材料现代分析方法-物理与电子工程学院-四川理工学院.doc

1、四川理工学院课程实施大纲课程名称：材料现代分析方法授课班级：应用物理15级任课教师：张开彪工作部门：物电学院联系方式川理工学院 制2017年2月120材料现代分析方法课程实施大纲基本信息课程代码：07453001课程名称：材料现代分析方法学 分：3总 学 时：48学 期：第四学期上课时间：5-17周上课地点：汇南校区答疑时间和方式：课前及课后, 个别辅导答疑，电话答疑答疑地点：N1-312,N1219授课班级：应用物理学15级1,2班任课教师：张开彪学 院：物电学院邮 箱：联系电话 录1教学理念11.1关

2、注学生的发展1.2关注教学的有效性1.3关注教学的策略1.4关注教学价值观2课程介绍32.1课程的性质2.2课程在学科专业结构中的地位、作用2.3课程的历史与文化传统2.4课程的前沿及发展趋势2.5课程与经济社会发展的关系2.6课程内容可能涉及到的伦理与道德问题3教师简介73.1教师的职称、学历3.2教育背景3.3研究兴趣（方向）4先修课程85课程目标86课程内容86.1课程的内容概要6.2教学重点、难点6.3学时安排7.课程实施.107.1教学单元一.107.1.1教学日期107.1.2教学目标107.1.3教学内容（含重点、难点）107.1.4教学过程117.1.5教学方法167.1.6作

3、业安排及课后反思167.1.7课前准备情况及其他相关特殊要求167.1.8参考资料（具体到哪一章节或页码）167.2教学单元二.167.2.1教学日期167.2.2教学目标167.2.3教学内容（含重点、难点）177.2.4教学过程177.2.5教学方法217.2.6作业安排及课后反思217.2.7课前准备情况及其他相关特殊要求217.2.8参考资料（具体到哪一章节或页码）217.3教学单元三. 217.3.1教学日期217.3.2教学目标217.3.3教学内容（含重点、难点）217.3.4教学过程227.3.5教学方法287.3.6作业安排及课后反思287.3.7课前准备情况及其他相关特殊要

4、求287.3.8参考资料（具体到哪一章节或页码）287.4教学单元四.287.4.1教学日期287.4.2教学目标287.4.3教学内容（含重点、难点）287.4.4教学过程287.4.5教学方法327.4.6作业安排及课后反思327.4.7课前准备情况及其他相关特殊要求327.4.8参考资料（具体到哪一章节或页码）327.5教学单元五.327.5.1教学日期327.5.2教学目标337.5.3教学内容（含重点、难点）337.5.4教学过程337.5.5教学方法367.5.6作业安排及课后反思367.5.7课前准备情况及其他相关特殊要求367.5.8参考资料（具体到哪一章节或页码）367.6教

5、学单元六.367.6.1教学日期367.6.2教学目标367.6.3教学内容（含重点、难点）367.6.4教学过程367.6.5教学方法427.6.6作业安排及课后反思437.6.7课前准备情况及其他相关特殊要求437.6.8参考资料（具体到哪一章节或页码）437.7教学单元七.437.7.1教学日期437.7.2教学目标437.7.3教学内容（含重点、难点）437.7.4教学过程437.7.5教学方法477.7.6作业安排及课后反思477.7.7课前准备情况及其他相关特殊要求477.7.8参考资料（具体到哪一章节或页码）477.8教学单元八.477.8.1教学日期477.8.2教学目标477

6、.8.3教学内容（含重点、难点）487.8.4教学过程487.8.5教学方法547.8.6作业安排及课后反思547.8.7课前准备情况及其他相关特殊要求547.8.8参考资料（具体到哪一章节或页码）547.9教学单元九.547.9.1教学日期547.9.2教学目标547.9.3教学内容（含重点、难点）547.9.4教学过程547.9.5教学方法607.9.6作业安排及课后反思607.9.7课前准备情况及其他相关特殊要求607.9.8参考资料（具体到哪一章节或页码）607.10教学单元十607.10.1教学日期607.10.2教学目标607.10.3教学内容（含重点、难点）607.10.4教学过

