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1、材料综合实验课程教学大纲一、课程基本信息英文名称ComprehensiveexperimentsofMaterialsScience课程代码MSEN1005课程性质专业必修课程授课对象材料科学与工程专业学生学分3.0学时54主讲教师陈秋、沈风雷、潘向强、黄彦林、陆超等修订日期2023.4指定教材见参考书目二、课程目标(一)总体目标：本课程是材料科学与工程专业必修课。通过实验课程训练,巩固并加深对材料光电性质、材料热学及力学性能、设计合成的理解，掌握基础的光电材料制备方法、性能表征方法、聚合物及聚合物基复合材料加工工艺及设备。同时，培养学生的团队合作、动手能力、观察能力、思维创新能力、表达能力和
2、归纳处理、分析实验数据及撰写科学报告的能力。(二)课程目标：课程目标1：巩固材料力学性能、材料科学基础、材料物理性能、材料电子学性能等课程的基本原理和概念的理解，能够熟练掌握成型加工工艺过程及相关成型设备，掌握高分子材料合成与成型加工工艺原理；掌握半导体器件基本电学、光学性能的分析测试方法；熟练操作高分子材料成型设备及分析测试仪器，能够安全、规范地完成实验操作。课程目标2：能应用工程数学方法处理实验数据，获得实验参数；采用图、表的形式规范地表达实验结果；能够有条理、有逻辑地表达和完成实验报告。.课程目标3：能运用材料科学与工程的思维方法，根据实验目的，选用合适的研究方法，设计实验方案并实施,通
3、过分析实验结果研究材料与加工工艺及其参数对性能的影响等材料工程问题，取得有效实验数据并进行分析。(三)课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系表1:课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表课程目标对应课程内容对应毕业要求1全部实验操作3.3、4.1、5.32全部实验操作5.3、6.23全部实验操作3.3、6.2、7.3三、教学内容实验项目1:挤出成型实验(课程目标1-3)1 .教学目标(1)培养学生在材料成型加工过程中基本的穿着要求，具备防止触电、压伤、烫伤等危险的意识，掌握在成型过程中紧急救助的基本方法。(2)掌握双螺杆挤出机的结构、工作原理及操作。(3)掌握聚合物结构、性能及加工工艺之间的关
4、系。(4)掌握聚合物合金及复合材料的配方设计及工艺参数设定。2 .教学重难点设备的结构、材料配方及加工工艺间的关系3 .教学内容不同聚合物共混物的挤出成型。4 .教学方法老师讲解、演示，学生现场操作。5 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目2：注塑成型实验(课程目标1-3)6 .教学目标(1)掌握注塑机的结构和工作原理。(2)掌握注塑机的操作。(3)掌握聚合物及共混物、聚合物基更合材料的注塑成型工艺过程,(4)掌握影响注塑产品性能的因素。7 .教学重难点注塑机的结构及注塑成型工艺8 .教学内容不同聚合物共混物、聚合物复合材料的注塑成型9 .教学方法老师讲解、演示，学生现场操作。10 教学评价
5、课堂提问、实验报告。实验项目3：开炼成型、模压成型实验(课程目标1-3)1.教学目标(1)掌握开炼成型设备结构、模压成型设备结构、模具结构。（2）掌握在成型过程中聚合物流变特性。（2）学会使用开炼成型设备和模压成型设备。（3）掌握影响模压制品性能的因素。11 教学重难点成型工艺及聚合物流变特性12 教学内容聚合物开炼成型及模压成型13 教学方法老师讲解、演示，学生现场操作。14 教学评价课堂提问、实验报告。实验项目4：材料力学、热学及摩擦磨损性能表征（课程目标1-3）15 教学目标（1）掌握万能材料试验机、热变形仪、冲击性能测试仪及摩擦磨根仪的结构及使用方法。（2）掌握应力-应变曲线、维卡软化
6、点、冲击性能的意义。（3）掌握材料结构与相关性能间的关系，了解改善相关能的方法。16 教学重难点应力-应变曲线的含义；维卡软化点的意义及与实际使用温度的关系。17 教学内容（1）材料的拉伸性能测试。（2）材料的维卡软化点测试。（3）材料的冲击性能测试。（4）材料的摩擦磨损性能测试。18 教学方法老师讲解、演示，学生现场操作。19 教学评价课堂提问、实验报告。实验项目5：高分子合成实验安全教育（课程目标17）1.教学目标（1） 了解紧急事故处理办法；（2）熟知高分子合成实验室的各项规章制度和安全守则；（3）掌握实验室水电气的使用及消防安全知识；（4）牢记高分子合成实验试剂、仪器的规范使用与操作；
