《材料現(xiàn)代測試方法》教學(xué)大綱

《材料現(xiàn)代測試方法》教學(xué)大綱

一、課程基本信息學(xué)

時(shí)：80(理論48，演示實(shí)驗(yàn)32)學(xué)

分：4考核方式：考試，平時(shí)成績占總成績的30%。中文簡介：本課程是針對材料類專業(yè)本科生而開設(shè)的專業(yè)必修課。目的是使學(xué)生掌握材料主要分析技術(shù)方法的基本原理，了解較先進(jìn)的材料分析方法和應(yīng)用。培養(yǎng)學(xué)生的材料微觀組織結(jié)構(gòu)分析測試及研究的能力。通過學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握X-射線衍射；紅外、紫外可見、拉曼光譜、熒光光譜分析；熱分析；質(zhì)譜；色譜分析以及透射電鏡、掃描電鏡等電子顯微技術(shù)的基礎(chǔ)理論。掌握以上分析儀器等現(xiàn)代測試設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)及其在材料分析測試技術(shù)中的原理及試驗(yàn)方法。應(yīng)用X-射線單晶衍射和X-射線粉末衍射方法進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)的測定、物相分析、宏觀應(yīng)力測定；掌握熱重分析，差示掃描量熱法對材料的熱穩(wěn)定性能，成分和熱效應(yīng)進(jìn)行分析。應(yīng)用質(zhì)譜分析有機(jī)物的分子量，應(yīng)用色譜對混合有機(jī)組分進(jìn)行分離。掌握透射電鏡的復(fù)型和薄膜制備技術(shù)及電子衍射的原理，應(yīng)用電子衍射對材料進(jìn)行微觀組織結(jié)構(gòu)的分析，應(yīng)用掃描電鏡和透射電鏡對材料進(jìn)行表面形貌和微觀結(jié)構(gòu)及成分進(jìn)行分析。

二、

教學(xué)目的與要求通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生基本掌握有關(guān)晶體學(xué)知識、X射線基本性質(zhì)和衍射理論，衍射實(shí)驗(yàn)技術(shù)，并初步掌握應(yīng)用X射線衍射技術(shù)進(jìn)行物相的定性和定量分析等；了解現(xiàn)代電子顯微分析與表征功能、電子衍射相分析。初步掌握透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡的原理、方法與應(yīng)用；了解熱分析的基本原理，掌握TG、DSC、DTA的工作原理、方法與應(yīng)用。初步掌握紅外、紫外、拉曼和熒光等光譜分析方法的原理及應(yīng)用；通過學(xué)習(xí)該課程后，了解X射線衍射和電子顯微分析及有機(jī)波譜分析等技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，學(xué)會正確分析基本的波譜圖、X射線衍射圖譜和電子顯微圖像，從中獲得準(zhǔn)確的材料結(jié)構(gòu)和形貌等信息。并了解X射線衍射技術(shù)、電子顯微分析技術(shù)和熱分析技術(shù)的最新進(jìn)展，能夠正確地運(yùn)用現(xiàn)代分析技術(shù)開展材料的科學(xué)研究，解決材料工程領(lǐng)域相關(guān)問題。

三、教學(xué)方法與手段理論教學(xué)主要采用課堂講授與問題式教學(xué)法、分組討論、課堂討論及三維動畫演示等多種方法相結(jié)合，以促進(jìn)學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握。實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要采用分組演示，錄制操作視頻及利用仿真實(shí)驗(yàn)等多方法結(jié)合，以克服現(xiàn)有儀器不足的情況下增強(qiáng)學(xué)生實(shí)際操作能力。

四、

教學(xué)內(nèi)容及目標(biāo)

教學(xué)內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)學(xué)時(shí)分配第一章

緒論21.簡述課程教學(xué)內(nèi)容、課程特點(diǎn)、教學(xué)參考書目、教學(xué)及考核要求

理解

0.52.材料與人類發(fā)展的關(guān)系；材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系；材料表征的基本方法掌握1.5

重點(diǎn)與難點(diǎn):材料測試方法的概念與分類；材料表征的基本方法

衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):要求學(xué)生掌握材料表征的基本方法。第二章X射線衍射分析51.

X射線衍射原理概述理解22.X射線單晶衍射應(yīng)用理解13.

