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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
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