《材料現代分析方法》課程大綱

《材料現代分析方法》課程大綱

課程代碼080404L課程名稱中文名：材料現代分析方法

英文名:AdvancedAnalysisMethodsforMaterials課程類別專業(yè)課修讀類別必修學

分3.0學

時48（理論36+實驗12）開課學期第5學期開課單位材料科學與工程學院材料科學系適用專業(yè)材料類各專業(yè)(金屬材料工程、材料連接、無機非金屬材料科學、無機非金屬材料工程、高分子材料、功能材料等)先修課程高等數學、大學物理、大學化學、材料科學基礎，等后續(xù)有關專業(yè)課程和教學環(huán)節(jié)計算材料學，材料類各專業(yè)課程，畢業(yè)論文。主講教師/職稱秦國強/副教授，張希清/副教授，司華艷/副教授，楊治剛/講師，胡潔/講師，付華/教授，張光磊/教授考核方式及各環(huán)節(jié)所占比例作業(yè)+實驗+期末考試（10%）+（20%）+（70%）教材及主要參考書（1）《材料科學研究與測試方法》第二版（教材），朱和國、王新龍編著，東南大學出版社，2013年（2）《材料現代分析方法》，左演聲編，北京工業(yè)大學出版社，2000年（3）《材料分析方法》，周玉主編，機械工業(yè)出版社，2004年

一、課程性質和目標《材料現代分析方法》是材料類專業(yè)(金屬材料工程、材料連接、無機非金屬材料科學、無機非金屬材料工程、高分子材料、功能材料等)的專業(yè)基礎必修課。本課程主要介紹X射線衍射分析原理、X射線多晶衍射方法及應用、透射電子顯微分析、掃描電子顯微分析與電子探針、光電子能譜與俄歇電子能譜、光譜分析技術、熱分析技術等常用的材料現代分析方法的基本原理、儀器操作、數據分析技術和應用領域。本課程是后續(xù)材料類專業(yè)課程和進行材料科學研究和工程技術開發(fā)的理論和實驗基礎，是分析材料微觀結構和改進性能得不可缺少的工具。知識目標：解釋材料現代分析方法的范疇和發(fā)展歷史，認識材料現代分析方法在材料科學與工程領域中的地位及作用。能夠解釋X射線衍射儀、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子探針及光譜分析和熱分析等典型材料現代分析方法的基本原理和實驗方法，具備從事材料現代分析測試工作的理論基礎。能夠辨別典型材料現代分析方法的應用范圍和局限，能夠依據不同材料特性正確選擇材料現代分析方法和儀器設備，設計實驗方案，開展實驗研究，對實驗數據進行綜合分析，得到合理有效結論。能力目標：能夠選用材料現代分析方法和工具，開展材料組成和結構分析、工藝分析、性能優(yōu)化、新產品開發(fā)與科學研究，具備使用材料現代分析工具的能力。具備自主學習其它材料現代分析方法的基礎知識和方法，能比較和選擇不同材料現代實驗方法和儀器，為自主學習和終身學習奠定基礎。二、本課程所支撐的畢業(yè)要求（1）本課程所能支撐的畢業(yè)要求如下：序號畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求指標點具體內容課程目標1畢業(yè)要求4-1能運用專業(yè)理論和科學手段，依據對象特征，選擇研究路線，設計實驗方案。2,32畢業(yè)要求4-2掌握實驗設備的基本原理，能正確使用實驗儀器與設備，安全地實施實驗方案，科學地采集實驗數據。2,33畢業(yè)要求4-3能正確解讀測試信息，分析和解釋實驗過程和實驗結果，通過信息綜合得到合理有效的結論。2，3，44畢業(yè)要求5-1了解專業(yè)常用的現代儀器、信息技術工具、工程工具和軟件的使用原理和方法，并理解其局限性。2，3，45畢業(yè)要求5-2能夠將現代檢測技術和先進的材料制備和加工手段用于材料結構分析、性能優(yōu)化和新產品開發(fā)。3，46畢業(yè)要求5-3能根據產品研發(fā)與檢測需要，選擇分析方法與現代工具對材料結構和性能進行分析。3，47畢業(yè)要求12-2具備材料現代分析的基礎知識，具備自主學習和終身學習的方法和能力。1、5