7、程607.10.5教学方法637.10.6作业安排及课后反思637.10.7课前准备情况及其他相关特殊要求637.10.8参考资料（具体到哪一章节或页码）637.11教学单元十一637.11.1教学日期637.11.2教学目标637.11.3教学内容（含重点、难点）637.11.4教学过程637.11.5教学方法697.11.6作业安排及课后反思697.11.7课前准备情况及其他相关特殊要求697.11.8参考资料（具体到哪一章节或页码）697.12教学单元十二697.12.1教学日期697.12.2教学目标697.12.3教学内容（含重点、难点）697.12.4教学过程697.12.5教学方

8、法727.12.6作业安排及课后反思727.12.7课前准备情况及其他相关特殊要求727.12.8参考资料（具体到哪一章节或页码）727.13教学单元十三737.13.1教学日期737.13.2教学目标737.13.3教学内容（含重点、难点）737.13.4教学过程737.13.5教学方法767.13.6作业安排及课后反思767.13.7课前准备情况及其他相关特殊要求767.13.8参考资料（具体到哪一章节或页码）767.14教学单元十四767.14.1教学日期767.14.2教学目标767.14.3教学内容（含重点、难点）767.14.4教学过程767.14.5教学方法807.14.6作业安

9、排及课后反思807.14.7课前准备情况及其他相关特殊要求807.14.8参考资料（具体到哪一章节或页码）817.15教学单元十五817.15.1教学日期817.15.2教学目标817.15.3教学内容（含重点、难点）817.15.4教学过程817.15.5教学方法837.15.6作业安排及课后反思837.15.7课前准备情况及其他相关特殊要求837.15.8参考资料（具体到哪一章节或页码）837.16教学单元十六837.16.1教学日期847.16.2教学目标847.16.3教学内容（含重点、难点）847.16.4教学过程847.16.5教学方法887.16.6作业安排及课后反思887.16

10、.7课前准备情况及其他相关特殊要求887.16.8参考资料（具体到哪一章节或页码）887.17教学单元十七897.17.1教学日期897.17.2教学目标897.17.3教学内容（含重点、难点）897.17.4教学过程897.17.5教学方法927.17.6作业安排及课后反思927.17.7课前准备情况及其他相关特殊要求927.17.8参考资料（具体到哪一章节或页码）927.18教学单元十八927.18.1教学日期927.18.2教学目标927.18.3教学内容（含重点、难点）937.18.4教学过程937.18.5教学方法967.18.6作业安排及课后反思977.18.7课前准备情况及其他相

11、关特殊要求977.18.8参考资料（具体到哪一章节或页码）977.19教学单元十九977.19.1教学日期977.19.2教学目标977.19.3教学内容（含重点、难点）977.19.4教学过程977.19.5教学方法1007.19.6作业安排及课后反思1017.19.7课前准备情况及其他相关特殊要求1017.19.8参考资料（具体到哪一章节或页码）1017.20教学单元二十1017.20.1教学日期1017.20.2教学目标1017.20.3教学内容（含重点、难点）1017.20.4教学过程1017.20.5教学方法1057.20.6作业安排及课后反思1057.20.7课前准备情况及其他相关

12、特殊要求1057.20.8参考资料（具体到哪一章节或页码）1057.21教学单元二十一1067.21.1教学日期1067.21.2教学目标1067.21.4教学过程1067.21.5教学方法1117.21.6作业安排及课后反思1117.21.7课前准备情况及其他相关特殊要求1117.21.8参考资料（具体到哪一章节或页码）1117.22教学单元二十二1117.22.1教学日期1117.22.2教学目标1117.22.3教学内容（含重点、难点）1117.22.4教学过程1127.22.5教学方法1147.22.6作业安排及课后反思1147.22.7课前准备情况及其他相关特殊要求1147.22.8

13、参考资料（具体到哪一章节或页码）1148课程要求1158.1学生自学要求8.2课外阅读要求8.3课堂讨论要求8.4课程实践要求9课程考核1159.1出勤（迟到、早退等）、作业、报告等的要求9.2成绩的构成与评分规则说明9.3考试形式及说明10学术诚信11610.1考试违规与作弊处理10.2杜撰数据、信息处理等10.3学术剽窃处理等11课堂规范11611.1课堂纪律11.2课堂礼仪12课程资源11712.1教材与参考书12.2专业学术著作12.3专业刊物12.4网络课程资源13教学合约11813.1阅读课程实施大纲，理解其内容13.2同意遵守课程实施大纲中阐述的标准和期望14其他说明1191教学

