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在人类社会的发展过程中，材料的发展水平始终是时代进步和社会文明的标志，人类文明的发展史，就是一部如何更好地利用材料和创造材料的历史。同要时，材料的不断创新和发展，也极大地推动了社会经济的发展。在当代，材料和能源、信息是构成社会文明和国民经济的三大支柱，新材料、信息技术、生物技术并列为新技术革命的重要标志，其中新材料更是科学技术发展的物质基础和技术先导。

材料科学与工程学科建立于20世纪60年代初期，现已发展成为一门完整的独立学科，它是一门实用的、直接的科学与技术，不同于抽象的衍生的科学。从某种意义上来说，材料科学与工程是以90多种元素为初始原料，从理论研究、应用，到制造成为人类需要的、有价值的新物质的一个科学技术领域。它横跨对微观世界（≤0.1mm）的探索到宏观的制造、性质和应用，是连接材料基础研究和工程应用的桥梁。

材料教育和人才培养是材料科学研究和生产应用赖以发展进步的基础。材料科学与工程学科的本科专业涵盖金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料与工程、材料物理、材料化学等二级学科专业，及综合性的材料科学与工程专业。材料科学与工程的定义是：研究有关金属、无机非金属、有机高分子等材料的组成/结构、测试/表征、制备/合成、性能/应用四要素及其关系的科学技术与生产。四要素贯穿于每个单一材料之中，也贯穿于材料教育的整个过程中。对材料基本四要素的认识和理解要有动态的观念，四个要素的说明和控制应放在更高、更深的层次，即从原子尺度来阐述和控制。材料的结构与成分着重于研究包括原子的类型及所观察尺度范围内原子的排列组合；材料的合成与加工则使原子（原子团），分子可得到特定的排列组合；而由不同原子（原子团）、分子及其排列组合所得到的材料具有所需的使用性能；对材料性能的各种测试技术和微观层次上的表征技术构成了材料科学的重要组成部分。四要素是一个整体，内部有机联系是其核心与活力所在。

我国的材料教育经历了四个发展阶段，材料科学与工程教育的形成和发展过程正遵循着从宽广到细分又从细分到综合的科学发展普遍规律，也体现了社会需求与材料科学与工程学科专业结构、人才素质之间的相互作用关系。

新中国成立之前，受当时材料研究和生产水平的限制，我国高等学校材料教育主要是培养矿冶人才。这一时期材料学科教育的突出特点是不划分专业，教学内容包括采矿、选矿、冶金、材料等内容，是一种宽领域培养模式。

新中国成立初期，由于工程人才极其缺乏，加之受计划经济体制制约和前苏联高等教育人才培养模式的影响，专业人才的培养目标主要是为行业培养通晓某一专业技术的工程技术人才，培养毕业后能够立即到国营工业领域担任设计、施工、运行等事业性工作的工科人才。在此后20多年里，我国材料类专业划分很细，材料科学技术人才被分割在硅酸盐工程、水泥、玻璃、陶瓷、无机非金属材料、建筑材料、电子材料及元器件、钢铁冶金、有色冶金、粉末冶金、金属材料及热处理、高分子化工、塑料工程、橡胶工程、化学纤维、高分子材料、复合材料、材料物理、材料化学等二十几个专业内培养，在当时计划经济体制下，从招生到分配均由国家统一计划安排，培养的学生多能在对口行业（或工种）工作并能较快适应岗位。

改革开放以来，随着我国经济建设和科学研究的飞速发展，材料科学与工程学科的迅速发展和不断完善，几大类材料之间呈现出更多的内在联系和共性，各种新材料的大量涌现和广泛应用，各学科之间相互交叉和渗透，及国外先进的教育模式的影响，推动着我国材料科学技术及人才培养进入了新的发展时期。在以单一材料进行高等专业教育的基础上，出现了材料科学与工程专业。20世纪90年代，随着我国经济体制从计划经济向市场经济转轨，从拓宽专业口径出发，教育部将我国高等学校原20余个工科材料类本科专业整合为冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程和高分子材料与工程等四个二级学科专业，并提出了综合性的材料科学与工程引导性专业，在理科方面则设置了材料物理和材料化学两个专业，进一步推动了我国材料科学与工程教育的改革与发展，为探索与形成有中国特色的材料高等教育培养模式开创了新的局面。1994年我国高等学校中设有材料类专业的学校为144所；2003年增至200余所，招生人数20300人，在校人数达73300人。其中材料化学专业的招生人数及在校生人数分别为2230、5826，材料物理专业的招生人数及在校生人数分别为1420、4253。

材料科学与工程的任务在于针对实际需要，使宏观微观紧密结合，在原子/分子的层次上将成分/组织的设计与合成加工综合起来，通过合成与加工过程的精确控制，有效地安排与控制原子/分子的特定排列组合，达到控制组织结构，控制形状进而达到所需的使用性能。

从材料的基本教育来说，今天的材料科学与工程是一个完整的独立的学科，而不是多个学科简单的叠加；它是“材料”，而不仅仅是“金属”、“陶瓷”或“高分子”；它面向材料四要素，尤其是着重于它们之间的关系，而不是某一要素。

