材料现代分析测试方法(李军)PPT课件
材料现代分析测试方法绪论(精)
不同的实验方法和仪器可以获得不同方面的结构和成分信•化学成分分析平均化学成分分析方法（常规方法）有:湿化学法和光谱分析法等。
更先进的分析方法有：和等，利用这些方法可以得到元素的和类、浓度、价态和分布特征。
•晶体结构分析等方法•显微结构要通过显微术来研究，主要包括：•光谱分析：电磁波强度一波长谱图•能谱分析:电子（波）强度动能谱图•衍射分析：电磁波（X）/电子（波）衍射谱图• TEM分析：电子（波）衍射/衍衬图象分析电子结构—原子、分子或晶体中的电子分析声子结构—分子或晶体中的声子分析晶体结构分析缺陷结构表6-1吸收与发射光谱分类第二节原子、分子结构与光谱一、原子能态与光谱（一）原子能态及其表征1. 原子结构与电子量子数“电子的运动状态可用四个量子数来描述：O“四个量子数也相应表征了电子的能量状态。
/四个量子数的取值是：^n = 1, 2, •…n ；^/=0, 1, 2......... （n-T ）与其相应的符号为s, p, d, f,…；= 0, ±1, ±2, ...» ±/； 丁 m s = ±1/2。
光谱（分类）名称 作用物质莫斯堡尔谱 原子核 吸收光谱原子吸收光谱 原子（外层电子） 紫外.可见吸收光谱 分子（外层电子〉 红外吸收光谱 分子（撮动） 顺磁共振波谱 匣子（未成对电子） 核磁共械波谱 康子核 发射光谱Y 射线光谱 原子核 X 射线荧光光谱康子中电子原子发射光谱 原子荧光光谱 分子荧光光谱 原子（外层电子）原子（外层电子）分子能级跃迁类型吸收或发射辐射种 类原子核能级Y 射线价电子能级 紫外.可见光 分子电子能级 分子振动能级 电子自旋能级（磁能级）紫外.可见光 红外线 微波臣子核磁能级射频原子核能级Y 射线电子舷 二次X 射线（荧光〉价电子能 紫外.可见光 应用分析质子的氧化态、化学键、 核周围电子云分布及核有效硝场元素的定最分析物质定性.结构分析、定■分析 定性签定、结构分析、定量分析定性分析.结构分析结构鉴定.分子的动态效应.氢键的形成、互变异构反应等定性.定量分析元素的定性.定量分析 元素的定性.定量分析 价电子能 分子能级紫外、可见光 紫外.可见光定性、定最分析 定性.定量分析2.原子能态与原子量子数"湖启可记为：（S], s2,•••）（厶，12,…）=（S,厶）=J此式表示将各电子自旋角动量 g 怨，…）与各电子轨道角动量Hi，…）分别加和（矢量和），获得原子的总自旋角动量& 和总轨道角动量乙，然后再由心与乙合成总（自旋-轨道）角动量©（即々=&+乙）-搂£-5耦合，得到S、L、J、悄表征原子运动状态的原子量子数。
材料现代分析测试方法电子显微分析优秀课件
§3.3 透射电镜的构造与工作原理
2、电磁透镜
1） 球 差
球差是由于电子透镜的中心区域和边沿区域对电子的会聚
能力不同而造成的。远轴的电子通过透镜后折射得比近轴电
子要厉害得多，以致两者不交在一点上，结果在象平面成了
一个半径为Rs漫散圆斑，折算到物平面上，得 定义
rs
Rs M
rs
1 4
Cs 3
－－球差
1. 电子抢
电子束
聚光镜
照 电子枪 明 系统（电聚磁光透镜镜）
试样
成 物镜 像 系 统 中间象
投影镜
记
试样
录 观察屏
照明部分示意图 系 照相底板
统
电子显微镜
§3.3 透射电镜的构造与工作原理
一、电子抢及电磁透镜
2. 电磁透镜 (1) 原理
透射电子显微镜中用磁场来使电子波聚焦成像 的装置。电磁透镜实质是一个通电的短线圈， 它能造成一种轴对称的分布磁场。正电荷在磁
Cs －－球差系数，一般～f（1~3mm）
－－孔径半角
物平面上两点距离小于 2r时s ，则该透镜不能分辨
§3.3 透射电镜的构造与工作原理
2、电磁透镜 3）像散
磁场不对称时，就出现象差。可能是由于极靴被污染，或极靴的机械
不对称性，或极靴材料各项磁导率差异引起。有的方向电子束的折射比别
