材料现代研究方法教学大纲.doc

材料现代研究方法Modern research methods for materials课程编码：05410801学位课程/非学位课程：学位课程学时/学分：60/4先修课程：材料科学概论、材料科学基础、材料物理、无机材料工学一、课程在人才培养中的地位和作用材料现代研究方法是材料科学与工程专业必修的一门技术基础课。其主要内容包括:X射线衍射分析技术、电子显微镜分析技术、热分析技术、红外光谱分析等。通过本课程的学习，使学生掌握材料研究的基本方法，学会进行材料微观组织结构分析和物理性能分析的常用仪器设备的原理及使用方法，为学生今后从事材料科学与工程领域打下基础。二、课程教学目标（一）知识目标理论课主要掌握各种分析方法的原理，仪器的构造及原理，分析结果的解释。实验课主要掌握常见仪器操作，实际结果分析、着重动手能力的培养和常见材料显微结构的感性认识。（二）能力目标掌握各种材料的研究方法和实验技术，注重理论与实践紧密结合，使学生对各类测试方法的原理和应用有深刻的理解，培养学生分析问题、解决问题的能力。（三）素质目标通过本课程教学，应注重培养学生以下素质：（1）求实精神通过本课程教学，培养学生追求真理的勇气、严谨求实的科学态度和刻苦钻研的作风。（2）创新意识通过学习，引导学生树立科学的世界观，激发学生的求知热情、探索精神、创新欲望，以及敢于向旧观念挑战的精神。（3）科学态度培养学生的科学研究态度，使学生学会借助仪器发掘科学的内在规律，逐步增强认识和掌握科学规律的自主能力。树立爱国主义、社会主义与共产主义的思想，形成科学的世界观、人生观与价值观。三、课程教学内容（一）课程的知识体系知识领域A：X射线衍射分析技术 知识单元A1：X射线物理学基础知识单元A2：X射线衍射方向知识单元A3：X射线衍射强度知识单元A4：多晶体分析方法知识单元A5：物相分析及点阵参数精确测定知识单元A6：宏观残余应力的测定知识领域B：电子显微镜分析技术 知识单元B1：电子光学基础知识单元B2：透射电子显微镜知识单元B3：电子衍射知识单元B4：晶体薄膜衍衬成像分析知识单元B5：扫描电子显微镜知识单元B6：电子探针显微分析知识单元B7：其它显微分析方法简介知识领域C：热分析技术 知识单元C1：差热分析知识单元C2：差热扫描量热分析知识领域D：红外光谱分析 知识单元D1：红外光谱分析基本原理知识单元D2：红外分光光度计的构造和工作原理知识单元D3：红外光谱分析方法和应用（二）课程涵盖的知识单元序号知识领域核心知识单元（参考学时）选修知识单元（参考学时）1X射线衍射分析技术A2、A3、A4、A5（16学时）A1、A6（6学时）2电子显微镜分析技术B2、B3、B5（18学时）B1、B4、B6、B7（8学时）3热分析技术C1、C2（4学时）4红外光谱分析D1、D3（6学时）D2（2学时）（三）知识单元的描述知识单元A1：X射线物理学基础参考学时：4学时知识点： X射线的本质, X射线的产生,X射线谱产生的实质,X射线谱的实验规律, X射线与物质的相互作用，X射线衰减规律及其在实际中的应用。学习目标： 1.理解X射线与物质的相互作用机制、X射线的产生机制。2.了解X射线谱的实验规律、X射线的产生装置、x射线防护知识。3.掌握X射线的本质、X射线谱产生的实质。知识单元A2：X射线衍射方向参考学时：3学时知识点：晶体几何学基础、衍射的概念、布拉格方程以及衍射方法；倒易点阵；结构因子、多晶体的衍射强度和积分强度计算学习目标：1. 理解布拉格方程、衍射的概念。2. 了解晶体几何学基础。3. 掌握衍射的概念、布拉格方程以及衍射方法；掌握结构因子、多晶体的衍射强度和积分强度计算。4. 应用布拉格方程求算晶面间距。知识单元A3：X射线衍射强度参考学时：3学时知识点：电子、原子、晶胞的衍射强度与结构因子；多晶体衍射强度，多重性因子，罗仑兹因子，吸收因子，温度因子，粉末衍射强度；积分强度学习目标：1. 理解X射线衍射强度的含义2. 了解多重性因子，罗仑兹因子，吸收因子，温度因子等概论3. 掌握结构因子、多晶体的衍射强度和积分强度计算知识单元A4：多晶体分析方法参考学时：6学时知识点：定性分析的原理和分析思路；粉末衍射卡片的组成与PDF卡片的索引；物相的定性分析和定量分析。学习目标：1. 理解x射线衍射仪的结构；2. 了解点阵常数的精确测定；3. 掌握掌握粉末照相法、衍射仪的测量方法与实验参数；知识单元A5：物相分析及点阵参数精确测定参考学时：4学时知识点：粉末照相法；x射线衍射仪的结构；衍射仪的测量方法与实验参数；点阵常数的精确测定；学习目标：1. 理解PDF卡片的内容及含义2. 了解物相定量分析方法、点阵常数的精确测定3. 掌握多晶体的物相分析原理、物相定性分析方法。4. 应用物相定性分析方法分析物质。知识单元A6：宏观残余应力的测定参考学时：2学时知识点：宏观应力；微观应力学习目标：1. 理解三类应力的实质、试验精度的保证及测试原理的使用条件2. 了解试验方法3. 