《功能材料概论》课程教学大纲 课程名称：功能材料概论 课程类别：必修课 适用专业：材料化学 考核方式：考试 总学时、学分：48学时、3学分 一、课程教学目的 《功能材料概论》是材料化学专业的必修课。课程的主要目的是 进一步拓宽材料化学专业学生的知识视野，对各种功能材料的知识体 系有更深入的了解。通过本课程的学习，使学生掌握典型功能材料的 基本原理、制备方法及应用领域，了解各种材料的一系列优异性能。 使学生进一步掌握各种功能材料的结构、组成和性能之间的基本关 系。同时使学生对典型功能材料，如能源材料、信息功能材料和智能 材料等国内外研究现状有一定的了解。 二、课程教学要求 通过本课程的学习，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；基本掌握功能材料 的制备方法和工艺、功能材料的设计方法和性能研究方法，使学生在 生产实践和研究工作中能够准确灵活运用所学到的知识和技能。 三、先修课程 学生学习完《无机化学》、《分析化学》、《有机化学》和《纳米材 料化学》以后开设本课程。 四、课程教学重、难点 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
《功能材料概论》课程教学大纲 课程名称：功能材料概论 课程类别：必修课 适用专业：材料化学 考核方式：考试 总学时、学分：48 学时、3 学分 一、课程教学目的 《功能材料概论》是材料化学专业的必修课。课程的主要目的是 进一步拓宽材料化学专业学生的知识视野，对各种功能材料的知识体 系有更深入的了解。通过本课程的学习，使学生掌握典型功能材料的 基本原理、制备方法及应用领域，了解各种材料的一系列优异性能。 使学生进一步掌握各种功能材料的结构、组成和性能之间的基本关 系。同时使学生对典型功能材料，如能源材料、信息功能材料和智能 材料等国内外研究现状有一定的了解。 二、课程教学要求 通过本课程的学习，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；基本掌握功能材料 的制备方法和工艺、功能材料的设计方法和性能研究方法，使学生在 生产实践和研究工作中能够准确灵活运用所学到的知识和技能。 三、先修课程 学生学习完《无机化学》、《分析化学》、《有机化学》和《纳米材 料化学》以后开设本课程。 四、课程教学重、难点 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
本课程难点是各种功能材料的基本原理，以及功能材料的制备、 组成、结构和性能之间的关系。 五、课程教学方法与教学手段 教学方法：课程讲授中采用启发式教学，培养学生思考问题、分 析问题和解决问题的能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性； 讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。 教学手段：在教学中采用板书、电子教案及多媒体教学等相结合 的教学手段，以确保全面、高质量地完成课程教学任务。 六、课程教学内容 第1章绪论（1学时) 1.教学内容 (1)功能材料发展概说： (2)功能材料的分类及特点： (3)功能材料的制备方法简介：溶胶-凝胶法：快淬快凝技术：复合与杂化：无机非金属 功能材料的典型制备方法；功能高分子材料的制备： (4)功能材料的表征方法简介：材料组成表征：材料结构表征：材料性能表征。 2.重、难点提示 (1)教学重点：功能材料的分类： (2)教学难点：功能材料的制备方法。 第2章电性功能材料(3学时) 1.教学内容 (1)电子导电材料： (2)电阻材料和电热材料： (3)快离子导体材料：离子类载流子电导机理：影响离子导电的因素：快离子导体的传 导特性和晶体结构：快离子导体材料：快离子导体材料的应用： (4)导电薄膜：导电薄膜的基本要求：导电薄膜的种类：导电薄膜的制备
