材料研究方法(南京理工大學提供的慕課)

材料研究方法課程是南京理工大學於2017年09月07日首次在中國大學MOOC開設的慕課、國家精品線上開放課程。該課程授課教師是朱和國、尤澤升、劉吉梓、黃鳴、沙剛、胡蓉、李建亮。據2021年3月中國大學MOOC官網顯示，該課程已開課8次。

材料研究方法課程共有13單元，包括晶體學基礎、X射線的多晶衍射分析及其套用、電子顯微分析基礎、熱分析技術等內容。

基本介紹

• 中文名：材料研究方法
• 外文名：Research methods for materials
• 授課教師：朱和國、尤澤升、劉吉梓、黃鳴、沙剛、胡蓉、李建亮
• 類 別：慕課、國家精品線上開放課程
• 提供院校：南京理工大學
• 開課時間：2017年09月07日（首次）
• 授課平台：中國大學MOOC

課程性質

課程背景

材料、信息和能源是中國國民經濟的三大支柱，同時材料又制約著另兩支柱的發展，是21世紀科技發展的物質基礎。在此背景下，南京理工大學開設了材料研究方法課程。

課程定位

材料研究方法是材料專業的核心課程，也是全中國博士研究生入學考試的必考科目。

開課信息

開課次數	開課時間	學時安排	授課教師	參與人數
第1次開課	2017年09月07日~2017年12月22日	4小時左右	朱和國、尤澤升、劉吉梓	2615
第2次開課	2018年02月26日~2018年06月29日			1655
第3次開課	2018年09月03日~2019年01月19日	3~5小時每周		2311
第4次開課	2019年03月04日~2019年07月20日	5小時每周	朱和國、尤澤升、劉吉梓、黃鳴	2491
第5次開課	2019年08月26日~2020年01月06日	3~5小時每周		3278
第6次開課	2020年02月22日~2020年06月26日	5小時每周	朱和國、尤澤升、劉吉梓、黃鳴、沙剛、胡蓉	6261
第7次開課	2020年09月07日~2020年12月31日	4小時每周	朱和國、尤澤升、劉吉梓、黃鳴、沙剛、胡蓉、李建亮	2896
第8次開課	2021年03月01日~2021年07月10日		朱和國、尤澤升、劉吉梓、黃鳴	待定

（表格內容參考資料）

課程簡介

材料研究方法課程首先介紹晶體學基礎知識，然後介紹X射線的物理基礎、X射線衍射的方向與強度、多晶體X射線衍射分析的方法、X射線衍射儀及其在物相鑑定、宏微觀應力與晶粒尺寸的測定、多晶體的織構分析等方面的套用；介紹了電子衍射的物理基礎、衍射成像、運動學襯度理論、高分辨透射電子顯微技術及透射電子顯微鏡、掃描電鏡、掃描透射電鏡、電子探針、原子探針和背散射電子衍射儀的結構原理與套用；介紹了AES、XPS、XRF、STM、AFM、LEED等常用表面分析技術和TG、DTA、DSC等常用熱分析技術的原理、特點及其套用；最後介紹了EBSD、紅外光譜、拉曼光譜和ICP等。書中研究和測試的材料包括金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料、非晶態材料、金屬間化合物、複合材料等。

課程大綱

第1次開課課程大綱

章號		教學內容								時間分配（學時）
										講課	實驗		上機		實踐		課外		小計
01		第1章 晶體學基礎：晶體及其基本性質；晶向、晶面及晶帶；晶體的巨觀對稱及點群；晶體的微觀對稱與空間群；晶體的投影；倒易點陣。								2
02		第2章 X射線的物理基礎：X射線的發展史；X射線的性質；X射線譜；X射線與物質的相互作用。								4
03		第3章 X射線的衍射原理：X射線衍射的方向；X射線的衍射強度。								6
03		第4章X射線的多晶衍射分析及其套用：X射線衍射儀；X射線的物相分析；點陣常數的精確測定；巨觀應力的測定；微觀應力的測定；非晶態物質及其晶化後的衍射；膜厚的測量；多晶體的織構分析；晶粒大小的測定。								8
04		第5章 電子顯微分析的基礎：光學顯微鏡的解析度；電子波的波長；電子與固體物質作用；電子衍射。								6
06		第6章 透射電子顯微鏡：工作原理；電磁透鏡；電磁透鏡的像差；電磁透鏡的景深與焦長；電鏡解析度；電鏡的電子光學系統；主要附屬檔案；透射電鏡中的電子衍射；常見的電子衍射花樣；透射電鏡的圖像襯度理論。								8
07		第7章 薄晶體的高分辨像：高分辨電子顯微像的形成原理；高分辨像舉例。								2
08		第八章 掃描電子顯微鏡及電子探針：掃描電鏡的結構和工作原理掃描電鏡的主要性能參數；表面成像襯度；二次電子襯度像的套用；背散射電子襯度像的套用；電子探針；電子探針分析及套用。								2
09		第九章 表面分析技術：俄歇電子能譜儀；X射線光電子能譜儀；掃描隧道電鏡；原子力顯微鏡；低能電子衍射。								4
10		第十章 熱分析技術：熱分析技術的發展史；熱分析方法；熱分析測量的影響因素；熱分析的套用；熱分析技術的新發展。								2
11		第十一章 電子背散射衍射： 基本原理；EBSD儀器簡介；EBSD衍射譜標定與晶體取向確定；EBSD解析度；11．5 EBSD樣品製備； EBSD的套用								2
12		第十二章 光譜分析：紅外光譜；拉曼光譜；電感耦合電漿原子發射光譜。								2

