《環(huán)境材料測(cè)試技術(shù)》課程教學(xué)大綱

《環(huán)境材料測(cè)試技術(shù)》教學(xué)大綱課程代碼：ABCL0822課程中文名稱:環(huán)境材料測(cè)試技術(shù)課程英文名稱：EnvironmentalMaterialTestingTechnology課程性質(zhì)：選修課程學(xué)分?jǐn)?shù)：2.5課程學(xué)時(shí)數(shù)：40學(xué)時(shí)授課對(duì)象：環(huán)境工程本課程的前導(dǎo)課程：物理化學(xué)、環(huán)境功能材料一、課程簡(jiǎn)介本課程屬于環(huán)境工程學(xué)科（專業(yè)）專業(yè)方向選修課，立足于一般工科院校環(huán)境工程專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，使學(xué)生掌握環(huán)境材料的基本概念和基本分析研究方法。其任務(wù)是：通過本課程的學(xué)習(xí)，初步認(rèn)識(shí)材料及物質(zhì)的再生利用以及與生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)的材料與工程，掌握環(huán)境工程材料結(jié)構(gòu)與性能表征方法和有關(guān)測(cè)試儀器的應(yīng)用原理，為從事環(huán)境材料的研究和開發(fā)工作奠定必要的理論基礎(chǔ)。二、教學(xué)基本內(nèi)容和要求本課程共分為五大部分第一部分環(huán)境材料概論教學(xué)重點(diǎn)：環(huán)境材料的基本概念，環(huán)境工程材料以及關(guān)鍵技術(shù)教學(xué)難點(diǎn)：功能化、智能化的環(huán)境材料的制備，從生態(tài)環(huán)境角度，如何實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境治理材料的發(fā)展與我國(guó)環(huán)境條件的改善。課程教學(xué)要求與內(nèi)容：主要闡明環(huán)境材料學(xué)在環(huán)境科學(xué)中和解決環(huán)境問題上的地位和作用，它的研究?jī)?nèi)容、特點(diǎn)和發(fā)展動(dòng)向。包括材料對(duì)環(huán)境的影響因素、材料環(huán)境影響評(píng)價(jià)、材料生態(tài)設(shè)計(jì)、材料環(huán)境友好加工及制備、環(huán)境降解材料等等。總之，通過學(xué)習(xí)和了解環(huán)境材料理論，提高資源效率，減少環(huán)境污染。明確學(xué)習(xí)環(huán)境材料及測(cè)試課程目的。1．生態(tài)環(huán)境材料與生態(tài)環(huán)境生態(tài)環(huán)境材料的內(nèi)涵與定義，材料中主要元素的環(huán)境和資源特征2．材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)LCA方法的起源與發(fā)展；LCA的概念和方法學(xué)框架；LCA目的與范圍的確定；生命周期清單分析；生命周期影響評(píng)價(jià)；生命周期解釋。3．材料和產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)生態(tài)設(shè)計(jì)概念；環(huán)境材料的生態(tài)設(shè)計(jì)，生態(tài)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原則與方法。4．無機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境材料無機(jī)非金屬類材料環(huán)境負(fù)荷與生態(tài)化改造的基本原則和對(duì)策；環(huán)境協(xié)調(diào)制造技術(shù)；長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)；再生循環(huán)利用技術(shù)；生態(tài)化新型無機(jī)非金屬新材料。5．環(huán)境治理功能材料與技術(shù)大氣污染治理材料與技術(shù)；水體污染治理材料與技術(shù)；固體廢物治理與資源化技術(shù)；重金屬污染治理材料與技術(shù)；噪聲污染控制材料與技術(shù)；電磁波防護(hù)材料。第二部分X—射線衍射技術(shù)教學(xué)重點(diǎn)：X—射線通過結(jié)晶物質(zhì)時(shí)都會(huì)發(fā)生衍射效應(yīng)，而任何晶體結(jié)構(gòu)都會(huì)產(chǎn)生衍射；另外產(chǎn)生的二次X—射線（熒光輻射）的性質(zhì)與物質(zhì)的化學(xué)成分密切相關(guān)。教學(xué)難點(diǎn)：X—射線的照相效應(yīng)、熒光效應(yīng)和電離效應(yīng)課程教學(xué)要求與內(nèi)容：本章內(nèi)容涉及到X—射線的物相分析的基本原理、過程及相關(guān)問題的學(xué)習(xí)，掌握X—射線與物質(zhì)相互作用時(shí)的基本理論；還有X—射線的一系列性能和衍射理論。