材料分析测试技术讲课教案.docx
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材料分析测试技术讲课教案
《材料分析测试技术》课程教案
依照大纲要求《材料分析测试技术》课程学时64，分派如下：
一、课时学时分派
讲课52学时
绪论2
第一章X射线的性质4
第二章X射线衍射6
第三章多晶体分析方式4
第四章X射线衍射应用6
第五章透射电子显微镜4
第六章电子衍射6
第七章晶体薄膜衍射成像分析6
第八章扫描电子显微镜与电子探针6
第九章光谱分析简介4
第十章其它显微分析方式简介4
2.实验学时：
12学时
1.德拜相机与德拜相，立方晶系粉末相指标化。
2学时
2.衍射仪结构与实验2
3.物相分析2
4.透射电子显微镜结构与工作原理2
5.选区电子衍射及明、暗场成像2
6.扫描电子显微镜及电子探针2
第一次课教学内容：
绪论（50分钟）
介绍材料分析测试技术在材料科学研究中的作用和应用，介绍材料分析测试方式的进展历史，让同窗在了解了开设本门课程的意义后，激发同窗们对材料分析方式的喜爱，对这们科学的向往。
第一章X射线的性质
X射线在电磁波谱中的波段，（5分钟）X射线的本质；（10分钟）
X射线产生条件及X射线管；（35分钟）
简要介绍X射线诞生和进展历史。
讲解电磁波谱及X射线的波长范围。
介绍X射线的性质和本质。
详细讲解X射线产生条件及X射线管的构造。
本节重点是X射线产生条件及X射线管部份的内容，难点是从物理本质上熟悉X射线的产生机制。
第二次课教学内容：
X射线谱，持续谱（20分钟），特点谱产生机理（30分钟）；
X射线与物质的彼此作用（5分钟），相干散射（5分钟），非相干散射（10分钟），X射线的吸收（15分钟），吸收系数（5分钟），吸收限（10分钟），
X射线谱持续谱和特点谱产生机理是本节重点讲解的内容。
要讲清楚X射线持续谱，特点谱的物理本质，产生机理，作用和特点谱的命名方式等。
X射线与物质的彼此作用是另一个重点，X射线与物质的彼此作用产生散射和吸收是现象，其内在的物理进程和本质必需讲透彻。
难点是电子、X射线与物质的原子及原子核外的电子彼此作用的物理进程和本质。
第三次课教学内容：
X射线衰减规律及其在实际中的应用（15分钟），选靶与滤波片（25分钟）。
X射线的防护（10分钟）。
第二章X射线衍射方向
晶体几何学（25分钟），布拉格方程与讨论（25分钟）；
本节课程着重讲解X射线与物质的彼此作用后的强度衰减，这是X射线与物质的彼此作用的宏观表现，是X射线透射学基础。
讲清楚线吸收系数和质量吸收系数的区别和作用；X射线与物质的彼此作用产生真吸收的本质能够帮忙咱们进行选靶与滤波片的选择，这也是X射线光谱学的基础。
晶体几何学在前面课程已经讲过，那个地址是温习。
布拉格方程与讨论是重点教学内容。
分析比较散射和衍射的异同，讨论布拉格方程。
本节的难点是应用强度衰减公式解决实际问题和对布拉格方程的明白得。
第四次课教学内容：
*倒易点阵（10分钟），概念与性质（30分钟），衍射矢量方程（10分钟）；
*爱瓦尔德图解（25分钟）；
三种衍射方式（10分钟）。
第三章X射线衍射强度
一个电子的衍射强度（15分钟），
本节课程重点讲解倒易点阵的概念、概念与性质，这是本节的难点。
讲清楚倒易点阵对后续课程致关重要，因此要通过正空间的温习、通过举例等方式使同窗成立倒空间的概念。
第二讲清楚衍射矢量方程对讲解爱瓦尔德图解是很重要的，那个地址要将倒空间的概念、布拉格方程和爱瓦尔德球联系起来讲，成立空间入射和衍射的空间思维。
三种衍射方式的讲解进一步加深同窗对上述问题的明白得。
