课程简介

《材料科学综合实验》作为实践教学课程，针对材料物理学本科生开设。本课程涵盖了材料制备和表征研究的基本方法和实验技能训练、功能材料的综合研究实验以及结合各任课教师研究方向开设的“自主创新课题”，是一门从基础到综合，以及创新于一体的综合实验课程。本课程将以自主创新为导向，与科学研究前沿和生产应用相结合，实现以学生为主体的实验课程教学方式。通过本课程的学习，学生可以对材料，特别是功能材料的结构、制备方法及各种物理化学性质有较全面的了解，同时激发学生的学习兴趣和潜能，提高学生的自主创新能力、实践能力和团队协作能力。从而为学生将来从事有关材料的研制、开发、应用奠定实践基础。

课程目标

通过本课程理论及实践知识的学习，学生能达到以下目标：

课程目标1：能够通过实验操作对材料物理学理论知识、基本概念和基本原理有更深入的理解；掌握材料科学实验中的基本研究方法；掌握实验数据处理和分析方法；了解材料科学基础实验的安全防护知识。

课程目标2：掌握材料的基本制备方法和表征实验仪器的原理及操作方法，并熟悉相关工具知识，包括计算机相关软件操作、数据处理软件的应用等，做到工具知识服务于学科知识能够按实验需求，将所学专业知识应用到实验中。

课程目标3：根据文献调研和所学知识合理设计实验方案，选择适当的仪器设备；能够对问题进行分析和解决，培养学生具有基础科学研究能力、良好的科学素质和创新能力。

课程目标4：在实验过程中，以小组为单位完成实验的设计和实施，锻炼了口头表达能力和书面写作能力，强化人际沟通交流能力，培养团队意识和协同合作精神。

课程目标5：理解材料科学实验中的育人价值，具备良好的实验习惯和严谨的科学作风，树立实事求是的科学态度和学术道德。

教学内容、重难点和课时安排

（一）教学内容

实验项目与课程目标支撑关系总表

注：必做实验项目6个，24学时；选做实验项目1个，12学时；共36学时。

实验项目1  溅射镀膜法制备薄膜材料（支撑课程目标1、2、3、4、5；4学时）

实验内容

（1）学习并理解磁控溅射方法制备薄膜的基本原理；

（2）学习并掌握磁控溅射镀膜的具体实验过程；

（3）在玻璃衬底上制备出一种金属膜，如金属铝膜。

实验类别：综合型。

基本要求：

（1）掌握溅射装置的结构、功能，掌握真空的获得及测量的方法；

（2）通过实验训练，能够实现准确、规范的操作装置，制备出合格样品；

（3）通过调整实验工艺参数，实现薄膜相关物理化学性质的有效调制。

实验项目2  水热法合成ZnO纳米材料（支撑课程目标1、2、3、4、5；4学时）

实验内容

（1）溶液的配制；

（2）高温高压下水热法合成ZnO纳米材料；

（3）ZnO纳米材料的洗涤和热处理。

实验类别：综合型。

基本要求：

（1）了解水热法的基本原理及其在纳米材料制备中的应用；

（2）了解制备纳米材料溶液的配制方法；

（3）掌握高温高压下水热法合成纳米材料的方法和操作的注意事项

实验项目3 X射线衍射实验（支撑课程目标1、2、3、4、5；4学时）

实验内容

（1）使用D8 Advance X射线衍射仪测试NaCl（未研磨与研磨）、Si片和土壤（研磨）及学生自制样品的X射线衍射谱；

（2）使用分析软件对样品衍射谱进行定性的物相分析；

实验类别：综合型。

基本要求：

（1）了解D8 Advance X射线衍射仪的结构与组成；

（2）理解晶体的X射线衍射原理、衍射仪的测试原理和物相定性分析原理；

（3）学会使用D8 Advance X射线衍射仪进行样品测试及开、关机；

（4）学会使用分析软件对样品数据进行定性的物相分析。

实验项目4  超级电容器的电化学性能测试

（支撑课程目标1、2、3、4、5；4学时）

实验内容

（1）采用三电极测试池，分别测量双电层电极材料、赝电容电极材料的CV特性曲线，对比分析两种电极的CV特性差异；

（2）采用恒流充放电法分别测量双电层电极材料、赝电容电极材料的充放电曲线，比计算比电容，对比分析两种电极材料的储能差异；

实验类别：综合型。

基本要求：

（1）理解超级电容器的分类及工作原理；

（2）掌握超级电容器电极活性材料的电化学性能的表征方法；

（3）掌握循环伏安、恒电流充放电等测试方法的原理；

（4）学会用Origin绘图软件分析计算双电层和赝电容超级电容器的比容量及库伦效率，对比两种电极的储能差异。

实验项目5  组合式荧光光谱测量（支撑课程目标1、2、3、4、5；4学时）

实验内容

（1）了解荧光光谱综合测量系统的构成单元及其工作原理；

（2）使用荧光光谱综合测量系统测量半导体荧光材料的PL、PLE谱；

（3）结合半导体荧光材料的其它表征结果，分析材料的荧光发光机制。

实验类别：综合型。

基本要求：

（1）了解荧光光谱综合测量系统的构成单元及其工作原理；

（2）掌握荧光光谱综合测量系统的使用方法；

（3）能够根据目标半导体材料性质选择恰当激发波长，并初步掌握测量PL、PLE的方法。

实验项目6  双光束紫外可见光分光光度计的使用（支撑课程目标1、2、3、4、5；4学时）

实验内容

（1）掌握基于朗伯-比尔定律的双光束紫外可见分光光度计使用方法；

（2）测量自制材料的吸收、透射图谱；

（3）利用光子能量和吸收系数的对应关系估算出材料的能带宽度。

实验类别：综合型。

基本要求：

（1）了解光与物质相互作用的机理和类别；

（2）掌握TU-19系列双光束紫外可见分光光度计的原理和使用方法；

（3）通过双光束紫外可见分光光度计数据分析材料性质。

实验项目7 自主创新课题Ⅰ （支撑课程目标1、2、3、4、5；12学时）

实验题目由各任课教师根据自己的研究方向实时变化，学生任选一个自主创新题目完成即可。

实验项目8 自主创新课题Ⅱ （支撑课程目标1、2、3、4、5；12学时）

实验题目由各任课教师根据自己的研究方向实时变化，学生任选一个自主创新题目完成即可。

实验项目9 自主创新课题Ⅲ （支撑课程目标1、2、3、4、5；12学时）

实验题目由各任课教师根据自己的研究方向实时变化，学生任选一个自主创新题目完成即可。

实验项目10 自主创新课题Ⅳ （支撑课程目标1、2、3、4、5；12学时）

实验题目由各任课教师根据自己的研究方向实时变化，学生任选一个自主创新题目完成即可。

实验项目11 自主创新课题Ⅴ （支撑课程目标1、2、3、4、5；12学时）

实验题目由各任课教师根据自己的研究方向实时变化，学生任选一个自主创新题目完成即可。