的方向强，如图所示，这样，圆形物点的象就变成了椭圆形的漫散圆斑，
2、电磁透镜 4)电磁透镜分辨率（分辨距离、分辨本领）
电子透镜中分辨本领基本上决定于球差和衍射。通过减小孔 径角的方法来减小球差，提高分辨本领，但能过小会由于衍射 使分辨本领变差。这就是说，光阑的最佳尺寸应该是球差和衍 射两者所限定的值。
材料现代分析方法PPT课件
S态、
p态、
d态、
f态电 子的空 间角分 布(绕Z 轴旋转 对称)
n, l, m共同表征电子的轨道运动，而s, ms 表征电子的自旋运动 • s表征电子自旋角动量大小：
• Ps=s(s+1)·ħ，取值1/2。 • ms取值±1/2, 它表明电子自旋只有两etation of the Radiation and Transformation of Light）。这篇文章 仅仅是爱因斯坦有生以来发表的第6篇正 式论文，而就是这篇论文，将给他带来
多少人终生梦寐以求的诺贝尔奖，也开 创了属于量子论的一个全新时代。
光电理论
• 金属光电效应理论的核心是:
取值：L+S，L+S-1，…，|L-S|。当L<S 时有2L+1个值，当LS时有2S+1个值。
• M量J的称大总小磁，量取子值数：，0表，征±P1J,沿±外2,…磁,场±方J（向J分 为整数）或：0，±1/2，±3/2,…，±J(J 为半整数)。
原子的能级可用符号nMLJ表示，称为光 谱项
• 对应于L=0，1，2，3，4，… 常用大 写字母S，P，D，F，G，…表示。
第一篇 总论
（材料现代分析方法基础与概述）
第一章 电磁辐射与材料结构
第一节电磁辐射与物质波
一 电磁辐射与波粒二象性
电磁辐射（光的波动性）：在空间传播的交变电 磁场（电磁波）。
特点：不依赖物质存在；横波；同一介质中波速 不变；真空光速极限(c3108m/s)。
主要物理量：振幅；频率(Hz)；波长；相位。
• (2) n越大，电子离核的距离越大，电子 的轨道能量越大(绝对值越小)。
• (3) En-En-1=Z2R[n-1(n-1)-2 +n-2(n-1)-1],此 式表明：n越大，原子相邻电子层的轨道 主能量差(主能级间隔)越小。
现代材料分析测试技术第一章绪论 ppt课件
PPT课件
22
绪论
材料现代研究方法 组织形貌分析
光学显微分析，扫描电子显微镜，扫描探针显微 镜，扫描隧道显微镜和原子力显微镜。
材料科学基础 固体中的原子键合
键合力与能量，杂化轨道的键合，分子轨道的 键合，原子间基本键型，离子键、共价键、金 属键，弱作用键
物相分析
物相分析的意义及含义,电磁波及物质波的衍射 理论,X射线衍射物相分析,电子衍射及显微分析
成分设计
煤炭、金属、水泥、陶瓷等等
PPT课件
6
“四要素”基本内涵
（1）成分、组成与结构
组织设计
PPT课件
7
“四要素”基本内涵
（1）成分、组成与结构
复合设计
PPT课件
8
“四要素”基本内涵
（2）合成与加工
所有尺度上原子、分子及分子团对结构的控制 新结构转化为材料与结构的演化过程 宏观加工引发的微观结构变化与“意外”现象
PPT课件
11
“四要素”基本内涵
腐蚀行为 环境腐蚀 应力腐蚀 氢脆
疲劳行为
弯曲疲劳 接触疲劳 拉压疲劳 振动疲劳
时效行为 组织稳定性 蠕变变形 老化 辐照脆化
PPT课件
复合环境行为
腐蚀+疲劳 疲劳+蠕变
12
合 成 设 计 （ 成 分 结 构 ）
材料科学与工程
加 工
宏观组织（晶 粒 形态 与尺寸） 微观组织（亚晶界、 枝晶间距、次生相） 强化相的形态、尺寸 及分布 多相合金的相结构 组织均匀性 控 成分均匀性（宏观与 构 微观偏析） 组织致密性 夹杂、气孔等 应力、变形、开 裂等 晶体结构缺陷（点缺 陷、位错、孪晶等） 非晶、微晶、纳米晶 及非平衡晶
材料现代分析测试方法
材料现代分析方法深圳大学材料学院主讲:李均钦材料现代分析方法主要参考书:1. 周玉主编，材料分析方法，哈工大出版社2007年版。
