材料现代分析测试方法教案
材料现代分析测试实验教学设计
材料现代分析测试实验教学设计
1. 前言
材料现代分析测试实验是材料科学与工程专业中一门非常重要的课程，主要介绍现代材料分析测试的基本原理、方法、技术及应用。
本
文将探讨如何设计一套优秀的分析测试实验教学方案，使学生能够真
正掌握相关理论和技术，从而为将来的研究工作和工程实践做好充分
的准备。
2. 教学目标
本次实验教学的目标是培养学生的分析测试能力，提高学生对材料
分析测试技术的掌握，让学生能够熟练运用现代分析测试仪器进行实
验操作、测试数据处理和解释报告撰写等方面的工作。
具体目标如下：•掌握材料现代分析测试的基本原理、方法和技术；
•熟悉各种分析测试仪器的操作和使用；
•学习如何正确处理和分析实验数据；
•培养综合分析问题的能力，可以设计实验方案并进行独立科研工作；
•学会编写科学报告、口头报告和图表。
3. 教学内容
本次实验教学主要包括以下内容：
1。
材料现代分析与测试技术 教学大纲
材料现代分析与测试技术课程教学大纲一、课程性质、教学目的及教学任务1.课程性质本课程是材料类专业的专业基础课，必修课程。
2.教学目的学习有关材料组成、结构、形貌状态等分析测试的基本理论和技术，为后续专业课学习及将来材料研究工作打基础。
3.教学任务课程任务包括基本分析测试技术模块——X射线衍射分析、电子显微分析、热分析；扩充分析测试技术模块——振动光谱分析和光电子能谱分析。
在各模块中相应引入新发展的分析测试技术：X射线衍射分析X射线衍射图谱计算机分析处理；电子显微分析引入扫描探针显微分析（扫描隧道显微镜、原子力显微镜）；热分析引入DSC分析。
二、教学内容的结构、模块绪论了解材料现代分析与测试技术在无机非金属材料中的应用、发展趋势，明确本课程学习的目的和要求。
1. 本课程学习内容2. 本课程在无机非金属材料中的应用3. 本课程的要求（一）X射线衍射分析理解掌握特征X射线、X射线与物质的相互作用、布拉格方程等X射线衍射分析的基本理论，掌握X射线衍射图谱的分析处理和物相分析方法，掌握X射线衍射分析在无机非金属材料中的应用，了解X射线衍射研究晶体的方法和X射线衍射仪的结构，了解晶胞参数测定方法。
1. X射线物理基础（1）X射线的性质（2）X射线的获得（3）特征X射线和单色X射线2. X射线与物质的相互作用3. X射线衍射几何条件4. X射线衍射研究晶体的方法（1）X射线衍射研究晶体的方法（2）粉末衍射仪的构造及衍射几何5. X射线衍射数据基本处理6. X射线衍射分析应用（1）物相分析（2）X射线衍射分析技术在测定晶粒大小方面的应用（二）电子显微分析理解掌握电子光学基础、电子与固体物质的相互作用、衬度理论等电子显微分析的基本理论，掌握透射电镜分析、扫描电镜分析、电子探针分析的应用和特点，掌握用各种衬度理论解释电子显微像，掌握电子显微分析样品的制备方法，了解透射电镜、扫描电镜、电子探针的结构。
1. 电子光学基础（1）电子的波长和波性（2）电子在电磁场中的运动和电磁透镜（3）电磁透镜的像差和理论分辨率（4）电磁透镜的场深和焦深2. 电子与固体物质的相互作用（1）电子散射、内层电子激发后的驰豫过程、自由载流子（2）各种电子信号（3）相互作用体积与信号产生的深度和广度3. 透射电子显微分析（1）透射电子显微镜（2）透射电镜样品制备（3）电子衍射（4）透射电子显微像及衬度（5）透射电子显微分析的应用4. 扫描电子显微分析（1）扫描电子显微镜（2）扫描电镜图像及衬度（3）扫描电镜样品制备5. 电子探针X射线显微分析（1）电子探针仪的构造和工作原理（2）X射线谱仪的类型及比较（3）电子探针分析方法及其应用6. 扫描探针显微分析（1）扫描隧道显微镜（2）原子力显微镜（三）热分析理解掌握差热分析、热释光谱分析的基本原理，掌握差热曲线的判读及影响因素，掌握热释光谱分析，了解差热分析仪的结构，了解热重分析和示差扫描量热分析。
材料现代分析测试方法教学设计
材料现代分析测试方法教学设计1. 引言材料现代分析测试方法是材料科学中的重要领域，它不仅关系到材料的性能评估、质量控制、过程优化等方面，也与材料基础研究密切相关。
本文旨在探讨如何针对材料现代分析测试方法的教学设计，提高学生的实验技能、科学素养和综合素质。
2. 教学目标1.了解材料现代分析测试方法的技术基础、原理和应用；2.掌握现代分析测试方法的基本技能，包括样品制备、测试操作、数据处理等；3.培养学生的实验思维、实验技能和科学态度；4.提高学生的综合素质，包括团队协作、口头表达、写作能力等。
3. 教学内容3.1 材料现代分析测试方法概述介绍材料现代分析测试方法的发展历程、技术分类、应用领域等，使学生了解不同的现代测试方法的特点和优势。
3.2 样品制备与仪器调试掌握样品制备的基本方法和实验技巧，包括样品收集、样品制备、样品保存等方面内容。
同时，对仪器操作、仪器调试等方面进行详细介绍和演示，以保证实验数据的准确性和稳定性。
3.3 现代分析测试方法基础实验介绍常见的材料现代分析测试方法，包括SEM、TEM、XRD、XRF等方法，通过实验演示的方式来掌握分析测试方法的基本操作技能。
3.4 分析测试方法的综合应用选取一些案例，通过现代分析测试方法对材料进行分析测试，提高学生对分析测试方法的综合应用能力。
4. 教学方法与手段该课程以理论与实践相结合的方式进行，顺序讲解每个部分内容，进行示范，引导学生进行操作练习。
同时，结合课程设计，设计习题，让学生进行思考、探讨和解决问题。
