2022年2022年材料分析测试方法-黄新民-课程教案

1、精选学习资料 - - - 欢迎下载优秀教案欢迎下载课程教案依据大纲要求材料分析测试方法课程学时64,安排如下： 1.课时学时安排讲课52 学时绪论2第一章x 射线的性质4其次章x 射线衍射6第三章多晶体分析方法4第四章x 射线衍射应用6第五章透射电子显微镜4第六章电子衍射6第七章晶体薄膜衍射成像分析6第八章扫描电子显微镜与电子探针6第九章光谱分析简介4第十章其它显微分析方法简介42. 试验学时：12 学时1. 德拜相机与德拜相,立方晶系粉末相指标化；2 学时2. 衍射仪结构与试验23. 物相分析24. 透射电子显微镜结构与工作原理25. 选区电子衍射及明.暗场成像26. 扫描电子显微镜及电子探

2、针2第一次课教学内容：绪论（ 50 分钟）介绍材料分析测试技术在材料科学争论中的作用和应用,介绍材料分析测试方法的进展历史,让同学在明白了开设本门课程的意义后,激发同学们对材料分析方法的宠爱,对这们科学的憧憬；第一章x 射线的性质x 射线在电磁波谱中的波段,（ 5 分钟）x 射线的本质； （ 10 分钟）x 射线产生条件及x 射线管；（ 35 分钟）简要介绍 x 射线产生和进展历史；讲解电磁波谱及x 射线的波长范畴；介绍x 射线的性质和本质； 具体讲解x 射线产生条件及x 射线管的构造； 本节重点为x 射线产生条件及x 射线管部分的内容,难点为从物理本质上熟悉x 射线的产生气制；其次次课教学内

3、容：x 射线谱,连续谱（20 分钟）,特点谱产生气理（30 分钟）；x 射线与物质的相互作用（5 分钟）,相干散射（ 5 分钟）,非相干散射（10 分钟）, x 射线的吸取（ 15 分钟）,吸取系数（ 5 分钟）,吸取限（ 10 分钟）,x 射线谱连续谱和特点谱产生气理为本节重点讲解的内容；要讲清晰x 射线连续谱,特点谱的物理本质, 产生气理, 作用和特点谱的命名方法等；x 射线与物质的相互作用为另一个精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载优秀教案欢迎下载重点,x 射线与物质的相互作用产生散射和吸取为现象,其内在的物理过程和本质必需讲透彻；难点为电子.x 射线与物质的原子及原子核外的电

4、子相互作用的物理过程和本质；第三次课教学内容：x 射线衰减规律及其在实际中的应用（15 分钟）,选靶与滤波片（25 分钟）；x 射线的防护（10 分钟）；其次章x 射线衍射方向晶体几何学（ 25 分钟）,布拉格方程与争论（25 分钟）；本节课程着重讲解x 射线与物质的相互作用后的强度衰减,这为x 射线与物质的相互作用 的宏观表现,为x 射线透射学基础；讲清晰线吸取系数和质量吸取系数的区分和作用；x 射线与物质的相互作用产生真吸取的本质可以帮忙我们进行选靶与滤波片的挑选,这也为 x射线光谱学的基础；晶体几何学在前面课程已经讲过,这里为复习； 布拉格方程与争论为重点讲授内容；分析比较散射和衍射的异

5、同,争论布拉格方程；本节的难点为应用强度衰减公式解决实际问题和对布拉格方程的懂得；第四次课教学内容：* 倒易点阵（ 10 分钟）,定义与性质（30 分钟）,衍射矢量方程（10 分钟）；* 爱瓦尔德图解（25 分钟）；三种衍射方法（10 分钟）；第三章x 射线衍射强度一个电子的衍射强度（15 分钟）,本节课程重点讲解倒易点阵的概念.定义与性质, 这为本节的难点；讲清晰倒易点阵对后续 课程致关重要, 所以要通过正空间的复习.通过举例等方法使同学建立倒空间的概念；其次讲清晰衍射矢量方程对讲解爱瓦尔德图解为很重要的,这里要将倒空间的概念.布拉格方程和爱瓦尔德球联系起来讲,建立空间入射和衍射的空间思维；

