Экспериментальные методы физических исследований материалов
内容描述: При изучении данного курса рассматриваются основы следующих методов исследований материалов: Люминесцентные методы исследования. Резонансные методы исследования. Электронно-зондовые методы исследования. Ионно-зондовые методы исследования. Метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Методы исследования поверхности.
贷款数: 6
Пререквизиты:
- Физика конденсированного состояния
*СomplexityDiscipline(zh-CN)*:
| *TypesOfClasses(zh-CN)* | *hours(zh-CN)* |
|---|---|
| *Lectures(zh-CN)* | 30 |
| *PracticalWork(zh-CN)* | |
| *LaboratoryWork(zh-CN)* | 30 |
| *srop(zh-CN)* | 30 |
| *sro(zh-CN)* | 90 |
| *FormOfFinalControl(zh-CN)* | экзамен |
| *FinalAssessment(zh-CN)* |
零件: Вузовский компонент
循环次数: Базовые дисциплины
Цель
- Целью освоения дисциплины является формирование у обучающихся теоретических и практических знаний о современных методах исследования материалов, развитие навыков применения полученных знаний при выборе методов исследования, необходимых и достаточных для диагностики структуры и свойств изделий, а также при разработке современных наукоемких технологий.
Задача
- 1) изучение возможностей, потребностей и достижений обучающихся различных общеобразовательных и профильных образовательных учреждений, среднего профессионального образования и проектирование на основе полученных результатов планов решения учащимися индивидуальных экспериментальных задач по физике с целью глубокого изучения предмета; 2) организация процесса обучения и воспитания в сфере образования с использованием технологий, соответствующих возрастным особенностям студентов и отражающих специфику предметной области; 3) способствовать реализации принципа диалектического единства теории и практики при изучении физики; 4) использование имеющихся возможностей образовательной среды и проектирование новых условий, в том числе информационных, для обеспечения качества образования на основе индивидуального решения экспериментальных задач; 5) осуществление профессионального самообразования и личностного роста при участии в опытно-экспериментальной работе.
Результат обучения: знание и понимание
- - структуру и основное содержание курса, а также взаимосвязь частей курса между собой; - теоретические принципы, положенные в основу методов исследования структуры и свойств материалов, достоинства и ограничения методов; - требования, предъявляемые к объектам исследования, технику отбора и приготовления проб для анализа; - устройство и принцип работы приборов; - методику проведения анализа.
Результат обучения: применение знаний и пониманий
- - всесторонне оценивать и выбирать необходимые методы исследования, модифицировать существующие методы, исходя из задач конкретного исследования; - осуществлять сбор, обработку и анализ данных, полученных в ходе экспериментальных исследований; - оценивать достоверность результатов, полученных экспериментально; - представлять итоги научно-исследовательской работы в виде отчетов, докладов на семинарах, с использованием компьютерных презентаций.
Результат обучения: формирование суждений
- - получение организационно-управленческих навыков при работе в научных группах, критическое переосмысление накопленного опыта, изменение при необходимости профиля своей профессиональной деятельности, ответственность за последствия своей инженерной деятельности; - проведение научных теоретических и экспериментальных исследований в областях: материаловедения, атомной и ядерной физики, водородной энергетики, физики плазмы с помощью современной приборной базы с использованием специализированных знаний физики и освоенных профильных дисциплин.
Результат обучения: коммуникативные способности
- - работать в команде исследователей, выполняющих междисциплинарные исследования; - участвовать в обработке полученных результатов научных исследований на современном уровне.
Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе
- - практическим опытом выполнения самостоятельной научно-исследовательской и научно-педагогической деятельности; - навыками ведения библиографической работы с привлечением современных информационных технологий, а также пользоваться рекомендованной литературой и рекомендованными источниками для решения аналитических задач в экспериментальных исследованиях; - навыками и опытом самостоятельной эксплуатации современного лабораторного и аналитического оборудования и приборов, предназначенных для тестирования материалов.
