材料現(xiàn)代研究方法教學(xué)大綱

1、材料現(xiàn)代研究方法Modern research methods for materials課程編碼：學(xué)位課程/非學(xué)位課程：學(xué)位課程學(xué)時(shí)/學(xué)分：60/4先修課程：材料科學(xué)概論、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料物理、無機(jī)材料工學(xué)一、課程在人才培養(yǎng)中的地位和作用材料現(xiàn)代研究方法是材料科學(xué)與工程專業(yè)必修的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。其主要內(nèi)容包才：X射線衍射分析技術(shù)、電子顯微鏡分析技術(shù)、熱分析技術(shù)、紅外光譜分析等。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握材料研究的基本方法，學(xué)會進(jìn)行材料微觀組織結(jié)構(gòu)分析和物理性能分析的常用儀器設(shè)備的原理及使用方法，為學(xué)生今后從事材料科學(xué)與工程領(lǐng)域打下基礎(chǔ)。二、課程教學(xué)目標(biāo)（一）知識目標(biāo)理論課主要掌握各種分析

2、方法的原理，儀器的構(gòu)造及原理，分析結(jié)果的解釋。實(shí)驗(yàn)課主要掌握常見儀器操作，實(shí)際結(jié)果分析、著重動手能力的培養(yǎng)和常見材料顯微結(jié)構(gòu)的 感性認(rèn)識。（二）能力目標(biāo)掌握各種材料的研究方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，注重理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，使學(xué)生對各類測試方法的原理和應(yīng)用有深刻的理解，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。（三）素質(zhì)目標(biāo)通過本課程教學(xué)，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生以下素質(zhì)：（1）求實(shí)精神一一通過本課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生追求真理的勇氣、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和刻苦鉆研的作風(fēng)。（2）創(chuàng)新意識一一通過學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀，激發(fā)學(xué)生的求知熱情、探索精神、創(chuàng)新欲望，以及敢于向舊觀念挑戰(zhàn)的精神。（3）科學(xué)態(tài)度一一培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究態(tài)度

3、，使學(xué)生學(xué)會借助儀器發(fā)掘科學(xué)的內(nèi)在規(guī)律，逐步增強(qiáng)認(rèn)識和掌握科學(xué)規(guī)律的自主能力。樹立愛國主義、社會主義與共產(chǎn)主義的思想，形成科學(xué)的世界觀、人生觀與價(jià)值觀。三、課程教學(xué)內(nèi)容（一）課程的知識體系知識領(lǐng)域A: X射線衍射分析技術(shù)知識單元A1: X射線物理學(xué)基礎(chǔ)知識單元A2: X射線衍射方向知識單元A3: X射線衍射強(qiáng)度知識單元A4:多晶體分析方法知識單元A5:物相分析及點(diǎn)陣參數(shù)精確測定知識單元A6:宏觀殘余應(yīng)力的測定知識領(lǐng)域B:電子顯微鏡分析技術(shù)知識單元B1:電子光學(xué)基礎(chǔ)知識單元B2:透射電子顯微鏡知識單元B3:電子衍射知識單元B4:晶體薄膜衍襯成像分析知識單元B5:掃描電子顯微鏡知識單元B6:電子探

4、針顯微分析知識單元B7:其它顯微分析方法簡介知識領(lǐng)域C:熱分析技術(shù)知識單元01:差熱分析知識單元02:差熱掃描量熱分析知識領(lǐng)域D:紅外光譜分析知識單元D1:紅外光譜分析基本原理知識單元D2:紅外分光光度計(jì)的構(gòu)造和工作原理知識單元D3:紅外光譜分析方法和應(yīng)用（二）課程涵蓋的知識單元序號知識領(lǐng)域核心知識單元（參考學(xué)時(shí)）選修知識單元（參考學(xué)時(shí)）1X射線衍射分析技術(shù)A2、A3、A4、A5 （16 學(xué)時(shí)）A1、A6 （6 學(xué)時(shí)）2電子顯微鏡分析技術(shù)B2、B3、B5 （18 學(xué)時(shí)）B1、B4、B6、B7 （8 學(xué)時(shí)）3熱分析技術(shù)01、02 （4 學(xué)時(shí)）4紅外光譜分析D1、D3 （6 學(xué)時(shí)）D2 （2學(xué)時(shí)）

