《功能材料概论实验》课程教学大纲 课程名称：功能材料概论实验课 课程类别：实验课 适用专业：材料化学 所属实验室：功能材料实验室 实验学时、学分：32学时1学分 一、实验教学目的 功能材料概论实验是材料化学专业的一门综合必修课。主要讲 授功能材料的性能指标的本质、物理概念、实用意义，以及各种性能 指标间的相互关系；影响材料性能的因素，提高材料性能的方向和途 径：材料性能指标的测试技术与方法。通过材料器件制作和性能测试， 了解功能材料应用领域、激发学习兴趣、提高实践能力。 开设本实验课程的目的是把课堂讲授的功能材料的理论知识与 材料表征和性能指标检测技术有机地结合起来，培养学生的创新理念， 为材料化学专业的学生今后从事功能材料的检测、研发和管理奠定基 础。 二、实验教学要求 了解功能材料的表征方法： 掌握常用专业仪器设备的使用知识： 了解功能材料性能的测试方法。 三、对学生的指导和要求 (一)对学生的指导 培养和提高学生的检测能力。 (二)对学生的要求
《功能材料概论实验》课程教学大纲 课程名称：功能材料概论实验课 课程类别：实验课 适用专业：材料化学 所属实验室：功能材料实验室 实验学时、学分： 32 学时 1 学分 一、实验教学目的 功能材料概论实验是材料化学专业的一门综合必修课。主要讲 授功能材料的性能指标的本质、物理概念、实用意义，以及各种性能 指标间的相互关系；影响材料性能的因素，提高材料性能的方向和途 径；材料性能指标的测试技术与方法。通过材料器件制作和性能测试， 了解功能材料应用领域、激发学习兴趣、提高实践能力。 开设本实验课程的目的是把课堂讲授的功能材料的理论知识与 材料表征和性能指标检测技术有机地结合起来，培养学生的创新理念， 为材料化学专业的学生今后从事功能材料的检测、研发和管理奠定基 础。 二、实验教学要求 了解功能材料的表征方法； 掌握常用专业仪器设备的使用知识； 了解功能材料性能的测试方法。 三、对学生的指导和要求 （一）对学生的指导 培养和提高学生的检测能力。 （二）对学生的要求
了解和掌握检测设备的结构和检测原理。 四、实验考核方式 考核方式：考查 考核要求：实验报告的内容应包括：实验名称、方法原理、实验 仪器名称和型号、实验条件（或参数）、实验操作步骤、实验数据（或 图谱)、实验中出现的现象、实验数据（或图谱)分析处理结果、问 题讨论以及对实验教材（或指导书）中提出思考题的回答，等等。 实验报告应字迹工整、文字简练、术语使用恰当，分析有理有据， 内容充实，图文并茂，写作格式规范。 成绩评定：实验纪律与态度10%，实验过程40%，实验报告50%。 百分制记录成绩。 缺少一次及以上实验，成绩不及格。 五、实验教学内容 实验项目（一）：磁学基本参数测量 (1)项目类别：必做 (2)项目性质：综合性 (3)项目主要目的要求： 了解VSM仪器的测量原理、样品磁性测量的方法、VSM的操 作要领和注意事项以及理解各项磁学基本参数物理意义。 (4)主要仪器： 磁性材料自动测量系统。 实验项目（二）：磁电阻测试
了解和掌握检测设备的结构和检测原理。 四、实验考核方式 考核方式：考查 考核要求：实验报告的内容应包括：实验名称、方法原理、实验 仪器名称和型号、实验条件（或参数）、实验操作步骤、实验数据（或 图谱）、实验中出现的现象、实验数据（或图谱）分析处理结果、问 题讨论以及对实验教材（或指导书）中提出思考题的回答，等等。 实验报告应字迹工整、文字简练、术语使用恰当，分析有理有据， 内容充实，图文并茂，写作格式规范。 成绩评定：实验纪律与态度 10%，实验过程 40%，实验报告 50%。 百分制记录成绩。 缺少一次及以上实验，成绩不及格。 五、实验教学内容 实验项目(一)：磁学基本参数测量 （1）项目类别：必做 （2）项目性质：综合性 （3）项目主要目的要求： 了解 VSM 仪器的测量原理、样品磁性测量的方法、VSM 的操 作要领和注意事项以及理解各项磁学基本参数物理意义。 （4）主要仪器： 磁性材料自动测量系统。 实验项目(二)：磁电阻测试
(1)项目类别：必做 (2)项目性质：综合性 (3)项目主要目的要求： 初步了解磁性多层膜的GMR原理和初步掌握室温磁电阻的测量 方法。 (4)主要仪器： 磁电阻效应实验仪。 实验项目（三）：酒精传感器测量实验 (1)项目类别：必做 (2)项目性质：综合性 (3)项目主要目的要求： 掌握酒精传感器测试原理；选用不同酒精浓度的溶液，通过酒精 传感器测试其浓度；绘制溶液的检测浓度和配置浓度曲线，分析二者 有差别的原因。 (4)主要仪器： 猎豹1号酒精测试仪。 实验项目（四）：霍尔法测磁场 (1)项目类别：必做 (2)项目性质：验证性 (3)项目主要目的要求： 了解用霍尔效应法测量磁场的原理，掌握FB511型霍尔法亥姆霍 兹线圈磁场实验仪的使用方法；了解载流圆线圈的径向磁场分布情况；