材料科学与工程的研究领域与纯科学研究领域（如物理、化学、生物等）及与某些专业工程研究领域（如化工、机械、土建电子等）都会有重叠，而且应该鼓励与这些学科的合作和交叉研究。但从学科与基本教育看，与纯科学的区别在于我们倾向于把较大的视野放在真实材料和与工业的相关性上，而且着重于四要素间的关系，最终归于“使用”上；与化工的区别之处在于组织—性能关系上的特色及跨越各类材料的广度；与机械工程的区别在于其着眼于材料的内部组织及成分—组织—性能间的关系。

材料的研究要求材料科学家要对材料从合成到服役的全过程进行综合性的研究。除了化学家和物理学家所关心的问题以外，材料科学家还应该特别重视材料在制备过程中的重现性和材料品质的一致性等非常重要的实际问题。一个材料科学家应该既能和化学家一起深入地进行材料的合成与制备方面的研究，又能和物理学家一起进行材料的结构和性能关系的研究。一个好的材料科学家会被物理学家认为是化学家，被化学家认为是物理学家，被科学家认为是工程师，被工程师认为是科学家。

由此也决定了材料科学与工程学科综合性人才规格：应有厚实的数学、物理、化学及材料学科基础知识，又有工程设计、计算机运用能力，有宽广的专业知识面，具有运用所学知识解决实际问题的能力，不断获取和理解新知识的能力，实验动手能力和创新能力。

材料科学与工程学科的形成与发展有着内在的、深刻的原因。材料的研究涉及到多种学科，以往，材料的研究是分散在这些不同的学科中分别进行的，由于各学科本身的限制，以及从事研究的科学家和工程师本身的理论基础、经验和方法的限制，这些研究常常只侧重于某一类材料或材料某一方面的问题，缺少对材料进行多学科、多方面的综合性研究，以致对材料从制备到应用中的许多复杂问题，如材料制备过程中的一致性和重现性，材料在使用中的可靠性等非常重要的问题认识不深，重视不够，长期得不到妥善满意的解决，影响了许多新材科进入实际应用。材料科学与工程学科便是在这一背景下应运而生的。

正是由于以上的背景，材料科学与工程自形成独立的学科以来，较为侧重于对新材料或先进材料进行多学科的综合性研究。现在，许多国家和地区的材料研究学会在年会上均选择二三十个材料科学发展前沿方面的专题进行交流，每年吸引了大批不同学科的专家聚集在一起，从多方面、多角度对这些前沿课题发表意见，交换经验，大大促进了这些领域的研究工作。

从研究基础及与专业应用领域相关联的角度出发，材料物理的相关学科包括化学、物理、机械、电子电工、计算机科学与技术以及生物和生命科学等学科。

现代科学技术发展的特点是，一方面学科呈现出多科性，新兴学科不断涌现；另一方面，学科发展又呈现出高度综合的趋势，交叉学科和边缘学科层出不穷。学科交叉的形式可以多种多样，如材料科学与固体物理学、电子学、光学、声学、化学、数学与计算科学等许多基础学科有着不可分割的关系，这些学科的发展，以及现代分析测试技术的发展，对物质结构和物性的深入研究，推动了对材料本质的了解；同时，冶金学、金属学、陶瓷学、高分子等科学的发展也对材料本身的研究大大加强，从而对材料的制备、结构与性能，以及它们之间的相互关系的研究愈来愈深入，为材料科学与工程的形成打下了坚实的基础。另外，材料科学与工程技术也有不可分割的关系。材料科学是研究材料的组织结构与性能之间的关系，从而发展新材料并合理有效地使用材料；但材料要能商品化，需要经过一定经济合理的工艺流程才能制成，这就是材料工程。反之，工程要发展，也要研制出新的材料才能实现。因此，材料科学与工程专业与工程技术是相辅相成的。

材料科学与工程学科是由过去形成的一些独立学科如冶金、陶瓷、高分子、复合材料等聚合而成，它和物理、化学等一些学科有着非常密切的关系，在许多情况下几乎难以区分，所以材料学科是多学科性的。20世纪后期，由于材料的应用越来越广泛，并渗透到各行业，许多领域都与材料的制备、性质、应用等密切相关，使得材料成为机械、电子、化工、建筑、能源、生物、冶金、交通运输、信息科技等行业的基础，并与这些相关学科交叉发展。所以，材料学科与其他学科的交叉是一个必然趋势，也是材料学科发展的一个重要特征。

本专业培养具有正确政治思想、良好的道德品质、健康的体魄、健全的心理素质，较系统地掌握材料科学的基本理论与技术，具备材料化学相关的基本知识和基本技能，能在材料科学与工程及其相关领域从事研究、教学、科研开发及相关管理工作的材料化学高级专门人才。

按研究型规格培养四年制理学学士或工学学士。对于实行弹性学制的学校，学制可以是3至8年。

思想道德素质：包括政治素质、思想素质、道德品质、法制意识、诚信意识、团体意识；

文化素质：包括文化素养、文学艺术修养、现代意识、人际交往意识；

专业素质：具有良好的科学素质和基本工程素质，科学素质包括科学思维方法、科学研究方法、求实创新意识、科学素养，工程素质包括工程意识、综合分析素养、价值效益意识、革新精神；