14、理念1.1关注学生的发展在“以学生为本，融知识传授、能力培养、素质教育于一体”的教学理念指引下，本课程教师一贯重视教学方法的改进和教学手段的完善，努力从“授人以鱼”转向“授人以渔”，既重视发挥教师的主导作用，又尊重学生在学习活动中的主体地位，实行启发式教学，激发学生学习的积极性与主动精神，引导学生积极思维。1.2 关注教学的有效性大学课堂教学作为引导大学生探求知识、发展能力、丰富完善个性品质的主要方式，是大学培养人才的主阵地，其有效性的追求理应满足大学生成长、发展的需求。这是一个既包括学生对所学课程理论知识由感性认知到理性内化，再到创造性外化的不同层次，又包括学生情感、 态度、价值观培养的复杂

15、过程。其指向不是单纯的某一方面，而是一个多元的综合体系。因此作为一个合格的大学教师，不仅要严谨治学、善于研究，不断提升学科专业理论水平；而且要不断提高自己的教学学术修养，善于用自己的教育智慧给学生以创造性的启迪和引导。其次，尊重学生、相信学生，以学生能够并乐于接受的方式展开课堂教学活动，注重教学方式的多样性和实效性。让学生真正以主体者的角色参与到教学中来，1.3关注教学的策略1. 在理论基础部分的教学过程中，通过多媒体课件和动画将理论公式的推导思路分步、形象、启发式地进行讲述，有效地促进了学生的积极思考，培养了学生思考问题、解决问题的能力。 2. 在有关仪器设备内容的教学过程中，通过模拟动画进

16、行解剖和分析，使原来在黑板上难以讲深讲透的内容形象、生动地展示在学生面前，提高了学生的学习兴趣和学习热情，加深了学生对所学知识的理解和掌握，同时启发学生对现有设备提出结构改进意见，培养了学生的创新性思维能力。3. 重点、难点理论部分的教学采用“课前预习?学生发问?难点讲解?老师质疑?小组报告?学生汇报讲演”的“六步教学法”。通过学生自主学习，老师难点讲解的办法，逐步加深学生对教学重点、难点的理解，最后通过“汇报讲演”的形式牢固紧握。 4. 设计“基础型”、“综合设计型”和“研究创新型”实验，既训练了学生的基本技能、基本技术，又培养学生的创新思维和实际解决问题能力。 5. 将学生参与科研制度化，

17、并计入课程考核成绩。鼓励学生申请学校也设立了“大学生创新教育项目”（学校教务处）、安排优秀同学参加教师的科研课题，支持一些同学自提课题研究。通过“教学、实验、科研多管齐下，课内、课外、理论、实践同时并举”的实践教学，提升学生的综合知识水平和实验技能，为后继专业课学习、开展毕业论文及科学研究奠定坚实的基础。 6. 以研促教，以教助研，教研相长，结合教师科研案例开展教学。材料的“制备”-“组成”-“结构”-“性能”中的“组成”与“结构”都要依靠材料现代分析方法检测与表征，“制备”、“性能”与“组成”、“结构”是紧密相关的，本课程主讲教师都承担了大量的科研项目，在介绍材料结构分析方法基础知识后，结合

18、科研案例讲解材料结构分析方法在材料研究中的具体应用，激发了学生的学习热情，加深了学生对所学知识的理解和掌握。 1.4关注教学价值观为了更好的引导大学生往正确的方向发展，可以在学生的交流中融入社会主义核心价值观的相关内容，深化学生对社会主义核心价值观的认识，帮助其树立正确的世界观、人生观和价值观，进而激励他们“永远热爱我们伟大的祖国，永远热爱我们伟大的人民，永远热爱我们伟大的中华民族”，积极投身中国特色社会主义伟大事业中。2课程介绍2.1课程的性质本课程是为应用物理及物理学专业本科生开设的专业课（或专业基础课）。其目的在于使学生系统地了解材料现代主要分析测试方法的基本原理、仪器设备、样品制备及应

