西安交通大学材料创新思维与前沿技术课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 材料创新思维与前沿技术 The Materials for Innovations 课程编号 MATL504302 课程学分 1.5 总学时 24 学时分配 理论:24 实验:0 上机: 0 课外: 0 课程类型 公共课程 通识课程 学科门类基础课 专业大类基础课 专业核心课 ■专业选修课 集中实践 开课学期 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 ■4-1 4-2 5-1 5-2 先修课程 材料科学基础、材料物理性能、材料研究方法 教材、参考 书 及 其 他 资料 参考教材： [1] 田民波.创新材料学.北京：清华大学出版社，2015. [2] Chemistry：Principles，patterns，and application，Bruce Averill and Patricia Eldredge, Pearson Custom Publishing, 2009 二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 “创新是一个民族进步的灵魂”。材料是各类产业的基础，先进材料是高新技术的核心， 新材料是国家核心竞争力的体现，已成为高新技术产业发展的关键/科学创新和技术创新的 基础。“制造材料者制造技术”无论原始创新、集成创新还是引进消化吸收再创新，往往都 是以新材料作为基础。本课程从最前沿的实际问题出发，全面扼要的介绍各类材料的发展历 程、新进展、新性能及新应用，内容包含半导体集成电路材料、微电子封装材料、半导体固 体照明相关材料、化学电池（包括一次电池、二次电池、燃料电池）及电池材料、核能材料 等，涉及高新技术的各个领域，使学生熟悉各领域使用的关键材料，不但了解材料的性能， 而且清晰把握创新性思维在该领域材料的每一步改进和提升的作用，引导学生综合运用知识、 系统分析问题和创新能力的培养，使学生建立终身学习的意识，不断追求最新的知识理论
发展和完善知识体系；掌握基于材料工程的实际应用场景进行合理分析、评价材料体系选择、 制备及应用等复杂工程问题解决方案对社会影响的能力。 通过该课程的系统学习，要求学生系统了解各高新技术产业的关键材料，掌握关键材料 的制备、性能和应用前景，清晰把握各高新领域核心关键材料的发展脉络、改进思路和新材 料的新性能和新应用，并学会分析最前沿的实际问题。在此基础上掌握基于材料工程的实际 应用场景进行合理分析，正确评价材料工程实践过程和复杂工程问题解决方案对社会、健康、 安全、法律以及文化的影响，及制约因素对方案实施的影响，并理解应承担的责任；同时理 解环境保护和可持续发展的理念，熟悉材料成分、生产和服役过程和对环境和社会经济可持 续发展的影响。 2.2 课程目标及学生应该达到的能力 （1）材料工程与社会发展评价能力 基于高新领域核心关键材料的工程实际应用场景进行合理分析，能够评价材料体系选择、 制备工艺及应用等工程实践过程和复杂工程问题的解决方案对社会发展、人类健康、社会安 全的影响，以及这些制约因素对项目实施的影响。 支撑毕业要求指标点 6-2：基于材料工程的实际应用场景进行合理分析，正确评价材料 工程实践过程和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，及制约 因素对方案实施的影响，并理解应承担的责任。 （2）环境与可持续发展的意识 培养学生的环境保护和可持续发展理念，理解各种核心关键材料的成分、生产和实际服 役过程中对自然环境和人类社会可持续发展的影响。 支撑毕业要求指标点 7-1：理解环境保护和可持续发展的理念和内涵，熟悉材料成分、 生产和服役过程和对环境和社会经济可持续发展的影响。 课程目标与专业毕业要求的关联关系 毕业要求 课程目标 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课 程 目 标 1 M 课 程 目 标 2 L 注：1,2,3.12 对应于专业认证毕业要求 12 条。课程目标与专业毕业要求的 关联关系用 H/M/L 标注。 三、教学内容简介 序号 章节名称 知识点 参考 学时 1 1 半导体和集成电路材料 1.1 从“卡脖子”的芯片技术谈起 1.2 集成电路的发展简史 集成电路的定义、分类、从硅石 原料到半导体器件的制程、IC 制作过程中薄膜加工方法、摩尔 4
