一、课程基本信息
学 时:40
学 分:2.5
考核方式:考试,平时成绩占总成绩的30%
中文简介:本课程是材料化学专业的专业选修课。主要讲授材料表面界面的基本知识及其近期的研究进展,具体包括液体表面、固体表面、固-液界面、金属材料的表面、无机非金属材料的表界面、高分子材料的表界面、复合材料的界面、生物材料的表界面和纳米材料的表界面。
二、教学目的与要求
通过本课程的学习要求学生掌握各种材料表面与界面的结构和性质及其基本研究方法,为研究涉及表面与界面的材料课题和开发新型材料提供理论与实验基础。
三、教学方法与手段
采用多媒体课件教学(PPT与视频资料),以教师讲授为主,引入案例,引导学生参与分析讨论。
四、 教学内容及目标
教学内容 |
教学目标 |
学时 分配 |
第一章 绪论 |
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2 |
1基本概念 |
掌握 |
1 |
2. 表界面科学的形成和发展 |
掌握 |
1 |
重点与难点:表界面定义;表面能与表面张力;表面吸附;表面扩散传质 |
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衡量学习是否达到目标的标准:要求学生掌握表界面定义;表面能与表面张力;表面吸附以及表面扩散传质。 |
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第二章液体表面 |
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5 |
1表面张力和表面自由能 |
掌握 |
1 |
2. 表面张力的热力学定义 |
掌握 |
0.5 |
3 Laplace-Young方程 |
掌握 |
0.5 |
4液体表面张力的测定 |
掌握 |
1 |
5 Kelvin公式 |
掌握 |
1 |
6 Gibbs吸附等温式 |
掌握 |
1 |
重点与难点: 掌握液体表面张力及其表面自由能的定义;球面和任意曲面Laplace-Young方程的推导;液体表面张力的测定方法;Kelvin公式;Gibbs吸附等温室的推导及其应用。 |
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衡量学习是否达到目标的标准: 要求学生掌握表面张力及其表面自由能的定义;液体表面张力的测定方法;Kelvin公式;Gibbs吸附等温室的推导及其应用。 |
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第三章 固体表面 |
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4 |
1固体的表面特性 |
掌握 |
1 |
2固体表面的自由能 |
掌握 |
1 |
3固-气界面吸附 |
掌握 |
2 |
重点与难点: Langmuir等温式;Freundlish吸附等温式;BET多分子层吸附理论 |
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衡量学习是否达到目标的标准: 要求学生掌握Langmuir等温式;Freundlish吸附等温式;BET多分子层吸附理论 |
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第四章固-液界面 |
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8 |
1 Young方程和接触角 |
掌握 |
1 |
2粘附功和内聚能 |
掌握 |
1 |
3 Young-Dupre公式 |
掌握 |
1 |
4接触角的测定方法 |
掌握 |
1 |
5接触角的滞后现象 |
掌握 |
2 |
6润湿过程的三种类型 |
掌握 |
2 |
重点与难点: Young方程;接触角、粘附功和内聚能的定义;接触角的不同测定方法;接触角滞后现象的影响因素;粘附润湿过程;浸润过程;铺展润湿过程;不同润湿过程的比较。 |
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衡量学习是否达到目标的标准: 要求学生掌握Young方程;接触角、粘附功和内聚能的定义;接触角的不同测定方法;接触角滞后现象的影响因素;粘附润湿过程;浸润过程以及铺展润湿过程。 |
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第五章 金属材料的表面 |
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4 |
1 概述 |
理解 |
0.5 |
2 金属的表面反应 |
掌握 |
0.5 |
3 常用气体在金属表面的吸附 |
掌握 |
1 |
4金属的表面腐蚀 |
掌握 |
1 |
5金属的表面改性 |
掌握 |
1 |
重点与难点: 掌握腐蚀与钝化;腐蚀的种类;防止腐蚀的方法;激光束表明改性;离子注入改性;表面镀膜改性;化学热处理 |