（2）本課程內容與課程目標、畢業(yè)要求指標點的對應關系教學內容課程目標畢業(yè)要求指標點理論教學1緒論112-2

2X射線衍射分析技術1、2、3、4、54-1、4-2、4-3、4-4、5-1、5-2、5-3、12-23透射電子顯微分析技術1、2、3、4、54-1、4-2、4-3、4-4、5-1、5-2、5-3、12-24掃描電子顯微分析技術1、2、3、4、54-1、4-2、4-3、4-4、5-1、5-2、5-3、12-25熱分析技術1、2、3、4、54-1、4-2、4-3、4-4、5-1、5-2、5-3、12-26光譜分析技術1、2、3、4、54-1、4-2、4-3、4-4、5-1、5-2、5-3、12-27其他分析技術1、2、3、4、54-1、4-2、4-3、4-4、5-1、5-2、5-3、12-2實驗教學1.X射線衍射實驗2、3、4、54-1、4-2、4-3、4-4、5-1、5-2、5-3、12-22.XRD物相標定實驗3、4、54-1、4-2、4-3、4-4、5-1、5-2、5-3、12-23.掃描電鏡分析實驗3、4、54-1、4-2、4-3、4-4、5-1、5-2、5-3、12-24.透射電鏡觀察實驗3、4、54-1、4-2、4-3、4-4、5-1、5-2、5-3、12-25.紅外光譜分析實驗3、4、54-1、4-2、4-3、4-4、5-1、5-2、5-3、12-26.熱分析實驗3、4、54-1、4-2、4-3、4-4、5-1、5-2、5-3、12-2

三、教學基本內容（一）理論教學基本內容（36學時）1

緒論（2學時）基本要求理解本課程的意義及在材料研究中的地位，熟悉本課程的教學內容，掌握材料現代分析方法與材料性能的關系，了解本課程的教學特點與學習方法，樹立認真鉆研的學習態(tài)度，了解本課程的發(fā)展歷史及相關教材及參考書的特點。教學內容材料分析技術的發(fā)展歷史課程大綱解讀課程內容和意義、學習與考核方法、學習要求。重點重點：材料現代分析方法的概念及分類。2

X射線衍射分析技術（12學時）(1)基本要求1）解釋X射線產生的原理、特征X射線的特點、X射線的衰減，X-射線與物質的相互作用。2）證明布拉格方程的導出過程及規(guī)律；解釋其衍射矢量方程和厄瓦爾德圖解；認識勞埃方程。3）解釋電子的散射強度、原子散射強度、晶胞衍射強度、極化因子、結構因子的概念；理解多晶體的衍射強度，分析系統(tǒng)消光規(guī)律。4）解釋電子散射的概念；解釋并辨別電子與固體作用產生的各種信號及與之對應的分析方法。5）認識X射線衍射儀的結構，解釋X射線衍射儀的原理；解釋物相分析的基本原理，解釋并選擇簡單物相分析方法；認識物相定量分析原理和常用方法。(2)教學內容X射線物理學基礎；X射線衍射理論、X射線衍射方法；XRD定量分析原理，PDF卡片的組成。物相的定性、定量分析方法。案例分析。重點和難點重點：X射線物理基礎，XRD物相分析難點：消光規(guī)律。3第三章透射電子顯微分析技術（8學時）基本要求認識電子與固體作用的機理及特點，解釋透射電鏡結構及成像原理，熟悉選擇透射電鏡樣品制備方法，解釋選區(qū)電子衍射原理，進行簡單衍射花樣分析。教學內容電子與物質作用信號；透射電鏡結構及成像原理；襯度理論；選區(qū)衍射；透射制樣方法。案例分析。重點和難點重點：電子與固體物質相互作用，透射電鏡成像原理難點：襯度理論。4

掃描電子顯微分析技術（4學時）基本要求認識掃描電鏡采用的分析信號、儀器結構、成像原理及用途，熟悉試樣制備方法和圖像的解釋，認識電子探針（能譜儀與波譜儀）原理、結構和用途，對譜圖進行比較分析。教學內容掃描電鏡采用的分析信號，掃描電鏡結構、成像原理及用途，掃描電鏡試樣制備方法，像襯度，電子探針（能譜儀與波譜儀）原理、結構、用途及性能。案例分析。重點和難點重點：掃描電鏡與電子探針工作原理及應用。難點：掃描電鏡與透射電鏡的異同。5

熱分析技術（4學時）基本要求學習熱分析技術的基本原理，解釋差熱分析、差示掃描量熱分析、熱重分析的原理和結構，比較差熱分析、差示掃描量熱分析和熱重分析的應用領域。教學內容差熱分析；差示掃描量熱分析；熱重分析。案例分析。重點和難點重點：三種熱分析技術原理及應用。難點：差熱和差示掃描量熱分析技術的差異。6

光譜分析技術（2學時）基本要求認識光譜分析技術的基本原理，解釋原子光譜分析法、分子光譜分析法的原理和結構，認識紅外光譜分析的原理和應用。教學內容光譜分析的一般原理；原子光譜分析法；分子光譜分析法；紅外光譜。案例分析。重點和難點重點：光譜分析一般原理，紅外光譜。難點：紅外光譜。7

其他分析技術（4學時）基本要求認識表面分析方法的基本原理，列舉俄歇能譜分析、X射線光電子譜分析的原理和應用。(2)教學內容1)

