西科大材料现代分析测试方法教案

西南科技大学材料科学与工程学院教师教案教师姓名：张宝述课程名称：材料现代分析测试方法课程代码：11319074授课对象：材料物理本科专业学生授课总学时：64其中理论：64实验：单独开设16教材：左演声等.材料现代分析方法.北京工业大学出版社，2000材料学院教学科研办公室制章节名称前言教学时数2教学目的及要求了解本课程的性质、主要内容、与本专业其它课程的关系。重点难点重点：课程的主要内容。教学内容提要一、课程性质二、课程的主要内容三、与其它课程的关系四、教材及主要参考书五、学习方法六、考核章节名称第一章电磁辐射与材料结构教学时数4教学目的及要求1．理解概念：电磁辐射（电磁波或光）、原子基态、原子激发、激发态、激发能、激发电位、电子跃迁（能级跃迁）、辐射跃迁、无辐射跃迁、原子电离、电离能、电离电位、一次电离、二次电离、光谱项、光谱支项、塞曼分裂、成键轨道、反键轨道、s轨道、s电子、s键、p轨道、p电子、p键、原子轨道磁矩、电子自旋磁矩、原子核磁矩、禁带、禁带宽度（能隙）、价带、导带、满带、空带、干涉指数、倒易点阵；掌握概念：波数、分子振动、伸缩振动、变形振动、费米能级、晶带。2．掌握描述电磁波的波动性与微粒性的物理参数，电磁波的波动性与微粒性的关系。3．掌握电磁波谱的分区。4．了解各区电磁波的波长范围、能量范围、频率范围及产生机理。5．熟悉物质波的德布罗意关系式，掌握电子波的波长与加速电压之间的关系（公式）。6．掌握表征原子中核外电子运动状态的五个量子数的含义。7．了解多电子原子中电子与电子相互作用和偶合方式，熟悉L-S偶合和用能级示意图表示光谱项的光谱支项与塞曼能级。8．掌握分子总能量的构成和能级结构，掌握分子轨道的形成与分子轨道的类型。9．熟悉双原子分子的振动模型——弹簧谐振子模型。10．掌握多原子分子振动的类型（模式）。11．了解核自旋量子数与原子的质量数及原子序数的关系。12．掌握能带的形成，能带结构的基本类型及相关概念。13．掌握干涉指数与晶面指数的关系及其表示方法。14．掌握倒易矢量的基本性质。15．了解晶面夹角公式。16．掌握晶带轴指数与晶面指数之间的关系。重点难点重点：电磁波谱，物质波，分子总能量与能级结构，分子轨道与电子能级，分子的振动与振动能级，干涉指数，倒易点阵，晶带。难点：原子能态与原子量子数，原子的磁矩，原子核自旋与核磁矩，干涉指数，倒易点阵，晶带。教学内容提要第一节电磁辐射与物质波一、电磁辐射与波粒二象性二、电磁波谱三、物质波第二节材料结构基础一、原子能态及其表征二、分子运动与能态三、原子的磁矩和原子核自旋四、固体的能带结构五、晶体结构六、干涉指数七、晶带作业一、教材习题1-1，1-2，1-3。二、计算加速电压为45KV的电子波的波长（不经相对论校正）章节名称第二章电磁辐射与材料的相互作用教学时数4教学目的及要求1．理解概念：光学分析法、光谱法、分子散射、反斯托克斯线、斯托克斯线、晶体中的电子散射、光电离、共振线、主共振线、共振吸收线、主共振吸收线、共振发射线、主共振发射线、灵敏线、原子线、离子线、多重线系、原子光谱的精细结构、塞曼能级、塞曼效应、原子荧光、共振荧光、非共振荧光、斯托克斯荧光、反斯托克斯荧光、直跃线荧光、阶跃线荧光、热助直跃荧光、热助阶跃荧光、热助激发、单重基态、单重激发态、三重激发态、系间窜跃、内转移、振动弛豫、外转移、熄灭或淬灭、L系特征辐射、Ka1射线、Ka2射线；掌握概念：辐射的吸收、吸收光谱、辐射的发射、荧光、磷光、发射光谱、荧光（磷光）光谱、辐射的散射、散射基元、瑞利散射、拉曼散射、X射线相干散射、X射线非相干散射、光电效应、光电子能谱、分子光谱、紫外可见光谱（电子光谱）、红外光谱、红外活性与红外非活性、K系特征辐射、Ka射线、Kb射线、短波限、吸收限、线吸收系数、质量吸收系数。2．区分光谱法与非光谱法概念。3．了解辐射吸收的本质和条件、辐射发射的前提、辐射激发的方式。4．熟悉光谱法的分类。5．理解拉曼散射的本质；了解晶体中的电子散射。6．了解光电离的条件。7．了解原子光谱的常用类型，理解原子光谱的光谱选律（选择定则）。8．了解分子光谱的常用类型，掌握红外光谱的光谱选律（选择定则）。9．了解光电子发射过程及其能量关系，了解光电子能谱图的表示方法。10．