《无机材料测试技术 (1)》课程教学大纲

《无机材料测试技术》课程教学大纲课程代码：ABCL0204课程中文名称:无机材料测试技术课程英文名称：TestingTechnologyforInorganicMaterials课程性质：必修课程学分数：2.5课程学时数：40学时，其中实验学时16授课对象：无机非金属材料工程专业本课程的前导课程：硅酸盐岩相学、材料科学基础等一、课程简介本课程是无机非金属材料专业核心专业基础课，它将研究材料组成与性能之间关系的材料学与研究工艺过程中理论问题及其对材料性能影响规律的工艺学紧密联系在一起，是解决本专业核心问题（组成——结构——性能）的关键所在。二、教学基本内容和要求2.1教学要求（一）知识目标无机材料测试技术是为材料专业学生提供的材料表征知识、能力与素质方面的教育，旨在使学生掌握无机材料测试仪器设备和分析方法的基础知识，具备选择合理的测试方法表征材料、分析材料组成、结构与性能之间关系的能力；了解无机材料测试仪器设备的基本结构与工作原理；掌握并能熟练应用各种测试方法分析、表征材料的组成与结构。教学内容的基本要求分为掌握、理解、了解三个等级，这三类的要求分别是：（1）掌握：要求学生对这些内容透彻理解、牢固掌握并能熟练应用。（2）理解：要求学生对这些内容理解并能应用，要求会用它们分析和解决有关问题。（3）了解：只要求对这些内容有所了解，一般不要求应用。（二）能力目标无机材料测试技术的教学，应注意培养学生以下能力：（1）独立获取知识的能力——通过无机材料测试技术课程的学习，学生具备宽厚的基础知识，逐步掌握科学的学习方法，养成独立自学获得更深层次的测试方法与技术的能力，即能够正确选择测试方法来解决本专业领域中问题的能力；同时不断地扩展知识面，更新知识结构。（2）分析问题和解决问题的能力——熟悉各种测试仪器的结构和测试方法的原理，掌握正确选择测试技术的方法和技能，根据问题的特征、性质以及实际情况，运用所学测试技术的基本原理对结果进行分析、研究，达到培养学生在本专业与相关领域中的测试技术应用能力，了解材料组成-结构-性能之间的关系。（3）创新意识和能力——通过学习，学生具备深层次发展的初步基础和通过继续学习掌握材料测试分析新方法、新技术的自学能力。利用所掌握的最新的测试仪器、技术和方法进行分析比较，不断思考问题、发现问题，在不同专业领域、不同学科上有所创新和发展。（三）素质目标无机材料测试技术课程教学，应注重培养学生一下素质：（1）通过课程教学，为无机非金属材料专业的人才培养打下扎实的材料研究方法基础理论知识，培养学生严谨求实的科学态度和刻苦钻研的精神，具有良好的社会责任感和职业道德。（2）通过学习材料结构与性能表征方法的基本原理和有关测试仪器的结构原理及其应用等，引导学生树立科学的世界观，激发学生的求知热情、探索精神。（3）面向应用，重视实践，通过测试技术实验、综合设计性实验环节，启发自主式学习，培养学生独立完成项目的能力，树立团队合作精神。（3）面向应用，重视实践：通过计算机实验、实践环节（课程），启发自主式学习，培养学生独立完成项目的能力，树立团队合作精神。2.2教学内容（一）课程提纲1.X射线衍射分析：基本概念（X射线的产生；X射线谱；X射线衍射；产生衍射的几何条件）；X射线分析的主要仪器与设备（德拜照相法；X射线衍射仪法）；X射线衍射线的指标化；X射线衍射物相分析及其在无机材料中的应用：定性分析；定量分析2.