*TeachingMethods(zh-CN)*
При проведении учебных занятий предусматривается использование следующих образовательных технологий: - интерактивная лекция (применение следующих активных форм обучения: ведомая (управляемая) дискуссия или беседа; модерация; демонстрация слайдов или учебных фильмов; мозговой штурм; мотивационная речь); - построение сценариев развития различных ситуаций на основе заданных условий; - информационно-коммуникационная (например, занятия в компьютерном классе с использованием профессиональных пакетов прикладных программ); - поисково-исследовательская (самостоятельная исследовательская деятельность студентов в процессе обучения); - решение учебных задач.
*AssessmentKnowledge(zh-CN)*
Преподаватель проводит все виды работ текущего контроля и выводит соответствующую оценку текущей успеваемости обучающихся два раза в академический период. По результатам текущего контроля формируется рейтинг 1 и 2. Учебные достижения обучающегося оцениваются по 100-балльной шкале, итоговая оценка Р1 и Р2 выводится как средняя арифметическая из оценок текущей успеваемости. Оценка работы обучающегося в академическом периоде осуществляется преподавателем в соответствии с графиком сдачи заданий по дисциплине. Система контроля может сочетать письменные и устные, групповые и индивидуальные формы.
| *Period2(zh-CN)* | *TypeOfTask(zh-CN)* | *Total(zh-CN)* |
|---|---|---|
| 1 *Rating(zh-CN)* | Коллоквиум | 0-100 |
| Индивидуальные задания | ||
| Выполнение и защита лабораторных работ | ||
| Рубежный контроль 1 | ||
| 2 *Rating(zh-CN)* | Рубежный контроль 2 | 0-100 |
| Коллоквиум | ||
| Индивидуальные задания | ||
| Выполнение и защита лабораторных работ | ||
| *TotalControl(zh-CN)* | экзамен | 0-100 |
*PolicyAssignmentTask(zh-CN)*
| *TypeOfTask(zh-CN)* | 90-100 | 70-89 | 50-69 | 0-49 |
|---|---|---|---|---|
| Excellent | *Grade4(zh-CN)* | *Grade3(zh-CN)* | *Grade2(zh-CN)* |
*EvaluationForm(zh-CN)*
Итоговая оценка знаний обучающего по дисциплине осуществляется по 100 балльной системе и включает:
- 40% результата, полученного на экзамене;
- 60% результатов текущей успеваемости.
Формула подсчета итоговой оценки:
| И= 0,6 | Р1+Р2 | +0,4Э |
| 2 |
где, Р1, Р2 – цифровые эквиваленты оценок первого, второго рейтингов соответственно; Э – цифровой эквивалент оценки на экзамене.
Итоговая буквенная оценка и ее цифровой эквивалент в баллах:
Буквенная система оценки учебных достижений обучающихся, соответствующая цифровому эквиваленту по четырехбалльной системе:
| Оценка по буквенной системе | Цифровой эквивалент | Баллы (%-ное содержание) | Оценка по традиционной системе |
|---|---|---|---|
| A | 4.0 | 95-100 | Отлично |
| A- | 3.67 | 90-94 | |
| B+ | 3.33 | 85-89 | Хорошо |
| B | 3.0 | 80-84 | |
| B- | 2.67 | 75-79 | |
| C+ | 2.33 | 70-74 | |
| C | 2.0 | 65-69 | Удовлетворительно |
| C- | 1.67 | 60-64 | |
| D+ | 1.33 | 55-59 | |
| D | 1.0 | 50-54 | |
| FX | 0.5 | 25-49 | Неудовлетворительно |
| F | 0 | 0-24 |
Темы лекционных занятий
- Методы исследования взаимодействия элементарных частиц. Адронный коллайдер. Связь структуры твердых тел с их эксплуатационными характеристиками.
- Просвечивающая электронная микроскопия. Принцип получения изображений. Формирование дифракционной картины и изображений в сканирующем электронном микроскопе.
- Принцип получения картин дифракции обратно рассеянных электронов. Линии Кикучи. Возможности метода EBSD.
- Рентгеноструктурный анализ. Принцип рентгеновской дифракции. Принцип генерирования рентгеновского излучения. Условие Вульфа-Брэгга.
