西安交通大学先进功能材料与器件课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 先进功能材料与器件 （英） Advanced Functional Material and Device 课程编号 MATL501102 课程学分 1.5 总学时 24 学时分配 理论: 24 实验: 上机: 课外: （课外学时不计入总学时） 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，固体物理导论 教材、参考 书及其他 资料 [序号] 作者 1，作者 2.教材名称.出版地：出版者，出版年. 例：[1] 刘国钧，陈绍业.电路分析.北京：高等教育出版社，1994. 使用教材： [1] S. O. KASAP. Principles of Electrconic Materials & Devices. New York: McGraw-Hill Education, 2018. [2] Deborah D. L. Chung. Functional Materials. Singapore: World Scientific, 2010. 参考教材： [1] 萨法卡萨昔 著，汪宏等译. 电子材料与器件原理. 西安：西 安交通大学出版社, 2009. [2] 李廷希 张文丽. 功能材料导论. 长沙：中南大学出版社, 2011. [3] 曲远方. 功能陶瓷及应用. 北京：化学工业出版社, 2014. 二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 本课程以无机功能材料在力、热、电、磁外场下的性能为出发点构建各种电 子元器件，为学生系统讲授无机功能材料的性能、元器件工作原理及应用之间的 关系。主要培养学生利用理论知识解决实际工程问题的能力，使学生能够分析元 器件的服役环境的基础上，设计出适用于实际工程应用的无机功能材料， 获得
满足特定需求的材料系统。 课程教学中，要求教师既要给学生讲授无机功能材料在力、热、电、磁等外 场下性能变化的基础理论知识，还要强调无机功能材料在外场下性能的变化与元 器件工作原理的之间的关系，让学生从元器件的服役环境出发，选择相应的材料 性能特点，从而选择出相应的材料系统，锻炼学生理论结合实际的能力。通过文 献调研训练，使学生了解无机功能材料的最新研究动态，建立终身学习的意识， 并掌握查阅文献资料的能力，不断追求最新的知识理论，发展和完善知识体系。 结合无机功能材料科学的发展前沿，锻炼学生发现问题、解决问题的能力。 通过该课程的系统学习，要求学生掌握无机功能材料在外场下的性能变化以 及它们的应用，重点掌握压电、热电、铁磁等几种无机功能材料。掌握常用的电 子元器件的工作原理，在此基础上能够根据无机功能材料的性能设计出简单的电 子器件原型。课程组织学生阅读英文文献完成老师布置的课题，并以 PPT 的形 式进行讨论，锻炼学生查阅文献资料的能力，以及用英语沟通交流与表达的能力。 2.2 课程的目标及学生应该达到的能力 1 材料与工艺设计与创新能力 根据无机功能材料服役条件，选择合适的材料体系并设计出电子器件原型， 在材料选择和电子器件原型设计中体现创新意识，并能考虑社会、健康、安全、 法律、文化和环境等因素。 支撑毕业要求指标点 3-3：针对材料领域的复杂工程问题，寻求合适的材料 系统或工艺流程，在设计环节中体现创新意识，并能考虑社会、健康、安全、法 律、文化及环境等因素。 2 与同行沟通交流能力 培养学生用英语沟通与交流的能力，使学生能够针对材料及相关领域与班 级同学、老师进行交流沟通。 支撑毕业要求指标点 10-1：能应用外语在国际化背景下就材料及相关领域问 题进行有效沟通和交流。 表 2-1 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 M 注：1,2,3.12 对应于专业认证毕业要求 12 条。 三、教学内容简介 序号 章节名称 知识点 参考学时 1 1 绪论 功能材料研究的历史、 性能、种类以及在电子 2
器件中的应用 2 2 电性功能材料 2.1 电导起源 2.2 温差电效应 2.3 压电阻效应 2.4 电阻加热元件 功能材料在热场、压力 下电阻性能的变化及 其在热电偶、压力传感 器方面的应用 4 3 3 敏感材料 3.1 敏感材料的定义和种类 3.2 热敏材料 3.3 气敏材料 敏感材料的定义和种 类，典型的敏感材料 4 4 4 电介质材料 4.1 电介质的基本原理 4.2 电介质击穿机制 4.3 压电特性 4.4 热电特性 4.5 铁电特性 电介质极化、击穿的机 制；晶体结构和压电、 热电、铁电电介质之间 的关系及其所对应的 电子元器件 7 5 5 磁性材料 5.1 磁性起源 5.2 磁性的分类及相关磁效应 5.3 铁磁起源和交换相互作用 5.4 磁化特性与磁滞回线 5.5 软磁和硬磁材料及其应用 5.6 超导材料及其应用 磁性的起源；磁性材料 的磁化特性与磁滞回 线；典型磁性材料的应 用 7 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 主要讲述无机功能材料 的性能、种类及其在电 子器件中的应用 2 授课 掌握无机功能材料 的性能特点，了解 无机功能材料的种 类及其应用；增加 学生对专业的认同 感。 