具体描述
《化工原理实验》根据《化工原理》教学大纲要求，共编入18个实验，6个研究方向（或自选课题），将实验项目按演示实验，验证型实验、综合型实验和研究开发实验分成四个层次，每一层次包含若干个实验项目。学生可以根据自身特长、课程安排、兴趣爱好及将来的职业目标，自主选择各实验层次的搭配及实验时间。
《材料科学基础》 内容简介： 《材料科学基础》一书，旨在为读者系统性地介绍材料科学这一跨学科领域的基石原理与核心概念。本书内容涵盖了从微观原子结构到宏观材料性能的广泛范畴，力求构建一个清晰、严谨且具有逻辑性的知识体系。全书共分为十个章节，循序渐进地引导读者理解材料的本质、设计与应用。 第一章：材料的原子结构与键合 本章从最基本的层面入手，探讨物质的构成单位——原子。我们将深入了解原子的基本组成（质子、中子、电子）以及它们遵循的量子力学规律，例如原子轨道的概念、电子排布规则（如泡利不相容原理、洪特规则）及其对元素性质的影响。在此基础上，本书将详细阐述不同类型的原子间键合方式，包括离子键、共价键、金属键以及范德华力。通过对键合类型的深入剖析，读者将理解不同键合方式如何决定材料的力学、热学、电学和光学等基本性质。例如，强烈的共价键赋予陶瓷材料极高的硬度和熔点，而自由电子在金属键中的流动性则解释了金属的导电性和导热性。本章还将介绍晶体结构的基本概念，如晶格、基元、晶胞，并引入描述晶体缺陷（如点缺陷、线缺陷、面缺陷）的必要性，因为这些缺陷对于材料的性能至关重要。 第二章：晶体结构与缺陷 承接上一章对原子结构的介绍，本章将聚焦于材料的宏观结构——晶体结构。我们将详细介绍常见的晶体结构，如体心立方（BCC）、面心立方（FCC）、六方密堆积（HCP）等，并讨论这些结构是如何形成的，以及它们与材料性能之间的关联。例如，FCC和HCP结构通常具有良好的延展性，而BCC结构在高温下可能更易发生形变。本章的重点之一将是晶体缺陷。我们将系统地分类和讨论各类晶体缺陷：零维的点缺陷（空位、填隙原子、置换原子），一维的线缺陷（位错，包括刃位错和螺位错），以及二维的面缺陷（晶界、畴界、堆垛层错）。深入理解晶体缺陷的存在及其运动机制，对于解释材料的塑性变形、强度、扩散等关键性能至关重要。本书将通过生动的图示和实例，帮助读者直观地理解这些抽象的结构概念。 第三章：非晶态材料 与具有长程有序排列的晶体材料不同，非晶态材料（或称玻璃态材料）的原子排列是无序的。本章将深入探讨非晶态材料的形成机制、结构特点及其与晶体材料的显著差异。我们将介绍玻璃转变温度（Tg）的概念，并解释其在材料科学中的重要性。本书将重点阐述非晶态材料的微观结构，如短程有序、长程无序的特点，以及它们如何影响材料的力学性能（如优异的韧性和弹性）和光学性能（如透明性）。我们将介绍常见的非晶态材料类型，如金属玻璃、陶瓷玻璃、聚合物玻璃等，并探讨它们的制备方法（如快速淬火）和潜在应用领域，例如在电子器件、生物医学材料等方面的创新应用。 第四章：相图与相变 相图是描述物质在不同温度、压力和成分条件下可能存在的稳定相及其相互关系的图形工具。本章将系统地介绍相图的基本原理，包括相、组元、自由度、相律等关键概念。我们将深入学习二元相图的绘制与解读，如固溶体相图、共晶相图、共析相图、包晶相图等，并解释通过相图如何预测材料在特定条件下的相组成和相变过程。相变是材料结构和性能发生变化的根本原因，本书将详细介绍不同类型的相变，如固-液相变、固-固相变（包括扩散型相变和无扩散型相变），以及它们在材料加工和性能调控中的作用。理解相变对于合金化、热处理等材料设计与制造过程至关重要。 第五章：力学性能 本章将聚焦于材料在外力作用下表现出的宏观响应，即材料的力学性能。