《材料测试与研究方法A》教学大纲课程编号：B04020510课程名称：材料测试与研究方法A英文名称：MaterialsTestingandResearchMethodsA课程性质：专业基础课学时/学分：64/4考核方式：闭卷考试选用教材：《材料分析测试方法》，黄新民，国防工业出版社，2013年。先修课程：材料科学基础、纳米科学与技术、复合材料学后继课程：无机非金属材料工程专业实验适用专业及层次：无机非金属材料工程、本科生大纲执笔人：韩荣江大纲审核人：于薛刚一、教学目标通过本课程各种材料测试研究方法的基本原理、仪器、常用实验方法及其应用等几方面的教学，使学生具备下列能力：1.能够准确理解各种方法的基本原理。2.能够运用所学知识，根据所研究的材料，正确选择相应的测试方法。3.能够把握各方法的典型测试结果。4.能够分析各种典型的测试结果5.能够与分析测试专业人员共同商讨有关测试方案、分析比较复杂的测试结果。6.能够具备本专业从事材料测试与研究工作的初步基础，具有材料测试与研究新方法、新技术的自学能力。二、课程目标与毕业要求的对应关系毕业要求指标点课程目标2.问题分析：能2-1.能够运用数学、自然科2-1.能够运用X射线衍射、透射电够应用数学、自学和专业知识对无机非金属子显微图像、电子衍射、扫描电子然科学和工程材料设计、成型及应用过程显微镜、电子探针、扫描探针显微科学的基本原中的实际问题进行原理分析镜、热分析方法、紫外-可见吸收光理，识别、表达、和表达；谱、X射线光电子能谱对无机非无1
1 《材料测试与研究方法 A》教学大纲 课程编号：B04020510 课程名称：材料测试与研究方法 A 英文名称：Materials Testing and Research Methods A 课程性质：专业基础课 学时/学分：64 /4 考核方式：闭卷考试 选用教材：《材料分析测试方法》，黄新民，国防工业出版社，2013 年。 先修课程：材料科学基础、纳米科学与技术、复合材料学 后继课程：无机非金属材料工程专业实验 适用专业及层次：无机非金属材料工程、本科生 大纲执笔人：韩荣江 大纲审核人：于薛刚 一、教学目标 通过本课程各种材料测试研究方法的基本原理、仪器、常用实验方法及其应 用等几方面的教学，使学生具备下列能力： 1.能够准确理解各种方法的基本原理。 2.能够运用所学知识，根据所研究的材料，正确选择相应的测试方法。 3.能够把握各方法的典型测试结果。 4.能够分析各种典型的测试结果。 5.能够与分析测试专业人员共同商讨有关测试方案、分析比较复杂的测试结果。 6.能够具备本专业从事材料测试与研究工作的初步基础，具有材料测试与研究新 方法、新技术的自学能力。 二、课程目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点 课程目标 2. 问题分析：能 够应用数学、自 然 科 学 和 工程 科 学 的 基 本原 理，识别、表达、 2-1. 能够运用数学、自然科 学和专业知识对无机非金属 材料设计、成型及应用过程 中的实际问题进行原理分析 和表达； 2-1. 能够运用 X 射线衍射、透射电 子显微图像、电子衍射、扫描电子 显微镜、电子探针、扫描探针显微 镜、热分析方法、紫外-可见吸收光 谱、X 射线光电子能谱对无机非无
并通过文献研机非金属材料设计及应用过程中究分析无机非的实际问题进行原理分析和表达：金属材料领域2-3.通过查阅手册、文献、行2-3.通过查阅ICDD的粉末衍射复杂工程问题，业规范和国家标准等技术资资料（PDF）等技术资料，为无机以获得有效结料，为无机非金属材料设计、非金属材料设计、成型和应用中实论。成型和应用中实际问题的解际问题的解决寻求可靠依据：决寻求可靠依据；3.设计/开发解3-1.能够针对无机非金属材3-1.能够针对无机非金属材料应决方案：能够设料应用中的实际问题，运用用中的实际问题，运用X射线衍计针对无机非理论知识和技术手段，设计射、透射电子显微图像、电子衍射、金属材料领域解决方案；扫描电子显微镜、电子探针、扫描复杂工程问题探针显微镜、热分析方法、紫外-可的解决方案，设见吸收光谱、X射线光电子能谱理计满足特定需论知识和技术手段，设计解决方案；求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。4-2.能够采用科学方法对无4-2.能够采用X射线衍射、透射电子显微图像、电子衍射、扫描电子机非金属材料成分设计、加4.研究：能够基工成型工艺中的复杂工程问显微镜、电子探针、扫描探针显微于科学原理并题提出研究思路和方法，开镜、热分析方法、紫外-可见吸收光采用科学方法展研究，并制定合理的解决谱、X射线光电子能谱方法对无机对无机非金属方案；非金属材料成分设计、加工成型工材料领域复杂艺中的复杂工程问题提出研究思工程问题进行路和方法，开展研究，并制定合理研究，包括设计的解决方案；实验、分析与解4-3.能够拟定并实施实验方案，对释数据、并通过4-3.能够拟定并实施实验方X射线衍射、透射电子显微图像、信息综合得到案，对实验数据进行分析和电子衍射、扫描电子显微镜、电子合理有效的结解释；探针、扫描探针显微镜、热分析方论。法、紫外-可见吸收光谱、X射线光电子能谱实验数据进行分析和解2