19、用，掌握常见分析测试技术所获信息的解释和分析方法，最终使学生能够独立地进行材料的分析和研究工作。2.2课程在学科专业结构中的地位、作用通过本课程的学习，使学生对材料的各种现代分析方法有一个初步的，较为全面的了解和认识；了解X射线衍射分析，光谱分析，电子显微分析，色谱分析，质谱分析，电化学分析等方法的基本原理，过程，装备及应用；掌握相应的基本知识，基本技能及必要的理论基础。使学生通过本课程学习后能够作到：1 正确选择材料分析，测试方法。2 看懂或会分析一般（典型，较简单）的测试结果（图谱，图象等）。3 可以与分析测试专业人员共同商讨有关材料分析研究的实验方案和分析较复杂的测试结果。4具备专业从事

20、材料分析测试工作的初步基础，具备通过学习掌握材料分析新方法，新技术的自学能力。2.3课程的历史与文化传统材料现代分析方法主要是通过对表征材料的物理性质或物理化学性质参数及其变化(称为测量信号或特征信息)的检测实现的, 换言之, 材料分析的基本原理(或称技术基础)是指测量信号与材料成分、结构等的特征关系, 采用各种不同的测量信号(相应地具有与材料的不同特征关系)形成了各种不同的材料分析方法。特别是基于电磁辐射及运动粒子束与物质相互作用的各种性质建立的各种分析方法已成为材料现代分析方法的重要组成部分, 大体可分为光谱分析、电子能谱分析、衍射分析与电子显微分析等四大类方法。此外, 基于其它物理性质或

21、电化学性质与材料的特征关系建立的色谱分析、质谱分析、电化学分析及热分析等方法也是材料现代分析的重要方法。尽管不同方法的分析原理(检测信号及其与材料的特征关系)不同及具体的检测操作过程和相应的检测分析仪器不同, 但各种方法的分析、检测过程均可大体分为信号发生、信号检测、信号处理及信号读出等几个步骤。相应的分析仪器则由信号发生器、检测器、信号处理器与读出装置等几部分组成。依据检测信号与材料的特征关系, 分析、处理读出信号, 即可实现材料分析的目的。材料结构表征的任务及其分析仪器的发展基本上还是围绕着成分分析、结构测定和形貌观察来发展的。材料的化学成分分析除了传统的化学分析技术外, 还包括质谱、紫外

22、、可见光、红外光谱分析, 气、液相色谱, 核磁共振, 电子自旋共振,X 射线荧光光谱, 俄歇与X 射线光电子谱、二次离子质谱, 电子探针、原子探针(与场离子显微镜联用)、激光探针等。在这些成分分析方法中有一些已经有很长的历史,并且已经成为普及的常规的分析手段。如质谱已是鉴定未知有机化合物的基本手段之一, 其重要贡献是能够提供该化合物的分子量和元素组成的信息;色谱中特别是裂解气相色谱(PGC)能较好显示高分子类材料的组成特征, 它和质谱、红外光谱、薄层色谱、凝胶色谱等的联用, 大大地扩展了其使用范围。红外光谱在高分子材料的表征上有着特殊重要地位。红外光谱测试不仅方法简单, 而且也由于积累了大量的

23、已知化合物的红外谱图及各种基团的特征频率等数据资料而使测试结果的解析更为方便。核磁共振谱虽然经常是作为红外光谱的补充, 但其对聚合物的构型及构象的分析, 对于立构异构体的鉴定, 对于共聚物的组成定性、定量及序列结构测定有着独特的长处, 许多信息是其他方法难以提供的。2.4课程的前沿及发展趋势随着X射线衍射技术越来越先进,X射线衍射法的用途也越来越广泛,除了在无机晶体材料中的应用,已经在有机材料、钢铁冶金、以及纳米材料的研究领域中发挥出巨大作用,并且还应用于瞬间动态过程的测量。计算机的普遍使用让各种测量仪器的功能变得强大,测试过程变得简单快捷,双晶衍射、多重衍射也越来越完善。扫描电镜、透射电镜在

24、材料科学特别是纳米科学技术上的地位日益重要。稳定性、操作性的改善使得电镜不再是少数专家使用的高级仪器,而变成普及性的工具;更高分辨率依旧是电镜发展的最主要方向;扫描电镜和透射电镜的应用已经从表征和分析发展到原位实验和纳米可视加工;聚焦离子束(FIB)在纳米材料科学研究中得到越来越多的应用;FIB/SEM双束电镜是目前集纳米表征、纳米分析、纳米加工、纳米原型设计的最强大工具。在谱仪的能量分析检测器方面，也从传统的单通道电子倍增器检测器发展到位置灵敏检测器和多通道检测器，使得检测灵敏度获得了大幅度的提高。计算机系统的广泛采用，使得采样速度和谱图的解析能力也有了很大的提高。2.5课程与经济社会发展的

