理性能的影响。

（2）了解材料中原子的扩散现象和扩散机制。

（3）了解离子晶体中的点缺陷及其导电性。

（4）掌握位错概念及其对晶体性质的影响。

（5）了解面缺陷和晶界能。

第五章导电物理

教学重点：金属材料和半导体材料的导电机制，能带理论

教学难点：半导体的物理效应

教学时数：8学时

教学内容：导电物理概述，材料的导电性能，半导体与p-n结，半导体的物理效应，半导体陶瓷的缺陷化学理论基础，能带理论的应用

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1）掌握金属材料和半导体材料的导电机制。

（2）了解材料的导电性能与材料的结构的关系。

（3）了解一些功能材料如p-n结和晶体管。

（4）了解材料中光电的相互联系及其应用。

第六章电介质物理

教学重点：电介质理论，电介质的极化响应及行为，电介质的电荷转移、电导、损耗及击穿等特性

教学难点：静电场中的电介质行为

教学时数：10学时

教学内容：电介质概述，静电场中的电介质行为，变动电场中的电介质行为及损耗，极化驰豫，动态介电系数，固体电介质的电导与击穿

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1）掌握电介质的极化响应及行为。

（2）掌握电介质的电荷转移、电导、损耗及击穿等特性。

（3）了解电介质的概念、分类及四大基本常数。

（4）掌握电介质理论。

第七章铁电物理

教学重点：铁电物理学的一些基本概念，铁电体的电畴和电滞回线

教学难点：铁电体的电畴和电滞回线

教学时数：8学时

教学内容：铁电物理的一般性质，铁电体的电畴和电滞回线，铁电相变与晶体的结构变化，铁电体物理效应，铁电物理效应的实验研究

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1）掌握铁电物理学的一些基本概念。

（2）了解自发极化产生的机制、铁电相变与晶体结构的变化。

（3）了解极化状态在各种外界条件下的变化，即各种物理效应：介电响应、压电、热释电、电致伸缩、光学效应等。

（4）掌握铁电体的电畴和电滞回线。

第八章磁性物理

教学重点：物质磁性的来源、原子磁矩的计算和材料中原子磁矩的计算规则，磁性分类、顺磁性和抗磁性概念及居里－外斯定理

教学难点：磁畴与磁畴结构

教学时数：10学时

教学内容：磁性物理概述，原子和离子固有的磁矩，物质的抗磁性和顺磁性，铁磁性的分子场理论，亚铁磁性的分子场理论，铁磁体中的磁晶各向异性、磁致伸缩，磁

畴与磁畴结构

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1）掌握物质磁性的来源、原子磁矩的计算和材料中原子磁矩的计算规则。

（2）掌握磁性分类、顺磁性和抗磁性概念及居里－外斯定理。

（3）了解铁磁性的分子场理论和亚铁磁性的超交换理论。

（4）了解铁磁性物质内部的能量和磁畴的形成。

第九章材料的相变

教学重点：相变的基本类型，有序-无序相变，朗道相变理论

教学难点：朗道相变理论

教学时数：6学时

教学内容：概述，相变的基本类型，马氏体相变，有序无序相变，朗道相变理论概要，相变微观理论简介，相变的实验研究

教学方式：课堂讲授