2014年秋季材料物性能课程设计指导书2014年秋季材料物理性能课程设计指导书.doc

材料物理性能课程设计指导书 2014年秋季学期 12级材料物理专业 一、课程设计的目的与要求 材料物理性能课程设计是《材料物理性能》课程中的一个实践性教学环节，也是一次对学生进行比较全面的材料设计的训练。其目的是： 1、要求学生综合应用《材料物理性能》及相关课程的基本知识来解决实际中材料的具体设计问题，以进一步巩固和深化所学的课程知识。 2、学生进行一次较为完整的材料设计的实际训练，使学生初步掌握材料设计的内容、步骤和基本方法，进一步提高学生的材料设计能力和独立工作能力，为综合实验、毕业设计奠定基础。 3、增强理论联系实际的能力，提高学生应用计算机能力和查阅文献资料的能力。 4、培养学生的团队协作精神、创新意识、严肃认真的学习态度和严谨求实的工作作风。 二、课程设计的内容及完成步骤 材料物理性能课程设计是在材料性能的理论分析基础上，进行材料的制备与测试方案设计。能从决定材料物理性能的本质出发，综合考虑影响材料物理性能的因素，制定相应的制备和测试方案。要熟知材料的性能是材料设计的目的，物理本质是设计的原理，制备是实现的手段，测试是对设计目的的检验。 材料的物理性能包括力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能、光学性能。而电、磁、光性能是功能材料的重要性质，也是专业的重点，因此课程设计也主要设计这三大类材料，具体如下。 1、透明导电薄膜材料设计 性能要求：可见光透明率、导电率（方阻）。 材料：二元氧化物，三元氧化物。 2、铁电（薄膜、粉体）材料设计 性能要求：铁电性（电滞回线）。 材料：钛酸盐、铌酸盐、钽酸盐等。 3、超导（薄膜、粉体）材料设计 性能要求：超导电性（临界温度、临界磁场、临界电流）。 材料：钛酸盐、铌酸盐、钽酸盐等。 4、低辐射薄膜材料（器件）设计 性能要求：高红外光反射，高透光率。 材料：Ag系等。 5、磁性（薄膜、粉体）材料设计 性能要求：（亚）铁磁性（磁滞回线）。 材料：金属（合金），铁氧体。 6、光催化（薄膜、粉体）材料设计 性能要求：光照波长，光催化效率。 材料：半导体材料（n、p型）。 7、三基色荧光粉材料设计 性能要求：激发波长，发射波长（红、绿、蓝），发光强度，发光寿命。 激活中心（稀土离子、过渡族金属离子等）。 8、白光LED用荧光粉材料设计 性能要求：激发波长，发射波长（白光、黄光），发光强度，发光寿命。 激活中心（稀土离子、过渡族金属离子）。 9、上转换发光材料设计 性能要求： 材料：基质（氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物、卤化物等）；激活中心（稀土离子）。例：NaYF4: Er, Yb，镱铒双掺，Er作激活剂，Yb作为敏化剂。 10、电致变色薄膜材料设计 性能要求：着色颜色，着色前后的透光率，电压、电流、循环次数。 材料：无机和有机变色材料，无机的过渡族金属氧化物、导电离子等，如WO3、TiO2NiOx；有机的如紫罗精类、聚苯胺、聚噻吩类及其衍生物、四硫富瓦烯、金属酞菁类化合物等。 11、光致变色材料设计 性能要求：着色颜色，着色前后的透光率，响应光波长，可逆转化的循环次数、热稳定性、抗疲劳性等。 材料：无机和有机变色材料，无机的过渡族金属氧化物、导电离子等，如WO3、TiO22O5和NiOx 性能要求：转换效率、开路电压、短路电流及填充因子。 材料：硅基、Ⅲ-Ⅴ族化合物、CIGS化合物和CdTe化合物。 13、金属薄膜电极设计 性能要求：电阻率、厚度、抗化学腐蚀、抗氧化、电迁移。 材料：Al、Cu、Mo和Ni等。 14、气敏传感器设计（甲烷、丙烷、一氧化氮和一氧化碳等） 性能要求：灵敏度、响应速度及寿命。 材料：金属氧化物薄膜（SnO2、ZnO及ITO等）。 15、太阳能选择吸收层（光热转换吸收器）材料设计 性能要求：可见光吸收率、热辐射及高温稳定性。 材料：多层膜型吸收层，如Al2O3/Mo/Al2O3（金属：Mo、WAl、Hf和Ni等；介质：Al2O3、HfO2、SiO2,和AlN等）、金属-陶瓷复合膜等，如Mo-Al2O3等。 16、磁光存储器件材料设计 性能要求：磁转变温度、存储密度及克尔转角。 材料：Tb23Fe77、Gd21Fe79、Gd21Co79、Tb22Fe66Co12、Gd22Tb4Fe74及Gd16Tb6Co78等。 17、计算机硬盘读出磁头材料设计（巨磁阻材料应用） 性能要求：存储密度、写入道宽、读出道宽、磁电阻间隙及传感层厚度等。 材料：Fe/Cr等。 18、热障涂层设计 性能要求：具有良好的热阻隔能力。 19、光制氢材料设计 性能要求：能够实现光制氢功能，产额高。 完成材料设计的主要步骤如下： 第一，了解上述大类材料的定义，特点，以及在实际生产生活中的应用； 第二，熟悉该类材料的主要性能指标和相关物理量，掌握该类材料的设计