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。
材料现代分析测试方法1-1
L-S耦合
称总自旋量子数，表征 的大小。 称总自旋量子数，表征PS的大小。 称总（轨道）角量子数，表征P 的大小。 称总（轨道）角量子数，表征 L的大小。 称内量子数（或总量子数），表征P 的大小， ），表征 称内量子数（或总量子数），表征 J的大小， 为正整数或半整数，取值为： 为正整数或半整数，取值为：L+S，L+S-1， ， ， L+S-2，…，│L-S│， ， ， ， 个值； 若L≥S，则J有2S+1个值； ， 有 个值 个值。 若L＜S，则J有2L+1个值。 ＜ ， 有 个值 MJ 称总磁量子数，表征 J沿外磁场方向分量大小， 称总磁量子数，表征P 沿外磁场方向分量大小， MJ 取值为：0，±1，±2，…，±J（当J为整数时） 取值为： ， 为整数时） ， ， ， （ 为整数时 或±1/2，±3/2，…，±J（当J为半整数时）。 ， ， ， （ 为半整数时）。 为半整数时 S L J J
L-S耦合可记为： 耦合可记为：
）（l ）＝（S， ）＝ ）＝J （s1，s2， …）（ 1，l2， …）＝（ ，L）＝ ）（ ）＝（ 将各电子自旋角动量（ 将各电子自旋角动量（Ps1，Ps2，…）与各电 ） 子轨道角动量（ 子轨道角动量 （ Pl1 ， Pl1 ， …） 分别加和 （ 矢量 ） 分别加和（ 获得原子的总自旋角动量 和），获得原子的总自旋角动量PS和总轨道角动量 PL，然后再由PS与PL合成总（自旋-轨道）角动量PJ 合成总 自旋-轨道） （即P J＝P S＋P L）。 耦合， 按L-S耦合，得到S、L、J、MJ等表征原子运动 状态的原子量子数。 状态的原子量子数。
或任意正整数； 1）主量子数变化Δn＝0或任意正整数； 主量子数变化Δ 2）总角量子数变化ΔL＝±1； 总角量子数变化Δ 3）内量子数变化ΔJ＝0，±1（但J＝0时，ΔJ＝0的跃 内量子数变化Δ 迁是禁阻的）； 迁是禁阻的）； 4）总自旋量子数的变化ΔS＝0。 总自旋量子数的变化Δ
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。
[范文]-材料现代分析测试方法教案.doc
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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-rietveld
进行Rietveld精修的前提
衍射数据： 一套步进的衍射数据：2=10-120˚ 或更宽，步长 2 = 0.02˚，扫描时间1－50s (由仪器决定）； 大致精确的初始结构模型 正确的空间群 大致的晶胞参数 大致的原子参数 熟悉的Rietveld精修软件 Fullprof; GSAS; Rietaca; Topas……
– /srd/nist3.h tm – Inorganic & Organic
•Over 230000 entries
A new structural database(2003): aimed at freely retrieving data
18000 Patterns already!
Cobalt Antimonide (1/3)
H 0 0
结构文件（CIF）主要信息
Structured Co Sb3 Unit Cell 9.0347(6) 9.0347(6) 9.0347(6) 90. 90. 90. Vol 737.46 ; Z 8 Space Group I m -3; SG Number 204 Cryst Sys cubic Atom # OX SITE x y z SOF Co 1 +0 8 c 0.25 0.25 0.25 1. Sb 1 +0 24 g 0 0.3351(10) 0.1602(10) 1.
•ICSD (Minerals and Inorganics) •ICDD diffraction data
– http://www.fizkarlsruhe.de/
– Minerals and Inorganic
– Over 60000 entries
•Cambridge Structure Data Bank）
《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。
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材料现代分析测试方法教案(总
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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
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。
小测验1：1-4章相关方面内容（1学时左右）。
作业一、教材习题
4-1一般地讲，材料现代分析各种方法的检测过程大体可分为哪几个步骤各
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，滤波，室温20℃。
α-Fe点阵
参数a＝0.2866nm，奥氏体点阵参数a＝0.3571+0.0044w c，w c为碳的质量
分数）。
7-6某立方晶系晶体德拜花样中部分高角度线条数据如下表所列。
试用“a——
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。