曲华師范大学课程教学大纲学院：物理工程学院热电材料与器件课程名称：英文名称：ThermoelectricMaterialsandDevices课程代码：074704课程性质：专业选修课计划学时：理论：36实践/实验：18学3分：授课时间：1-18 周授课地点：物理楼适用专业：新能源材料与器件执笔人：张永胜审核人：批准人：课程负责人：张永胜授课教师：张永胜、孙海瑞业修订日期：2023年7月12日
学 院： 物理工程学院 课程名称： 热电材料与器件 英文名称：Thermoelectric Materials and Devices 课程代码： 074704 课程性质： 专业选修课 计划学时：理论： 36 实践/实验 ：18 学 分： 3 授课时间： 1-18 周 授课地点： 物理楼 适用专业： 新能源材料与器件 执笔人： 张永胜 审核人： 批准人： 课程负责人： 张永胜 授课教师： 张永胜、孙海瑞 修订日期： 2023 年 7 月 12 日
《热电材料与器件》课程教学大纲一、课程简介（一级标题：黑体小四；标题及正文行间距：固定值22磅）《热电材料与器件》是新能源材料与器件专业的一门专业选修课。课程主要介绍热电材料的基本概念和基础知识：系统地阐述热电材料中电子和声子对热输运和电输运的影响机制，以及热电输运性能的测量方法；讲述典型的热电材料体系的开发、性能调控手段和发展趋势；介绍热电器件的基本结构、制备方法、界面设计和连接技术。《热电材料与器件》课程不但是新能源材料与器件专业中重要的理论课程，而且是重要的科学素养培养课程。通过本课程的学习，一方面，学生将能够了解热电材料中的基本概念、热输运和电输运的基本物理过程及现象，掌握热电材料的基本热电机理以及相关材料的制备、表征、测量、分析方法；了解当前典型热电材料的开发、性能调控手段和发展趋势；了解基于热电材料的器件的集成与应用。另一方面，学生将具备扎实的动手操作能力、文献查阅能力、新材料开发和设计能力、问题分析和解决能力，具备探索和创新精神等科学素养，为日后从事相关工作或研究打下必要的基础。二、课程目标本课程以热电材料与热电输运基础知识为指导，以高等院校新能源材料与器件专业学生的培养目标为依据，系统讲授热电材料中的基本效应、热电材料中电子和声子对热输运和电输运的影响机制、热电输运性能的测量方法、典型的热电材料体系的开发和性能调控手段以及热电器件的基本结构和设计技术。学生能够在掌握基本概念、理论和思想方法的基础上，科学严谨地分析问题和解决问题，具备科学研究的能力，做到知识、能力、素质等各方面协调发展。课程目标1：认识并掌握热电材料的基本效应和基本参数、热电材料中电子和声子结构的基本概念、电子和声子对热输运和电输运的影响机制具备初步应用热电基本原理调控热电材料中热输运和电输运行为的能力。课程目标2：掌握热电材料制备、测试表征相关仪器操作步骤和方法，具备制备、测试、表征和分析热电材料物性的能力；熟练掌握热电材料热电性能的各种调控手段，并应用热电材料性能提升方面上去，具备扎实的动手操作能力；课程目标3：能够追踪热电材料最新前沿动态，了解新型热电材料技术的发展趋势及最新应用领域，具备文献查阅、科学分析等基本科研能力，具备严谨、诚实的科研态度，具备不断学习、勇于探索和创新的科研精神。课程目标4：了解热电器件的基本结构、设计方案和制备方法，能够对热电器件的性能进行有效地评估。掌握热电材料/电极过渡层的选择、设计和界面电阻的测量方法，具备高效热电器件设计的能力。1/8
