研究生培养方案北京大学工学院.docx

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研究生培养方案北京大学工学院

北京大学

硕士博士研究生培养方案

（2011年5月27日修订）

一级学科名称力学

专业名称先进材料与力学

专业代码

北京大学研究生院制表

填表日期：

2011年5月27日

一、学科（专业）主要研究方向

序号

号

研究方向名称

主要研究内容、特色与意义

研究生导师（博导注明）

（全都是）

1

纳米材料与微纳器件

纳米材料合成与性能表征

微纳电子器件

功能纳米结构制备与纳米加工

分子自组装与过程仿生

纳米多孔材料

董蜀湘

韩平畴

曹安源

侯仰龙

夏定国

黄富强

黄岩谊

张艳锋

邹如强

2

新能源材料与器件

新型储氢材料

先进电池材料与器件

太阳能材料与器件

纳米催化材料

相变材料与蓄热技术

铁电、磁电材料与器件

金属间化合物催化剂

水合物技术

孙强

董蜀湘

曹安源

侯仰龙

黄富强

夏定国

邹如强

3

生物医学材料与器械

新型医用金属材料与器械

生物芯片

生物医学材料中的力学行为

磁性多功能材料与分子影像

高分子人工晶体及缓释药物载体

郑玉峰

黄岩谊

韩平畴

侯仰龙

杨槐

4

有机高分子及其复合材料

液晶显示材料及显示用高分子光学薄膜

智能与可控建筑节能薄膜

高分子人工晶体及缓释药物载体

功能高分子材料与器件

有机光电材料与器件

液晶材料

功能复合材料

功能复合材料与器件

杨槐

白树林

董蜀湘

黄富强

董蜀湘

注：

本表不够可加页。

二、培养目标、学习年限及应修学分

培养目标：

（本表可不填政治标准）

掌握材料合成、加工、表征和性能研究的基础知识，并能运用材料物理和化学的基础理论对材料的特征和特性进行一定的分析和解释。

把握材料科学与工程学科发展的前沿和动态，通晓计算机应用技术和具有较高的英语水平，能够解决科学研究或实际工作中的问题，并具有在材料科学与工程学科及相关领域独立工作的能力。

学习年限：

五年

应修学分：

共48学分

其中必修：

19学分

选修：

29学分

三、课程设置（包括专题研讨课等）

序号

课程编号

课程名称

课程

类型

学分

开课

学期

任课教师

（职称）

适用专业

（本专业及其它专业）

1

马克思主义理论课

必修

3

本专业及其它专业

2

第一外国语

必修

4

本专业及其它专业

3

材料科学数学基础

必修

3

秋

孙强（教授）

本专业

4

材料物理导论

必修

3

秋

张艳锋（特聘研究员）

本专业

5

先进材料化学

必修

3

秋

邹如强（特聘研究员）

本专业

6

材料科学前沿（I）

必修

1

秋

轮换

本专业

7

材料科学前沿（II）

必修

1

春

轮换

本专业

8

实验室安全学

必修

1

秋

张杨飞（工程师）

本专业

9

新能源材料

选修

2

秋

曹安源（教授）

本专业及其它专业

10

材料力学性能

选修

2

秋

白树林（教授）

本专业及其它专业

11

航空航天材料

选修

2

秋

郑玉峰（教授）

本专业及其它专业

12

材料计算与模拟

选修

2

秋

孙强（教授）

本专业及其它专业

13

功能材料与器件（I）

选修

3

秋

董蜀湘（教授）

本专业及其它专业

14

纳米技术

选修

2

春

曹安源（教授）

本专业及其它专业

15

生物医用材料学

选修

2

春

郑玉峰（教授）

本专业及其它专业

16

复合材料设计与性能

选修

3

春

白树林（教授）

本专业及其它专业

17

芯片实验室

选修

3

春

黄岩谊（教授）

本专业及其它专业

18

功能材料与器件（II）

选修

3

春

侯仰龙（教授）

本专业及其它专业

19

材料分析与表征技术

选修

3

春

张艳锋（特聘研究员）

本专业

20

材料热力学与动力学

选修

4

春

孙强（教授）

本专业及其它专业

21

晶体学、结构与缺陷

选修

3

秋

轮换

本专业及其它专业

22

衍射理论

选修

3

春

轮换

本专业及其它专业

23

扩散和非扩散相变动力学

选修

3

春

轮换

本专业及其它专业

24

材料科学进展

选修

1

春秋

轮换

本专业及其它专业

注：

本表不够可加页。

ProgramofMS/PhDStudentCourses

Discipline（一级学科）：

MechanicsSpeciality（二级学科）AdvancedMaterialsandMechanics

N0.