2. 黄新民、解挺编，材料分析测试方法，国防工业出版社2006年版。
3. 王富耻主编材料现代分析测试方法，北京理工大学出版社2006年版。
4. 梁敬魁编，粉末衍射法测定晶体结构，科学出版社2003年版。
绪论能源人类文明的三大支柱｛｛信息材料结构材料功能材料材料：用以制造有用构件、器件或其它物品的物质结构材料: 耐高温、耐高压、高强度材料等功能材料: 磁性材料、半导体材料、超导体材料化学成分材料的性能主要取决于｛结构组织形态为了了解所获材料的化学组成、物相组成、结构、组织形态及各种研究技术对材料性能的影响，需要采用相应的分析表征方法。
材料现代分析方法是一门技术性实验方法性的课程。
绪论材料现代分析测试方法的含义：广义：技术路线、实验技术、数据分析狭义：测试组成和结构的仪器方法如：X射线衍射分析电子显微分析表面分析热分析光谱分析（光谱和色谱－高分子方向单独开）绪论化学成分材料的性能主要取决于｛结构组织形态本课程主要介绍研究材料化学组成、物相组成、结构、组织形态的现代分析方法。
本课程的内容主要有：1、X射线粉末衍射分析（XRD：X-ray diffraction）主要用于物相分析和晶体结构的测定。
它所获取的所有信息都基于材料的结构。
绪论本课程的内容主要有：1、X射线粉末衍射分析（XRD：X-ray diffraction）主要用于物相分析和晶体结构的测定。
它所获取的所有信息都基于材料的结构。
绪论本课程的内容主要有：2、透射电子显微镜（TEM）（transition electron microscope）电子束透过薄膜样品，用于观察样品的形态，通过电子衍射测定材料的结构，从而确定材料的物相。
分辨率：0.34nm● 加速电压：75kV－200kV；放大倍数：25万倍● 能谱仪：EDAX －9100；扫描附件：S7010 透射电镜绪论本课程的内容主要有：3）扫描电子显微镜（SEM）电子束在样品表面扫描，用于观察样品的形貌（具有立体感）；通过电子束激发样品的特征X射线获取样品的成分信息。
现代材料测试ppt课件第一章光学显微分析
2020/9/23
一旦我单位在贵局承办的“海峡两岸 渔业资 源增殖 放流活 动”放 流苗种 招标中 中标， 我单位 将严格 按照招 标方案 的要求 和合同 的约定 执行
1.2 晶体光学基础——晶体结构
2、晶胞和点阵类型 晶体中原子规则排列的基本特征：周期性与对称性 晶胞（阵胞）：在点阵中选择一个由阵点连接而成的
结构基元的多样性使晶体结构有无限多种类。 晶向指数与晶面指数
晶体中由原子组成的直线和平面分别称为晶向和晶 面（相应于点阵中的阵点列和阵点面）。
为了表示晶向和晶面的空间取向（方位），采用统 一的标识，称为晶向指数和晶面指数；国际通用密勒（ ler）的标识方法，故又称为密勒指数，确定方 法见p15。
出油浸系物镜，使光学显微镜分辨本领达到了0.2微米理 论极限，制成了真正意义的现代光学显微镜。
2020/9/23
一旦我单位在贵局承办的“海峡两岸 渔业资 源增殖 放流活 动”放 流苗种 招标中 中标， 我单位 将严格 按照招 标方案 的要求 和合同 的约定 执行
1.1 概述——光学显微分析的发展
罗伯特·虎克制造的显微镜（1665） 罗伯特·虎克观察到的细胞
2020/9/23
一旦我单位在贵局承办的“海峡两岸 渔业资 源增殖 放流活 动”放 流苗种 招标中 中标， 我单位 将严格 按照招 标方案 的要求 和合同 的约定 执行
2020/9/23
一旦我单位在贵局承办的“海峡两岸 渔业资 源增殖 放流活 动”放 流苗种 招标中 中标， 我单位 将严格 按照招 标方案 的要求 和合同 的约定 执行
2020/9/23
一旦我单位在贵局承办的“海峡两岸 渔业资 源增殖 放流活 动”放 流苗种 招标中 中标， 我单位 将严格 按照招 标方案 的要求 和合同 的约定 执行
材料现代分析测试方法
