《热电材料》教学大纲课程名称：热电材料课程类别（必修/选修）：专业选修课英文名称：ThermoelectricMaterials其中实验/实践学时：0总学时/周学时/学分：24/2/1.5先修课程：固体物理学或半导体物理学后续课程支撑：无授课时间：2,4-14周：1-2节授课地点：7B-405，松山湖校区2020材科2班；2020材科1班：2020材科1班（材料杨班）：2020材科2班（材料杨班）授课对象：开课学院：材科科学与工程学院任课教师姓名/职称：韦文森副研究员答疑时间、地点与方式：课程考接方式：开卷（）闭卷（）课程论文（V）其它（）使用教材：陈立东，刘睿恒，史迅《热电材料与器件》，科学出版社，2018教学参考资料：邓乐等著《热电材料性能研究与制备》，化学工业出版社，2019课程简介：这门课程重于热电材料及物理相关领域的基础知识的教学，集中讲授热电转换基本原理、热电材料的输运理论、热电材料性能优化策略、热电输运性能的测试、典型热电材料体系及性能优化，低维结构及纳米复合热电材料等内容。通过本课程的学习，可对热电材料领域有较好的理解，并能将知识应用于热电材料相关的工作中。1
1 《热电材料》教学大纲 课程名称：热电材料 课程类别（必修/选修）：专业选修 课程英文名称：Thermoelectric Materials 总学时/周学时/学分：24/2/1.5 其中实验/实践学时：0 先修课程：固体物理学或半导体物理学 后续课程支撑：无 授课时间： 2, 4-14 周：1-2 节 授课地点：7B-405，松山湖校区 授课对象： 2020 材科 2 班; 2020 材科 1 班; 2020 材科 1 班(材料杨班); 2020 材科 2 班(材料杨班) 开课学院：材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称： 韦文森副研究员 答疑时间、地点与方式： 课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（）其它（） 使用教材： 陈立东，刘睿恒，史迅著《热电材料与器件》，科学出版社，2018 教学参考资料： 邓乐等著《热电材料性能研究与制备》，化学工业出版社，2019 课程简介： 这门课程着重于热电材料及物理相关领域的基础知识的教学，集中讲授热电转换基本原理、热电材料的输运理论、热电材料性能优化策略、热电输 运性能的测试、典型热电材料体系及性能优化，低维结构及纳米复合热电材料等内容。通过本课程的学习，可对热电材料领域有较好的理解，并能将知 识应用于热电材料相关的工作中
课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑：毕业要求支撑毕业要求指标点课程教学目标指标点1.1具备解决材料科学与工程领目标1（知识目标）掌握热电材料的基本现象、基础理论、基本原理、优化域复杂工程问题所需的数学与自然科学C1.工程知识：掌握扎实的数学、自然科学、工程策略和主要应用：深入了解热电材料性能背后的物理根知识及应用能力：基础和专业知识，并能够用于解决材料科学与工程源，掌握对应的物理规律。指标点1.3具备解决材料科学与工程领领域复杂工程问题。域复杂问题所需的专业知识及应用能力指标点4.1能够基于科学原理并采用科目标2（能力目标）掌握热电材料的各种制备、表征、测试方法，能够对实学方法对材料科学与工程领域复杂工程问题进行研究，比较和选择研究路线，设验结果进行准确、客观的分析，具有综合解析实验数据C4.研究：能够基于科学原理并采用科学方法对材的能力：能够独立或团队协作在材料及交叉学科领域开计实验方案：料科学与工程领域复杂工程问题进行研究，包括设展创新性研究操作能力。指标点4.2能够根据实验方案构建实验计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合系统、开展实验并获得正确的实验数据：理有效的结论。指标点4.3能够对实验结果进行分析和解析，并通过信息综合得到合理、有效结论。目标3（素质目标）：培养学生具有主动参与、开拓创新、探究科学、诚信务指标点12.1能正确认识材料科学与工程C12.终身学习：具有自主学习和终身学习的意识实的学习态度和思想意识：具有自主学习和终身学习理等相关理论与技术的发展趋势与规律，树有不断学习和适应发展的能力。念，养成理论联系实际、科学严谨、认真细致、实事求立自主学习、终身学习的意识。是、知行合一的科学态度。2