并且了解熒光輻射的特性用于分析晶體物質(zhì)的化學(xué)成分?？傊?，通過學(xué)習(xí)和了解X—射線衍射技術(shù)理論，掌握X—射線分析技術(shù)在環(huán)境材料評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。1.X射線的產(chǎn)生及其基本性質(zhì)1、X射線產(chǎn)生的基本條件：(1)產(chǎn)生自由電子(2)使電子作定向高速運(yùn)動(dòng)(3)有障礙物使其突然減速2、X射線的基本性質(zhì)(1)是電磁波，具有波粒二象性。(2)具有很強(qiáng)的穿透能力，通過物質(zhì)時(shí)可被吸收使其強(qiáng)度減弱，能殺傷生物細(xì)胞。(3)沿直線傳播，光學(xué)透鏡、電場(chǎng)、磁場(chǎng)不能使其發(fā)生偏轉(zhuǎn)。2.X射線譜：連續(xù)X射線譜、特征X射線譜X射線與物質(zhì)的相互作用：X射線的散射、X射線的吸收、吸收限的應(yīng)用、X射線的探討與防護(hù)3.粉末多晶的衍射線強(qiáng)度布拉格方程是產(chǎn)生衍射的必要條件，但不是充分條件，描述衍射幾何的布拉格定律是不能反映晶體中原子的種類和它們?cè)诰w中的坐標(biāo)位置的。這就需要強(qiáng)度理論。衍射線的強(qiáng)度包括絕對(duì)強(qiáng)度與相對(duì)強(qiáng)4.物相定性分析物性分析的一般步驟：用一定的實(shí)驗(yàn)方法獲得待測(cè)試樣的衍射花樣；計(jì)算并列出衍射花樣中各衍射線的d值和相應(yīng)的相對(duì)強(qiáng)度I；參考對(duì)比已知的資料鑒定出試樣的物相第三部分電子顯微分析教學(xué)重點(diǎn)：電子衍射的基本理論以及單晶體電子衍射花樣的標(biāo)定方法；表面形貌襯度和原子序數(shù)襯度的原理及應(yīng)用；教學(xué)難點(diǎn)：掌握電子顯微分析原理及方法；

能夠獨(dú)立進(jìn)行掃描電鏡、透射電鏡的樣品制備與結(jié)果分析。課程教學(xué)要求與內(nèi)容：本課程通過對(duì)材料微觀組織結(jié)構(gòu)分析方法及理論的講授，使學(xué)生掌握材料各種分析檢測(cè)方法方面的基本知識(shí)、基本原理和基本方法，使學(xué)生能夠根據(jù)需要選擇分析檢測(cè)手段并能正確進(jìn)行結(jié)果分析。具備根據(jù)材料的性質(zhì)等信息正確選用分析手段的能力；具備對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定和分析解釋的初步能力；具有利用本課程基本知識(shí)進(jìn)行科學(xué)研究的初步能力。具體內(nèi)容:1）了解電子波與電磁透鏡；

2）了解電磁透鏡的像差與分辨本領(lǐng)；

3）了解電磁透鏡的景深與焦長(zhǎng)。1.電子在電磁中的運(yùn)動(dòng)和電子透鏡（1）電子在靜電場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)和靜電透鏡（2）電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)和磁透鏡2.透射電鏡主要結(jié)構(gòu)與透射電鏡樣品制備透射電鏡一般是電子光學(xué)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、供電系統(tǒng)三大部分組成。3.透射電鏡電子圖像形成原理（1）散射襯度象（2）衍射襯度象（3）相位襯度象4.掃描電鏡及其工作原理，掃描電鏡的工作原理與閉路電視系統(tǒng)相似。5.掃描電鏡主要性能:1.放大倍率高2.分辨率高3.景深D大4.保真度好5.樣品制備簡(jiǎn)單6.掃描電鏡圖像及襯度;掃描電鏡樣品制備第四部分熱分析技術(shù)教學(xué)重點(diǎn)：理解物質(zhì)在溫度變化過程中，發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)而顯示的熱效應(yīng)、體積效應(yīng)、質(zhì)量變化宏觀表現(xiàn)，分析判斷試樣的相組成、雜質(zhì)以及熱變化特性。掌握熱分析法的基本原理和適用范圍。教學(xué)難點(diǎn)：了解熱分析技術(shù)的分類，差熱分析儀器和熱重分析儀的基本結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用,掌握樣品差熱和熱重分析曲線的基本解析方法。課程教學(xué)要求與內(nèi)容：1.差熱分析第一節(jié)差熱分析的基本原理熱儀爐子供給的熱量為Q試樣無熱效應(yīng)時(shí)：QSQRTS=TRΔT=0試樣吸熱效應(yīng)時(shí)：(Q－g)SQRTS＜TRΔT＜0試樣放熱效應(yīng)時(shí)：(Q＋g)SQRTS＞TRΔT＞0第二節(jié)差熱分析儀的基本結(jié)構(gòu)第三節(jié)差熱曲線及理論分析DTA曲線是指試樣與參比物間的溫差（ΔT）曲線和溫度（T）曲線的總稱。