电子显微镜：电子光学基础知识；透射电镜基础知识：相关的基本概念，透射电镜的基本结构、样品制备方法与要求、工作原理和应用；扫描电子显微镜基础知识：相关基本概念，扫描电镜的基本结构、样品制备方法与要求、工作原理和应用以及电子探针显微分析基础知识：相关基本概念，电子探针的基本结构、样品制备方法与要求、工作原理和应用。3.热分析：相关基本概念以及四大热分析方法：差热分析、热重分析、热膨胀分析、差示扫描量热法。4.其它分析方法：振动光谱（红外光谱、紫外-可见光谱）；X射线荧光光谱（二）课程的知识体系知识领域1：X射线衍射分析（共18学时，其中理论授课12学时，实验6学时）知识单元1.1：X射线物理学基础（2学时）知识单元1.2：X射线衍射的几何条件（2学时）知识单元1.3：X射线衍射线束的强度（2学时）知识单元1.4：主要仪器和方法（6学时，其中实验4学时）知识单元1.5：X射线衍射线的指标化及晶胞参数的精确测定（1学时）知识单元1.6：X射线衍射物相分析（4学时，其中实验2学时）知识单元1.7：X射线衍射分析在无机材料中的应用（1学时）知识领域2：电子显微镜分析（共14学时，其中理论授课8学时，实验6学时）知识单元2.1：电子光学基础（1学时）知识单元2.2：透射电子显微镜（2学时）知识单元2.3：扫描电子显微镜（2学时）知识单元2.4：电子探针显微分析（2学时）知识单元2.5：电子显微分析在无机材料中的应用（1学时）知识领域3：热分析（共8学时，其中理论授课4学时，实验4学时）知识单元3.1：绪论（1/2学时）知识单元3.2：差热分析（1学时）知识单元3.3：热重分析（3学时，其中实验2学时）知识单元3.4：热膨胀分析（1/2学时）知识单元3.5：其他热分析方法（5/2学时，其中实验2学时）知识单元3.6：热分析在无机材料中的应用（1/2学时）知识领域4：其它分析方法（2学时）（三）课程涵盖的知识单元序号知识领域核心知识单元（参考学时）选修知识单元（参考学时）1X射线衍射分析1.1（1）、1.2（2）、1.3（2）、1.4（2）、1.5（1）、1.6（2）、1.7（1），另实验6学时2电子显微分析2.1（1）、2.2（2）、2.3（2）、2.4（2）、2.5（1），另实验6学时3热分析3.1（1/2）、3.2（1）、3.3（1）、3.4（1/2）、3.5（1/2）、3.6（1/2），另实验4学时4其他分析方法4（2）（四）知识单元的描述知识领域1：X射线衍射分析（共18学时，其中理论授课12学时，实验6学时）知识单元1.1、X射线物理学基础参考学时：1学时知识点：X射线的发生及其性质：X射线产生的条件，X射线的性质、特点；X射线谱：连续X射线谱与特征X射线谱的定义、产生的机理；短波极限；莫塞莱定律X射线与物质的相互作用：散射（相干散射与非相干散射）、吸收（光电效应与俄歇效应）、透过；吸收限；学习目标：通过对X射线物理学基础知识单元的学习，学生能够达到以下目标：1．了解X射线的产生原因及其性质特点；2．理解X射线谱的组成：连续X射线谱与特征X射线谱的概念、特点和产生的机理；3．掌握X射线与物质的三种相互作用，理解相干散射是X射线衍射分析的基础。知识单元1.2：X射线衍射的几何条件参考学时：2学时知识点：倒易点阵：倒易点阵的定义和特点；劳埃方程；布拉格方程学习目标：通过对X射线衍射几何知识单元的学习，学生能够达到以下目标：1.了解倒易点阵的定义与特点；2．理解劳埃方程；3．掌握布拉格方程及其物理意义和应用。知识单元1.3：X射线衍射线束的强度（2学时）参考学时：2学时知识点：衍射线的绝对强度和相对强度；粉末多晶的衍射强度；影响衍射强度的因素：多重性因子；结构因子F；角因子；温度因子；吸收因子学习目标：通过对X射线衍射线束的强度知识单元的学习，学生能够达到以下目标：1.