《材料现代测试方法》教学大纲

《材料现代测试方法》教学大纲

一、课程基本信息学

时：80(理论48，演示实验32)学

分：4考核方式：考试，平时成绩占总成绩的30%。中文简介：本课程是针对材料类专业本科生而开设的专业必修课。目的是使学生掌握材料主要分析技术方法的基本原理，了解较先进的材料分析方法和应用。培养学生的材料微观组织结构分析测试及研究的能力。通过学习使学生掌握X-射线衍射；红外、紫外可见、拉曼光谱、荧光光谱分析；热分析；质谱；色谱分析以及透射电镜、扫描电镜等电子显微技术的基础理论。掌握以上分析仪器等现代测试设备的基本结构及其在材料分析测试技术中的原理及试验方法。应用X-射线单晶衍射和X-射线粉末衍射方法进行晶体结构的测定、物相分析、宏观应力测定；掌握热重分析，差示扫描量热法对材料的热稳定性能，成分和热效应进行分析。应用质谱分析有机物的分子量，应用色谱对混合有机组分进行分离。掌握透射电镜的复型和薄膜制备技术及电子衍射的原理，应用电子衍射对材料进行微观组织结构的分析，应用扫描电镜和透射电镜对材料进行表面形貌和微观结构及成分进行分析。

二、

教学目的与要求通过本课程的学习，要求学生基本掌握有关晶体学知识、X射线基本性质和衍射理论，衍射实验技术，并初步掌握应用X射线衍射技术进行物相的定性和定量分析等；了解现代电子显微分析与表征功能、电子衍射相分析。初步掌握透射电子显微镜、扫描电子显微镜的原理、方法与应用；了解热分析的基本原理，掌握TG、DSC、DTA的工作原理、方法与应用。初步掌握红外、紫外、拉曼和荧光等光谱分析方法的原理及应用；通过学习该课程后，了解X射线衍射和电子显微分析及有机波谱分析等技术的应用领域，学会正确分析基本的波谱图、X射线衍射图谱和电子显微图像，从中获得准确的材料结构和形貌等信息。并了解X射线衍射技术、电子显微分析技术和热分析技术的最新进展，能够正确地运用现代分析技术开展材料的科学研究，解决材料工程领域相关问题。

三、教学方法与手段理论教学主要采用课堂讲授与问题式教学法、分组讨论、课堂讨论及三维动画演示等多种方法相结合，以促进学生对知识点的掌握。实验教学主要采用分组演示，录制操作视频及利用仿真实验等多方法结合，以克服现有仪器不足的情况下增强学生实际操作能力。

四、

教学内容及目标

教学内容教学目标学时分配第一章

绪论21.简述课程教学内容、课程特点、教学参考书目、教学及考核要求

理解

0.52.材料与人类发展的关系；材料结构与性能的关系；材料表征的基本方法掌握1.5

重点与难点:材料测试方法的概念与分类；材料表征的基本方法

衡量学习是否达到目标的标准:要求学生掌握材料表征的基本方法。第二章X射线衍射分析51.

X射线衍射原理概述理解22.X射线单晶衍射应用理解13.

X射线粉末衍射原理掌握14.

X射线粉末衍射应用掌握1

重点与难点:

XRD

衍射原理；Scherrer

公式及应用范围；

XRD粉末，薄膜和特殊样品的样品制备方法。

衡量学习是否达到目标的标准:要求学生掌握XRD

衍射原理；Scherrer

公式及应用范围；以及

XRD粉末，薄膜和特殊样品的样品制备方法。第三章

红外吸收光谱51.

红外光谱的基本原理掌握12.

红外光谱与分子结构掌握13.

红外光谱图的解析方法掌握24.

红外光谱仪及制样技术掌握0.55.

红外光谱在材料研究领域的应用掌握0.5重点与难点:

分子的振动自由度；红外活性振动的条件；常见基团的红外吸收带；官能团区；指纹区；计算不饱和度；固体样品的制样方法。衡量学习是否达到目标的标准:要求学生掌握分子的振动自由度；红外活性振动的条件；常见基团的红外吸收带；官能团区；指纹区；计算不饱和度以及固体样品的制样方法。第四章激光拉曼光谱法31.拉曼效应与拉曼光谱理解0.52.拉曼光谱与分子极化率的关系掌握0.53.拉曼光谱图及应用掌握14.拉曼光谱与红外光谱分析方法比较掌握0.55.拉曼光谱仪介绍了解0.5重点与难点：瑞利散射与拉曼散射；拉曼活性振动；红外与拉曼法则

；拉曼光谱的优点和特点衡量学习是否达到目标的标准:要求学生掌握瑞利散射与拉曼散射的基本概念；产生拉曼活性振动的条件；红外与拉曼法则

以及拉曼光谱的优点和特点。第五章紫外可见吸收41.有机物的吸收光谱与电子跃迁掌握12.影响紫外、可见吸收光谱的因素掌握13.紫外-可见分光光度计的基本结构了解14.紫外-可见吸收光谱法的应用掌握1重点与难点：电子跃迁；生色团；助色团；红移和蓝移；Lambert－Beer定律衡量学习是否达到目标的标准:要求学生掌握电子跃迁的规律；生色团、助色团、红移和蓝移以及Lambert－Beer定律的原理和应用。第6章

分子荧光41.

