课程编号：MA214005
课程名称：材料现代分析技术 英文名称：Modern Analysis Techniques of Materials
学分/学时：3学分/48学时 课程性质：必修
适用专业：材料科学与工程 建议开设学期： 第5学期
先修课程：固体物理、量子力学等 开课单位：先进材料与纳米科技学院
一、课程的教学目标与任务
材料现代分析技术是材料科学与工程专业的专业核心课，通过讲授、提问、讨论
等教学方法和手段，让学生充分理解和掌握现代分析技术的主要内容、基本原理和分
析方法，培养学生初步运用所学的材料分析技术知识分析问题和解决问题的能力，可
以为后面进一步学习材料专业课程奠定良好的基础。
课程教学的主要任务是：
1. 通过本课程的学习，要求学生掌握利用x射线衍射进行物相分析、晶粒大小测定、晶格常数测定；
2. 利用透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）进行物质微观形貌观测和综合分析；
3.利用电子探针x射线显微分析技术（EPMA）对物质的成分进行微区分析。
4.使学生在将来的科研工作中能正确运用这些分析方法，为学生学习材料学专业知识和
从事材料制备与研究技术工作打好理论基础，并使他们受到必要的基本技能的训练，
有助于学生综合能力和整体素质的提高。
二、课程具体内容及基本要求
（一）x射线衍射分析(18时)
本章主要内容：x射线分析基础、X射线谱、x射线与物质的相互作用、x射线的强度、x射线衍射仪工作原理、晶体结构和物相分析。
1.基本要求：
（1）了解x射线的连续谱和特征谱；熟悉莫塞莱定律；掌握平均晶粒大小的测定；
（2）掌握x射线衍射机理；
（3）熟悉x射线衍射仪工作原理；
（4）掌握物相分析方法；掌握晶格常数的精确测定；掌握膜厚的测定等。
2.重点、难点
重点：利用莫塞莱定律进行成分分析，利用x射线衍射进行物相分析。
难点：晶体结构和物相分析，晶格常数的精确测定。
3.作业及课外学习要求
查找相关资料课前预习及课后复习，每章课堂教学后有课外作业，要求独立完成，作为
平时作业成绩。
4. 实践形式(2学时)
参观x射线衍射实验室，观看演示实验，通过案例分析，进行材料的物相分析。
5.线上自主学习（2学时）
内容：结构因子、劳厄方程及布拉格方程
通过线上自主学习，完成学习笔记和相应内容习题，并作为平时(过程考核1)成绩。
（二）透射电子显微镜分析(16学时)
本章主要内容：电子光学基础；电磁透镜的像差与分辨本领，景深和焦长；透射电子显微镜的结构与成像原理、工作原理；TEM样品制备；电子衍射原理及；TEM衬度像成像机理。
1.基本要求：
（1）了解光的衍射和光学显微镜的分辨极限；电子的波动性和电子波长；电磁透镜工
作原理，影响电镜分辨率的因素。
（2）熟悉透射电子显微镜（TEM）的基本结构和主要指标。
（3）掌握TEM样品制备方法。
（4）掌握电子衍射原理；掌握电子衍射花样标定的方法；掌握TEM成像原理及应用。
2.重点、难点
重点：透射电子显微镜的基本结构及工作原理。
难点：电子衍射原理，电子衍射花样标定，TEM衬度像机理和应用。
3.作业及课外学习要求
查找相关资料课前预习及课后复习，每章课堂教学后有课外作业，要求独立完成，作为
平时作业成绩。
4. 实践形式（2学时）
参观透射电子显微镜实验室，观看演示实验，通过案例分析，进行材料的电子衍射花样
标定、选区电子衍射分析等。
（三）扫描电子显微镜分析(10学时)
本章主要内容：电子束与物质的相互作用，扫描电子显微镜的结构和工作原理，表面形貌衬度原理及应用，原子序数衬度原理及应用
1.基本要求：
（1）了解电子束与固体样品作用时产生的各种信号。
（2）熟悉扫描电子显微镜的结构和工作原理，掌握SEM样品制备方法。
（3）掌握SEM中各种信号的成像原理。
（4）掌握样品表面形貌衬度原理及应用，原子序数衬度原理及应用。
2.重点、难点
重点：扫描电子显微镜的基本结构及工作原理。
难点：表面形貌衬度原理及应用，原子序数衬度原理及应用
3.作业及课外学习要求
查找相关资料课前预习及课后复习，每章课堂教学后有课外作业，要求独立完成，作为
平时作业成绩。
