材料结构表征及应用课程教学大纲

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《材料结构表征及应用》课程教学大纲一、《材料结构表征及应用》课程说明（一）课程代码：08131016（二）课程英文名称：CharacterizationandApplicationofMaterialstructure（三）开课对象：物理系材料物理专业（四）课程性质：本课程是材料物理专业的一门专业必修课。（五）教学目的全面理解材料的结构与性能之间的关系，掌握材料结构表征的基本方法，从材料的成分分析、结构测定和形貌观察等方面出发探寻结构与性能之间的内在关系，从而实现材料设计的功能。（六）教学内容：介绍一些目前比较流行的基本的材料研究方法，从材料的成分分析、结构测定和形貌观察等方面出发探寻结构与性能之间的内在关系。（七）学时数、学分数及学时数具体分配学时数：72学分数：4学时数具体分配：教学内容讲授实验/实践合计第一章绪论22第二章红外光谱及激光拉曼光谱1616第三章核磁共振波谱1010第四章质谱1010第五章X射线衍射分析1010第六章电子显微技术66第七章X射线光电子能谱分析66第八章材料热分析1212合计7272（八）教学方式：课堂教学（九）考核方式和成绩记载说明：考核方式为考试。严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格，综合成绩根据出勤情况、平时成绩和期末成绩评定，出勤情况占20％，平时成绩占20％，期末成绩占60％。二、讲授大纲与各章的基本要求第一章绪论教学要点：通过本章的教学使学生初步了解表征材料结构的几种方法及其基本特点，概略的介绍本书将要介绍的内容。 1．了解材料的内在结构决定了材料的外在性能。2．了解材料表征的基本方法教学时数：2教学内容：第一节材料结构与材料性能的关系第二节材料结构表征的基本方法一、化学成分分析二、结构测定三、形貌观察考核要求：1．材料的结构决定材料的性能（领会）2．材料结构表征的基本方法（识记）第二章红外光谱及激光拉曼光谱教学要点：了解红外光谱的基本原理，掌握红外光谱实验的制样技术和结果分析方法，了解红外光谱实验的应用范围和前景，了解激光拉曼光谱的基本概念、实验原理和应用范围。教学时数：16教学内容：第一节：红外光谱的基本原理一、双原子分子的振动——谐报子和非谐振二、多原子分子的简正振动三、红外光谱的吸收和强度第二节：红外光谱与分子结构一、基团振动与红外光谱区域的关系二、影响基团频率的因素第三节：红外光谱图的解析方法一、谱带的三个重要特征二、解析技术三、影响谱图质量的因素第四节：红外光谱仪及制样技术一、红外光谱仪的进展二、傅里叶变换红外光谱仪原理三、傅里叶变换红外光谱法的主要优点四、红外光谱的表示方法五、样品的制备技术第五节：红外光谱在材料研究领域中的应用一、高分子材料的研究二、材料表面的研究三、无机材料的研究四、有机金属化合物的研究第六节：红外光谱新技术及其应用一、时间分辨光谱二、红外光热光声光谱技术 三、气相色谱—红外光谱及热重分析－红外光谱联用技术四、傅里叶变换红外光谱显微技术五、傅里叶变换红外发射光谱技木第七节：激光拉曼光谱一、基本概念二、实验方法三、在材料结构研究中的应用考核要求：1．红外光谱的原理（领会）2．红外光谱图的解析方法（应用）3．傅里叶变换红外光谱仪原理及主要优点（领会）4．样品的制备技术（识记）5．红外光谱的应用（识记）6．激光拉曼光谱（领会）第三章核磁共振波谱教学要点：一、核磁共振的基本原理二、几种不同核磁共振实验的区别三、核磁共振波谱的应用教学时数：10教学内容：第一节：核磁共振的基本原理和谱线的精细结构一、核磁共振的基本原理二、原子核的弛豫一、化学位移二、偶合常数第二节：脉冲傅里叶变换核磁共振实验一、脉冲博里叶变换核磁共振原理二、13C核磁共振谱三、脉冲傅里叶变换核磁共振实验方法四、解析核磁共振时的注意事项第三节：二维核磁共振波谱一、二维核磁共振的概述二、二维谱的实验过程三、二维核磁共振的分类四、二维NMR谱的类型第四节：高分辨固体核磁共振一、高分辨固体的NMR基本原理二、高分辨固体NMR的基本实验第五节：核磁共振在材料科学研究中的应用一、宽谱线核磁共振二、溶液高分辨NMR波谱的应用三、固体高分辨NMR谱在材料结构研究中的应用 四、核磁共振波谱在无机和金属化合物方面的应用考核要求：1．核磁共振的基本原理（领会）2．几种不同的核磁共振实验的区别（识记）3．