课程目标 1 第二章 功能材料的电阻在热 场、压力场下的变化及 其在热电偶、压力传感 器方面的应用 4 授课 使学生掌握无机功 能材料的电阻在热 场、压力场下的变 化行为，了解电阻 的这种变化行为在 电子元器中的应 用，熟悉材料性能 和应用之间的关系 课程目标 1 课程目标 2 第三章 敏感电子元器件的定义 和种类，重点讲述热敏 和气敏材料 4 授课 使学生熟悉敏感电 子元器件的基本知 识，掌握热敏和气 敏器件的工作原理 及相关材料 课程目标 1 课程目标 2
第四章 主要讲述电介质的基本 概念；电介质的极化、 击穿机制；晶体结构和 压电、热电、铁电电介 质之间的关系及其所对 应的电子元器件 7 授课 使学生掌握电介质 材料的极化、击穿 机制；熟练掌握晶 体结构与其所表现 出的热电、压电以 及铁电性能之间的 关系，能够根据工 程的需要选择/设计 出合适的材料系 统。 课程目标 1 课程目标 2 第五章 主要讲述磁性的起源， 磁性材料的磁化特性与 磁滞回线；典型的硬磁， 软磁，超导材料及其应 用 7 授课 自学 使学生掌握磁性的 微观来源，熟悉不 同的磁性材料所对 应的磁化曲线，能 够根据磁化曲线判 断磁性材料的种类 及其潜在的工程应 用。本章快结束时 给学生布置自学报 告的作业，题目有 教师指定或者学生 自己选题（经过教 师同意的题目）。 课程目标 1 课程目标 2 注：对课程目标的支撑关系可填写大纲中第二部分课程目标的相应序号。 五、考核方式及成绩构成 5.1 考核成绩构成 平时： 30 %； 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查相结合的方式。 过程考核包括平时作业 成绩，期末考试采用 PPT 演讲、自学报告的考查方式。 平时作业主要培养学生利用基础知识对复杂工程问题的分析研究能力，以及 理解和表述英语的能力，分别对应课程课程目标 1 和 2。 期末考试主讲教师布置特定题目或者学生自选题目（必须经过主讲教师同 意），查阅文献，经过分析和综述，撰写一份 2000-3000 字的英文自学报告，并 进行英文 PPT 演讲。主讲教师对学生进行打分。该环节对应于课程目标 1 和课程
目标 2。在期末考查（满分 100 分，PPT 和自学报告各占 50%）中，有 50 分对应 于课程目标 1，考察学生根据无机功能材料服役条件，选择合适的材料体系并设 计出电子原型器件的能力；有 50 分对应于课程目标 2，考察学生用英语沟通与 交流的能力，使学生能够针对材料及相关领域进行流利，正确的表述。 期末试 题的评分见试题答案与评分标准。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 PPT 讲述 （50 分） 自学报告 （50 分） 课程目标 1（3-3） 60% 50% 50% 课程目标 2（10-1） 40% 50% 50% 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 平时作业与期末考查评分标准 （1） 平时作业评价标准 主讲教师鼓励学生查阅相关资料，积极讨论，分析问题。只要认真查阅资料 讨论充分，就可得到优秀。 表 5-2 平时作业评分标准 评价标准 优 （90-100 分） 良 （80-89 分） 中 （70-79 分） 及格 （60-69 分） 不及格 （0-59 分） 课程目标 1 课程目标 2 按时交作业； 基本概念正 确；论述逻辑 清晰、层次分 明、语言规 范。 按时交作业； 基本概念正 确；论述清 楚、语言较规 范。 按时交作业； 基本概念正 确；论述清 楚，存在少量 错误，语言较 规范。 按时交作业； 基本概念正 确；存在一些 错误，论述比 较清楚。 不能按时交 作业；有抄袭 现象，或存在 一些基本概 念方面的错 误，论述混 乱。 （2）PPT 演讲评分标准 教师以几种典型的电子元器件为题，学生选择一道自己感兴趣的题目，进行 文献调研、PPT 制作等。考查时，学生上台进行 PPT 演讲。 表 5-3 PPT 演讲评分标准 评分标准 优 （90-100 分） 良 （80-89 分） 中 （70-79 分） 及格 （60-69 分） 不及格 （0-59 分） 课程目标 1 课程目标 2 能够准确、清 晰地表述电 子元器件的 工作原理，阐 能够准确、清 晰地表述电 子元器件的 工作原理，阐 能够较为准 确、清晰地表 述电子元器 件的工作原 基本能够表 述电子元器 件的工作原 理，阐明所对 陈述过程中 存在概念的 错误，表述 不清，逻辑