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衡量学习是否达到目标的标准: 要求学生掌握腐蚀与钝化;腐蚀的种类;防止腐蚀的方法;激光束表明改性;离子注入改性;表面镀膜改性以及化学热处理。 |
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第六章无机非金属材料的表界面 |
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4 |
1陶瓷的表界面 |
掌握 |
2 |
2玻璃的表界面 |
掌握 |
2 |
重点与难点: 陶瓷表界面的特征与行为;玻璃表界面的化学组成与化学反应。 |
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衡量学习是否达到目标的标准: 要求学生掌握陶瓷表界面的特征与行为以及玻璃表界面的化学组成与化学反应。 |
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第七章 高分子材料的表界面 |
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5 |
1高分子材料的表面张力 |
掌握 |
1 |
2 聚合物与聚合物的相容性 |
掌握 |
2 |
3聚合物的表面改性 |
掌握 |
2 |
重点与难点: 高分子材料表面张力与温度、表面形态、相对分子质量、分子结构、内聚能密度的关系;无规共聚、嵌断与接枝共聚、共混对表面张力的影响;Antoff规则、Good-Girofalco理论、几何和调和平均法;临界表面张力;状态方程。 |
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衡量学习是否达到目标的标准: 要求学生掌握高分子材料表面张力与温度、表面形态、相对分子质量、分子结构、内聚能密度的关系;无规共聚、嵌断与接枝共聚、共混对表面张力的影响;以及状态方程。 |
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第八章复合材料的界面 |
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2 |
1. 复合材料概述 |
掌握 |
1 |
2. 复合材料界面理论 |
掌握 |
1 |
重点与难点: 聚合物基复合材料基体;增强材料;复合材料的界面;各种复合材料的界面理论。 |
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衡量学习是否达到目标的标准: 要求学生掌握聚合物基复合材料基体;增强材料;复合材料的界面以及各种复合材料的界面理论。 |
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第九章生物材料的表界面 |
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2 |
1生物材料概述 |
理解 |
0.5 |
2生物的表面摩擦和粘附系统 |
理解 |
0.5 |
3昆虫的摩擦装置 |
理解 |
0.5 |
4抗粘附机制 |
掌握 |
0.5 |
重点与难点: 掌握生物材料的定义;了解生物材料的发展及其分类;了解生物的表面摩擦装置及其抗粘附机制。 |
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衡量学习是否达到目标的标准: 要求学生掌握生物材料的定义;了解生物材料的发展及其分类;了解生物的表面摩擦装置及其抗粘附机制。 |
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第十章纳米材料的表界面 |
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4 |
1纳米粒子的表面化学特性 |
掌握 |
1.5 |
2粒子表面的纳米工程 |
掌握 |
1 |
3纳米结构薄膜材料的表面与界面行为 |
掌握 |
1.5 |
重点与难点: 纳米粒子的成核与生长;纳米粒子的稳定性;聚合物涂层、无机和复合物涂层、生物大分子等粒子表面的纳米工程;纳米结构半导体薄膜的制备及其性质。 |
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衡量学习是否达到目标的标准: 要求学生掌握纳米粒子的成核与生长;纳米粒子的稳定性;聚合物涂层、无机和复合物涂层、生物大分子等粒子表面的纳米工程以及纳米结构半导体薄膜的制备及其性质。 |
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五、推荐教材和教学参考资源
推荐教材:胡福增,陈国荣,杜永娟,材料表界面(第二版),华东理工大学出版社,2008。
主要参考书:
R.W. Cahn等, 《材料科学与技术丛书》, 科学出版社,1998。
胡福增,材料表面与界面,华东理工大学出版社,2008。
叶恒强,材料界面结构及强度,科学出版社,2000。
李恒德等,材料表面与界面,中国科学出版社,1990。
大纲修订人:李翠金 修订日期:2017.12.25
大纲审定人: 审定日期: