开课学院： 理学院 制作人：魏健宁
课程名称 |
材料科学基础 |
授课对象所属专业 |
微电子科学与工程 |
课程类型 |
专业基础课 |
开课年级 |
二年级 |
课程性质 |
必修 |
课程总学时 |
64 |
一、课程简介
《材料科学基础》课程培养学生掌握材料科学与工程基础知识，并应用于新能源材料与器件的性能提升和生产工艺方案的优化。掌握设计/开发微电子及新能源相关领域复杂工程问题解决方案所需要的专业知识和开发工具，熟悉影响设计目标和技术方案的各种因素。该课程是研究材料的成分、结构与性能之间的关系及其变化规律的一门应用基础课。本课程的主要内容是向学生较全面系统地介绍晶体学知识、材料微观缺陷、凝固基础知识、塑性变形、回复和再结晶及原子扩散，注重材料的共性与个性的结合，实现多学科知识的交叉与渗透。学习本课程的目的是为后续专业课学习打下牢固的基础，同时为将来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础。希望学生将书本知识与现实生活紧密联系，能够做到学以致用。
二、案例基本信息
1.案例名称：缺陷产生美----材料微观缺陷对于性能的影响
2.对应章节：第二章 晶体缺陷绪论
3.课程讲次：第13次
三、案例教学目标
培养学生严谨的科学态度和开拓创新精神，认识到材料结构决定材料的性能，加深材料微观缺陷对于提升材料性能的影响，激发学习材料微观缺陷的热情和好奇心。
四、案例主要内容
店小二收银子如何鉴别真假，工程建筑冷拔钢丝的好处。
五、案例教学设计
回顾常见金属的三种晶体结构：体心立方结构、面心立方结构和密排六方结构，熟悉三种晶体结构中的四面体间隙和八面体间隙，引导学生当间隙位置被原子占据后，按照间隙大小和原子半径的关系会发生什么情况，如果格点上的原子被异类原子置换，会出现什么情况。让学生思考，如果材料中的原子不按照理想晶体结构排列，会出现什么情况，材料的性能如何。为了激发学习热情，引入影视剧中大家看到店小二收银子如何鉴别真假的（牙咬、耳朵听、观色），由于真银质软，牙痕会很快恢复；敲击一下银子，用耳朵听，真银声音清脆（因为缺陷、杂质少）；观色（真银纯度高，看起来白、亮、光泽有润的感觉）。在工程建筑中，大家经常看到将弯曲的钢丝要经冷拔处理，使得钢丝变长变细，是什么原因。告诉学生钢丝冷拔后材料的屈服强度显著提高，塑性降低，获得较大的预应力，更加适合于建筑对于材料强度的要求。冷拔后，钢丝中产生大量的位错和点缺陷，使得材料的强度提高。说明材料中的缺陷可以大大改善材料的性能，更好地满足人们对于性能的要求，缺陷可以产生美。引入什么是缺陷（定义），实际晶体中的缺陷是如何产生的，引入硅材料中掺磷、掺硼是为了引入缺陷，形成半导体材料就形成了太阳能光伏材料，熟悉材料中的缺陷数量，所有的材料都有微观缺陷，掌握四种缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷），材料中的缺陷是可以用仪器来证明的，介绍含有体缺陷的材料（泡沫金属材料）的应用：降噪、隔音、减振、隔热。
六、教学反思
通过银子真假的鉴别，让学生明白，原子理想排列形成的材料性能如何。钢丝冷拔后，形成了点缺陷和位错，材料的强度大大提高，说明缺陷可以改善材料的性能。实际晶体中都存在微观缺陷，采用案例教学，可以激发学习热情和兴趣，借助视频材料，可以提高授课质量，今后还需继续挖掘相关素材，使得课堂生动接地气。