材料现代分析测试方法材料现代分析测试方法是指利用现代科学技术手段对材料进行分析和测试的方法。
随着科学技术的不断发展，材料分析测试方法也在不断更新和完善，为材料研究和应用提供了更为准确、快速和可靠的手段。
本文将介绍几种常见的材料现代分析测试方法，包括扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、能谱仪（EDS）、原子力显微镜（AFM）等。
首先，扫描电子显微镜（SEM）是一种利用电子束照射样品表面，通过样品表面散射的电子来获取样品表面形貌和微观结构信息的分析测试方法。
SEM具有高分辨率、高放大倍数、能够对非导电材料进行观察等优点，广泛应用于材料科学领域。
其次，X射线衍射（XRD）是一种利用X射线照射样品，通过样品对X射线的衍射现象来获取材料结晶结构信息的分析测试方法。
XRD能够确定材料的晶体结构、晶格常数、晶粒尺寸等重要参数，对于材料的研究具有重要意义。
另外，能谱仪（EDS）是一种利用样品受激发射出的特征X射线能谱来获取样品元素成分和含量信息的分析测试方法。
EDS具有高灵敏度、高分辨率、多元素分析能力等优点，广泛应用于材料成分分析和表面分析等领域。
最后，原子力显微镜（AFM）是一种利用探针在样品表面扫描，通过探针与样品之间相互作用力的变化来获取样品表面形貌和力学性质信息的分析测试方法。
AFM具有高分辨率、三维表面成像能力、原子尺度的表面形貌测量能力等优点，对于材料的纳米尺度表征具有重要意义。
综上所述，材料现代分析测试方法在材料科学研究和应用中起着至关重要的作用。
随着科学技术的不断进步，我们相信材料现代分析测试方法将会不断完善和更新，为材料领域的发展提供更为强大的支持。
希望本文所介绍的几种常见的材料现代分析测试方法能够为广大科研工作者和工程技术人员提供参考和帮助，推动材料科学领域的发展和进步。
材料近代分析测试方法绪论ppt课件
日本电子株式会社JSM-6390LV钨灯丝扫描电镜
扫描电子显微镜 （SEM）以较高的分辨率 （3.5nm）和很大的景深 清晰地显示粗糙样品的表 面形貌，并以多种方式给 出微区成份等信息，用来 观察断口表面微观形态， 分析研究断裂的原因和机 理，以及其它方面的应用。
3、热分析
（Thermal Analysis）
绪论
材料近代分析测试方法是一门技术性实验
方法性的课程，它是关于材料成分、结构、 微观形貌与缺陷等的现代分析、测试技术及 其有关理论基础的科学。它是在具备物理学、 结晶学和材料基础知识之后开设的一门重要 的专业基础课。它要掌握材料现代各种测试 方法，了解各种测试仪器的基本原理、仪器 结构、仪器工作原理、图谱分析解译等方法， 并学会在材料研究中的应用。
1、仪器方法适用的范围，能提供的信息和解决的问 题。
2、实验方法方面： A、样品的要求与制备(如样品的状态、数量要求) B、实验条件的选定以及实验条件对测试结果产生
的可能影响。 3、仪器和分析方法的基本原理。 4、看懂学会分析一般（典型、较简单）的测试结果
（图谱、图像等）。
通过本课程的学习，并结合相配套的各种实 验、实践教学，达到以下目标：
2、电子显微镜 （EM：Electron microscope）
电子显微镜是用高能电子束作光源，用 磁场作透镜制造的。电子显微镜与传统的光 学显微镜一样，主要用来观察物体的形貌。 但它具有高分辨率和高放大倍数的特点。除 此之外，它还有传统的光学显微镜不具备的 本领。如，在观察物体的形貌的同时，还能 测定物相的结构和微区化学成分。
本课程的主要内容
本课程的主要内容
本课程的ห้องสมุดไป่ตู้要内容
本课程的主要内容
材料的现代分析测试方法PPT课件
第23页/共40页
3. 观察表面，特别是各种断口间 隙处存在污物时，要用无水乙 醇、丙酮或超声波清洗法清理 干净。
4. 故障构件断口或电器触点处存 在的氧化层及腐蚀产物，不要 轻易清除。
式中：k、h、σ ——常数 c ——光速 z ——原子序数 λ——波长