了解俄歇电子的产生（俄歇效应），掌握俄歇电子的标识，了解俄歇电子的能量关系，了解俄歇电子能谱图的表示方法。11．了解核磁共振现象。12．了解连续X射线谱的特征。13．熟悉特征X射线的产生机理和莫塞菜(Moseley)定律。14．熟悉X射线谱系。15．掌握X射线与物质相互作用及据此建立的主要分析方法。16．了解X射线的衰减和X射线的防护。重点难点重点：辐射的吸收与发射，原子光谱基础，分子光谱基础，电子能谱基础，X射线的产生与X射线谱，X射线与物质的相互作用。难点：辐射的散射，X射线的衰减。教学内容提要第一节概述一、辐射的吸收与发射二、辐射的散射三、光电离第二节各类特征谱基础一、原子光谱二、分子光谱三、光电子能谱四、俄歇电子能谱五、核磁共振第三节X射线的产生及其与物质的相互作用历史上著名的科学家一、X射线的产生与X射线谱二、X射线与物质的相互作用三、X射线的衰减四、X射线的防护作业一、教材习题2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-7。二、简答题1．俄歇电子能谱图与光电子能谱图的表示方法有何不同？为什么？2．简述X射线与固体物质相互作用产生的主要信息及据此建立的主要分析方法。章节名称第三章粒子（束）与材料的相互作用教学时数2教学目的及要求1．理解概念：（电子的）最大穿入深度、连续X射线、特征X射线、溅射；掌握概念：散射角（2q）、电子吸收、二次电子、俄歇电子、背散射电子、吸收电流（电子）、透射电子、二次离子。2．了解物质对电子散射的基元、种类及其特征。3．掌握电子与物质相互作用产生的主要信号及据此建立的主要分析方法。4．掌握二次电子的产额与入射角的关系。5．掌握入射电子产生的各种信息的深度和广度范围。6．了解离子束与材料的相互作用及据此建立的主要分析方法。重点难点重点：电子的散射，电子与固体作用产生的信号。难点：电子与固体的相互作用，离子散射，溅射。教学内容提要第一节电子束与材料的相互作用一、散射二、电子与固体作用产生的信号三、电子激发产生的其它现象第二节离子束与材料的相互作用一、散射二、二次离子作业一、教材习题3-1、3-2、3-3、3-8二、简答题1．简述电子与固体作用产生的信号及据此建立的主要分析方法。章节名称第四章材料现代分析测试方法概述教学时数4教学目的及要求1．掌握X射线衍射、电子衍射、紫外可见吸收光谱、红外吸收光谱、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和电子探针X射线显微分析的用途。2．了解原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱、核磁共振谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱、紫外光电子能谱、俄歇电子能谱、色谱、质谱及电化学分析方法的用途。重点难点重点：X射线衍射、电子衍射、紫外可见吸收光谱、红外吸收光谱、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和电子探针X射线显微分析的用途。教学内容提要第一节衍射分析方法概述X射线衍射、电子衍射。第二节光谱分析方法概述原子发射光谱，原子吸收光谱，原子荧光光谱，紫外可见吸收光谱，红外吸收光谱，分子荧光光谱，分子磷光光谱，X射线荧光光谱，核磁共振谱，拉曼光谱等。第三节电子能谱分析方法概述X射线光电子能谱，紫外光电子能谱，俄歇电子能谱。第四节电子显微分析方法概述透射电子显微镜，扫描电子显微镜，电子探针X射线显微分析。第五节色谱、质谱及电化学分析方法概述色谱分析法，质谱分析法，电化学分析法。小测验1：1-4章相关方面内容（1学时左右）。作业教材习题：4-9、4-10、4-11章节名称第五章X射线衍射分析原理教学时数4教学目的及要求1．掌握布拉格方程的导出。2．掌握布拉格方程的意义。3．理解衍射矢量方程、厄瓦尔德图解和劳埃方程。4．掌握衍射产生的必要条件。5．了解X射线衍射强度的处理过程。6．掌握系统消光（包括点阵消光和结构消光）的含义。7．掌握结构因子的计算方法。8．掌握衍射产生的充分必要条件。9．了解影响衍射强度的其它因素。