2 课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑： 课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求 目标 1（知识目标）： 掌握热电材料的基本现象、基础理论、基本原理、优化 策略和主要应用；深入了解热电材料性能背后的物理根 源，掌握对应的物理规律。 指标点 1.1 具备解决材料科学与工程领 域复杂工程问题所需的数学与自然科学 知识及应用能力； 指标点 1.3 具备解决材料科学与工程领 域复杂问题所需的专业知识及应用能力 C1. 工程知识：掌握扎实的数学、自然科学、工程 基础和专业知识，并能够用于解决材料科学与工程 领域复杂工程问题。 目标 2（能力目标）： 掌握热电材料的各种制备、表征、测试方法，能够对实 验结果进行准确、客观的分析，具有综合解析实验数据 的能力；能够独立或团队协作在材料及交叉学科领域开 展创新性研究操作能力。 指标点 4.1 能够基于科学原理并采用科 学方法对材料科学与工程领域复杂工程 问题进行研究，比较和选择研究路线，设 计实验方案； 指标点 4.2 能够根据实验方案构建实验 系统、开展实验并获得正确的实验数据； 指标点 4.3 能够对实验结果进行分析和 解析，并通过信息综合得到合理、有效结 论。 C4. 研究：能够基于科学原理并采用科学方法对材 料科学与工程领域复杂工程问题进行研究，包括设 计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合 理有效的结论。 目标 3 （素质目标）： 培养学生具有主动参与、开拓创新、探究科学、诚信务 实的学习态度和思想意识；具有自主学习和终身学习理 念，养成理论联系实际、科学严谨、认真细致、实事求 是、知行合一的科学态度。 指标点 12.1 能正确认识材料科学与工程 等相关理论与技术的发展趋势与规律，树 立自主学习、终身学习的意识。 C12.终身学习：具有自主学习和终身学习的意识， 有不断学习和适应发展的能力
理论教学进程表支撑授课教教学模式周次教学主题学时数数学内容（惠点、难点、课程思政融入点）教学方法作业安排课程师线下/混合式目标重点：热电转换的泽贝克效应、佩尔捷效应以及汤姆孙效应效应及定量描述。课堂讨论：科技发展课堂讲授和热电材料简介：难点：热电发电器件和制冷器件性能参数。线下韦文森2目标12对国民经济和社会小组讨论热电转换基本原理课程思政融入点：科技发展对国民经济和生活的影响社会生活的巨大影响，激发学生努力学习，建设科技强国的强烈愿重点：半导体的能带理论，固体输运理论课堂讲授和能带模型及输运理韦文森2线下目标14难点：金属和半导体等热电材料的能带理小组讨论论论模型，玻尔兹曼输运方程重点：散射机制和种类，对热电材料性能课堂讨论：与其他学的影响韦文森2线下课堂讲授目标15热电材料输运理论科的相关性。难点：载流子输运的能带模型理论的推导和理解重点：典型优化策略：多能带简并，电子热电材料性能优化共振态，合金周溶，声子共振散射，类液韦文森2目标1线下课堂讲授典型策略态效应难点：散射对热电性能优化的多重效应3
3 理论教学进程表 周次 教学主题 授课教 师 学时数 教学内容（重点、难点、课程思政融入点） 教学模式 线下/混合式 教学方法 作业安排 支撑 课程 目标 2 热电材料简介； 热电转换基本原理 韦文森 2 重点：热电转换的泽贝克效应、佩尔捷效 应以及汤姆孙效应效应及定量描述。 难点：热电发电器件和制冷器件性能参数。 课程思政融入点：科技发展对国民经济和 社会生活的巨大影响，激发学生努力学习， 建设科技强国的强烈愿望 线下 课堂讲授和 小组讨论 课堂讨论：科技发展 对国民经济和社会 生活的影响 目标 1 4 能带模型及输运理 论 韦文森 2 重点：半导体的能带理论，固体输运理论 难点：金属和半导体等热电材料的能带理 论模型，玻尔兹曼输运方程 线下 课堂讲授和 小组讨论 目标 1 5 热电材料输运理论 韦文森 2 重点：散射机制和种类，对热电材料性能 的影响 难点：载流子输运的能带模型理论的推导 和理解 线下 课堂讲授 课堂讨论：与其他学 科的相关性。 目标 1 6 热电材料性能优化 典型策略 韦文森 2 重点：典型优化策略：多能带简并，电子 共振态，合金固溶，声子共振散射，类液 态效应 难点：散射对热电性能优化的多重效应 线下 课堂讲授 目标 1