6、三种衍射方法的讲解进一步加 深同学对上述问题的懂得；本节的重中之重的问题为建立空间入射和衍射的空间思维及其与倒空间的联系；第五次课教学内容：一个原子的衍射强度（15 分钟）,一个晶胞的衍射强度与结构因子（35 分钟）；多晶体衍射强度（50 分钟）,通过一个电子的衍射强度.一个原子的衍射强度.一个晶胞的衍射强度.一个晶体的衍射强度和多个晶体的衍射强度循序渐进地导出多晶体衍射强度；重点讲清晰结构因子,也就为原子种类及其在晶胞中位置对衍射强度的影响,同时讲清晰实际衍射中多晶x 射线衍射强度为多个晶体的衍射强度的集合,而每个晶体的衍射强度又为多个晶胞的衍射强度的集合等等；本节重点为一个晶胞的衍射强度与

7、结构因子的内容；第六次课教学内容：多重性因子 （ 10 分钟）,罗仑兹因子 （10 分钟）,吸取因子 （ 10 分钟）,温度因子 （ 10 分钟）, 粉末衍射强度（10 分钟）；积分强度（ 15 分钟）,总结（ 35 分钟）；上节课循序渐进地导出多晶体衍射强度,但为实际衍射强度仍受多种因素影响；讲清晰这些影响因素的影响机理,最终给出最终的积分强度和相对强度；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载优秀教案欢迎下载讲完前面内容后将x 射线衍射方向和强度问题结合起来,强调x 射线衍射方向取决于晶体的大小和类型,x 射线衍射强度就取决于晶体中原子位置与种类；因此x 射线衍射方向和强度的结合才能

8、分析被测物质的晶体学内容；阐述这些为本节的重点；本节的难点为外形因子和多重性因子,罗仑兹因子,吸取因子,温度因子对强度影响的机制；第七次课教学内容： 第四章多晶体分析方法粉末照相法（德拜照相法）（65 分钟）；x 射线衍射仪法（35 分钟）；德拜照相法为传统的x 射线衍射方法；本节课在介绍德拜相机后着重叙述德拜照相法对试样的要求.德拜照相法中底片安装方法及其作用.德拜照相法对辐射的要求.底片上2 角和衍射线的强度测量.德拜照相法的衍射花样的分析标定；对于衍射仪法, 重点讲解的为测角仪的工作原理包括测角仪圆和聚焦圆,重点讲解影响衍射仪法测量精度的因素（试样.辐射参数.狭缝光栏和接受光栏的宽度.扫

9、描速度.时间常数等）；难点为测角仪的工作原理包括测角仪圆和聚焦圆；第八次课教学内容：衍射仪的测量方法与试验参数,（ 15 分钟）衍射线的指标化（35 分钟）；点阵常数测量中的误差来源（25 分钟）,点阵常数的精确测定（25 分钟）本节连续叙述衍射仪的测量方法与试验参数, 重点讲解衍射线的指标化方法； 主要叙述面心立方晶体的衍射线的指标化, 简要介绍四方和六方晶体的衍射线的指标化； 其中难点为衍射花样的分析标定,而这一工作对后续课程也有重要的影响,务必讲清晰；点阵常数的精确测定主要讲解点阵常数测量中的误差来源及其主要影响因素和排除误差的方法；难点为排除误差方法的数学处理技术,通过例题解决这一问题