1.3 从硅石到半导体元器件的制程 1.4 光刻蚀技术到薄膜制备技术在半导 体工艺中的应用 1.5 摩尔定理继续有效 定理 2 2 电子封装材料 2.1 微电子封装的发展过程 2.2 三维封装简介及其关键材料 2.3 印刷线路板（PCB）技术简介 微电子封装、一级封装和二级封 装、电路图形的形成方法、电子 浆料、印刷线路板、电子封转材 料，常用基板材料的 3 个主要特 性 4 3 3 半导体固体照明 3.1 发光二极管和获得诺贝尔奖的蓝光 LED 3.2 OLED 成功发光的关键材料 3.3 荧光材料、磷光材料和电极材料 发光二极管（LED）、蓝光 LED 的 结构、白色 LED 的实现形式和开 发史、有机发光二极管（OLED）、 荧光和磷光 4 4 4 化学电池及电极材料 4.1 电池发展简史 4.2 常用二次电池的发展与新型电池技 术 4.3 燃料电池 电池、化学电池、一次电池、二 次电池、构成电池的四要素、电 池发展简史、锂离子电池的原理 和结构、常温、中温、高温燃料 电池 8 5 5 核能的利用和核材料 5.1 核反应堆的关键材料 5.2 核爆炸和核反应堆的原理 5.3 核燃料的循环 5.4 日本大地震福岛核电站事故分析 5.5 典型核电站事故分析 天然核反应堆、裂变、衰变和聚 变、压水堆和沸水堆、反应堆用 压力容器和蒸发器、国际核事故 分级 4
四、教学安排详表 章节顺序 教学内容 学时 分配 教学方式 （授课、实验、上机、讨论） 教学要求 （知识要求及能力要求） 对课程目标的 支撑关系 第一章 半导体和集 成电路材料 4 授课 掌握集成电路的定义、分类、了解从硅石原料到半导体器件 的制程、IC 制作过程中薄膜加工方法和摩尔定理 课程目标 1 课程目标 2 第二章 电子封装材 料介绍 4 授课 掌握微电子封装、一级封装和二级封装，了解电路图形的形 成方法、电子浆料、印刷线路板、电子封转材料，常用基板 材料的 3 个主要特性 课程目标 1 课程目标 2 第三章 半导体固体 照明材料介 绍 4 授课 掌握发光二极管（LED）、蓝光 LED 的结构、白色 LED 的实现 形式和开发史、有机发光二极管（OLED）、荧光和磷光 课程目标 1 课程目标 2 第四章 化学电池和 电极材料 8 授课 掌握电池、化学电池、一次电池、二次电池、构成电池的四 要素、电池发展简史、锂离子电池的原理和结构、常温、中 温、高温燃料电池 课程目标 1 课程目标 2 第五章 核能的利用 和核材料介 绍 4 授课 掌握天然核反应堆、裂变、衰变和聚变、压水堆和沸水堆、 反应堆用压力容器和蒸发器、国际核事故分级 课程目标 1 课程目标 2
五、考核方式及成绩构成 5.1 考核成绩构成 平时： 30 %，（平时作业） 期末： 70 % 5.2 课程目标的考核环节与评分标准 （1） 课程教学与考核环节及其对应的课程目标的汇总 课程考核采取过程考核与期末考试相结合的方式。过程考核包括平时作业成 绩，期末考试采用闭卷考核方式。 平时作业主要考核学生对本课程专业知识掌握情况、以及培养学生对材料工 程与社会发展评价能力。在教学过程中，教师为学生布置一道较为综合的大作业 题目，支撑课程目标 1。由学生通过课后自学、查阅文献，完成大作业，由教师 根据评分标准给出分数。 另外，在期末考试试题（满分 100 分）中，有 30 分对应于课程目标 1，考 察学生对材料工程与社会发展的评价能力；有 70 分对应于课程目标 2，考察学 生的环境与可持续发展的意识。 具体如表 5-1 所示。 表 5-1 课程各教学环节与课程目标达成计算的比例 考核与评价方式 平时作业 （100）分 课程考试 （100 分） 课程目标 1（6-2） 100% 30% 课程目标 2（7-1） 70% 注明：表格中的百分数是各考核环节对课程目标的贡献比例。 （2） 平时作业评分标准 教师为学生布置一道较为综合的大作业题目，学生通过课后自学、查阅文献，完成大作 业，由教师根据评分标准给出分数。 表 5-2 平时作业评分标准 评价标准 优 良 中 及格 不及格