《功能材料化学》课程教学大纲

第一部分 课程基本信息

课程名称	功能材料化学	英文名称	Functional Material Chemistry
课程编号	S3190318	适应专业	物理化学
开课学期	第2学期	预修课程	高等分析化学
课程性质	二级学科必修课		高等有机化学
学时/学分	36学时/ 2学分		高等物理化学
考核方式	考试	开课单位	研究生部
课程负责人	姓名	职称	学历/学位
	郭献敏	副教授	博士后/博士
课程负责人所在学院（部门）		化学学院
课程负责人联系方式		15143090298

第二部分 课程概述

1．功能材料化学课程是物理化学方向研究生必修的一门专业基础课程，是指新近发展起来和正在发展中的具有优异性能和特殊功能，对科学技术尤其是对高技术的发展及新产业的形成具有决定意义的新材料。本课程重点介绍当今各种功能材料的研究发展状况，以及相关结构与性能和应用情况。

2．通过本课程的学习，使学生了解功能材料在材料科学中的地位，掌握典型的功能材料的基本原理、材料类型、特点、用途及材料结构与性能的基本关系；使学生既有坚实的功能材料物理基础，又有一定的实用材料的基本性能和应用知识。要求学生能够在识记的基础上，较好地理解所学内容，全面正确地掌握基本概念、基本原理，并且能够进行简单分析。充分调动学生的主动性，以学生为中心，在不断拓展材料知识的基础上，使之具备相关文献查阅、获取和分析评述的能力，培养他们的学习兴趣，从而达到主动关心、认识周围世界的新型材料，喜欢探索材料的世界，为完善和创造材料而努力！

 

第三部分 课程主要教学内容

专题一、绪论（2课时）

本专题主要是介绍功能材料的发展、分类以及新型功能材料的研究进展。讨论分析几类新型功能材料的发展现状。

本专题重点和难点：

重点：功能材料的分类；

难点：功能材料的分类标准及新型材料的认知。

一、功能材料概述

（一）材料的发展历史

（二）功能材料的发展、分类及特点

二、功能材料设计的原理和方法

三、功能材料的发展现状及应用

本专题主要思考题：

1. 简述功能材料的分类；

2. 简述功能材料的特点。

专题二、稀土发光材料（6课时）

本专题主要阐述稀土发光材料的合成方法、结构、发光机理及其在诸领域的应用情况，使学生具备评价稀土发光材料性能优良的能力。

本专题重点和难点：

重点：稀土材料的制备及应用；

难点：稀土发光材料的发光机理。

一、发光的基础知识

二、稀土发光材料的基础知识

三、稀土发光材料的制备及发光机理

（一）稀土发光材料的制备

（二）稀土发光材料的发光机理

四、稀土发光材料的应用

本专题主要思考题：

1. 举例并叙述两种稀土材料的发光机理。

2. 简述稀土发光材料的重要应用。

专题三、储氢材料（6课时）

本专题主要阐述稀土、TiFe、Mg系和碱金属轻质储氢材料的结构、特性和发展应用的状况，让学生具备储氢材料性能基本评价的能力。

本专题重点和难点：

重点：各种储氢材料的晶体结构及吸氢、释氢的原理；

难点：根据P-C-T曲线分析储氢材料的性能。

一、能源问题与储氢

二、储氢方法及材料特性

三、各种储氢材料

（一）金属氢化物材料

（二）储氢合金材料

1. 稀土系储氢合金

2. 钛系储氢合金

3. 镁系储氢合金

四、储氢合金金属氢化物的应用

本专题主要思考题：

1. 根据物理化学原理，叙述储氢材料的储氢原理。

2. 简述金属氢化物的重要应用。

专题四、梯度功能材料（6课时）

在天然梯度材料的基础上，引出梯度功能材料的性能、组成与结构的梯度变化特点，描述梯度功能材料的发展背景、制备技术和应用状况。让学生了解梯度功能材料设计、评价和应用的特点，以及各种关键制备技术的应用范围。