10、；第九次课教学内容：第五章x 射线物相分析定性分析的原理和分析思路（15 分钟）；粉末衍射卡的组成（25 分钟）； pdf 卡片的索引（25 分钟）； 物相定性分析方法（35 分钟）本次课叙述x 射线物相分析中的定性分析原理.解决的途径.粉末衍射卡的组成和索引书的使用方法. 定性分析的程序；重点为粉末衍射卡的组成和索引书的使用方法.定性分析的程序；难点为多物相的衍射花样的物相定性分析方法；可以通过例题具体介绍多物相的衍射 花样的物相定性分析中的留意事项和过程,为将来的实际应用奠定基础；第十次课教学内容：物相定量分析方法（50 分钟）第六章宏观应力测定x 射线应力测定原理（25 分钟）,单轴应力

11、测定原理（25 分钟）,本节介绍物相定量分析方法,包括物相定量分析原理.外标法.内标法和直接比较法；重点为物相定量分析原理和直接比较法,难点为物相定量分析方法的原理推导和各种方法中的具体使用；x 射线应力测定讲解残余应力的分类和范畴.x 射线应力测定的特点和方法概论.介绍单轴精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载优秀教案欢迎下载应力的测定原理；这一节中的难点为单轴应力测定原理；第十一次课教学内容：平面应力测定原理（50 分钟）；试验方法（ 10 分钟）,衍射仪法（25 分钟）,应力仪法（ 15 分钟）继上次课单轴应力测定原理的介绍,着重叙述和推导平面应力测定原理；通过平面应力测定原理的

12、推导得到x 射线宏观应力测定的基本公式,通过衍射仪和应力仪两个仪器的具体应用讲解x 射线宏观应力测定的方法及其区分与特点；本次课程的难点为涉及一些弹性力学的学问,要用弹性力学的学问结合x 射线衍射的特点推导很多公式；讲课中力求删繁就简,深化浅出讲清原理；第十二次课教学内容：试验精度的保证及测试原理的适用条件（50 分钟）第七章电子光学基础电子波与电磁透镜； （ 50 分钟）本节课第一讲完x 射线宏观应力测定中测试原理的适用条件,保证明验精度的前提下的注意事项；重点总结 x 射线衍射在材料科学中的实际应用：点阵常数的精确测定, x 射线物相分析和 x 射线宏观应力测定；告知同学 x 射线衍射的实

13、际应用并非这些,仍可以用于 x 射线衍射测定晶体的织构等,将来实践中仍要参阅更多的文献资料；电镜课程的开头应介绍电子显微学的进展及其作用与意义,然后介绍电子波. 透镜的辨论率概念和电磁透镜,难点为辨论率概念.电磁透镜的构成与电子在透镜中的运动及其轨迹；本次课程的重点为x 射线篇的总结与电镜篇的开篇；留意承上启下；第十三次课教学内容：电磁透镜的像差与辨论本事（30 分钟）电磁透镜的景深与焦长（20 分钟）第八章透射电子显微镜透射电子显微镜的结构与成像原理（20 分钟）,照明系统（ 15 分钟）,成像系统（ 10 分钟）,观看记录系统（5 分钟）；本次课程重点讲清晰电磁透镜的像差类型.像差与辨论本

14、事的关系,辨论本事与放大倍数的关系；叙述电磁透镜的景深与焦长在电子显微分析中作用和意义,以及与成像质量的关系；在透射电子显微镜的结构与成像原理的介绍结合实际的透射电子显微镜讲, 重点讲解照明系统和成像系统的构成与原理, 以及这两个系统的优劣对整个电镜的影响； 难点为辨论本事与像差的关系和成像系统中的光路图；第十四次课教学内容：主要部件（测角器.样品杆.消像散器.光栏）的结构与工作原理（30 分钟）；透射电子显微镜的辨论率和放大倍数测定（20 分钟）第九章复型技术概述；（ 20 分钟）一级复型.二级复型.萃取复型；（ 30 分钟）本次课程介绍透射电镜的主要部件（测角器.样品杆.消像散器.光栏）的

