《材料近代分析分析测试方法》课程教学大纲 Methods of Analysis and Measurement for Materials

材料科学与工程系本科课程教学大纲 材料研究方法课程教学大纲 课程名称：材料近代分析分析测试方法 课程编号：Z117209 英文名称：Methods of Analysis and Measurement for Materials 学时：32学时 学 分：2学分 开课学期：第六学期 适用专业：材料科学与工程 课程类别：必修课 课程性质：专业基础课 先修课程：普通物理，材料科学基础 教 材：《材料研究方法》 王培铭主编 科学出版社 一、课程的性质及任务 本课程是针对材料类专业本科生而开设专业基础课。目的是使学生掌握材料主 要分析技术方法的基本原理和应用，了解较先进的材料分析方法和应用。培养学生 的材料微观组织结构分析测试及研究的能力。通过学习使学生掌握X射线衍射和电 子显微技术的基础理论，试验方法及基本技能：掌握X射线衍射仪、透射电镜、扫 描电镜和电子探针等现代测试设备的结构及其在材料分析测试技术中的原理及试验 方法。应用X射线衍射方法进行晶体结构的测定、物相分析、宏观应力测定：掌握 透射电镜的复型和薄膜制备技术及电子衍射的原理，应用电子衍射对材料进行微观 组织结构的分析，应用扫描电镜和电子探针对材料进行表面形貌和微观结构及成分 进行分析。 二、课程内容及学习方法 1、绪论 2、X射线物理学基础 X射线的本质：X射线谱：连续X射线谱，特征ZX射线谱：X射线与物质相 互作用：经典散射与经典散射强度：二次特征辐射：X射线的衰减。 3、X射线衍射的几何原理 X射线衍射方向：布拉格定律：倒易点阵：倒易点阵的定义，倒易点阵的某些 关系式，倒易点阵的性质倒易空间中表示衍射条件的矢量方程，埃瓦尔德图解：X 射线衍射强度：一个晶胞的散射振幅：结构因数的计算：粉末多晶的积分强度公式。 4、X射线衍射束的强度

材料科学与工程系本科课程教学大纲 1 材料研究方法课程教学大纲 课程名称：材料近代分析分析测试方法 课程编号：Z117209 英文名称：Methods of Analysis and Measurement for Materials 学 时：32 学时 学 分：2 学分 开课学期：第六学期 适用专业：材料科学与工程 课程类别：必修课 课程性质：专业基础课 先修课程：普通物理，材料科学基础 教 材：《材料研究方法》 王培铭主编 科学出版社 一、课程的性质及任务 本课程是针对材料类专业本科生而开设专业基础课。目的是使学生掌握材料主 要分析技术方法的基本原理和应用，了解较先进的材料分析方法和应用。培养学生 的材料微观组织结构分析测试及研究的能力。通过学习使学生掌握 X 射线衍射和电 子显微技术的基础理论，试验方法及基本技能；掌握 X 射线衍射仪、透射电镜、扫 描电镜和电子探针等现代测试设备的结构及其在材料分析测试技术中的原理及试验 方法。应用 X 射线衍射方法进行晶体结构的测定、物相分析、宏观应力测定；掌握 透射电镜的复型和薄膜制备技术及电子衍射的原理，应用电子衍射对材料进行微观 组织结构的分析，应用扫描电镜和电子探针对材料进行表面形貌和微观结构及成分 进行分析。 二、课程内容及学习方法 1、绪论 2、X 射线物理学基础 X 射线的本质；X 射线谱；连续 X 射线谱，特征 ZX 射线谱；X 射线与物质相 互作用；经典散射与经典散射强度；二次特征辐射；X 射线的衰减。 3、X 射线衍射的几何原理 X 射线衍射方向；布拉格定律；倒易点阵；倒易点阵的定义，倒易点阵的某些 关系式，倒易点阵的性质倒易空间中表示衍射条件的矢量方程，埃瓦尔德图解；X 射线衍射强度；一个晶胞的散射振幅；结构因数的计算；粉末多晶的积分强度公式。 4、X 射线衍射束的强度

