固体化学-兰州大学物理学院

固体化学 课程教学大纲

一、课程说明

（一）课程名称：固体化学

所属专业：材料化学 课程性质：专业必修课 学 分：4学分72学时；

（二）课程简介、目标与任务、先修课与后续相关课程；

固体化学（Solid-state Chemistry）是研究固体物质的制备、组成、结构和性质的化学分支学科。主要针对功能材料专业和材料化学专业的本科生开设。通过对这门课程的学习，对无机材料的制备、结构确定、性能测试及其应用有一个较全面的认识，使学生能够了解固体材料的合成、结构、性质及其应用的基本原理，掌握相应的基础知识和基本技能，为今后从事材料科学领域的研究工作打下必要的理论基础。

先修课与后续相关课：

先修课程：无机化学、分析化学、物理化学、结构化学、材料科学基础。 后续相关课程：材料科学实验、陶瓷材料、环境材料概论。 （三）教材与主要参考书。

教材：《固体化学》，王育华等著，兰州大学出版社，2008年 主要参考书：

1.《固体化学导论》，苏勉曾著，北京大学出版社，1987年

2.《固体化学及其应用》[美] Anthony R . West著，苏勉曾，谢高阳，申泮文等译， 上海：复旦大学出版社, 1989年

3.《结晶化学导论》钱逸泰著，中国科技大学出版社, 1988年 4.《无机材料化学（上册）》曾人杰著，厦门大学出版社，2002年

1

二、课程内容与安排 第一章 结晶学基础

第一节 晶体的基本性质 第二节 晶体结构的几何理论 第三节 点阵

第四节 平面点阵与空间点阵的性质 第五节 晶体的点阵结构 第六节 晶胞 第七节 典型晶体结构 第八节 晶向指数与面指数 第九节 晶体结构的对称性 （一）教学方法与学时分配

教学方式：以多媒体教学手段为主要形式的课堂教学。 学时分配：4学时 （二）内容及基本要求

主要内容：通过晶体与非晶体以及分子型物质在宏观性质和微观结构上的区别介绍晶体的基本性质，然后重点介绍晶体结构的几何理论、倒易点阵理论、约化胞理论，介绍几种典型的晶体结构，讲解晶体结构的对称性、晶体坐标空间点阵与倒易点阵的变换关系等知识。

【重点掌握】：晶体与非晶体和分子型物质的区别；晶体的坐标空间点阵结构与倒易空间点阵的变换关系

【掌握】：几种典型的晶体结构，晶体结构对称性 【难点】：晶体坐标空间点阵与倒易空间点阵的关系

2

第二章：固体中的化学键及能带理论简介

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节 第十节

晶体结构中的键型

晶体结构的球体密堆及其基本类型 鲍林规则 晶体结合的类型 结合能

离子晶体的结合能 分子晶体的结合能 固体中的能带模型简介 导体——简单金属 半导体——硅和锗

第十一节 杂质半导体

第十二节 化合物——GaAs中的能带

第十三节 d区化合物——过渡金属一氧化物的能带 （一）教学方法与学时分配

教学方式：以多媒体教学手段为主要形式的课堂教学。 学时分配：12学时 （二）内容及基本要求

主要内容：从原子结构出发，对晶体中五种原子相互作用的物理本质以及相应晶体的物理特性做了深入分析；通过引入描述金属电子性质的自由电子理论介绍费米面、态密度、简并度以及能带的概念，继而对各种化学键占主导的晶体的能带结构进行了初步介绍，基于能带理论对比分析金属、半导体和绝缘体的不同性质，介绍本征半导体和掺杂的n（或p）型半导体的概念，介绍p-n结的结构与特性。

【重点掌握】：五种基本化学键（金属键、离子键、共价键、范德华力、氢键）以及相应晶体的物理学特性，鲍林规则，能带理论的几个基本概念，金属、半导体以及绝缘体的区别

【掌握】：球体密堆积理论，自由电子理论，n（或p）型半导体以及p-n结特性 【难点】：能带理论

3

第三章 固体中的缺陷

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节

缺陷的分类 缺陷的表示符号 本征缺陷 杂质缺陷 电子和空穴 点缺陷的局域能级 缺陷的缔合 价键和点缺陷

（一）教学方法与学时分配

教学方式：以多媒体教学手段为主要形式的课堂教学。 学时分配：10学时 （二）内容及基本要求

主要内容：简单介绍固体中的各种缺陷的分类、定义、表示方法以及两种基本本征点缺陷。讲解对固体进行元素掺杂时形成的杂质缺陷以及反应缺陷方程式；应用电子和空穴的概念和能带理论基础知识详细讲解掺杂后形成的点缺陷的局域能级，进而讲解缺陷缔合体以及缔合缺陷的生成与分解以及相应的缺陷能级，引入色心的概念；介绍固体中的价键类型和点缺陷之间的关系，讨论固体中缺陷的施主和受主行为。

【重点掌握】：两种基本本征点缺陷（弗兰克尔缺陷和肖特基缺陷），杂质缺陷以及反应缺陷方程式，点缺陷的局域能级，固体中的价键类型和点缺陷之间的关系

【掌握】：缺陷的分类，色心

【难点】：缺陷方程式，点缺陷的局域能级，价键类型与点缺陷的关系

第四章 固溶体

第一节

取代固溶体

4

第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节

填隙固溶体 更复杂的固溶体机理 对固溶体形成要求的概述 固溶体形成条件的进一步讨论 研究固溶体的实验方法 非化学计量比化合物

（一）教学方法与学时分配

教学方式：以多媒体教学手段为主要形式的课堂教学。 学时分配：6学时 （二）内容及基本要求

主要内容：介绍固溶体的类型、固溶机理、变价取代以及固溶体的形成条件，结合晶体缺陷和能带理论基础知识介绍非化学计量化合物及其物理特性，讲解几种常见的研究固溶体的实验方法。

【重点掌握】：变价取代固溶体机理，非化学计量化合物，固溶体研究方法 【掌握】：固溶体的分类，固溶体的形成条件 【难点】：变价取代固溶机理 第五章 制备方法

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节

固态反应 溶胶凝胶法 水热法和高压法 离子交换和插层反应 气相输运法 薄膜制备 燃烧法 电化学还原法 晶体生长

（一）教学方法与学时分配

5

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ckwt.html