5. 教学评价本课程的教学评价是单项评估和综合评估相结合的方式，主要由实验操作能力、实验报告写作和课堂表现三个方面来综合考察学生的综合素质。
6. 教学效果预期通过本次课程的学习，学生将对材料现代分析测试方法有了新的认识和理解，掌握了相关的基本技能和知识。
这将为他们未来的学习学术研究和实践应用打下基础，并有助于提高他们实验技能、科学素养和综合素质。
材料现代分析测试方法教案
材料现代分析测试方法教案(总18页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除材料科学与工程学院教案教师姓名：课程名称：材料现代分析测试方法课程代码：授课对象：本科专业：材料物理授课总学时：64其中理论：64实验：16（单独开课）教材：左演声等. 材料现代分析方法. 北京工业大学出版社，2000材料学院教学科研办公室制图3-3入射电子束与固体作用产生的发射现象3-2电子“吸收”与光子吸收有何不同？3-3入射X射线比同样能量的入射电子在固体中穿入深度大得多，而俄歇电子与X光电子的逸出深度相当，这是为什么？3-8配合表面分析方法用离子溅射实行纵深剖析是确定样品表面层成分和化学状态的重要方法。
试分析纵深剖析应注意哪些问题。
二、补充习题1、简述电子与固体作用产生的信号及据此建立的主要分析方法。
章节名称第四章材料现代分析测试方法概述教学时数4教学目的及要求1．掌握X射线衍射、电子衍射、紫外可见吸收光谱、红外吸收光谱、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和电子探针X射线显微分析的用途。
2．了解原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱、核磁共振谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱、紫外光电子能谱、俄歇电子能谱、色谱、质谱及电化学分析方法的用途。
重点难点重点：X射线衍射、电子衍射、紫外可见吸收光谱、红外吸收光谱、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和电子探针X射线显微分析的用途。
教学内容提要第一节衍射分析方法概述X射线衍射、电子衍射。
第二节光谱分析方法概述原子发射光谱，原子吸收光谱，原子荧光光谱，紫外可见吸收光谱，红外吸收光谱，分子荧光光谱，分子磷光光谱，X射线荧光光谱，核磁共振谱，拉曼光谱等。
第三节电子能谱分析方法概述X射线光电子能谱，紫外光电子能谱，俄歇电子能谱。
第四节电子显微分析方法概述透射电子显微镜，扫描电子显微镜，电子探针X射线显微分析。
第五节色谱、质谱及电化学分析方法概述色谱分析法，质谱分析法，电化学分析法。
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材料科学与工程学院教师姓名：课程名称：课程代码：授课对象：授课总学时:其中理论：材料现代分析测试方法本科专业：材料物理6464 实验：16 （单独开课）左演声等.材料现代分析方法.北京工业大学出版社，2000材料学院教学科研办公室制重点：电磁波谱，物质波，分子总能量与能级结构，分了轨道与电子能级，分了的振动与重点振动能级，干涉指数，倒易点阵，晶带。
难点难点：原子能态与原子量了数，原了的磁矩，原子核日旋-与核磁矩，干涉指数，倒易点阵, 晶带。
教学内容提要第一节电磁辐射与物质波一、电磁辐射与波粒二象性1-10下列哪些晶面属于［ill］晶带?(111),(231),(231),(211),(101),(101),(133)。
二、补充习题1、试求加速也压为1、10、100kV时，电子的波长各是多少？考虑相对论修正后又各是多少？・I早JJ 名称第三章粒子（束）与材料的相互作用教学时数教学目的及要求2.3.4.5.6. 重点难点作业3-22-3下列哪种跃迁不能产生？3我一3》［、3&—3|£>2、3>2—33Z）3> 43S—4>!o2-5分了能级跃迁有哪些类型？紫外、可见光谱与红外光谱相比，备有何特点？2-6以Mg% （入=9.89A）辐射为激发源，由谱仪（功函数4cV）测得某元素（固体样品）X射线光电子动能为981.5eV,求此元素的电子结合能。
2-7用能级示意图比较X射线光电子、特征X射线与俄歇电了的概念。
二、补充习题1、俄歇电了能谱图与光电子能谱图的表示方法有何不同？为什么？2、简述X射线与固体相互作用产生的主要信息及据此建立的主要分析方法。
1.理解概念：（电子的）最大穿入深度、连续X射线、特征X射线、溅射；掌握概念：散射角（20）、电子吸收、二次电子、俄歇电子、背散射电了、吸收电流（电子）、透射电子、二次离子。
了解物质对电子散射的基元、种类及其特征。
掌握电子与物质相互作用产生的主要信号及据此建立的主要分析方法。
材料研究与测试方法课程教案
材料研究与测试方法课程教案材料研究与测试方法课程教案1. 引言材料研究与测试方法课程是现代材料科学与工程领域中至关重要的一门基础课程。
通过该课程的学习，学生将能够了解材料的基本概念、分类以及各种常用的测试方法，为进一步的材料研究和工程应用奠定坚实的基础。
本文将从深度和广度两个方面对这门课程进行全面评估与讨论，帮助读者更好地理解课程内容与意义。
2. 基本概念与分类2.1 材料的概念材料是指人工或自然界中可用于制造产品或构建系统的物质。
它们可以是金属、陶瓷、聚合物等，在工程设计中起到至关重要的作用。
