材料研究方法
分享
课程详情
课程评价
spContent=材料、信息和能源是国民经济的三大支柱,同时材料又制约着另两支柱的发展!《材料研究方法》是材料专业的核心课程,通过本课程学习可以掌握在材料研究时选择何种仪器、怎样的方法和手段,对研究的结果又如何分析等知识,从而进入并驰骋材料的迷人世界!该课程是全国博士研究生入学考试的必考科目!
—— 课程团队
课程概述

本课程首先介绍晶体学基础知识,然后系统介绍X射线的物理基础、X射线衍射的方向与强度、多晶体X射线衍射分析的方法、X射线衍射仪及其在物相鉴定、宏微观应力与晶粒尺寸的测定、多晶体的织构分析等方面的应用;介绍了电子衍射的物理基础、衍射成像、运动学衬度理论、高分辨透射电子显微技术及透射电子显微镜、扫描电镜、扫描透射电镜、电子探针和背散射电子衍射仪的结构原理与应用;介绍了AESXPSXRFSTMAFMLEED 等常用表面分析技术和TGDTADSC等常用热分析技术的原理、特点及其应用;最后简要介绍了EBSD、红外光谱、拉曼光谱和ICP等。书中研究和测试的材料包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料、非晶态材料、金属间化合物、复合材料等。

 

   

授课目标
通过《材料研究方法》课程的学习,使学生掌握X射线衍射分析和电子衍射显微分析的基本概念、原理,掌握运用X射线衍射和电子衍射进行材料分析的基本方法,了解其它常见的材料研究方法如:SEM、EDS、AES、LEED、STM、EBSD、DSC及光谱分析等。
课程大纲

南京理工大学《材料研究方法》课程教学大纲模板

课程编号

16026701

课程名称(中)

材料研究方法

学分

学时

授课语言

中文

课程名称(英)

Research methods for materials

3

48

开课单位

材料科学与工程系

执笔人

朱和国

课程负责人

朱和国

课程介绍【课程的学科背景、教学内容(具体到章)、修学该课程所需的预备知识、考核与成绩记载方式;字数300-500字】

材料研究方法是材料科学与工程学科的专业基础课。本课程主要包括X射线衍射分析和电子显微分析两部分,介绍晶体学基础知识、X射线的物理基础、X射线衍射的方向与强度、多晶体X射线衍射分析的方法、X射线衍射仪及其在物相鉴定、宏微观应力与晶粒尺寸的测定、多晶体的织构分析、小角x射线散射等方面的应用;介绍了电子衍射的物理基础、透射电子显微镜的结构与原理、衍射成像、运动学衬度理论、高分辨透射电子显微技术、扫描电子显微镜的结构与原理、电子探针及其应用;介绍了AES、XPS、STM、AFM、LEED等常用表面分析技术和TG、DTA、DSC等常用热分析技术的原理、特点及其应用。最后简要介绍了EBSD、红外光谱、拉曼光谱和ICP等。学生只有通过该课程的学习,掌握该课程的主要知识点后,才能够分析材料的成分,研究材料的微观结构,从而了解材料的成分、结构与性能之间的关系,开发新材料,解决实际问题。

预备知识:材料科学基础,材料物理,材料力学性能等。

考核与成绩记载方式:闭卷笔试百分制

教学目标【主要表述学生通过课程学习后应掌握的方法、具备的能力;字数控制在200-300字】

通过《材料研究方法》课程的学习,使学生掌握X射线衍射分析和电子显微分析的基本概念、基本原理,掌握运用X射线衍射和电子衍射进行材料分析的基本方法,并使学生了解电子衍射与X射线衍射之间的区别与联系,了解其它的常见材料研究方法,包括扫描电镜、电子探针、俄歇电子能谱、低能电子衍射、扫描隧道电镜等。可使学生达到以下2条所述能力,其对应课程教学目标和达成途径如下:

1. 毕业要求4-能够基于科学原理并采用科学方法对材料科学与工程中的复杂工程问题进行研究,包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论;

教学目标:掌握材料科学与工程研究的科学原理和科学方法。

达成途径:课程讲授,并要求学生课程前后拓展阅读,完成相应课后习题。使学生能掌握晶体结构的基础知识,掌握X射线衍射的基本原理,定性和定量分析组成相。掌握电子衍射的基本原理,分析材料的微结构和形貌。