表面分析基本原理；2)

俄歇能譜；3)

X射線光電子譜。4)

案例分析。(3)重點和難點重點：俄歇能譜分析、X射線光電子譜分析的原理和應用。難點：表面分析基本原理。（二）實驗教學基本內容（12學時）序號實驗項目實驗要求實驗內容實驗性質學時1X射線衍射實驗了解X射線衍射儀的構造及工作原理,掌握樣品制備方法和X射線衍射測試技能。（1）X射線衍射儀構造、操作及參數選擇；（2）樣品制備方法；（3）數據分析。綜合22XRD物相標定實驗掌握用計算機檢索圖譜，鑒別物相的能力。（1）Jade軟件的安裝調試；（2）衍射圖譜檢索、物相鑒別及數據處理。（3）數據分析。綜合23SEM掃描電鏡顯微組織觀察與分析實驗了解掃描電子顯微鏡的構造及工作原理,掌握樣品制備方法和掃描電子顯微鏡測試技能。（1）掃描電子顯微鏡構造、基本操作及參數選擇；（2）樣品制備基本方法；（3）數據分析。綜合24透射電鏡觀察實驗了解透射電子顯微鏡的構造及工作原理,掌握樣品制備方法和掃描電子顯微鏡測試技能。（1）透射電子顯微鏡構造、基本操作及參數選擇；（2）樣品制備基本方法；（3）數據分析。綜合25紅外光譜分析實驗了解紅外光譜儀構造及工作原理,掌握紅外光譜圖物相定性分析原理和方法。（1）紅外光譜儀構造、基本操作及參數選擇；（2）常規(guī)樣品制樣方法；（3）數據分析。綜合26熱分析實驗了解差熱分析的原理，掌握差熱分析的實驗技術。

（1）差熱測試儀器操作基本步驟和流程；（2）樣品制備方法。（3）數據分析。綜合2四、達成課程目標的途徑和措施1.

本課程的教學方法本課程涉及到的教學方法有“講授法”、“案例教學法”、“多媒體視頻法”、“實驗法”等，教學內容緊跟各種材料現代分析方法，及時補充新材料、新技術等內容，根據每屆學生特點和教學內容，調整教學方法，以提高整體學習效果，促進畢業(yè)要求指標點的達成。1）案例教學法，以點帶面。教師通過引入具體問題啟發(fā)學生思考，介紹材料現代分析方法的應用及局限。2）充分利用多媒體手段。通過材料現代分析方法方面的動畫/視頻播放與講解，使學生在課堂上切身感受儀器原理、結構、樣品制備、數據處理等，加深認識。3）試驗教學。主要采用“講授法”、“直觀演示法”與實際動手結合，通過在實驗室對儀器設備的講解以及實驗步驟的示范性操作，讓學生不僅可獲得感性認識，也增強了實踐動手能力。實驗課程的開設是對理論課程的有益補充，可加深學生對所學理論知識的理解。2.

教學手段本課程采用現代化的教學手段，采用“多媒體”結合“板書”的教學手段進行授課，“多媒體”可將抽象的內容生動化，將動畫視頻、錄像及圖片穿插到教學內容中，使學生“身臨其境”地學習，達到課程目標要求?！鞍鍟笨捎糜谳o助表達，二者充分發(fā)揮優(yōu)勢，揚長避短。3.

課外閱讀要求要求學生利用互聯網資源、校園網資源（校園網數據庫）、圖書館資源（期刊、專業(yè)文獻）等多種手段獲取信息，進行課外文獻和案例檢索，加深對教學內容的理解，拓展專業(yè)視野，了解行業(yè)最新發(fā)展前沿。4.

多環(huán)節(jié)訓練（1）作業(yè)（課堂講解/討論）（2）試驗（3）期末考試（案例分析）五.

課程綜合記分方法課程考核由作業(yè)、試驗、期末考試三部分組成，內容須覆蓋全部課程目標和畢業(yè)要求指標點。各考核環(huán)節(jié)及所占比重見下表：考核環(huán)節(jié)比重（%）作業(yè)10試驗20期末考試70總計100

（注：無故曠勤1/3者，不允許參加期末考試。）評分標準：作業(yè)：每次作業(yè)必須在正式上課前交，遲交作業(yè)或作業(yè)不滿足下列要求，均以零分計。每次作業(yè)按百分制評分，總評后折算成10分。作業(yè)的評分標準觀測點85~100分75~84分60~74分＜60分完成進度嚴格按照作業(yè)要求并及時完成基本按照作業(yè)要求并及時完成不能按照作業(yè)要求，未及時完成不能按照作業(yè)要求，未及時完成概念掌握程度概念清晰概念基本清晰概念不清晰概念錯誤分析或結論有效性分析合理、結論有效分析基本合理、結論基本有效分析不合理不能制定正確和合理解決問題的方案。實驗：根據實驗報告成績以及實驗課上的操作表現及實驗預習情況綜合進行評定。每次實驗按百分制評分，總評后折算成20分。實驗課程評價標準過程控制80-100分60-79分0-60分實驗預習完成預習報告，回答問題正確，熟悉實驗目的和原理。

