《现代材料制备科学与技术》课程教学大纲.doc

《现代材料制备科学与技术》课程教学大纲 一、课程性质、教学目的和要求 《现代材料制备技术》是介绍现代材料制备原理与技术的课程，是理科材料科学各专业的一门重要专业基础课。通过本课程的学习，使学生掌握单晶、薄膜、特种陶瓷及复合材料的制备基础理论、方法以及相关技术，为后续各类材料专业课程学习提供必要的理论和技术支撑。 先行课程：《热力学统计物理》、《X射线衍射学》、《固体物理学》 本课程72学时，由两部分构成，其中理论讲授64学时，课带实验和科研基地参观8学时。 二、教材和主要参考书目 教材：《材料制备科学与技术》, 朱世富，赵北君编著, 高教出版社，2006年，国家十一五规划教材。 参考书目：《晶体生长的物理基础》，闵乃本著，上海科学技术出版社。 《Crystal Growth》, B.R. Pamplin, Pergamon Press, Oxford, New York, Toronto, Sydney. 三、考试方式 期末闭卷考试，占总成绩的70％，半期考试和平时作业占30％。 四、各章的基本要求、各节的主要内容和学时分配 第一章? 绪论 1学时 介绍材料科学、材料科学与工程学科的基本特点。 掌握材料科学和材料制备技术的主要研究领域及研究内容，以及新材料的研究发展趋势。 了解国内外人工晶体研究发展概况及主要进展，明确中国人工晶体研究在国际研究中的所处的先进地位和研究水平。 注：原书中 第1章 晶体结构和第2章 晶体缺陷， 已在先行课程《X射线衍射学》和《固体物理学》中学习过，所以本门课程不再讲授，但要求学生自行复习。 第二章? 课程网站注册、使用说明 掌握使用课程网站的各种功能，并能够在网站上熟练查看课程公告和教学日历 掌握在网上熟练完成作业并提交作业的技巧，能够应用网上互动平台进行课程讨论和熟练使用答疑平台。 1学时 第三章? 成核理论 掌握相变驱动力的概念及其在各种生长系统中的表达式。 了解界面压力的概念并能够推导任意弯曲界面的界面压力表达式（Laplace equation）表达式，掌握Kelven关系的推导，能够用于解释生长过程中的物理现象。 熟练掌握均匀成核、非均匀成核过程中的临界半径、成核功和成 核率的推导，明确物理意义。 能够从理论和实践上分析影响成核和控制成核的因素。 正确理解并掌握复相起伏和界面能位垒的概念。 10学时 第一节? 相变驱动力 气相、液相和熔体生长系统中相变驱动力 2学时 均匀成核 晶核形成能与临界尺寸，复相起伏和晶核成核率 3学时 均匀成核 晶核形成能与临界尺寸，复相起伏和晶核成核率 3学时 非均匀成核 催化促进作用和成核率控制 2学时 第四章? 界面的平衡结构 了解表面能极图、奇异面、非奇异面和邻位面的概念。 熟练掌握三种界面模型（Kossel, Jackson, Temkin model）的假设、推导、结论，意义。 能够应用界面相变熵判断界面平衡结构。 理解并掌握解影响界面平衡结构的因素。 10学时 第一节? 晶体的平衡形状 1学时 第二节? 晶体界面结构的基本类型 1学时 第三节? 柯塞尔模型 邻位面台阶化论证，Kossel模型 2学时 第四节? 杰克逊模型 Jackson模型 推导，界面相变熵，界面熔化熵，界面相变熵与生长系统、 环境相 4学时 第五节? 特姆金模型 Temkin模型 2学时 第五章? 晶体生长动力学 了解法向生长速率与相变驱动力之间的关系既取决于晶体生长机制，又取决于界面结构。 熟练推导直台阶运动速率表达式。 掌握邻位面、光滑界面和粗糙界面的生长机制及其动力学规律。 了解界面运动学第一定律、第二定律和生长速率倒数极图概念，掌握确定晶体生长过程中形态的方法和影响晶体形态的因素。 了解小面生长原理和克服小面生长的途径。 9学时 第一节? 邻位面的生长 台阶动力学和运动学，邻位面生长动力学 4学时 第二节? 光滑界面的生长 二维核生长机制，位错生长机制 2学时 第三节? 粗糙界面的生长 1学时 第四节 ?晶体生长动力学统一理论，晶体生长形态学 界面运动学第一定律、第二定律，生长速率倒数极图，小面生长 2学时 第六章? 相平衡状态图 掌握相平衡、相图和吉布斯相律。 掌握二元系相图。 了解三元系相图，掌握成分三角形，等温截面，垂直截面的概念。 熟练掌握相图在晶体生长中的应用。 6学时 第一节? 相平衡与相图 1学时 第二节? 二元系相图 互溶体系，共晶体系，包晶体系，化合物体系，液态分层体系 1学时 第三节? 三元系相图 成分三角形，等温截面，垂直截面 2学时 第四节? 相图与晶体生长 晶体生长方法选择，配料成份选择，热处理工艺，组分过冷 2学时 第七章? 单晶材料的制备 掌握汽相法、溶液法、水热法、熔盐法和熔体法生长晶体的技术。 了解上述各类生