課程教案
根據大綱要求《材料分析測試方法》課程學時64，分配如下：
1、課時學時分配
講課 52學時
緒論 2
第一章 x射線的性質 4
第二章 x射線衍射 6
第三章多晶體分析方法 4
第四章 x射線衍射應用 6
第五章透射電子顯微鏡 4
第六章電子衍射 6
第七章晶體薄膜衍射成像分析 6
第八章掃瞄電子顯微鏡與電子探針 6
第九章光譜分析簡介 4
第十章其它顯微分析方法簡介 4
2. 實驗學時： 12學時
1. 德拜相機與德拜相， 立方晶系粉末相指標化。 2學時
2. 衍射儀結構與實驗 2
3. 物相分析 2
4. 透射電子顯微鏡結構與工作原理 2
5. 選區電子衍射及明、暗場成像 2
6. 掃瞄電子顯微鏡及電子探針 2
第一次課教學內容：
緒論（50分鐘）
介紹材料分析測試技術在材料科學研究中的作用和應用，介紹材料分析測試方法的發展歷史，讓同學在了解了開設本門課程的意義後，激發同學們對材料分析方法的喜愛，對這們科學的嚮往。
第一章 x射線的性質
x射線在電磁波譜中的波段，（5分鐘） x射線的本質；（10分鐘）
x射線產生條件及x射線管；（35分鐘）
簡要介紹x射線誕生和發展歷史。講解電磁波譜及x射線的波長範圍。介紹x射線的性質和本質。
詳細講解x射線產生條件及x射線管的構造。本節重點是x射線產生條件及x射線管部分的內容，難點是從物理本質上認識x射線的產生機制。
第二次課教學內容：
x射線譜，連續譜（20分鐘），特徵譜產生機理（30分鐘）；
x射線與物質的相互作用（5分鐘），相干散射（5分鐘），非相干散射（10分鐘），x射線的吸收（15分鐘），吸收係數（5分鐘），吸收限（10分鐘），
x射線譜連續譜和特徵譜產生機理是本節重點講解的內容。要講清楚x射線連續譜，特徵譜的物理本質，產生機理，作用和特徵譜的命名方法等。x射線與物質的相互作用是另乙個重點，x射線與物質的相互作用產生散射和吸收是現象，其內在的物理過程和本質必須講透徹。
難點是電子、x射線與物質的原子及原子核外的電子相互作用的物理過程和本質。
第三次課教學內容：
x射線衰減規律及其在實際中的應用（15分鐘），選靶與濾波片（25分鐘）。
x射線的防護（10分鐘）。
第二章 x射線衍射方向
晶體幾何學（25分鐘），布拉格方程與討論（25分鐘）；
本節課程著重講解x射線與物質的相互作用後的強度衰減，這是x射線與物質的相互作用的巨集觀表現，是x射線透射學基礎。講清楚線吸收係數和質量吸收係數的區別和作用；x射線與物質的相互作用產生真吸收的本質可以幫助我們進行選靶與濾波片的選擇，這也是x射線光譜學的基礎。
晶體幾何學在前面課程已經講過，這裡是複習。布拉格方程與討論是重點講授內容。分析比較散射和衍射的異同，討論布拉格方程。
本節的難點是應用強度衰減公式解決實際問題和對布拉格方程的理解。
第四次課教學內容：
*倒易點陣（10分鐘），定義與性質（30分鐘），衍射向量方程（10分鐘）；
*愛瓦爾德**（25分鐘）；
三種衍射方法（10分鐘）。
第三章 x射線衍射強度
乙個電子的衍射強度（15分鐘），
本節課程重點講解倒易點陣的概念、定義與性質，這是本節的難點。講清楚倒易點陣對後續課程致關重要，所以要通過正空間的複習、通過舉例等方法使同學建立倒空間的概念。其次講清楚衍射向量方程對講解愛瓦爾德**是很重要的，這裡要將倒空間的概念、布拉格方程和愛瓦爾德球聯絡起來講，建立空間入射和衍射的空間思維。
三種衍射方法的講解進一步加深同學對上述問題的理解。本節的重中之重的問題是建立空間入射和衍射的空間思維及其與倒空間的聯絡。
第五次課教學內容：
乙個原子的衍射強度（15分鐘），乙個晶胞的衍射強度與結構因子（35分鐘）；
多晶體衍射強度（50分鐘），
