个人介绍
材料现代分析方法

主讲教师:付华,秦国强,杨治刚,马世卿,司华艳,桑德利,胡洁

学校: 石家庄铁道大学
开课院系: 材料科学与工程学院
专业大类: 材料类
开课专业: 材料类
课程英文名称: Advanced Analysis Methods for Materials
学分: 2
课时: 32
课程介绍
《材料现代分析方法》是材料类专业(金属材料工程、材料连接、无机非金属材料科学、无机非金属材料工程、高分子材料、功能材料等)的专业基础必修课。本课程主要介绍X射线衍射分析原理、X射线多晶衍射方法及应用、透射电子显微分析、扫描电子显微分析与电子探针、光电子能谱与俄歇电子能谱、光谱分析技术、热分析技术等常用的材料现代分析方法的基本原理、仪器操作、数据分析技术和应用领域。本课程是后续材料类专业课程和进行材料科学研究和工程技术开发的理论和实验基础,是分析材料微观结构和改进性能得不可缺少的工具。
知识目标:
课程目标1:解释材料现代分析方法的范畴和发展历史,认识材料现代分析方法在材料科学与工程领域中的地位及作用。
课程目标2:能够解释X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、电子探针及光谱分析和热分析等典型材料现代分析方法的基本原理和实验方法,具备从事材料现代分析测试工作的理论基础。
课程目标3:能够辨别典型材料现代分析方法的应用范围和局限,能够依据不同材料特性正确选择材料现代分析方法和仪器设备,设计实验方案,开展实验研究,对实验数据进行综合分析,得到合理有效结论。 
能力目标:
课程目标4:能够选用材料现代分析方法和工具,开展材料组成和结构分析、工艺分析、性能优化、新产品开发与科学研究,具备使用材料现代分析工具的能力。
课程目标5:具备自主学习其它材料现代分析方法的基础知识和方法,能比较和选择不同材料现代实验方法和仪器,为自主学习和终身学习奠定基础。
教学方法

本课程涉及到的教学方法有讲授法案例教学法多媒体视频法 “实验法等,教学内容紧跟各种材料现代分析方法,及时补充新材料、新技术等内容,根据每届学生特点和教学内容,调整教学方法,以提高整体学习效果,促进毕业要求指标点的达成。

1)案例教学法,以点带面。教师通过引入具体问题启发学生思考,介绍材料现代分析方法的应用及局限。

2)充分利用多媒体手段。通过材料现代分析方法方面的动画/视频播放与讲解,使学生在课堂上切身感受仪器原理、结构、样品制备、数据处理等,加深认识。


教学内容

章节目录

前言(编写思路)

绪论(材料现代分析方法的发展历史)

第1章 X射线衍射分析

阅读材料X射线的发展史,

X射线衍射仪品牌及性能对比表)

1.1  X射线性质   

1.1.1  X射线谱

1.1.2  X射线与物质的作用

1.2  X射线衍射方向  

阅读材料(劳厄Laue,布拉格 Bragg父子)

1.2.1 劳埃方程

1.2.2 布拉格方程

1.2.3倒易点阵与厄瓦尔德图解

1.3  X射线衍射强度  

1.4  X射线衍射仪  

1.4.1结构

1.4.2性能参数

1.4.3样品制备

1.5  X射线衍射分析方法及应用  

1.5.1  X-Ray衍射花样标定与物相分析

1.单晶/多晶/非晶体衍射花样图

2.定性与定量分析

3.计算机分析软件应用

1.5.2非晶相分析(阅读材料:结晶度分析。

1.5.3点阵常数分析 

1.5.3膜厚的测量

1.5.4织构分析

1.5.5晶粒尺寸分析 

1.5.6 应力分析 

1.5.7 小角X射线散射分析

1.6 其他X射线衍射分析技术 

   X射线光电子能谱仪XPS

2电子显微分析

2.1 电子波性质 

阅读材料: 阿贝分辨率与阿贝成像原理

电子显微镜的发展历史

电镜品牌型号及性能对比表

2.1.1电子波波长与分辨率

2.1.2 电子波与物质的作用

2.2 电子衍射方向及衍射花样 

阅读材料:电子衍射和X射线衍射的异同点

2.2.1电子衍射的布拉格方程

2.2.2 电子衍射的厄瓦尔德图解(包括倒易点阵扩展,倒易杆)

2.2.3 电子衍射花样及其标定

2.3 透射电镜衍射图像衬度理论

2.4 透射电镜结构与成像操作  

2.4.1透射电镜结构

2.4.2 透射电镜参数(景深与焦长,分辨率)

2.4.3 成像原理

成像/衍射操作,明场像、暗场像(中心暗场像)

2.5扫描电镜结构与性能参数  

2.6扫描电镜成像衬度  

  2.6.1二次电子成像衬度

  2.6.2背散射电子成像衬度

2.7 电子探针   

2.7.1 波谱仪WDS

2.7.2能谱仪

二维码电子探针分析的特点及应用)

2.8 电子显微镜样品制备  

2.8.1透射电镜样品制备

2.8.2扫描电镜样品制备

2.9  电镜分析在材料研究中的应用 

2.10 其他电子显微分析技术   

2.10.1 扫描隧道电镜STM

2.10.2 原子力显微镜AFM

2.10.3低能电子衍射LEED  

3章 热分析   

阅读材料:热分析技术发展历史,

热分析仪型号及性能对比表

3.1热重分析

  3.1.1 原理

 3.1.2热重分析仪结构,实验条件等

阅读材料:应用案例

3.2 差热分析(DTA) 