获取知识的能力：包括自学能力、表达能力、社交能力、计算机及信息技术应用能力；

应用知识能力：包括综合应用知识解决问题能力、综合实验能力、工程实践能力、工程综合能力；

创新能力：包括创造性思维能力、创新实验能力、科技开发能力、科技研究能力。

工具性知识包括：外语、计算机及信息技术应用等方面的知识；

人文社会科学知识包括：哲学、思想道德、政治学、法学、心理学等方面的知识；

工程技术知识包括：工程制图、工程设计基础、电工电子学等方面的知识；

专业知识包括：材料的组成与结构、材料的测试与表征、材料的制备与合成、材料的性能与应用的基本理论、基本方法和基本实验技能。

根据高等院校理工科本科专业人才培养模式，专业人才的培养要体现知识、能力、素质协调发展的原则。要设计适当的知识体系为载体来进行能力培养和素质教育，要强化知识结构的设计与建设，使每一个知识模块构成一个适当的训练系统。

按照顶层设计的方法，理工科本科专业教育内容和知识体系由普通教育（通识教育）内容、专业教育内容和综合教育内容三大部分及15个知识体系构成：

普通教育内容包括：①人文社会科学，②自然科学，③经济管理，④外语，⑤计算机信息技术，⑥体育，⑦实践训练等知识体系；

专业教育内容包括：①相关学科基础，②本学科专业，③专业实践训练等知识体系；

综合教育内容包括：①思想教育，②学术与科技活动，③文艺活动，④体育活动，⑤自选活动等知识体系。

知识体系由知识领域、知识单元和知识点三个层次组成。一个知识领域可以分解成若干个知识单元，一个知识单元又包括若干个知识点。知识单元又分为核心知识单元和选修知识单元。核心知识单元提供的是知识体系的最小集合，是该专业在本科教学中必要的最基本的知识单元；选修知识单元是指不在核心知识单元内的那些知识单元。核心知识单元的选择是最基本的共性的教学规范，选修知识单元的选择体现各校的不同特色。材料科学与工程四大要素的内容分散在以材料为载体的个各知识点中。