SerialNo.

TheTitleofCourses

TheTypeofcourses*

Credit

Semestre**

Teacherandhis/herTitle

SpecialitySuitablefor

1

MarxismTheory

N

3

EngineeringMajorsandOtherMajors

2

FirstForeignLanguage

N

4

EngineeringMajorsandOtherMajors

3

Mathmaticalfoundationsinmaterialsscience

N

3

A

QiangSun

（Professor）

EngineeringMajors

4

IntroductiontoMaterialsPhysics

N

3

A

YanfengZhang（Professor）

EngineeringMajors

5

AdvancedMaterialsChemistry

N

3

A

RuqiangZou

（Professor）

EngineeringMajors

6

FrontiersinMaterialsScience（I）

N

1

A

inrotation

EngineeringMajors

7

FrontiersofMaterialsScience（II）

N

1

S

inrotation

EngineeringMajors

8

SafetyKnowledgeofLaboratory

N

1

A

YangfeiZhang

（Engineer）

EngineeringMajors

9

NewEnergyMaterials

C

2

A

AnyuanCao（Professor）

EngineeringMajorsandOtherMajors

10

MechanicalPropertiesofMaterials

C

2

A

ShulinBai

（Professor）

EngineeringMajorsandOtherMajors

11

AerospaceMaterials

C

2

A

YufengZheng

（Professor）

EngineeringMajorsandOtherMajors

12

MaterialsCalculationandSimulations

C

2

A

QiangSun

（Professor）

EngineeringMajorsandOtherMajors

13

FunctionalMaterialsandDevices（I）

C

3

A

ShuxiangDong

（Professor）

EngineeringMajorsandOtherMajors

14

Nanotechnology

C

2

S

AnyuanCao（Professor）

EngineeringMajorsandOtherMajors

15

BiomedicalMaterials

C

2

S

YufengZheng

（Professor）

EngineeringMajorsandOtherMajors

16

DesignandPropertiesofCompositeMaterials

C

3

S

ShulinBai

（Professor）

EngineeringMajorsandOtherMajors

17

LabonaChip

C

3

S

YanyiHuang

（Professor）

EngineeringMajorsandOtherMajors

18

FunctionalMaterialsandDevices（II）

C

3

S

YanglongHou

（Professor）

EngineeringMajorsandOtherMajors

19

MaterialsAnalysisandCharacterization

C

3

S

YanfengZhang

（Professor）

EngineeringMajors

20

MaterialsThermodynamics

C

4

S

QiangSun

（Professor）

EngineeringMajorsandOtherMajors

21

Crystallography,StructureandDefects

C

3

A

inrotation

EngineeringMajorsandOtherMajors

22

ScatteringTheory

C

3

S

inrotation

EngineeringMajorsandOtherMajors

23

KineticsofDiffusionalandNon-diffusionalPhaseTransfermations

C

3

S

inrotation

EngineeringMajorsandOtherMajors

24

ProgressesofMaterialsScience

C

1

S&A

inrotation

EngineeringMajorsandOtherMajors

*.N—necessary;C—choosen.**.S—Springsemester;A—Autumnsemester

3课程内容介绍

开课单位

材料系

课程编号

课程序号

授课对象

本专业

学分

3

课程名称

材料科学数学基础

周学时

3

英文名称

MathematicalFoundationsinMaterialsScience

总学时

48

授课教师

孙强

开课学期

秋季

先修课程

教学方式

授课与讨论

考核方式

笔试，口试

课程简介

教学内容（中、英文）

计算材料学是近20年里发展起来的一门边缘学科.它运用固体物理理论,理论化学和计算机算法来研究材料里的一些实验研究有困难的课题.它是材料研究里的"计算机实验".本课程主要介绍计算材料学里的原子和纳米尺度模拟的一些常用方法,如原子相互作用势、最小能量法、分子动力学、蒙特卡洛方法,也简单介绍了电子－原子尺度的模拟方法、微观－介观尺度的模拟方法、介观－宏观尺度的模拟方法和跨尺度模拟方法.本课程还采用材料研究中的实际例子来说明这些方法的运用.