《热电材料与器件》课程教学大纲 1 / 8 一、课程简介（一级标题：黑体小四；标题及正文行间距：固定值 22 磅） 《热电材料与器件》是新能源材料与器件专业的一门专业选修课。课程主要介绍热 电材料的基本概念和基础知识；系统地阐述热电材料中电子和声子对热输运和电输运的 影响机制，以及热电输运性能的测量方法；讲述典型的热电材料体系的开发、性能调控 手段和发展趋势；介绍热电器件的基本结构、制备方法、界面设计和连接技术。 《热电材料与器件》课程不但是新能源材料与器件专业中重要的理论课程，而且是 重要的科学素养培养课程。通过本课程的学习，一方面，学生将能够了解热电材料中的 基本概念、热输运和电输运的基本物理过程及现象，掌握热电材料的基本热电机理以及 相关材料的制备、表征、测量、分析方法；了解当前典型热电材料的开发、性能调控手 段和发展趋势；了解基于热电材料的器件的集成与应用。另一方面，学生将具备扎实的 动手操作能力、文献查阅能力、新材料开发和设计能力、问题分析和解决能力，具备探 索和创新精神等科学素养，为日后从事相关工作或研究打下必要的基础。 二、课程目标 本课程以热电材料与热电输运基础知识为指导，以高等院校新能源材料与器件专业 学生的培养目标为依据，系统讲授热电材料中的基本效应、热电材料中电子和声子对热 输运和电输运的影响机制、热电输运性能的测量方法、典型的热电材料体系的开发和性 能调控手段以及热电器件的基本结构和设计技术。学生能够在掌握基本概念、理论和思 想方法的基础上，科学严谨地分析问题和解决问题，具备科学研究的能力，做到知识、 能力、素质等各方面协调发展。 课程目标 1：认识并掌握热电材料的基本效应和基本参数、热电材料中电子和声子 结构的基本概念、电子和声子对热输运和电输运的影响机制，具备初步应用热电基本原 理调控热电材料中热输运和电输运行为的能力。 课程目标 2：掌握热电材料制备、测试表征相关仪器操作步骤和方法，具备制备、 测试、表征和分析热电材料物性的能力；熟练掌握热电材料热电性能的各种调控手段， 并应用热电材料性能提升方面上去，具备扎实的动手操作能力； 课程目标 3：能够追踪热电材料最新前沿动态，了解新型热电材料技术的发展趋势 及最新应用领域，具备文献查阅、科学分析等基本科研能力，具备严谨、诚实的科研态 度，具备不断学习、勇于探索和创新的科研精神。 课程目标 4：了解热电器件的基本结构、设计方案和制备方法，能够对热电器件的 性能进行有效地评估。掌握热电材料/电极过渡层的选择、设计和界面电阻的测量方法， 具备高效热电器件设计的能力
《热电材料与器件》课程教学大纲表1：课程目标与毕业要求具体指标点的对应关系表（表格：宋体五号：行间距：单倍行距；表头、表格居中）课程目标1：认识并掌握热电材料的基本效应和基本参数、热电材料中电子和声子结构的基本概念、电子和声子对热输运和电输运的影响机制，具备初步应用热电基本原理调控热电材料中热输运和电输运行为的能力。课程目标2：掌握热电材料制备、测试表征相关仪器操作步骤和方法，具备制备、测试、表征和分析热电材料物性的能力：熟练掌握热电材料热电性能的各种调控手段，并应用热电材料性能提升方面上去，具备扎实的课程目标动手操作能力：课程目标3：能够追踪热电材料最新前沿动态，了解新型热电材料技术的发展趋势及最新应用领域，具备文献查阅、科学分析等基本科研能力，具备严谨、诚实的科研态度，具备不断学习、勇于探索和创新的科研精神。课程目标4：了解热电器件的基本结构、设计方案和制备方法，能够对热电器件的性能进行有效地评估。掌握热电材料/电极过渡层的选择、设计和界面电阻的测量方法，具备高效热电器件设计的能力课程目标课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4毕业要求指标点2-1：熟练掌握材料的能带结构和声子结构的基础知识；2-2：熟练掌握热输运毕业要求2：与电输运的理论基础材料基础知识；2-3：熟练掌握热电材料的热电转化物理效应及热电转化效率基础知识。3-1：掌握热电材料的制备、测试表征相关仪器操作步骤和方法；3-2：熟练掌握热电材毕业要求3：料热电性能的各种调科学素养控手段：3-3：了解本领域的前沿信息、发展趋势以及国内外新能源产业的2/8