完成預習報告，回答問題基本正確，基本熟悉實驗目的和原理。能基本回答問題，不熟悉實驗目的和原理。實驗過程按時參加實驗，原始數據記錄完整，實驗過程熟練，動手能力強，同其他組員很好協(xié)作配合。按時參加實驗，原始數據記錄基本完整，實驗過程較熟練，能與其他組員配合。實驗課遲到，原始數據記錄不完整，實驗過程不熟練，被動參與實驗。實驗報告數據整理規(guī)范，計算結果正確，能綜合實驗數據分析規(guī)律，結論正確數據整理規(guī)范，計算結果基本正確，結論基本正確但缺乏實驗數據綜合分析。數據整理和結果均有明顯錯誤，結論有錯誤

3）期末考試：期末考試成績是通過開卷（占50%）和閉卷（占50%）考試的卷面成績給出，考核內容覆蓋課程知識點。按期末考試的標準答案和評分標準百分制評分，總評后折算成70分。試卷藍圖設計課程目標

對應試題把握能力層次目標分值百分比（%）了解理解應用1一2-52-5///2-52-52二5-105-1010-1520-2520-25三5-105-1010-1520-2520-253四2-52-510-1520-2520-25五2-52-510-1520-2520-25

100

六、

評估方法本課程采用基于課程目標（即預期學習成果）的評估方法，包括：1）根據課程目標設計并實施相應的學習任務和學習活動；2）收集學習活動中各種學習成果的評估資料；3）分析和評估實際的學習成果，做出正確的判斷。4）寫出反思和持續(xù)改進報告（包括評估過程、評估結果、教學反思和持續(xù)改進）。課程目標1評估設計學習成果學習任務、過程和觀測預期學習成果細化的預期學習成果及實施準則預設的學習任務觀測點1、解釋材料現代分析方法的范疇和發(fā)展歷史解釋材料現代分析方法的概念及其與材料傳統(tǒng)分析方法的區(qū)別，了解材料現代分析方法發(fā)展史及典型人物和事件。作業(yè)（課堂講解/討論）

期末考試

2、認識材料現代分析方法在材料科學與工程中的地位及社會發(fā)展中的作用認識材料現代分析方法在材料科學與工程課程體系中的地位及作用。作業(yè)（課堂講解/討論）

期末考試

課程目標2

評估設計學習成果學習任務、過程和觀測預期學習成果細化的預期學習成果及實施準則預設的學習任務觀測點1、認識X射線衍射儀、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子探針及光譜分析和熱分析等典型材料現代分析方法認識X射線衍射儀、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子探針及光譜分析和熱分析等典型材料現代分析方法中英文名稱及基本含義。作業(yè)（課堂講解/討論）

期末考試

2、了解相關理論基礎了解X射線、電子等各種信號的產生、特征、本質及其與固體物質的相互作用。作業(yè)（課堂講解/討論）

期末考試

3、掌握試驗方法了解典型儀器的結構原理，掌握基本實驗方法和樣品制備方法。作業(yè)（課堂講解/討論）

實驗

期末考試

課程目標3評估設計學習成果學習任務、過程和觀測預期學習成果細化的預期學習成果及實施準則預設的學習任務觀測點1、了解典型材料現代分析方法的應用范圍和局限。了解典型X射線衍射儀、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子探針及光譜分析和熱分析等的主要應用范圍，分析相近分析方法的優(yōu)缺點。作業(yè)（課堂講解/討論）

期末考試

2、能夠依據材料特性正確選擇材料分析方法及儀器，設計并開展實驗。依據材料屬性（有機/無機、金屬/非金屬、晶體/非晶體、極性/非極性等）和分析目的選擇實驗儀器，設計制定方案并開展實驗。作業(yè)（課堂講解/討論）

實驗

期末考試

3、對實驗數據進行綜合分析，得到合理有效結論。掌握數據處理和分析方法，了解不同分析方法數據的精度、誤差及優(yōu)缺點。作業(yè)（課堂講解/討論）

實驗

課程目標4評估設計學習成果學習任務、過程和觀測預期學習成果細化的預期學習成果及實施準則預設的學習任務觀測點1、能夠選用材料現代分析方法和工具，開展材料組成和結構分析、工藝分析、性能優(yōu)化、新產品開發(fā)與科學研究。理解材料現代分析方法與材料的組成、結構及性能之間的四面體關系。實驗

期末考試

2、