课程简介

《材料科学基础实验》作为实践教学课程，针对材料物理专业本科生开设。材料科学基础实验是材料物理专业的一门专业主干课程。教学内容主要为材料的基本化学制备方法（固相法、溶胶凝胶法）和性能测试（硬度、导热、电学性能等）。本课程旨在帮助学生掌握材料物理及其相关的基础知识、基本原理和实验技能，具备运用材料物理的基础理论、基本知识和实验技能进行材料探索和技术开发的基本实验能力，能发展成为在材料科学与工程及其相关交叉学科继续深造或在相应领域从事材料物理研究、教学、应用开发等方面的创新性人才，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。

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科学理论知识、基本概念和基本原理有更深入的理解；掌握材料科实验中的基本研究方法；掌握常用实验数据处理分析方法；了解材料科学实验的安全防护知识。

课程目标2：掌握材料科学基础实验中的基本制备方法、实验仪器的原理及仪器操作方法，能将所学专业知识灵活运用到实验中，解决实验中所遇到的科学问题，提高实践能力。

课程目标3：能够按实验需求选择适当的仪器设备，设计合理的实验方案；能够对问题进行分析和解决，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，锻炼了口头表达能力和人际沟通交流能力，培养团队意识和协同合作精神。

课程目标5：理解材料物理实验中的育人价值，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

实验项目1  固体材料的硬度测试（支撑课程目标1、2、3、4、5；4学时）

实验内容

（1）使用HR-150DT型洛氏硬度计对标准洛氏硬度块进行硬度测试，计算平均洛氏硬度；

（2）使用HBE-3000A型电子布氏硬度计对标准布氏硬度块进行硬度测试，计算平均布氏硬度；

（3）使用HV-1000Z型自动转塔显微硬度计对标准显微硬度块进行硬度测试，计算平均维氏硬度。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）了解洛氏、布氏、显微硬度计的测试原理；

（2）掌握用洛氏、布氏、显微硬度计测定材料硬度的方法；

（3）通过该实验，受到精密测量技术的基础训练，学习一般仪器的读数规则，练习应用有效数字知识处理实验数据。

实验项目2  太阳能电池性能测试（支撑课程目标1、2、3、4、5；4学时）

实验内容

（1）暗态条件下，测量多晶硅太阳能电池的I-V关系数据，并画出曲线；

（2）测量非晶硅太阳能电池的光照特性与光电性质；

（3）测量单晶硅太阳能电池的输出特性。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）初步掌握基本仪器的结构，了解硅太阳能电池的结构和工作原理；

（2）掌握模拟光源、源表、光功率计的使用方法；

（3）了解太阳能电池的概念，能够根据测量要求选择测试方法，并初步掌握太阳能电池性能的评定方法。

实验项目3  四探针法测量半导体电阻率和薄层电阻（支撑课程目标1、2、3、4、5；4学时）

实验内容

（1）利用四探针法测量硅片的电阻率，了解硅片尺寸对电阻率测量造成的影响及相关修正方法；

（2）利用四探针法测量导电玻璃的薄层电阻，了解导电玻璃尺寸对薄层电阻测量造成的影响及相关修正方法；

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）掌握四探针法测量电阻率和薄层电阻的原理及测量方法；

（2）了解影响电阻率和薄层电阻测量的各种因素及修正措施。

实验项目4、5  溶胶凝胶法制备ZnO薄膜Ⅰ、Ⅱ及匀胶机的使用

（支撑课程目标1、2、3、4、5；8学时）

实验内容

（1）溶液的配制和溶胶的制备；

（2）凝胶的形成；

（3）利用台式匀胶机制备ZnO薄膜；

（4）ZnO薄膜的热处理。
实验类别：基础型。

基本要求：
（1）了解溶胶凝胶法的基本原理及其在纳米材料制备中的应用；

（2） 掌握溶胶凝胶法制备ZnO纳米材料的配制方法；

（3）了解匀胶机的使用方法；

（4） 掌握利用台式匀胶机制备ZnO薄膜。

实验项目6  高温固相法制备发光材料（支撑课程目标1、2、3、4、5；4学时）

实验内容

（1）在实验室条件下进行无机发光材料成分的设计、原料的选择、配料计算；

（2）按照设计的配料进行原料的称量、配合料的制备；

（3）用小型坩埚及高温马弗炉进行高温固相反应，获得所设计的发光材料。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）了解无机发光材料高温固相法的反应原理和特点；

（2）了解高温固相反应的设备，掌握其使用方法；

（3）掌握高温固相反应制备无机发光材料的技术。

实验项目7  材料导热系数的测量（支撑课程目标1、2、3、4、5；4学时）

实验内容

（1）使用游标卡尺测量材料（硅橡胶/硬铝/胶木板，选其一）的厚度和直径等参数；

（2）使用导热系数测试仪测量所选材料在固定温度（100℃）下的温度梯度和传热速率；

（3）通过稳态平板法计算所选材料的导热系数。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）了解热传导现象的物理过程，掌握稳态平板法测量材料的导热系数的原理；

（2）学会导热系数测试仪的使用，并掌握在测量硅橡胶和硬铝（导热程度区别较大材料）时的操作区别。

实验项目8  金相显微镜的结构与使用（支撑课程目标1、2、3、4、5；4学时）

实验内容

（1）金属材料的各种金相结构；

（2）金相显微镜用样品的制备流程；

（3）调节显微镜，观察标准样品和自制样品；

（3）利用金相显微镜分析软件分析金相结构。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）了解金相显微镜的光学原理和构造；

（2）掌握金相显微镜的使用方法；

（3）掌握利用金相显微镜分析软件分析金相结构的方法。

实验项目9  陶瓷的压电效应（支撑课程目标1、2、3、4、5；4学时）

实验内容

（1）利用传输法测量压电陶瓷的谐振频率、反谐振频率；

（2）测量谐振阻抗和反谐振阻抗；

（3）利用示波器观察陶瓷的压电效应。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）掌握压电陶瓷性能的测试方法；

（2）掌握传输法测量压电陶瓷谐振频率、反谐振频率及机电耦合耦合系数的方法；

（3）了解示波器观测陶瓷压电效应的原理和方法。