一、 课程名称：无机材料化学
二、 课程代码：MCHE30320
三、 学时和学分：32学时，2学分
四、 适用专业：应用化学、材料化学
五、 先修课程：高等数学、大学物理、无机化学、结构化学
六、 使用教材：林建华等编；《无机材料化学》，北京大学出版社；第1版，2006
七、 参考书目
[1] 苏勉曾等编；《固体化学及其应用》；复旦大学出版社；1989
[2] 黄昆编著；《固体物理学》，北京大学出版社，2009
八、 课程描述
化学是四年制本科化学专业和材料化学专业选修课程，主要内容包括无机材料的合成和制备、无机材料的晶体结构、电子结构、材料缺陷、相平衡和相变、电介质材料、导电材料、光学材料以及无机材料的研究方法。通过无机材料化学课程的学习，使学生较广泛、系统地了解无机材料化学相关的基础知识，包括制备、表征、性质记理，掌握对研究结果进行归纳、总结、推理，对实验现象和规律进行理论分析和提升等从事科学研究所必需的重要的方法论知识；同时拓展思路、丰富想象，在培养学生严谨的逻辑思维方式和扎实的科研态度的同时，培养学生敢于探索、勇于创新的精神，得到综合素质和创新能力的极大提高。
九、 教学目标
1. 教学目标
无机材料化学是化学的一个重要分支，是化学类专业高年级本科生的专业课。学习本课程的目标主要有两个：
（1）学生能系统地掌握材料化学的基本知识和基本原理，加深对材料性质的认识，这些知识和原理不仅是材料化学的理论基础，也是其它相关学科的发展基础；
（2）学生学会严谨的科学思维方法，培养学生提出问题、研究问题、分析问题的能力，培养他们获取知识并用来解决实际问题的能力。
2. 教学环节对人才培养目标的贡献
（1）通过对无机材料化学的合成与制备方法学习，让学生了解传统的材料制备方法，例如高温固相扩散法、软化学方法、单晶生长、薄膜制备、高温高压合成方法等。教授学生学习传统方法的同时，介绍近年来材料科学前沿的新颖合成手段，这是化学专业学生必需擅长的看家本事。以此拓展学生的眼界，让学生接触科技前沿，培养其敢于创新的精神。通过对无机材料现代研究方法的介绍，让学生以最快的方式了解研究材料的各种主要手段，为进一步深造打好基础，毕竟现代科学的发展都非常依赖于高端科学仪器和实验表征方法的发展。
（2）课程讲授过程中会强调材料结构决定性质，因此本课程包含较大部分内容来晶体结构和电子结构知识介绍，以及介绍若干种重要的功能材料结构。为下一步介绍各种材料功能性质打好基础，教育学生从根本上探寻性质产生的来源以及如何有目的的调控性质，使得学生能够深入问题的根本而不是仅仅在表面。
（3）本课程中安排学生学习最新的英文文献并做课堂报告，既让学生深入体会和接触了前沿科学，也培养了学生主动学习、分析问题、科学逻辑、口头表达等各方面能力。
3. 知识贡献和学时安排
章节名称 |
知识贡献 |
教学要求 |
学时 |
第一章 无机材料的合成和制备 |
1、高温固相扩散法； 2、前驱物法； 3、电化学合成法； 4、高温高压合成法； 5、小颗粒粉体制备法； 6、薄膜的制备； 7、单晶的制备； 8、有机化学在无机材料制备中的作用。 |
1. 了解高温固相扩散法的基本原理； 2. 了解高温固相法在实际实施过程中如何调控； 3. 了解前驱物法的概念、用途，尤其软化学合成法； 4. 了解高温高压合成方法的特点、所得产物的结构特点； 5. 了解小颗粒粉体及纳米材料的制备过程； 6. 了解多种单晶和薄膜材料的制备方法； 7. 了解有机化学在无机材料制备中的作用。 |
4 |
第二章 无机材料的研究方法 |
1、衍射技术； 2、扫描电子显微镜和电子探针； 3、透射电子显微镜； 4、扫描隧道显微镜； 5、电子顺磁共振谱； 6、X-射线吸收技术； 7、热分析； 8、其他常用分析方法简介。 |
1. 了解单晶和粉末衍射的原理；学习X射线、电子、中子衍射各自的特点； 2.了解加速电子与物体作用的机理，以及电子显微镜的工作原料； 3.了解透射显微镜的用途； 4.了解扫描隧道显微镜的工作机理； 5.了解电子顺磁共振谱技术及其应用； 6. 了解X-射线吸收技术； 7. 了解热天平的用途。 |
4 |
第三章 无机材料的晶体结构 |
1、晶体结构的对称性； 2、确定晶体结构的方法； 3、空间群； 4、单质与金属间化合物的结构； 5、无机非金属材料的结构。 |