7、（5）掌握书写实验报告的规范要求。2 .教学重难点实验室安全认识。3 .教学内容高分子合成实验的一般知识，包括安全规范，基本操作和实验技术；实验报告的要求和格式等。4 .教学方法老师讲解、演示。5 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目6：甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验（课程目标1-3）6 .教学目标（1）熟悉自由基本体聚合的特点和实验方法；（2）掌握本体聚合的实验操作要点和有机玻璃的制造和操作技术的特点；（3） 了解功能性有机玻璃的特点及用途。7 .教学重难点本体聚合的控制性。8 .教学内容本体聚合制备透明聚甲基丙烯酸甲酯。9 .教学方法老师讲解、演示，学生现场操作。10 教学评价课堂提问、实
8、验报告。实验项目7：苯乙烯的悬浮聚合实验（课程目标1-3）11 教学目标（1）掌握悬浮聚合的实验方法；（2）熟知悬浮聚合的配方及各组份的作用；（3） 了解控制粒径的条件及不同类型悬浮剂的分散机理、搅拌速度、搅拌器形状对悬浮聚合的影响。12 教学重难点悬浮聚合配方组成及工作原理，如何控制粒径，如何保证产品纯净。13 教学内容悬浮聚合法制备聚苯乙烯颗粒。14 教学方法老师讲解、演示，学生现场操作。15 教学评价课堂提问、实验报告。实验项目8：紫乙烯-顺丁烯二酸酎的交替共聚实验（课程目标3）1.教学目标（1）进一步熟悉自由基共聚合的原理和特点；（2）掌握苯乙烯与顺丁烯二酸酢发生自由基交替共聚的原理和
9、实验操作规范；（3） 了解沉淀聚合的特征和应用。2 .教学重难点如何理解交替共聚物合成原理及共聚物组成控制。3 .教学内容沉淀聚合法制备苯乙烯-顺丁烯二酸酎的交替共聚物。4 .教学方法老师讲解、演示，学生现场操作。5 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目9：光转换材料设计实验(课程目标1-3)6 .教学目标(1)熟悉实验规则，具备安全责任意识。(2)掌握鸽酸盐、钥酸盐、锐酸盐、锯酸盐等过渡金属氧化物基质的自激活发光特点，以及向基质中激活离子能量传递的特性。(3)掌握硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐等基质对于合成发光材料的意义。(4)熟知最主要的稀土离子、过渡金属离子的发光性质，了解其应用方向。(5)掌
10、握制备无机材料中的原料选择原则。(6)根据不同的合成和具体分子式的要求，计算出各种原料的使用量。(7)掌握书写实验报告的规范要求。7 .教学重难点基质材料的刚性程度对发光效率和热稳定性的重要性；发光激活离子的主要种类；发光激活离子的浓度猝灭；固相合成中原料选择基本原则。8 .教学内容设计红、蓝、绿、黄四种发光材料的基质组成，选择激活离子的种类；根据设计的分子式选择合理的原料和用量。9 .教学方法老师讲解、演示，学生现场操作。10 教学评价课堂提问、实验报告。实验项目10：光转换材料制备实验(课程目标1-3)11 教学目标(I)熟悉现有的合成材料的主要方法。(2)根据材料的特点，掌握合成方法的选
11、择。(3)熟练掌握一种合成方法的设计原则。12 教学重难点常见的材料合成方法的优缺点；烧结温度的选择原则；分步骤烧结的必要性。13 教学内容完成制备方法的选择和其制备流程。完成材料的合成实验。14 教学方法老师讲解、演示，学生现场操作。实验项目11：光转换材料表征实验(课程目标17)15 教学目标(1)掌握利用XRD测试表征物相组成的方法。(2)根据材料光吸收熟悉材料能带大小、主要可能的光吸收色心分析。(3)根据发光材料的激发光谱，熟悉判断在基于半导体LED照明器件的应用标准。(4)掌握分析发光光谱的特点、主要的发光来源。16 教学重难点稀土离子发光的优势和应用；钿酸盐材料的本征发光和带间大小