本学科专业：材料科学、材料工程、材料表征与测试、材料制备与成型加工；

专业实践训练等知识体系：专业实验、专业实习、课程设计、毕业论文（毕业设计）。

化学：无机化学、有机化学、分析化学、物理化学（含结构化学）；

材料科学：材料科学基础、固体物理、材料概论、材料性能学；

材料工程：三传基础、材料制备与成型加工、材料表征与测试。

（3）本专业各知识领域包含的核心知识单元及应选修的知识单元

Ⅰ.物理化学(含结构化学）

1. 气体

(1) 理想气体

(2) 实际气体

实际气体的液化实际气体状态方程

2. 化学热力学

(1) 热力学基本概念

(2) 热力学第一定律

热力学第一定律应用于理想气体热力学第一定律应用于实际气体简单p、V、T变化过程的Q、W、DU、DH计算相变过程的Q、W、DU、DH计算化学反应的热效应

(3) 热力学第二定律

卡诺循环熵判据熵变计算亥姆霍兹自由能判据吉布斯自由能判据组成恒定封闭体系的Gibbs方程组成变化封闭体系的Gibbs方程化学势判据气体的化学势

(4) 热力学函数规定值

规定焓规定熵-热力学第三定律化学反应的标准摩尔Gibbs自由能

3. 统计力学基本原理

(1) 预备知识

(2) 近独立粒子体系统计规律性

(3) 近独立粒子体系的热力学性质

(4) 近独立非定域粒子配分函数

(5) 理想气体热力学性质的统计力学计算

(6) 热力学定律的统计力学解释

(7) 晶体统计力学

4. 液体混合物及溶液

(1) 偏摩尔量

(2) 理想液体混合物

(3) 理想稀溶液

(4) 非理想非电解质溶液

(5) 多组分体系中组分的热力学函数规定值

(6) 溶液的依数性

5. 化学平衡

(1) 化学反应方向和限度的热力学判据

(2) 理想气体的化学平衡

(3) 理想气体化学平衡常数的统计力学求算

(4) 非理想气体的化学平衡

(5) 理想液体混合物中的化学平衡

(6) 溶液中的化学平衡

6. 相平衡

(1) 相律

(2) 单组分体系

(3) 二组分体系

(4) 三组分体系

7. 化学动力学基础

(1) 基本概念和基本定理

(2) 具有简单级数的反应

(3) 速率方程的确定

(4) 温度对速率常数的影响

(5) 典型的复合反应

(6) 复合反应的近似处理

(7) 链反应

(8) 拟定反应机理的方法

8. 基元反应速率理论

(1) 气相反应刚球碰撞理论

(2) 过渡状态理论

(3) 分子反应动力学简介

9. 几类特殊反应的动力学

(1) 溶液中反应

(2) 催化反应

(3) 光化学反应

10. 电化学

(1) 电解质溶液

法拉第定律电解质溶液的导电能力离子的电迁移现象电导测定的应用

(2) 原电池

电池的图解式可逆电池可逆电极浓差电池及液体接界电势电池电动势的测定及其应用化学电源

(3) 不可逆电极过程

分解与分解电压极化与超电势金属电沉积金属的腐蚀与防腐

11. 界面现象

(1) 表面自由能

(2) 润湿现象

(3) 弯曲液面

(4) 溶液界面吸附

(5) 表面活性剂

(6) 气体在固体表面的吸附

(7) 非均相催化反应

12. 胶体化学

(1) 胶体体系的分类

(2) 憎液溶胶的性质

(3) 憎液溶胶的胶团结构

(4) 憎液溶胶的稳定和聚沉

(5) 粗分散体系

(6) 大分子溶液

13. 量子力学基础

(1) 微观粒子的运动特征

黑体辐射和能量量子化光电效应与光子实物微粒的波粒二象性光的波粒二象性实物微粒的波粒二象性德布罗意假设电子衍射实验德布罗意波的几率解释测不准原理

(2) 量子力学基本假设

波函数和微观粒子的状态力学量和算符本征态、本征值 Schrödinger方程态叠加原理泡利原理

(3) 势箱中运动的粒子

一维势箱中运动的粒子二、三维势箱中运动的粒子势箱模型的应用

14. 原子的结构和性质

(1) 氢原子及类氢离子的Schrödinger方程及其精确解

(2) 量子数的物理意义

(3) 波函数及电子云图形及对称性
径向部分图形径向波函数R_n,l(r)-r 径向密度函数R²_n,l(r)-r 径向分布函数r²R²_n,l(r)-r 角度部分图形波函数的角度分布图：Y-qf 电子云的角度分布图空间分布图波函数的等值线图电子云的等密度曲线图电子

云黑点图

(4) 多电子原子结构

原子单位变分法和微扰法求解He Hatree-Fock方程和自洽场方法求解

(5) 电子的自旋、Slater行列式

(6) 原子光谱项

15. 分子结构

(1) 氢分子离子结构

Born-Oppenheimer近似求解解的讨论

(2) 分子轨道理论

(3) 双原子分子结构

(4) 共轭体系和休克尔分子轨道理论

(5) 计算化学简介

Hatree-Fock-Rothaan方程半经验方法 abinitio方法 DFT方法应用

(6) 分子对称性

对称操作和对称元素(旋转轴和旋转操作、镜面和反映操作、对称中心和反演操作、映轴和旋转反映操作) 分子点群(单轴群：C_n、C_nh、C_nv、双面群D_n、D_nh、D_nd、立方群：T_d、O_h、非真轴群：S_n和C_i ﹑C_s ﹑C_ni、其他) 分子对称性和分子性质

16. 晶体结构

(1) 晶体的点阵结构和晶体的性质

晶体结构特征点阵(直线点阵、平面点阵、空间点阵、布拉威格子) 结构基元点阵结构晶胞晶胞参数分数坐标晶面和晶面指标

(2) 晶体结构的对称性

晶体的宏观对称性及32点群(晶体的宏观对称元素及对称操作、晶体的七个晶系及特征对称元素、晶体的宏观对称类型,即32点群) 晶体的微观对称性及230个空间群简介(微观对称元素及相应的对称操作、点阵、螺旋轴、滑移面) 230个空间群

(3) 金属晶体结构

金属键的本质和一般性质等径园球密堆积密置层(立方最密堆积(ccp, A1)、六方最密堆积(hcp, A3)、体心立方堆积(bcp, A2)、金刚石堆积(A4)) 金属单质晶体结构合金的结构

(4) 离子晶体结构

离子键二元离子晶体的若干典型结构型式(NaCl型、CsCl型、立方ZnS型、六方ZnS型、CaF₂型、金红石型、 NiAs型) 离子半径离子晶体的结晶化学规律离子晶体结构的Pauling规则

(5) 其他键型的晶体结构

共价型晶体结构分子晶体和分子间作用力混合键型晶体

Ⅱ.材料结构分析

1.光学分析法导论

(1) 光学分析法及其分类

发射光谱法吸收光谱法

(2) 光谱仪器

2.原子发射光谱法

(1) 基本原理

原子发射光谱的产生原子能级与能级图谱线强度谱线的自吸与自蚀

(2) 仪器

光源分光仪检测器光谱仪

(3) 分析方法

光谱定性分析光谱半定量分析光谱定量分析

3.原子吸收光谱法

(1) 基本原理

原子吸收光谱轮廓原子吸收光谱的测量

(2) 仪器

光源原子化器单色器检测器仪器的类型

(3) 干扰及消除方法

物理干扰化学干扰电离干扰光谱干扰背景干扰

(4) 分析方法

测量条件的选择分析方法

(5) 灵敏度与检出限

(6) 原子荧光光谱法

4.紫外-可见分光光度法

(1) 紫外-见吸收光谱

分子吸收光谱的产生分子吸收光谱类型光谱吸收曲线

(2) 化合物紫外-见光谱的产生

有机化合物的紫外-见吸收光谱无机化合物的紫外-可见吸收光谱溶剂对紫外、可见吸收光谱的影响

(3) 紫外-可见分光光度计

组成部件紫外-可见分光光度计的类型分光光度计的校正

(4) 紫外-可见分光光度法的应用

定性分析结构分析定量分析其他方面应用

5.红外光谱分析

(1) 概述

红外光区的划分红外光谱法的特点

(2) 基本原理

产生红外吸收的条件

双原子分子的振动多原子分子的振动吸收谱带的强度

(2) 基团频率和特征吸收峰

(3) 基团频率区和指纹区影响基团频率的因素

(4) 红外光谱仪

色散型红外光谱仪傅里叶（Fourier）变换红外光谱仪（FTIR）

(5) 试样的处理和制备

红外光谱法对试样的要求制样的方法

(6) 红外光谱法的应用

定性分析定量分析原位红外（In-Situ FTIR）

6.分子发光分析(简介)