第31页/共40页
2. 波谱仪组成 检测系统 放大系统 信号处理系统 显象系统等
第32页/共40页
波长分散法原理图
第33页/共40页
波长色散X射线谱仪示意图
第34页/共40页
二. 能谱法(EDS)
1. 原理
Ehc h c
第13页/共40页
四. 图象显示和记录系统
组成：显示器、照相机、打印机 等。
作用：把信号检测系统输出的调 制信号转换为在阴极射
线 管荧光屏上显示的样品
第14页/共40页
五. 电源系统
组成：稳压、稳流及相应的安全 保护电路等。
作用：提供扫描电子显微镜各部 分所需要的电源。
第15页/共40页
六. 真空系统
第28页/共40页
第二章 电子探针显微分析仪(EPMA) 第一节 概述
第29页/共40页
第二节 特征X射线检测
一. 波谱法(WDS) 1. 原理 布拉格方程: 2dsinθ=nλ
式中: λ——特征X射线波长； θ ——布拉格角
d ——分光晶 第30页/共40页 体晶面间距
莫塞莱定律：
hc kz
的同步扫描信号; 改变入射 第11页/共40页
三. 信号检测放大系统
作用：检测样品在入射电子束作 用下产生的物理信号，然 后经视频放大，作为显象 系统的调制信号。
现代分析测试方法概述ppt课件
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
3. 光谱分析概述
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
2. 分析测试方法的分类
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
有机质谱 同位素质谱
质谱分析
无机质谱 生物质谱
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
热分析法分类
热重分析
差示扫描 量热分析
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
现代材料分析方法绪论ppt课件
材料工艺、结构、性能之间相互依赖、 相互制约。
18
材料性能
材料工艺
材料结构
材料研究的三要素
19
要改进材料性能、提高产品质量，就必 须通过一定的测试方法了解材料内部的 组成和结构。
研究方法从广义上说，包括技术路线、 实验技术、数据分析等；从狭义上讲， 就是某一种测试方法。
27
电子显微镜(EM, Electron Microscope)是利用高能电子 束作光源，用磁场作透镜制造的具有高分辨率和高放大 倍数的电子光学显微镜。
透射电子显微镜(TEM, Transmission Electron Microscope)是采用通过薄膜样品的电子束成像来显示样 品内部的组织形态和结构，可以实现微区组织形态和晶 体结构的同时鉴定。 分辨率：10-1nm， 放大倍数：106倍
30
偏光显微镜下 的磷石
反光显微镜下 近场光学显微镜 扫描电镜下
的水泥熟料
下的数据光盘
的纳米碳管
透射电镜下 的SiC晶须
AFM下的染色体
31
光学显微镜
偏光
反光
32
光学显微照片（偏光）
33
光学显微照片（反光）
34
电子显微镜
TEM
SEM
35
电子显微照片(SEM)
36
电子显微照片(TEM)
37
金属材料
化学组成分类
无机非金属材料
有机高分子材料
复合材料
气态
状态分类
液态
单晶
固态
多晶
准晶
非晶
使用性能分类
功能
结构
应用领域分类
材料现代分析测试方法
主要内容
信号发生器使样品产生（原始）分析信号； 检测器则将原始分析信号转换为更易于测量的信 号（如光电管将光信号转换为电信号）并加以检 测； 被检测信号经信号处理器放大、运算、比较等后 由读出装置转变为可被人读出的信号被记录或显 示出来。 依据检测信号与材料的特征关系，分析、处理读 出信号，即可实现材料分析的目的。