X射線粉末衍射原理掌握14.

X射線粉末衍射應(yīng)用掌握1

重點(diǎn)與難點(diǎn):

XRD

衍射原理；Scherrer

公式及應(yīng)用范圍；

XRD粉末，薄膜和特殊樣品的樣品制備方法。

衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):要求學(xué)生掌握XRD

衍射原理；Scherrer

公式及應(yīng)用范圍；以及

XRD粉末，薄膜和特殊樣品的樣品制備方法。第三章

紅外吸收光譜51.

紅外光譜的基本原理掌握12.

紅外光譜與分子結(jié)構(gòu)掌握13.

紅外光譜圖的解析方法掌握24.

紅外光譜儀及制樣技術(shù)掌握0.55.

紅外光譜在材料研究領(lǐng)域的應(yīng)用掌握0.5重點(diǎn)與難點(diǎn):

分子的振動自由度；紅外活性振動的條件；常見基團(tuán)的紅外吸收帶；官能團(tuán)區(qū)；指紋區(qū)；計(jì)算不飽和度；固體樣品的制樣方法。衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):要求學(xué)生掌握分子的振動自由度；紅外活性振動的條件；常見基團(tuán)的紅外吸收帶；官能團(tuán)區(qū)；指紋區(qū)；計(jì)算不飽和度以及固體樣品的制樣方法。第四章激光拉曼光譜法31.拉曼效應(yīng)與拉曼光譜理解0.52.拉曼光譜與分子極化率的關(guān)系掌握0.53.拉曼光譜圖及應(yīng)用掌握14.拉曼光譜與紅外光譜分析方法比較掌握0.55.拉曼光譜儀介紹了解0.5重點(diǎn)與難點(diǎn)：瑞利散射與拉曼散射；拉曼活性振動；紅外與拉曼法則

；拉曼光譜的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):要求學(xué)生掌握瑞利散射與拉曼散射的基本概念；產(chǎn)生拉曼活性振動的條件；紅外與拉曼法則

以及拉曼光譜的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。第五章紫外可見吸收41.有機(jī)物的吸收光譜與電子躍遷掌握12.影響紫外、可見吸收光譜的因素掌握13.紫外-可見分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)了解14.紫外-可見吸收光譜法的應(yīng)用掌握1重點(diǎn)與難點(diǎn)：電子躍遷；生色團(tuán)；助色團(tuán)；紅移和藍(lán)移；Lambert－Beer定律衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):要求學(xué)生掌握電子躍遷的規(guī)律；生色團(tuán)、助色團(tuán)、紅移和藍(lán)移以及Lambert－Beer定律的原理和應(yīng)用。第6章

分子熒光41.

熒光產(chǎn)生的原理理解0.52.

熒光發(fā)射光譜和激發(fā)光譜掌握0.53.熒光和分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系掌握1.54.有機(jī)物和無機(jī)物的熒光掌握0.55.熒光光譜儀簡介了解0.56.熒光光譜應(yīng)用了解0.5重點(diǎn)與難點(diǎn)：熒光和分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系；熒光發(fā)射光譜和激發(fā)光譜；熒光探針。衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):要求學(xué)生掌握熒光和分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系；熒光發(fā)射光譜和激發(fā)光譜以及熒光探針的應(yīng)用。第7章

熱分析法101熱分析概述理解0.52熱重分析(TG)的概念及原理掌握0.53TG曲線及影響因素掌握24熱重分析的應(yīng)用掌握15差熱分析(DTA)的的概念及原理掌握0.56DTA曲線及影響因素掌握17差熱分析的應(yīng)用掌握18差示掃描量熱法(DSC)的概念及原理掌握0.59DSC曲線及影響因素掌握210差示掃描量熱法的應(yīng)用掌握1重點(diǎn)與難點(diǎn)：TG,DTA,DSC的物理意義及應(yīng)用；影響TG,DTA,DSC測定結(jié)果的因素。衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):要求學(xué)生掌握TG,DTA,DSC的物理意義及應(yīng)用以及影響TG,DTA,DSC測定結(jié)果的因素。第8章