5、（三）知識單元的描述知識單元A1: X射線物理學(xué)基礎(chǔ)參考學(xué)時(shí)：4學(xué)時(shí)知識點(diǎn)：X射線的本質(zhì)，X射線的產(chǎn)生，X射線譜產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)，X射線譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，X射線 與物質(zhì)的相互作用，X射線衰減規(guī)律及其在實(shí)際中的應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)：1 .理解X射線與物質(zhì)的相互作用機(jī)制、X射線的產(chǎn)生機(jī)制。2 .了解X射線譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律、 X射線的產(chǎn)生裝置、x射線防護(hù)知識。3 .掌握X射線的本質(zhì)、X射線譜產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)。知識單元A2: X射線衍射方向參考學(xué)時(shí)：3學(xué)時(shí)知識點(diǎn)：晶體幾何學(xué)基礎(chǔ)、衍射的概念、布拉格方程以及衍射方法；倒易點(diǎn)陣；結(jié)構(gòu)因子、多晶體的衍射強(qiáng)度和積分強(qiáng)度計(jì)算學(xué)習(xí)目標(biāo)：1 .理解布拉格方程、衍射的概念。2 . 了解晶體幾何

6、學(xué)基礎(chǔ)。3 .掌握衍射的概念、布拉格方程以及衍射方法；掌握結(jié)構(gòu)因子、多晶體的衍射強(qiáng)度和積分強(qiáng)度計(jì)算。4 .應(yīng)用布拉格方程求算晶面間距。知識單元A3: X射線衍射強(qiáng)度參考學(xué)時(shí)：3學(xué)時(shí)知識點(diǎn)：電子、原子、晶胞的衍射強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)因子；多晶體衍射強(qiáng)度，多重性因子，羅侖茲因子，吸收因子，溫度因子，粉末衍射強(qiáng)度；積分強(qiáng)度學(xué)習(xí)目標(biāo)：1 .理解X射線衍射強(qiáng)度的含義2 . 了解多重性因子，羅侖茲因子，吸收因子，溫度因子等概論3 .掌握結(jié)構(gòu)因子、多晶體的衍射強(qiáng)度和積分強(qiáng)度計(jì)算知識單元A4:多晶體分析方法參考學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)知識點(diǎn)：定性分析的原理和分析思路；粉末衍射卡片的組成與 PDF卡片的索引；物相的定性分析和定量分析

7、。學(xué)習(xí)目標(biāo)：1 .理解x射線衍射儀的結(jié)構(gòu)；2 . 了解點(diǎn)陣常數(shù)的精確測定；3 .掌握掌握粉末照相法、衍射儀的測量方法與實(shí)驗(yàn)參數(shù)；知識單元A5:物相分析及點(diǎn)陣參數(shù)精確測定參考學(xué)時(shí)：4學(xué)時(shí)知識點(diǎn)：粉末照相法；x射線衍射儀的結(jié)構(gòu)；衍射儀的測量方法與實(shí)驗(yàn)參數(shù)；點(diǎn)陣常數(shù)的精確測定；學(xué)習(xí)目標(biāo)：1 .理解PDF卡片的內(nèi)容及含義2 . 了解物相定量分析方法、點(diǎn)陣常數(shù)的精確測定3 .掌握多晶體的物相分析原理、物相定性分析方法。4 .應(yīng)用物相定性分析方法分析物質(zhì)。知識單元A6:宏觀殘余應(yīng)力的測定參考學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)知識點(diǎn)：宏觀應(yīng)力；微觀應(yīng)力學(xué)習(xí)目標(biāo)：1 .理解三類應(yīng)力的實(shí)質(zhì)、試驗(yàn)精度的保證及測試原理的使用條件2 .