核磁共振的应用（领会）第四章质谱教学要点：一、质谱的基本原理（领会）二、离子的主要类型（识记）三、质谱碎裂的几种机制（领会）四、质谱的辅助技术（领会）五、质谱的应用（识记）教学时数：10教学内容：第一节：质谱的基本知识一、质谱仪的基本原理二、质谱的表示法第二节：离子的主要类型一、分子离子二、同位素离子三、碎片离子四、亚稳离子五、多电荷离子第三节：质谱碎裂的一般机制一、a与s碎裂二、i碎裂三、gH重排四、gd过程第四节：质谱的辅助技术一、常见的几种“软电离的方法”二、气相色谱—质谱及液相色谱－质谱联用(GC/MS，LC/MS)第五节：质谱的应用一、分子式的确定二、质谱技术在高聚物分析中的应用三、质谱学在无机材料分析中的应用四、质谱的新进展考核要求：1．质谱的基本原理（领会）2．离子的主要类型（识记）3．质谱的碎裂机制及辅助技术（领会）4．质谱的应用（识记）第五章X射线衍射分析 教学要点：一、X射线衍射原理二、X射线衍射分析方法三、粉晶X射线衍射物相分析四、X射线衍射的应用教学时数：10教学内容：第一节：X射线的产生及其性质一、X射线的发现和X射线学的发展过程二、X射线与电磁波谱三、X射线的产生及X射线谱四、X射线与物质的相互作用第二节：X射线衍射原理一、晶体学基础二、布拉格定律三、衍射矢量方程及厄瓦尔德图解四、X射线衍射线束的强度第三节：X射线衍射分析方法一、粉晶法成相原理二、德拜照相法三、衍射仪法第四节：粉晶X射线物相分析一、物相的定性分析二、物相的定量分析第五节：一些X射线衍射分析方法的应用一、多晶体点阵常数的精确测定二、晶面取向度的测定三、晶体结晶度的测定四、转动晶体法测聚合物结构五、晶粒足寸的测定六、膜厚的测量考核要求：1．X射线衍射原理（领会）2．X射线衍射分析方法（领会）3．粉晶X射线物相分析（应用）4．X射线衍射分析方法的应用（识记）第六章电子显微技术教学要点：一、透射电子显微镜二、试样制备方法三、扫描电子显微镜四、X射线显微分析教学时数：6 教学内容：第一节：透射电子显微镜一、电子与物质的相互作用二、透射电镜的成像原理三、透射电镜的构造四、电子衍射五、电子衍射谱举例六、试样的制备方法七、透射电镜在材料科学研究中的应用第二节：扫描电子显微镜一、工作原理二、性能和特点三、扫描电镜的结构四、村度和分辨率五、扫描电镜在材料科学研究中的应用第三节：X射线显微分析一、X射线能谱仪二、X射线波谱仪三、波谱仪与能谱仪的比较四、X射线显微分析在材料科学研究中的应用考核要求：1．几种电子显微技术的原理（领会）2．试样的制备方法（识记）3．几种电子显微技术的应用（识记）第七章X射线光电子能谱分析教学要点：一、X射线光电子能谱的基本原理二、X射线光电子能谱的实验技术三、X射线光电子能谱的应用教学时数：6教学内容：第一节：X射线光电子能谱的基本原理一、X射线光电子能谱分析的创立和发展二、光电效应三、原子能级的划分四、电子结合能五、XPS信息深度六、化学位移第二节：光电子能谱实验技术一、光电子能谱仪二、待测样品制备方法三、XPS谱图解释四、XPS谱图能量校正 五、XPS谱图定性和定量分析第三节：X射线光电子能谱的应用一、表面元素全分析二、元素窄区谱分析考核要求：1．X射线光电子能谱的基本原理（领会）2．X射线光电子能谱的实验技术（识记）3．X射线光电子能谱的应用（识记）第八章材料热分析教学要点：一、几种热分析法的基本原理和应用范围二、热分析法的发展趋势三、一些先进的热分析技术教学时数：12教学内容：第一节：热分析技术的概述第二节：热重分析法一、热重分析基本原理二、影响热重分析的因素三、热重分析的应用第三节：差热分析法一、差热分析基本原理二、影响差热分析的因素三、差热分析的应用四、其他类型的差热分析第四节：示差扫描量热分析法一、示差扫描量热分析基本原理二、影响示差扫描量热分析的因素三、示差扫描量热分析的应用第五节：动态热机械分析一、粘弹仪和动态热机械分析仪基本原理二、粘弹仪和动态热机械分析仪的应用第六节：热分析技术的发展趋势及一些先进技术介绍一、热分析仪器的发展趋势二、一些先进的热分析技术介绍考核要求：1．几种热分析技术的基本原理（领会）2．几种热分析技术的应用（识记）3．热分析技术的发展趋势及一些先进技术介绍（识记）三、推荐教材和参考书目 吴刚主编，材料结构表征及应用，化学工业出版社，2002。叶恒强主编，高技术新材料要览，中国科学技术出版社，1993。马如璋，徐祖雄，材料物理现代研究方法，冶金工业出版社，1997山科俊郎，福田伸，表面分析的基础和应用，东京大学出版社，1991励杭泉，材料导论，中国轻工业出版社，2000