材料分析测试方法课程教学大纲 一个电子对X射线的散射：一个原子对X射线的散射：单胞对X射线的散射： 一个小晶体对X射线的散射：一个小品体衍射的积分强度：粉末多晶体衍射的积分 强度。 5、X射线衍射方法 类型和发展：粉末照相法：粉末法成象原理，德拜一谢乐法：劳厄实验方法： 劳厄法成象原理和衍射斑点分布规律：劳厄衍射花样指数化：多晶衍射仪法：测角 器，探测器，计数电路，实验条件选择及试样制备。 6、多晶体的物相分析 基本原理：PDF卡片，PDF卡片索引，分析方法，计算机自动检索：物相的定 量分析原理和方法。 7、点阵常数的精确测定 粉末衍射花样的指标化：立方晶体衍射花样的指标化，非立方晶体粉末衍射花 样的指标化：点阵常数测量中误差的来源：照相法中测量误差的来源，衍射仪法 中的测量误差：点阵常数精确测定的方法：标定物质的使用（内标法），精确的试验 技术(straumanis法)，试验结果的数学处理方法。 8、X射线应力测定 X射线应力测定的基本原理：X射线应力测定方法：X射线应力测定仪法，常 规衍射仪法。 9、电子光学基础 10、电子与物质的交互作用 散射：原子核对电子的弹性散射，原子核对电子的非弹性散射，核外电子对入 射电子的非弹性散射：高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息 二次电子(SE),背散射电子(BE),吸收电子(AE),特征X射线及俄歇电子，自 由载流子形成所伴生效应，入射电子和晶体中电子云相互作用，入射电子和晶格相 互作用，周期脉冲电子入射的电声效应，透射电子(TE)。 11、透射电子显微分析 透射电镜的结构及应用：透射电镜的结构，透射电镜成象原理透射电镜的复型 技术：电子衍射：电子衍射基本公式和相机常数，选区电子衍射，常见的几种电子 衍射谱，电子衍射花样的标定：金属薄膜的透射电子显微分析， 金属薄膜样品的制备，薄晶体样品的衍衬成象原理。 12、扫描电子显微分析 扫描电镜工作基本原理，扫描电镜的结构，扫描电镜的主要性能，样品制备： 扫描电镜在材料研究中的应用：表面形貌衬度及其应用，电子背散射衬度及其应用。 13、X射线能量色散谱分析 X射线能量色散谱仪的分析原理、实验方法和应用。 14、电子能量损失谱分析 2

材料分析测试方法课程教学大纲 2 一个电子对 X 射线的散射；一个原子对 X 射线的散射；单胞对 X 射线的散射； 一个小晶体对 X 射线的散射；一个小晶体衍射的积分强度；粉末多晶体衍射的积分 强度。 5、X 射线衍射方法 类型和发展；粉末照相法；粉末法成象原理，德拜－谢乐法；劳厄实验方法： 劳厄法成象原理和衍射斑点分布规律；劳厄衍射花样指数化；多晶衍射仪法；测角 器，探测器，计数电路，实验条件选择及试样制备。 6、多晶体的物相分析 基本原理：PDF 卡片，PDF 卡片索引，分析方法，计算机自动检索；物相的定 量分析原理和方法。 7、点阵常数的精确测定 粉末衍射花样的指标化：立方晶体衍射花样的指标化，非立方晶体粉末衍射花 样的指标化；点阵常数测量中误差的来源；照相法中θ测量误差的来源，衍射仪法 中的测量误差；点阵常数精确测定的方法；标定物质的使用（内标法），精确的试验 技术（straumanis 法），试验结果的数学处理方法。 8、X 射线应力测定 X 射线应力测定的基本原理；X 射线应力测定方法；X 射线应力测定仪法，常 规衍射仪法。 9、电子光学基础 10、电子与物质的交互作用 散射：原子核对电子的弹性散射，原子核对电子的非弹性散射，核外电子对入 射电子的非弹性散射；高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息 二次电子（SE），背散射电子（BE），吸收电子（AE），特征 X 射线及俄歇电子，自 由载流子形成所伴生效应，入射电子和晶体中电子云相互作用，入射电子和晶格相 互作用，周期脉冲电子入射的电声效应，透射电子（TE）。 11、透射电子显微分析 透射电镜的结构及应用：透射电镜的结构，透射电镜成象原理透射电镜的复型 技术；电子衍射；电子衍射基本公式和相机常数，选区电子衍射，常见的几种电子 衍射谱，电子衍射花样的标定；金属薄膜的透射电子显微分析， 金属薄膜样品的制备，薄晶体样品的衍衬成象原理。 12、扫描电子显微分析 扫描电镜工作基本原理，扫描电镜的结构，扫描电镜的主要性能，样品制备； 扫描电镜在材料研究中的应用；表面形貌衬度及其应用，电子背散射衬度及其应用。 13、X 射线能量色散谱分析 X 射线能量色散谱仪的分析原理、实验方法和应用。 14、电子能量损失谱分析