本节的重中之重的问题是成立空间入射和衍射的空间思维及其与倒空间的联系。
第五次课教学内容：
一个原子的衍射强度（15分钟），一个晶胞的衍射强度与结构因子（35分钟）；
多晶体衍射强度（50分钟），
通过一个电子的衍射强度、一个原子的衍射强度、一个晶胞的衍射强度、一个晶体的衍射强度和多个晶体的衍射强度循序渐进地导出多晶体衍射强度。
重点讲清楚结构因子，也确实是原子种类及其在晶胞中位置对衍射强度的阻碍，同时讲清楚实际衍射中多晶X射线衍射强度是多个晶体的衍射强度的集合，而每一个晶体的衍射强度又是多个晶胞的衍射强度的集合等等。
本节重点是一个晶胞的衍射强度与结构因子的内容。
第六次课教学内容：
多重性因子（10分钟），罗仑兹因子（10分钟），吸收因子（10分钟），温度因子（10分钟），粉末衍射强度（10分钟）；
积分强度（15分钟），总结（35分钟）。
上节课循序渐进地导出多晶体衍射强度，可是实际衍射强度还受多种因素阻碍。
讲清楚这些阻碍因素的阻碍机理，最后给出最终的积分强度和相对强度。
讲完前面内容后将X射线衍射方向和强度问题结合起来，强调X射线衍射方向取决于晶体的大小和类型，X射线衍射强度那么取决于晶体中原子位置与种类。
因此X射线衍射方向和强度的结合才能分析被测物质的晶体学内容。
论述这些是本节的重点。
本节的难点是形状因子和多重性因子，罗仑兹因子，吸收因子，温度因子对强度阻碍的机制。
第七次课教学内容：
第四章多晶体分析方式
粉末照相法（德拜照相法）（65分钟）；
X射线衍射仪法（35分钟）；
德拜照相法是传统的X射线衍射方式。
本节课在介绍德拜相机后着重讲述德拜照相法对试样的要求、德拜照相法中底片安装方式及其作用、德拜照相法对辐射的要求、底片上2θ角和衍射线的强度测量、德拜照相法的衍射花腔的分析标定。
关于衍射仪法，重点讲解的是测角仪的工作原理包括测角仪圆和聚焦圆，重点讲解阻碍衍射仪法测量精度的因素（试样、辐射参数、狭缝光栏和同意光栏的宽度、扫描速度、时刻常数等）。
难点是测角仪的工作原理包括测角仪圆和聚焦圆。
第八次课教学内容：
衍射仪的测量方式与实验参数，（15分钟）衍射线的指标化（35分钟）；
点阵常数测量中的误差来源（25分钟），点阵常数的精准测定（25分钟）
本节继续讲述衍射仪的测量方式与实验参数，重点讲解衍射线的指标化方式。
要紧讲述面心立方晶体的衍射线的指标化，简要介绍四方和六方晶体的衍射线的指标化。
其中难点是衍射花腔的分析标定，而这一工作对后续课程也有重要的阻碍，务必讲清楚。
点阵常数的精准测定要紧讲解点阵常数测量中的误差来源及其要紧阻碍因素和排除误差的方式。
难点是排除误差方式的数学处置技术，通过例题解决这一问题。
第九次课教学内容：
第五章X射线物相分析
定性分析的原理和分析思路（15分钟）；
粉末衍射卡的组成（25分钟）；
PDF卡片的索引（25分钟）；
物相定性分析方式（35分钟）
本次课讲述X射线物相分析中的定性分析原理、解决的途径、粉末衍射卡的组成和索引书的利用方式、定性分析的程序。
重点是粉末衍射卡的组成和索引书的利用方式、定性分析的程序。
难点是多物相的衍射花腔的物相定性分析方式。
能够通过例题详细介绍多物相的衍射花腔的物相定性分析中的注意事项和进程，为以后的实际应用奠定基础。
第十次课教学内容：
物相定量分析方式（50分钟）
第六章宏观应力测定
X射线应力测定原理（25分钟），单轴应力测定原理（25分钟），
本节介绍物相定量分析方式，包括物相定量分析原理、外标法、内标法和直接比较法。
重点是物相定量分析原理和直接比较法，难点是物相定量分析方式的原理推导和各类方式中的具体利用。
X射线应力测定讲解残余应力的分类和范围、X射线应力测定的特点和方式概论、介绍单轴应力的测定原理。
