西石大材料分析方法教学大纲

前言《材料分析方法》课程为理工科高等学校材料专业学生必修的专业基础课。本课程的任务是使学生了解和掌握有关材料物相分析、结构分析、价键分析、形貌分析等材料科学研究方法的一般手段；使学生学习和掌握X射线衍射仪、电子显微镜、热分析、红外、紫外光谱、核磁共振等一些现代材料观察分析设备的基本原理及操作方法，掌握进入材料微观领域的钥匙，为毕业设计以及今后开展材料研究检测工作及材料科学研究奠定基础。教学内容要求了解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，熟悉试样制备的基本要求及方法，熟悉热分析、红外、紫外光谱、核磁共振等测试方法的基本原理及应用，能够利用上述仪器进行材料的物相组成及结构等分析研究，了解上述材料科学研究方法关于试样制备的基本要求及方法。四、教学内容、要求及学时分配：(一)理论教学：第一章X射线衍射分析本章为本门课程的教学重点之一，要求掌握X射线衍射的基本原理及其应用。本章内容共分为五个部分：X射线的产生及其与物质的作用、X射线衍射原理、X射线衍射强度、X射线衍射方法、X射线物相分析及其应用。第一节X射线的产生及其物理作用（4学时）教学内容：掌握原子的激发、辐射的吸收及发射、连续谱和特征谱等基础知识，掌握X射线的产生及其与物质作用原理，了解X射线的吸收和衰减、激发限等，了解X射线的探测与防护知识。教学重点：X射线的产生及其与物质的作用。第二节X射线衍射原理（材料学专业：6学时，高分子专业：2学时）教学内容：本节为本章的一个重点，也是本章的难点。掌握倒易点阵和倒易矢量及倒易矢量的性质。了解晶面间距和晶面夹角的计算方法；掌握布拉格方程的导出及其性质的讨论，掌握衍射矢量方程、厄瓦尔德图解及产生衍射的必要条件；了解劳埃方程。高分子专业要求掌握布拉格方程的导出及其性质的讨论，以及布拉格方程的应用。教学重点：倒易点阵和倒易矢量及其性质、布拉格方程；教学难点：产生衍射的必要条件和厄瓦尔德图解。第三节X射线衍射强度（4学时）教学内容：从一个电子对X射线的衍射开始，了解晶体X射线衍射强度的计算，同时引出影响衍射强度的因素。掌握等同晶面、多重性因子、半高宽、吸收因子、角因子、结构因子、温度因子等基本概念。本节内容高分子专业不要求。教学重点：影响衍射强度的因素；教学难点：多晶衍射积分强度的计算。第四节X射线衍射方法（材料学:4学时；高分子：1学时）教学内容：掌握德拜法及X射线衍射仪的构成、工作原理及测量方法，了解样品制备的基本要求。掌握的德拜法的计算原理，掌握计数器的分类及工作原理。高分子专业仅要求掌握X射线衍射仪的构成、工作原理及测量方法，了解X射线衍射仪样品制备的要求。教学重点：德拜法及X射线衍射仪的构成、工作原理。教学难点：德拜法及X射线衍射仪的工作原理第五节X射线物相分析及其应用（材料学：6学时；高分子：1学时）教学内容：掌握多晶X射线衍射定性及定量分析原理及方法，了解点阵常数、晶粒尺寸、残余应力等的X射线衍射测量方法；了解PDF卡片。高分子专业仅要求掌握多晶多晶X射线衍射定性分析原理及方法。教学重点：是物相分析基本原理；教学难点：物相定量分析。第二章电子显微镜（6学时）教学内容：掌握电子、离子与材料的相互作用；掌握电磁透镜的聚焦原理和电磁透镜的像差；了解电磁透镜的分辨本领。掌握透射电镜、扫描电镜、电子探针的基本原理和电镜试样的制作。了解透射电镜、扫描电镜、电子探针的操作要点及其应用。教学重点：电子显微镜的试样制作、电镜原理及操作主要要点。教学难点：电子与材料的相互作用；透射电镜、扫描电镜、电子探针的工作原理。第三章热分析（4学时）教学内容：熟悉热分析技术的分类；掌握差热、差示、热重的基本原理及其曲线的影响因素；了解差热、差示、热重分析仪的构造。了解差热、差示、热重的样品制备及其应用。了解热膨胀及热机械分析法的基本原理及应用。教学重点：差热、差示、热重分析的基本原理和相关测量影响因素；教学难点：差热、差示、热重分析的相关测量影响因素。第四章红外、紫外吸收光谱法第一节

紫外吸收光谱法（4学时）教学内容：掌握紫外吸收光谱的基本原理，生色团与助色团，特征基团的紫外吸收带，紫外吸收光谱的应用；了解紫外吸收光谱仪的基本构造。教学重点：特征基团的紫外吸收带；紫外吸收光谱法的基本原理及其应用。教学难点：特征基团的紫外吸收带；紫外吸收光谱法的基本原理。第二节

红外吸收光谱和激光拉曼光谱（材料学专业：6学时；高分子：12学时）教学内容：掌握红外吸收峰的的位置、强度及其影响因素；了解傅里叶变换红外吸收光谱仪的基本构造、试样制备方法；了解激光拉曼光谱的基本原理及应用；掌握特征基团的吸收谱带，能够解析简单的红外光谱图。材料学专业仅要求掌握红外吸收光谱。教学重点：红外吸收峰位置的影响因素；特征基团的吸收谱带；红外谱图的解析。教学难点：红外谱图的解析。第五章核磁共振氢谱（高分子专业：10学时）教学内容：理解核磁共振基本原理；了解核磁共振仪器的基本构造；掌握样品的制备；掌握化学位移的定义及其表示方法；了解影响化学位移的因素；掌握烷烃、烯烃、芳香族化合物氢核、活泼氢的化学位移；了解炔类、醛类、某些环状化合物、重氢溶剂残留氢的干扰峰的化学位移；理解自旋耦合的产生；了解核磁共振氢谱解析的一般程序；掌握简单的核磁共振氢谱图解析方法；了解核磁共振氢谱的应用。本章内容材料学专业不做要求。教学重点：核磁共振基本原理；样品的制备；化学位移及其表示方法；影响化学位移的因素；产生自旋耦合的原因；耦合常数；裂分小峰数和面积比；解析简单的核磁共振氢谱图。教学难点：核磁共振基本原理；化学位移及其表示方法；影响化学位移的因素；自旋耦合；解析简单的核磁共振氢谱图。(二)实验教学：实验课的目的和要求：通过实验使学生树立科学的研究实验方法，巩固、验证理论教学中所学知识，掌握基本的XRD、SEM、差热、红外设备的结构和分析方法，培养学生分析解决问题的能力和实验技能，为将来从事材料研究分析奠定基础。必开实验1．实验名称：纳米TiO2的微观结构分析4学时综合型实验内容与目的：现场讲解X射线衍射仪及扫描电镜的结构原理、光路系统、实验参数及操作方法，教师现场演示XRD及SEM测试的操作流程，学生根据实验室提供的X射线衍射图谱，使用衍射工具书（PDF卡片），对X射线衍射图进行物相分析，鉴别出单相物质；通过扫描电镜图像，观察纳米TiO2的微观形貌。通过实验，使学生熟悉XRD及SEM的设备结构，掌握其操作方法。实验设备：XRD（X射线衍射仪）、SEM、纳米TiO2粉末试样