1．绪论（2学时）

1.1计算材料学的发展概况

 1.2计算材料学的范围与层次 

2．原子相互作用势（4学时）

2.1原子相互作用势的一般形式

 2.2   经验性对势

 2.3多体势

 2.4壳模型

 2.5键级势

3．最小能量法（6学时）

3.1完整晶体结构模拟

 3.2缺陷模拟

 3.3自由能最小能量法

 3.4表面结构模拟

4．分子动力学方法（6学时）

4.1原子系统的运动方程

 4.2运动方程的积分

 4.3边界条件

 4.4分子动力学方法在材料科学中的应用

5．蒙特卡洛方法（6学时）

5.1随机数

 5.2蒙特卡洛积分

 5.3Metropolis蒙特卡洛方法

 5.4蒙特卡洛方法的误差

 5.5蒙特卡洛方法在材料科学中的应用

6．电子－原子尺度的模拟方法简介（3学时）

6.1 Hartree-Fock方法

 6.2 分子轨道理论

 6.3 从头计算法

 6.4 紧束缚势方法

 6.5 局域电子密度泛函理论

7．微观－介观尺度的模拟方法简介（3学时）

7.1离散位错静力学和动力学

 7.2Ginzburg-Landau相场动力学模型

 7.3元胞自动机（CA）方法

 7.4介观尺度动力学蒙特卡洛和波茨模型

8．介观-宏观尺度的模拟方法简介（2学时）

8.1 介观-宏观尺度上的有限元方法

 8.2  在宏观尺度上的有限差分方法

 8.3 多晶体弹性及塑性模型

 8.4 模型化与模拟的集成化

课程特色

以老师教学为主，辅助一定量的课外作业练习。

预期的教学目的

使用教材

佐治亚理工学院的教材

参考书目

1． D.罗伯编著《计算材料学》，化学工业出版社2002年。

2． DierkRaabe,ComputationalMaterialsScience:

TheSimulationofMaterialsMicrostructuresandProperties,Wiley-VCH,1998.

3． K.Ohno,K.Esfarjani,Y.Kawazoe,ComputationalMaterialsScience:

FromAbInitiotoMonteCarloMethods,Springer,1999.

4． AndrewRLeach,MolecularModeling:

PrincipleandApplication,Longman,1996.

5． 熊家炯主编《材料设计》，天津大学出版社，2000年。

6． 马文淦编著，《计算物理学》，中国科技大学出版社，2001年。

课程网页

4课程内容介绍

开课单位

材料系

课程编号

课程序号

授课对象

本专业

学分

3

课程名称

材料物理导论

周学时

3

英文名称

IntroductiontoMaterialsPhysics

总学时

48

授课教师

张艳锋

开课学期

秋季

先修课程

教学方式

授课与讨论

考核方式

笔试，口试

课程简介

教学内容（中、英文）

本课程将从凝聚态物理的角度来对材料的物性加深理解，对材料的机械，热，电，磁，光等具体的物理性为从原子或分子的结合，晶体结构，电磁结构，微观组织，界面等方面来进行定性分析或定量计算，以达到在一定的范围内能对材料的物性进行预测，或从观察到的性能中分析出其内在的支配因素。