3
主要内容
材料现代分析测试方法涉及的分析测试技术和方法种类繁多，内容 极其广泛。 对于传统方法、近代方法和现代方法的划分问题，不同的专家学者 认识不同，且随科学技术的发展而变化。 因此，相近内容的教材或专著的名称多种多样，比如，“材料分析 测试方法”、“材料现代分析方法”、“材料近代分析测试方法”、 “材料分析测试技术”、“现代分析技术”、“现代仪器分析原理 与技术”等等。 材料分析是通过对表征材料的物理性质或物理化学性质参数及其变 化（称为测量信号或特征信息）的检测实现的。 换言之，材料分析的基本原理（或称技术基础）是指测量信号与材 料成分、结构等的特征关系。 采用各种不同的测量信号（相应地具有与材料的不同特征关系）形 成了各种不同的材料分析方法。
4
主要内容
基于电磁辐射及运动粒子束与物质相互作用的各种性质建 立的各种分析方法已成为材料现代分析方法的重要组成部 分，大体可分为光谱分析、电子能谱分析、衍射分析与电 子显微分析等四大类方法。 此外，基于其它物理性质或电化学性质与材料的特征关系 建立的色谱分析、质谱分析及热分析等方法也是材料现代 分析的重要方法。 尽管不同方法的分析原理（检测信号及其与材料的特征关 系）不同及具体的检测操作过程和相应的检测分析仪器不 同，但各种方法的分析、检测过程均可大体分为信号发生、 信号检测、信号处理及信号读出等几个步骤。 相应的分析仪器则由信号发生器、检测器、信号处理器与 5 读出装置等几部分组成。
材料现代分析测试方法68页PPT
材料现代分析测试方法
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一章 X射线的性质
一、X射线的性质
1.X射线是一种电磁波,波长范围:0.01～100 Å
X射线的波长短能量高、穿透力强，但难以聚焦。
无线电波
可见光
红外线 紫外线 X射线
射线 宇宙射线
103 102 101 100 10-2
2.具有波粒二象性
10-4 10-6 10-8
(cm)
10-10 10-12
材料现代分析方法
主讲:李军
.
1
绪论
｛能源
人类文明的三大支柱 信息
材料
材料：用以制造有用构件、器件或其它物品的物质
｛化学成分
材料的性能主要取决于 结构
组织形态
化学成分：组成材料的元素种类及其含量
结构：组成材料的原子、分子或离子在空间的排列方式
相：材料中各种元素作用形成的具有同一聚集状态、同一 结构和性质的均匀组成部分
X射线光子和原子核外层电子 碰撞时，能量一部分转化为反 冲电子的能量，剩余能量仍然 以X射线光子的形式存在，和 入射X射线相比，发生非相干 散射后的X射线波长要长。
和`分别为入射和散射光的波长，非相干散射 不能参与衍射，只能增加背底，
波动性：以一定的频率和波长在空间传播。
粒子性：由大量的不连续粒子流（光子）构成，和物质作用
时会发生能量的交换。
.
6
一、X射线的性质
高速运动的电子在与某种物质撞击后突 然减速，伴随着电子动能的消失或转化， 电子会与物质中的内层电子相互作用， 进而获得X射线。
1.产生和发射自由电子
2.在真空中迫使自由电子朝一定方向加 速运动，以获得尽可能高的速度
组织形态：在显微镜下观察到的由形态、大小、数量及分
布不同的各种物相形成的形貌.
2
为了了解所获材料的化学组成、物相组成、结构、组织形态及 各种研究技术对材料性能的影响，需要采用相应的分析表征方 法。材料现代分析方法是一门技术性实验方法性的课程。
本课程主要介绍研究材料化学组成、物相组成、结构、组织形 态的现代分析方法。
1.相干散射
相干散射
` 1/2mv2
康普顿效应
X射线光子与原子中的电子进行弹性碰撞而散射, 无能量损失, 光子的方向改变了, 但波长没有变化。相干散射是Ｘ射线晶体 衍射的基础。 相干散射的经典理论(Thomson理论)
X射线(电磁波)作用于电子使电子受迫振动而向四周发射 电磁波
.