通過乙個電子的衍射強度、乙個原子的衍射強度、乙個晶胞的衍射強度、乙個晶體的衍射強度和多個晶體的衍射強度循序漸進地匯出多晶體衍射強度。重點講清楚結構因子，也就是原子種類及其在晶胞中位置對衍射強度的影響，同時講清楚實際衍射中多晶x射線衍射強度是多個晶體的衍射強度的集合，而每個晶體的衍射強度又是多個晶胞的衍射強度的集合等等。本節重點是乙個晶胞的衍射強度與結構因子的內容。
第六次課教學內容：
多重性因子（10分鐘），羅侖茲因子（10分鐘），吸收因子（10分鐘），溫度因子（10分鐘），粉末衍射強度（10分鐘）；
積分強度（15分鐘），總結（35分鐘）。
上節課循序漸進地匯出多晶體衍射強度，但是實際衍射強度還受多種因素影響。講清楚這些影響因素的影響機理，最後給出最終的積分強度和相對強度。
講完前面內容後將x射線衍射方向和強度問題結合起來，強調x射線衍射方向取決於晶體的大小和型別，x射線衍射強度則取決於晶體中原子位置與種類。因此x射線衍射方向和強度的結合才能分析被測物質的晶體學內容。闡述這些是本節的重點。
本節的難點是形狀因子和多重性因子，羅侖茲因子，吸收因子，溫度因子對強度影響的機制。
第七次課教學內容：
第四章多晶體分析方法
粉末照相法（德拜照相法）（65分鐘）；
x射線衍射儀法（35分鐘）；
德拜照相法是傳統的x射線衍射方法。本節課在介紹德拜相機後著重講述德拜照相法對試樣的要求、德拜照相法中底片安裝方法及其作用、德拜照相法對輻射的要求、底片上2θ角和衍射線的強度測量、德拜照相法的衍射花樣的分析標定。
對於衍射儀法，重點講解的是測角儀的工作原理包括測角儀圓和聚焦圓，重點講解影響衍射儀法測量精度的因素（試樣、輻射引數、狹縫光欄和接受光欄的寬度、掃瞄速度、時間常數等）。難點是測角儀的工作原理包括測角儀圓和聚焦圓。
第八次課教學內容：
衍射儀的測量方法與實驗引數，（15分鐘）衍射線的指標化（35分鐘）；
點陣常數測量中的誤差**（25分鐘），點陣常數的精確測定（25分鐘）
本節繼續講述衍射儀的測量方法與實驗引數，重點講解衍射線的指標化方法。主要講述麵心立方晶體的衍射線的指標化，簡要介紹四方和六方晶體的衍射線的指標化。其中難點是衍射花樣的分析標定，而這一工作對後續課程也有重要的影響，務必講清楚。
點陣常數的精確測定主要講解點陣常數測量中的誤差**及其主要影響因素和消除誤差的方法。難點是消除誤差方法的數學處理技術，通過例題解決這一問題。
第九次課教學內容：
第五章 x射線物相分析
定性分析的原理和分析思路（15分鐘）；
粉末衍射卡的組成（25分鐘）；
pdf卡片的索引（25分鐘）；
物相定性分析方法（35分鐘）
本次課講述x射線物相分析中的定性分析原理、解決的途徑、粉末衍射卡的組成和索引書的使用方法、定性分析的程式。重點是粉末衍射卡的組成和索引書的使用方法、定性分析的程式。難點是多物相的衍射花樣的物相定性分析方法。
可以通過例題詳細介紹多物相的衍射花樣的物相定性分析中的注意事項和過程，為未來的實際應用奠定基礎。
第十次課教學內容：
物相定量分析方法（50分鐘）
第六章巨集觀應力測定
x射線應力測定原理（25分鐘），單軸應力測定原理（25分鐘），
本節介紹物相定量分析方法，包括物相定量分析原理、外標法、內標法和直接比較法。重點是物相定量分析原理和直接比較法，難點是物相定量分析方法的原理推導和各種方法中的具體使用。
x射線應力測定講解殘餘應力的分類和範圍、x射線應力測定的特點和方法概論、介紹單軸應力的測定原理。這一節中的難點是單軸應力測定原理。
第十一次課教學內容：
平面應力測定原理（50分鐘）；
實驗方法（10分鐘），衍射儀法（25分鐘），應力儀法（15分鐘）
繼上次課單軸應力測定原理的介紹，著重講述和推導平面應力測定原理。通過平面應力測定原理的推導得到x射線巨集觀應力測定的基本公式，通過衍射儀和應力儀兩個儀器的具體應用講解x射線巨集觀應力測定的方法及其區別與特點。本次課程的難點是涉及一些彈性力學的知識，要用彈性力學的知識結合x射線衍射的特點推導許多公式。
講課中力求刪繁就簡，深入淺出講清原理。