（1）项目类别：必做 （2）项目性质：综合性 （3）项目主要目的要求： 初步了解磁性多层膜的 GMR 原理和初步掌握室温磁电阻的测量 方法。 （4）主要仪器： 磁电阻效应实验仪。 实验项目(三)：酒精传感器测量实验 （1）项目类别：必做 （2）项目性质：综合性 （3）项目主要目的要求： 掌握酒精传感器测试原理；选用不同酒精浓度的溶液，通过酒精 传感器测试其浓度；绘制溶液的检测浓度和配置浓度曲线，分析二者 有差别的原因。 （4）主要仪器： 猎豹 1 号酒精测试仪。 实验项目(四)：霍尔法测磁场 （1）项目类别：必做 （2）项目性质：验证性 （3）项目主要目的要求： 了解用霍尔效应法测量磁场的原理，掌握 FB511 型霍尔法亥姆霍 兹线圈磁场实验仪的使用方法；了解载流圆线圈的径向磁场分布情况；
测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈的轴线上的磁场分布；两平行线圈的 间距改变为d=R/2和d2R时，测定其轴线上的磁场分布。 (4)主要仪器： FB511型霍尔法亥姆霍兹线圈磁场实验仪1台、测试架1台。 实验项目（五）：太阳能电池基本特性的测量 (1)项目类别：必做 (2)项目性质：验证性 (3)项目主要目的要求： 1、在没有光照时，太阳能电池主要结构为一个二极管，测量该 二极管在正向偏压时的伏安特性曲线，并求得电压和电流关系的经 验公式。 2、测量太阳能电池在光照时的输出伏安特性，作伏安特性曲线 图，由图求得它的短路电流(sc)、开路电压（心oc)、最大输出功率Pm 及填充因子FF[P.(IUc刃。填充因子是代表太阳能电池性能优劣的 一个重要参数。 3、测量太阳能电池的光照特性：测量短路电流c和相对光强度 J小（仁x/x)之间关系，画出c与相对光强J小（仁X,/N)之间的关系图； 测量开路电压Uoc和相对光强度J/J仁X,x)之间的关系，画出Uc与 相对光强JJ=x/X)之间的关系图。 (4)主要仪器： 光具座（上面装有滑块支架、盒装太阳能电池板、碘钨灯白光 光源)、导线若干、有机玻璃遮光罩、数字万用表1只、电阻箱1只
测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈的轴线上的磁场分布；两平行线圈的 间距改变为 d=R/2 和 d=2R 时,测定其轴线上的磁场分布。 （4）主要仪器： FB511 型霍尔法亥姆霍兹线圈磁场实验仪 1 台、测试架 1 台。 实验项目(五)：太阳能电池基本特性的测量 （1）项目类别：必做 （2）项目性质：验证性 （3）项目主要目的要求： 1、在没有光照时，太阳能电池主要结构为一个二极管，测量该 二极管在正向偏压时的伏安特性曲线，并求得电压和电流关系的经 验公式。 2、测量太阳能电池在光照时的输出伏安特性，作伏安特性曲线 图，由图求得它的短路电流( SC I )、开路电压( UOC )、最大输出功率 Pm 及填充因子 ( /( )) m SCUOC FF P I 。填充因子是代表太阳能电池性能优劣的 一个重要参数。 3、测量太阳能电池的光照特性：测量短路电流 SC I 和相对光强度 J/J ( x / x) 0 = 0 之间关系，画出 SC I 与相对光强 J/J ( x / x) 0 = 0 之间的关系图； 测量开路电压 UOC 和相对光强度 J/J ( x / x) 0 = 0 之间的关系，画出 UOC 与 相对光强 J/J ( x / x) 0 = 0 之间的关系图。 （4）主要仪器： 光具座（上面装有滑块支架、盒装太阳能电池板、碘钨灯白光 光源）、导线若干、有机玻璃遮光罩、数字万用表 1 只、电阻箱 1 只
实验项目（六）：四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻 (1)项目类别：必做 (2)项目性质：验证性 (3)项目主要目的要求： 掌握四探针法测量电阻率和薄层电阻的原理及测量方法，针对不 同几何尺寸的样品，掌握其修正方法：了解四探针测试仪的结构、原 理和使用方法给；了解影响电阻率测量的各种因素及改进措施。 (4)主要仪器： ST2263型双电测数字式四探针测试仪。 实验项目（七）：材料压电性能的测量 (1)项目类别：必做 (2)项目性质：验证性 (3)项目主要目的要求： 了解压电陶瓷材料的基本性能、结构、用途和制备方法；了解压 电常数的概念和意义；掌握压电常数d知的测试原理和测试技术。 (4)主要仪器： GCLC2730A准静态d3测量仪。 实验项目（八）：3d打印技术 (1)项目类别：必做√ (2)项目性质：综合性 (3)项目主要目的要求： 掌握3D打印增材制造原理；