2 并 通 过 文 献研 究 分 析 无 机非 金 属 材 料 领域 复杂工程问题， 以 获 得 有 效结 论。 2-3. 通过查阅手册、文献、行 业规范和国家标准等技术资 料，为无机非金属材料设计、 成型和应用中实际问题的解 决寻求可靠依据； 机非金属材料设计及应用过程中 的实际问题进行原理分析和表达； 2-3. 通过查阅 ICDD 的粉末衍射 资料（PDF）等技术资料，为无机 非金属材料设计、成型和应用中实 际问题的解决寻求可靠依据； 3. 设计/开发解 决方案：能够设 计 针 对 无 机非 金 属 材 料 领域 复杂工程问题 的解决方案，设 计 满 足 特 定需 求的系统、单元 （部件）或工艺 流程，并能够在 设 计 环 节 中体 现创新意识，考 虑社会、健康、 安全、法律、文 化 以 及 环 境等 因素。 3-1. 能够针对无机非金属材 料应用中的实际问题，运用 理论知识和技术手段，设计 解决方案； 3-1. 能够针对无机非金属材料应 用中的实际问题，运用 X 射线衍 射、透射电子显微图像、电子衍射、 扫描电子显微镜、电子探针、扫描 探针显微镜、热分析方法、紫外-可 见吸收光谱、X 射线光电子能谱理 论知识和技术手段，设计解决方 案； 4. 研究：能够基 于 科 学 原 理并 采 用 科 学 方法 对 无 机 非 金属 材 料 领 域 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。 4-2. 能够采用科学方法对无 机非金属材料成分设计、加 工成型工艺中的复杂工程问 题提出研究思路和方法，开 展研究，并制定合理的解决 方案； 4-3. 能够拟定并实施实验方 案，对实验数据进行分析和 解释； 4-2. 能够采用 X 射线衍射、透射电 子显微图像、电子衍射、扫描电子 显微镜、电子探针、扫描探针显微 镜、热分析方法、紫外-可见吸收光 谱、X 射线光电子能谱方法对无机 非金属材料成分设计、加工成型工 艺中的复杂工程问题提出研究思 路和方法，开展研究，并制定合理 的解决方案； 4-3. 能够拟定并实施实验方案，对 X 射线衍射、透射电子显微图像、 电子衍射、扫描电子显微镜、电子 探针、扫描探针显微镜、热分析方 法、紫外-可见吸收光谱、X 射线光 电子能谱实验数据进行分析和解
释；4-4.具有一定的分析、综合能力，4-4.具有一定的分析、综合能够根据X射线衍射、透射电子显能力，能够根据科学实验结微图像、电子衍射、扫描电子显微镜、电子探针、扫描探针显微镜、果及相关数据进行综合分析，并得到合理、有效的结热分析方法、紫外-可见吸收光谱、论。X射线光电子能谱实验结果及相关数据进行综合分析，并得到合理、有效的结论。三、教学基本内容第一章X射线的物理学基础（支撑课程目标2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4）1.1X射线的性质1.2X射线的产生1.3X射线谱1.4X射线与物质的相互作用1.5X射线的衰减规律1.6吸收限的应用第二章X射线衍射原理（支撑课程目标2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4）2.1倒易点阵2.2X射线衍射方向2.3X射线衍射强度第三章多晶体X射线衍射分析方法（支撑课程目标2-1、2-3、3-1、4-2、43、4-4)3.1德拜照相法3.2X射线衍射仪法第四章X射线衍射方法的应用（支撑课程目标2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、44）4.1X射线物相分析4.2利用谢乐公式对晶粒度评估第五章电子光学基础与透射电子显徽镜结构（支撑课程目标2-1、2-3、3-1、42、4-3、4-4)5.1电子波波长5.2电磁透镜en