- ВИМС, ОЖЕ-спектрометрия. Десорбционные методы анализа. Термодесорбция, электронностимулированная десорбция, фотодесорбция, десорбция ионным ударом, полевая десорбция. Современные масс-спектрометры.
- Ультразвуковая дефектоскопия. Основные закономерности распространения ультразвуковых волн в кристалле. Влияние дефектов кристаллической решетки на скорость звука.
- Синхротронное излучение. Теория синхротронного излучения. Источники синхротронного излучения. Спектроскопия на источниках СИ.
- Сканирующая зондовая микроскопия. Принцип получения изображений. СТМ - измерения в режимах постоянного тока и постоянной высоты. Контактный, бесконтактный и полуконтактный режимы работы АСМ.
- Сканирующая электронная микроскопия. Принцип получения изображений. Преимущества и недостатки.
- Принцип действия, увеличение и разрешающая способность оптического микроскопа. Оптическая профилометрия. Металлографические исследования. Определение ориентации кристаллов. Аттестация зеренной структуры.
- Виды деформации твердых тел. Упругая и пластическая деформация. Виды статического и динамического нагружения. Растяжение, сжатие, трех и четырех точечный изгиб, знакопеременный изгиб, ударная вязкость, ползучесть материалов.
- Трение и износ. Измерение коэффициента трения. Методы оценки износостойкости материалов.
- Кривая «напряжениедеформация». Упругие константы, пределы текучести и прочности, пластичность материалов. Хрупкое и вязкое разрушение твердых тел. Фрактография.
- Анализ твердости материалов. Методы измерения твердости. Твердость по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу. Измерение микротвердости. Физические основы микротвердости.
- Наноиндентирование. Принцип работы прибора. Влияние твердости подложки на механические характеристики тонких пленок, определяемых методом наноиндентирования.
Основная литература
- 1. В.Н. Варюхин, Е.Г. Пашинская, А.В. Завдовеев, В.В. Бурховецкий. Возможности метода дифракции обратнорассеянных электронов для анализа структуры деформированных материалов. Киев: Наукова думка, 2014.- 104 с. 2. Просвечивающая электронная микроскопия и дифрактометрия материалов : пер. с англ. / Б. Фульц, Дж. Хау. — Москва: Техносфера, 2011.- 904 с. 3. Методы исследования твердости поверхности материалов : учебное пособие / Н. Н. Никитенков [и др.]; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ). — 2-е изд. — Томск: Изд-во ТПУ, 2014. — 132 с.: ил. — Библиогр.: с. 75. 4. Д. Брандон, У. Каплан. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. М.: Техносфера, 2004.- 377 с.
Дополнительная литература
- 1. Растровая электронная микроскопия для нанотехнологий. Методы и применение: пер. с англ. / под ред. Уэйли Жу, Жонг Лин Уанга. — Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. - 582 с. 2. Трехмерная электронная микроскопия в реальном времени: учебное пособие: пер. с англ. / А. Зевайль, Дж. Томас. - Долгопрудный: Интеллект, 2013. - 328 с. 3. Головин Ю.И. Наноиндентирование и его возможности. М.: Машиностроение, 2009, 312 с. 4. Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела / Под ред. В.Д. Бормана: Учебное пособие. – М.: МИФИ, 2008. – 260 с. 5. Ультразвуковой контроль: учебное пособие для вузов/ Н.П. Алешин [и др.]; Российское общество по неразрушающему контролю и технической диагностике (РОНКТД); под ред. В.В. Клюева. — Москва: Спектр, 2011. — 224 с. 6. Металловедение: учебник для вузов / А.П. Гуляев, А.А. Гуляев. — 7-е изд., перераб. и доп. — Москва: Альянс, 2011. — 644 с. 7. Кузнецов М.В. Современные методы исследования поверхности твердых тел: Фотоэлектронная спектроскопия и дифракция, СТМмикроскопия // Екатеринбург: Ин-т химии твердого тела УрО РАН, 2010. – 43 с.