25、关系材料的检测评价技术既涉及了金相、物理、力学性能、失效分析、化学分析、仪器分析和高速分析技术领域的理化检验技术, 又结合现代物理学、化学、材料科学、微电子学、等离子科学等学科的发展, 对传统理化检验技术和方法进行拓展和延伸, 构成了现代材料分析方法。材料检测评价技术始终是保证和提高产品的内在质量和性能的质量保证体系的重要组成部分。无论是过去、现在还是将来, 遍及机械、冶金、航空、宇航、电子、化工、能源、国防等领域,在日常的工业生产中, 从原材料、辅助材料到毛坯、半成品以至成品, 对其质量进行检查和生产环节的监控, 对使用中的零部件, 考察其运行情况和性能的变化, 以至进行失效原因分析, 以便

26、采取预防和改进措施。更进一步地, 引进新的现代测试方法和技术加强和提高材料检测技术水平, 积极采用现代高科技手段, 应用微电子技术、计算机技术, 运用统计学原理, 对试验数据进行处理、分析和控制, 提高水平和效率。例如采用多种敏感元件、变换器、检测器件、计算机、记录装置等器材和技术, 它们不仅促使材料检验原有仪器方法的不断改进和深化, 并且还导致发展了许多简便、快速、自动、能在线使用, 以及精密复杂能同时解决多种问题的仪器和相应的试验方法, 如能连续测定每批几十个样品的光谱、色谱等自动分析仪, 能研究固体表面深度小于数十微米、直径小于数十纳米范围的各种表面分析和微区分析装置等。值得提到的是,

27、提高理化检验技术新水平的另一个重要方面是, 正如上面所论述的, 材料现代分析方法不仅是以材料成分、结构等分析、测试为唯一目的, 而是材料科学的重要研究手段, 广泛应用于研究和解决材料理论和工程实际问题。现代材料分析方法的发展在研究和开发新材料、新技术、新工艺、新方法的科技实践中更是不可缺少的重要环节, 不仅推动了材料科学的发展, 同时也推动了科技和社会的发展和进步。2.6课程内容可能涉及到的伦理与道德问题通过学习本课程，使学生了解材料科学研究工作者通常关注的主要显微结构分析内容；掌握各种常见分析仪器的功能和基本原理，掌握材料结构分析的基本实验技术、样品制备方法，能与专门从事X射线、电子显微分析

28、等材料结构分析工作的实验人员共同设计试验方案，正确分析检测结果。通过学习本课程，可以培养学生严肃认真的学习态度，掌握科学的求真学习方法，使学生初步具有独立获取知识的能力。通过学习本课程，有利于开阔学生的思路，培养学生的思维方式和习惯，激发不断探索和创新的精神。通过学习本课程，可以培养学生逐步树立辩证唯物主义的世界观，培养学生树立为科学献身的信念。3教师简介3.1教师的职称、学历张开彪,副教授,博士研究生3.2教育背景1994-1998年,西北师范大学物理系,本科毕业,获理学学士学位.2003-2006年,西北师范大学物理与电子工程学院,硕士毕业,获理学硕士学位.2012-2015年,四川大学原

29、子与分子研究所,博士研究生毕业,获理学博士学位.3.3研究兴趣（方向）纳米发光材料, 凝聚态物质的行为与物性.4先修课程原子物理学，光电子技术，固体物理，量子力学5课程目标5.1知识与技能方面通过学习，了解X射线衍射仪及电子显微镜的结构，掌握X-射线衍射及电子显微镜的基本原理和操作方法，了解试样制备的基本要求及方法，了解材料成分的分析与表面分析技术的主要方法及基本技术，了解光谱分析方法，能够利用上述相关仪器进行材料的物相组成、显微结构、表面分析研究。学会运用以上技术的基本方法，对材料进行测试、计算和分析，得到有关微观组织结构、形貌及成分等方面的信息。5.2过程与方法方面1）、充分运用现代化教学