2.2 材料的分类根据组成和性质的不同，材料可以分为金属材料、陶瓷材料、聚合物材料以及复合材料。
金属材料具有可塑性和导电性，可以用于制造结构和导电元件；陶瓷材料具有高温稳定性和耐磨性，常用于制造砖瓦和刀具；聚合物材料具有良好的绝缘性和可塑性，广泛应用于塑料制品和纤维制品；而复合材料则是以上几类材料的组合，具有多种优异的性能。
3. 常用测试方法3.1 组成分析组成分析是材料研究与测试方法中的一项基本技术。
通过使用光谱仪、质谱仪等仪器设备，可以对材料的组成进行准确的定量与定性分析。
这对于了解材料的原子结构、元素含量以及杂质成分具有重要意义。
3.2 结构表征结构表征是材料研究的另一个重要方面。
通过使用X射线衍射、扫描电子显微镜等技术手段，可以确定材料的晶体结构、晶格常数以及晶体缺陷等信息。
这对于研究材料的性能与行为具有重要意义。
3.3 性能测试性能测试是材料研究与测试方法当中最关键的一部分。
通过对材料的力学性能、热学性能以及电学性能等方面进行测试，可以评估材料在不同工况下的力学和工程性能。
这对于材料的设计和应用具有重要意义。
4. 个人观点与理解在我看来，材料研究与测试方法课程具有重要的现实意义和学术意义。
从实践角度看，该课程有助于培养学生的实验操作能力和数据分析能力，为他们进入工程领域就业做好准备。
从学术角度看，该课程涉及的内容涵盖了材料科学与工程的各个方面，对于学生的综合素质提升也有巨大的促进作用。
材料现代测试方法课件资料 (2)全篇
电子万能材料试验机——试验量程和拉伸速度可 调，控制精度和控制范围很高很宽。可按需要增 配不同吨位的传感器、夹具和附件实现一机多用， 完成拉、压、弯、剪、剥离、撕裂、摩擦系数、 扭转等功能 。
试验步骤
课程说明
教材与参考书
《聚合物研究方法》——张美珍主编，轻工出版社 《高分子物理》——何曼君主编，复旦大学出版社
▪ 教学方法
以课堂讲授为主，结合观摩仪器使用
▪ 成绩评定
作业及平时表现30 %； 期末考试 70 %。
第一章 聚合物力学性能测定
§1-1描述力学性能的基本物理量 §1-2 聚合物拉伸试验 §1-3 聚合物弯曲试验 §1-4 聚合物冲击试验
IV型试样——热固性增强塑料板
符号 L H L2 G
名称 试样总长 夹具间距离 加强片长度
标距
尺寸 250 170 50 100
符号 W do d1
名称 宽度 厚度 加强片厚度
尺寸 25/50 2-10 3-10
拉伸试验中的术语
拉伸强度——拉伸试样至ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ裂为止所承爱受的最 大拉伸应力
断裂强度——拉伸试样断裂时所对应的拉伸应力 屈服强度——在拉伸应力-应变曲线上屈服点处
的拉伸应力 定伸强度——应力-应变曲线偏离直线后达规定
应变百分数时的拉伸应力 断裂伸长率——试样断裂时标线间距离增加量与
初始标距之比，以百分数表示 拉伸弹性模量——应力-应变曲线上直线部分的
斜率
拉伸试验机
机械式拉伸试验机——历史悠久，使用简单，价 格低廉。但加载速度不稳，测量精度较差，不具 有数据记录和处理功能。
材料现代测试技术---教学大纲
材料现代测试技术一、课程说明课程编号: 420209Z10课程名称: 材料现代测试技术/ Modern Testing Technique of Materials课程类别: 专业教育课程学时/学分: 32/2先修课程: 工程材料基础适用专业: 航空航天工程教材、教学参考书:(1.廖晓玲主编.材料现代测试技术. 北京: 冶金工业出版社, 2010年；(2.欧阳国恩主编.复合材料试验技术.武汉：武汉理工大学出版社，1993年。
二、课程设置的目的意义是为航空航天工程专业航空航天复合材料方向所设立的一门拓展知识体系的专业选修课程。
课程设计的目的是: 通过本课程学习, 使学生掌握现代测试技术和复合材料专用测试技术的基本原理, 了解材料力学、化学和物理性能等多方面的测试技术。
通过理论与实践相结合的方法, 培养学生在复合材料实验方面的动手能力, 为从事复合材料及其相关行业研究与开发奠定坚实基础。
三、课程的基本要求知识: 掌握材料现代测试的主要方法, 包括材料性能现代测试技术和复合材料专用测试技术两部分。
前者包括常用的热分析、色谱分析、光谱分析、质谱分析、核磁共振和扫描电子显微镜等基本测试方法；后者主要针对复合材料的拉伸、弯曲、冲击等基本力学性能以及吸水、导电、导热等性能的测试。
能力: 从应用的角度表征复合材料的结构及其性能, 用于解决材料制备的工程问题；用材料结构和理化性能的表征方法进行材料制备及其分析, 培养解决复杂工程问题的能力；提高针对具体问题提出有效的解决方案, 增强开发新材料的能力；在测试与材料学科的交叉知识的讨论中培养创新意识, 提高分析、发现、研究和解决问题的能力。
素质：建立复合材料－结构-性能一体的观念, 通过课程中的分析讨论辩论培养分析沟通交流素质, 通过课外导学的模式, 提升自主学习和终身学习的意识, 形成不断学习和适应发展素质。
四、教学内容、重点难点及教学设计五、考核方式及成绩评定。
《材料现代分析测试方法实验》教学大纲
《材料现代分析测试方法实验》教学大纲《材料现代分析测试方法实验》教学大纲课程学时32适用专业材料化学一、本门实验课程的教学目的和要求材料现代分析测试分析方法实验是一个重要的教学环节，通过学习可引导学生了解各实验的原理，熟悉实验设备，运用所学原理对实验结果进行分析，培养学生的动手能力，观察实验现象，理论联系实际，分析实验结果，解决实际问题的能力，有助于学生专业综合素质的提高。