(1) 分子荧光和磷光分析

(2) 化学发光分析

7.核磁共振波谱法

(1) NMR基本原理

(2)化学位移和核磁共振谱

(3)简单自旋耦合和自旋分裂

(4)复杂谱图的简化方法

(5)核磁共振波谱仪

(6)核磁共振谱的应用

(7) 其他核磁共振谱的研究

8.X射线物理学基础

(1) X射线的本质

(2) X射线谱

(3) X射线与物质相互作用

9.X射线荧光光谱法

(1) X荧光的产生

(2) X射线荧光光谱仪

波长色散型X射线荧光光谱仪能量色散型X射线荧光光谱仪

(3) X射线荧光分析方法及应用

定性分析定量分析应用

10.X射线衍射法

(1) X射线衍射方向

(2) 布拉格方程的讨论

(3) X射线衍射强度

(4) X射线衍射仪

衍射仪的组成测角仪记录系统实验条件选择及试样制备典型的衍射图附件与其他配套技术

(5) 多晶体的物相分析

物相的定性分析物相的定量分析晶粒尺寸的测定

(6) 单晶衍射法

11.X射线光电子能谱

(1) X射线光电子能谱分析的基本原理

光电效应原子能级的划分电子结合能E_bXPS信息深度化学位移

(2) 光电子能谱实验技术

光电子能谱仪待测样品制备方法 XPS谱图解释 XPS谱图的校正 XPS谱图定性和定量分析

电子与物质的交互作用

(1) 散射

(3) 高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息

12.透射电子显微分析

(1) 透射电镜的成像原理

电子波长磁透镜聚焦原理理想成像理想分辨率电磁透镜的分辨本领放大倍率和像的衬度

(2) 透射电镜的结构

电子光学部分真空系统电源系统

(3) 电子衍射

电子衍射基本公式选区电子衍射电子衍射谱

(4) 试样的制备方法

粉末试样的制备金属材料和非金属材料超薄膜的制备透射电镜的复型技术

(5) 透射电镜在材料科学研究中的应用

扫描电子显微分析

扫描电镜的工作原理扫描电镜的结构扫描电镜的主要参数(放大倍数,分辨率,景深) 样品的制备扫描电镜的几种电子像分析(二次电子像,背射电子像,吸收电子像) 扫描电镜在材料研究中的应用

Ⅲ.材料物理性能

1.材料科学简介

(1) 材料的分类及其在现代科学技术及生活中的重要作用

(2) 材料科学研究内容

(3) 材料物理的研究内容及其重要性

2.材料的受力形变

(1) 内力、应力、应变和弹性形变

内力及其特点正应力、剪应力及其表示法材料的弹性形变正应变和切应变

虎克定律虎克定律和泊松比虎克定律的通用表示法弹性模量及其影响因素弹性模量的测定方法材料的滞弹性和粘弹性滞弹性和粘弹性粘形体及牛顿流体定律应变蠕变和应力弛豫粘弹性体力学模型及弛豫时间

(2) 晶体及多晶体的塑性形变

各种材料的受力变形行为无机晶体材料的形变特点晶面滑移塑性形变的理论解释晶体缺陷和位错位错运动理论影响位错产生及其滑移的因素

(3) 材料的高温蠕变

材料的高温蠕变现象高温蠕变的特点高温蠕变的理论解释位错运动理论

扩散蠕变理论晶界蠕变理论

(4) 影响蠕变的因素

3.材料的断裂与强度

(1) 材料的脆性断裂及高温蠕变断裂

(2) 理论结合强度理论

(3) Griffith 微裂纹理论

材料应变的弹性理论材料强度的弹性应变能理论影响材料强度的几种因素

(4) 断裂力学简介

裂纹扩展的方式及材料强度经验公式裂纹尖端应力场分析裂纹尖端应力场应力场强度因子和几何形状因子临界应力场强度因子和断裂韧性裂纹扩展的动力和阻力断裂韧性的测定方法及对试件尺寸的要求