1. 学习结晶学知识，包括结构周期性、对称操作、对称元素、单胞选取规则等； 2. 学习在实际研究中如何确定晶体结构，主要由哪些方法和步骤； 3. 学习看懂国际空间群表，可以在空间群表中找到各种信息； 4. 了解各种单质晶体的结构，包括金属和非金属单质； 5. 了解合金、金属间化合物的概念并掌握部分典型的金属间化合物结构类型； 6. 掌握密堆积原理，熟悉立方密堆积和六方密堆积原理； 7. 掌握部分以立方和六方密堆积为基础的无机非金属材料的结构； |
6 |
第四章 无机固体材料的电子结构 |
1、无机固体材料中的成键； 2、固体的能带理论。 |
1. 了解固体中各种成键的本质； 2．了解固体能带理论以及用能带理论分析过渡金属氧化物的能带。 |
2 |
第五章 材料中的缺陷 |
1、缺陷概论； 2、点缺陷的基本知识； 3、本征缺陷的能量状态和色心； 4、晶体中的掺杂缺陷； 5、材料中的变价缺陷； 6、掺杂缺陷的能量状态； 7、研究缺陷的实验方法。 |
1. 理解缺陷的概念、本征缺陷类型； 2. 了解shottky和Frenkel缺陷的形成原因； 3. 了解色心的概念，并以此为例了解缺陷的能量状态； 4. 以CdF2掺杂Cd为例了解掺杂缺陷的形成和缺陷平衡； 5. 了解材料中变价缺陷概念以及如何操控变价缺陷以获得理想的性质； 6．了解掺杂缺陷的能量状态； 7．学习若干种研究缺陷的实验方法。 |
2 |
第六章 相平衡和相变 |
1、相平衡的热力学表示； 2、单组分相图； 3、两组分相图； 4、固熔体； 5、三元相图； 6、相变。 |
1. 回顾物理化学中学习的关于热平衡的热力学知识； 2. 回顾物理化学中所学单组分相图知识； 3. 了解多种类型的两组分相图； 4.了解固熔体概念及其研究方法； 5. 了解三元相图概念； 6. 了解一级相变和二级相变的概念及特点； 7．以稀土掺杂的氧化锆为例了解通过化学方法控制相变的多样性。 |
2 |
第七章 电介质材料 |
1、电介质材料物理量的宏观意义； 2、电介质材料物理量的微观机理； 3、介电性能和晶体对称性； 4、低介电常数材料和中等介电常数材料； 5、热释电材料； 6、铁电材料； 7、压电材料。 |
1. 了解电介质材料物理量的宏观意义； 2. 了解电介质材料物理量的微观机理及介电损耗的来源以及如何控制介电损耗； 3. 了解介电性能和晶体对称性的关系； 4. 了解热释电现象以及热释电材料的性能控制； 5. 了解铁电材料的微观机理以及其与对称性的关系； 6. 了解压电材料的微观机理以及其与对称性的关系。 |
4 |
第八章 导电材料 |
1、金属的导电性； 2、半导体材料； 3、绝缘材料； 4、超导材料； 5、离子导体。 |
1. 了解金属的导电性的量子理论解释； 2. 了解材料的Pauli顺磁性； 3. 了解金属电阻随温度的变化关系和剩余电阻的来源； 4. 了解本征半导体的能带结构和掺杂半导体的性能特点； 5. 了解超导材料的零电阻现象和完全抗磁效应； 6. 了解常见的离子导电机理； 7．了解形成良好离子导体的条件； 8．了解一些常见的离子导体材料，例如Li离子导体、氧离子导体。 |
4 |
第九章 光学材料 |
1、荧光材料； 2、激光材料； 3、非线性光学材料； 4、半导体光催化材料。 |
1. 掌握光致荧光材料的基本原理，以及激发光谱、发射光谱的测试方法和原理； 2. 掌握各种分离发光中心的光谱特征、例如过渡金属离子、稀土离子、18+2离子的发光特点； 3. 了解复合发光机理； 4. 了解浓度猝灭现象和双光子发光现象； 5. 了解成为激光材料的基本特点； 6．了解非线性光学材料对结构对称性的要求； 7．了解半导体光催化分解水过程； 8．了解各种调控光催化材料性能的手段。 |
4 |
十、 教学方法
《无机材料化学》课程以课堂教学为主。在教学中重视研究性学习、探究性学习、协作学习等现代教育理念在教学中的应用，通过课堂讨论、查阅资料、课堂报告等形式，充分调动学生在教学活动中的主动性和积极性，促进学生积极思考，使学生由被动地接受知识到主动地获取知识。
十一、 考核及成绩评定方式
由平时成绩（包括课外习题、小论文、出勤、课堂讨论）、考试（包括期中考试、期末考试）组成。
在《无机材料化学》理论课教学中，结合教学内容布置3次作业。期末考试为120分钟开卷考试，全部为问答题形式。课程总成绩中，作业占15%，课堂报告占15%，考试成绩占70%。
大纲制定人：杨韬
大纲审定人：法焕宝
制定时间：2014-03