30、手段。现在利用多媒体给学生上课，为了形象化的让学生更易接受所学理论知识，课堂上还会穿插些图片、幻灯片、动画片等。2）、讲课向 “精”、“实”、“用”的方向去做。给学生提供更多的参考资料，锻练学生学会自我学习。3）、建立健全的考核机制，采取良好灵活的考核方式。考核方式可采取理论考试、实验制作、动手能力等，从多角度综合评判。分数实行结构评分方式，基本分反映学生在基础知识和基本能力的综合表现，更客观的反映学生能力，强调个性发展，更好的鼓励创新。同时，各种电子设计竞赛选拔和该课程的教学考核结合起来，进一步激发学生的学习和创新热情。5.3情感、态度与价值观方面培养学生逐步树立辩证唯物主义的世界观，培养学

31、生树立为科学献身的信念。6课程内容6.1课程的内容概要第一篇 总序第一章 电磁辐射与材料结构第二章 电磁辐射与材料的相互作用第三章 粒子（束）与材料的相互作用第四章 材料现代分析方法概述第二篇 衍射分析第五章 X射线衍射原理第六章 X射线衍射方法第七章 X射线衍射分析的应用第八章 电子衍射第三篇 电子显微分析第九章 透射电子显微分析第十章 扫描电子显微分析与电子探针第四篇 光谱、电子能谱分析第十一章 原子光谱分析法第十二章 分子光谱分析法第十三章 电子能谱分析法 第五篇 其它分析方法 第十四章 质谱分析法与二次离子质谱分析法第十五章 色谱分析法第十六章 电化学分析法第十七章 热分析法第十八章

32、部分分析方法简介6.2教学重点、难点重点：材料结构基础，各类特征谱基础，电子束与材料的相互作用，X射线衍射原理，多晶体衍射方法，物相分析；宏观应力分析，电子衍射原理，透射电子显微镜工作原理及构造，扫描电子显微镜工作原理及构造，原子光谱分析法，分子光谱分析法，电子光谱分析法，扫描隧道显微镜和原子力显微镜。 难点：倒易点阵，核磁共振、散射截面、衍射强度，物相定量分析，电子衍射运动学理论，俄歇电子能谱。6.3学时安排序号教学内容课时分配1第1章 电磁辐射与材料结构42第2章 电磁辐射与材料的相互作用43第3章 粒子与材料的相互作用24第4章 材料现代分析方法概述25第5章 X射线衍射原理46第6章

33、X射线衍射方法47第7章 X射线衍射分析的应用28第8章 电子衍射49第9章 透射电子显微镜410第10章 扫描电子显微分析与电子探针411第11章 原子光谱分析法412第12章 分子光谱分析法213第13章 电子能谱分析法214第14章 其它分析方法简介215习题与复习4合计487.课程实施7.1教学单元一7.1.1教学日期2017年3月28日7.1.2教学目标理解波粒二象性的含义和原子能态的表示7.1.3教学内容（含重点、难点）1.1 电磁辐射与物质波, 1.2 材料结构基础(一)重点:原子能态的表征7.1.4教学过程引言材料：直接进入产品充当产品成分的物质。特点是物理上不耗损，化学上不反

34、应。一般为固态。现代：以现代理论为基础(量子力学，相对论)；以现代技术为依托(微电子技术，信息处理技术，系统工程技术)。与传统分析方法比较，有以下特点：操作简洁；过程快速；结论可靠；一机多用；资源共享。第一篇 总论（材料现代分析方法基础与概述）第一章 电磁辐射与材料结构第一节电磁辐射与物质波一.电磁辐射（光的波动性）：在空间传播的交变电磁场（电磁波）。特点：不依赖物质存在；横波；同一介质中波速不变；真空光速极限3108m/s)主要物理量：振幅；频率；波长；相位。光的粒子性：光电效应表明电磁辐射具有粒子性。爱因斯坦的光电理论（1905年，1916年由密立根实验证实）： Ek=hW式中：Ek为电子

35、的动能；W为电极材料的功函数。电磁辐射的波粒二象性： nE= h （1-2） lp=h/ （1-3）普朗克常数h=6.62610-34J.s二 电磁波谱将电磁波按波长（或频率）顺序排列即构成电磁波谱。分为三部分：(1) 长波部分：射频波及微波，常称波谱。(2) 中间部分：紫外线，可见光及红外线，常称光谱。(3) 短波部分：X射线及g射线(及宇宙射线)，常称射线谱。三 物质波实物粒子：静止质量m0不为0的物质颗粒。德布罗意假设：运动的物体也具有波粒二象性第二节 材料结构基础(一)材料一般指固态物质(固体)。由于固体中原子的键合方式不同，形成三种形态：(1) 分子态：以独立的分子形态存在(如高分子

