北航研究生材料分析测试方法考试总结

北航研究生材料分析测试方法考试总结
1.拉曼光谱法、红外光谱法和紫外-可见吸收光谱法在结构分析中特
点
拉曼光谱与红外光谱同属分子振动光谱。

前者中的Raman 位移相当于后者中的吸收频率，两种光谱中每条谱带都相应于分子中某官能团的振动。

但要注意，拉曼光谱与红外光谱产生的机制有着本质的区别。

前者是散射光谱，后者是吸收光谱。

前者是由于诱导偶极矩的变化而产生的，后者是由于固有偶极矩的变化而产生的，因此，前者对分子中的非极性基团敏感，而后者对极性基团敏感。

一些对称性较高的基团，极性很小，红外吸收很弱，但在拉曼光谱中却有较强谱带。

总的来说，红外光谱更适合表征聚合物的侧基和端基，而拉曼光谱更多用于研究聚合物的骨架结构。

紫外-可见吸收光谱法：
紫外可见吸收光谱法是利用某些物质的分子吸收10～800nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法，这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电子能级间的跃迁，广泛用于有机和无机物质的定性和定量测定。

该方法具有灵敏度高、准确度好、选择性优操作简便、分析速度好等特点。

2.请预测化合物N-苯环-OCH2CH3的高分辨率核磁共振氢谱图，包括
化学位移、裂解数及每个峰相对强度。

由于质子所处的化学环境不同，其周围的微磁场自然不同，因此，核磁共振发生时外加的磁场强度并不相同，而是相对有一定的位移，这种吸收峰位置的差距被称为化学位移。

化合物中，所处化学环境不同的H原子有4组，所以会出现4组化学位移，分别为H1、H2、-CH2、-CH3，分布位置为7~8，0~2.由于在一个NMR 吸收峰
中看到的一组质子的谱线数目与该基团中质子的数目无关，而与相邻基团中质子的数目却相关。

通常来说，谱线劈裂符合（n+1）规则，因此，裂分数分别为2,2,4,3.相对强度比为各个吸收峰H原子数目比2：2:2:3。

3.简述所了解热分析基本原理。

若要测定某种高聚物玻璃化转变温
度Tg，可以选用哪几种热分析方法，勾画出测量曲线，说明玻璃化转变温度点的取法。

（1）DTA原理：差热分析是在试样与参比物处于控制加热或冷却速率相同的环境中记录二者之间的温差随时间或温度的变化。

DSC原理：差示扫描量热是在试样与参比物处于控制加热或冷却速率相同的环境中记录二者之间建立零温差所需能量随时间或温度的变化。

主要俩种类型，热流型和功率补偿型。

TG原理：热重分析是在程序控温下测量试样质量对温度的变化，热重分析仪的基本部件是热天平。

根据结构的不同，热天平可分为水平型、托盘型和吊盘型三种。

TMA原理：热机械分析是在程序控温和加载静态载荷（压或拉）下测量样品尺寸对温度的变化。

MDA原理：对材料施加一个周期性的刺激（力或变形），材料通常会做
出相应的周期性响应（变形或力）刺激和响应不一定同步，即存在一定的相位差。

（2）测量玻璃化转变温度及Tg取法
DTA/DSC 谱图中基线的移动对应于玻璃化转变，确定玻璃化转变温度时有两种习惯方法：1）基线与变动曲线切线的交点，如图11-7 左图所示；2）变动曲线的拐点，如图11-7 右图所示。

玻璃化转变温度为玻璃态到橡胶态的转折点，在TMA 曲线上表现为膨胀系数斜率的改变。

同其它测试玻璃化转变温度的方法一样，在TMA 测试中升/降温的速率对测试的结果通常也有显著的影响
DMA玻璃化转变温度及各级转变可用动态温度斜坡测试模式测定。

损耗峰代表着各级转变，松弛峰对应的温度即玻璃化转变温度。

影响测定值的主要因素:聚合物结构、分子量、增塑剂用量、共聚物或混合物比例、交联度多少、作用力，作用力速率，升温速率，冷却速率，样品颗粒度，填样方式，气氛，气流。

4. 采用什么方法区分n →π*和π→π*跃迁类型
用不同极性的溶剂溶解待测物质，扫描紫外—可见吸收光谱，根据λmax 红移还是兰移的方法可以区别n →π*和π→π*跃迁类型。

