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瑕麴
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1 材料现代分析技术课程简介和教学大纲课程代码 : 课程名称 : 材料现代分析技术学分 :3 周学时 3 面向对象 : 材料科学与工程专业本科生预修课程要求 : 材料科学基础 I, 材料科学基础 II 一课程介绍 ( 字 ) ( 一 ) 中文简介 : 本课程详细讨论电磁辐射运动粒子束和热作用与材料的相互作用, 着重阐明各类物理检测信号的产生, 并从而引入或派生各种相关的现代材料分析测试技术在上述基本知识的基础上, 较详细介绍衍射分析电子显微分析光谱分析和热分析等几种材料现代分析方法的原理检测过程与仪器测试结果的分析处理和方法的典型应用等 ( 二 ) 英文简介 This course discusses in detail the mutual interaction between electromagnetic radiation and materials, the mutual interaction particle beam and materials, the mutual interaction between thermodynamics and materials, respectively. The course highlights the generations of various physical detection signals, and thus introduces a variety of related analytical techniques of modern materials which are derived from them. On the basis of the knowledge mentioned above, the course introduces in detail several material testing methods (such as diffraction analysis, electron microscopy analysis, spectral analysis and thermal analysis) principles, detection process, instruments, results analysis,typical applications and so on. 二教学目标 ( 一 ) 学习目标通过对材料现代分析技术的学习, 使学生掌握 X 射线衍射分析电子显微分析电子能谱分析热分析光谱分析等几种材料现代分析方法的基本原理检测过程与仪器主要结构测试结果的分析处理和方法的典型应用等, 使学生掌握相应的基本知识基本技能及必要的理论基础, 能够正确地运用现代分析技术开展材料组成与结构的分析测试与表征, 从而具备开展材料科学研究和解决材料科学与工程领域相关问题的能力课程内容包括材料研究中的组织形貌分析晶体物相分析成分和价键结构分析分子结构分析等 ( 二 ) 可测量结果 1

2 通过本课程的学习, 使学生能够做到 : (1) 掌握常用材料微观分析方法的基本原理过程装备样品的制备和应用等基本知识 ; (2) 初步具有根据分析的目的, 结合各种材料分析测试方法的特点和应用范围, 正确选择分析测试方法的能力 ; (3) 看懂或会分析一般 ( 典型较简单 ) 的测试结果 ( 图谱与图象等 ) 的能力 ; (4) 具有与分析测试专业人员共同商讨有关材料分析研究的实验方案和分析较复杂的测试结果的能力 ; (5) 具备专业从事材料分析测试工作的初步基础, 具备通过继续学习掌握材料分析新方法新技术的自学能力注 : 以上结果可以通过课堂提问课程作业以及笔试等环节测量三课程要求 ( 一 ) 授课方式与要求 1. 采用教师讲授 ( 讲授核心内容总结按顺序提示今后内容答疑课堂提问公布习题等 ) 的授课方式课程强调对基于电磁辐射运动粒子束和热作用与材料相互作用而建立材料现代测试方法的基本的共性的理论的学习, 形成清晰明确的物理概念, 从而把握材料现代分析方法的基础在此基础上引入一些常用分析测试技术的具体原理检测过程与仪器测试结果的分析处理和方法的典型应用例子课程力图构建一个开放的材料分析方法的理论体系, 使这门知识系统化, 并能容纳不断出现的新型分析技术 2. 采用多媒体教学, 强化课堂的教学效果 3. 加强教学中课堂以外的自学环节和习题练习, 使学生能做到预习课堂讲授和复习有机统一 4. 加强实验环节, 尽量使理论学习和实践结合相关实验环节在另外安排的课程中完成 ( 材料科学与工程基础实验 Ⅰ, 材料科学与工程基础实验 Ⅱ) ( 二 ) 考试评分与建议本门课程的评分分为 3 个部分, 每个部分分数分配如下 : 出勤 :10%; 课堂提问与习题 : 20%; 期末闭卷考试 :70% 四教学安排第一次 : 材料现代分析技术总论基于电磁辐射运动粒子束和热作用与材料相互作用而建立的衍射分析光谱分析电子显微分析和热分析等方法已经成为材料现代分析技术的主要部分本次授课在学生已有的 2