8、了解試驗(yàn)方法3 .掌握X射線應(yīng)力測定的基本原理4 .應(yīng)用基本原理測試應(yīng)力知識單元B1:電子光學(xué)基礎(chǔ)參考學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)知識點(diǎn)：電子波與電磁透鏡、電磁透鏡的像差與分辨本領(lǐng)、電磁透鏡的景深和焦長學(xué)習(xí)目標(biāo)：1 .理解高能電子與樣品物質(zhì)交互作用產(chǎn)生的電子信息2 . 了解高能電子與樣品物質(zhì)交互作用產(chǎn)生的電子信息的應(yīng)用范圍3 .掌握原子核對電子的彈性散射和非彈性散射及核外電子對入射電子的非彈性散射基本概念4 .應(yīng)用電子信息版別物質(zhì)類型知識單元B2:透射電子顯微鏡參考學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)知識點(diǎn)：透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)與成像原理、主要部件的結(jié)構(gòu)與工作原理；透射電子顯微鏡分辨本領(lǐng)和放大倍數(shù)的測定學(xué)習(xí)目標(biāo)：1 .理解透射電鏡的

9、結(jié)構(gòu)2 . 了解透射電鏡的應(yīng)用3 .掌握透射電鏡成像原理，掌握透射電鏡的復(fù)型技術(shù)和方法，4 .應(yīng)用：能夠進(jìn)行透射電子顯微鏡的樣品知識單元B3:電子衍射參考學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)知識點(diǎn)：電子衍射原理、電子顯微鏡中的電子衍射、單晶體電子衍射花樣標(biāo)定以及復(fù)雜電子衍射花樣。學(xué)習(xí)目標(biāo)：1 .理解電子衍射原理2 . 了解復(fù)雜電子衍射花樣3 .掌握電子顯微鏡中的電子衍射、單晶體電子衍射花樣標(biāo)定4 .應(yīng)用電子衍射分析晶體知識單元B4:晶體薄膜衍襯成像分析參考學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)知識點(diǎn)：晶體薄膜衍襯成像學(xué)習(xí)目標(biāo)：1 .理解晶體薄膜衍襯成像原理2 . 了解晶體薄膜衍襯成像技術(shù)3 .掌握晶體薄膜衍襯成像分析原理和方法4 .應(yīng)用進(jìn)行薄

10、膜樣品制備知識單元B5:掃描電子顯微鏡參考學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)知識點(diǎn)：電子束與固體樣品作用、掃描電子顯微鏡的構(gòu)造和工作原理、掃描電子顯微鏡的主要性能、表面形貌襯度原理及其應(yīng)用、原子序數(shù)襯度原理及其應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)：1 .理解掃描電子顯微鏡的構(gòu)造和工作原理2 . 了解電子束與固體樣品作用時(shí)產(chǎn)生的信號3 .掌握掃描電子顯微鏡的主要性能、表面形貌襯度原理及其應(yīng)用4 .應(yīng)用SEM®像分析物質(zhì)知識單元B6:電子探針顯微分析參考學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)知識點(diǎn)：電子探針分析構(gòu)造及應(yīng)用、電子探針分析原理、微區(qū)成分分析技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1 .理解電子探針分析構(gòu)造2 . 了解電子探針分析應(yīng)用3 .掌握電子探針分析方法及微區(qū)成分分析

