材料分析与测试技术绪论

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材料分析测试技术2篇

材料分析测试技术2篇

材料分析测试技术2篇材料分析测试技术在科学研究和工业生产中扮演着重要角色,它帮助人们了解材料的性能、结构和成分。

在本文中,我们将讨论两篇关于材料分析测试技术的文章。

第一篇文章是关于X射线衍射(XRD)技术的研究。

XRD是一种常用的非破坏性测试方法,被广泛应用于材料表征和分析领域。

文章首先介绍了X射线原理和衍射现象。

X射线通过物质时会与物质中的原子发生相互作用,从而产生衍射现象。

研究人员可以根据被衍射的X射线的特征衍射峰来确定材料的结构和晶体学参数。

接下来,文章介绍了XRD技术在材料分析中的应用。

XRD可以用于分析晶体材料的结构和晶体学参数,以及非晶态材料的相变和晶化过程。

此外,XRD还可以用于定量分析材料中的成分,例如优化合金中的元素含量。

文章中还提到了XRD在矿物学、金属材料、陶瓷材料和纳米材料等领域的应用。

第二篇文章是关于扫描电子显微镜(SEM)技术的研究。

SEM是一种高分辨率显微镜,可以观察和分析材料的表面形貌和微观结构。

文章首先介绍了SEM的工作原理和设备结构。

SEM通过向样品表面扫描电子束,然后收集由样品发射的信号来生成显微图像。

SEM具有高分辨率和大深度和视场,可以观察到微米甚至纳米级的细节。

接下来,文章介绍了SEM技术在材料分析中的应用。

SEM可以用于研究材料的形貌和表面粗糙度,例如观察纳米颗粒、纤维和微观结构的形貌。

此外,SEM还可以通过分析样品的光谱信号来确定元素的分布和成分。

文章中还提到了SEM在材料科学、材料工程、半导体行业和生物医学领域的应用。

总之,材料分析测试技术对于科学研究和工业生产具有重要意义。

XRD和SEM是其中两种常用的测试技术,它们可以帮助人们了解材料的性能、结构和成分。

通过应用这些测试技术,人们可以更好地理解和利用材料的特性,推动科技进步和工业发展。

材料测试分析技术(绪论+XRD)-05

材料测试分析技术(绪论+XRD)-05

物相定性分析:确定物质(材料)由哪些相组成 物相定量分析:确定各组成相的含量
(一)、物相定性分析 物相定性分析的基本原理
(1)任何一种物相都有其特征的衍射谱,任何 两种物相的衍射谱不可能完全相同;多相样品的 衍射峰是各物相的机械叠加。 (2)制备各种标准单相物质的衍射花样并使之 规范化(PDF卡片),将待分析物质(样品)的衍
2、X射线衍射仪法
X射线衍射仪是广泛使用的X射线衍射装臵。
近年由于衍射仪与电子计算机的结合,使从操作、 测量到数据处理已大体上实现了自动化。这使衍 射仪在各主要领域中逐渐取代了照相法。
衍射仪测量具有方便、快速、准确等优点。
Rigaku D/max-RB型 X射线衍射仪
Rigaku D/max-2500/PC型 X射线衍射仪,
2、外标法
外标法是将待测样品中j相的某一衍射线条的强
度与纯物质j相的相同衍射线条强度进行直接比较,
即可求出待测样品中j相的相对含量。
外标法适合于两相系统
设有一由两相组成的混合物:
m m) 1 m) 2 ( ( 1 2 / I1 BC1 1 1 m 1 2 1 1/1 (I1 0 BC1 ) ( m) 1
1 m) ( I1 1 (I1 0 ) 1[ m) m)] m) ( ( 1 ( 2 2
I1 1 (I1 0 )
若两相的质量吸收系数相等,则有
外标法定量分析的具体做法
先配制一系列已知含量的α、β混合物,如含α
相20%、40%、60%和80%的混合物。测定这些混合物
品的取向,后者保证衍射线进入检测器。
§5
X射线衍射分析的应用
X射线物相分析
晶胞参数的确定