第四節(jié)差熱分析的定性分析就是通過實(shí)驗(yàn)獲得DTA曲線，根據(jù)曲線上吸、放熱峰的形狀、數(shù)量、特征溫度點(diǎn)的溫度值，即曲線上特定形態(tài)來鑒定分析試樣及其熱特性。所以，獲得DTA曲線后，要清楚有關(guān)熱效應(yīng)與物理化學(xué)變化的聯(lián)系，再掌握一些純的或典型物質(zhì)的DTA曲線，便可進(jìn)行定性分析2.熱重分析第一節(jié)熱重分析的基本原理及結(jié)構(gòu)1、熱重分析的基本原理2、TG儀的結(jié)構(gòu)第二節(jié)熱重曲線及影響因素、1、熱重法的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：m=f(T)熱重法得到的是在溫度程序控制下物質(zhì)質(zhì)量與溫度關(guān)系的曲線，即熱重曲線（TG曲線）熱重分析的應(yīng)用第五部分紅外吸收光譜第一節(jié)紅外光譜的基本原理1、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件2、分子中基團(tuán)的基本振動(dòng)形式3、紅外吸收峰強(qiáng)度第二節(jié)紅外光譜與分子結(jié)構(gòu)1、紅外光譜的基團(tuán)頻率2、分子結(jié)構(gòu)與吸收峰3、關(guān)于峰位移的影響因素第三節(jié)紅外圖譜解析1、未知物結(jié)構(gòu)確定2、紅外分光光度計(jì)三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及基本要求根據(jù)教學(xué)目的，本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求是使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，掌握實(shí)驗(yàn)原理，了解操作技能，處理分析數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生具有應(yīng)用必要測(cè)試技術(shù)對(duì)環(huán)境生態(tài)材料進(jìn)行物相分析的能力。按我院現(xiàn)有儀器設(shè)備條件，通過以下測(cè)試技術(shù)的5項(xiàng)基本實(shí)驗(yàn)（16學(xué)時(shí)），能利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)環(huán)境材料進(jìn)行鑒定和分析，為今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目—覽表序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)目的與要求實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)類型每組人數(shù)備注必修選修其它驗(yàn)證性設(shè)計(jì)性綜合性1衍射儀原理與結(jié)構(gòu)2了解衍射儀的基本原理、結(jié)構(gòu)及操作方法√√10演示2X射線衍射定性分析6練習(xí)使用索引與JCPDS卡片對(duì)衍射圖進(jìn)行相分析√√13TEM的認(rèn)識(shí)及樣品制備2認(rèn)識(shí)TEM的基本結(jié)構(gòu)及操作方法，了解樣品制備的基本方法√√10演示4SEM及EDS顯微成分分析2了解SEM及EDS的基本結(jié)構(gòu)及原理，掌握其樣品制備的方法√√10演示5綜合熱分析2了解DTA儀的原理及構(gòu)造，學(xué)習(xí)其使用操作方法，并對(duì)DTA曲線進(jìn)行分析√√16紅外光譜定性分析實(shí)驗(yàn)2了解IR儀器的原理及構(gòu)造，并對(duì)DTA曲線含義進(jìn)行分析√√四、教學(xué)方法與手段板書與多媒體教學(xué)相結(jié)合五、教學(xué)學(xué)時(shí)分配章節(jié)與內(nèi)容課時(shí)作業(yè)量備注環(huán)境與材料2環(huán)境負(fù)荷評(píng)價(jià)及其應(yīng)用3材料和產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)21無機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境材料21環(huán)境材料的發(fā)展趨勢(shì)1X射線部分：（一）X射線衍射理論基礎(chǔ)31（二）X射線衍射的主要儀器與方法1（三）X射線衍射的物相分析21電鏡部分（一）電子光學(xué)基礎(chǔ)2（二）透射電子顯微鏡1（三）掃描電子顯微鏡11熱分析部分（一）差熱分析1（二）熱重分析11紅外吸收光譜分析技術(shù)2合計(jì)24六、考核方式與成績(jī)?cè)u(píng)