12、的关系；发光材料要在近紫外-蓝光区间要有强的吸收的重要性。17 教学内容完成材料的结构、微观形貌、光学性能及其发光性能的测试。18 教学方法老师讲解、演示，学生现场操作。19 教学评价课堂提问、实验报告。实验项目12：LED封装实验（课程目标1-3）20 教学目标（1）熟悉根据激发光谱来选择半导体芯片的标准。（2）掌握封装LED发光器件的方法。（3） 了解色度的变化及其在照明和显示中的应用。（4）评价一种发光材料应用材料的标准。21 教学重难点制备白发光LED的原则。22 教学内容完成1-2种基于半导体芯片的LED发光器件封装，完成应用评价。23 教学方法老师讲解、演示，学生现场操作。24 教
13、学评价课堂提问、实验报告。实验项目13：PN结伏安特性表征实验（课程目标1-3）25 教学目标（I）熟悉光学、电学实验规则，具备安全责任意识。（2） 了解PN结基本原理。（2）能搭建光路并掌握基本的电信号的激发、收集和分析方法。（3）能够根据性能测试结果分析材料的基本性质。26 教学重难点PN结的基本原理。27 教学内容讲解本征半导体、非本征半导体、PN结形成原理、伏安特性原理。实验部分以GaAs.GaN基LED和Si探测器为实验对象，进行伏安特性测试。28 教学方法老师讲解、演示，学生现场操作。29 教学评价课堂提问、实验报告。实验项目14：光度学测和LED电光效率表征实验（课程目标1-3）
14、30 教学目标（1） 了解光度学原理和LED电光转化基本原理。（2）能搭建光路并掌握基本的光信号的激发、收集和分析方法。（3）能够运用材料电子学知识解释发光材料的色度学性质。31 教学重难点发光二极管的工作原理与表征方法。32 教学内容讲解光度学基本原理、LED电光转化基本原理和光信号收集原理、光源辐射空间分布、分光光度计工作原理。实验部分以GaAs、GaN基红、绿、蓝LED为实验对象，搭建光路后进行电驱动条件下辐射功率、亮度及其空间分布的测量，重组光路后测量LED在不同驱动电流下的电光外量子效率。33 教学方法老师讲解、演示，学生现场操作。34 教学评价课堂提问、实验报告。实验项目15：色度
15、学表征实验（课程目标1-3）35 教学目标（1） 了解色度学基本原理，（2）能搭建光路并掌握基本的色度学测试与分析方法。（3）能够运用材料电子学知识解释发光材料的色度学性质。36 教学重难点光信号收集、暗室操作。37 教学内容讲解色度学基本原理、配色原理、电致发光材料电子学结构与其发光性能色度学的联系。实验部分以III-VLED、有机LED和量子点LED为实验对象，搭建光路后进行电驱动条件下电致发光光谱的测量，标定色坐标，分析颜色饱和度、主波长，进行配色实验。38 教学方法老师讲解、演示，学生现场操作。39 教学评价课堂提问、实验报告。实验项目16：光致发光表征实验（课程目标1-3）1.教学目
16、标（1）运用二能级系统理解吸收、自发辐射、受激辐射，材料的光致发光原理。（2）能搭建光路并掌握基本的光致发光的测试与分析方法。（3）能够运用材料电子学知识解释荧光谱特征。40 教学重难点运用二能级系统模型解释吸收、自发辐射、受激辐射，光路搭建。41 教学内容讲解二能级系统和无机、有机半导体的荧光原理。实验部分以LED为激发光源，光纤光谱仪为分光探测装置，搭建光路后验证朗伯-比尔定律，测量InP量子点、有机染料、萤光粉在不同激发光源下的发光谱，测量荧光量子效率。42 教学方法老师讲解、演示，学生现场操作。43 教学评价课堂提问、实验报告。四、学时分配表2：各章节的具体内容和学时分配表实验章节内容
17、学时分配1材料成型加工安全教育；材料挤出成型62材料注塑成型63材料混炼及模压成型64材料力学、热学及摩擦摩损性能测试65高分子合成实验安全教育66甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验67苯乙烯的悬浮聚合实验68苯乙烯T顺丁烯二酸酎的交替共聚实验69光转换材料设计实验610光转换材料制备实验611光转换材料表征实验612LED封装实验613PN结伏安特性表征实验614光度学测量和LED电光效率表征实验615色度学表征实验616光致发光表征实验6五、教学进度表3：教学进度表周次内容提要授课时数作业及要求备注14、58、9-12、13-16循环安全教育、挤出成型6预习报告、实验报告小组成员分工注塑成型6预
