具体描述
本教程根据教育部化学教学指导委员会关于化学实验教学基本要求，结合化学实验教学的实际情况，在原实验讲义的基础上，参考有关实验方面的最新成果，经过修改、补充、整理完成。内容全面，自成体系，教程可以作为独立开设化学实验课程的教材。减少验证性实验项目，增加综合设计性实验项目。降低试剂消耗量。引入绿色化学思想，在实验项目的选择、实验试剂的选用方面，注意实验本身的环境因素，尽量避免使用有毒、有害的化学试剂，尽量使化学试剂循环使用、重复使用，在有机合成项目的编排上注意产物的充分利用，尽量选择多步合成，使合成系列化。在实验项目的编排上注意循序渐进，按照基本操作、基础实验、测量实验及综合设计实验的层次进行编排。
《现代材料科学导论》 第一章 导论：材料科学的范畴与核心概念 材料是人类文明进步的基石。从新石器时代的燧石到信息时代的半导体，材料的创新驱动了社会形态的深刻变革。本章旨在为读者建立一个宏观的视角，理解材料科学与工程（MSE）学科的本质。我们将探讨材料科学的核心三角关系——结构、性能、加工与应用之间的内在联系。材料的宏观性能（如强度、导电性、耐腐蚀性）源于其微观结构（如晶体结构、缺陷、相组成）。理解这种关系是材料设计与创新的出发点。 本章首先界定材料科学的学科边界，将其与化学、物理学、机械工程学等学科进行区分，同时强调其交叉性。我们将追溯材料科学简史，重点介绍金属时代、陶瓷时代、高分子时代以及当前蓬勃发展的功能材料时代。随后，深入剖析理解材料所需的关键基本概念，包括原子键合的类型（离子键、共价键、金属键、范德华力）及其对材料物理特性的决定性影响。例如，强烈的共价键通常对应着高硬度和高熔点，而易于形成的电子“海”则赋予金属优异的导电性。 第二章 晶体结构与微观形貌 理解任何固体材料的性能，必须从其原子排列的规律性入手。本章将聚焦于晶体结构——材料科学的“骨架”。我们将详细讲解晶体学的基本原理，包括晶胞、晶格、晶面指数（密勒指数）和晶向指数的确定方法。重点解析常见金属材料的三种基本晶体结构：体心立方（BCC）、面心立方（ पोहो）和六方密堆积（HCP）。通过对比这三种结构的密堆积程度和滑移系统的数量，读者可以初步预测不同晶体结构对材料塑性的影响。 非晶态材料（如玻璃和许多聚合物）也将在本章中占据重要地位。我们将讨论短程有序和长程无序的概念，以及“假晶态”的概念。此外，本章将详述晶体缺陷对材料性能的决定性作用。缺陷不仅仅是“瑕疵”，它们是材料变形、扩散和光电响应的关键。我们重点讨论点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）。通过引入位错理论，读者将理解金属塑性变形的微观机制——位错的滑动和攀移，为后续的力学性能章节打下坚实基础。 第三章 材料的相图与热力学基础 材料的热力学是指导材料制备与稳定性的基础工具。本章从基础热力学概念出发，如吉布斯自由能、焓和熵，解释为什么材料会自发地向低能量状态演化。我们将引入相律（吉布斯相律），并重点讲解如何解读和应用单组元和双组元相图。 双组元相图（如液-固平衡图）是预测合金成分、确定相变温度的关键。我们将详细分析具有不同溶解度的二元体系，如完全互溶体系（固溶体）、具有共晶点的体系以及形成金属间化合物的体系。对于共晶反应、包晶反应等热力学平衡反应，我们将使用杠杆定律和相面积定律进行定量分析，以计算特定温度下各相的相对含量和成分。本章还会简要介绍热分析技术（如差示扫描量热法DSC）在实验验证相图中的应用。 第四章 结构与性能：机械性能的深层解析 本章深入探讨材料的机械性能，这是MSE中最经典也最重要的部分之一。我们将从本构关系出发，解释应力（Stress）和应变（Strain）的定义。重点剖析弹性形变阶段，介绍杨氏模量、剪切模量和泊松比等弹性常数，并探讨这些常数与原子键合强度的关系。 然而，材料的实用价值往往体现在其非弹性（塑性）行为上。我们将重温第二章介绍的位错理论，并将其与宏观拉伸试验结果联系起来。解释屈服强度、拉伸强度、断裂韧性和加工硬化现象的微观根源。对于更复杂的力学行为，如蠕变（高温下的时间依赖性变形）和应力松弛，也将进行详细阐述。最后，本章将引入断裂力学的基础知识，解释裂纹的萌生、扩展和材料的韧脆转变行为，并讨论疲劳损伤的机制。 第五章 导电、介电与磁性材料的物理原理 本章将材料的性能延伸至电学和磁学领域，这是现代电子信息技术的基础。在导电材料部分，我们将从能带理论出发，解释导体、半导体和绝缘体之间的本质区别。重点分析费米能级、载流子浓度及其对温度的依赖性。对于金属，我们将讨论晶格振动（声子）和杂质散射对电阻率的影响。 在介电材料部分，我们将探讨极化现象（电子极化、离子极化、取向极化），并引入介电常数、介电损耗和击穿强度等关键参数，讨论电容器中的应用原理。 磁性材料是信息存储和电磁设备的核心。本章将系统介绍顺磁性、抗磁性和铁磁性的微观机理，重点关注磁畴、磁畴壁以及磁滞回线的形成。读者将学习如何通过材料设计（如稀土合金、纳米颗粒）来优化矫顽力和剩磁，以满足硬磁或软磁器件的需求。 第六章 功能性材料的前沿探索 材料科学的魅力在于其不断催生新的功能。本章将介绍几类近年来取得突破性进展的功能材料。 首先是半导体材料，重点分析硅基材料（Si）的掺杂机制，介绍PN结的形成原理及其在二极管和晶体管中的应用。随后，我们将探讨光学材料，包括透明陶瓷、光纤的原理，以及液晶材料在显示技术中的基础结构与电光效应。 生物材料（Biomaterials）作为新兴交叉领域也将被介绍，讨论其生物相容性、生物降解性及在植入物和组织工程中的应用挑战。最后，本章将展望智能材料，例如形状记忆合金（SMA）和压电材料，解释其由外部刺激（温度、应力、电场）触发的特殊响应机制。 第七章 材料的加工、成型与表面工程 再好的材料配方，也需要通过有效的加工手段才能转化为可用的部件。本章侧重于将微观结构与宏观制造工艺联系起来。我们将分类讨论金属的成型工艺，如铸造（凝固过程中的控制）、塑性加工（轧制、锻造、挤压）及其对晶粒细化和织构形成的影响。 对于陶瓷和高分子材料，我们将讨论粉末冶金、烧结、注塑成型等独特的加工路径。特别关注加工过程中如何引入或消除缺陷，从而控制最终产品的密度和性能。 表面工程是提高材料服役性能的关键技术。本章将介绍热处理（退火、正火、淬火、回火）对钢铁组织和力学性能的调控，以及先进的表面改性技术，如渗碳、氮化、薄膜沉积（PVD/CVD）和表面熔覆技术，以提高材料的耐磨损和耐腐蚀性能。
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