溶剂极性越大，n →π*跃迁向短波方向移动，π→π*跃迁向长波方向移动。

5. 列举所了解的表面成分分析方法，阐述原理，比较各种方法主
要特点。

EPMA ：电子探针分析原理：
特点：
XPS ：x 射线光电子能谱
原理：用X 射线去辐射样品，使原子或分子的内层电子或价电子受激发射出来。

被光子激发出来的电子称为光电子。

可以测量光电子的能量，
以光电子的动吸收峰：Tg 伴随着分子松弛缘固由于屋里老化
基线向吸热方向移动：聚合物非晶部分，在Tg 以
下，分子运动基本冻结。

Tg 以后，运动活跃，热
容量变大。

能/束缚能binding energy,(Eb=hv光能量-Ek动能-w功函数)为横坐标，相对强度（脉冲/s）为纵坐标可做出光电子能谱图。

特点：1，元素的定性分析。

可以根据能谱图中出现的特征谱线的位置鉴定除H、He以外的所有元素。

2，元素的定量分析。

根据能谱图中光电子谱线强度（光电子峰的面积）反应原子的含量或相对浓度。

3，固体表面分析。

包括表面的化学组成或元素组成，原子价态，表面能态分布，测定表面电子的电子云分布和能级结构等。

4，化合物的结构。

可以对内层电子结合能的化学位移精确测量，提供化学键和电荷分布方面的信息。

5，分子生物学中的应用。

Ex：利用XPS鉴定维生素B12中的少量的Co。

红外吸收光谱
原理：利润明P5
特点：扫描速度极快、具有很高的分辨率、灵敏度高
拉曼光谱
原理：利润明P11
特点：
6.当基体中有数十至数百纳米的第二相粒子析出时，可以采用哪几种方法测试
分析，并阐述各种方法特点。

SA、SEM、AFM、TEM、EMPA
特点：SA：用于研究数纳米到几十纳米的微观粒子
SEM:（1）仪器分辨本领较高。

二次电子像分辨本领可达1.0nm(场发射)，3.0nm(钨灯丝)；
（2）仪器放大倍数变化范围大（从几倍到几十万倍），且连续可调；（3）图像景深大，富有立体感。

可直接观察起伏较大的粗糙表面（如金属和陶瓷的断口等）；
（4）试样制备简单。

块状或粉末的试样不加处理或稍加处理，就可直接放到SEM 中进行观察,比透射电子显微镜（TEM）的制样简单；
（5）电子束对样品的损伤与污染程度较小；
（6）在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析
AFM:AFM可以测试绝缘体的表面形貌和性能,而AFM是测量探针与样品表面的相互作用力。

TEM:TEM常用于研究纳米材料的结晶情况，观察纳米粒子的形貌、分散情况及测量和评估纳米粒子的粒径。

是常用的纳米复合材料微观结构的表征技术之一.
EMPA:见上题。

1.
将不能封闭，需引一个额外的矢量b连接回路，才能使回路闭合，
这个矢量b就是实际晶体中位错的柏氏矢量。

2.俩条菊池线间的间距代表什么
菊池线是由非弹性散射的电子发生弹性相干散射的结果，菊池线对间距等于相应衍射斑点到中心斑点的距离。

3.为什么层错看不见了，只留下了边上的不全位错
4.热障涂层如何利用AFM测陶瓷层和金属层之间的结合力
５小角Ｘ射线衍射和散射的区别
小角x射线衍射缩写是SAXD，小角x射线散射的缩写是SAXS，二者的原理还是有很大的区别的。

衍射对应的是周期性结构引起的相干，而散射对应的是电子密度的波动。

小角X射线衍射：
X-射线照射到晶体上发生相干散射(存在位相关系)的物理现象叫衍射，即使发生在低角度也是衍射。

例如，某相的d值为31.5A，相应衍射角为2.80°(Cu-Kα)，如果该相有很高的结晶度，31.5A峰还是十分尖锐的。

薄膜也能产生取决于薄膜厚度与薄膜微观结构的、集中在小角范围内的X射线衍射。

在这些情况下，样品的小角X射线散射强度主要来自样品的衍射，称之为小角X射线衍射。

对这类样品，人们关心的是其最大的d值或者是薄膜厚度与结构，必须研究其小角X 射线衍射。

小角衍射，一般应用于测定超大晶面间距或薄膜厚度以及薄膜的微观周期结构、周期排列的孔分布等问题;
小角X射线散射：
X-射线照射到超细粉末颗粒(粒径小于几百埃，不管其是晶体还是非晶体)也会发生相干散射现象，也发生在低角度区。

但是在实验方法、由微细颗粒产生的相干散射图的特征与上述的由超大晶面间距或薄膜产生的小角X射线衍射图的特征完全不同。

这就是小角X射线散射。

小角散射则是应用于测定超细粉体或疏松多孔材料孔分布的有关性质。

小角散射得到的结构信息有两类，一个是微颗粒信息，一个是长周期信息。

与原子尺度和小分子晶体点阵相比较，可以认为这些是结
构的“大尺度”信息。

因此小角散射方法主要有这两方面的应用：一个是测量微颗粒形状、大小及其分布，另一个是测量样品长周期，并通过衍射强度分析，进行有关的结构分析。