14
2 非相干散射(康普顿效应)
X射线是电磁波,具有波粒二象性,通过物质时,产生以下基本
现象。
X
射相 线互 与作 物用 质
散射
吸收 穿透
相干散射（X射线）
非相干散射（X射线+反冲电子）
光电效应（光电子+二次特征辐射)
俄歇效应（光电子+俄歇电子）
热能
光电效应
荧光
俄歇效应
相干散射
热量
.
穿透
` 康普顿效应
1/2mv2
13
（一）、X射线的散射
.
10
2.2、特点
（1）U管电压 > U激发 （2）标识谱波长与管压无
关,与阳极靶材有关
莫塞莱定律 1 K (Z )
(3) 常用的波长短的二条标
识谱线K、K ，其中K还
可分为 K1、 K2。 .
放大后观察到的K1、 K121
常用X射线管阳极材料标识谱及工作电压 （见附录1）
K2
K1
.
12
三 X射线与物质的相互作用
优点：1）属于无损检测；2）试样用量少；3）准确度高。
缺点：1）属于间接测试，不能直接观察；2）设备复杂昂贵；
3）X射线聚焦困难，分析样品最小区域在毫米数量级，
对更微观区域分析无能为力。
具体应用：1）物相分析；
2）点阵常数的精确测定；
3）宏观应力的测定；
4）晶粒大小的测定；
5）织构的测定。
.
4
2、电子显微分析术（EM：Electron microscope） 利用细聚焦的高能电子束作光源照射样品，获得高分辨率和高 放大倍数组织形貌特征
本课程的内容主要有： 1、X射线粉末衍射分析（XRD：X-ray diffraction）
2、电子显微分析术（EM：Electron microscope）
3、其他显微分析方法（如X射线光电子技术、俄歇能谱、原
子力显微镜等）
.
3
1、 X射线粉末衍射分析（XRD：X-ray diffraction） 利用X射线在晶体中的衍射现象来分析材料晶体结构、晶格常 数、物相组成等
3.在高速电子流的运动路程上设置一障
碍物（阳极靶），使高速运动的电子突
然受阻而停止下来，产生X射线
.
7
三、 X射线谱
X射线谱:X射线强度I与波长的关系曲线。
通过测定X射线管发出的X射线发现:
X射线谱 = 连续谱 + 特征谱
任何管电压下都会出现连续谱,而只有
加到一定的电压后才会出现特征谱。
随管电压增加，规律如下：
分类：1）扫描电子显微镜（SEM:Scanning electron microscope）：电子束在样品表面扫描，激发出各种物理信 号（二次电子和背散射电子），然后调制成像对其形貌进行观 察。
2)透射电子显微镜（TEM:Transmission electron microscope）：电子束透过薄膜样品，观察样品的形态，并 通过电子衍射测定材料结构，确定材料的物相。
光的转换效率相当低。大部分转化为热量，要提高连续谱的
效率，选用原子序数高的重金属. 靶并施加高电压。
9
2、X射线特征谱
2.1、产生机理
高速运动的电子将原子内层 电子击出（原子系统外或更 高能级轨道的空位），原子 处于激发态（不稳定），高 能轨道电子势必自发向空位 跃迁，使系统能量降低，达 到稳定状态。跃迁后系统能 量降低的部分以一个光子的 形式辐射出去，得到特征谱。
1.各种波长射线的相对强度一致升高；
2.短波限0逐渐变小；
3.峰值射线波长逐渐变短。
.
Mo阳极靶上不同 管电压下的X射线谱
8
1、X射线连续谱
累积强度
I连续＝
I d k iZU2
min
k 1.1~1.4109
连续谱效率 ＝ 连 X射续 线谱 管总 功 kii强 U Z率 2U 度 kZU
例如 对W阳极(Z = 74) U = 100 kV时, 1%， 由此可见，X
3)电子探针（EPMA:Electron pr样品微区的成分信息。
4)扫描透射电子显微镜（ST. EM:Scanning transmission 5 electron microscope）：具备SEM和TEM双重功能。