3 4-4. 具有一定的分析、综合 能力，能够根据科学实验结 果及相关数据进行综合分 析，并得到合理、有效的结 论。 释； 4-4. 具有一定的分析、综合能力， 能够根据 X 射线衍射、透射电子显 微图像、电子衍射、扫描电子显微 镜、电子探针、扫描探针显微镜、 热分析方法、紫外-可见吸收光谱、 X 射线光电子能谱实验结果及相 关数据进行综合分析，并得到合 理、有效的结论。 三、教学基本内容 第一章 X 射线的物理学基础（支撑课程目标 2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4） 1.1 X 射线的性质 1.2 X 射线的产生 1.3 X 射线谱 1.4 X 射线与物质的相互作用 1.5 X 射线的衰减规律 1.6 吸收限的应用 第二章 X 射线衍射原理（支撑课程目标 2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4） 2.1 倒易点阵 2.2 X 射线衍射方向 2.3 X 射线衍射强度 第三章 多晶体 X 射线衍射分析方法（支撑课程目标 2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、 4-4） 3.1 徳拜照相法 3.2 X 射线衍射仪法 第四章 X 射线衍射方法的应用（支撑课程目标 2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4） 4.1 X 射线物相分析 4.2 利用谢乐公式对晶粒度评估 第五章 电子光学基础与透射电子显微镜结构（支撑课程目标 2-1、2-3、3-1、4- 2、4-3、4-4） 5.1 电子波波长 5.2 电磁透镜
5.3电磁透镜的像差及其对分辨率的影响5.4电磁透镜的景深与焦长5.5透射电子显微镜的结构5.6透射电镜的主要部件5.7透射电镜的功能及发展第六章电子衍射（支撑课程目标2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4）6.1电子衍射原理与倒易点阵扩展6.2电子衍射基本公式6.3材料电子衍射花样的标定6.4电子衍射的应用第七章透射电子显微图像成像原理（支撑课程目标2-1、2-3、3-1、4-2、43、4-4)7.1质厚衬度原理7.2衍衬成像原理7.3TEM样品制备7.4TEM的应用第八章扫描电子显微镜（支撑课程目标2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4）8.1电子束与固体样品相互作用时产生的物理信号8.2#扫描电子显微镜的结构和工作原理8.3表面形貌衬度原理及其应用8.4扫描电子显微镜的发展第九章电子探针（支撑课程目标2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4）9.1波谱仪的结构与工作原理9.2#能谱仪的结构与工作原理9.3电子探针的分析方法及其应用第十章扫描探针显微镜（支撑课程目标2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4）10.1扫描隧道显微镜的工作原理及其应用10.2原子力显微镜的工作原理及其应用第十一章材料热分析方法（支撑课程目标2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4）11.1热重分析法及其应用11.2差热分析法及其应用4
4 5.3 电磁透镜的像差及其对分辨率的影响 5.4 电磁透镜的景深与焦长 5.5 透射电子显微镜的结构 5.6 透射电镜的主要部件 5.7 透射电镜的功能及发展 第六章 电子衍射（支撑课程目标 2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4） 6.1 电子衍射原理与倒易点阵扩展 6.2 电子衍射基本公式 6.3 材料电子衍射花样的标定 6.4 电子衍射的应用 第七章 透射电子显微图像成像原理（支撑课程目标 2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、 4-4） 7.1 质厚衬度原理 7.2 衍衬成像原理 7.3 TEM 样品制备 7.4 TEM 的应用 第八章 扫描电子显微镜（支撑课程目标 2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4） 8.1 电子束与固体样品相互作用时产生的物理信号 8.2 扫描电子显微镜的结构和工作原理 8.3 表面形貌衬度原理及其应用 8.4 扫描电子显微镜的发展 第九章 电子探针（支撑课程目标 2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4） 9.1 波谱仪的结构与工作原理 9.2 能谱仪的结构与工作原理 9.3 电子探针的分析方法及其应用 第十章 扫描探针显微镜（支撑课程目标 2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4） 10.1 扫描隧道显微镜的工作原理及其应用 10.2 原子力显微镜的工作原理及其应用 第十一章 材料热分析方法（支撑课程目标 2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4） 11.1 热重分析法及其应用 11.2 差热分析法及其应用