本课程的基本要求是：1．了解现代主要分析测试仪器的结构、基本组成、工作原理和主要操作方法；2．熟悉分析测试对样品的要求，掌握一般的制样方法，了解特殊的制样方法；3．学会实验结果的数据处理与分析方法；4．学会主要分析方法的计算机检索方法；5．掌握实验的分析测试技术的主要用途。
二、本实验课程与其它课程的关系前修课程：高等数学、大学物理、无机化学、晶体学、近代物理、材料现代分析测试方法等。
后继课程：材料合成与制备技术实验、材料物理综合实验、毕业实习、毕业论文等。
三、实验课程理论教学内容安排（包括章节、体系、重点、难点、考核方法、学时安排、实验安排、教材及参考书）1．本门实验课的具体实验穿插在理论课《材料现代分析测试方法》授课时段之中进行。
2．实验指导书：自编讲义：《材料现代分析测试分析方法实验》指导书，2006。
3．参考书[1] 材料现代分析方法.左演声等.北京工业大学出版社，2003。
[2] 材料近代分析测试方法.常铁军等.哈尔滨工业大学出版社，2003[3] 材料分析测试技术——材料X射线衍射与电子显微分析.周玉等. 哈尔滨工业大学出版社，1998[4] 无机非金属材料测试分析方法．杨南如等．武汉工业大学出版社，2003[5] 材料物理现代研究方法．马如璋等．冶金工业出版社，1997[6] 非金属矿产物相及性能测试与研究.万朴等.武汉工业大学出版社，1992四、实验内容安排（简要说明实验项目体系的结构、类型[综合型、设计型、验证型、演示型、课外自选型]，分项目列出每个实验的目的、要求、内容、方法、时间、参考材料，其它实验（如开放时间的自选实验））（一）实验项目序号实验项目学时实验类型必做或选做1X射线衍射仪的认识及样品制备1验证必做2X射线衍射物相定性分析2必做3X射线衍射物相定量分析2综合选做4晶体点阵常数的精确测定2综合选做5电子显微镜的认识及样品制备1验证必做6电子显微照片的分析2综合必做7电子衍射分析2综合选做8电子探针X射线显微分析2选做9紫外可见吸收分光光度计的认识及样品制备1验证选做10红外光谱仪的认识及样品制备1验证必做11红外光谱物相定性分析1综合必做12红外光谱物相定量分析2综合选做13综合热分析仪的认识1验证必做14热重（TG）-差热（DTA）-差示扫描量热（DSC）曲线分析1必做15其它分析测试仪器的认识2验证选做16天然原料的鉴定与分析4综合选做17无机材料的鉴定与分析4综合选做18高分子材料的鉴定与分析4综合选做备注：实验项目16、17、18中必须选做一个。
材料现代分析测试方法教学大纲
材料现代分析测试方法教学大纲课程名称：材料现代分析测试方法 课程编码：1024101 学 时：72 学 分：4开课学期：6课程类别：必修课课程性质：专业基础课先修课程：材料科学基础，教 材：常铁军等主编，材料近代分析测试方法，哈尔滨工业大学出版社一、课程性质、目的与任务：本课程是针对材料学专业各专业方向本科生而开设专业基础课的。
目的 是使学生掌握材料主要分析技术方法的基本原理和应用，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。
二、课程的基本内容：光学显微分析仪器；金相试样的制备；特殊光学金相技术与显微硬度的 测定； 定量金相技术；X射线物理学基础；X射线运动学衍射理论；X射线 衍射方法；晶体取向的测定；点阵常数的精确测定；多晶体的物相分析；宏 观应力测定；电子与物质的交互作用；透射电子显微分析；扫描电子显微分 析；表面成分分析；电子显微技术的新进展及试验方法的选择；核磁共振与 电子自旋共振波谱；X 射线光电子能谱；固体高聚物的小角光散射；热分析 技术；超声波检测。
三、课程基本要求：1 光学显微分析仪器光学显微镜成象原理：显微镜的种类，金相显微镜成象原理，透镜像差 及校正；显微镜的使用；光源及其使用方法，显微镜的放大率及景深。
2 金相试样的制备试样的截取和镶嵌：金相试样的取样原则，金相试样的截取，金相试样 的镶嵌，金相试样的磨制；金属显微组织的显示；化学显示，电解显示，其 它显示3 特殊光学金相技术与显微硬度的测定偏光显微镜的原理、结构及应用：金相显微镜的偏光装置，偏光装置的 调整，偏光显微镜的应用；相衬显微分析的基本原理和相衬显微镜的光学结 构；相衬显微分析原理，相衬显微镜的光学结构；高温金相显微镜的结构和 应用；高温金相显微镜的结构，高温金相在金属材料研究中的应用；显微硬 度及其测定；显微硬度测试原理，显微硬度测试要点。
4 定量金相技术定量金相概述：定量金相的符号及测量基本原理；定量金相用的符号， 定量测量基本原理；显微组织特征参数测量；晶粒大小，分散分布的第二相 粒子，片层状组织，界面曲率，有向组织参数5 X射线物理学基础X 射线的本质：X 射线谱；连续 X 射线谱，特征 ZX 射线谱；X 射线与 物质相互作用；经典散射与经典散射强度，二次特征辐射，X射线的衰减6 X射线运动学衍射理论X 射线衍射方向：布拉格定律；倒易点阵；倒易点阵的定义，倒易点阵 的某些关系式，倒易点阵的性质倒易空间中表示衍射条件的矢量方程，埃瓦 尔德图解；X 射线衍射强度；一个晶胞的散射振幅，结构因数的计算，粉末 多晶的积分强度公式7 X射线衍射方法粉末照相法：粉末法成象原理，德拜－谢乐法；多晶衍射仪法；测角器， 探测器，计数电路，实验条件选择及试样制备。
材料现代分析测试方法优选全文
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19.1 材料选择的原则
