《近代材料研究方法2 》课程教学大纲课程代码:050332025课程英文名称:Modern Materials Analysis Methods适用专业:高分子材料与工程课程总学时:48 讲课:40 实验:8 上机:0适用专业:高分子材料与工程大纲编写(修订)时间:2017.06一、大纲使用说明(一)课程的地位及教学目标近代材料研究方法是高等学校材料类各专业开设的一门培养学生掌握材料现代分析测试方法的专业基础选修课,主要讲授X射线衍射、电子显微分析、热分析、光谱分析和核磁共振的基本知识、基本理论和基本方法,在材料类专业培养计划中,它起到由基础理论课向专业课过渡的承上启下的作用。
本课程在教学内容方面除基本知识、基本理论和基本方法的教学外,着重培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。
通过本课程的学习,学生将达到以下要求:1. 掌握X射线衍射分析、透射电子显微分析、扫描电子显微分析、热分析、光谱分析和核磁共振的基本理论;2. 掌握材料组成、晶体结构、显微结构等的分析测试方法与技术;3. 具备根据材料的性质等信息确定分析手段的能力;4. 具备对检测结果进行标定、分析解释的初步能力。
(二)知识、能力及技能方面的基本要求1.基本知识:掌握晶体几何学、X射线衍射以及电子显微分析方面的一般知识,了解X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜的工作、热分析、光谱分析和核磁共振原理以及适用范围。
2.基本理论和方法:掌握晶体几何学理论知识(晶体点阵、晶面、晶向、晶面夹角、晶带);掌握特征X射线的产生机理以及X射线与物质的相互作用;掌握X射线衍射理论基础—布拉格定律;了解影响X射线衍射强度各个因子,掌握结构因子计算以及系统消光规律;掌握物相定性、定量分析原理及方法;掌握利用倒易点阵与厄瓦尔德图解法分析衍射现象;掌握电子衍射的基本理论以及单晶体电子衍射花样的标定方法;掌握表面形貌衬度和原子序数衬度的原理及应用;掌握能谱、波谱分析原理及方法;掌握原子光谱法、分子光谱法、电子能谱分析法、核磁共振、热分析法的基本原理和适用范围;了解相关仪器的主要部件和测试方法;了解质谱分析法和色谱分析法的基本原理和适用范围。
3.基本技能:具备根据材料的性质等信息正确选用分析手段的能力;具备对检测结果进行标定和分析解释的初步能力;具有利用本课程基本知识进行科学研究的初步能力。
能够独立进行X 射线衍射、扫描电镜、透射电镜、紫外-可见光光谱和热分析的样品制备与结果分析。
(三)实施说明1.教学方法:以基本理论——工作原理——应用及结果分析为主线,对课程中的重点、难点问题着重讲解。
由于本课程既具有理论性又具有实践性,因此在教学过程中要注意理论联系实际,通过实例锻炼学生分析解决问题的能力。
采用启发式教学,培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力;注意教授学生学会分析、解决问题的方法。
处理好重点与难点,将各种分析方法的实际应用纳入教学过程,使学生能够利用所学知识解决实际问题。
通过实例和作业,通过作业调动学生学习的主观能动性,强化学生运用知识的能力,培养自学能力。
2.教学手段:本课程属于专业基础课,在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段,以确保在有限的学时内,全面、高质量地完成课程教学任务。
(四)对先修课的要求本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。
本课程主要的先修课程有高等数学、大学物理、物理化学、高分子物理、高分子化学、。
本课程将为涂料与胶粘剂、工程塑料及其应用、功能高分子材料、高分子复合材料、材料工程质量控制以及毕业设计的学习打下良好基础。
(五)对习题课、实验环节的要求1.对重点、难点章节安排习题课,例题的选择以培养学生消化和巩固所学知识,用以解决实际问题为目的。
2.课后作业要少而精,内容要多样化,作业题内容必须包括基本概念、基本理论及计算方面的内容,作业要能起到巩固理论,掌握计算方法和技巧,提高分析问题、解决问题能力。
对作业中的重点、难点,课上应做必要的提示,并适当安排课内讲评作业。
学生必须独立、按时完成课外习题和作业,作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。
3.每个学生要完成大纲中规定的必修实验,通过实验环节,学生应掌握基本实验方法,获得实验结果分析的基本训练。
实验成绩作为评定课程成绩的一部分。
(六)课程考核方式1.考核方式:考查2.考核目标:在考核学生对掌握现代分析测试基本知识、基本原理和方法的基础上,重点考核学生的分析、解决实际问题,实验结果的分析解释方面的能力。
3.成绩构成:本课程的总成绩主要由三部分组成:平时成绩(包括作业情况、出勤情况等)占10%,实验成绩占30%,期末考试成绩占60%。
平时成绩由任课教师视具体情况按百分制给出;实验成绩由实验老师参照相关规定按百分制给出,实验无成绩或实验不及格,取消期末考试资格,总成绩直接以不及格计。
(七)参考书目1. 《材料分析测试技术》,周玉编,哈尔滨工业大学出版社社,19982. 《材料现代分析方法》,左演声编,北京工业大学出版出版社,20003. 《X射线金属学》,范雄编,机械工业出版社,19814. 《金属电子显微分析》,陈世朴编,机械工业出版社,1982二、中文摘要本课程是材料类专业学生必修的一门实践性很强的主干技术基础课程。
课程通过对材料微观组织结构分析方法及理论的讲授,使学生掌握材料各种分析检测方法方面的基本知识、基本原理和基本方法,使学生能够根据需要选择分析检测手段并能正确进行结果分析。