这一节中的难点是单轴应力测定原理。
第十一次课教学内容：
平面应力测定原理（50分钟）；
实验方式（10分钟），衍射仪法（25分钟），应力仪法（15分钟）
继上次课单轴应力测定原理的介绍，着重讲述和推导平面应力测定原理。
通过平面应力测定原理的推导取得X射线宏观应力测定的大体公式，通过衍射仪和应力仪两个仪器的具体应用讲解X射线宏观应力测定的方式及其区别与特点。
本次课程的难点是涉及一些弹性力学的知识，要用弹性力学的知识结合X射线衍射的特点推导许多公式。
讲课中力求删繁就简，深切浅出讲清原理。
第十二次课教学内容：
实验精度的保证及测试原理的适用条件（50分钟）
第七章电子光学基础
电子波与电磁透镜；（50分钟）
本节课第一讲完X射线宏观应力测定中测试原理的适用条件，保证明验精度的前提下的注意事项。
重点总结X射线衍射在材料科学中的实际应用：
点阵常数的精准测定，X射线物相分析和X射线宏观应力测定。
告知同窗X射线衍射的实际应用并非这些，还能够用于X射线衍射测定晶体的织构等，以后实践中还要参阅更多的文献资料。
电镜课程的开始应介绍电子显微学的进展及其作用与意义，然后介绍电子波、透镜的分辨率概念和电磁透镜，难点是分辨率概念、电磁透镜的组成与电子在透镜中的运动及其轨迹。
本次课程的重点是X射线篇的总结与电镜篇的开篇。
注意承先启后。
第十三次课教学内容：
电磁透镜的像差与分辨本领（30分钟）
电磁透镜的景深与焦长（20分钟）
第八章透射电子显微镜
透射电子显微镜的结构与成像原理（20分钟），照明系统（15分钟），成像系统（10分钟），观看记录系统（5分钟）；
本次课程重点讲清楚电磁透镜的像差类型、像差与分辨本领的关系，分辨本领与放大倍数的关系。
讲述电磁透镜的景深与焦长在电子显微分析中作用和意义，和与成像质量的关系。
在透射电子显微镜的结构与成像原理的介绍结合实际的透射电子显微镜讲，重点讲解照明系统和成像系统的组成与原理，和这两个系统的好坏对整个电镜的阻碍。
难点是分辨本领与像差的关系和成像系统中的光路图。
第十四次课教学内容：
要紧部件（测角器、样品杆、消像散器、光栏）的结构与工作原理（30分钟）；
透射电子显微镜的分辨率和放大倍数测定（20分钟）
第九章复型技术
概述；（20分钟）
一级复型、二级复型、萃取复型；（30分钟）
本次课程介绍透射电镜的要紧部件（测角器、样品杆、消像散器、光栏）的结构与工作原理和透射电子显微镜的分辨率和放大倍数测定。
这部份的重点是分辨率和放大倍数测定方式。
难点是晶格分辨率和点分辨率的概念。
关于复型技术着重讲清楚它的进展进程和此刻在电子显微分析工作中作用和地位。
介绍一级复型、二级复型、萃取复型技术的具体制作进程，重点讲述萃取复型技术在电子显微分析工作中的作用。
第十五次课教学内容：
质厚衬度原理（20分钟）
复型技术在材料研究方面的应用（金相分析、断口分析）（25分钟）。
粉末样品制备（5分钟）
第十章电子衍射
电子衍射与X射线衍射的比较（20分钟）；
电子衍射原理，布拉格方程、（30分钟）
介绍与推导复型技术中质厚衬度原理，既从小孔成像的散射截面的角度讲，也从物质对电子的吸收角度讲。
在讲复型技术在材料研究方面的应历时既介绍它的优势也指出这种方式的局限性。
结合纳米材料介绍粉末样品的具体制备方式。
重点讲述电子衍射与X射线衍射的异同点，通过度析比较讲述各自的特点。
讲解电子衍射原理，回忆温习布拉格方程，点出布拉格方程在电子衍射中的应用特点，强调与X射线衍射时的不同的地方。
第十六次课教学内容：
倒易点阵（10分钟）、偏离矢量（20分钟）、电子衍射大体公式（20分钟）；