3.材料的选择应力求使零件生产的总成本最低 除了使用性能与工艺性能外，经济性也是选材必须考虑的重要
学、物理、化学等性能。它是保证该零件可靠工作的基础。 对一般机械零件来说，选材时主要考虑的是其机械性能(力学 性能)。而对于非金属材料制成的零件，则还应该考虑其工作 环境对零件性能的影响。 零件按力学性能选材时，首先应正确分析零件的服役条件、 形状尺寸及应力状态，结合该类零件出现的主要失效形式， 找出该零件在实际使用中的主要和次要的失效抗力指标，以 此作为选材的依据。根据力学计算，确定零件应具有的主要 力学性能指标。能够满足条件的材料一般有多种，再结合其 他因素综合比较，选择出合适材料。
阻而停止下来。 X射线发生装置示意图
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（二）X射线的性质
X射线从本质上来说，和无线电波、可见光、γ射线等一样，也是电磁波，其波长 范围在0 001～100 nm之间，介于紫外线和γ射线之间，但没有明显的分界。
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（二）特征谱
特征X射线产生原理图 特征谱的相对强度是由电子在各能级之间的跃迁几率决定的，还与跃 迁前原来壳层上的电子数多少有关 。 由于愈靠近原子核的内层电子的结合能愈大，所以击出同一靶材原子
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项目十九 材料及热处理选择
19.1 材料选择的原则 19.2 材料选择的一般步骤
19.1 材料选择的原则
机械零件的选材是一项十分重要的工作。选材是否恰当，特别 是一台机器中关键零件的选材是否恰当，将直接影响到产品的 使用性能、使用寿命及制造成本。选材不当，严重的可能导致 零件的完全失效。设计人员在进行零件的选材时，应对该零件 的服役条件，应具备的主要性能指标。能满足要求的常用材料 的性能特点、加工工艺性及成本高低等。进行全面分析，综合 考虑。
材料现代分析与测试技术课程设计 (2)
材料现代分析与测试技术课程设计一、课程目标本课程旨在教授材料现代分析与测试技术的基础原理和实践操作技能，培养学生的科学研究思维和实验操作能力，为学生今后学习与科研提供基础。
二、课程大纲1. 基础知识本部分主要介绍材料现代分析与测试技术的一些基础知识，包括材料的结构、性能和成分等。
2. 分析技术本部分主要介绍材料现代分析与测试技术中常用的分析技术，包括X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜等。
3. 实验操作本部分主要介绍材料现代分析与测试技术的操作流程和实验技巧，包括样品制备、实验设备操作、数据处理等。
4. 实践应用本部分主要介绍材料现代分析与测试技术在材料科学、环境监测、医学等领域的实践应用，为学生提供实际操作案例。
三、课程设计1. 教学方式本课程采用理论教学与实验操作相结合的方式进行。
理论教学部分包括教师的授课和学生的自主学习，学生应在课前预习相关的理论知识，并在课堂上和教师互动、讨论。
实验操作部分由学生进行，教师将为学生提供实验指导并进行实验结果评估。
2. 实验操作本课程的实验操作包括以下内容：1.样品制备：学生将制备不同材料的样品，并进行后续的实验分析操作。
2.X射线衍射：学生将用X射线衍射仪进行材料样品分析，了解不同晶面之间的角度和间距。
3.扫描电镜：学生将用扫描电镜观察材料表面形貌，并进行形貌分析。
4.透射电镜：学生将用透射电镜观察材料内部结构，并进行晶体结构和成分分析。
5.原子力显微镜：学生将用原子力显微镜观察材料表面的微纳米结构，并进行形貌分析。
3. 实验报告学生将在实验操作后撰写实验报告，包括以下内容：1.实验目的：介绍该实验的目的和重要性。
2.实验原理：阐述该实验所用技术的原理和基础知识。
3.实验过程：介绍学生的实验操作流程和记录结果。
4.数据分析：对实验数据进行分析和解释。
5.结论和展望：总结实验结果并展望未来研究的方向。
四、学生评估本课程的学生评估分为实验操作成绩和实验报告成绩两部分。
材料的现代分析测试方法
02
七．阴极荧光
单击此处添加正文，文字是您思想 的提炼，请尽量言简意赅地阐述观 点。
04
六．俄歇电子
单击此处添加正文，文字是您思想 的提炼，请尽量言简意赅地阐述观 点。
八．电子束感生电效应
一． 电子束感生电导信号 二． 电子束感生电压信号
第三节 SEM工作原理
第四节 SEM的构造
一.电子光学系统
添加标题
醇、丙酮或超声波 清洗法清理
添加标题
轻易清除。
添加标题
干净。
二.非金属材 料试样制备
一．在试样表面上蒸涂或沉积一层导电 膜。碳、金、银、铬、铂和金钯合 金等均可做导电膜材料。
二．导电膜应均匀、连续，厚度为 200~300Å。
三.生物医学材料试样制备
01
清洗、固定
02
脱水、干燥
03
导电处理等
EhhE 尽量言简意赅地阐述观点。
原理
λ——特征X射线波长
02
c ——光速
h ——普朗克常数
能谱仪组成 信号放大系统
显示系统
检测系统 数据处理系统
X射线能谱 仪的基本组 成
三.波谱仪与能谱仪比较
分析速度快. 分析灵敏度高.
结构紧凑、稳定性好.
与波谱仪相比，能谱仪的优 点：
三.波谱仪与能谱仪比较
组成: 电子枪, 电磁聚光镜, 光阑,
样品室等.
作用: 用来获得扫描电子束, 作为
使样品产生各种物理信号的
激发源.