重点：介观及微观系统的特点，输运涨落介观、微观输运及现象及对应规律韦文森2目标1线下课堂讲授难点：介观和微观纳米尺度下热电输运的低维热电输运理论特殊性重点：块体材料热电测量常见设备介绍及块体热电材料输运使用方法韦文森2线下课堂讲授目标28性能的测量难点：块体材料电导率、泽贝克系数、热导率的测量原理和方法重点：电子束爆光技术，紫外爆光技术，聚焦离子束技术，纳米压印技术等微纳加工技术课堂讨论：卡脖子间课堂讲授和难点：透射电子显微术以及原位实验表征微纳米加工、表征、线下韦文森2目标2题的现状和解决方9小组讨论测试设备和技术测试技术的发展法讨论课程思政：科技对人类社会进步的促进作用及我国高端科技仪器设备的落后现状，卡脖子问题以及解决方法重点：低维材料热导率、电阻、泽贝克系文献调研作业：分数的测量原理和方法组，并进行课后文献薄膜及纳米热电输韦文森线下2课堂讲授目标110调研作业，主题：新难点：薄膜、纳米线等材料热导率、电阻、运性能的测量泽贝克系数的测量原理和方法，微纳加工兴热电材料研究进展和原位测量技术的应用线下课堂讲授目标1韦文森211典型热电材料体系重点：BizTe基合金，PbX化合物，硅基4
4 7 介观、微观输运及 低维热电输运理论 韦文森 2 重点：介观及微观系统的特点，输运涨落 现象及对应规律 难点：介观和微观纳米尺度下热电输运的 特殊性 线下 课堂讲授 目标 1 8 块体热电材料输运 性能的测量 韦文森 2 重点：块体材料热电测量常见设备介绍及 使用方法 难点：块体材料电导率、泽贝克系数、热 导率的测量原理和方法 线下 课堂讲授 目标 2 9 微纳米加工、表征、 测试设备和技术 韦文森 2 重点：电子束爆光技术，紫外爆光技术， 聚焦离子束技术，纳米压印技术等微纳加 工技术 难点：透射电子显微术以及原位实验表征 测试技术的发展 课程思政：科技对人类社会进步的促进作 用及我国高端科技仪器设备的落后现状， 卡脖子问题以及解决方法 线下 课堂讲授和 小组讨论 课堂讨论：卡脖子问 题的现状和解决方 法讨论 目标 2 10 薄膜及纳米热电输 运性能的测量 韦文森 2 重点：低维材料热导率、电阻、泽贝克系 数的测量原理和方法 难点：薄膜、纳米线等材料热导率、电阻、 泽贝克系数的测量原理和方法，微纳加工 和原位测量技术的应用 线下 课堂讲授 文献调研作业：分 组，并进行课后文献 调研作业，主题：新 兴热电材料研究进 展 目标 1 11 典型热电材料体系 韦文森 2 重点：Bi2Te3 基合金，PbX 化合物，硅基 线下 课堂讲授 目标 1
热电材料，笼状结构化合物，氧化物热电材料等难点：其他新兴热电材料。重点：超品格薄膜热电材料，纳米品、纳低维结构及纳米复米粉体热电材料2线下目标1韦文森课堂讲授12合热电材料难点：超品格薄膜热电材料，纳米品热电材料的性能及优化重点：导电聚合物及其纳米复合材料难点：导电聚合物及其纳米复合材料的热导电聚合物及其纳电性能及其调控韦文森2线下课堂讲授目标113米复合热电材料课程思政融入点：简要阐述我国纳米科学的肇路蓝缕的建设历程，以激发学生为学科发展、国家建设的热情和壮志。总结复习，学生PPT汇报，答疑。重点：热电材料及其物理原理和规律。课堂讲授和课程学习总结与展韦文森2线下目标314难点：各种热电材料的特点以及之间的联小组讨论示系。合计245
5 热电材料，笼状结构化合物，氧化物热电 材料等 难点：其他新兴热电材料。 12 低维结构及纳米复 合热电材料 韦文森 2 重点：超晶格薄膜热电材料，纳米晶、纳 米粉体热电材料 难点：超晶格薄膜热电材料，纳米晶热电 材料的性能及优化 线下 课堂讲授 目标 1 13 导电聚合物及其纳 米复合热电材料 韦文森 2 重点：导电聚合物及其纳米复合材料 难点：导电聚合物及其纳米复合材料的热 电性能及其调控 课程思政融入点：简要阐述我国纳米科学 的筚路蓝缕的建设历程，以激发学生为学 科发展、国家建设的热情和壮志。 线下 课堂讲授 目标 1 14 课程学习总结与展 示 韦文森 2 总结复习，学生 PPT 汇报，答疑。 重点：热电材料及其物理原理和规律。 难点：各种热电材料的特点以及之间的联 系。 线下 课堂讲授和 小组讨论 目标 3 合计 24