本专题重点和难点：

重点：梯度功能材料的性能、组成和结构梯度变化的特征；

难点：根据微观组织结构的各种表征结果分析实际制备材料的梯度变化特征。

一、梯度功能材料的定义及分类

（一）梯度功能材料的定义及特点

（二）梯度功能材料的分类

二、梯度功能材料的设计

三、梯度功能材料的制备方法

四、梯度功能材料的应用

五、梯度功能材料的特性评价

本专题主要思考题：

1. 简述梯度功能材料的特点。

2. 叙述几种主要制备梯度功能材料的方法。

专题五、形状记忆材料（4课时）

本专题主要介绍形状记忆效应的机理和分类，对Ti、Fe和Cu基形状记忆合金、形状记忆陶瓷和高聚物作简要的说明，并对其相应的应用状况进行介绍。

本专题重点和难点：

重点：形状记忆效应的机理；

难点：形状记忆相变过程中的结构—温度相图。

一、形状记忆效应

（一）形状记忆效应的定义

（二）形状记忆效应机理

二、形状记忆合金分类

（一）钛-镍系形状记忆合金

（二）铜基系形状记忆合金

（三）铁基系形状记忆合金

三、形状记忆陶瓷

四、形状记忆聚合物

五、形状记忆材料的应用

本专题主要思考题：

1. 简述形状记忆效应及其机理；

2. 举例说明各种形状记忆材料的应用。

专题六、智能材料（6课时）

本专题主要介绍智能材料的定义、分类、研究现状及应用，详细讲述了金属、非金属和高分子三类智能材料的优良性能。让学生在几类智能材料的基础上，掌握其基本特点。

本专题重点和难点：

重点：掌握智能材料的分类；

难点：典型智能材料的结构和性能特征。

一、智能材料的定义

（一）智能材料的定义

（二）智能材料的分类

二、金属系智能材料

三、无机非金属系智能材料

四、高分子系智能材料

五、智能材料的设计思路

本专题主要思考题：

简述智能材料的概念及分类。

专题七、超导材料（4课时）

本专题主要讲述超导材料的性质、微观机制及其应用。在基本超导体物理现象介绍的基础上，让学生了解超导体的临界参数超导材料的微观机制，并进一步对高温超导机制进行了解。

本专题重点和难点：

重点：掌握超导材料的基本物理现象和微观机制；

难点：超导材料的微观机制。

一、超导材料的基本特征及微观结构

二、超导材料的分类

（一）超导合金及超导化合物

（二）高温超导体

（三）其他类型超导体

三、超导材料的应用及发展

（一）低温超导材料的应用及发展

（二）高温超导材料的应用及发展

本专题主要思考题：

简述超导体基本物理现象的特征。

 

第四部分 主要教学参考资料

一、建议教材

汪济奎，《新型功能材料导论》（第一版），华东理工大学出版社，2014年10月。

二、主要参考书

1．贡长生，张克力，《新型功能材料》（第一版），化学工业出版社，2001年1月。

2．张洪杰，牛春吉，冯婧，《稀土有机-无机杂化发光材料》（第一版），科学出版社，2014年6月。

3．张骥华，《功能材料及其应用》（第一版），机械工业出版社，2009年1月。

4．周馨我，《功能材料学》（第一版），北京理工大学出版社，2011年7月。

第五部分 教学进度表

教学周	专题名称	主要内容	授课方式	学时分配
				理论学时	实践（实验）学时
第一周	绪  论	功能材料概述、设计原理及应用	讲授	2
第二周	稀土发光材料	发光及稀土发光材料的基础知识	讲授	2
第三周	稀土发光材料	稀土发光材料的制备及发光机理	讲授	2
第四周	稀土发光材料	稀土发光材料的应用	讲授	2
第五周	储氢材料	储氢材料概述及材料特性	讲授	2
第六周	储氢材料	各种储氢材料的特点	讲授	2
第七周	储氢材料	储氢材料的应用	讲授	2
第八周	梯度功能材料	梯度功能材料的定义及分类	讲授	2
第九周	梯度功能材料	梯度功能材料的设计及制备方法	讲授	2
第十周	梯度功能材料	梯度功能材料的应用及特性评价	讲授	2
第十一周	形状记忆材料	形状记忆效应的定义、机理及分类	讲授	2
第十二周	形状记忆材料	形状记忆陶瓷、聚合物及应用	讲授	2
第十三周	智能材料	智能材料的定义及分类	讲授	2
第十四周	智能材料	金属系及无机非金属智能材料	讲授	2
第十五周	智能材料	高分子系智能材料及设计思路	讲授	2
第十六周	超导材料	超导材料的基本特征、结构及分类	讲授	2
第十七周	超导材料	超导材料的应用及发展	讲授	2
第十八周	总复习	课程总结及学习心得	研讨	2

学院主管领导审核签字：

                                                  年   月   日