13103105-材料现代分析方法

材料现代分析方法课程教学大纲 一、课程基本信息 课程编号：13103105 课程类别：专业核心课程 适应专业：材料物理 总学时：54 学时 总学分: 3 课程简介： 本课程介绍材料微观形貌、结构及成分的分析与表面分析技术主要方法及基本技术， 简单介绍光谱分析方法。包括晶体 X 射线衍射、电子显微分析、X 射线光电子谱仪、原子 光谱、分子光谱等分析方法及基本技术。 授课教材：材料分析测试方法 ，黄新民 解挺编，国防工业出版社，2005 年。 参考书目： 1现代物理测试技术 ，梁志德、王福编，冶金工业出版社， 2003 年。 2X 射线衍射分析原理与应用 ，刘粤惠、刘平安编，化学工业出版社，2003 年。 3X 射线衍射技术及设备 ，丘利、胡玉和编，冶金工业出版社，2001 年。 4材料现代分析方法 ，左演声、陈文哲、梁伟编，北京工业大学出版社， 2001 年。 5材料分析测试技术 ，周玉、武高辉编，哈尔滨工业大学出版社， 2000 年。 6材料结构表征及应用 ，吴刚编，化学工业出版社， 2001 年。 7材料结构分析基础 ，余鲲编，科学出版社，2001 年。 二、课程教育目标 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。 三、教学内容与要求 第一章 X 射线的物理基础 教学重点：X 射线的产生及其与物质作用原理 教学难点：X 射线的吸收和衰减、激发限 教学时数：2 学时 教学内容：X 射线的性质，X 射线的产生，X 射线谱，X 射线与物质的相互作用，X 射 线的衰减规律，吸收限的应用 教学方式：课堂讲授 教学要求： （1） 了解 X 射线的性质和产生机制，了解 X 射线管的结构。 （2） 深刻认识 X 射线谱的两种不同的波谱，即连续 X 射线谱和特征 X 射线谱。 （3） 深刻理解 X 射线与物质的相互作用过程，掌握 X 射线的散射、吸收过程。 （4） 掌握 X 射线的衰减规律。 （5） 了解吸收限的应用。 第二章 X 射线衍射原理 教学重点：布拉格方程、衍射矢量方程及劳埃方程的推导 教学难点：产生 X 射线衍射的充要条件和多晶衍射积分强度的计算 教学时数：3 学时 教学内容：倒易点阵，X 射线衍射方向， X 射线衍射强度 教学方式：课堂讲授 教学要求： （1） 了解倒易点阵的构建和倒易矢量。 （2） 掌握布拉格方程、衍射矢量方程、厄瓦尔德图解、X 射线衍射强度。 （3） 了解倒易球、等同晶面、多重性因子、半高宽、厄瓦尔德图解等基本概念。 （4） 掌握产生衍射的充要条件和多晶衍射积分强度的计算。 （5） 掌握影响衍射强度影响的五大因素。 第三章 多晶体 X 射线衍射分析方法 教学重点：X 射线衍射仪的构成、工作原理及测量方法 教学难点：德拜法 教学时数：4 学时 教学内容：德拜照相法，X 射线衍射仪法 教学方式：课堂讲授 教学要求： （1） 了解德拜相机德基本结构。 （2） 了解德拜法试样德制备和实验参数选择。 （3） 熟练掌握德拜相的指数标定。 （4） 了解 X 射线衍射仪法的仪器结构，了解测角仪的结构。 （5） 掌握 X 射线衍射仪的构成、工作原理及测量方法。 第四章 X 射线衍射方法的应用 教学重点：物相分析基本原理 教学难点：宏观应力测定 教学时数：4 学时 教学内容：点阵常数的精确测定，X 射线物相分析，宏观应力测定 教学方式：课堂讲授 教学要求： （1） 掌握点阵常数的测定方法，了解误差来源及其消除方法。 （2） 掌握 X 射线物相分析的方法和步骤，熟练掌握物相定性分析方法。 （3） 了解 X 射线残余应力测定原理、单轴应力测定原理、平面应力测定原理。 （4） 掌握 X 射线在应力测量中的具体应用。 第五章 透射电子显微镜结构 教学重点：电磁透镜的景深与焦长，透射电子显微镜的结构 教学难点：电磁透镜的像差及其对分辨率的影响 教学时数：6 学时 教学内容：光学显微镜的分辨率，电子波波长，电磁透镜，电磁透镜的像差及其对分辨 率的影响，电磁透镜的景深与焦长，透射电子显微镜的结构，透射电镜的主 要部件，透射电镜的功能及发展 教学方式：课堂讲授 教学要求： （1） 了解光学显微镜的分辨率，认识光学显微镜分辨率的局限性。 （2） 了解电子波波长，了解电磁透镜。 （3） 掌握球差、色差、像散、景深、焦长的基本概念。 （4） 掌握电磁透镜的像差及其对分辨率的影响。 （5） 掌握透射电子显微镜的结构，能熟练绘出 5 级成像系统光路图。 （6） 了解透射电镜的主要部件及其功能。 （7） 了解透射电镜的功能及发展。 第六章 电子衍射 教学重点：电子衍射原理，单晶电子衍射花样的标定 教学难点：单晶电子衍射花样的标定，复杂电子衍射花样 教学时数：6 学时 教学内容：电子衍射原理，单晶电子衍射花样的标定，多晶电子衍射图的标定，复杂电 子衍射花样 教学方式：课堂讲授 教学要求： （1） 掌握布喇格定律和电子衍射基本公式。 （2） 熟练掌握单晶电子衍射花样的标定方法，学会查表标定法、d 值比较法、标准 花样对照法在具体实例中的应用。 （3） 了解多晶电子衍射图的标定。 （4） 对复杂电子衍射花样，只做一般介绍。 第七章 电子显微图像 教学重点：质厚衬度原理，衍衬衬度，相位衬度 教学难点：衍衬衬度，相位衬度 教学时数：6 学时 教学内容：质厚衬度原理，衍衬衬度，相位衬度，透射电子显微镜样品制备 教学方式：课堂讲授 教学要求： （1） 掌握质厚衬度原理。 （2） 掌握衍衬运动学理论和衍衬图像的基本特征。 （3） 掌握相位衬度基本原理，了解高分辨电子显微镜的结构特征。 （4） 了解透射电子显微镜样品制备方法。 第八章 扫描电子显微镜与电子探针显微分析 教学重点：电子显微镜的工作原理，电子探针 X 射线显微分析，表面形貌衬度原理及其 应用 教学难点：表面形貌衬度原理及其应用 教学时数：7 学时 教学内容：电子束与固体样品相互作用时产生的物理信号，扫描电子显微镜的结构和工 作原理，表面形貌衬度原理及其应用，原子序数衬度原理及其应用，电子探 针 X 射线显微分析，扫描电子显微镜的发展 教学方式：课堂讲授 教学要求： （1） 了解电子束与固体样品相互作用时产生的背散射电子、二次电子、吸收电子、 透射电子、特征 X 射线、俄歇电子等物理信号。 （2） 了解扫描电子显微镜的结构，掌握其工作原理。 （3） 掌握表面形貌衬度原理及其应用，了解原子序数衬度原理及其应用。 （4） 掌握电子探针 X 射线显微分析，特别是能谱仪的结构和工作原理。 （5） 了解扫描电子显微镜的发展。 第九章 光谱分析简介 教学重点：光谱分析基本原理，紫外、可见光吸收光谱 教学难点：光谱分析基本原理 教学时数：6 学时 教学内容：光谱分析基本原理，原子光谱，分子光谱 教学方式：课堂讲授 教学要求： （1） 要求学生充分理解光谱分析基本原理。 （2） 了解分子光谱分析的基本原理。 （3） 初步了解原子发射光谱、吸收光谱、原子荧光光谱的原理与应用。 （4） 了解分子光谱分析原理。 （5） 掌握紫外、可见光吸收光谱的原理与应用。 （6） 了解红外吸收光谱和分子荧光光谱的原理与应用。 第十章 其他显微分析方法简介 教学重点：扫描探针显微镜，软 X 射线显微术 教学难点：扫描隧道电子显微镜和原子力显微镜的原理及应用 教学时数：4 学时 教学内容：扫描隧道电子显微镜和原子力显微镜 教学方式：课堂讲授 教学要求： （1） 掌握扫描隧道电子显微镜和原子力显微镜的工作原理。 （2） 了解扫描隧道电子显微镜和原子力显微镜的特点与应用。 （3） 了解软 X 射线显微术基本概念及软 X 射线全息显微成像技术简介 第十一章 电子能谱分析方法简介 教学重点：X 射线光电子能谱 教学难点：X 射线光电子能谱的分析与应用 教学时数：6 学时 教学内容：俄歇电子能谱法，X 射线光电子能谱和紫外光电子能谱 教学方式：课堂讲授 教学要求： （1） 了解俄歇电子能谱的基本原理、俄歇电子能谱仪及应用。 （2） 了解紫外光电子能谱的原理 （3） 了解 X 射线光电子能谱仪的结构，掌握