掃描電鏡51電子顯微鏡原理理解0.52掃描電鏡（SEM）成像原理掌握0.53掃描電鏡的構(gòu)造掌握0.54

SEM工作原理及性能特點(diǎn)掌握15

SEM圖像分析及應(yīng)用掌握26

SEM樣品的制備掌握0.5重點(diǎn)與難點(diǎn)：電子束與固體樣品作用時(shí)產(chǎn)生的信號；掃描電鏡襯度像；掃描電鏡的主要性能與特點(diǎn)；掃描電鏡樣品制備方法衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):要求學(xué)生掌握電子束與固體樣品作用時(shí)產(chǎn)生的信號；掃描電鏡襯度像；掃描電鏡的主要性能與特點(diǎn)以及掃描電鏡樣品制備方法。第9章

透射電鏡61.透射電子顯微鏡結(jié)構(gòu)原理理解12透射電子顯微像掌握23

透射電鏡衍襯分析掌握14電子衍射分析掌握15透射電子顯微鏡樣品制備掌握1重點(diǎn)與難點(diǎn)：振幅襯度，相位襯度，衍射襯度，明場像（BF），暗場像（DF），電子衍射（ED）衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):要求學(xué)生掌握振幅襯度，相位襯度，衍射襯度，明場像（BF），暗場像（DF），電子衍射（ED）的基本概念和原理，以及透射電鏡的主要性能與特點(diǎn)以及樣品制備方法。第十章色譜分析法41色譜法引論理解0.52色譜圖及色譜基本參數(shù)掌握0.53色譜分析的基本原理掌握0.54氣相色譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)掌握15色譜分離操作條件的選擇掌握0.56高效液相色譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)掌握1重點(diǎn)與難點(diǎn)：色譜分離的原理；色譜定性原理、方法；色譜定量原理、方法衡量學(xué)習(xí)是否達(dá)到目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn):要求學(xué)生掌握色譜分離的原理；色譜定性原理、方法；以及色譜定量原理和方法。演示實(shí)驗(yàn)一．紅外光譜儀的使用（PE公司）（一）：壓片法測乙酰苯胺粉末的紅外光譜每組6-8人4二．紅外光譜儀的使用（PE公司）（二）：附件法測乙酰苯胺粉末的紅外光譜每組6-8人4三．紫外可見光譜儀（PE公司）的定性分析（一）：色素的波長監(jiān)控每組6-8人4四．紫外可見光譜儀（PE公司）的定量分析（一）：標(biāo)準(zhǔn)曲線法測未知色素的濃度4五．掃描電鏡的仿真實(shí)驗(yàn)（仿真與操作視頻相結(jié)合）每組1人4六氣相色譜仿真實(shí)驗(yàn)（仿真與操作視頻相結(jié)合）每組1人4七

熱重仿真實(shí)驗(yàn)（仿真與操作視頻相結(jié)合）每組1人4八X-射線粉末衍射仿真實(shí)驗(yàn)（仿真與操作視頻相結(jié)合）每組1人4

五、推薦教材和教學(xué)參考資源

推薦教材：1.王富恥.

材料現(xiàn)代分析測試方法.

北京：北京理工大學(xué)出版社，20062.

張銳主編.

現(xiàn)代材料分析方法.

化學(xué)工業(yè)出版社,2007參考書:1.

周玉，武高輝．材料分析測試技術(shù)——材料X射線衍射與電子顯微分析．哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，19982.

常鐵軍，祁欣．材料近代分析測試方法．哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，19993.曹春蛾，顧幸勇合編.

無機(jī)材料測試技術(shù).

武漢理工大學(xué)出版社.20014.陳培榕，鄧勃．現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)與技術(shù)．清華大學(xué)出版社，19995.杜希文.

材料分析方法.

天津：天津大學(xué)出版社，20066.郭德濟(jì)，孫洪飛，胡皆漢．光譜分析法．重慶：重慶大學(xué)出版社．19947.黃新民.

材料分析測試方法.

北京：國防工業(yè)出版社，20068.黃新民等編著.

材料研究方法.

哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.20089.黎兵編著.

現(xiàn)代材料分析技術(shù).

國防工業(yè)出版社.200810.李占雙，景曉燕主編.

近代分析測試技術(shù).

哈爾濱工程大學(xué)出版社,200511.馬如璋，徐祖雄．材料物理現(xiàn)代研究方法．北京：冶金工業(yè)出版社，199712.邱平善等主編