01材料物理性能

《材料物理性能》课程教学大纲

一、课程基本信息

课程编号：13106103

课程类别：专业核心课程

适应专业：材料科学与工程

课程总的教学时数：54学时

课程总学分：3 学分

课程简介：

本课程研究的内容是材料的物理性能。集中介绍了材料的电、介电、光、热、磁、弹性和内耗（阻尼）性能及其发展，阐述了各种性能的重要物理及微观机制、各种材料成分、组织结构与性能关系及主要制约规律。介绍了表征物理性能主要参量的重要测试方法及其在材料科学与工程中的应用。列举了与各种物理性能相关的重要功能材料。其特色是把金属材料、陶瓷材料与高聚物材料的物理性能做了扼要的对比，以利于读者掌握材料物理性能的一般规律和特殊性。课程最后以附录形式概述了核技术中的材料原子环境的三种研究方法。 授课教材：《材料物理性能》田莳 编著，北京航天航空大学出版社，2004年。

参考书目：

[1]《材料物理性能》，刘强、黄新友主编，化学工业出版社，2009年。

[2]《材料物理性能》，王振廷、李长青著，哈尔滨工业大学出版社，2011年。

[3]《材料物理性能》，吴其胜编，哈尔滨工业大学出版社，2006年。

[4]《材料物理性能》，龙毅编著，中南大学出版社，2009年。

[5]《材料物理性能》，邱成军、王元化等编著，哈尔滨工业大学出版社，2003年。

[6]《无机材料物理性能》、郑振铎编著，清华大学出版社，1992年。

二、课程教育目标

材料物理性能是材料科学与工程专业的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）要求学生能够掌握表征材料物理性能的各类本征参数的物理意义和单位；以及这些参数在解决实际问题中所处的地位

（2）要求学生能够明确各类材料的性能与组成和结构的关系，掌握这些性能参数的规律。

三、教学内容与要求

第零章 绪言 1学时

第一章 固体中电子能量结构和状态

教学重点：能带理论的应用

教学难点：禁带起因、能带结构

教学时数：5学时

教学内容：德布罗意波；费米-狄拉克分布函数；禁带起因、能带结构及其与原子能级的

关系；非晶态金属、半导体的电子状态等

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1） 理解德布罗意波的物理含义，了解费米-狄拉克分布函数。

（2） 掌握能带理论及其应用。

（3） 掌握现代固体电子能量结构的观念。

（4） 了解非晶态金属、半导体的电子状态。

第二章 材料的电性能

教学重点：材料电导的概念、种类与机制

教学难点：电子电导与离子电导类型、特点与导电机理

教学时数：14学时

教学内容：概述，电子类载流子导电，离子类载流子导电，半导体，超导体，电性能的测

试方法。

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1） 掌握电导率、电阻率的概念与表示方法，知道载流子的概念。

（2） 掌握电子电导和离子电导所具有的不同的物理效应，掌握载流子迁移率和电导

率的一般表示方法。

（3） 掌握半导体、超导体的性质和相关理论。

（4） 了解电性能测试的方法及应用。

第三章 材料的介电性能

教学重点：介质的极化和介电强度

教学难点：介电性能产生的机理

教学时数：10学时

教学内容：材料的介电性能，包括介质的极化、介质的损耗、介电强度，讨论这些参数的

物理概念及其与物质微观结构之间的关系；铁电性、压电性及其应用

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1） 掌握介电常数的概念与表示方法；掌握介质的极化现象及其物理量；

（2） 了解介质极化的各种形式（包括电子位移极化、离子位移极化、松驰极化、转

向极化、空间电荷有为化、自发极化），了解高介晶体和多晶多相材料的极化规

律。

（3） 掌握介质损耗的形式和表示方法，了解介质损耗和频率、温度的关系。

（4） 掌握介质在电场中的破坏和介电强度的概念，了解击穿的类型（包括热击穿、

电击穿、局部放电击穿插）及其理论基础，了解无机材料击穿的一般规律。

（5） 理解材料铁电性和铁电体的概念及其机理，了解铁电体的性能及其应用；了解

压电效应的概念与机理，了解压电性与晶体结构的关系，了解压电材料及其应

用。

第四章 材料的光学性能

教学重点：光通过介质时产生的光学现象，包括折射、反射、色散和介质对光吸收、散射、

透过的一般规律

教学难点：材料透光性机理的理解

教学时数：6学时

教学内容：光和固体的相互作用；材料的透明性和半透明性，颜色；材料的发光；电-光

效应、光折射效应等；磁光效应等。

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1） 掌握折射、色散和反射的概念、表示方法和应用，了解影响材料折射率的因素。

（2） 掌握介质对光吸收、散射和透过的一般规律，了解影响材料透光性的各种因素

及提高材料透光性的措施。

（3） 了解镜反射、漫反射、光泽、不透明性、半透明性的概念、机理和应用；理解

材料着色的机理，了解无机材料着色的主要方法。

（4） 掌握材料的发光机理和种类。

（5） 知道电光效应、光折射效应等，理解磁光效应。

第五章 材料的热性能

教学重点：材料热膨胀概念与机理

教学难点：晶态固体热容的量子理论和固体材料热传导的微观机理

教学时数：6学时

教学内容：材料的热熔、热膨胀；材料的导热性；材料的热电性、热稳定性；材料热导率

的测量方法。

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1） 掌握各种热性能的物理本质，掌握晶格热振动概念。

（2） 掌握热容的概念与物理意义，掌握晶态固体热容的经验定律和经典理论，了解

晶态固体热容的量子理论。

（3） 掌握热膨胀系数的概念，了解固体材料热膨胀的机理和热膨胀与其他性能的关

系。

（4） 掌握热导率的概念与物理意义和固体材料热传导的宏观规律，了解固体材料热

传导的微观机理，了解影响热传导的因素。

（5） 掌握材料热稳定性的概念和表示方法，掌握热应力的概念，了解热应力的产生

和消失

（6） 了解材料热导率的测量方法

第六章 材料的磁性能

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：12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。

四、作业

该课程原则上每次课都布置作业，除了教材中的习题，也可以补充一些典型习题。

五、考核方式与成绩评定

考核方式：考试。

成绩评定：总评成绩＝平时成绩（30%）+期末考试（70%），其中平时成绩是平时作业与出勤情况，视具体情况而定。

执笔人：

责任人：

2013年8月