实验项目(六)：四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻 （1）项目类别：必做 （2）项目性质：验证性 （3）项目主要目的要求： 掌握四探针法测量电阻率和薄层电阻的原理及测量方法，针对不 同几何尺寸的样品，掌握其修正方法；了解四探针测试仪的结构、原 理和使用方法给；了解影响电阻率测量的各种因素及改进措施。 （4）主要仪器： ST2263 型双电测数字式四探针测试仪。 实验项目(七)：材料压电性能的测量 （1）项目类别：必做 （2）项目性质：验证性 （3）项目主要目的要求： 了解压电陶瓷材料的基本性能、结构、用途和制备方法；了解压 电常数的概念和意义；掌握压电常数 d33的测试原理和测试技术。 （4）主要仪器： GCLC2730A 准静态 d33测量仪。 实验项目(八)：3d 打印技术 （1）项目类别：必做√ （2）项目性质：综合性 （3）项目主要目的要求： 掌握 3D 打印增材制造原理；
它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等 可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。 (4)主要仪器： 3D打印机。 实验项目（九）：材料的热重分析 (1)项目类别：必做 (2)项目性质：综合性 (3)项目主要目的要求： 了解热重分析的基本原理及热重曲线的分析法，测绘 CuS04·5H20的脱水热谱图并予以定量解释。 (4)主要仪器： 电子天平（精度0.1mg),热重分析仪 实验项目（十）：材料的粒度分析 (1)项目类别：必做 (2)项目性质：综合性 (3)项目主要目的要求：掌握样品的准备、粒度仪的基本原理、操 作步骤，以及数据的分析和处理。 (4)主要仪器： 粒度仪 实验项目（十一）：材料的扫描探针显微镜分析 (1)项目类别：必做 (2)项目性质：综合性
它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等 可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。 （4）主要仪器： 3D 打印机。 实验项目(九)：材料的热重分析 （1）项目类别：必做 （2）项目性质：综合性 （3）项目主要目的要求： 了 解 热 重分 析的 基 本原 理 及热 重 曲线 的分 析 法， 测 绘 CuSO4 ·5H2O 的脱水热谱图并予以定量解释。 （4）主要仪器： 电子天平（精度 0.1 ㎎），热重分析仪 实验项目(十)：材料的粒度分析 （1）项目类别：必做 （2）项目性质：综合性 （3）项目主要目的要求：掌握样品的准备、粒度仪的基本原理、操 作步骤，以及数据的分析和处理。 （4）主要仪器： 粒度仪 实验项目(十一)：材料的扫描探针显微镜分析 （1）项目类别：必做 （2）项目性质：综合性
(3)项目主要目的要求：掌握扫描探针显微镜的基本原理、具体操 作步骤，以及数据的分析和处理。 (4)主要仪器： 扫描探针显微镜 六、实验学时分配 序号 实验项目 学时 1 磁学基本参数测量 3 2 磁电阻测试 3 3 酒精传感器测量实验 3 4 霍尔法测磁场 3 5 太阳能电池基本特性的测量 3 6 四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻 3 7 材料压电性能的测量 3 8 3d打印技术 3 9 材料的热重分析 3 10 材料的粒度分析 2 11 材料的扫描探针显微镜分析 3 合计 32 七、推荐教材与辅助教学资料 [1]《材料科学与工程基础实验教程》盖登宇等主编，哈尔滨工业大学出版社， 2012: [2]《材料科学基础实验》陈泉水等主编，化学工业出版社，2009： [3]《材料物理与化学实验教程》潘春旭主编，中南大学出版社，2008： [4]《无机非金属材料专业实验》曲远方主编，天津大学出版社，2003
（3）项目主要目的要求：掌握扫描探针显微镜的基本原理、具体操 作步骤，以及数据的分析和处理。 （4）主要仪器： 扫描探针显微镜 六、实验学时分配 序 号 实验项目 学 时 1 磁学基本参数测量 3 2 磁电阻测试 3 3 酒精传感器测量实验 3 4 霍尔法测磁场 3 5 太阳能电池基本特性的测量 3 6 四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻 3 7 材料压电性能的测量 3 8 3d 打印技术 3 9 材料的热重分析 3 10 材料的粒度分析 2 11 材料的扫描探针显微镜分析 3 合计 32 七、推荐教材与辅助教学资料 ［1］《材料科学与工程基础实验教程》盖登宇等 主编，哈尔滨工业大学出版社， 2012； ［2］《材料科学基础实验》陈泉水等 主编，化学工业出版社，2009； ［3］《材料物理与化学实验教程》潘春旭 主编，中南大学出版社，2008； ［4］《无机非金属材料专业实验》曲远方 主编，天津大学出版社，2003