《热电材料与器件》课程教学大纲 2 / 8 表 1：课程目标与毕业要求具体指标点的对应关系表（表格：宋体五号；行间距：单倍行距； 表头、表格居中） 课程目标 课程目标 1：认识并掌握热电材料的基本效应和基本参 数、热电材料中电子和声子结构的基本概念、电子和声 子对热输运和电输运的影响机制，具备初步应用热电 基本原理调控热电材料中热输运和电输运行为的能 力。 课程目标 2：掌握热电材料制备、测试表征相关仪器操 作步骤和方法，具备制备、测试、表征和分析热电材料 物性的能力；熟练掌握热电材料热电性能的各种调控 手段，并应用热电材料性能提升方面上去，具备扎实的 动手操作能力； 课程目标 3：能够追踪热电材料最新前沿动态，了解新 型热电材料技术的发展趋势及最新应用领域，具备文 献查阅、科学分析等基本科研能力，具备严谨、诚实的 科研态度，具备不断学习、勇于探索和创新的科研精 神。 课程目标 4：了解热电器件的基本结构、设计方案和制 备方法，能够对热电器件的性能进行有效地评估。掌握 热电材料/电极过渡层的选择、设计和界面电阻的测量 方法，具备高效热电器件设计的能力。 课程目标 毕业要求指标点 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 课程目标 4 毕业要求 2： 材料基础 2-1：熟练掌握材料的 能带结构和声子结构 的基础知识； √ 2-2：熟练掌握热输运 与电输运的理论基础 知识； √ √ 2-3：熟练掌握热电材 料的热电转化物理效 应及热电转化效率基 础知识。 √ √ √ 毕业要求 3： 科学素养 3-1：掌握热电材料的 制备、测试表征相关仪 器操作步骤和方法； √ 3-2：熟练掌握热电材 料热电性能的各种调 控手段； √ √ 3-3：了解本领域的前 沿信息、发展趋势以及 国内外新能源产业的 √ √ √ √
《热电材料与器件》课程教学大纲发展战略和动态。4-1：利用所学热电输运和调控知识，设计和77开发新型的热电材料：4-2：综合运用专业理论知识与工程技术，能777毕业要求4：够设计新型的热电器设计开发件；4-3：对热电材料与器件的相关问题进行研VJJ>究，能够提出有效的解决方案。（注：部分课程课程想实现毕业要求之外的课程目标，也是允许的，针对这种个别的例外情况，要说明其不针对毕业要求指标点。）三、教学内容各教学单元有明确的学习目标，描述以学生为主语，使用行为动词表2：课程目标与教学内容和教学方法的对应关系表学时教学课程课程课程目课程目章节内容提要周次日期分配方法目标1标2目标3标4热电材料历史及1-1127应用介绍讲授V1-2热电转化物理效721-3讲授72应热电转化效率与32讲授7V1-4热电优值材料的能带与声74772-1讲授2子回顾5772讲授2-2电输运6>2-3热输运2讲授VJ热电性能的优7 2-4化：电学性能调2讲授V7控热电性能的优82-5化：热学性能调讲授V7控密度泛函理论及9热电性能模拟方2讲授73-1V法热电性能模拟方710 讲授273-2法的应用3/8