第十二次課教學內容：
實驗精度的保證及測試原理的適用條件（50分鐘）
第七章電子光學基礎
電子波與電磁透鏡；（50分鐘）
本節課首先講完x射線巨集觀應力測定中測試原理的適用條件，保證實驗精度的前提下的注意事項。重點總結x射線衍射在材料科學中的實際應用：點陣常數的精確測定，x射線物相分析和x射線巨集觀應力測定。
告訴同學x射線衍射的實際應用並非這些，還可以用於x射線衍射測定晶體的織構等，未來實踐中還要參閱更多的文獻資料。
電鏡課程的開始應介紹電子顯微學的發展及其作用與意義，然後介紹電子波、透鏡的解析度概念和電磁透鏡，難點是解析度概念、電磁透鏡的構成與電子在透鏡中的運動及其軌跡。
本次課程的重點是x射線篇的總結與電鏡篇的開篇。注意承上啟下。
第十三次課教學內容：
電磁透鏡的像差與分辨本領（30分鐘）
電磁透鏡的景深與焦長（20分鐘）
第八章透射電子顯微鏡
透射電子顯微鏡的結構與成像原理（20分鐘），照明系統（15分鐘），成像系統（10分鐘），觀察記錄系統（5分鐘）；
本次課程重點講清楚電磁透鏡的像差型別、像差與分辨本領的關係，分辨本領與放大倍數的關係。講述電磁透鏡的景深與焦長在電子顯微分析中作用和意義，以及與成像質量的關係。在透射電子顯微鏡的結構與成像原理的介紹結合實際的透射電子顯微鏡講，重點講解照明系統和成像系統的構成與原理，以及這兩個系統的優劣對整個電鏡的影響。
難點是分辨本領與像差的關係和成像系統中的光路圖。
第十四次課教學內容：
主要部件（測角器、樣品杆、消像散器、光欄）的結構與工作原理（30分鐘）；
透射電子顯微鏡的解析度和放大倍數測定（20分鐘）
第九章復型技術
概述；（20分鐘）
一級復型、二級復型、萃取復型；（30分鐘）
本次課程介紹透射電鏡的主要部件（測角器、樣品杆、消像散器、光欄）的結構與工作原理和透射電子顯微鏡的解析度和放大倍數測定。這部分的重點是解析度和放大倍數測定方法。難點是晶格解析度和點解析度的概念。
關於復型技術著重講清楚它的發展過程和現在在電子顯微分析工作中作用和地位。介紹一級復型、二級復型、萃取復型技術的具體製作過程，重點講述萃取復型技術在電子顯微分析工作中的作用。
第十五次課教學內容：
質厚襯度原理（20分鐘）
復型技術在材料研究方面的應用（金相分析、斷口分析）（25分鐘）。
粉末樣品製備（5分鐘）
第十章電子衍射
電子衍射與x射線衍射的比較（20分鐘）；
電子衍射原理，布拉格方程、（30分鐘）
介紹與推導復型技術中質厚襯度原理，既從小孔成像的散射截面的角度講，也從物質對電子的吸收角度講。在講復型技術在材料研究方面的應用時既介紹它的優點也指出這種方法的侷限性。結合奈米材料介紹粉末樣品的具體製備方法。
材料分析測試方法部分習題答案黃新民
1.x射線學有幾個分支？每個分支的研究物件是什麼？答 x射線學分為三大分支 x射線透射學 x射線衍射學 x射線光譜學。x射線透射學的研究物件有人體，工件等，用它的強透射性為人體診斷傷病 用於探測工件內部的缺陷等。x射線衍射學是根據衍射花樣，在波長已知的情況下測定晶體結構，研究與結構和結構變化的相關的...
課程名稱 材料測試分析方法
一 考試的總體要求 掌握 x 射線物理學基礎,理解 x 射線運動學衍射理論，能夠運用x 射線衍射方法 粉末照相 多晶衍射儀法 掌握電子與物質相互作用理論。熟練掌握透射電鏡 tem 和掃瞄電鏡 sem 基本結構和工作原理 及其樣品製備和分析方法。掌握波譜儀和能譜儀以及電子探針分析方法。二 考試的內容 ...
材料分析測試方法課程設計
課程設計 2011年秋季學期 目錄第一章前言 1 第二章分析方法及儀器選擇2 2.1薄膜表面形貌分析方法及儀器選擇2 2.1.1原子力顯微鏡2 2.1.2透射電子顯微鏡3 2.2 薄膜表面成分分析方法及儀器選擇4 2.2.1 x射線光電子能譜4 2.2.2掃瞄電子顯微鏡6 2.3 具體選擇與分析7 ...