了解粉末多晶衍射强度的表达式；2.理解绝对强度和相对强度的基本概念和区别；3.掌握影响衍射强度的因素，尤其是通过结构因子计算不同布拉维格子的消光规律。知识单元1.4：主要仪器和方法参考学时：2学时知识点：粉晶德拜照相法；粉晶衍射仪法：衍射仪的构造及工作原理；样品制备；扫描方式及其衍射强度曲线；实验参数的选择；衍射曲线上数据的测量；衍射线的强度；衍射仪法与照相法的比较学习目标：通过对X射线衍射主要仪器和方法知识单元的学习，学生能够达到以下目标：1.了解德拜照相法的基本原理，相机的结构以及底片的安装方式；2.理解德拜照相法中Kα与Kβ线及Kα1与Kα2的鉴别方法；3.掌握衍射仪的基本构造与工作原理，掌握衍射仪样品制备的要求，衍射曲线上数据的测量方法和衍射线强度的意义。知识单元1.5：X射线衍射线的指标化及晶胞参数的精确测定（1学时）参考学时：1学时知识点：衍射线的指标化：解析法、图解法、倒易点阵法；晶胞参数的精确测定学习目标：通过对X射线衍射线的指标化及晶胞参数的精确测定知识单元的学习，学生能够达到以下目标：了解衍射线指标化的意义以及指标化方法。知识单元1.6：X射线衍射物相分析（2学时）参考学时：2学时知识点：物相定性分析：JCPDS卡片、粉末衍射卡片集索引、定性相鉴定、鉴定过程中应注意的问题；物相定量分析：定量分析基本公式、直接对比法、内标准法、基体清洗法、任意内标法、绝热法学习目标：通过对X射线衍射物相分析知识单元的学习，学生能够达到以下目标：1.了解X射线物相分析的定义，了解物相定性分析索引的种类；2.理解定性、定量分析的依据；3.掌握定性分析过程的一般步骤，定性分析应注意的问题以及基体清洗法和绝热法两种定量分析的计算和应用。知识单元1.7：X射线衍射分析在无机材料中的应用（1学时）参考学时：1学时知识点：X射线衍射分析对晶相组成的鉴定；X射线衍射分析与相图的相互结合学习目标：通过对X射线衍射分析在无机材料中的应用知识单元的学习，学生能达到以下目标：掌握XRD分析在无机材料中的应用以及对XRD测试结果的分析方法知识领域2：电子显微镜分析（共14学时，其中理论授课8学时，实验6学时）知识单元2.1：电子光学基础（1学时）参考学时：1学时知识点：电子的波性及波长；静电透镜；磁透镜；电磁透镜的像差；电磁透镜分辨率；电磁透镜的景深和焦深学习目标：通过对电子光学基础知识单元的学习，学生能够达到以下目标：1.了解电子波的特点；2.理解静电透镜与磁透镜的工作原理，以及电磁透镜各种像缺陷的产生及解决办法；3.掌握景深和焦深两个基本概念。知识单元2.2：透射电子显微镜（2学时）参考学时：2学时知识点：仪器结构；电子图像形成原理；透射电镜样品的制备；电子衍射及结构分析学习目标：通过对透射电子显微镜知识单元的学习，学生能够达到以下目标：1.了解透射电镜的基本结构与透射电镜样品的制备方法；2.理解电子衍射的形成及与结构分析的关系；3.掌握透射电镜电子图像的种类及其形成的原理。知识单元2.3：扫描电子显微镜（2学时）参考学时：2学时知识点：电子与固体样品相互作用；工作原理、构造和性能；样品制备；扫描像衬度学习目标：通过对扫描电子显微镜知识单元的学习，学生能够达到以下目标：1.了解扫描电镜的基本结构与工作原理、及样品的制备方法及要求；2.理解扫描电镜成像的基本原理：二次电子像（形貌衬度像）、背散射电子像（原子序数衬度像）；3.掌握对扫描电镜测试结果的分析方法。