《热电材料与器件》课程教学大纲 3 / 8 发展战略和动态。 毕业要求 4: 设计开发 4-1：利用所学热电输 运和调控知识，设计和 开发新型的热电材料； √ √ √ 4-2：综合运用专业理 论知识与工程技术，能 够设计新型的热电器 件； √ √ √ √ 4-3：对热电材料与器 件的相关问题进行研 究，能够提出有效的解 决方案。 √ √ √ √ （注：部分课程课程想实现毕业要求之外的课程目标，也是允许的，针对这种个别的例外情况，要 说明其不针对毕业要求指标点。） 三、教学内容 各教学单元有明确的学习目标，描述以学生为主语，使用行为动词。 表 2：课程目标与教学内容和教学方法的对应关系表 周次 日期 章节 内容提要 学时 分配 教学 方法 课程 目标 1 课程目 标 2 课程 目标 3 课程目 标 4 1 1-1 1-2 热电材料历史及 应用介绍 2 讲授 √ √ 2 1-3 热电转化物理效 应 2 讲授 √ √ 3 1-4 热电转化效率与 热电优值 2 讲授 √ √ 4 2-1 材料的能带与声 子回顾 2 讲授 √ √ √ 5 2-2 电输运 2 讲授 √ √ √ 6 2-3 热输运 2 讲授 √ √ √ 7 2-4 热电性能的优 化：电学性能调 控 2 讲授 √ √ 8 2-5 热电性能的优 化：热学性能调 控 2 讲授 √ √ 9 3-1 密度泛函理论及 热电性能模拟方 法 2 讲授 √ √ 10 3-2 热电性能模拟方 法的应用 2 讲授 √ √
《热电材料与器件》课程教学大纲纳米结构：热电711讲授4-12性能调控超晶格结构；1274-2讲授7对电子和声子输2运的影响5-1Bi2Te3;7713讲授25-2 Pbx (X=S, Se, Te)常规热电材料的13实验3高压制备5-3SnTe;2714讲授75-4SnSe常规热电材料的143实验样品处理笼状结构化合 5-515物；2讲授.>.5-6硅基热电材料热电材料电学测15试系统的使用及3实验原理高通量热电材料 5-7筛选；讲授162VV5-8有机热电材料及其性能调控简介热电材料热学测163实验试系统的使用及原理热电器件基本结构; 6-117讲授2/V热电器件界面设6-1计;性能调控热电材料性能数17实验3据的处理热电器件的应186-32讲授7VV用、服役性能及展望18实践（注：①教学内容服务于课程目标，要根据达成课程目标的需要来确定教学单元，各单元安排合理的教学内容。在修订课程大纲过程中，需要对照课程目标，及时删去与课程目标无关的内容，增补和更新由于学科、方法发展而引起变化的部分，尤其要增补原内容体系中对课程目标支撑缺失和薄弱的部分。②重视利用教学方法实施课程思政。4/8
《热电材料与器件》课程教学大纲 4 / 8 11 4-1 纳米结构：热电 性能调控 2 讲授 √ √ 12 4-2 超晶格结构； 对电子和声子输 运的影响 2 讲授 √ √ 13 5-1 5-2 Bi2Te3; PbX(X=S,Se,Te) 2 讲授 √ √ 13 实验 常规热电材料的 高压制备 3 14 5-3 5-4 SnTe; SnSe 2 讲授 √ √ 14 实验 常规热电材料的 样品处理 3 15 5-5 5-6 笼状结构化合 物； 硅基热电材料 2 讲授 √ √ √ 15 实验 热电材料电学测 试系统的使用及 原理 3 16 5-7 5-8 高通量热电材料 筛选； 有机热电材料及 其性能调控简介 2 讲授 √ √ 16 实验 热电材料热学测 试系统的使用及 原理 3 17 6-1 6-1 热电器件基本结 构； 热电器件界面设 计； 性能调控 2 讲授 √ √ 17 实验 热电材料性能数 据的处理 3 18 6-3 热电器件的应 用、服役性能及 展望 2 讲授 √ √ √ 18 实践 （注：①教学内容服务于课程目标，要根据达成课程目标的需要来确定教学单元，各单元安排合理 的教学内容。在修订课程大纲过程中，需要对照课程目标，及时删去与课程目标无关的内容，增补 和更新由于学科、方法发展而引起变化的部分，尤其要增补原内容体系中对课程目标支撑缺失和薄 弱的部分。②重视利用教学方法实施课程思政。）