(5) 裂纹的起源、亚临界生长与快速扩展

裂纹的起源裂纹的亚临界生长应力腐蚀理论高温应力空腔作用裂纹的亚临界生长速率和应力场强度指数应力场强度指数的测定方法材料使用寿命预测裂纹的快速扩展及阻止措施

(6) 显微结构对材料脆性断裂的影响

(7) 无机材料的强度统计法

强度的统计分析韦伯函数及其求解方法

(8) 提高材料强度的方法

影响材料强度的因素提高材料强度的几种重要方法热韧化和化学强化利用相变提高强度弥散增韧和复合材料

4.材料的热学性能

(1) 声频支振动和光频支振动

(2) 材料的热容

热容及经验定律材料热容的理论解释热容的经典理论热容的量子理论影响材料热容的因素

(3)材料的热膨胀

线膨胀系数和体膨胀系数固体热膨胀机理影响热膨胀系数的因素多晶体和复合材料的热膨胀膨胀系数对相连接材料的稳定性的影响

(4) 材料的热传导

固体热传导的规律固体热传导的机理声子和声子传热光子传热影响热传导的因素某些材料的热传导

(5) 材料的热稳定性

稳定性及其表示方法热应力材料的抗热冲击性能第一应力断裂抵抗因第二应力断裂抵抗因子第三应力断裂抵抗因子抗热冲击损伤性

(6) 提高材料抵抗热冲击断裂的措施

5.材料的光学性能

(1) 材料的透光性能

折射色散反射材料对光的吸收材料对光的散射材料的透光性界面的镜反射和漫反射及对材料透光性的影响提高材料透光性的措施

(2) 材料的发光性能

缺陷化学简介点缺陷及其表示法缺陷化学方程式本征缺陷弗伦克尔缺陷肖特基缺陷错位非本征缺陷影响缺陷生成的因素局域能级电子和空穴缺陷的电子能级局域能级在光的吸收和发射、导电中的应用材料的几种重要的发光机理激光简介自发辐射光的受激吸收和受激辐受激吸收、自发辐射和受激辐射的关系激光器的组成激光器的激励方式粒子束反转分布的激励条件

(3) 材料非线性光学性能简介

6.材料的磁学性能

(1) 材料磁性的来源

电子的轨道磁矩和自旋磁矩材料的磁性分类交换作用和铁磁性

(2) 强磁性材料的磁畴和磁化

磁畴磁化曲线和磁滞回归线

(3) 强磁性材料及其应用

强磁性材料的分类软磁性材料及其应用硬磁性材料及其应用矩磁材料及其应用

(4) 巨磁电子效应和磁电子学简介

(5) 铁氧体的磁性和结构简介

尖晶石型铁氧体石榴石型铁氧体磁铅石型铁氧体

7.电子论

(1) 电子的波粒二象性

波函数薛定谔（Schrödinger）方程霍尔效应

(2) 经典自由电子学说

直流电导维德曼－弗兰茨定律经典自由电子学说的不足

(3) 量子自由电子学说

驻波边界条件周期性边界条件态密度电子在允许状态上的分布索末菲

量子自由电子模型对金属导电、导热性的解释

(4) 能带理论

布洛赫函数与单电子能带理论 K空间的等能线和等能面准自由电子近似电子能级密度能带和原子能级有效质量

8.材料的电性能

(1) 导体

电阻率和电导率体积电阻和表面电阻迁移率和电导率的一般表达式电子

电导离子电导导电聚合物

(2) 绝缘体

能带理论对导体、绝缘体和半导体的本质解释

(3) 半导体

本征半导体杂质半导体能带理论对半导体电阻率与温度关系的解释 PN结

(p-n junction) 金属－半导体结（metal-semiconductor junction）量子阱与超晶格共振隧道晶体管和负电阻

(4) 超导体

超导体的特性超导体性能的评价指标超导体的分类超导的微观理论

约瑟夫森（Josephson）效应高温超导的研究超导体的应用

9.材料的介电性能

(1) 电介质及其极化

电介质极化的各种机制

(2) 交变电场下的电介质

复介电常数和介质损耗电介质弛豫和频率响应介电损耗分析

(3) 介电击穿

本征击穿机制热击穿机制雪崩式击穿机制

(4) 压电、热电与铁电材料

压电性（piezoelectricity）热（释）电性（pyroelectricity）铁电性（ferroelectricity）

压电、热电、铁电材料的关系

Ⅳ.无机及分析化学

1.原子结构

原子能级波粒二象性核外电子运动量子数波函数的图形电子云图像近似能级图屏蔽效应钻穿效应能级交错能级组周期表原子半径电子亲合能电负性

2.化学键与分子结构

化学键离子键离子的特征价建理论共价键的特点价电子对互斥理论杂化轨道理论分子轨道理论金属键能带理论分子间作用力氢键

3.化学反应速率与反应动力学的初步概念

化学反应速率平均速率瞬时速率碰撞理论过渡状态理论反应速率与温度、浓度的关系元反应质量作用定律速率方程活化能催化剂阿仑尼乌斯公式反应级数反应分子数一级反应的特征二级反应的特征

4.化学热力学的初步概念与化学平衡

功热热力学能焓和焓变热化学化学反应热恒容反应热恒压反应热盖斯定律熵和熵变绝对熵吉布斯自由能和自由能变热力学第一、第二、第三定律吉布斯-亥姆霍茨方程反应自发性的判据标准状态平衡状态标准平衡常数平衡的移动

5.定量分析概论

定量分析过程法定计量单位滴定分析步骤化学计量点终点指示剂标准溶液基准物质

6.酸碱平衡和酸碱滴定

布朗斯特酸碱路易斯酸碱和软硬酸碱理论离解平衡质子条件分析浓度平衡浓度缓冲溶液缓冲范围缓冲容量酸碱滴定曲线滴定突跃准确滴定分别滴定滴定误差基准酸基准碱

7.配位化合物和配位滴定

配合物的组成内界外界中心原子(离子) 配位原子配位数单齿多齿螯合物命名价键理论磁矩顺磁性反磁性铁磁性外轨内轨反馈键晶体场理论 d轨道分裂及分裂能电子成对能晶体场稳定化能光谱化学序列高自旋低自旋配合单元空间结构顺反异构旋光异构配合物的稳定常数副反应系数条件稳定常数配位滴定指示剂变色范围变色点配位滴定曲线终点金属离子浓度计量点金属离子浓度滴定突跃最高酸度最低酸度选择性滴定滴定误差