我们将详细介绍基本的力学性能指标，如弹性模量、屈服强度、抗拉强度、延伸率、硬度、韧性等。本书将深入阐述应力-应变曲线的意义，以及如何通过实验测量这些性能参数。我们将重点探讨材料的塑性变形机制，包括位错滑移和孪晶，并解释加工硬化现象。此外，本章还将讨论材料的断裂行为，包括脆性断裂和韧性断裂，以及断裂韧性这一关键指标。通过理解材料的力学性能，读者可以为结构设计和材料选择提供科学依据。 第六章：电学性能 电学性能是许多现代材料应用的基础。本章将深入探讨不同材料的电学特性。我们将区分导体、半导体和绝缘体，并解释它们各自的导电机理。对于金属导体，我们将讨论其电阻率的温度依赖性，并引入一些经典导电模型。对于半导体材料，我们将详细阐述其能带理论，包括导带、价带、禁带宽度，以及载流子的产生和输运机制（电子-空穴对）。我们将介绍本征半导体和杂质半导体（n型和p型）的概念，以及掺杂对其电学性能的显著影响。此外，本章还将介绍超导现象及其潜在应用。 第七章：热学性能 本章将系统介绍材料的热学性能，包括导热性、热容和热膨胀。我们将解释材料内部的热量传递机制，例如晶格振动（声子）和自由电子的运动。本书将讨论影响材料导热系数的因素，如晶体结构、缺陷、温度和密度。热容是表征材料储存热量能力的指标，我们将介绍比热容和摩尔热容的概念。热膨胀是指材料在温度变化时尺寸发生改变的现象，我们将介绍线膨胀系数和体膨胀系数，并解释其在工程应用中的重要性，例如在设计热胀冷缩补偿装置时。 第八章：磁学性能 本章将深入探讨材料的磁性。我们将介绍磁畴、磁畴壁等概念，并区分不同类型的磁性材料：抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性以及亚铁磁性。本书将重点阐述铁磁材料的磁畴结构、磁化过程及其迟滞回线（磁滞损耗）的意义。我们将介绍永磁材料和软磁材料的特性及其在不同应用中的作用，如电机、变压器、存储设备等。此外，本章还将触及巨磁阻效应等先进磁性现象。 第九章：光学性能 光学性能决定了材料如何与光相互作用，这对于光学器件、显示技术和许多其他领域至关重要。本章将介绍材料的吸收、透射、反射、折射和散射等光学特性。我们将讨论颜色与材料微观结构和电子跃迁的关系。本书将介绍透明材料、半透明材料和不透明材料的形成原因，以及影响材料光学性能的因素，如晶体结构、缺陷、表面状态以及材料的组成。我们将探讨光学薄膜、光纤等相关概念，并介绍一些具有特殊光学性质的材料，如发光材料和非线性光学材料。 第十章：材料的制备、加工与选择 在掌握了材料的基本科学原理之后，本章将视角转向材料的实际应用。我们将简要介绍常见的材料制备方法，如冶炼、烧结、沉积、聚合等，以及它们如何影响材料的微观结构和宏观性能。本书还将讨论材料的加工技术，如塑性加工、切削加工、热处理等，以及这些过程如何改变材料的形状和性能。最后，本章将强调材料选择的重要性。我们将讨论在实际工程应用中，如何根据预期的工作环境、载荷条件、性能要求、成本以及环境因素等综合考量，选择最合适的材料。本书将通过一系列案例研究，展示材料科学原理在解决实际工程问题中的应用。 《材料科学基础》一书，力求以清晰的语言、严谨的逻辑和丰富的图示，为读者构建一个扎实的材料科学知识框架。本书不仅适用于材料科学、工程等相关专业的本科生和研究生，对于从事材料研发、产品设计、质量控制等工作的工程师和技术人员，以及对材料科学感兴趣的广大读者，都将是一本极具参考价值的读物。我们相信，通过对本书的学习，读者将能够更深刻地理解材料世界的奥秘，并为未来的创新应用奠定坚实的基础。
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