2. 毕业要求5-能够针对复杂工程问题,开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具,包括对复杂工程问题的预测与模拟,并能够理解其局限性

教学目标:选择使用现代工程工具和现代信息技术工具,预测与模拟复杂工程问题。

达成途径:课程讲授,课后讨论,并要求学生课程前后拓展阅读,完成相应课后习题。使同学了解其他分析方法SEM、EDS、AES、XPS、LEED、STM、AFM、TG、DTA、DSC及红外与拉曼光谱分析的基本原理,并能进行合理选择。实现对材料结构、形貌的有效分析。

教学内容及安排【理论课程内容具体到节或知识块,用分号断开;上标“△”表示重点,“★”表示难点】

章号

教学内容

时间分配(学时)

讲课

实验

上机

实践

课外

小计

01

第1章 晶体学基础△:晶体及其基本性质;晶向、晶面及晶带;晶体的宏观对称及点群;晶体的微观对称与空间群;晶体的投影;倒易点阵△★。

2

 

 

 

 

 

02

第2章 X射线的物理基础:X射线的发展史;X射线的性质;X射线谱;X射线与物质的相互作用★。

4

 

 

 

 

 

03

第3章 X射线的衍射原理★△:X射线衍射的方向;X射线的衍射强度

6

 

 

 

 

 

03

第4章X射线的多晶衍射分析及其应用△★:X射线衍射仪;X射线的物相分析△;点阵常数的精确测定;宏观应力的测定★△;微观应力的测定△;非晶态物质及其晶化后的衍射△;膜厚的测量;多晶体的织构分析★;晶粒大小的测定。

8


 

 

 

 

04

第5章 电子显微分析的基础△:光学显微镜的分辨率;电子波的波长;电子与固体物质作用;电子衍射。

6

 

 

 

 

 

06

第6章 透射电子显微镜△:工作原理;电磁透镜;电磁透镜的像差;电磁透镜的景深与焦长;电镜分辨率;电镜的电子光学系统;主要附件;透射电镜中的电子衍射;常见的电子衍射花样;透射电镜的图像衬度理论△★。

8


 

 

 

 

07

第7章 薄晶体的高分辨像★:高分辨电子显微像的形成原理;高分辨像举例。

2

 

 

 

 

 

08

第八章 扫描电子显微镜及电子探针△:扫描电镜的结构和工作原理扫描电镜的主要性能参数;表面成像衬度;二次电子衬度像的应用;背散射电子衬度像的应用;电子探针;电子探针分析及应用。

2


 

 

 

 

09

第九章 表面分析技术俄歇电子能谱仪;X射线光电子能谱仪;扫描隧道电镜;原子力显微镜;低能电子衍射。

4

 

 

 

 

 

10

第十章 热分析技术:热分析技术的发展史;热分析方法;热分析测量的影响因素;热分析的应用;热分析技术的新发展。

2


 

 

 

 

11

第十一章 电子背散射衍射:

基本原理;EBSD仪器简介;EBSD衍射谱标定与晶体取向确定;EBSD分辨率;11.5 EBSD样品制备; EBSD的应用

2

 

 

 

 

 

12

第十二章 光谱分析:红外光谱;拉曼光谱;电感耦合等离子体原子发射光谱。

2

 

 

 

 

 



48




 



 

 

 



教材与参考书目

书名

作者

出版社

出版年度

材料科学研究与测试方法(第3版)

朱和国

东南大学出版社

2016

材料分析方法

周玉

机械工业出版社

2012

材料分析方法

杜希文

天津大学出版社

2006

课程考核

考核方式

闭卷笔试




预备知识

掌握《材料科学基础》、《材料物理》、《材料物理化学》、《力学性能》等课程知识。

证书要求

定期完成作业,通过考核。

参考资料

材料科学研究与测试方法(第3版)朱和国东南大学出版社 2016

材料分析方法,周玉,机械工业出版社,2012

材料分析方法,杜希文,天津大学出版社,2006

常见问题

学习过程中学员应注意的常见问题:

1)空间几何知识相对较弱,学员需强化复习和学习;

2)学员在开始阶段入门困难,进入状态慢,需多预习、课后多复习;

3)对有的作业感到无从下手时,多与老师、同学沟通和交流。