4. 实践形式（2学时）
参观扫描电子显微镜实验室，观看演示实验，通过案例分析，进行材料表面、断面的形
貌衬度像的获得及二次电子像分析、原子序数衬度像的获得及背散射电子像分析等。
5.线上自主学习（2学时）
内容：高能电子束与固体样品的相互作用
通过线上自主学习，完成学习笔记和相应内容习题，并作为平时（过程考核2）成绩。
（四）电子探针x射线显微分析（8学时)
本章主要内容：电子探针显微分析基本原理，能谱仪（EDS）和波谱仪（WDS）的工作原理，微区成分定性分析和定量分析方法。
1.基本要求：
（1）了解能谱仪（EDS）和波谱仪（WDS）的工作原理和测量方法。
（2）掌握微区成分定性分析和定量分析方法。
（3）掌握根据不同样品选择合适的谱仪和工作方式进行微区成分分析的方法。
2.重点、难点
重点：能谱仪和波谱仪的基本结构及工作原理。
难点：微区成分定性分析和定量分析方法
3.作业及课外学习要求
查找相关资料课前预习及课后复习，每章课堂教学后有课外作业，要求独立完成，作为
平时作业成绩。
4. 实践形式（2学时）
参观电子探针显微分析实验室，观看演示实验，通过案例分析，进行材料表面微区的成
分分析，对不同情况下的微区进行点、线、面的定性和定量分析等。
三、教学安排及方式
总学时 48 学时，其中：讲授 40学时，线上4学时，实践教学8学时。
| 序号 | 课程内容 | 学时 | 教学方式 |
| 1 | X射线衍射分析 | 14 | 讲授 |
| 2 | X射线衍射分析实验分析 | 2 | 实践 |
| 3 | 结构因子、劳厄方程及布拉格方程 | 2 | 线上 |
| 4 | TEM分析 | 14 | 讲授 |
| 5 | 透射电子显微镜实验分析 | 2 | 实践 |
| 6 | SEM分析 | 6 | 讲授 |
| 7 | 扫描电镜实验分析 | 2 | 实践 |
| 8 | 高能电子束与固体样品的相互作用 | 2 | 线上 |
| 9 | 电子探针x射线显微分析 | 6 | 讲授 |
| 10 | 电子探针实验分析 | 2 | 实践 |
注：教学方式填写“讲授、实验或实践、上机、综合练习、多种形式”。
四、考核及成绩评定方式
最终成绩由平时作业成绩、实践成绩、过程考核成绩、期末成绩组合而成。各部分所占比例如下：
平时作业成绩：10%。主要考核对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度。书面作业或口头提问形式。
实践成绩：20%。主要考核章节知识点的掌握情况，以及语言和文字表达能力。大作业、实验报告、方案设计等实践考核形式。
过程考核成绩：10%。主要考察学生自主学习，查阅文献、资料，总结归纳能力。利用业余时间线上学习，独立完成学习笔记。依据学习笔记或课堂讨论评定过程考核成绩。
期末成绩：60%。主要考核材料分析基本原理和分析技术的掌握程度。书面考试形式，
题型为：分析简答题和计算题等。
过程成绩提交时间和总评成绩计算说明表
| 序号 | 成绩提交时间 | 名称或说明 |
| C1 | 面授课程完成后十天内 | 平时作业成绩 |
| C2 | 实践课程完成后十天内 | 实践成绩 |
| C3 | 线上课程完成后十天内 | 过程考核成绩 |
| C4 | 期末考试后五天内 | 期末成绩 |
| 总评成绩＝ C1*0.1+C2*0.2+C3*0.1+ C4*0.6 |
注：上表用于说明授课过程中分项成绩提交时间，教师应在规定的时间内提交对应成绩，提前或逾期无法提交，一旦提交无法修改。大纲可以根据需要自行定义提交成绩的次数、时间和名称或说明，总评成绩计算必须与考核和成绩评定方式中描述的一致。
五、教材及参考书目
教材：《材料分析测试技术》（第二版），周玉等主编，哈尔滨工业大学出版社
参考书目：
1．《材料结构表征及应用》，吴刚编，化学工业出版社；
2．《现代仪器分析》，清华大学分析化学教研室编，清华大学出版社；
3．《金属X射线衍射和电子显微分析技术》，李树棠编，冶金工业出版社
六、说明
（一）与相关课程的分工衔接
先期课程有无机化学、固体物理、量子力学等，后期课程有材料工程基础、薄膜制备
技术等、敏感材料与传感器等。