8.氧化还原反应与氧化还原滴定

能斯特公式标准电极电势条件电势对称电对不对称电对可逆电对不可逆电对氧化还原指示剂滴定突跃化学计量点电位高锰酸钾滴定法、重铬酸钾滴定法、碘量法结果计算。

9.沉淀平衡、沉淀滴定与重量分析法

溶解度溶度积溶度积规则沉淀溶解平衡影响沉淀溶解度的因素沉淀的形式及影响因素共沉淀后沉淀减少沉淀沾污的方法沉淀条件的选择换算因素莫尔法佛尔哈德法法扬司法

10.分析数据处理

有效数字及其运算规则数字修约规计算规则精密度准确度系统误差随机误差平均偏差标准偏差平均值的标准偏差随机误差的正态分布少量数据的统计处理随机误差的区间概率提高分析结果准确度的方法

11.s区元素

IA、IIA族元素及其化合物

12.p区元素(一)

硼、碳、硅、氮、磷单质制备化合物三中心二电子键硼烷碳纤维高能燃料人造金刚石半导体硅硅烷分子筛惰性电子对效应

13.p区元素(二)

氧、臭氧、过氧化氢单质制备硫、卤素稀有气体

14.d区元素

d区元素通性钛铬锰铁钴镍铜锌镉汞单质性质和制备化合物

15.f区元素

镧系元素稀土元素镧系收缩特征氧化态氧化物氢氧化物配合物溶剂萃取法离子交换法锕系元素

16.氢

氢制备用途同位素氢化物分类氢能源

Ⅴ.有机化学

l.有机化合物的同分异构、结构、命名和物理性质

(1) 有机化合物的同分异构现象

(2) 有机化合物结构的各种表示方法

(3) 有机化合物的命名 IUPAC命名原则和中国化学会命名原则

(4) 有机化合物的物理性质及其与结构的关系

2.有机化学反应

(1) 重要官能团化合物的典型反应及相互转换的常用方法

重要官能团化合物：烷烃烯烃炔烃脂环烃卤代烃芳烃醇酚醚醛酮 *醌羧酸及其衍生物胺及其他含氮化合物基本杂环化合物

(2) 主要有机反应：取代反应加成反应消除反应重排反应

缩合反应氧化还原反应自由基反应周环反应

3.有机化学的基本理论及反应机理

(1) 诱导效应共轭效应超共轭效应立体效应

(2) 共振论简介

(3) 碳正离子碳负离子自由基 *卡宾 *苯炔等活性中间体

(4) 有机反应机理的表述

4.有机合成

(1) 官能团导入转换保护

(2) 碳碳键形成及断裂的基本方法

(3) 合成子分析的基本要点及其在有机合成中的应用

5.有机立体化学

(1) 几何异构对映异构构象异构等静态立体化学的基本概念

(2) 构型的标识 D/L R/S

(3) 主要有机反应的立体化学

*(4)外消旋体的拆分方法不对称合成简介

6.有机化合物常用的化学、物理鉴定方法

(1) 常见官能团的特征化学鉴别方法

(2) 常见有机化合物的核磁共振谱红外光谱紫外光谱质谱的谱学特征

*(3) 运用化学方法及谱学方法对简单有机化合物进行结构鉴定

*7.元素有机化学和生物有机化学简介

Ⅵ.材料科学基础

1.材料引言

(1) 材料种类

(2) 结构—性质—工艺过程之间的关系

(3) 材料的选择

2. 数学序言（选讲）

(1) 材料科学中的数学

(2) 唯象理论

(3) 组合

(4) Stirling近似法

3.晶体结构

(1) 晶体结构基础知识

(2) 质点间键合与晶体结构

(3) 晶体结构与性质

(4) 硅酸盐晶体结构与性质

4.晶体结构缺陷

(1) 缺陷种类

(2) 点缺陷与材料的光电性质

(3) 线缺陷与材料的力学性质

(4) 面缺陷与材料韧性

(5) 组成缺陷与固溶体

(6) 非化学计量化合物与半导体

5.非晶态结构与性质

(1) 熔体结构

(2) 熔体性质

(3) 玻璃形成

(4) 玻璃结构

6.表面结构与性质

(1) 固体表面结构

(2) 单晶表面结构

(3) 非单晶表面结构

(4) 吸附与粘附

(5) 摩擦

7.相平衡与相图

(1) 相律及相平衡研究方法

(2) 单元系统

(3) 二元系统

(4) 三元系统

(5) 三元交互系统

(6) 四元系统

8.基本动力学过程-扩散

(1) 扩散动力学方程——Fick定律

(2) Fick定律的应用

(3) 固体扩散机构与扩散系数

(4) 扩散系数与浓度的关系——俣野方法

(5) 影响扩散的因素

9.材料中的相变

(1) 相变热力学

(2) 成核—生长相变

(3) 旋节分解

(4) 马氏体相变

(5) 有序—无序转变

(6) 相变与弥散强化

10.材料制备中固相反应

(1) 固相反应概论

(2) 固相反应机理

(3) 固相反应动力学

(4) 影响固相反应的因素

11.材料制备中的烧结与显微结构的控制