15、结构与工作原理和透射电子显微镜的辨论率和放大倍数测定；这部分的重点为辨论率和放大倍数测定方法；难点为晶格辨论率和点辨论率的概念；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载优秀教案欢迎下载关于复型技术着重讲清晰它的进展过程和现在在电子显微分析工作中作用和位置；介绍一级复型. 二级复型. 萃取复型技术的具体制作过程,重点叙述萃取复型技术在电子显微分析工 作中的作用；第十五次课教学内容：质厚衬度原理（20 分钟）复型技术在材料争论方面的应用（金相分析.断口分析）（ 25 分钟）；粉末样品制备（5 分钟）第十章电子衍射电子衍射与x 射线衍射的比较（20 分钟）；电子衍射原理,布拉格方程.（ 30

16、分钟）介绍与推导复型技术中质厚衬度原理,既从小孔成像的散射截面的角度讲,也从物质对电子的吸取角度讲； 在讲复型技术在材料争论方面的应用时既介绍它的优点也指出这种方法的局限性；结合纳米材料介绍粉末样品的具体制备方法；重点叙述电子衍射与x 射线衍射的异同点,通过分析比较叙述各自的特点；讲解电子衍射原理,回忆复习布拉格方程,点出布拉格方程在电子衍射中的应用特点,强调与x 射线衍射时的不同之处；第十六次课教学内容：倒易点阵（ 10 分钟）.偏离矢量（20 分钟）.电子衍射基本公式（20 分钟）；电子显微镜中的电子衍射（10 分钟）,有效相机常数（10 分钟）,选区衍射（15 分钟）,磁偏转角（ 15

17、分钟）；复习倒易点阵的概念及性质；重点叙述电子衍射的特殊之处：偏离矢量； 讲解和证明电子衍射基本公式； 回忆第八次课中介绍的成像系统的光路图,讲解电子显微镜中的电子衍射.有效相机常数. 选区衍射的概念；重点叙述选区衍射的作用和意义；讲清晰磁偏转角的概念和 测量校正方法,指显现代电子显微镜因仪器的进步,已经在设计中矫正了磁偏转角；本次课程难点在于偏离矢量的概念和磁偏转角的概念；第十七次课教学内容：单晶体电子衍射花样的标定（75 分钟）复杂电子衍射花样（5 分钟）,高阶劳埃斑点（20 分钟）,单晶体电子衍射花样的标定为电子衍射课程内容的重中之重的问题,结合x 射线衍射花样标定,具体讲解单晶体电子衍

18、射花样的标定方法；从已知晶体结构的单晶体电子衍射花样的标定到未知晶体结构的单晶体电子衍射花样的标定,逐一讲解各种方法的具体标定步骤,可能显现的问题及解决的方法；每一种方法都要结合具体衍射花样讲解；难点为未知晶体结构 的单晶体电子衍射花样的标定方法；对于复杂衍射花样,本门课程只作简介；但要讲清晰复杂衍射花样的产生.外形及其在电子衍射分析中作用；这部分的难点在于如何从复杂衍射花 样中进行区分与识别；第十八次课教学内容：超点阵斑点（ 10 分钟）.二次衍射斑点（10 分钟）.孪晶斑点（ 10 分钟）,菊池衍射花样（20分钟）；第十一章晶体薄膜衍射成像分析概述（ 2 分钟）；精品学习资料精选学习资料

19、- - - 欢迎下载优秀教案欢迎下载金属薄膜样品的制备（48 分钟）连续叙述复杂衍射花样：超点阵斑点.二次衍射斑点.孪晶斑点,菊池衍射花样；重点为总结比较各种复杂衍射花样的外形特点,区分复杂花样与多套重叠晶体衍射,列出简单的区分类型和方法；难点为各种复杂衍射花样的产生气理；概述衬度理论, 比较光学成像衬度.复型技术中的质厚衬度来简要介绍透射电子显微镜中衍衬衬度；具体叙述透射电子显微镜的样品制备技术与方法,比较区分各种方法的适用场合与材料,制样的成本与难度,制样的水平和质量；比较分析各种仪器的优缺点及留意事项；难点为如何针对具体材料挑选试样制备方法；第十九次课教学内容：衍衬成像原理（35 分钟）

