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非平衡材料

材料組織在使用條件下遠離熱力學平衡狀態時即被視為非平衡態材料。從熱力學角度説，偏離熱力學平衡點的所有材料都為亞穩材料（非平衡材料）。

從晶體結構上看長程無序，短程有序。從微觀結構上看，晶體材料內部存在着位錯、晶界或界面等缺陷，這使得晶體材料通常具有一定的自由能，而使其在熱力學上處於一種不穩定的狀態。

非平衡材料簡介

人類使用非平衡態材料已有數千年的歷史，對金屬材料而言，人們很早以前就已懂得通過淬火來獲得亞穩相，以提高工具和兵器的硬度。

但現代意義上的非平衡態材料主要指上世紀後半葉以來新出現的、在組織設計、獲得原理方面顯著不同於傳統材料的新型亞穩材料，如非晶態合金、超細組織材料。這類材料許多優異的性能使之成為當前材料、冶金和凝聚態物理領域廣為研究的對象。

課程名稱：非平衡材料工程原理/ Non-equilibrium Materials Engineering

課程代碼：050313

學時：32 學分： 2學講課學時:32 考試/考查：考查

先修課程：材料科學基礎、固體物理。

適用專業：材料科學與工程專業（本科）

開課院系：材料工程學院材料科學系

教材：《非平衡材料工程原理》. 本校編印，2003

參考書：王世敏. 納米材料製備技術.化學工業出版社,2002

一、課程的性質和任務

介紹了非晶態材料、納米材料和準晶態材料的性能特點、用途及常用的製備工藝，同時簡要介紹了相關材料的基礎理論。

主要內容包括非晶態材料的基本概念，非晶體固體的形成及其理論基礎，金屬玻璃的形成及其穩定性，金屬玻璃的製備原理和方法，納米材料的結構和性能，納米材料的製備及其應用，準晶材料的結構模型，準晶材料的製備工藝和性能特點。本課程的學習將為學習功能材料等課程打好基礎。

二、教學內容和基本要求

第一章概論

非平衡材料的內涵和外延，物質狀態的決定因素，非晶材料的基本概念，納米材料與技術的基本概念。

第二章非晶材料及其製備

非晶態材料，有序態、無序態，非晶固體的形成，成核率、生長速率、臨界冷速，金屬玻璃的形成與穩定性，合金化效應、尺寸效應、位形熵，金屬玻璃的製備原理和方法，氣相沉積法、液體急冷法

第三章納米材料及其製備

納米材料的結構和性能，結構缺陷，表面效應、小尺寸效應、量子效應，納米材料的各種製備方法：物理法、化學法、機械法；濺射法、熱蒸發法、等離子法、溶膠-凝膠法、球磨法。

第四章準晶材料及其製備

準晶材料的結構模型，準晶材料的分類，準晶材料的製備方法，準晶材料的結構和性能。

三、實驗與討論課的內容和基本要求

2學時的演示實驗，瞭解磁控濺射儀器的使用和磁控濺射製備納米薄膜的工藝過程、納米材料的檢測。

四、教學時數分配

五、對學生能力培養的要求

學完本課程後，使學生進一步瞭解材料的結構與性能的關係，加深理解材料學及材料物理的基本理論，瞭解應用較為廣泛的製備非平衡材料的方法。

六、説明

本課程為考查課程，可查形式可採用卷面考試或撰寫讀書報告等形式。

《非平衡材料工程原理》教學大綱

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