3 有关电磁辐射和材料科学基础知识的基础上, 加以概括补充和提高, 阐明材料现代分析技术的目标任务分类和意义, 进而总论电磁辐射运动粒子束和热作用与材料相互作用 ( 着重阐明各类物理检测信号的产生 ), 并从而引入或派生各种相关的现代材料分析测试技术力图使学生对电磁辐射运动粒子束和热作用与材料的各种相互作用形成清晰明确的物理概念, 从而把握材料现代分析技术的基础, 了解材料现代分析技术的概况此外, 本次授课还介绍课程教学要求课程教学内容课程学习方法考核与成绩及教学参考书目等阅读材料 : 1. 左演声等主编材料现代分析方法第一篇, 北京工业大学出版社, 杜希文等主编材料分析方法绪论, 天津大学出版社, 吴刚主编材料结构表征及应用第一章, 化学工业出版社,2002 思考题 : 材料现代分析技术的目标主要任务和理论依据主要是什么? 第二次 : 材料热分析 (1) 基于热作用与材料相互作用而建立的差热分析法差示扫描量热法热重法热膨胀分析热释光分析热分析质谱法等方法已经成为材料现代分析技术的重要部分本次授课主要讲授材料热分析绪论, 差热分析法 (DTA) 和差示扫描量热法 (DSC) 的基本原理物理基础影响因素仪器装备试样制备曲线判读及其在材料科学中的应用等使学生对热作用与材料的各种相互作用形成清晰明确的物理概念, 从而把握材料热分析技术的基础, 掌握差热分析法和差示扫描量热法两种材料分析技术此外, 本次授课还将安排习题阅读材料 : 1. 左演声等主编材料现代分析方法第十七章, 北京工业大学出版社, 吴刚主编材料结构表征及应用第八章, 化学工业出版社,2002 思考题 : 试根据非等温条件下的固态相变反应动力学方程, 推导升温速率对 DTA 曲线峰顶温度影响的定量关系式第三次 : 材料热分析 (2) 本次授课主要讲授材料热重分析 (TGA) 热膨胀分析热释光分析和热分析质谱法的基本原理影响因素仪器装备试样制备数据分析及其在材料科学中的应用等, 并介绍热分析技术的发展趋势使学生掌握热重分析和热膨胀分析两种材料分析技术, 了解热释光分析和热分析质谱法两种现代材料分析技术 3

4 此外, 本次授课还将安排课堂练习阅读材料 : 1. 左演声等主编材料现代分析方法第十七章和第十四章, 北京工业大学出版社, 吴刚主编材料结构表征及应用第四章, 化学工业出版社,2002 思考题 : 试分析比较 DTA 与 TGA 两种热分析方法影响因素的异同点第四次 :X 射线衍射分析 (X 射线物理基础及晶体结构 ) 本次授课主要讲授 X 射线的产生及其与物质的相互作用方式物相分析的晶体学基础两部分内容, 使学生了解特征 X 射线连续 X 射线的产生机理和各自特征, 把握 X 射线和物质的相互作用原理作用方式及其规律, 掌握晶体结构中正空间点阵的一些基本概念及其基本计算此外, 本次授课还将安排习题阅读材料 : 1. 左演声等主编材料现代分析方法第二章第三节和第一章第三节, 北京工业大学出版社, 杜希文等主编材料分析方法第五章第六章和第八章, 天津大学出版社, 吴刚主编材料结构表征及应用第五章, 化学工业出版社,2002 思考题 :X 射线照射固体物质, 可以产生的相互作用有哪些? 分别可作为哪些材料现代分析方法的技术基础? 第五次 :X 射线衍射分析 ( 倒易点阵及 X 射线衍射几何条件 ) 本次授课主要讲授倒易点阵和 X 射线衍射几何条件两部分内容, 使学生熟悉倒易点阵的定义及基本性质, 掌握正倒点阵的互易关系和基本计算, 掌握 X 射线衍射的几何条件, 了解各种衍射方向表达式之间的等效关系此外, 本次授课还将安排习题阅读材料 : 1. 左演声等主编材料现代分析方法第一章第三节和第五章第一节, 北京工业大学出版社, 杜希文等主编材料分析方法第六章和第七章相关内容, 天津大学出版社, 吴刚主编材料结构表征及应用第五章, 化学工业出版社,2002 思考题 : 试述由布拉格方程与反射定律导出衍射矢量方程的过程和思路 4

