材料现代分析技术课程实验分析及设计

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1、材料现代分析技术课程实验分析及设计［摘耍］木文分析了材料现代分析技术课程实验设置存在的不足，并结合自身承担科研项目所取得的典型科研成果设计了一个综合实验，对该实验的内容、过程进行了详细介绍。多年的教学实践表明该实验的设置可以显著提升学生将所学知识综合运用的能力，提高其将知识用于工程实践解决复朵问题的能力，并加深他们对各种分析方法、原理、用途的理解,有效提升了教学效果。［关键词］材料分析技术实践教学综合实验［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437(2013)18-0041-02［收稿时间］2013-05-03［基金项

2、目］上海工程技术大学《材料现代分析技术》课程建设项目(k201205003)o［作者简介］刘延辉(1974-),男，河南人，硕士，讲师，研究方向:材料表面改性。何亮(1980-),女，湖南人，硕士，讲师，研究方向：材料表面改性。李忠文(1973-)，男，哈尔滨人，博士，讲师，研究方向：材料表面改性。李军(1977-)，男，内蒙人，博士，教授，副院长,研究方向：材料表面改性。一、引言材料现代分析技术是材料科学与工程类专业的一门必修课，在培养计划的课程设置体系中起着至关重要的作用。该课程着重介绍材料科学研究及其应用检测的垂要手段和方法，是一门实践

3、性非常强的课程。实验与实践教学是巩固课堂讲授知识、培养学生创新能力和动手能力的重要环节，因此针对该课程设计并开设一些综合型实验來培养学生良好的科研素质，提高其综合运用知识及分析问题和解决问题的能力是非常有必要的。二、我校开设该课程实验分析本课程设置实验共三个，分别是“利用X射线衍射技术进行物相定性分析”，“透射电子显微分析技术及复型样品制备”、“扫描电子显微分析技术及金属薄膜样品制备”。在不断实践的过程中，我们发现实验的设置存在如下问题：1.大多数实验是对已经获得的数据或结果进行验证和分析，学生缺乏对分析表征过程的参与，也缺乏对背景知识的了解

4、。这就导致学生为了完成教学任务而去实验，效果差强人意，积极性不高。例如实验（1）只是给学生一张衍射花样图片，然后根据所学知识进行物相的标定，对测试试样的尺寸、制备过程、测试过程中参数的选释以及衍射花样的获取缺乏亲身体验；实验（2）只是给学生介绍了透射电镜的基本构造、成像原理，并演示了复型样品的制备过程。学生没有亲自操作的机会，无助于动手能力的提高；实验（3）只是给学生介绍了扫描电镜的基本构造，并给学生一些断口形貌的二次电子像照片进行断口类型的判断。学生对试样的形态、形貌的获取缺乏了解。2.大多数实验内容是为了验证教材中的基本原理和方法，偏离了

5、工程实际。这就容易让学生产生分析方法和过程放之四海而皆准的错觉，一旦遇到实际复杂问题时，又感到无从下手，产生挫折感，进而对书本知识是否真正有用产生怀疑。例如实验(1),进行标定的衍射花样多是单相(最多两相)物质，且该物质为多晶体材料，无择优取向，无残余应力。按照教材上介绍的以三强线为主的标定方法是可行的，但是实际中要标定的更多是多种物相组成的块体材料，存在择优取向，也存在残余应力。对于这种材料的物相标定，教材中介绍的过程显然不再适用。3•偏离该课程分析表征的主题，设备构造内容的介绍较多，分析表征方法的运用较少。例如实验(2)用较大篇幅介绍透射

6、电镜的构造和成像原理，但对透射电镜应用于材料分析表征的内容几乎没有。例如对比较典型组织的透射电镜照片如何分析？对析出相的衍射花样如何标定？如何确认析出相和母相的位向关系等均无涉及，而这恰恰是学习透射电子显微术最主要的目的。实验(3)介绍扫描电镜构造的内容较多，也让学生分析了一些断口形貌照片。但是扫描电镜的用途非常多，除了形貌分析Z外,还有一个重要的分析内容就是成分分析(点分析、线扫描和面扫描)，该实验中没有涉及。4•三个实验彼此独立，并没有构成一个彼此相关，互为补充的完整体系。这使得学生无法把XRD分析、扫描电子显微分析术和透射电子显微分析术

7、联系在一起，在实际中综合运用这几种方法的能力较为欠缺。众所周知，针对材料的分析往往是一个系统的表征体系，互相支撑方能对材料组织结构获取准确的信息。例如物相的确认，XRD仅仅対主要物相可以进行初步鉴定，对于含量较少的物相（例如夹杂）是无法鉴别的；另外如果材料中存在择优取向或宏观应力时，物相的鉴别存在较大随意性；再有XRD并不能够确定具体物相的形态和尺寸。因此这就需要通过电了显微术来进一步明确物相的信息，例如可以通过扫描电镜观察形貌，结合成分分析来准确鉴别不同物相的形态、尺寸及分布，对于更为细小的物相（晶界、相界以及物相内部析出相和夹杂物）的鉴别

8、，须通过透射电镜观察其形貌并通过英电子衍射花样来明确其物相类别及位向关系。三、综合实验的设计及分析我们教学团队经过不断的探索，发现将自身承担完成的科研项日所取得的典