知识单元2.4：电子探针显微分析（2学时）参考学时：2学时知识点：仪器基本结构与工作原理、特点；波谱仪与能谱仪；样品制备要求；工作方式学习目标：通过对电子探针显微分析知识单元的学习，学生能够达到以下目标：1.了解EPMA仪器的结构与工作原理；2.理解波谱仪与能谱仪的工作原理；3.掌握EPMA样品制备的要求，以及与SEM相比两者的异同。知识单元2.5：电子显微分析在无机材料中的应用（1学时）参考学时：1学时知识点：形貌观察与颗粒分析；表面及断面分析；晶界及相界分析及在其他方面的分析应用。学习目标：通过对电子显微分析在无机材料中的应用知识单元的学习，学生能够达到以下目标：掌握各种电子显微分析方法的具体应用和对结果的分析过程。知识领域3：热分析（共8学时，其中理论授课4学时，实验4学时）知识单元3.1：绪论（1/2学时）参考学时：1/2学时知识点：热分析简史；热分析定义；热分析应用范围及特点。学习目标：通过对热分析绪论知识单元的学习，学生能够达到以下目标：1.了解热分析的发展过程；2.理解热分析的定义；3.掌握四种常用热分析方法。知识单元3.2：差热分析（1学时）参考学时：1学时知识点：差热分析基本原理及DTA仪结构；DTA曲线与理论分析；差热分析的定性和定量鉴定：定性分析、定量鉴定学习目标：通过对差热分析知识单元的学习，学生能够达到以下目标：1.了解DTA仪器的基本结构，了解DTA定量分析的方法；2.理解DTA的基本原理以及DTA曲线的基本组成；3.掌握DTA定性分析的方法以及几种典型矿物的DTA曲线。知识单元3.3：热重分析（1学时）参考学时：1学时知识点：TG仪结构原理和TG曲线；影响TG曲线的主要因素；TG的应用学习目标：通过对热重分析知识单元的学习，学生能够达到以下目标：1.了解TG仪的结构和TG曲线；2.理解TG仪的工作原理以及TG曲线的影响因素；3.掌握TG的应用分析。知识单元3.4：热膨胀分析（1/2学时）参考学时：1/2学时知识点：热膨胀仪的结构、工作原理；热膨胀系数的计算学习目标：通过对热膨胀分析知识单元的学习，学生能够达到以下目标：1.了解热膨胀的工作原理与测试方法；2.掌握热膨胀分析方法的应用。知识单元3.5：其他热分析方法（1/2学时）参考学时：1/2学时知识点：差示扫描量热法学习目标：通过对其他热分析方法知识单元的学习，学生能够达到以下目标：1.了解差示扫描量热法的定义；2.掌握差示扫描量热法与DTA的异同。知识单元3.6：热分析在无机材料中的应用（1/2学时）参考学时：1/2学时知识点：矿物原料的分析；人工合成的研究；添加剂作用效果的研究；物质转变过程的研究学习目标：通过对热分析在无机材料中的应用知识单元的学习，学生能够达到以下目标：掌握物质在受热过程中发生的热效应类型和形式。三、教学方法与手段无机材料测试技术课程的教学坚持以“学生为中心”的原则，遵循学生的认知规律，激发学习兴趣，以“案例”教学来驱动、启发学生自主学习；从事无机材料测试技术教学的教师要将信息技术整合于教学过程，充分利用网络教学环境所提供的各种功能，做到信息可见、过程可控、资源可复用，使课程教学更加适应21世纪人才培养的需要；同时注重理论联系实际，面向实际应用，不断研究和改革教学方法和手段。当然，教学方法与手段要服从于教学内容，要着眼于人才培养。对不同类型的课程，对同一课程中不同教学内容，应该设计不同的教学模式与教学方法。考虑到测试技术课程的实践性环节十分重要，因此要注重加强实践教学和能力培养。四、教学学时分配时学容内学教方式教学环时学容内学教方式