电子枪
聚光镜(电磁 透镜)
光阑 样品室
用于SEM的电子枪有两种类型
热电子发射型: 普通热阴极三极电子枪 六硼化镧阴极电子枪 场发射电子枪: 冷场发射型电子枪 热场发射型电子枪
教案-材料现代分析测试方法(1)
莱芜职业技术学院教师授课教案（2014至2015学年度第一学期）课程名称材料现代研究方法适用专业金属材料与热处理技术授课教师解传娣所属系（部）冶金与建筑工程系学时36章节名称第三章粒子（束）与材料的相互作用教学时数2教学目的及要求1．理解概念：（电子的）最大穿入深度、连续X射线、特征X射线、溅射；掌握概念：散射角（2 ）、电子吸收、二次电子、俄歇电子、背散射电子、吸收电流（电子）、透射电子、二次离子。
2．了解物质对电子散射的基元、种类及其特征。
3．掌握电子与物质相互作用产生的主要信号及据此建立的主要分析方法。
4．掌握二次电子的产额与入射角的关系。
5．掌握入射电子产生的各种信息的深度和广度范围。
6．了解离子束与材料的相互作用及据此建立的主要分析方法。
重点难点重点：电子的散射，电子与固体作用产生的信号。
难点：电子与固体的相互作用，离子散射，溅射。
教学内容提要第一节电子束与材料的相互作用一、散射二、电子与固体作用产生的信号三、电子激发产生的其它现象第二节离子束与材料的相互作用一、散射二、二次离子作业一、教材习题3-1电子与固体作用产生多种粒子信号（教材图3-3），哪些对应入射电子？哪些是由电子激发产生的？图3-3入射电子束与固体作用产生的发射现象6-2试总结德拜法衍射花样的背底来源，并提出一些防止和减少背底的措施。
6-3图题6-1为某样品德拜相（示意图），摄照时未经滤波。
已知1、2为同一晶面衍射线，3、4为另一晶面衍射线，试对此现象作出解释。
图题6-16-4粉末样品颗粒过大或过小对德拜花样影响如何？为什么？板状多晶体样品晶粒过大或过小对衍射峰形影响又如何？6-5试从入射光束、样品形状、成相原理（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。
四、TG的应用五、影响TG曲线的主要因素第五节热分析仪与其它分析方法的联用一、热显微镜二、X射线衍射-DSC三、逸出气分析作业一、教材习题17-2试述差热分析中放热峰和吸热峰产生的原因有哪些？17-3差示扫描量热法与差热分析方法比较有何优越性？17-4热重法与微商热重法相比各具有何特点？17-5由碳酸氢钠的热重分析可知，它在100~225℃之间分解放出水和二氧化碳，所失质量占样品质量的36.6%，而其中w(CO2)=25.4%。
材料现代分析测试方法
主要内容
信号发生器使样品产生（原始）分析信号； 检测器则将原始分析信号转换为更易于测量的信 号（如光电管将光信号转换为电信号）并加以检 测； 被检测信号经信号处理器放大、运算、比较等后 由读出装置转变为可被人读出的信号被记录或显 示出来。 依据检测信号与材料的特征关系，分析、处理读 出信号，即可实现材料分析的目的。
3
主要内容
材料现代分析测试方法涉及的分析测试技术和方法种类繁多，内容 极其广泛。 对于传统方法、近代方法和现代方法的划分问题，不同的专家学者 认识不同，且随科学技术的发展而变化。 因此，相近内容的教材或专著的名称多种多样，比如，“材料分析 测试方法”、“材料现代分析方法”、“材料近代分析测试方法”、 “材料分析测试技术”、“现代分析技术”、“现代仪器分析原理 与技术”等等。 材料分析是通过对表征材料的物理性质或物理化学性质参数及其变 化（称为测量信号或特征信息）的检测实现的。 换言之，材料分析的基本原理（或称技术基础）是指测量信号与材 料成分、结构等的特征关系。 采用各种不同的测量信号（相应地具有与材料的不同特征关系）形 成了各种不同的材料分析方法。
4
主要内容
基于电磁辐射及运动粒子束与物质相互作用的各种性质建 立的各种分析方法已成为材料现代分析方法的重要组成部 分，大体可分为光谱分析、电子能谱分析、衍射分析与电 子显微分析等四大类方法。 此外，基于其它物理性质或电化学性质与材料的特征关系 建立的色谱分析、质谱分析及热分析等方法也是材料现代 分析的重要方法。 尽管不同方法的分析原理（检测信号及其与材料的特征关 系）不同及具体的检测操作过程和相应的检测分析仪器不 同，但各种方法的分析、检测过程均可大体分为信号发生、 信号检测、信号处理及信号读出等几个步骤。 相应的分析仪器则由信号发生器、检测器、信号处理器与 5 读出装置等几部分组成。
《材料现代分析测试》实验讲义
实验一
一、实验目的
材料的介电性能测试
1. 掌握介电材料的极化、介电性能及其表示方法。 2. 了解精密阻抗分析仪的设备构造、测试原理和试样要求。 3. 掌握利用精密阻抗分析仪对材料的介电性能进行测试的方法。 二、实验原理 物质都是由带正、负电荷的粒子构成的，如果将物质置于电磁场中，其中的带电粒子则会因 电磁场力的作用而改变其分布状态。这种改变从宏观效应上看，表现为物质对电磁场的极化、磁 化和传导响应， 分别由介电常数 （Permittivity） 、 磁导率 （Permeability） 和电导率 （Conductivity）
S
d
图 1 平行板电容器示意图 电介质的极化机理主要有以下几种：
图 2 原子极化示意图
，是指离子或原子的电子云相对于携带正电荷的原子核位移引起的极 （1）电子极化率（ e ） 化率。这种极化在一切电介质中都存在。大多数电子极化率与原子或离子半径的三次方成正比关 系： e 4 0 R 。
e i d s
而其介电常数也是由于上述各种极化的综合作用而产生的结果。 3. 测试原理 本实验中，我们采用 Agilent E4991A 精密阻抗分析仪对材料的介电常数进行测试。