5 第六次 :X 射线衍射分析 (X 射线衍射强度及德拜法 ) 本次授课主要讲授 X 射线衍射强度和多晶体 X 射线衍射的德拜法两部分内容, 使学生了解影响 X 射线衍射强度的各项因素, 掌握多晶体 X 射线衍射的德拜法的成像原理衍射花样特征德拜相机与实验技术和衍射花样指数标定等几个方面的内容此外, 本次授课还将安排习题阅读材料 : 1. 左演声等主编材料现代分析方法第五章第二节和第六章第一节, 北京工业大学出版社, 杜希文等主编材料分析方法第七章和第八章相关内容, 天津大学出版社, 吴刚主编材料结构表征及应用第五章, 化学工业出版社,2002 思考题 : 多重性因子吸收因子及温度因子是如何引入多晶体衍射强度公式的? 衍射分析时如何获得它们的值? 第七次 :X 射线衍射分析 ( 衍射仪法及物相分析 ) 本次授课主要讲授多晶体 X 射线衍射的衍射仪法和 X 射线衍射物相分析两部分内容, 使学生掌握衍射仪法的基本原理仪器装置辐射探测器测量方法与参数选择等内容, 掌握利用 X 射线衍射法开展材料物相分析的原理和方法, 学会单相及多相物质的定性及定量分析此外, 本次授课还将安排习题阅读材料 : 1. 左演声等主编材料现代分析方法第六章第一节和第七章第一节, 北京工业大学出版社, 杜希文等主编材料分析方法第八章相关内容, 天津大学出版社, 吴刚主编材料结构表征及应用第五章, 化学工业出版社,2002 思考题 : 试从入射光束样品形状成像原理 ( 厄瓦尔德图解 ) 衍射线记录衍射花样样品吸收与衍射强度 ( 公式 ) 衍射装备及应用等方面比较衍射仪法与德拜法的异同点第八次 : 电子显微分析 ( 电子光学基础及透射电镜基本原理 ) 本次授课主要讲授电子 ( 粒子 ) 束与样品相互作用的基本原理, 介绍作用后所能产生的物理信号的种类和相应的物理意义, 以及与材料本身的物理特性的关系 ; 讲述利用这些信号所能制作的各种电子显微镜分析仪器的原理和工作模式 ; 详细讲授各种电子显微镜的主要结 5

6 构和电子光学基本内涵使学生掌握电子光学系统的基本原理及特性, 熟悉象差和衍射之间关系此外, 本次授课还将安排习题阅读材料 : 1. 左演声等主编材料现代分析方法第三章相关内容 ; 第四章第五节 ; 第九章第一节 ; 北京工业大学出版社, 杜希文等主编材料分析方法第九章相关内容, 天津大学出版社, 吴刚主编材料结构表征及应用第六章, 化学工业出版社,2002 思考题 : 简要阐明电子束与样品作用的基本规律 ; 作用所产生各种信号所代表的物理意义和所能反映出的材料自身特性第九次 : 电子显微分析 ( 样品制备及电子衍射 ) 本次授课主要讲授单晶和多晶电子衍射的基本原理以及与 x- 射线衍射的区别和电子衍射谱的形成规律, 一些常见晶系特征电子衍射谱的表象 ; 介绍透射电子显微镜普通样品的制备方和一些特殊样品的制备方法使学生学熟悉制备透射电镜样品的各种方法, 掌握电子衍射分析的基本原理, 熟悉电子衍射图的形成规律及特点, 学会利用多晶及单晶电子衍射的分析方法确定简单的晶体结构此外, 本次授课还将安排习题阅读材料 : 1. 左演声等主编材料现代分析方法第八章 ; 第九章第二节 ; 北京工业大学出版社, 杜希文等主编材料分析方法第九章相关内容, 天津大学出版社, 吴刚主编材料结构表征及应用第六章, 化学工业出版社,2002 思考题 : 电子衍射与 x- 射线衍射的区别 ; 单晶和多晶电子衍射原理 ; 单晶电子衍射谱的标定 ; 多晶电子衍射谱标定 ; 透射电镜粉末样品复形样品和横截面样品的准备方法第十次 : 电子显微分析 ( 透射电镜图像分析 ) 本次授课主要讲述透射电镜图像产生原理, 几种透射电镜图像衬度产生方式与样品本质特性之间的联系, 介绍一些图像衬度理论来简单分析解释所得到透射电镜照片的实际例子, 介绍晶体缺陷在透射电镜所形成衬度的方式使学生掌握主要的透射电镜图像衬度, 了解衍射衬度理论和衍射衬度应用条件, 并学会利用这些理论来分析透射电镜图像此外, 本次授课还将安排习题阅读材料 : 6