材料科学与工程系本科课程教学大纲 电子能量损失谱仪的分析原理、实验方法和应用。 15、电子显微分析技术的新进展 三、课程的教学要求 1、绪论 2、X射线物理学基础 掌握X射线的本质、连续X射线谱，特征X射线谱、X射线与物质相互作用、 经典散射与经典散射强度：二次特征辐射：X射线的衰减。 3、X射线衍射的几何原理 掌握布拉格定律、倒易点阵的定义，了解倒易点阵的某些关系式，倒易点阵的 性质倒易空间中表示衍射条件的矢量方程，掌握埃瓦尔德图解。 4、X射线衍射束的强度 理解一个电子对X射线的散射、一个原子对X射线的散射、单胞对X射线的 散射：掌握结构因子计算：理解一个小晶体对X射线的散射：一个小晶体衍射的积 分强度：粉末多品体衍射的积分强度。 5、X射线衍射方法 了解类型和发展：粉末照相法：粉末法成象原理，德拜一谢乐法：劳厄实验方 法：劳厄法成象原理和衍射斑点分布规律：劳厄衍射花样指数化：掌握多晶衍射仪 法：了解测角器，探测器，计数电路，实验条件选择及试样制备。 6、多晶体的物相分析 掌握基本原理，了解PDF卡片，PDF卡片索引，掌握物相的定性和定量分析原 理和方法。 7、点阵常数的精确测定 掌握立方晶体衍射花样的指标化：理解点阵常数测量中误差的来源：照相法中 0测量误差的来源，衍射仪法中的测量误差：掌握点阵常数精确测定的方法 8、X射线应力测定 理解X射线应力测定的基本原理：掌握X射线应力测定方法。 9、电子光学基础 理解电子光学的原理。 10、电子与物质的交互作用 理解原子核对电子的弹性散射，原子核对电子的非弹性散射，核外电子对入射 电子的非弹性散射：高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息。二次电子($)， 背散射电子(BE),吸收电子(AE),特征X射线及俄歇电子，自由载流子形成所 伴生效应，入射电子和晶体中电子云相互作用，入射电子和晶格相互作用，周期脉 冲电子入射的电声效应，透射电子(TE)。 11、透射电子显微分析 3