20、,消光距离（15 分钟）；衍衬运动学简介（50 分钟）；衍衬衬度为一个新概念,第一从直观的成像示意图给同学建立直观感性熟悉的；讲解电子束在晶体材料内的传播过程,说明电子束从入射束到产生衍射束.入射束和衍射束在传播过程中的能量转换, 导出消光距离的概念；建立衍衬运动学的物理模型,具体讲解衍衬运动学理论的先决条件和假设,推导衍衬运动学的衍射波振幅公式和强度公式,通过强度公式争论,导出等厚消光和等倾消光；本次课重点为衍衬运动学的讲解并由此介绍衍衬衬度；难点为建立衍衬运动学的物理模型,推导衍衬运动学的衍射波振幅公式和强度公式,通过强度公式争论,导出等厚消光和等倾消光；其次十次课教学内容：晶体缺陷分析（

21、25 分钟）；层错（ 25 分钟）.位错.其次相粒子衬度（50 分钟）；本次课程第一在上次课程内容的基础上, 引进缺陷位移矢量 r,在抱负晶体的衍射波振幅和强度公式的基础上深化争论缺陷晶体的衍射波振幅和强度公式； 将缺陷晶体的衍射波振幅和强度公式应用到具体的晶体缺陷上, 分别争论层错. 位错. 其次相粒子的强度因缺陷存在而引起的变化以及缺陷部位的衬度特点；课程的重点为导出缺陷晶体的衍射波振幅和强度公式,以及三种晶体缺陷的衍射波振幅.强度.衬度；难点为具体的晶体缺陷：层错.位错.其次相粒子的衍射波振幅和强度的推导和衬度特点分析；其次十一次课教学内容： 第十二章扫描电子显微镜电子束与固体样品相互作

22、用时产生的物理信号（50 分钟）；扫描电子显微镜的结构和工作原理（25 分钟）；扫描电子显微镜的主要性能（25 分钟）；本次课程讲授电子束与固体样品相互作用时产生的各种物理信号,分析各种物理信号的产生 机理. 作用深度. 信号特点和在微分析工作中的应用等；然后介绍扫描电子显微镜的结构和 工作原理. 扫描电子显微镜的主要性能；重点内容为分析各种物理信号的产生气理.作用深度.信号特点和在微分析工作中的应用；难点为这些物理信号产生气制；扫描电子显微镜的特点也为一个重点阐述的内容,要和透射电子显微镜的特点加以比较,熟悉扫描电子显微镜的放大倍数.辨论率等与透射电镜的不同之处；其次十二次课教学内容：精品学

23、习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载优秀教案欢迎下载表面形貌衬度原理及其应用（35 分钟）；原子序数衬度原理及其应用（25 分钟）；第十三章电子探针显微分析电子探针仪的结构与工作原理（40 分钟）,本节课着重讲解扫描电子显微镜的表面形貌衬度原理及其应用.原子序数衬度原理及其应用；至此我们已经介绍了多种衬度,每一种衬度的原理.机制都各不相同,引导同学比较区分,加深熟悉和懂得；在扫描电子显微镜的基础上引入电子探针仪的结构与工作原理；重点为引导同学加深对电子束与固体样品相互作用时产生的物理信号的熟悉与懂得；可以看到电子探针仪与扫描电子显微镜的区分就为仪器探测的物理信号不同而已,对材料分析来说它们的分析内容也就不同了；其次十三次课教学内容：电子探针仪的分析方法及应用（10 分钟）,波谱仪（ 30 分钟）,能谱仪（ 25 分钟）；第十四章其它显微分析方法简介离子探针（ 35 分钟）本节课程具体介绍波谱仪和能谱仪的仪器结构和工作原理,比较两种仪器的特点和区分,并介绍在实际材料分析中如何将两者结合,各取所长充分发挥仪器的性能；另外叙述波谱仪和能谱仪在材料分析时的具体应用方法：点扫描. 线扫描和面扫描,介绍在材料分析时为了获 得高的精度和精确性应当留意