电子显微镜中的电子衍射（10分钟），有效相机常数（10分钟），选区衍射（15分钟），磁偏转角（15分钟）；
温习倒易点阵的概念及性质。
重点讲述电子衍射的专门的地方：
偏离矢量。
讲解和证明电子衍射大体公式。
回忆第八次课中介绍的成像系统的光路图，讲解电子显微镜中的电子衍射、有效相机常数、选区衍射的概念。
重点讲述选区衍射的作用和意义。
讲清楚磁偏转角的概念和测量校正方式，指显现代电子显微镜因仪器的进步，已经在设计中矫正了磁偏转角。
本次课程难点在于偏离矢量的概念和磁偏转角的概念。
第十七次课教学内容：
单晶体电子衍射花腔的标定（75分钟）
复杂电子衍射花腔（5分钟），高阶劳埃斑点（20分钟），
单晶体电子衍射花腔的标定是电子衍射课程内容的重中之重的问题，结合X射线衍射花腔标定，详细讲解单晶体电子衍射花腔的标定方式。
从已知晶体结构的单晶体电子衍射花腔的标定到未知晶体结构的单晶体电子衍射花腔的标定，一一讲解各类方式的具体标定步骤，可能显现的问题及解决的方式。
每一种方式都要结合具体衍射花腔讲解。
难点是未知晶体结构的单晶体电子衍射花腔的标定方式。
关于复杂衍射花腔，本门课程只作简介。
但要讲清楚复杂衍射花腔的产生、形态及其在电子衍射分析中作用。
这部份的难点在于如何从复杂衍射花腔中进行区分与识别。
第十八次课教学内容：
超点阵斑点（10分钟）、二次衍射斑点（10分钟）、孪晶斑点（10分钟），菊池衍射花腔（20分钟）。
第十一章晶体薄膜衍射成像分析
概述（2分钟）；
金属薄膜样品的制备（48分钟）
继续讲述复杂衍射花腔：
超点阵斑点、二次衍射斑点、孪晶斑点，菊池衍射花腔。
重点是总结比较各类复杂衍射花腔的形态特点，区分复杂花腔与多套重叠晶体衍射，列出容易的区分类型和方式。
难点是各类复杂衍射花腔的产生机理。
概述衬度理论，比较光学成像衬度、复型技术中的质厚衬度来简要介绍透射电子显微镜中衍衬衬度。
详细讲述透射电子显微镜的样品制备技术与方式，比较区分各类方式的适用处合与材料，制样的本钱与难度，制样的水平和质量。
比较分析各类仪器的优缺点及注意事项。
难点是如何针对具体材料选择试样制备方式。
第十九次课教学内容：
衍衬成像原理（35分钟），消光距离（15分钟）；
衍衬运动学简介（50分钟）；
衍衬衬度是一个新概念，第一从直观的成像示用意给同窗成立直观感性熟悉的。
讲解电子束在晶体材料内的传播进程，说明电子束从入射束到产生衍射束、入射束和衍射束在传播进程中的能量转换，导出消光距离的概念。
成立衍衬运动学的物理模型，详细讲解衍衬运动学理论的先决条件和假设，推导衍衬运动学的衍射波振幅公式和强度公式，通过强度公式讨论，导出等厚消光和等倾消光。
本次课重点是衍衬运动学的讲解并由此介绍衍衬衬度。
难点是成立衍衬运动学的物理模型，推导衍衬运动学的衍射波振幅公式和强度公式，通过强度公式讨论，导出等厚消光和等倾消光。
第二十次课教学内容：
晶体缺点分析（25分钟）。
层错（25分钟）、
位错、第二相粒子衬度（50分钟）。
本次课程第一在上次课程内容的基础上，引进缺点位移矢量R，在理想晶体的衍射波振幅和强度公式的基础上深切讨论缺点晶体的衍射波振幅和强度公式。
将缺点晶体的衍射波振幅和强度公式应用到具体的晶体缺点上，别离讨论层错、位错、第二相粒子的强度因缺点存在而引发的转变和缺点部位的衬度特点。
课程的重点是导出缺点晶体的衍射波振幅和强度公式，和三种晶体缺点的衍射波振幅、强度、衬度。
难点是具体的晶体缺点：
层错、位错、第二相粒子的衍射波振幅和强度的推导和衬度特点分析。
第二十一次课教学内容：
第十二章扫描电子显微镜
电子束与固体样品彼此作历时产生的物理信号（50分钟）；
扫描电子显微镜的结构和工作原理（25分钟）；
扫描电子显微镜的要紧性能（25分钟）；