本课程难点是各种功能材料的基本原理，以及功能材料的制备、 组成、结构和性能之间的关系。 五、课程教学方法与教学手段 教学方法：课程讲授中采用启发式教学，培养学生思考问题、分 析问题和解决问题的能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性； 讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。 教学手段：在教学中采用板书、电子教案及多媒体教学等相结合 的教学手段，以确保全面、高质量地完成课程教学任务。 六、课程教学内容 第 1 章 绪论（1 学时） 1．教学内容 (1)功能材料发展概说； (2)功能材料的分类及特点； (3)功能材料的制备方法简介：溶胶-凝胶法；快淬快凝技术；复合与杂化；无机非金属 功能材料的典型制备方法；功能高分子材料的制备； (4)功能材料的表征方法简介：材料组成表征；材料结构表征：材料性能表征。 2．重、难点提示 (1)教学重点：功能材料的分类； (2)教学难点：功能材料的制备方法。 第 2 章 电性功能材料（3 学时） 1．教学内容 (1)电子导电材料； (2)电阻材料和电热材料； (3)快离子导体材料：离子类载流子电导机理；影响离子导电的因素；快离子导体的传 导特性和晶体结构；快离子导体材料；快离子导体材料的应用； (4)导电薄膜：导电薄膜的基本要求；导电薄膜的种类；导电薄膜的制备
2.重、难点提示 (1)教学重点：不同电性功能材料的特点和基本要求： (2)教学难点：导体材料的电导机理及其影响导电的因素。 第3章敏感材料(4学时) 1.教学内容 (I)热敏陶瓷：热敏电阻的基本参数：PTC热敏电阻：NTC电阻材料：CTR材料：高温热 敏电阻材料：低温热敏电阻材料： (2)气敏陶瓷：气敏陶瓷概论：等温吸附方程：气敏陶瓷的种类及气敏元件： (3)热释电陶瓷：热释电陶瓷的结构与性能：热释电陶瓷的主要应用。 2.重、难点提示 (1)教学重点：各种敏感材料的基本参数、种类及其应用： (2)教学难点：根据等温吸附方程对气敏材料性能的分析与讨论。 第4章超导材料（4学时) 1.教学内容 (1)超导材料的基本性能：超导电性和超导体：超导材料的基本物理性质：超导材料的 临界参数：超导机理： (2)超导材料的发展：元素超导材料：合金和化合物超导材料：有机高分子超导材料： (3)超导材料的应用。 2.重、难点提示 (1)教学重点：超导材料的基本物理现象和微观机制： (2)教学难点：超导的微观机制。 第5章磁性功能材料(6学时) 1.教学内容 (1)磁学基础：原子的磁性：物质的磁性：磁性参数： (2)磁性金属材料：软磁合金：铸造及可加工永磁合金：稀土永磁合金： (3)铁氧体：铁氧体的晶体结构：软磁铁氧体：永磁铁氧体：其他类型铁氧体：铁氧体 的制备： (4)有机磁性材料：纯有机磁性材料：金属有机磁性材料：黏接磁性材料：磁性高分子 微球：有机磁性材料的应用