36、材料)。(2) 晶态(晶体)：结构基元在三维空间有规则排列(如NaCl，单晶硅等)。(3) 非晶态：结构基元的排列没有明确的规则(如玻璃)。 一 原子能态极其表征1 原子结构与电子量子数 原子结构：由原子核和绕核运动的电子组成；每一个核外电子都具有确定的运动状态(原子轨道)，相应地具有确定的能量；电子的运动状态改变时，能量值发生跳变(量子化)。 能级图：按一定比例以一定高度的水平线代表一定的能量(能级)，并把电子各个运动状态的能量按大小顺序由下往上排列而构成的梯级图形。弗兰克-赫兹实验仪器: 1914年弗兰克和赫兹用低速电子去轰击原子，观察测量到汞的激发电位和电离电位，即著名的Franck-H

37、ertz实验，从而证明原子内部量子化能级的存在。量子力学指出：核外电子的运动状态和能量状态由主量子数n，角量子数l，磁量子数m，自旋量子数s和自旋磁量子数ms表征。主量子数 n(1) 取值：1，2，3，4，5，常用K，L，M，N，O，表示。(2) 表征电子离核的平均距离，n值相同的原子轨道处于同一电子层，该层电子的主要能量(主能级能量)： En=-Z2R/n2 (1-8)式中：Z原子序数;R里德伯常数，无限大质子质量的氢的非相对论电离势。R=mee4/22=2.210-18J=13.6eV。角量子数 l(1) 取值n个：0，1，2，3， n-1。 分别用s，p, d，f， 表示，表明在n级电子

38、层上有n个电子亚层。(2) 表征原子轨道的形状和电子轨道运动角动量大小磁量子数 m(1) 取值：0，1，2，3，l。表明在l亚层上有2l+1个空间伸展方向不同的原子轨道。(2) 表征电子轨道角动量在外磁场方向分量的大小：n, l, m共同表征电子的轨道运动，而s, ms表征电子的自旋运动ms取值1/2, 它表明电子自旋只有两个方向：正自旋和反自旋（顺时针或反时针方向）。2 原子能态与原子量子数在多电子原子中，除电子与核的相互作用外，还存在电子之间的相互作用。量子理论将其分解为轨道-轨道相互作用(各电子轨道角动量之间的作用)，自旋-自旋相互作用(电子自旋角动量之间的作用)及自旋-轨道相互作用(电

39、子自旋角动量与其轨道角动量之间的作用)并将轨道-轨道及自旋-自旋相互作用合称为剩余相互作用。将这些角动量加和组合(称偶合)便能得到表征原子运动状态和能态的原子量子数。量子理论将偶合过程分为J-J偶合与L-S偶合两种方式J-J偶合是指剩余相互作用小于自旋-轨道相互作用时，先求出每一个电子的自旋-轨道角动量，再加和组合成总（自旋-轨道）角动量PJ。此种偶合方式适用于重元素原子。L-S偶合是指剩余相互作用大于自旋-轨道相互作用时，先求出总自旋角动量PS和总轨道角动量PL，再加和组合为总（自旋-轨道）角动量PJ：3 原子基态，激发，电离及能级跃迁无外部能量输入时，原子核外电子遵从能量最低原理，包利不相

40、容原理(和洪特规则)分布于各个能级上，此时原子处于能量最低状态，称为基态。有电子由基态跳变到较高能级上后的原子状态叫激发态，由基态跳变到激发态的过程叫激发。激发所需要的能量叫激发能，常用电子伏特(eV)表示,称激发电位。电子在能级之间的跳变叫跃迁，电子由高能态跃迁到低能态(退激发)有两种方式：辐射跃迁：跃迁前后的能量差以电磁辐射的形式释放。无辐射跃迁：跃迁前后的能量差以其他形式释放。原子中的电子脱离核的约束的现象叫电离，电离所需能量叫电离能，常以电子伏特(eV)表示，称电离电位。二 分子运动与能态分子由原子组成，能以单分子形态存在的固体中，原子间的结合键为共价键；原子间以离子键结合的固体一般都