3
（10）
云南大学材料科学与工程系
《材料分析方法实验》实验讲义
Agilent E4991A 对材料介电常数的测量所采用的是电容法（Capacitance Method） ，通过测量 被测材料的电容来计算材料的相对介电常数， 其所采用的测量夹具为 16453A， 电容法的测试原理 图如图 3 所示。 图 3 中 DUT 表示待测试样（Device Under Test） ，其厚度为 t，S 表示与被测试样表面接触的 电极的面积。被测试样可以等效为一个电容 C（如图 3 ( i )所示） ，由于该电容的电容值较其阻抗 要小得多，所以它又可以等效为一个包含平行电容和平行电导的等效电路（如图 3 ( ii )所示） 。
材料现代测试分析技术和方法（第一大部分）
材料现代测试分析技术第一讲本课程概述及教学安排❑材料现代测试分析技术概述❑本课程的教学内容和教学要求❑教学计划与主要参考书材料现代测试分析技术概述材料、信息和能源是现代科学技术重点发展的三大领域，而材料又是信息和能源发展的物质基础，是重中之重，可以说没有先进材料就没有现代科技。
然而，对材料的科学分析是获得先进材料的核心环节。
----引自《材料现代分析技术》（朱和国等编著）前言第一节一般原理材料现代测试分析技术是关于材料成分、结构、微观形貌与缺陷等的现代分析、测试技术及其有关理论基础的科学。
●不仅包括材料（整体的）成分、结构分析，也包括材料表面与界面分析、微区分析、形貌分析等诸多内容。
●创立新的理论，发明新的技术和方法科学技术上的重大成就和科学研究新领域的开辟，往往是以测试方法和仪器的突破为先导，“在诺贝尔物理和化学奖中，大约有四分之一是属于测试方法和仪器创新的”材料分析是如何实现的？⏹通过对表征材料的物理性质参数及其变化（称为测量信号或特征信息）的检测实现的。
即，材料分析的基本原理是指测量信号与材料成分、结构等的特征关系。
⏹采用各种不同的测量信号（相应地具有与材料的不同特征关系）形成了各种不同的材料分析方法。
基于电磁辐射及运动粒子束与物质相互作用的各种性质建立的各种分析方法已成为材料现代测试分析方法的重要组成部分：⏹衍射分析⏹光谱分析⏹电子能谱分析⏹电子显微分析基于其它物理性质与材料的特征关系建立的分析方法：⏹色谱分析⏹质谱分析⏹热分析第二节衍射分析方法概述⏹基本目的：衍射分析方法是以材料结构分析为基本目的的现代分析方法。
⏹技术基础：衍射——电磁辐射或运动的电子束、中子束与材料相互作用产生相干散射（弹性散射），相干散射相互干涉的结果⏹X射线衍射分析电子衍射分析中子衍射分析是材料结构分析工作的两个基本特征X射线衍射仪13⏹高能电子衍射分析（HEED）入射电子能量10~200keV●透射电子显微镜（TEM）——可实现样品选定区域的电子衍射分析实现微区样品结构分析与形貌观察相对应⏹低能电子衍射分析（LEED）入射电子能量10~1000eV●样品表面1~5个原子层的结构信息；是晶体表面结构分析的重要方法，应用于表面吸附、腐蚀、催化、外延生长、表面处理等领域●衍射线方向由布拉格方程描述⏹反射式高能电子衍射分析（RHEED）●以高能电子照射较厚固体样品来研究分析其表面结构●为获得表面信息，入射电子采用掠射方式（<5。
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材料科学与工程学院
教案
教师姓名：
课程名称：材料现代分析测试方法
课程代码：
授课对象：本科专业：材料物理
授课总学时：64
其中理论：64 实验：16（单独开课）
教材：左演声等. 材料现代分析方法. 北京工业大
学出版社，2000
材料学院教学科研办公室制
X 射线光电子动能为981.5eV，求此元素的电子结合能。
2-7用能级示意图比较X射线光电子、特征X射线与俄歇电子的概念。
二、补充习题
1、俄歇电子能谱图与光电子能谱图的表示方法有何不同？为什么？
2、简述X射线与固体相互作用产生的主要信息及据此建立的主要分析方法。
章节名称第三章粒子（束）与材料的相互作用
教学
时数
2
教学目的及要求1．理解概念：（电子的）最大穿入深度、连续X射线、特征X射线、溅射；掌握概念：散射角（2 ）、电子吸收、二次电子、俄歇电子、背散射电子、吸收电流（电子）、透射电子、二次离子。
2．了解物质对电子散射的基元、种类及其特征。
3．掌握电子与物质相互作用产生的主要信号及据此建立的主要分析方法。
4．掌握二次电子的产额与入射角的关系。
5．掌握入射电子产生的各种信息的深度和广度范围。
6．了解离子束与材料的相互作用及据此建立的主要分析方法。
重点难点重点：电子的散射，电子与固体作用产生的信号。
难点：电子与固体的相互作用，离子散射，溅射。
教学内容提要
第一节电子束与材料的相互作用
一、散射
二、电子与固体作用产生的信号
三、电子激发产生的其它现象第二节离子束与材料的相互作用
一、散射
二、二次离子
作业一、教材习题
3-1电子与固体作用产生多种粒子信号（教材图3-3），哪些对应入射电子？哪些是由电子激发产生的？
图3-3入射电子束与固体作用产生的发射现象
3-2电子“吸收”与光子吸收有何不同？
3-3入射X射线比同样能量的入射电子在固体中穿入深度大得多，而俄歇电子与X光电子的逸出深度相当，这是为什么？
3-8配合表面分析方法用离子溅射实行纵深剖析是确定样品表面层成分和化学状态的重要方法。
试分析纵深剖析应注意哪些问题。
二、补充习题
1．劳埃（Laue）法概述2．成像原理与衍射花样特征3．劳埃花样的指数标定
作业教材习题：
6-1Cu Kα辐射（λ=0.154nm）照射Ag（f．c．c面心立方）样品，测得第一衍射峰位置2θ＝38︒，试求Ag的点阵常数。