(1) 烧结概论

(2) 烧结机理

(3) 固相烧结

(4) 再结晶与晶粒长大

(5) 液相烧结

(6) 特种烧结

(7) 影响烧结的因素

12.腐蚀与磨损

(1) 腐蚀

(2) 氧化

(3) 辐射损伤

13.疲劳与断裂

(1) 疲劳

(2) 断裂起源与评价

知识体系给出了本专业的知识框架，但这些知识要通过课程教学来传授给学生。因此，构建相应的课程和课程体系十分重要。各校既可以可按照本专业的特色构建课程体系（例如，以某一类材料为主线、融合知识体系内容构建专业课体系），各学校也可按照本校的特色构建课程体系。课程教学包括理论课程教学和实验课程教学。课程可以按知识领域进行设置，也可以由一、两个知识领域构成一门课程，还可以从各知识领域中抽取相关的知识单元组成课程，但最后形成的课程体系应覆盖知识体系的知识单元尤其是核心知识单元。

专业课程体系由核心课程和选修课程组成。核心课程应该覆盖知识体系中的全部核心单元及部分选修知识单元。同时，各高校可选择一些选修知识单元、反映学科前沿和反映学校特色的知识单元组织到选修课程中。

为提高学生的实践能力和创新精神，材料化学专业必须加强实性践环节的教学，采用顶层设计的方法，总体构建实践性环节教学体系，着重培养以下能力：（1）实验技能；（2）工艺操作能力；（3）工程设计能力；（4）科学研究能力；（5）社会实践能力等。实践教学包括独立设置的实验课程、课程设计、教学实习、社会实践、科技训练、综合论文训练等多种形式。除表1中所列实验和实践教学内容外，基础课程和理论课程均应有相应的实验环节和课程。这包括基础化学实验、基础物理实验、计算机上机实验等。

化学实验是材料化学教学中一门独立课程，其目的不仅是传授化学知识，更重要的是培养学生的能力和优良的素质。通过化学实验课学生应受到下列训练：掌握基本操作，正确使用仪器，取得正确实验数据；正确记录、处理数据和表达实验结果的能力；认真观察现象进而分析判断、逻辑推理、作出结论的能力；正确设计实验(选择实验方法、实验条件、仪器和试剂等)解决实际问题的能力；通过查阅手册、工具书及其他信息源获得信息的能力。而培养学生实事求是的科学态度、勤俭节约的优良作风、相互协作的团队精神、勇于开拓的创新意识，应该始终贯穿整个实验教学。

有年龄及知识结构合理、相对稳定、水平较高的师资队伍，有学术造诣较高的学科带头人，承担本专业主要课程的任课教师不少于8人，高级职称教师人数不少于2人，中高级教师人数比例不低于85%，具有高级职务教师和研究生学位教师人数在专任教师中比例不低于30%。

教材选用要符合教学大纲或专业规范，基础课程的教材应为正式出版教材，专业课程至少应有符合教学大纲的讲义。

公共图书馆中有生均40种与专业有关的图书、刊物、资料、数字化资源和具有检索这些信息资源的工具。

基础课程实验室要达到一定的要求，每个学生拥有的实验仪器设备要有材料分析、材料性能测试、材料合成、制备和加工等实验室。专业实验室仪器设备的固定资产总额应达到生均5000元以上，必须具有满足核心课程所需的实验条件，各校可根据自己的专业方向和具体情况有所侧重。

要有相对稳定的实习基地，实习基地应达到教学要求。各校可通过多种途径，在校内外建设实习基地。

新设本专业，开办经费一般不低于50万元（不包括固定资产）。每年的正常教学经费不低于生均1000元。

制定专业规范要有一定的量化指标，考虑到各校的教学管理制度不同，不能将指标统一固定，本专业规范要以举例或推荐的方式提出制定本专业规范所依据的主要参考指标。例如：

（1）本科学制：基本学制四年，实行学分制的学校可以适当调整为3～8年。

（2）在校总周数：200～202周（其中教育教学166～168周，寒暑假32～34周）。

（3）一般四年制专业，普通教育（通识教育）与专业教育的总学分为180～200学分左右，特殊专业可以增加到250学分左右。综合教育的学分本专业规范不作规定。

（4）普通教育（通识教育）的学分为90～100学分，其中应包括：①政治思想教育和人文社会科学学分；②经济管理学分；③自然科学学分；④体育学分；⑤外语学分；⑥计算机信息技术学分。各校可以根据实际情况适当调整学分。

（6）实践教学学分占普通教育（通识教育）和专业教育总学分的参考比例，各校可根据具体的特点进行确定。

（7）学时与学分的折算办法：未实行学分制的学校，学时与学分的折算由各校根据学校实际情况自行决定。本规范建议课程教学按16学时折算1学分、集中实践性环节按每周折算为1学分的方法折算。在特殊情况下，某些课程的学时学分折算办法可自行调整。