本次课程教学电子束与固体样品彼此作历时产生的各类物理信号，分析各类物理信号的产生机理、作用深度、信号特点和在微分析工作中的应用等。
然后介绍扫描电子显微镜的结构和工作原理、扫描电子显微镜的要紧性能。
重点内容是分析各类物理信号的产生机理、作用深度、信号特点和在微分析工作中的应用。
难点是这些物理信号产生机制。
扫描电子显微镜的特点也是一个重点论述的内容，要和透射电子显微镜的特点加以比较，熟悉扫描电子显微镜的放大倍数、分辨率等与透射电镜的不同的地方。
第二十二次课教学内容：
表面形貌衬度原理及其应用（35分钟）；
原子序数衬度原理及其应用（25分钟）。
第十三章电子探针显微分析
电子探针仪的结构与工作原理（40分钟），
本节课着重讲解扫描电子显微镜的表面形貌衬度原理及其应用、原子序数衬度原理及其应用。
至此咱们已经介绍了多种衬度，每一种衬度的原理、机制都各不相同，引导同窗比较区分，加深熟悉和明白得。
在扫描电子显微镜的基础上引入电子探针仪的结构与工作原理。
重点是引导同窗加深对电子束与固体样品彼此作历时产生的物理信号的熟悉与明白得。
能够看到电子探针仪与扫描电子显微镜的区别确实是仪器探测的物理信号不同罢了，对材料分析来讲它们的分析内容也就不同了。
第二十三次课教学内容：
电子探针仪的分析方式及应用（10分钟），波谱仪（30分钟），能谱仪（25分钟）。
第十四章其它显微分析方式简介
离子探针（35分钟）
本节课程具体介绍波谱仪和能谱仪的仪器结构和工作原理，比较两种仪器的特点和区别，并介绍在实际材料分析中如何将二者结合，各取所长充分发挥仪器的性能。
另外讲述波谱仪和能谱仪在材料分析时的具体应用方式：
点扫描、线扫描和面扫描，介绍在材料分析时为了取得高的精度和准确性应该注意哪些问题。
这些都是本节课的重点内容。
第一介绍简介其它显微分析方式的特点和在材料科学中的应用，然后介绍离子探针仪器的结构，工作原理，分析的内容。
强调离子探针是一种成份分析仪器，指出它的特点，和其它成份分析仪器相较，离子探针有哪些优越性。
第二十四次课教学内容：
低能电子衍射（35分钟）
俄歇电子能谱仪（40分钟）
场离子显微镜（25分钟）
介绍低能电子衍射、俄歇电子能谱仪、场离子显微镜仪器的结构，工作原理，分析的内容。
着重介绍低能电子衍射是一种表面结构分析仪器，和其它结构分析仪器不同的地方是低能电子衍射仅分析表层1-2个原子层厚的表面结构；俄歇电子能谱仪是一种成份分析仪器，和其它成份分析仪器相较，俄歇电子能谱仪是极表层的成份分析仪器，分析的深度仅10nm之内。
俄歇电子能谱仪和低能电子衍射是目前其它分析仪器所不能取代的表面成份和结构分析仪器。
场离子显微镜是表面原子结构的分析仪器，也能作表面原子类型的辨别。
本次课程的重点是介绍各类仪器在材料分析工作中的作用、有哪些优越性。
第二十五次课教学内容：
扫描隧道电子显微镜和原子力显微镜（50分钟）
X射线光电子能谱仪（50分钟）
本次课程重点讲解扫描隧道电子显微镜和原子力显微镜的结构与工作原理，讲清楚隧道电流与针尖距离的关系、两个原子接近时的引力斥力的转变。
重点介绍扫描隧道电子显微镜和原子力显微镜在材料科学研究中作用和一些具体应用。
难点是扫描隧道电子显微镜和原子力显微镜的结构与工作原理。
介绍X射线与物质彼此作用，回忆第二次课中的教学内容，讲述X射线光电子能谱的产生机制，着重比较X射线光电子能谱和X射线荧光光谱在元素分析上的异同点，比较X射线光电子能谱和其它成份分析方式的异同点。
举例介绍X射线光电子能谱在材料分析中的作用和应用。
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