7 1. 左演声等主编材料现代分析方法第九章第三四节 ; 北京工业大学出版社, 杜希文等主编材料分析方法第九章相关内容, 天津大学出版社, 吴刚主编材料结构表征及应用第六章, 化学工业出版社,2002 思考题 : 透射电子显微镜中质厚衬度衍射衬度和相位衬度原理和边界条件 ; 不同晶体缺陷在透射电镜中产生衬度的方式 ; 高分辨图像与晶体结构之间的基本规律第十一次 : 电子显微分析 ( 扫描电镜及能谱仪 ) 本次授课主要讲述扫描电镜的工作原理及结构 ; 扫描电镜产生不同图像衬度的原理 ; 介绍扫描电镜样品准备方法, 扫描电镜中导电样品和不导电样品的不同制备方法使学生掌握扫描电镜的结构原理及特点, 掌握扫描电镜图像的衬度原理, 并分析扫描电镜图片 ; 了解电子探针能谱仪与波谱仪的工作原理使用范围测量精度, 学会利用能谱仪对材料的成分进行分析此外, 本次授课还将安排习题阅读材料 : 1. 左演声等主编材料现代分析方法第十章 ; 北京工业大学出版社, 杜希文等主编材料分析方法第三章相关内容, 天津大学出版社, 吴刚主编材料结构表征及应用第六章, 化学工业出版社,2002 思考题 : 扫描电子显微镜图像衬度与样品物性之间的关系 ; 扫描电镜图像的分析方法 ; 能谱仪测量时应该注意的边界条件 ; 决定能谱仪测量精度范围的条件第十二次 : 材料光谱分析导论本次授课主要讲授材料光谱分析导论, 包括材料光分析方法基础原子光谱与分子光谱光谱法仪器与光学器件等三个部分的内容, 使学生了解基于电磁辐射与材料相互作用的光分析方法的概念过程分类和基本特点, 着重掌握由物质的原子或分子中发生量子化的能级跃迁而产生的发射吸收或散射等电磁辐射信号的波长或强度进行测量分析的材料光谱分析法的物理机制仪器流程和光学单元此外, 本次授课还将安排习题阅读材料 : 1. 左演声等主编材料现代分析方法第一章第二节, 第二章第一二节, 第四章第三节, 北京工业大学出版社, 杜希文等主编材料分析方法第十四章相关内容, 天津大学出版社,2006 7

8 思考题 : 辨析下列几组基本概念 :(1) 线光谱带光谱与连续光谱 ;(2) 吸收光谱发射光谱与散射光谱 ;(3) 辐射跃迁与非辐射跃迁 ;(4) 选择跃迁与禁阻跃迁 ;(5) 共振线与灵敏线第十三次 : 材料原子光谱分析法本次授课主要讲授原子发射光谱分析法原子吸收光谱分析法和原子荧光光谱分析法等三个部分的内容, 使学生掌握原子发射光谱分析的基本原理分析装置与仪器等离子体发射光谱仪和定性定量分析方法等, 掌握原子吸收光谱分析的基本原理分析装置与仪器干扰的类型与抑制和操作条件选择与应用等, 掌握原子荧光光谱分析的基本原理原子荧光的类型与物理机制原子荧光光度计及其应用等此外, 本次授课还将安排习题阅读材料 : 左演声等主编材料现代分析方法第十一章, 北京工业大学出版社,2000 思考题 : 试分析比较原子发射吸收和荧光光谱分析仪器的流程光源和试样装置的区别和联系第十四次 : 材料分子光谱分析法 (1) 本次授课主要讲授分子紫外 - 可见吸收光谱分析法和分子荧光与磷光光谱分析法等两个部分的内容, 使学生掌握分子紫外 - 可见吸收光谱的基本原理分析装置与仪器及其在材料科学领域的应用等, 掌握分子荧光和磷光出现的物理机制与特征荧光与磷光光谱分析法的仪器装置及其在材料科学领域的应用等此外, 本次授课还将安排习题阅读材料 : 1. 左演声等主编材料现代分析方法第十二章, 北京工业大学出版社, 杜希文等主编材料分析方法第十四章相关内容, 天津大学出版社,2006 思考题 : 画出分子紫外 - 可见吸收光谱仪和荧光 ( 磷光 ) 光谱分析仪装置的光路示意图, 并列表分析比较它们的异同点第十五次 : 材料分子光谱分析法 (2) 本次授课主要讲授红外吸收光谱分析法和激光拉曼光谱分析法等两个部分的内容, 使学生掌握红外吸收光谱的基本原理红外光谱与分子结构傅里叶变换红外光谱工作原理和仪 8