现代分析与测试技术优选全文

现代分析与测试技术优选全文


相干散射——电子衍射分析—— 显微结构分析

激发被测物质中原子发出特种X射线

——电子探针(电子能(波)谱分析,电子
探针X射线显微分析)
——显微化学分析(Be或Li以上元素分析)
1.材料现代分析技术绪论
材 料 现 代 分 析 技 术
1.材料现代分析技术绪论

材料现代分析的任务与方法

材料组成分析
1.材料现代分析技术绪论


直接法的局限
现 代
采用高分辨电子显微分析等直接分析技术并不能有效、 直观地反映材料的实际三维微观结构;高分辨电子

显微结构像是直接反映晶体的原子分辨率的投影结

构,并不直接反映晶体结构。
技 尽管借助模型法,通过对被测晶体拍摄一系列不同离

焦条件的显微像,来分析测定材料的晶体结构,但
性能和使用性能间相互关系的知识及这些知识的应用,是一门应用
基础科学。材料的组成、结构,工艺,性能被认为是材料科学与工
程的四个基本要素。
1.材料现代分析技术绪论
材 料
组成 (composition) 组成是指材料的化学组成及其所占比例。
现 工艺 (process)

工艺是将原材料或半成品加工成产品的方法、技术等。
2. 多晶相各种相的尺寸与形态、含量与分布、位向 关系(新相与母相、孪生相、夹杂物)
微观,0.1nm尺度(原子及原子组合层次)
结构分析:原子排列方式与电子构型
1. 各种相的结构(即晶体类型和晶体常数)、晶体缺 陷(点缺陷、位错、层错)
2. 分子结构与价键(电子)结构:包括同种元素的不 同价键类型和化学环境、高分子链的局部结构(官 能团、化学键)和构型序列等

材料科学分析技术(材料科学研究与测试方法-绪论)

材料科学分析技术(材料科学研究与测试方法-绪论)
25
X射线的物理基础
(3)X射线的吸收
dIx = Ix+dx-Ix
dIx I x dx I x = Ix Ix
= -l· dx
X光减弱规律的图示
l为线吸收系数(cm-1),与入射X射线束的波长
及被照射物质的元素组成和状态有关。
26
X射线的物理基础
X射线与物质的作用
X射线通过整个物质厚度的衰减规律:

6
performance
Tetrahedron
synthesis-processing
properties
composition-structure
7
Hexahedron
8
结构决定性能是自然界永恒的规律
“相” (phase)
在体系内部物理性质和化学性质完全均匀的一部分 成分和结构完全相同的部分才称为同一个相
11
检测分析
信号发生
分析仪器
信号发生器
分析过程
产生分析信号
信号检测 信号处理
信号读出
检测器 信号处理器
读出装置
测量信号 放大、运算、 比较 记录、显示
12
检测信号与材料的特征关系
1.2 衍射分析方法概述
衍射分析主要用于物相分析和晶体结构的测定。
13
定义:光在传播过程中能绕过障碍物的边缘而偏 离直线传播,并且在屏幕上形成明暗相间的条 纹分布的现象。 光的衍射不易发生的原因: (1)无线电波:波长几百米,天涯若比邻 (2)声波,波长几十米,未见其人先闻其声
I/I0 = exp(-l • d)
式中I/I0称为X射线透射系数, I/I0 <1。 I/I0愈小,表示X射线被衰减的程度愈大。

材料研究方法 第1章 绪论

材料研究方法 第1章 绪论
一、材料结构层次
按设备的分辨率划分 宏观结构 显微结构 亚微观结构 微观结构
以人眼的分辨率为界 以光学显微镜的分辨率为界
以扫描电子显微镜的分辨率为界
材料结构层次划分及所用设备
结构层次 宏观结构 显微结构 亚微观结构 物体尺寸 > 100 m 0.2-100 m 10-200 nm 研究对象 观测设备
材料研究方法
主讲人:于美燕
课程性质
本课程是一门实验方法课。
光学显微分析、 X 射线衍射分析、电子显 微分析、热分析、光谱分析、核磁共振分 析和质谱分析是现代材料研究的常用方法, 是材料工作者的眼睛,对材料进行宏观上 的性能测试和微观上的成分、结构、组织 的表征。
教学目的
Why:了解研究材料结构、性能的重要性 What:掌握材料结构、性能的测试方法 How:了解影响材料测试、分析结果的仪 器因素
料、信息、能源誉为现代文明的三大支柱,
同时把信息技术、生物技术和新型材料作为
新技术革命的重要标志。
材料科学的任务
使用、研究和制造材料
材料是人类文明的物质基础,每一种新 材料的出现和使用,都伴随着生产力和科学 技术的发展,标志着人类文明的进步。
石器时代
青铜器时代
铁器时代
蒸汽机时代
材料的种类
按化学状态分:金属材料、无机非金属材料、 有机高分子材料、复合材料等。 按使用用途分:建筑材料、包装材料、信息材 料、生物医用材料等。
课程要求