材料科学与工程系本科课程教学大纲 3 电子能量损失谱仪的分析原理、实验方法和应用。 15、电子显微分析技术的新进展 三、课程的教学要求 1、绪论 2、X 射线物理学基础 掌握 X 射线的本质、连续 X 射线谱，特征 X 射线谱、X 射线与物质相互作用、 经典散射与经典散射强度；二次特征辐射；X 射线的衰减。 3、X 射线衍射的几何原理 掌握布拉格定律、倒易点阵的定义，了解倒易点阵的某些关系式，倒易点阵的 性质倒易空间中表示衍射条件的矢量方程，掌握埃瓦尔德图解。 4、X 射线衍射束的强度 理解一个电子对 X 射线的散射、一个原子对 X 射线的散射、单胞对 X 射线的 散射；掌握结构因子计算；理解一个小晶体对 X 射线的散射；一个小晶体衍射的积 分强度；粉末多晶体衍射的积分强度。 5、X 射线衍射方法 了解类型和发展；粉末照相法；粉末法成象原理，德拜－谢乐法；劳厄实验方 法：劳厄法成象原理和衍射斑点分布规律；劳厄衍射花样指数化；掌握多晶衍射仪 法；了解测角器，探测器，计数电路，实验条件选择及试样制备。 6、多晶体的物相分析 掌握基本原理，了解 PDF 卡片，PDF 卡片索引，掌握物相的定性和定量分析原 理和方法。 7、点阵常数的精确测定 掌握立方晶体衍射花样的指标化；理解点阵常数测量中误差的来源；照相法中 θ测量误差的来源，衍射仪法中的测量误差；掌握点阵常数精确测定的方法 8、X 射线应力测定 理解 X 射线应力测定的基本原理；掌握 X 射线应力测定方法。 9、电子光学基础 理解电子光学的原理。 10、电子与物质的交互作用 理解原子核对电子的弹性散射，原子核对电子的非弹性散射，核外电子对入射 电子的非弹性散射；高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息。二次电子（SE）， 背散射电子（BE），吸收电子（AE），特征 X 射线及俄歇电子，自由载流子形成所 伴生效应，入射电子和晶体中电子云相互作用，入射电子和晶格相互作用，周期脉 冲电子入射的电声效应，透射电子（TE）。 11、透射电子显微分析

材料分析测试方法课程教学大纲 了解透射电镜的结构、成象原理透射：掌握电子衍射和电子衍射花样的标定：理解 薄膜的透射电子显微分析，薄晶体样品的衍衬成象原理。 12、扫描电子显微分析 理解扫描电镜工作基本原理，扫描电镜的结构，扫描电镜的主要性能，样品制 备：扫描电镜在材料研究中的应用：掌握表面形貌衬度及其应用。 13、X射线能量色散谱分析 了解X射线能量色散谱仪的分析原理、实验方法和应用。 14、电子能量损失谱分析 了解X射线电子能量损失谱仪的分析原理、实验方法和应用。 15、电子显微分析技术的新进展 了解电子显微分析技术的新进展。 四、课程学时分配 绪论1第一章X射线的性质1 第一章X射线的性质2 第一章X射线的性质1第二章X射线衍射1 第二章X射线衍射2 第二章X射线衍射1第三章多晶体X射线衍射分析方法1 第三章多晶体X射线衍射分析方法2 第三章多晶体X射线衍射分析方法1第四章X射线衍射方法的实际应用1 第四章X射线衍射方法的实际应用2 第四章X射线衍射方法的实际应用1第五章透射电子显微分析1 第五章透射电子显微分析2 第五章透射电子显微分析1第六章扫描电子显微分析1 第六章扫描电子显微分析2 第六章扫描电子显微分析1第七章表面成分分析1 第七章表面成分分析2 第七章表面成分分析1第八章电子显微技术的新进展及试验方法选择1 第八章电子显微技术的新进展及试验方法选择2 第八章电子显微技术的新进展及试验方法选择1第九章高分子材料分析技术和红 外与拉曼光谱简介1 第九章高分子材料分析技术和红外与拉曼光谱简介2 五、课程习题要求 本课程习题的基本要求是：巩固课堂讲授的理论知识和基本概念。锻炼独立思