2．重、难点提示 (1)教学重点：不同电性功能材料的特点和基本要求； (2)教学难点：导体材料的电导机理及其影响导电的因素。 第 3 章 敏感材料（4 学时） 1．教学内容 (1)热敏陶瓷：热敏电阻的基本参数；PTC 热敏电阻；NTC 电阻材料；CTR 材料；高温热 敏电阻材料；低温热敏电阻材料； (2)气敏陶瓷：气敏陶瓷概论；等温吸附方程；气敏陶瓷的种类及气敏元件； (3)热释电陶瓷：热释电陶瓷的结构与性能；热释电陶瓷的主要应用。 2．重、难点提示 (1)教学重点：各种敏感材料的基本参数、种类及其应用； (2)教学难点：根据等温吸附方程对气敏材料性能的分析与讨论。 第 4 章 超导材料（4 学时） 1．教学内容 (1)超导材料的基本性能：超导电性和超导体；超导材料的基本物理性质；超导材料的 临界参数；超导机理； (2)超导材料的发展：元素超导材料；合金和化合物超导材料；有机高分子超导材料； (3)超导材料的应用。 2．重、难点提示 (1)教学重点：超导材料的基本物理现象和微观机制； (2)教学难点：超导的微观机制。 第 5 章 磁性功能材料（6 学时） 1．教学内容 (1)磁学基础：原子的磁性；物质的磁性；磁性参数； (2)磁性金属材料：软磁合金；铸造及可加工永磁合金；稀土永磁合金； (3)铁氧体：铁氧体的晶体结构；软磁铁氧体；永磁铁氧体；其他类型铁氧体；铁氧体 的制备； (4)有机磁性材料：纯有机磁性材料；金属有机磁性材料；黏接磁性材料；磁性高分子 微球；有机磁性材料的应用
2.重、难点提示 (1)教学重点：不同磁性材料的特点、磁性参数及其应用： (2)教学难点：利用洪德规则计算原子的磁性以及不同磁性的产生机制。 第6章新型能源材料(8学时) 1.教学内容 (1)太阳能电池材料：光伏效应和光伏太阳能电池：光伏太阳能电池材料的性能及分类： 硅基太阳能电池材料：有机高分子材料太阳能薄膜电池：无机化合物薄膜太阳能电池：纳米 晶薄膜材料太阳能电池： (2)锂离子电池与电池材料：锂离子电池的工作原理：锂离子电池正、负极材料： (3)固体燃料电池材料：燃料电池的工作原理与结构：燃料电池的分类：固体氧化物燃 料电池电解质：SOFC固体电解质材料的制备方法：固体电解质的薄膜化技术： (4)储氢材料：储氢材料的定义：储氢合金材料：炭质储氢材料：络合物储氢材料：玻 璃微球储氢：储氢材料的应用： (⑤)热点材料：温差电效应：热电材料的性能评价：典型的热电材料：梯度结构热电材 料。 2.重、难点提示 (1)教学重点：各种能源材料的结构、性能和应用： (2)教学难点：各种能源材料的工作原理。 第7章智能材料与结构(6学时) 1.教学内容 (1)智能材料及结构概念：智能材料与结构的定义：材料的智能化：智能材料与结构的 研究现状与发展前景： (2)智能材料的设计：智能材料的设计思路与原理：智能材料与仿生：智能材料与信息： (3)记忆合金：形状记忆效应及其原理：钛镍系形状记忆合金：铜基形状记忆合金：铁 基形状记忆合金：记忆合金的应用及发展前景： (4)压电及电致伸缩材料：材料的压电和铁电特性：电致伸缩陶瓷：压电和铁电薄膜： 压电复合材料：高性能铁电陶瓷的制备： (⑤)电流变体：电流变效应及机理：电流变液组成和性能：影响电流变效应的因素：电 流变液的工程应用及发展前景
2．重、难点提示 (1)教学重点：不同磁性材料的特点、磁性参数及其应用； (2)教学难点：利用洪德规则计算原子的磁性以及不同磁性的产生机制。 第 6 章 新型能源材料（8 学时） 1．教学内容 (1)太阳能电池材料：光伏效应和光伏太阳能电池；光伏太阳能电池材料的性能及分类； 硅基太阳能电池材料；有机高分子材料太阳能薄膜电池；无机化合物薄膜太阳能电池；纳米 晶薄膜材料太阳能电池； (2)锂离子电池与电池材料：锂离子电池的工作原理；锂离子电池正、负极材料； (3)固体燃料电池材料：燃料电池的工作原理与结构；燃料电池的分类；固体氧化物燃 料电池电解质；SOFC 固体电解质材料的制备方法；固体电解质的薄膜化技术； (4)储氢材料：储氢材料的定义；储氢合金材料；炭质储氢材料；络合物储氢材料；玻 璃微球储氢；储氢材料的应用； (5)热点材料：温差电效应；热电材料的性能评价；典型的热电材料；梯度结构热电材 料。 