掌握基本原理
了解常用的实验方法,能设计具体课题的 检测方案,并制备样品

能分析各种照片和图谱,看懂文献中的相 关内容
主要参考书

本课程以王培铭等主编的《材料研究方法》为基 本教材,其它可参考下列教材:

材料现代分析与测试技术 教学大纲

材料现代分析与测试技术  教学大纲

材料现代分析与测试技术课程教学大纲一、课程性质、教学目的及教学任务1.课程性质本课程是材料类专业的专业基础课,必修课程。

2.教学目的学习有关材料组成、结构、形貌状态等分析测试的基本理论和技术,为后续专业课学习及将来材料研究工作打基础。

3.教学任务课程任务包括基本分析测试技术模块——X射线衍射分析、电子显微分析、热分析;扩充分析测试技术模块——振动光谱分析和光电子能谱分析。

在各模块中相应引入新发展的分析测试技术:X射线衍射分析X射线衍射图谱计算机分析处理;电子显微分析引入扫描探针显微分析(扫描隧道显微镜、原子力显微镜);热分析引入DSC分析。

二、教学内容的结构、模块绪论了解材料现代分析与测试技术在无机非金属材料中的应用、发展趋势,明确本课程学习的目的和要求。

1. 本课程学习内容2. 本课程在无机非金属材料中的应用3. 本课程的要求(一)X射线衍射分析理解掌握特征X射线、X射线与物质的相互作用、布拉格方程等X射线衍射分析的基本理论,掌握X射线衍射图谱的分析处理和物相分析方法,掌握X射线衍射分析在无机非金属材料中的应用,了解X射线衍射研究晶体的方法和X射线衍射仪的结构,了解晶胞参数测定方法。

1. X射线物理基础(1)X射线的性质(2)X射线的获得(3)特征X射线和单色X射线2. X射线与物质的相互作用3. X射线衍射几何条件4. X射线衍射研究晶体的方法(1)X射线衍射研究晶体的方法(2)粉末衍射仪的构造及衍射几何5. X射线衍射数据基本处理6. X射线衍射分析应用(1)物相分析(2)X射线衍射分析技术在测定晶粒大小方面的应用(二)电子显微分析理解掌握电子光学基础、电子与固体物质的相互作用、衬度理论等电子显微分析的基本理论,掌握透射电镜分析、扫描电镜分析、电子探针分析的应用和特点,掌握用各种衬度理论解释电子显微像,掌握电子显微分析样品的制备方法,了解透射电镜、扫描电镜、电子探针的结构。

1. 电子光学基础(1)电子的波长和波性(2)电子在电磁场中的运动和电磁透镜(3)电磁透镜的像差和理论分辨率(4)电磁透镜的场深和焦深2. 电子与固体物质的相互作用(1)电子散射、内层电子激发后的驰豫过程、自由载流子(2)各种电子信号(3)相互作用体积与信号产生的深度和广度3. 透射电子显微分析(1)透射电子显微镜(2)透射电镜样品制备(3)电子衍射(4)透射电子显微像及衬度(5)透射电子显微分析的应用4. 扫描电子显微分析(1)扫描电子显微镜(2)扫描电镜图像及衬度(3)扫描电镜样品制备5. 电子探针X射线显微分析(1)电子探针仪的构造和工作原理(2)X射线谱仪的类型及比较(3)电子探针分析方法及其应用6. 扫描探针显微分析(1)扫描隧道显微镜(2)原子力显微镜(三)热分析理解掌握差热分析、热释光谱分析的基本原理,掌握差热曲线的判读及影响因素,掌握热释光谱分析,了解差热分析仪的结构,了解热重分析和示差扫描量热分析。