9 器装置试样制备技术红外光谱定性分析方法等, 掌握拉曼光谱基本原理拉曼光谱的应用和激光拉曼光谱仪等此外, 本次授课还将安排课堂练习阅读材料 : 1. 左演声等主编材料现代分析方法第十二章第三节和第十八章第三节, 北京工业大学出版社, 杜希文等主编材料分析方法第十五章, 天津大学出版社, 吴刚主编材料结构表征及应用第二章, 化学工业出版社,2002 思考题 : 红外吸收光谱与拉曼光谱合称为振动光谱, 二者互补, 又称为姐妹光谱的描述是否正确, 如何理解? 第十六次 : 扫描探针显微分析技术, 课程总结与复习本次授课主要讲授扫描隧道显微分析法和原子力显微分析法等两种扫描探针显微分析技术, 是学生了解扫描隧道显微分析和原子力显微分析的基本原理及其在材料科学领域的应用同时, 本次授课还进行课程总结与复习, 对整个课程重点内容进行回顾, 着重说明课程的要点和启发, 巩固讲授的知识内容, 进行考前复习同时对材料现代分析测试技术进行展望, 回答同学提问阅读材料 : 1. 左演声等主编材料现代分析方法第十八章第四节, 北京工业大学出版社, 杜希文等主编材料分析方法第四章, 天津大学出版社,2006 思考题 : 分析比较扫描隧道显微分析法和原子力显微分析法等两种扫描探针显微分析技术的技术基础与应用特点附 : 时间表周次授课主题备注 1 材料现代分析技术总论 ( 讲授 ) 3 课时 2 材料热分析 (1)( 讲授 ) 3 课时 3 材料热分析 (2)( 讲授 ) 3 课时 4 X 射线衍射分析 (X 射线物理基础及晶体结构 )( 讲授 ) 3 课时 5 X 射线衍射分析 ( 倒易点阵及 X 射线衍射几何条件 )( 讲授 ) 3 课时 6 X 射线衍射分析 (X 射线衍射强度及德拜法 )( 讲授 ) 3 课时 9

10 7 X 射线衍射分析 ( 衍射仪法及物相分析 )( 讲授 ) 3 课时 8 电子显微分析 ( 电子光学基础及透射电镜基本原理 )( 讲授 ) 3 课时 9 电子显微分析 ( 样品制备及电子衍射 )( 讲授 ) 3 课时 10 电子显微分析 ( 透射电镜图像分析 )( 讲授 ) 3 课时 11 电子显微分析 ( 扫描电镜及能谱仪 )( 讲授 ) 3 课时 12 材料光谱分析导论 ( 讲授 ) 3 课时 13 材料原子光谱分析法 ( 讲授 ) 3 课时 14 材料分子光谱分析法 (1)( 讲授 ) 3 课时 15 材料分子光谱分析法 (2)( 讲授 ) 3 课时 16 扫描探针显微分析技术, 课程总结与复习 ( 讲授与互动 ) 3 课时五参考教材及相关资料 1. 材料现代分析方法左演声等主编, 北京工业大学出版社,ISBN: , 出版日期 : 材料分析方法杜希文等主编, 天津大学出版社,ISBN: , 出版日期 : 材料结构表征及应用吴刚主编, 化学工业出版社,ISBN: , 出版日期 : 六课程教学网站 : 将通过校内网络提供必要的课件和文字材料链接 10

电子技术基础 ( 第版 ) 3. 图解单相桥式整流电路 ( 图 4-1-3) 电路名称电路原理图波形图整流电路的工作原理 1. 单相半波整流电路 u 1 u u sin t a t 1 u 0 A B VD I A VD R B

电子技术基础 ( 第版 ) 3. 图解单相桥式整流电路 ( 图 4-1-3) 电路名称电路原理图波形图整流电路的工作原理 1. 单相半波整流电路 u 1 u u sin t a t 1 u 0 A B VD I A VD R B 直流稳压电源第 4 章 4.1 整流电路及其应用学习目标 1. 熟悉单相整流电路的组成, 了解整流电路的工作原理. 掌握单相整流电路的输出电压和电流的计算方法, 并能通过示波器观察整流电路输出电压的波形 3. 能从实际电路中识读整流电路, 通过估算, 能合理选用整流元器件 4.1.1 认识整流电路 1. 图解单相半波整流电路 ( 图 4-1-1) 电路名称电路原理图波形图 4-1-1. 图解单相全波整流电路