11、技術(shù)4 .應(yīng)用微區(qū)分析技術(shù)分析物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)知識單元B7:其它顯微分析方法簡介參考學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)知識點(diǎn)：離子探針、低能電子衍射、俄歇電子能譜儀、場離子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡（STM）與原于力顯微鏡（AFM）以及X射線光電子能譜儀學(xué)習(xí)目標(biāo)：1 .理解原于力顯微鏡（AFM）以及X射線光電子能譜儀構(gòu)造2 . 了解離子探針、低能電子衍射、俄歇電子能譜儀、場離子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡（STM）與原于力顯微鏡（AFM）以及X射線光電子能譜儀測試儀的應(yīng)用3 .掌握原于力顯微鏡（AFM）以及X射線光電子能譜儀的測試原理4 .應(yīng)用AFM析物質(zhì)形貌、XPS分析物質(zhì)表面特性知識單元01:差熱分析參考學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)知識點(diǎn)

12、：儀器構(gòu)造、差熱分析基本原理、主要應(yīng)用、應(yīng)用實(shí)例學(xué)習(xí)目標(biāo)：1 .理解差熱分析儀器構(gòu)造及分析過程2 . 了解差熱分析主要應(yīng)用3 .掌握差熱分析基本原理4,應(yīng)用差熱分析結(jié)構(gòu)分析物質(zhì)的穩(wěn)定性知識單元02:差熱掃描量熱分析參考學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)知識點(diǎn)：儀器構(gòu)造、差熱掃描量熱分析基本原理、主要應(yīng)用、應(yīng)用實(shí)例學(xué)習(xí)目標(biāo)：1 .理解差熱掃描量熱分析儀器構(gòu)造及分析過程2 , 了解分析儀器構(gòu)造及分析過程應(yīng)用領(lǐng)域3,掌握差示掃描量熱法基本原理4,應(yīng)用差示掃描量熱法分析物質(zhì)的熱性能知識單元D1:紅外光譜分析基本原理參考學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)知識點(diǎn)：紅外吸收本質(zhì)、基本原理學(xué)習(xí)目標(biāo)：1,理解紅外吸收光譜特征2, 了解紅外吸收光譜與物質(zhì)結(jié)

13、構(gòu)特征的關(guān)系3,掌握紅外吸收光譜分析的基本原理知識單元D2:紅外分光光度計(jì)的構(gòu)造和工作原理參考學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)知識點(diǎn)：紅外分光光度計(jì)的構(gòu)造、紅外分光光度計(jì)的工作原理學(xué)習(xí)目標(biāo)：1,理解紅外分光光度計(jì)的構(gòu)造2, 了解紅外分光光度計(jì)的主要用途3,掌握紅外分光光度計(jì)的工作原理知識單元D3:紅外光譜分析方法和應(yīng)用參考學(xué)時(shí)：4學(xué)時(shí)知識點(diǎn)：紅外光譜分析方法、紅外光譜分析過程學(xué)習(xí)目標(biāo)：1,理解紅外光譜譜圖和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系2, 了解紅外光譜分析法的優(yōu)缺點(diǎn)3,掌握紅外光譜分析方法和分析過程4,應(yīng)用紅外光譜法分析物質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)四、教學(xué)方法與手段1 .教學(xué)方法與教學(xué)手段以教師講授為主，有重點(diǎn)的講授，采用課堂提問和討論等多種形式，查閱文獻(xiàn)資料，寫 文獻(xiàn)綜述，提高學(xué)生的交流和自我表達(dá)能力。2.課程主要教學(xué)方式的學(xué)時(shí)分配產(chǎn)付4季f學(xué)時(shí)講授討論課習(xí)題課實(shí)驗(yàn)X射線衍射分析技術(shù)22184電子顯微鏡分析技術(shù)26224熱分析技術(shù)44紅外光譜分析862合計(jì)（60）605010五、作業(yè)要求1 .課外作業(yè)：教材習(xí)題或教師選定聯(lián)系。2 .閱讀與自學(xué)：六、教材和主要參考書（一）教材【1】 周玉編著.2005.材料分析方法.機(jī)械工業(yè)出版社【2】杜希文原續(xù)波主編.2006.材料