材料分析测试方法课程教学大纲 4 了解透射电镜的结构、成象原理透射；掌握电子衍射和电子衍射花样的标定；理解 薄膜的透射电子显微分析，薄晶体样品的衍衬成象原理。 12、扫描电子显微分析 理解扫描电镜工作基本原理，扫描电镜的结构，扫描电镜的主要性能，样品制 备；扫描电镜在材料研究中的应用；掌握表面形貌衬度及其应用。 13、X 射线能量色散谱分析 了解 X 射线能量色散谱仪的分析原理、实验方法和应用。 14、电子能量损失谱分析 了解 X 射线电子能量损失谱仪的分析原理、实验方法和应用。 15、电子显微分析技术的新进展 了解电子显微分析技术的新进展。 四、课程学时分配 绪论 1 第一章 X 射线的性质 1 第一章 X 射线的性质 2 第一章 X 射线的性质 1 第二章 X 射线衍射 1 第二章 X 射线衍射 2 第二章 X 射线衍射 1 第三章 多晶体 X 射线衍射分析方法 1 第三章 多晶体 X 射线衍射分析方法 2 第三章 多晶体 X 射线衍射分析方法 1 第四章 X 射线衍射方法的实际应用 1 第四章 X 射线衍射方法的实际应用 2 第四章 X 射线衍射方法的实际应用 1 第五章 透射电子显微分析 1 第五章 透射电子显微分析 2 第五章 透射电子显微分析 1 第六章 扫描电子显微分析 1 第六章 扫描电子显微分析 2 第六章 扫描电子显微分析 1 第七章 表面成分分析 1 第七章 表面成分分析 2 第七章 表面成分分析 1 第八章 电子显微技术的新进展及试验方法选择 1 第八章 电子显微技术的新进展及试验方法选择 2 第八章 电子显微技术的新进展及试验方法选择 1 第九章高分子材料分析技术和红 外与拉曼光谱简介 1 第九章 高分子材料分析技术和红外与拉曼光谱简介 2 五、课程习题要求 本课程习题的基本要求是：巩固课堂讲授的理论知识和基本概念。锻炼独立思

材料科学与工程系本科课程教学大纲 考和分析问题的能力。习题分量占自学时间的四分之一，具体数量视习题难易程度 而定。 六、课程的实验内容与要求 实验内容： 1、X射线衍射仪介绍、立方结构指标化及点阵常数的精确测定 2、X射线物相定性和量相分析 3、透射电镜结构、薄膜样品制备及图像观察 4、扫描电镜结构原理、操作及断口形貌的观察分析 5、单晶体电子衍射实验分析及衍射斑点标定 实验目的：验证、巩固和补充课堂讲授的理论知识。培养学生材料分析的能力。 实验要求：通过实验，培养运用所学理论解决实际问题的能力，分析和综合实 验结果的能力。在实验中培养学生严肃认真的态度和踏实细致、实事求是的作风。 能整理分析实验数据、绘制曲线并写出整洁的、条理清楚的、内容完整的实验报告。 七、课程主要参考书 范雄 《X射线金属学》 机械工业出版社 李树堂 《X射线衍射学》 治金工业出版社 常铁军、祁欣 《材料近代分析方法》 哈工大 2000年 周玉 《材料分析方法》 哈工大 2001年 RW卡恩等编 《材料科学与技术丛书》2A卷科学出版社 2000年 廖乾初 《扫描电子显微镜及其应用》 治金出版社 1996年 制定人：杜广芬 审定人：刘志勇 批准人：李炳奇 2010年3月 5

材料科学与工程系本科课程教学大纲 5 考和分析问题的能力。习题分量占自学时间的四分之一，具体数量视习题难易程度 而定。 六、课程的实验内容与要求 实验内容： 1、X 射线衍射仪介绍、立方结构指标化及点阵常数的精确测定 2、X 射线物相定性和量相分析 3、透射电镜结构、薄膜样品制备及图像观察 4、扫描电镜结构原理、操作及断口形貌的观察分析 5、单晶体电子衍射实验分析及衍射斑点标定 实验目的：验证、巩固和补充课堂讲授的理论知识。培养学生材料分析的能力。 实验要求：通过实验，培养运用所学理论解决实际问题的能力，分析和综合实 验结果的能力。在实验中培养学生严肃认真的态度和踏实细致、实事求是的作风。 能整理分析实验数据、绘制曲线并写出整洁的、条理清楚的、内容完整的实验报告。 七、课程主要参考书 范 雄 《X 射线金属学》 机械工业出版社 李树堂 《X 射线衍射学》 冶金工业出版社 常铁军、祁 欣 《材料近代分析方法》 哈工大 2000 年 周 玉 《材料分析方法》 哈工大 2001 年 R W 卡恩 等编 《材料科学与技术丛书》2A 卷 科学出版社 2000 年 廖乾初 《扫描电子显微镜及其应用》 冶金出版社 1996 年 制定人：杜广芬 审定人：刘志勇 批准人：李炳奇 2010 年 3 月