2．重、难点提示 (1)教学重点：各种能源材料的结构、性能和应用； (2)教学难点：各种能源材料的工作原理。 第 7 章 智能材料与结构（6 学时） 1．教学内容 (1)智能材料及结构概念：智能材料与结构的定义；材料的智能化；智能材料与结构的 研究现状与发展前景； (2)智能材料的设计：智能材料的设计思路与原理；智能材料与仿生；智能材料与信息； (3)记忆合金：形状记忆效应及其原理；钛镍系形状记忆合金；铜基形状记忆合金；铁 基形状记忆合金；记忆合金的应用及发展前景； (4)压电及电致伸缩材料：材料的压电和铁电特性；电致伸缩陶瓷；压电和铁电薄膜； 压电复合材料；高性能铁电陶瓷的制备； (5)电流变体：电流变效应及机理；电流变液组成和性能；影响电流变效应的因素；电 流变液的工程应用及发展前景
2.重、难点提示 (1)教学重点：各种智能材料的基本特征和应用： (2)教学难点：典型智能材料的原理。 第8章化学功能材料(6学时) 1.教学内容 (1)纳米材料：纳米材料简介：纳米材料的基本概念：纳米材料的基本性能：纳米材料 的制备技术：纳米材料的应用：纳米材料的发展前景及展望： (2)化学薄膜材料：膜材料的分类与特点：膜材料的制备方法简介：功能无机膜材料： 有机高分子膜材料： (3)有机电子材料：有机电子材料的电、光和化学性能：紫外光刻胶的应用： (4)功能色素材料：色素的构造和性质：色素的种类：有机电致发光功能色素材料：化 学发光材料：印刷用功能色素： (⑤)特种有机硅材料：有机硅简介；有机硅的特征：有机硅的分类及其应用。 2.重、难点提示 ()教学重点：各种化学功能材料的性能及应用： (2)教学难点：化学功能材料的结构特征和性能之间的关系。 第9章生物医学功能材料（4学时) 1.教学内容 (1)生物医学材料的特征与评价：生物医学材料的研究内容、分类和基本性能要求：生 物医学材料的生物相容性及生物学评价：生物医学材料的研究现状、研究方向和发展趋势： (2)人工器官与生物医学材料：人工器官概述：人工器官的种类及基本原理：人工器官 的现状及发展： (3)药物载体：药用功能材料的分类和基本性能要求：药物控制释放和载体材料：高分 子微囊药物释放体系：靶向药物释放体系：智能化药物释放体系： (4)组织工程材料：组织工程原理：组织工程材料的研究现状与前景。 2.重、难点提示 (1)教学重点：生物医用材料的分类、基本性能和应用： (2)教学难点：人工器官和组织工程材料的基本原理。 第10章光学功能材料（6学时)
2．重、难点提示 (1)教学重点：各种智能材料的基本特征和应用； (2)教学难点：典型智能材料的原理。 第 8 章 化学功能材料（6 学时） 1．教学内容 (1)纳米材料：纳米材料简介；纳米材料的基本概念；纳米材料的基本性能；纳米材料 的制备技术；纳米材料的应用；纳米材料的发展前景及展望； (2)化学薄膜材料：膜材料的分类与特点；膜材料的制备方法简介；功能无机膜材料； 有机高分子膜材料； (3)有机电子材料：有机电子材料的电、光和化学性能；紫外光刻胶的应用； (4)功能色素材料：色素的构造和性质；色素的种类；有机电致发光功能色素材料；化 学发光材料；印刷用功能色素； (5)特种有机硅材料：有机硅简介；有机硅的特征；有机硅的分类及其应用。 2．重、难点提示 (1)教学重点：各种化学功能材料的性能及应用； (2)教学难点：化学功能材料的结构特征和性能之间的关系。 第 9 章 生物医学功能材料（4 学时） 1．教学内容 (1)生物医学材料的特征与评价：生物医学材料的研究内容、分类和基本性能要求；生 物医学材料的生物相容性及生物学评价；生物医学材料的研究现状、研究方向和发展趋势； (2)人工器官与生物医学材料：人工器官概述；人工器官的种类及基本原理；人工器官 的现状及发展； (3)药物载体：药用功能材料的分类和基本性能要求；药物控制释放和载体材料；高分 子微囊药物释放体系；靶向药物释放体系；智能化药物释放体系； (4)组织工程材料：组织工程原理；组织工程材料的研究现状与前景。 2．重、难点提示 (1)教学重点：生物医用材料的分类、基本性能和应用； (2)教学难点：人工器官和组织工程材料的基本原理。 第 10 章 光学功能材料（6 学时）