3.2.1 原理

 3.2.2差热分析仪(结构,实验条件,曲线分析等

阅读材料:应用案例

3.3 差式扫描量热分析(DSC

  3.1.1 原理

 3.1.2差式扫描量热结构,实验条件,曲线分析等

阅读材料:应用案例

3.4 其他热分析技术

3.4.1 联用技术

TG-DTATG-DSCTG-MSTG-GCTG-IR

DTA-TGA-DSC联用

3.4.2动态热机械分析

阅读材料:应用案例

 

4光谱分析  

阅读材料:光谱分析发展史

光谱分析仪品牌及性能对比表

4.1 原子光谱

4.1.1原子吸收光谱

 Atomic Absorption Spectroscopy,  AAS

阅读材料应用案例

4.1.2 其他原子光谱分析

原子发射光谱(Atomic emission spectrometry,  AES

原子荧光光谱( Atomic Fluorescence Spectrometry, AFS

X射线荧光光谱( X ray fluorescence spectrometry,  XFS

阅读材料应用案例

4.2 分子光谱

  4.2.1 红外光谱

4.2.2激光拉曼光谱

阅读材料应用案例

4.2.3 其他分子光谱分析

紫外-可见分光光度法

Ultraviolet-Visible SpectrophotometryUV-Vis

分子荧光光谱法

Molecular fluorescence spectrometryMFS

分子磷光光谱(Molecular phosphorescence spectroscopyMPS)等。

4.3 联用分析技术

GC/FTIR(气相色谱--红外光谱联用)

LC/FTIR(液相色谱--红外光谱联用) 

PAS/FTIR(光声--红外光谱) 

MIC/FTIR(显微--红外光谱)微量及微区分析

TG-FTIR(热重--红外光谱)联用

阅读材料应用案例

 

材料现代研究方法总结:

1. 元素分析:电子探针、XRF等;

2. 价键分析:红外、拉曼、穆斯堡尔谱;

3. 物像分析:X射线衍射,电子衍射、中子衍射;

4. 形貌分析:SEMTEMAFM,激光共聚焦显微镜;

5. 表面与界面分析:XPSAESSIMSBET

 成分分析结构分析相变点分析结合键分析


参考教材

1《材料科学研究与测试方法》第二版(教材),朱和国、王新龙编著,东南大学出版社,2013 

2)《材料现代分析方法》,左演声编,北京工业大学出版社,2000

3)《材料分析方法》,周玉主编,机械工业出版社,2004年 


教学资源
课程章节 | 文件类型   | 修改时间 | 大小 | 备注
1.1 X射线性质
文档
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2021-09-26 330.52KB
1.1.1 X射线谱
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2021-09-02 1.06MB
 
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1.1.2 X射线与物质的作用
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2021-09-23 377.89KB
 
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1.2.1 劳埃方程
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2021-09-02 507.29KB
1.2.2 布拉格方程
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2021-09-02 232.08KB
1.2.3 倒易点阵与厄瓦尔德图解
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2021-09-02 1.50MB
 
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2021-09-02 374.25KB
 
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1.3 X射线衍射强度
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1.4.1 结构
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1.5 X射线衍射分析方法及应用
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2021-09-02 11.61MB
 
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2021-09-02 3.95MB
1.5.1 X-Ray衍射花样标定与物相分析
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2021-09-23 1.75MB
2.1.1 电子波波长与分辨率
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2021-09-05 953.12KB
2.1.2 电子波与物质的作用
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2021-09-05 948.07KB
2.2.1 电子衍射的布拉格方程
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2021-09-13 374.24KB
2.2.2 电子衍射的厄瓦尔德图解
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2021-09-13 1.05MB
2.2.3 电子衍射花样及其标定
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2021-09-13 1.53MB
 
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2021-09-13 2.45MB
2.3 透射电镜衍射图像衬度理论
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2021-09-14 1.25MB
 
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2.4.1 透射电镜结构
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2021-09-18 963.08KB
2.4.2 透射电镜参数
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2021-09-18 940.96KB
2.4.3 成像原理
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2021-09-06 461.67KB
 
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2.5 扫描电镜结构与性能参数
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2021-09-18 1.30MB
2.6.1 二次电子成像衬度
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2021-09-22 1.42MB
2.6.2 背散射电子成像衬度
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2021-09-22 502.50KB
2.7.1 波谱仪
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2021-09-22 2.66MB
2.7.2 能谱仪
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2021-09-22 1.62MB
2.8.1 透射电镜样品制备
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2.8.2 扫描电镜样品制备
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2.9 电镜分析在材料研究中的应用
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2021-09-22 3.93MB
2.10.1 扫描隧道电镜STM
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2021-09-22 2.98MB
2.10.2 原子力显微镜AFM
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2021-09-22 970.62KB
2.10.3 低能电子衍射LEED
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2021-10-14 1.36MB
3.1 热重分析
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2021-10-15 384.23KB
3.1.1 原理
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3.2.1 原理
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2021-10-15 542.08KB
3.2.2 差热分析仪
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2021-10-15 2.78MB
3.3.1 原理
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2021-10-15 636.98KB
3.3.2 差式扫描量热仪
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4.2 分子光谱
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2021-10-15 752.28KB
4.2.1 红外光谱
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2021-10-18 1.77MB
4.2.2 激光拉曼光谱
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2021-10-18 1.56MB
4.2.3 紫外-可见分光光度法
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