11.3差示扫描量热法及其应用11.4热分析联用技术第十二章紫外-可见吸收光谱（支撑课程目标2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4）12.1UV-Vis吸收光谱的基本原理12.2影响UV-Vis吸收光谱的因素12.3UV-Vis光谱仪12.4UV-Vis光谱在材料研究中的应用第十三章X射线光电子能谱（支撑课程目标2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4）13.1XPS的基本原理13.2X射线光电子能谱仪器与实验技术13.3X射线光电子能谱的分析方法及其应用要求学生：掌握以上教学内容。四、教学重点与难点第一章，X射线的物理学基础（支撑课程目标2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4）教学重点：特征X射线的产生机理、光电效应、荧光X射线、Auger效应、X射线谱、短波限、吸收限、滤波片选择教学难点：特征X射线的产生机理、荧光X射线、Auger效应、吸收限第二章X射线衍射原理（支撑课程目标2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4）教学重点：倒易点阵、衍射矢量的Ewald球图解法、14种Bravais点阵、晶面及其指数确定方法、晶带定理、晶面间距、晶面夹角计算公式、Bragg方程、消光规律、结构因子计算、超点阵线条教学难点：倒易点阵、衍射矢量的Ewald球图解法、晶带定律、Bragg方程、消光规律、多套等同点晶胞的结构因子、超点阵线条第三章多晶体X射线衍射分析方法（支撑课程目标2-1、2-3、3-1、4-2、43、4-4)教学重点：衍射花样与衍射方法、粉末衍射仪构造及其工作原理、测角仪、X射线探测器、聚焦圆、0-20连动教学难点：测角仪的衍射几何、-20连动第四章X射线衍射方法的应用（支撑课程目标2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、44）教学重点：标准粉末衍射卡片、物相定性分析方法、衍射数据的指标化、5
5 11.3 差示扫描量热法及其应用 11.4 热分析联用技术 第十二章 紫外-可见吸收光谱（支撑课程目标 2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4） 12.1 UV-Vis 吸收光谱的基本原理 12.2 影响 UV-Vis 吸收光谱的因素 12.3 UV-Vis 光谱仪 12.4 UV-Vis 光谱在材料研究中的应用 第十三章 X 射线光电子能谱（支撑课程目标 2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4） 13.1 XPS 的基本原理 13.2 X 射线光电子能谱仪器与实验技术 13.3 X 射线光电子能谱的分析方法及其应用 要求学生：掌握以上教学内容。 四、教学重点与难点 第一章 X 射线的物理学基础（支撑课程目标 2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4） 教学重点：特征 X 射线的产生机理、光电效应、荧光 X 射线、Auger 效应、 X 射线谱、短波限、吸收限、滤波片选择 教学难点：特征 X 射线的产生机理、荧光 X 射线、Auger 效应、吸收限 第二章 X 射线衍射原理（支撑课程目标 2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4） 教学重点：倒易点阵、衍射矢量的 Ewald 球图解法、14 种 Bravais 点阵、晶 面及其指数确定方法、晶带定理、晶面间距、晶面夹角计算公式、 Bragg 方程、消光规律、结构因子计算、超点阵线条 教学难点：倒易点阵、衍射矢量的 Ewald 球图解法、晶带定律、Bragg 方程、 消光规律、多套等同点晶胞的结构因子、超点阵线条 第三章 多晶体 X 射线衍射分析方法（支撑课程目标 2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、 4-4） 教学重点：衍射花样与衍射方法、粉末衍射仪构造及其工作原理、测角仪、 X 射线探测器、聚焦圆、-2连动 教学难点：测角仪的衍射几何、-2连动 第四章 X 射线衍射方法的应用（支撑课程目标 2-1、2-3、3-1、4-2、4-3、4-4） 教学重点：标准粉末衍射卡片、物相定性分析方法、衍射数据的指标化