41、以晶态存在。我们只讨论共价键分子。1 分子总能能量与能级结构：一般近似认为分子总能量E由分子中各原子的核外电子轨道运动能量Ee,原子相对振动能量Ev及整个分子绕其质心转动的能量Er组成： E=Ee+Ev+Er 由于Ee(电子运动能), Ev(分子振动能)和Er (分子转动能)都是量子化的，因此分子能级由电子能级，振动能级和转动能级构成。同一电子能级因振动能量不同而分为若干振动能级；而同一振动能级又因转动能量不同而分为若干转动能级。2 分子轨道与电子能级分子轨道理论认为：原子形成分子后，价电子不再定域在个别原子内，而是在遍及整个分子范围内运动；而且每一个电子都可以看成是在原子核和其余电子共同提供

42、的势场作用下在各自的轨道(分子轨道)上运动。分子轨道可以近似看成原子轨道的线性组合；分成键轨道(能量较参与组合的原子轨道能量低)和反键轨道(能量较参与组合的原子轨道能量高)。按价键理论，具有未成对电子的原子相互靠近时，可因未成对电子配对而使原子轨道部分重叠形成分子轨道，自旋反向的未成对电子配对形成成键轨道，自旋同向的未成对电子配对形成反键轨道。3 分子的振动与振动能级(1) 双原子分子的振动：分子中原子于平衡位置为中心的相对(往复)运动。可近似用弹簧谐振子模拟。分子振动与弹簧谐振子相比，不同之处在于其振动能量是量子化的。按量子理论推导，有：nEv=(V+1/2)h (1-13) 式中：Ev分子

43、振动能； V振动量子数，取值：0, 1, 2, h普朗克常数。(2)多原子分子的振动多原子分子的振动比双原子分子的振动要复杂得多，可分为伸缩振动和变形振动两大类：伸缩振动：原子沿键轴方向的周期性(往复)运动；键长变化而键角不变。变形振动：也称变角振动或弯曲振动；基团的键角变动而键长不变。三 原子的磁矩和原子核磁矩1 原子的磁矩(1)原子的轨道磁矩：原子中的电子绕核作轨道运动相当于一个电流回路，因此会产一个轨道磁矩(2) 核磁矩：核自旋产生核磁矩I，它与核自旋角动量PI的关系为： I=IPI 式中：叫核磁旋比。四 固体的能带结构(1) 能带的形成：原子的核外电子在原子轨道上运动并处于不同的分立能

44、级上，当许多原子相互靠近形成晶体时，由于原子的相互影响会发生原子轨道的交叠并出现能级分裂现象。量子理论指出：在由N个原子构成的晶体中，发生交叠的原子轨道的每一个能级将分裂为N个能量值稍有差别的能级。他们的差值极小，以至可以看成是连续分布的，即形成有一定宽度的能带。2 能带结构的基本类型及相关概念(1) 能带沿用能级分裂前的原子能级名称命名，如：2p能带，3s能带，(2) 原子不同能级分裂形成的能带之间可能存在间隙，称为禁带；禁带宽度叫能隙。能带与能带之间也可能发生重叠。(3) 与原子基态价电子能级相应的能带叫价带 ，高于价带的能带叫导带。(4) 由于原子核的强烈吸引和外层电子的屏蔽作用，原子的

45、内层电子轨道几乎不交叠，故内层能级(芯能级)保持孤立原子特征。 (5) 能带中所有能级都被电子填满则称为满带。(6) 能带中各能级均无电子则称为空带。绝缘体、半导体和导体的能带特征：(1) 绝缘体：价带为满带，价带与最底空带(导带)之间的禁带宽度较宽(36eV)。(2) 半导体：与绝缘体相似，只是禁带宽度较窄(0.12eV)。(3) 导体：价带未被电子填满，或虽被电子填满但与另一相邻空带紧密相接(或重叠)。7.1.5教学方法 结合多媒体讲授 7.1.6作业安排及课后反思 作业: P22,1-2,1-4,1-67.1.7课前准备情况及其他相关特殊要求对这一部分内容,学生比较熟悉,可泛泛而讲7.1.8参考资料（具体到哪一章节或页码） 1材料现代分析方法，左演声，P1-P127.2教学单