18、习报告、实验报告小组成员分工混炼及模压成型6预习报告、实验报告小组成员分工材料力学、热学及摩擦磨损性能6预习报告、实验报告小组成员分工1-4、5-8、9-12、13-16循环潘老师实验16预习报告、实验报告集体听课潘老师实验26预习报告、实验报告独立完成潘老师实验36预习报告、实验报告独立完成潘老师实验46预习报告、实验报告独立完成l-45-8、9-12、13-16循环光转换材料设计实验6预习报告、实验报告小组成员分工光转换材料制备实验6预习报告、实验报告小组成员分工光转换材料表征实验6预习报告、实验报告小组成员分工LED封装实验6预习报告、实验报告小组成员分工1-4、5-8、9-12、13-
19、16循环PN结伏安特性表征实验6预习报告、实验报告小组成员分工光度学测量和LED电光效率表征实验6预习报告、实验报告小组成员分工色度学表征实验6预习报告、实验报告小组成员分工光致发光表征实验6预习报告、实验报告小组成员分工六、教材及参考书目1 .高分子科学实验，韩哲文主编，华东理工大学出版社，出版时间2005年2月2 .高分子材料与工程专业实验教程，戴礼兴编，化学工业出版社，出版时间:2021年9月3 .半导体照明发光材料及应用，化学工业出版社，出版时间:2023年01月4 .半导体发光二极管及固体照明，史光国编，科学出版社，出版时间:2007年04月。5 .Schubbert,E.(2007
20、).LightEmittingDiodes.2ndEd.七、教学方法1 .主讲教师课堂讲解、示范、师生讨论2 .学生分组实验八、考核方式及评定方法（一）课程考核与课程目标的对应关系表4：课程考核与课程目标的对应关系表课程目标考核要点考核方式课程目标1理论知识的应用、实验操作平时成绩、实验报告课程目标2原始数据、数据处理实验报告课程目标3实验原理和实验步骤、数据处理、结果讨论等实验报告（二）评定方法3 .评定方法（1）撰写预习报告。能独立撰写实验报告。预习报告的内容包括实验目的、实验原理、实验步骤、实验主要装置图，对实验结果的预测等。（2）撰写实验报告。实验报告的内容应包括实验目的、实验原理、实
21、验步骤、实验主要装置图、数据记录与处理、结果与讨论、对实验课本中思考题的回答等内容。（3）指导教师对每份实验报告进行批改、评分。（4）成绩评定实验成绩包括平时成绩、实验成绩和期终考核成绩三部分。其中平时成绩占比30%（5%预习报告+25%实验操作），实验成绩占比40%（20%原始数据及数据处理+20%结果分析与讨论），期终考核成绩占比30,评定内容对应课程目标平时成绩预习(5%)A课程目标3(占30%)实验操作（25%）B课程目标1实验报告原始数据及数据处理（20%）E课程目标2(占40%)结果分析与讨论（20%）D课程目标3期中考核理论(10%)E课程目标1(占30%)综合(20%)F课程目
22、标32.课程目标的考核占比与达成度分析表5：课程目标的考核占比与达成度分析表核占比课程目标、一、平时实验报告期末总评达成度课程目标10.25(B)00.1(E)课程目标1达成度=02平时成绩B目标1成绩+0.1X期末成绩E目标1成绩/目标1总分。课程目标200.2(E)0课程目标2达成度=0.25实验报告E目标1成绩/目标2总分。课程目标30.05（八）0.2(D)0.2(F)课程目标3达成度=0.05平时成绩B目标3成绩+0.2X实验报告D目标3成绩+0.2X实验报告F目标3成绩/目标3总分。(=)评分标准课程目标评分标准90-10080-8970-7960-6960优良中合格不合格ABCD
23、F课程目标1掌握工艺过程及工艺原理、材料性能测试方法，能规范完成实验操作。理解工艺过程及工艺原理、材料性能测试方法，能规范完成实验操作。理解工艺过程及工艺原理、材料性能测试方法，基本规范完成实验操作。理解工艺过程及工艺原理、材料性能测试方法，能规范完成部分实验操作。不能掌握工艺过程及工艺原理、材料性能测试方法，或不能规范完成实验操作。课程目标2熟练处理实验数据；规范完成实验报告。比较熟练处理实验数据；规范完成实验报告。能够处理实验数据；规范完成实验报告。不能正确处理实验数据；规范完成实验报告。不能处理实验数据；或不能规范完成实验报告。课程目标3能够选用合适的方法来分析实验结果、得出有效结论。能够选用比较合适的方法来分析实验结果、得出有效结论。能够选用比较合适的方法来分析实验结果、得出比较有效结论。能够选用某些方法来分析实验结果、得出部分有效结论。不能选用合适的方法来分析实验结果、不能得出有效结论。