荧光产生的原理理解0.52.

荧光发射光谱和激发光谱掌握0.53.荧光和分子结构的关系掌握1.54.有机物和无机物的荧光掌握0.55.荧光光谱仪简介了解0.56.荧光光谱应用了解0.5重点与难点：荧光和分子结构的关系；荧光发射光谱和激发光谱；荧光探针。衡量学习是否达到目标的标准:要求学生掌握荧光和分子结构的关系；荧光发射光谱和激发光谱以及荧光探针的应用。第7章

热分析法101热分析概述理解0.52热重分析(TG)的概念及原理掌握0.53TG曲线及影响因素掌握24热重分析的应用掌握15差热分析(DTA)的的概念及原理掌握0.56DTA曲线及影响因素掌握17差热分析的应用掌握18差示扫描量热法(DSC)的概念及原理掌握0.59DSC曲线及影响因素掌握210差示扫描量热法的应用掌握1重点与难点：TG,DTA,DSC的物理意义及应用；影响TG,DTA,DSC测定结果的因素。衡量学习是否达到目标的标准:要求学生掌握TG,DTA,DSC的物理意义及应用以及影响TG,DTA,DSC测定结果的因素。第8章

扫描电镜51电子显微镜原理理解0.52扫描电镜（SEM）成像原理掌握0.53扫描电镜的构造掌握0.54

SEM工作原理及性能特点掌握15

SEM图像分析及应用掌握26

SEM样品的制备掌握0.5重点与难点：电子束与固体样品作用时产生的信号；扫描电镜衬度像；扫描电镜的主要性能与特点；扫描电镜样品制备方法衡量学习是否达到目标的标准:要求学生掌握电子束与固体样品作用时产生的信号；扫描电镜衬度像；扫描电镜的主要性能与特点以及扫描电镜样品制备方法。第9章

透射电镜61.透射电子显微镜结构原理理解12透射电子显微像掌握23

透射电镜衍衬分析掌握14电子衍射分析掌握15透射电子显微镜样品制备掌握1重点与难点：振幅衬度，相位衬度，衍射衬度，明场像（BF），暗场像（DF），电子衍射（ED）衡量学习是否达到目标的标准:要求学生掌握振幅衬度，相位衬度，衍射衬度，明场像（BF），暗场像（DF），电子衍射（ED）的基本概念和原理，以及透射电镜的主要性能与特点以及样品制备方法。第十章色谱分析法41色谱法引论理解0.52色谱图及色谱基本参数掌握0.53色谱分析的基本原理掌握0.54气相色谱实验技术掌握15色谱分离操作条件的选择掌握0.56高效液相色谱实验技术掌握1重点与难点：色谱分离的原理；色谱定性原理、方法；色谱定量原理、方法衡量学习是否达到目标的标准:要求学生掌握色谱分离的原理；色谱定性原理、方法；以及色谱定量原理和方法。演示实验一．红外光谱仪的使用（PE公司）（一）：压片法测乙酰苯胺粉末的红外光谱每组6-8人4二．红外光谱仪的使用（PE公司）（二）：附件法测乙酰苯胺粉末的红外光谱每组6-8人4三．紫外可见光谱仪（PE公司）的定性分析（一）：色素的波长监控每组6-8人4四．紫外可见光谱仪（PE公司）的定量分析（一）：标准曲线法测未知色素的浓度4五．扫描电镜的仿真实验（仿真与操作视频相结合）每组1人4六气相色谱仿真实验（仿真与操作视频相结合）每组1人4七

热重仿真实验（仿真与操作视频相结合）每组1人4八X-射线粉末衍射仿真实验（仿真与操作视频相结合）每组1人4

五、推荐教材和教学参考资源

推荐教材：1.王富耻.

材料现代分析测试方法.

北京：北京理工大学出版社，20062.

张锐主编.

现代材料分析方法.

化学工业出版社,2007参考书:1.

周玉，武高辉．材料分析测试技术——材料X射线衍射与电子显微分析．哈尔滨工业大学出版社，19982.

常铁军，祁欣．材料近代分析测试方法．哈尔滨工业大学出版社，19993.曹春蛾，顾幸勇合编.

无机材料测试技术.

武汉理工大学出版社.20014.陈培榕，邓勃．现代仪器分析实验与技术．清华大学出版社，19995.杜希文.

材料分析方法.

天津：天津大学出版社，20066.郭德济，孙洪飞，胡皆汉．光谱分析法．重庆：重庆大学出版社．19947.黄新民.

材料分析测试方法.

北京：国防工业出版社，20068.黄新民等编著.

材料研究方法.

哈尔滨工业大学出版社.20089.黎兵编著.

现代材料分析技术.

国防工业出版社.200810.李占双，景晓燕主编.

近代分析测试技术.

哈尔滨工程大学出版社,200511.马如璋，徐祖雄．材料物理现代研究方法．北京：冶金工业出版社，199712.邱平善等主编