1.教学内容 (1)发光材料：光致发光的基本原理；发光材料的主要性能参数：影响材料发光性能的 主要因素：典型发光材料： (2)固体激光材料：激光的基本性能：激光器的构成与激光的形成：激光器的分类：固 体激光材料的结构与主要性能：典型的激光晶体： (3)光导纤维：光纤的结构及光在光纤中的传输原理：光纤的传输特性：典型的光纤材 料：光纤的应用： (4)光子晶体：光子晶体的概念、制备及应用。 2.重、难点提示 (1)教学重点：不同类型光纤的传导模式、光纤组合以及结构： (2)教学难点：固体激光器和光传导原理。 七、学时分配 章目 教学内容 教学环节 理论教学学时 绪论 一 电性功能材料 3 三 敏感材料 4 四 超导材料 4 五 磁性功能材料 6 六 新型能源材料 8 七 智能材料与结构 6 八 化学功能材料 6 九 生物医学功能材料 4 十 光学功能材料 6 总计 48 八、课程考核方式 1.考核方式： 笔试；闭卷。 2.成绩构成 试卷成绩。 九、选用教材和参考书目 [1]《功能材料导论》（第一版），李廷希、张文丽编，中南大学出版社，2011 年 [2]《功能材料概论》（第三版），殷景华、王雅珍、鞠刚编，哈尔滨工业大学出
1．教学内容 (1)发光材料：光致发光的基本原理；发光材料的主要性能参数；影响材料发光性能的 主要因素；典型发光材料； (2)固体激光材料：激光的基本性能；激光器的构成与激光的形成；激光器的分类；固 体激光材料的结构与主要性能；典型的激光晶体； (3)光导纤维：光纤的结构及光在光纤中的传输原理；光纤的传输特性；典型的光纤材 料；光纤的应用； (4)光子晶体：光子晶体的概念、制备及应用。 2．重、难点提示 (1)教学重点：不同类型光纤的传导模式、光纤组合以及结构； (2)教学难点：固体激光器和光传导原理。 七、学时分配 章目 教学内容 教学环节 理论教学学时 一 绪论 1 二 电性功能材料 3 三 敏感材料 4 四 超导材料 4 五 磁性功能材料 6 六 新型能源材料 8 七 智能材料与结构 6 八 化学功能材料 6 九 生物医学功能材料 4 十 光学功能材料 6 总计 48 八、课程考核方式 1.考核方式： 笔试；闭卷。 2.成绩构成 试卷成绩。 九、选用教材和参考书目 ［1］《功能材料导论》（第一版），李廷希、张文丽编，中南大学出版社，2011 年； ［2］《功能材料概论》（第三版），殷景华、王雅珍、鞠刚编，哈尔滨工业大学出
版社，2017年 [3]《功能材料概论一一性能、制备与应用》（第一版)，邓少生、纪松编编，化 学工业出版社，2012年； [4]《新型功能材料导论》（第一版)，汪济奎、郭卫红、李秋影编，华东理工大 学出版社，2014年： [5]《功能材料学概论》（第二版)，马如璋、蒋民华、徐祖雄编，冶金工业出版 社，2006年
版社，2017 年； ［3］《功能材料概论——性能、制备与应用》（第一版），邓少生、纪松编编，化 学工业出版社，2012 年； ［4］《新型功能材料导论》（第一版），汪济奎、郭卫红、李秋影编，华东理工大 学出版社，2014 年； ［5］《功能材料学概论》（第二版），马如璋、蒋民华、徐祖雄编，冶金工业出版 社，2006 年