材料分析测试技术---教学大纲

材料分析测试技术---教学大纲

《材料分析测试技术》课程教学大纲课程代码:050232004课程英文名称: Materials Analysis Methods课程总学时:24 讲课:20 实验4适用专业:材料成型及控制工程大纲编写(修订)时间:2017.07一、大纲使用说明(一)课程的地位及教学目标材料分析测试技术是高等学校材料加工类专业开设的一门培养学生掌握材料现代分析测试方法的专业基础课,主要讲授X射线衍射、电子显微分析的基本知识、基本理论和基本方法,在材料加工类专业培养计划中,它起到由基础理论课向专业课过渡的承上启下的作用。

本课程在教学内容方面除基本知识、基本理论和基本方法的教学外,着重培养学生运用所学知识解决工程实际问题的能力,培养学生的创新意识。

通过本课程的学习,学生将达到以下要求:1. 掌握X射线衍射分析、透射电子显微分析、扫描电子显微分析的基本理论;2. 掌握材料组成、晶体结构、显微结构等的分析测试方法与技术;3. 具备根据材料的性质等信息确定分析手段的初步能力;4. 具备对检测结果进行标定和分析解释的初步能力。

(二)知识、能力及技能方面的基本要求1.基本知识:掌握晶体几何学、X射线衍射以及电子显微分析方面的一般知识,了解X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜的工作原理以及适用范围。

2.基本理论和方法:掌握晶体几何学理论知识(晶体点阵、晶面、晶向、晶面夹角、晶带);掌握特征X射线的产生机理以及X射线与物质的相互作用;掌握X射线衍射理论基础—布拉格定律;掌握多晶衍射图像的形成机理;了解影响X射线衍射强度各个因子,了解结构因子计算以及系统消光规律;了解点阵常数的精确测定方法;了解宏观应力的测定原理及方法;掌握物相定性、定量分析原理及方法;了解利用倒易点阵与厄瓦尔德图解法分析衍射现象;了解电子衍射的基本理论以及单晶体电子衍射花样的标定方法;掌握表面形貌衬度和原子序数衬度的原理及应用;掌握能谱、波谱分析原理及方法。

材料测试分析方法(究极版)

材料测试分析方法(究极版)

材料测试分析⽅法(究极版)绪论1分析测试技术?获取物质的组成、含量、结构、形态、形貌以及变化过程的技术和⽅法。

2材料分析测试的思路从宏观到微观形貌(借助显微放⼤技术)从外部到内在结构(借助X射线衍射技术)从⽚段到整体(借助红外,紫外,核磁,X射线光谱,光电⼦能谱等)3分析测试技术的发展的三个阶段?阶段⼀:分析化学学科的建⽴;主要以化学分析为主的阶段。

阶段⼆:分析仪器开始快速发展的阶段阶段三:分析测试技术在快速、⾼灵敏、实时、连续、智能、信息化等⽅⾯迅速发展的阶段4现代材料分析的内容及四⼤类材料分析⽅法?表⾯和内部组织形貌。

包括材料的外观形貌(如纳⽶线、断⼝、裂纹等)、晶粒⼤⼩与形态、各种相的尺⼨与形态、含量与分布、界⾯(表⾯、相界、晶界)、位向关系(新相与母相、孪⽣相)、晶体缺陷(点缺陷、位错、层错)、夹杂物、内应⼒。

晶体的相结构。

各种相的结构,即晶体结构类型和晶体常数,和相组成。

化学成分和价键(电⼦)结构。

包括宏观和微区化学成份(不同相的成份、基体与析出相的成份)、同种元素的不同价键类型和化学环境。

有机物的分⼦结构和官能团。

形貌分析、物相分析、成分与价键分析与分⼦结构分析四⼤类⽅法。

5化学成分分析所⽤的仪器?化学成分的表征包括元素成分分析和微区成分分析。

所⽤仪器包括:光谱(紫外光谱、红外光谱、荧光光谱、激光拉曼光谱等)⾊谱(⽓相⾊谱、液相⾊谱、凝胶⾊谱等)。

热谱(差热分析、热重分析、⽰差扫描量热分析等)。

表⾯分析谱(X射线光电⼦能谱、俄歇电⼦能谱、电⼦探针、原⼦探针、离⼦探针、激光探针等)。

原⼦吸收光谱、质谱、核磁共振谱、穆斯堡尔谱等。

6.现代材料测试技术的共同之处在哪⾥?除了个别的测试⼿段(扫描探针显微镜)外,各种测试技术都是利⽤⼊射的电磁波或物质波(如X射线、⾼能电⼦束、可见光、红外线)与材料试样相互作⽤后产⽣的各种各样的物理信号(射线、⾼能电⼦束、可见光、红外线),探测这些出射的信号并进⾏分析处理,就课获得材料的显微结构、外观形貌、相组成、成分等信息。