重点难点重点：布拉格方程，晶胞衍射强度难点：布拉格方程、衍射矢量方程、厄瓦尔德图解、劳埃方程、晶胞衍射强度教学内容提要第一节衍射方向一、布拉格方程二、衍射矢量方程三、厄瓦尔德图解四、劳埃方程第二节衍射强度X射线衍射强度问题的处理过程晶胞衍射强度影响衍射强度的其它因素作业一、教材习题5-2，5-3、5-4，5-7，5-8，5-9。二、名词术语辩析：反射角、衍射角与掠射角（或布拉格角）解释：选择反射、系统消光、点阵消光、结构消光三、简答题1．简述布拉格方程的意义。2．简述影响X射线衍射强度的因素章节名称第六章X射线衍射方法教学时数4教学目的及要求1．概念：选靶，滤波，衍射花样的指数化，连续扫描法，步进扫描法.2．熟悉X射线衍射方法的种类。3．掌握德拜（Debye）法成像原理与衍射花样特征，了解样品制备方法，掌握靶和滤波片的选择方法，了解摄照参数的选择，掌握衍射花样的测量、计算和指数化。4．了解多晶X射线仪的工作原理、结构组成、各部分的作用，了解测角仪的聚焦原理，熟悉多晶体衍射仪计数测量方法及其适用范围，了解测量参数的选择。5.了解单晶衍射的方法。6.了解劳埃法的实验技术、成像原理、衍射花样特征及劳埃花样的指数标定。重点难点重点：衍射花样指数标定，测量参数选择，成像原理与衍射花样特征。难点：衍射花样指数标定，劳埃花样的指数标定。教学内容提要第一节多晶体衍射方法一、（粉末）照相法成像原理与衍射花样特征实验技术衍射花样指数标定二、衍射仪法X射线衍射仪的基本结构多晶体衍射仪计数测量方法测量参数选择第二节单晶体衍射方法1．劳埃（Laue）法概述2．成像原理与衍射花样特征3．劳埃花样的指数标定作业教材习题：6-1，6-2，6-3，6-4（选做），6-5。章节名称第七章X射线衍射分析的应用教学时数4教学目的及要求1．熟悉X射线衍射分析的用途。2．掌握X射线物相定性分析（物相鉴定）的基本原理、方法和步骤。3．了解X射线物相定量分析的基本原理和方法。4．熟悉影响点阵常数测量误差的因素及消除或减小的方法5．了解点阵常数精确测定的方法。重点难点重点：物相定性分析难点：物相定量分析和点阵常数的精确测定教学方法课堂讲授，多媒体与黑板。教学内容提要第一节物相分析一、物相定性分析二、物相定量分析第二节点阵常数的精确测定一、概述二、校正误差的数据处理方法小测验2：X射线衍射分析方面内容（1学时左右）作业教材习题：7-1（实验时做练习）、7-2（实验时做练习）、7-6，7-7（选做）章节名称第八章透射电子显微分析教学时数8教学目的及要求1．概念：电子透镜、明场像，暗场像，中心暗场像，质厚衬度，衍射衬度。2．理解透射电子显微镜的工作原理、结构与组成。3．掌握选区电子衍射的操作程序。4．掌握透射电子显微镜对样品的要求及制备方法。5．了解透射电镜的成像操作方式。6．掌握质厚衬度和衍射衬度原理。7．了解电子衍射的类型。8．掌握电子衍射的特点。9．熟悉电子衍射基本公式的导出。10．掌握多晶电子衍射花样的特征及标定方法。11．熟悉单晶晶电子衍射花样的特征及标定方法。12．了解复杂电子衍射花样的类型及其特征。13．掌握TEM的典型应用，了解其它用途。重点难点重点：工作原理、构造、选区电子衍射、直接样品的制备、像衬度、电子衍射基本公式、多晶电子衍射花样的标定、单晶电子衍射成像原理、单晶电子衍射花样的标定、TEM的典型应用。难点：工作原理、像衬度、电子衍射基本公式、多晶电子衍射花样的标定、单晶电子衍射成像原理、单晶电子衍射花样的标定。教学内容提要显微镜的发展第一节透射电子显微镜工作原理及构造一、工作原理二、构造三、选区电子衍射第二节样品制备一、间接样品(复型)的制备二、直接样品的制备第三节透射电镜基本成像操作及像衬度一、成像操作二、像衬度第四节电子衍射原理一、电子衍射基本公式二、多晶电子衍射成像原理与衍射花样特征三、多晶电子衍射花样的标定四、单晶电子衍射成像原理与衍射花样特征五、单晶电子衍射花样的标定六、复杂电子衍射花样简介第五节TEM的典型应用及其它功能简介一、TEM的典型应用二、TEM其它功能简介作业一、教材习题8-1，8-4，9-2，9-3，9-4，9-7，9-8，9-9。二、简答1．简述透射电镜对分析样品的要求。2．简述用于透射电镜分析的超细粉末样品的制备方法。3．简述用于透射电镜分析的晶体薄膜样品的制备步骤。章节名称第九章扫描电子显微分析与电子探针教学时数4教学目的及要求1．