6-2试总结德拜法衍射花样的背底来源，并提出一些防止和减少背底的措施。
6-3图题6-1为某样品德拜相（示意图），摄照时未经滤波。
已知1、2为同一晶面衍射线，
3、4为另一晶面衍射线，试对此现象作出解释。
图题6-1
6-4粉末样品颗粒过大或过小对德拜花样影响如何？为什么？板状多晶体样品晶粒过大或过小对衍射峰形影响又如何？
6-5试从入射光束、样品形状、成相原理（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。
章节名称第七章X射线衍射分析的应用
教学
时数
4
教学目的及要求1．熟悉X射线衍射分析的用途。
2．掌握X射线物相定性分析（物相鉴定）的基本原理、方法和步骤。
3．了解X射线物相定量分析的基本原理和方法。
4．熟悉影响点阵常数测量误差的因素及消除或减小的方法
5．了解点阵常数精确测定的方法。
重点难点重点：物相定性分析
难点：物相定量分析和点阵常数的精确测定
教学
方法
课堂讲授，多媒体与黑板。
教学内容提要第一节物相分析
一、物相定性分析
二、物相定量分析
第二节点阵常数的精确测定
一、概述
二、校正误差的数据处理方法
小测验2：X射线衍射分析方面内容（1学时左右）
作业一、教材习题
7-4A-TiO2（锐铁矿）与R-TiO2（金红石）混合物衍射花样中两相最强线强度比
5.1
2
2=
-
-
TiO
R
TiO
A
I
I。
试用参比强度法计算两相各自的质量分数。
7-5某淬火后低温回火的碳钢样品，不含碳化物（经金相检验）。
A（奥氏体）中含碳1%，M（马氏体）中合碳量极低。
经过衍射测得A220峰积分强度为2.33（任意单位），M211峰积分强度为16.32。
试计算该钢中残留奥氏体的体积分数（实验条件：Fe Kα辐射，滤
重点难点重点：基本原理、应用
难点：影响热分析曲线的因素和如何应用热分析曲线解决实际问题。
教学内容提要
第一节概述
第二节差热分析
一、基本原理与差热分析仪
二、DTA曲线分析与应用
三、影响DTA曲线的主要因素
第三节差示扫描量热法
一、基本原理与差示扫描量热仪
二、热量变化与曲线峰面积的关系
三、DSC的应用
第四节热重法
一、基本原理
二、热天平
三、微商热重（DTG）曲线
四、TG的应用
五、影响TG曲线的主要因素
第五节热分析仪与其它分析方法的联用
一、热显微镜
二、X射线衍射-DSC
三、逸出气分析
作业一、教材习题
17-2试述差热分析中放热峰和吸热峰产生的原因有哪些？
17-3差示扫描量热法与差热分析方法比较有何优越性？
17-4热重法与微商热重法相比各具有何特点？
17-5由碳酸氢钠的热重分析可知，它在100~225℃之间分解放出水和二氧化碳，所失质量占样品质量的36.6%，而其中w(CO2)=25.4%。
试据此写出碳酸氢钠加热时的固体反应式。
16-6根据题图17-1所示的TG、DTG和DTA曲线，推论NH4VO3的分解过程。
题图17-1
16-7题图17-2为尼龙-6在氦气和空气中的DTA曲线，二者之差异说明了什么?
题图17-2
1-在氦气中；2-在空气中
二、补充习题
1、简述影响DTA（DSC）曲线形状的因素。
2、简述影响TG曲线形状的因素。
章节名称第十四章其它分析方法简介
教学
时数
6
教学
目的及要求
了解核磁共振谱、穆斯堡尔谱、拉曼光谱、扫描隧道显微镜、原子力显微、场发射、场离子显微镜与原子探针的基本原理、仪器及应用。
重点难点重点：拉曼光谱和扫描隧道显微镜的应用
难点：基本原理
教学内容提要
第一节核磁共振谱法
第二节穆斯堡尔谱法
第三节激光拉曼光谱法
第四节扫描隧道显微镜与原子力显微镜第五节场发射、场离子显微镜与原子探针
作业教材习题：
18-2核磁共振化学位移的概念如何？简述其影响因素。
18-3何谓穆斯堡尔效应？试指出应用穆斯堡尔谱法能解决哪些问题。
18-5简述拉曼光谱法应用特点（与红外光谱法进行比较）。
18-6何为隧道效应？简述扫描隧道显微镜恒电流模式与恒高度模式工作原理。
18-7简述场发射显微镜工作原理及其应用特点与范围。
18-8简述场离子显微镜工作原理及其应用特点与范围。
18-9什么是原子探针-场离子显微镜？其应用特点如何？
18-10列举你所知道的可用于固体表面分析的方法，列表比较各种方法的技术基础与应用特点并列举其典型应用实例。
教材及主要参考书
一、教材
左演声等. 材料现代分析方法. 北京工业大学出版社，2000
二、主要参考书
1.常铁军等. 材料近代分析测试方法(第二版). 哈尔滨工业大学出版社，2005
2.周玉等. 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，1998
3.王富耻等. 材料现代分析测试方法.北京理工大学出版社，2006
4.杨南如. 无机非金属材料测试方法，武汉工业大学出版社，2003
5.万朴等. 非金属矿产物相及性能测试与研究. 武汉工业大学出版社，1992
6.胡志忠. 材料研究方法. 机械工业出版社, 2004
7.黄新民. 材料研究方法. 哈尔滨工业大学出版社, 2008
8.李晓生. 无机非金属材料物相分析与研究方法, 中国建材工业出版社, 2008
9.谈育煦. 材料研究方法. 机械工业出版社, 2004
10.王培铭, 许乾慰. 材料研究方法. 科学出版社, 2007
11.朱和国, 王恒志. 材料科学研究与测试方法. 东南大学出版社, 2008
12.张国栋. 材料研究与测试方法. 冶金工业出版, 2001
13.常铁军等. 材料现代研究方法. 哈尔滨工程大学出版社, 2005。