材料研究方法_第一章绪论ppt课件

材料研究方法_第一章绪论ppt课件
(4)具备专业从事材料分析测试工作的初步基础, 具备通过继续学习掌握材料分析测试的新方法、新技术 的能力。
此课件下载可自行编辑修改,供参考! 感谢您的支持,我们努力做得更好!
Stereo-structure
O p tic
Anti-corrosion
E le c tr ic C o lo r
Mechanical
Tensile Impact B e n d in g C o m p r e s s io n F a t ig u e C re e p H a rd n e s s M o d u lu s
L ig h t O p tic a l T e c h n iq u e S ALS S AXS
材料研究方法
形态
L ig h t O p tic a l T e c h n iq u e SEM & TEM STM AFM F IM
教学目的和意义
(1)正确选择材料分析、测试方法; (2)看懂或分析一般的测试结果(图谱、图像等); (3)可以与分析测试人员共同商讨有关材料分析研 究的实验方案和分析较复杂的测试结果;
材料测试与研究方法
授课对象:材料专业
参考书目
《材料现代分析方法》,左演声、陈文哲、梁 伟主编,北京工业大学出版社,北京,2000。 《材料近代分析测试方法》,常铁军, 祁欣主 编, 哈工大出版社 1999。 《材料结构表征及应用》,吴刚主编,化学工 业出版社。 《高分子材料实用剖析技术》,董炎明主编, 石油化工出版社。
结构与成分 使用性能
结构与性能
Intrisic Property
Electron
Atom
Bond
Usage Properties

材料测试技术及方法原理

材料测试技术及方法原理

材料测试技术及方法原理
1. 光谱分析技术:利用物质对光的吸收、发射或散射等现象来分析材料的成分和结构。

例如,红外光谱可以分析材料中的官能团,紫外-可见光谱可以分析材料的颜色和光学性质。

2. X 射线衍射技术:通过 X 射线在材料中的衍射现象来分析材料的晶体结构和相组成。

该技术可以确定材料的晶体类型、晶格常数、晶粒尺寸等信息。

3. 电子显微镜技术:利用电子束与物质相互作用产生的信号来观察和分析材料的微观结构。

扫描电子显微镜可以观察材料的表面形貌,透射电子显微镜可以观察材料的内部结构。

4. 力学性能测试:包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等,用于测定材料的强度、塑性、韧性等力学性能。

5. 热分析技术:如差热分析、热重分析等,用于研究材料在加热或冷却过程中的物理和化学变化,如相变、热分解等。

6. 光谱化学分析:利用光谱技术进行元素分析,例如原子吸收光谱、电感耦合等离子体发射光谱等。

7. 核磁共振技术:通过测定原子核在磁场中的自旋状态来分析材料的结构和化学键信息。

这些测试技术和方法原理在材料科学研究、工程设计和质量控制等领域具有重要的应用价值,可以帮助我们深入了解材料的性质和行为,为材料的开发、优化和应用提供科学依据。

材料研究方法与测试技术

材料研究方法与测试技术

中国海洋大学本科生课程大纲课程属性:公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能,课程性质:必修、选修一、课程介绍1.课程描述:材料科学涵盖了金属材料工程、冶金工程、无机非金属材料工程、高分子材料工程、材料物理和材料化学等专业,它是研究材料的组成与结构、合成与制备、性质及使用性能和测试与表征等四个基本要素及其相互关系与制约规律的一门科学。

在这其中,材料性能的测试和对其结构的表征与计算,是实现按照预定性能设计材料和制备材料的关键,《材料研究方法与测试技术》正是在这个需求的基础上开设的一门核心基础课程。