理解扫描电子显微镜的工作原理、结构与组成，掌握表征仪器性能的主要技术指标。2．熟悉扫描电子显微镜的样品制备方法。3．掌握二次电子像、背散射电子像的像衬原理、特点、分析方法及应用；了解其它电子像的像衬原理、特点、分析方法及应用。4．了解波谱仪和能谱仪的工作原理，掌握它们的应用特点。5．掌握电子探针的点分析、线分析和面分析的应用。重点难点重点：扫描电子显微镜工作原理及构造、像衬原理与应用、能谱仪和波谱仪的工作原理、特点、应用教学内容提要第一节扫描电子显微镜工作原理及构造一、工作原理二、构造与主要性能第二节像衬原理与应用一、像衬原理二、应用小测验3：电子显微分析方面的内容（0.5小时左右）作业一、教材习题：10-2，10-3，10-4，10-5。二、简答1．要分析钢中碳化物成分和基体中碳含量，应选用什么仪器？为什么？2．要在观察断口形貌的同时，分析断口上粒状夹杂物的化学成分，选用什么仪器？怎样操作？章节名称第十章紫外、可见吸收光谱法教学时数4教学目的及要求1．概念：s-s*跃迁、p-p*跃迁、n-s*跃迁、n-p*跃迁、d-d跃迁、f-f跃迁、n电子（或P电子）、生色团、助色团、反助色团、蓝移、红移、浓色效应、浅色效应、电荷转移光谱2．掌握有机、无机化合物的电子光谱类型3．了解无机固体的电子光谱类型。4．掌握光吸收定律。5．了解紫外可见吸收光谱仪的工作原理、结构与组成。6．了解紫外可见吸收光谱的样品制备方法。7．掌握紫外可见吸收光谱的分析方法与应用。重点难点重点：电子光谱的类型、光吸收定律、应用教学内容提要第一节紫外、可见吸收光谱的基本原理一、电子光谱的类型二、光吸收定律第二节分光光度计第三节紫外、可见吸收光谱的应用一、样品制备二、定性分析三、固体研究中的特殊用途四、定量分析作业1．简述有机、无机化合物的电子光谱类型。2．f-f跃迁与d-d跃迁光谱的显著差别是什么？3．查阅至少3篇紫外可见吸收光谱应用文章，并概述其是如何应用的。章节名称第十一章红外吸收光谱分析法教学时数6教学目的及要求1．概念：运动自由度，振动自由度，简并与分裂，倍频峰（或称泛音峰），组频峰，振动耦合，费米共振，特征振动频率，特征振动吸收带，内振动，外振动（晶格振动）。2．掌握影响红外吸收带位置（频率）的因素。3．了解红外光谱仪的类型、工作原理、结构与组成。4．了解红外光谱的样品制备方法及适用范围，掌握固体样品制备方法的种类。5．掌握红外光谱定性分析的原理和方法。6．熟悉红外光谱定量分析原理、方法和步骤。7．了解红外光谱的应用。重点难点重点：红外光谱基本原理，样品制备，特征振动频率，红外定性分析。难点：基本原理，红外定量分析。教学内容提要第一节红外光谱基本原理一、红外光谱的形成和红外区的分类二、红外光谱选律三、分子的转动光谱四、分子的振动光谱五、分子的振-转光谱六、红外光谱峰位影响因素七、常见基本概念第二节红外光谱仪一、红外光谱仪分类二、红外光谱仪的发展简史三、色散型红外分光光度计四、干涉型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）第三节红外光谱的样品制备第四节红外光谱的应用一、特征振动频率二、矿物（晶体）的红外光谱特点三、红外光谱图四、红外定性分析五、红外定量分析六、应用实例小测验4：光谱分析方法的内容（0.5小时左右）作业教材习题：12-4章节名称第十二章电子能谱法教学时数4教学目的及要求1．掌握俄歇电子产额与原子序数的关系，俄歇电子能谱的表示方法，化学位移概念2．了解俄歇电子能谱仪的工作原理、结构与组成。3．了解俄歇电子能谱的分析方法，掌握其应用范围。4．掌握X射线光电子能谱的表示方法，化学位移、伴峰与谱峰分裂概念。5．了解X射线光电子能谱仪的工作原理、结构与组成。6．了解X射线光电子能谱的分析方法，掌握其应用范围。7．理解紫外光电子能谱的特点，掌握其应用范围。重点难点重点：电子能谱的基本原理、分析方法与应用。难点：电子能谱的基本原理。教学内容提要第一节俄歇电子能谱分析基本原理，俄歇电子能谱仪，分析方法与应用。第二节X射线光电子能谱分析基本原理，X射线光电子能谱仪，分析方法与应用。第三节紫外光电子能谱分析基本原理，紫外光电子能谱仪，分析方法与应用。作业教材习题：13-1~13-9。章节名称