课程主要内容包括X射线衍射、透射电子显微分析、扫描电子显微分析、光谱分析、电子能谱分析以及热分析。
本课程将为后续课程的学习以及毕业论文工作奠定重要的基础。
三、课程学时分配表四、教学内容及基本要求第01部分 X射线的性质总学时(单位:学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0具体内容:1)了解X射线的本质;2)了解X射线的产生及X射线管;3)了解连续X射线谱;4)掌握特征X射线;5)掌握X射线与物质的相互作用。
重点:特征X射线难点:X射线与物质的相互作用习题:通过习题进一步掌握特征X射线、荧光X射线的产生条件以及短波限和滤片的作用。
第02部分 X射线衍射方向总学时(单位:学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0具体内容:1)掌握晶体学基础;2)了解劳埃方程式;3)掌握布拉格方程;4)了解衍射方法。
重点:晶体学基础;布拉格方程;难点:晶体学基础习题:晶面指数、晶向指数确定方法;晶带定理的应用;布拉格方程的应用。
第03部分 X射线衍射强度总学时(单位:学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0具体内容:1)掌握多晶衍射图像的形成;2)掌握结构因子;3)了解多晶体衍射的积分强度;重点:结构因子难点:多晶衍射积分强度公式习题:运用结构因子探讨系统消光规律、分析各因素对X射线衍射强度的影响。
第04部分 X射线物相分析总学时(单位:学时):4 讲课:2 实验:2 上机:0具体内容:1)物相定性分析;2)物相定量分析重点:定性分析难点:定量分析习题:标定X射线衍射谱,利用卡片及索引鉴定物相。
实验:1.实验名称:利用X射线衍射仪进行物相定性分析2.实验内容:(1)对衍射图谱进行标定(2)利用粉末衍射卡片进行物相鉴定第05部分透射电子显微镜总学时(单位:学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0具体内容:1)了解电子光学基础2)了解结构与成像原理;3)了解主要部件的结构与工作原理;4)了解分辨本领与放大倍数的测定重点:结构与成像原理难点:分辨本领与放大倍数的测定习题:透射电镜结构第06部分电子衍射总学时(单位:学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0具体内容:1)掌握倒易点阵;2)掌握爱瓦尔德图解法;3)掌握晶带定理与零层倒易截面;4)了解倒易点阵的扩展;5)掌握电子衍射原理6)掌握电子衍射基本公式;7)了解电镜中的电子衍射;8)掌握单晶电子衍射花样标定;重点:倒易点阵;爱瓦尔德图解法;电子衍射原理;单晶电子衍射花样标定。
难点:倒易点阵;电镜中的电子衍射;复杂电子衍射花样习题:面心立方、体心立方晶体的倒易点阵;电子衍射花样指数化;系统消光第07部分晶体薄膜衍衬成像分析总学时(单位:学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0具体内容:1)掌握样品制备;2)掌握成像原理;重点:样品制备;成像原理难点:成像原理习题:薄膜样品制备;衍衬成像原理;第08部分扫描电子显微镜总学时(单位:学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0具体内容:1)电子束与固体样品作用产生的物理信号;2)构造与工作原理、主要性能;3)表面形貌衬度原理及应用;4)原子序数衬度原理及应用重点:表面形貌衬度原理及应用;原子序数衬度原理及应用难点:表面形貌衬度原理及应用;原子序数衬度原理及应用习题:二次电子像和背散射电子像第09部分电子探针显微分析总学时(单位:学时):4 讲课:2 实验:2 上机:0具体内容:1)结构与工作原理;2)分析方法及应用重点:分析方法及应用难点:分析方法及应用习题:电子探针在显微成分分析中的应用实验:1.实验名称:扫描电镜、电子探针仪的结构和用途2.实验内容:(1)了解扫描电镜和能谱仪的结构(2)通过实际分析,明确扫描电镜和能谱仪的用途第10部分光谱分析总学时10学时讲课 8学时实验2学时上机0学时具体内容:光谱分析基本原理;原子光谱和分子光谱常见分析仪器的结构、分析方法及应用重点:分子光谱分析方法及应用难点:分子光谱分析方法的应用习题内容:分子光谱分析法在材料领域的应用实验上机:1.实验名称:紫外可见光光谱分析仪的结构和用途2.实验内容:(1)了解紫外可见光光谱分析仪的结构(2)通过实际分析,明确紫外可见光光谱分析仪的用途第11部分电子能谱分析总学时2学时讲课 2学时实验0学时上机0学时具体内容:电子能谱分析基本原理;电子能谱常见分析仪器的结构、分析方法及应用重点:X射线光电子能谱分析方法及应用难点:电子能谱分析方法的应用习题内容:电子能谱分析法在材料领域的应用第12部分热分析总学时4学时讲课 2学时实验2学时上机0学时具体内容:热分析基本原理;热分析常见分析仪器的结构、分析方法及应用.重点:热分析方法的应用习题内容:热分析法在材料领域的应用实验上机:1.实验名称:差热与热重分析综合性实验2.实验内容:(1)了解差热和热重分析仪的结构(2)通过实际分析,明确差热和热重分析仪的用途第13部分其它分析方法总学时8学时讲课 8学时实验0学时上机0学时具体内容:质谱分析法、色谱分析法和核磁法等其他分析方法基本原理及应用重点:质谱分析法、色谱分析法和核磁法的应用难点:质谱分析法、色谱分析法和核磁法的应用习题内容:质谱分析法、色谱分析法和核磁法在材料领域的应用。