掌握X射线应力测定的基本原理4. 应用基本原理测试应力知识单元B1：电子光学基础参考学时：2学时知识点：电子波与电磁透镜、电磁透镜的像差与分辨本领、电磁透镜的景深和焦长学习目标：1. 理解高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息2. 了解高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息的应用范围3. 掌握原子核对电子的弹性散射和非弹性散射及核外电子对入射电子的非弹性散射基本概念4. 应用电子信息版别物质类型知识单元B2：透射电子显微镜参考学时：6学时知识点：透射电子显微镜的结构与成像原理、主要部件的结构与工作原理；透射电子显微镜分辨本领和放大倍数的测定学习目标：1. 理解透射电镜的结构2. 了解透射电镜的应用3. 掌握透射电镜成像原理,掌握透射电镜的复型技术和方法,4. 应用：能够进行透射电子显微镜的样品知识单元B3：电子衍射参考学时：6学时知识点：电子衍射原理、电子显微镜中的电子衍射、单晶体电子衍射花样标定以及复杂电子衍射花样。学习目标：1. 理解电子衍射原理2. 了解复杂电子衍射花样3. 掌握电子显微镜中的电子衍射、单晶体电子衍射花样标定4. 应用电子衍射分析晶体知识单元B4：晶体薄膜衍衬成像分析参考学时：2学时知识点：晶体薄膜衍衬成像学习目标：1. 理解晶体薄膜衍衬成像原理2. 了解晶体薄膜衍衬成像技术3. 掌握晶体薄膜衍衬成像分析原理和方法4. 应用进行薄膜样品制备知识单元B5：扫描电子显微镜参考学时：6学时知识点：电子束与固体样品作用、扫描电子显微镜的构造和工作原理、扫描电子显微镜的主要性能、表面形貌衬度原理及其应用、原子序数衬度原理及其应用学习目标：1. 理解扫描电子显微镜的构造和工作原理2. 了解电子束与固体样品作用时产生的信号3. 掌握扫描电子显微镜的主要性能、表面形貌衬度原理及其应用4. 应用SEM图像分析物质知识单元B6：电子探针显微分析参考学时：2学时知识点：电子探针分析构造及应用、电子探针分析原理、微区成分分析技术学习目标：1. 理解电子探针分析构造2. 了解电子探针分析应用3. 掌握电子探针分析方法及微区成分分析技术4. 应用微区分析技术分析物质成分和结构知识单元B7：其它显微分析方法简介参考学时：2学时知识点：离子探针、低能电子衍射、俄歇电子能谱仪、场离子显微镜、扫描隧道显微镜(STM)与原于力显微镜(AFM)以及X射线光电子能谱仪学习目标：1. 理解原于力显微镜(AFM)以及X射线光电子能谱仪构造2. 了解离子探针、低能电子衍射、俄歇电子能谱仪、场离子显微镜、扫描隧道显微镜(STM)与原于力显微镜(AFM)以及X射线光电子能谱仪测试仪的应用3. 掌握原于力显微镜(AFM)以及X射线光电子能谱仪的测试原理4. 应用AFM分析物质形貌、XPS分析物质表面特性知识单元C1：差热分析参考学时：2学时知识点：仪器构造、差热分析基本原理、主要应用、应用实例学习目标：1. 理解差热分析仪器构造及分析过程2. 了解差热分析主要应用3. 掌握差热分析基本原理4. 应用差热分析结构分析物质的稳定性知识单元C2：差热扫描量热分析参考学时：2学时知识点：仪器构造、差热扫描量热分析基本原理、主要应用、应用实例学习目标：1. 理解差热扫描量热分析仪器构造及分析过程2. 了解分析仪器构造及分析过程应用领域3. 掌握差示扫描量热法基本原理4. 应用差示扫描量热法分析物质的热性能知识单元D1：红外光谱分析基本原理参考学时：2学时知识点：红外吸收本质、基本原理学习目标：1. 理解红外吸收光谱特征2. 了解红外吸收光谱与物质结构特征的关系3. 掌握红外吸收光谱分析的基本原理知识单元D2：红外分光光度计的构造和工作原理参考学时：2学时知识点：红外分光光度计的构造、红外分光光度计的工作原理学习目标：1. 理解红外分光光度计的构造2. 了解红外分光光度计的主要用途3. 掌握红外分光光度计的工作原理知识单元D3：红外光谱分析方法和应用参考学时：4学时知识点：红外光谱分析方法、红外光谱分析过程学习目标：1. 理解红外光谱谱图和物质结构的关系2. 了解红外光谱分析法的优缺点3. 掌握红外光谱分析方法和分析过程4. 应用红外光谱法分析物质的结构状态 四、教学方法与手段1教学方法与教学手段以教师讲授为主，有重点的讲授，采用课堂提问和讨论等多种形式，查阅文献资料，写文献综述，提高学生的交流和自我表达能力。2课程主要教学方式的学时分配容时学内学教方式教学环学时讲 授讨论课习题课实 验X射线衍射分析技术22184电子显微镜分析技术26224热分析技术44红外光谱分析862合计（60）605010五、作业要求1课外作业：教材习题或教师选定联系。2. 阅读与自学：六、教材和主要参考书（一）教材【1】 周玉编著. 2005. 材料分析方法. 机械工业出版社【2】 杜希文 原续波主编. 2006. 材料分析方法. 天津大学出版社（二）主要参考