《材料研究方法与测试技术》是材料科学一门具有重要学科意义且实用性极强的核心基础课之一。

它主要涉及材料研究方法的基础理论知识和材料分析、测试的技术手段,是综合性和实践性紧密相结合的课程,是每一位学习材料的学生必须掌握的知识,在材料学科中具有无可比拟的地位。

2.设计思路:《材料研究方法与测试技术》的理论内容主要是采用课堂讲述的形式,对基本理论、仪器操作和结果分析进行有机结合,培养学生利用所学基础知识分析问题,解决问题的能力,为学生以后从事材料科学研究和工程技术工作打下坚实的理论基础,进而满足社会对于材料科学与工程人才的需求。

本课程主要介绍了光学显微分析、X射线衍射分析、电子衍射分析、电子显微分析、热分析、光谱分析、核磁共振分- 5 -析及质谱分析等分析方法以及这些方法在材料研究中的综合应用,广泛满足了材料科学与工程专业的培养需求。

《材料研究方法与测试技术》作为材料科学与工程专业的一门重要专业基础课,结合信息化时代背景下材料测试技术学科的发展,利用实践和视频教学补充理论教学的方式,提高了教学效果,并通过实验项目的设置,理论联系实际,激发学生的学习兴趣,提高学生的学习积极性,培养学生的动手能力和思考能力,满足社会对于材料科学与工程人才的需求。

3. 课程与其他课程的关系:本课程是专业必修课,讲解各类金属材料、无机非金属陶瓷材料和高分子材料常用的的分析测试方法,对材料制备、设计、加工、应用具有重要意义。

材料研究与测试方法

材料研究与测试方法

2.吸收光谱法:辐射通过物质,某些频率的辐射被组 成物质的粒子吸收
原子吸收光谱法 紫外可见吸收光谱法 红外吸收光谱法 核磁共振波谱
3.散射光谱法: 测定物质对光的散射
单色光
样品
透射光
散射光
拉曼散射: 单色光光子与分子发生非弹性碰撞作用—
—光子与分子有能量交换 (散射光与入射光频率不同,波长不同)
某种电磁辐射与材料相互作用产生特征光谱 检测特征光谱的波长和强度
应用:测定物质组成、结构、特征基团的鉴别 等
定性、定量分析
二、光谱分析方法的分类
按照电磁辐射与物质相互作用的结果,可产生 发射、吸收和散射三种类型的光谱 1.发射光谱法: 原子或分子的特征辐射光谱
原子发射光谱法 原子荧光光谱法 X荧光光谱法 分子荧光光谱法 分子磷光光谱法
۞学习要求:
①仪器的基本原理; ②仪器方法适用的范围,能提供的信息和解决的问题; ③实验技术方面:
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 ④学会分析一般的测试结果(图谱、图像等)
§1.2 光谱分析方法简介
一、光谱分析法:
利用待测组分的光学性质(如光的发射、吸收、 散射、折射、衍射等)进行分析测定的一种仪器 分析方法。
材料研究与测试方法
Materials Research and Test Methods
第一章 绪论 §1.1 前言
材 料 研 究 四 要 素
✓ 材料的组成 ✓ 物相结构 ✓ 材料的掺杂 ✓ 材料的化学价态 ✓ 微观形貌
借助各种测试技术
技术性、实验方法性课程
了解各种测试方法的基本原理、仪器构造、 测试结果分析
三、光谱分析法的仪器构造
样品 光源