为了了解材料化学的特点，在材料合成过程中的化学反应特性以及在材料使用中的化学特性对性能的影响，将分别介绍各种材料组分、结构、状态、维结构和制备过程对性能影响。

教学安排

第1章原子结合与晶体结构

第2章晶体缺陷，微观组织

第3章力学性能

第4章能带理论

第5章晶格振动

第6章晶体热容

第7章热膨胀和热传导

第8章固体物质的介电特性

第9章电导特性

第10章超电导

第11章磁学性能和磁性材料

第12章光学特性

第13章新能源材料

第14章纳米材料

课程特色

综合考虑北京大学工学院研究生的知识水平和专业需要，老师以教学为主，也会让学生掺入讨论。

以基础教学为主，同时介绍本领域的发展动态，讲课与实验相结合。

预期的教学目的

使学生掌握本课程的基础概念、实验方法、理论分析方法、能够用所学的知识分析和解决于本课程相关的科学与工程问题。

使用教材

自编教材

参考书目

N.F.MottandH.JonesTheTheoryofthePropertiesofMetalsandAlloys

CharlesKittelIntroductiontoSolidStatePhysics

冯端等编材料科学导论化学工业出版社2002

宗祥福等材料物理基础复旦大学出版社2001

林建华等材料化学导论北京大学内部材料2003

课程网页

5课程内容介绍

开课单位

材料系

课程编号

课程序号

授课对象

本专业

学分

3

课程名称

先进材料化学

周学时

3

英文名称

AdvancedMaterialsChemistry

总学时

48

授课教师

邹如强

开课学期

秋季

先修课程

教学方式

授课与讨论

考核方式

笔试，口试

课程简介

教学内容（中、英文）

先进材料化学内容包括材料化学结构与性能以及材料的制备化学等，涉及材料、化学、物理以及生物等多个学科。

本课程将从八个方面讲授，涵盖固体化学，金属，半导体，有机软材料，纳米材料等多个领域。

教学安排

第1章概论

1．1材料化学的历史、现状和未来及重要性

1．2新材料设计中考虑的因素

1．3考虑关键因素下新材料的设计

第2章固体化学

2.1无定形与结晶材料

2.2固体中化学键的种类

2.3晶态

2.4无定形态

第3章金属

3．1金属的开采与加工

3．2金属结构与性质

3．3金属的表面处理与抗腐蚀

3．4金属与合金的磁性

3．5可再生氢能存储

第4章半导体材料

4．1半导体的种类与性质

4．2硅基材料的应用

4．3光发射二极管

4．4热电材料金属的表面处理与抗腐蚀

第5章有机软材料

5．1半高分子材料的种类

5．2软材料的应用与结构

第6章纳米材料的最新进展

6．1纳米技术的定义

6．2球形纳米晶

6．3不同形貌的纳米晶

6．4纳米晶的选择生长

6．5纳米晶的性质

6．6纳米晶的有序组装

6．7纳米晶应用

6．3Top－down纳米技术

第7章纳米晶的液相生长

7．1引言

7．2生长理论

7．3实验研究

第8章纳米管与纳米线的研究进展

8．1引言

8．2碳纳米管

8．3无机纳米管

8．4无机纳米线

课程特色

本课程以教师讲授为主，并将发挥学生的能动性，鼓励学生就特定的专题开展讨论和讲座。

预期的教学目的

掌握先进材料的设计和制备的基础知识，为新材料的开发及材料制备准备理论基础。

使用教材

暂时没有指定教材

参考书目

（1）B.D.Fahlman,MaterialsChemistry,Springer,2007.

（2）C.N.R.Rao,A.Muller,A.K.Cheetham,NanomaterialsChemistry,2007

（3）C.Bréchignac,P.Houdy,andM.Lahmani,NanomaterialsandNanochemistry.Springer2007.

（4）C.M.NiemeyerandC.A.Mirkin,Nanobiotechnology,WileyCH,2007.

课程网页

6&7课程内容介绍

开课单位

材料系

课程编号

课程序号

授课对象

学分

1

课程名称

材料科学前沿（I），（II）

周学时

1

英文名称

ProgressesinMaterialsScience

总学时

42

授课教师

本院或外来教师

开课学期

春、秋

先修课程

教学方式

授课与讨论

考核方式

平时态度和参加报告

课程简介

教学内容（中、英文）

本课程将请国内外一些知名专家以及在材料研究领域以及相关领域作出过重要研究成就的学者介绍他们的工作和材料学科各领域的发展动态；同时也将让博士生本人做专题综述（讨论班）。

报告内容包括国内外研究动态介绍、文献讲座、新技术与新成果介绍等。

教学安排

每星期邀请一位专家授课或请一个同学作专题综述报告。

授课内容包括材料各个领域以及其它相关领域。

课程特色

可以有讲授、讨论和对话等多种形式。

力求生动、活泼、多样。

预期的教学目的

使学生们能有机会与有成就的研究者进行交流，同时了解材料领域研究的前沿状况，存在的问题，重要的课题和将来发展趋势。

使学生们学习材料研究的特点，学习他们对科学研究的热情、吃苦精神和认真的态度。

使用教材

参考书目

8课程内容介绍

开课单位

材料系

课程编号

课程序号

授课对象

本专业

学分

1

课程名称

实验室安全学

周学时

1

英文名称

SafetyKnowledgeofLaboratory

总学时

16

授课教师

张杨飞

开课学期

秋季

先修课程

教学方式

授课与讨论

考核方式

笔试

课程简介

教学内容（中、英文）

本课程将介绍一些实验室安全问题，包括物理和化学的安全，以及危险废物的处理，微生物和生化材料安全，消防安全，人体工程学在工作场所中的安全事项，个人防护设备，应急程序。

同时，考虑到纳米技术在科研中的广泛应用，教材将提供基本的纳米技术的安全认知教育。

教学安排

1.实验室安全问题概况

2.燃烧、爆炸基本理论及防火措施

3.电气、电击伤害源及防范措施

4.气瓶、压力容器的安全防护

5.化学试剂的使用安全

6.电磁辐射的安全防护

7.机械、噪声、微生物等的安全防护

8.颗粒粉尘的安全防护

9.纳米技术的安全认知

课程特色

本课程以教师讲授为主，并将发挥学生的能动性，鼓励学生就特定的专题开展讨论和讲座。

预期的教学目的

让学生了解并熟悉实验室安全的一般知识、基本的安全程序操作，掌握科研和教学实验室中各种安全问题的特点、现象、起因以及相应的防止原理和防范措施。

使用教材

暂时没有指定教材