（註：表格內容參考資料）

第2~8次開課課程大綱

第1教學單元 第1章 晶體學基礎 知識點1- 晶體投影與標準極圖 知識點2-倒易點陣與晶帶定律 本章小結 第1單元測驗 第1單元作業 第2教學單元 第2章 X射線的物理基礎 知識點1-X射線產生與X射線譜 知識點2-X射線與物質的作用 本章小結 第2單元測驗 第2單元作業 第3教學單元 第3章 X射線的衍射原理 知識點1-勞埃方程與布拉格方程 知識點2-布拉格方程圖解與衍射方法 知識點3-電子、原子、單胞對x射線的散射 知識點4-點陣消光與系統消光規律 知識點5-單晶體對X射線的散射與干涉函式 知識點6-多晶單相與多相對X射線的散射 本章小結 第3單元測驗 第3單元作業 第4教學單元 第4章 X射線的多晶衍射分析及其套用 知識點1-X射線衍射儀原理 知識點2-物相定性分析 知識點3-物相定量分析 知識點4-點陣常數的精確測定 知識點5-巨觀應力分析 知識點6-非晶分析 知識點7-織構分析1-絲織構 知識點8-織構分析2-板織構 知識點9 -X射線其他套用 本章小結 第4單元測驗 第4單元練習 第5教學單元 第5章 電子顯微分析基礎 知識點1-電子散射及電子束與固體物質的作用 知識點2-電子衍射原理 知識點3-標準電子衍射花樣及偏移矢量 本章小結 第5單元測驗 第5單元練習 第6教學單元 第6章 透射電子顯微鏡 知識點1-透射電鏡原理與電磁透鏡 知識點2-像差及景深與焦長 知識點3-解析度與電子光學系統 知識點4-電鏡附屬檔案與選區衍射 知識點5-電子衍射花樣與標定 知識點6-複雜電子衍射花樣

知識點7-襯度理論及等厚與等傾條紋 知識點8-非理想晶體衍射襯度-層錯 知識點9-非理想晶體衍射襯度-位錯 本章小結 第6單元測驗 第6單元練習 第7教學單元 第7章 薄晶體的高分辨像 知識點1-高分辨原理 知識點2-高分辨圖像 本章小結 第7單元測驗 第7單元練習 第8教學單元 第8章 掃描電子顯微鏡及電子探針 知識點1-掃描電子顯微鏡 知識點2-電子探針與掃描透射電鏡 本章小結 第8單元測驗 第8單元練習 第9教學單元 第9章 表面分析技術 知識點1-俄歇電子能譜分析 知識點2-X射線光電子能譜儀 知識點3-XRF-STM 知識點4-AFM與LEED 本章小結 第9單元測驗題 第9單元作業 第10教學單元 第10章 熱分析技術 知識點1-熱分析技術原理 知識點2-熱分析的套用 本章小結 第10單元測驗 第10單元練習 第11教學單元 第11章 知識點1-電子背散射衍射原理 知識點2-電子背散射衍射套用 第11單元測驗 第11單元練習 第12教學單元 光譜分析 知識點1-紅外光譜 知識點2-拉曼光譜法 知識點3-電感耦合電漿原子發射光譜 第12單元測驗 第12單元作業 第13單元 原子探針顯微分析 知識點1-原子探針顯微分析 知識點2-原子探針層析的套用 第13單元測驗 第13單元作業

（註：課程大綱排版從左到右列）

授課目標

通過材料研究方法課程的學習，使學生掌握X射線衍射分析和電子衍射顯微分析的基本概念、原理，掌握運用X射線衍射和電子衍射進行材料分析的基本方法，了解其它常見的材料研究方法如：SEM、APT、EDS、AES、LEED、STM、EBSD、DSC及光譜分析等。

課前預備

預備知識

學習材料研究方法課程，學習者需要掌握材料科學基礎、材料物理、材料物理化學、力學性能等課程知識。

學習資料

書名	作者	出版時間	出版社
《材料科學研究與測試方法（第4版）》	朱和國，尤澤升，劉吉梓，黃鳴	2019年	東南大學出版社
《材料科學研究與測試方法（第3版）》	朱和國，尤澤升，劉吉梓	2016年
《材料科學研究與測試方法學習輔導》		2018年
《材料分析方法》	周玉	2012年	機械工業出版社
《材料分析方法》	杜希文	2006年	天津大學出版社

（註：表格內容參考資料）

所獲榮譽

2019年1月8日，該課程被中華人民共和國教育部認定為“2018年國家精品線上開放課程”。

教師簡介

朱和國，南京理工大學教授、博士、博士生導師。

尤澤升，博士、南京理工大學副教授，任職於南京理工大學格萊特納米科技研究所。

劉吉梓，博士，南京理工大學格萊特納米科技研究所副教授，主管球差矯正電鏡新技術開發及套用。

黃鳴，南京理工大學講師。

沙剛，南京理工大學教授。

胡蓉，南京理工大學副教授。

李建亮，南京理工大學副教授。