材料结构分析

课程编码：080502M04001H 英文名称：Structural Characterization Techniques in Material Science 课时：60 学分：3.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：陈广超等

让学生了解与掌握材料的显微组织、结构、微区成分和力学特性的分析方法。 本课程的教学目的：通过学习，使学生能够掌握X射线分析的实验技术，从而能够正确进行材料物相分析和应力测定，了解晶体材料X形貌技术的应用特点；学会分析和标定电子透射和高分辨图样，了解EDX和EELS的使用方法。

1.大学物理，
2.固体物理或金属学 3.材料科学与材料工程的基础知识课

第一章 X射线的基本原理 4学时
第1节 一、X射线的产生(1学时)
1、X射线产生的基本方法
2、X射线管的结构和控制参数
3、同步辐射光源装置简介
二、X射线的本质（1学时）
1、X射线的电磁波本质
2、X射线的短波限
3、X射线的特性
三、X射线谱的分类（2学时）
1、X射线的连续辐射谱
2、X射线的特征辐射谱
第二章 晶体学基本理论 4学时
第1节 一、晶体点阵 （1学时）
1、晶体的性质
2、晶体的布拉菲点阵
3、晶胞与阵胞的关系
二、晶体倒易点阵（2学时）
1、倒易点阵的概念
2、倒易点阵的性质
三、倒易点阵的应用（1学时）
1、晶体学关系参数的计算
2、狭义晶带定律
第三章 X射线与固体的相互作用 6学时
第1节 一、固体对X射线的散射（2学时）
1、X射线散射的物理现象
2、X射线散射的应用
二、固体对X射线的吸收 （2学时）
1、固体对X射线吸收的物理基础
2、固体X射线吸收谱
3、固体X射线吸收谱的应用
4、X射线滤波片和靶材的选择
三、X射线的透射 （2学时）
1、衬度概念
2、样品厚度
第四章 X射线衍射运动学原理和应用 10学时
第1节 一、衍射几何（1学时）
1、布拉格方程
2、劳厄方程
二、衍射强度 （1学时）
1、电子的X射线衍射强度
2、原子的X射线衍射强度
3、晶面的X射线衍射强度
4、晶胞的X射线衍射强度
5、多晶的X射线衍射强度
6、影响晶体X射线衍射强度的因素
第2节 三、X射线衍射分析技术 （2学时）
1、埃瓦尔德球
2、X射线衍射分析方法
3、X射线衍射实验要求
四、物相分析技术（3学时）
1、定性物相分析方法
2、定量物相分析方法
五、残余应力测试技术 （3学时）
1、残余应力的基本概念和材料力学基础
2、残余应力的X射线衍射测试原理
3、残余应力的测试方法
第五章 X射线衍射动力学原理和应用 6学时
第1节 一、X射线衍射动力学原理 （2学时）
1、动力学基本方程
2、色散关系
二、X射线貌相技术 （3学时）
1、貌相术的基本原理
2、完整晶体的貌相
3、晶体缺陷的貌相
三、X射线貌相技术的应用 （1学时）
1、晶体质量的无损检测
2、晶体缺陷的演化分析
第六章 透射电子显微技术 16学时
第1节 透射电子显微术简介：
（1）课程要求
（2）透射电镜能做什么
（3）透射电镜的局限性
第2节 电子光学基础：
（1）阿贝成像原理
（2）与电子透镜缺陷相关的参数
第3节 透射电子显微镜的光学系统：
（1）主流透射电镜实例
（2）电子源
（3）样品制备技术
第4节 电子衍射：
（1）电子衍射条件
（2）电子衍射强度
（3）选区衍射
（4）花样标定
（5）取向关系
第5节 衬度理论：
（1）衬度的类型及特点
（2）衍射衬度的成像方式
（3）衍射衬度的运动学理论
（4）衍射衬度的动力学理论
（5）衍射衬度的运动学理论与动力学理论的比较
第七章 高分辨电子显微术 6学时
第1节 电子显微图像的分辨极限
1.高分辨像的形成
2.高分辨像的分辨极限
（1） 衍射分辨极限（Diffraction limit）
（2） 球差（Spherical aberration）
（3） 色差（Chromatic aberration）
（4） 象散（Astigmatism）
（5） 欠焦量 （Defocus）
3.高分辨电镜的分辨率公式
4.高分辨透射电镜的信息极限
第2节 高分辨图像解释：
（1）晶格条纹像
（2）一维结构像
（3）二维晶格像
（4）二维结构像
（5）特殊像
第八章 分析电镜技术 8学时
第1节 电子与固体的相互作用
（1）电子的散射
（2）背散射电子
（3）非弹性散射产生的信号
第2节 X射线测量谱
1、X射线测量谱的种类
（1）波长分散谱（WDS）
（2）能量分散谱（EDS）
（3）WDS与EDS的比较
2、X射线能谱的应用
(1)化学成分分析
(2)元素的线分析
(3)元素的面分布
第3节 电子能量损失谱
（1）电子能量损失谱仪
（2）电子能量损失谱
（3）电子过滤成像和衍射

任课教师黄继军1998年硕士毕业于清华大学化工系高分子材料专业后赴美留学。师从世界杰出高分子科学家、高分子共混材料及膜气体分离材料之父、美国工程院院士—Dr. Donald R. Paul教授。于2006年1月毕业于美国得克萨斯大学奥斯丁分校化工系（全美排名前3名）获博士学位。博士毕业后，先后在美国麻省理工学院、麻省大学洛威尔分校、以及劳伦斯伯克莱国家实验室做博士后。专长生物仿生自修复高分子、高分子共混材料及纳米复合材料、以及生物医用高分子材料用于骨组织工程与药物释放。是高分子（扫描与透射）电镜专家。在Macromolecules, Polymer, Chemistry of Materials等国际著名英文期刊上发表论文多篇。先后被31个国际期刊引用。应邀担任国际著名高分子期刊（如Advanced Materials, Macromolecules, Biomacromolecules, and Polymer等）特约审稿人；应邀多次担任美国化学工程师协会年会 (AICHE) 的分会主席。研究中采用高分子化学聚合以及高分子反应增容等方法，制备新型高分子材料，特别针对于提高力学性能，冲击强度，断裂韧性，阻燃性，导电性，导热性，以及传递性。近几年来对国际上的热点领域如贻贝仿生自修复高分子；高分子/石墨烯复合材料；以及生物仿生、自修复有机/无机生物复合材料作为骨组织材料进。