绪论-现代分析测试技术讲解

绪论-现代分析测试技术讲解
检测试样物质中受激分子产生的荧光或磷光的分析技术。 旋光和圆二色性光谱(ORD and CD)
通过分子对不同偏正光吸收的差异作手性分子检测的分析 技术。
现代分析测试技术概述
• X-射线光谱技术
• X—射线荧光光谱
检测分子受X—射线照射后产生的荧光谱线的分 析技术。
• X—射线衍射法
检测由不同晶格结构对X—射线所产生的不同衍 射角的分析技术。
同时,现代科学技术的发展也极大地推动了现代分析测试技术的发展。 最典型的是电子学、计算机以及激光等科学技术的突飞猛进,带来了分析 测试技术的变革。
现代分析测试技术的发展水平是国家科技水平和综合国力的重要标志之 一。科学研究离不开现代分析测试技术的发展,同样,科学仪器的发展体 现国家科技水平和综合国力。
现代分析测试技术概述
• 磁共振波谱技术
核磁共振技术(NMR) 检测分子在外加高磁场作用下原子核对射频
辐射的吸收的分析技术。 顺磁共振技术(电子自旋顺磁共振波谱技术)
(EPR) 研究一个或几个未成对电子分子体系在高磁
场作用下对射频辐射的吸收技术。
现代分析测试技术概述
质谱与能谱技术
• 质谱技术(MS)
法,包括:线性扫描伏安法、交流伏安法、方波伏安法、脉冲伏安 法、催化极谱法和溶出伏安法。
现代分析测试技术概述
光分析技术
基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系 所建立起来的分析技术。
E = hν = h c /λ E :能量; h:普朗克 常数c:光速;λ:波长 ;ν:频率
研究物质在气化解离成不同碎片离子时的质荷比技 术。
• 电子能谱技术(ES)
光电子能谱(PS or ESCA) ➢ 紫外光电子能谱(UPS) ➢ X光电子能谱(XPS)
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3. 材料分析的理论依据


尽管材料分析手段纷繁复杂,但它们也具有共 同之处。 除了个别研究手段(如SPM扫描探针显微镜) 以外,基本上是利用入射电磁波或物质波(X射 线、电子束、可见光、红外光)与材料作用, 产生携带样品信息的各种出射电磁波或物质波 (X射线、电子束、可见光、红外光),探测这 些出射的信号,进行分析处理,即可获得材料 的组织、结构、成分、价键信息。
EPMA
島津EPMA-1600
EDS(色散谱)应用举例
不良品 良 品

浸炭不 良部
不良品
齿轮疲劳失效,是由于 渗碳处理不均匀,根本 原因在于硅的偏聚。
良 品
Si
XPS
3. 4 分子结构分析

利用电磁波与分子键和原子核的作用,获 得分子结构信息。红外光谱(IR)、拉曼 光谱(Raman)、 荧光光谱(PL)等是 利用电磁波与分子键作用时的吸收或发射 效应,而核磁共振(NMR)则是利用原 子核与电磁波的作用来获得分子结构信息 的。



利用衍射分析的方法探测晶格类型和晶胞常数, 确定物质的相结构。 主要的物相分析的手段有三种:x射线衍射 (XRD)、电子衍射(ED)及中子衍射(ND)。 其共同的原理是: 利用电磁波或运动电子束、 中子束等与材料内部规则排列的原子作用产生 相干散射,获得材料内部原子排列的信息,从 而重组出物质的结构。
扫描电子显微镜
×10000000
×1000000 ×100000
×10000
光学显微镜
×1000 ×100
×10
分辨率
1000 0 10
1000 1
100 0.1
10 0.01
1 0.001
0.1 0.0001
nm μm
OM
Ni-Cr合金的铸造组织
SEM
SPM
云母的表面原子阵列
3.2 物相分析
2.材料分析测试的内容



表面和内部组织形貌。包括材料的外观形貌(如纳米 线、断口、裂纹等)、晶粒大小与形态、各种相的尺 寸与形态、含量与分布、界面(表面、相界、晶界)、 位向关系(新相与母相、孪生相)、晶体缺陷(点缺 陷、位错、层错)、夹杂物、内应力。 晶体的相结构。各种相的结构,即晶体结构类型和晶 体常数,和相组成。 化学成分和价键(电子)结构。包括宏观和微区化学 成份(不同相的成份、基体与析出相的成份)、同种 元素的不同价键类型和化学环境。 有机物的分子结构和官能团。
3.1组织形貌分析

微观结构的观察和分析对于理解材料的本 质至关重要,组织形貌分析借助各种显微 技术,认识材料的微观结构。表面形貌分 析技术经历了光学显微镜(OM)、电子显 微镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)的发 展过程,现在已经可以直接观测到原子的 图像。
三种组织分析手段的比较
扫描探针显微镜 观察倍率
4. 课程的结构

教材内容主要分为四部分,分别为组织形 貌分析、晶体物相分析、成分和价键(电 子)结构分析和分子结构分析,每一篇中 的材料分析测试方法具有共同的原理。
5. 课程的特点
1)系统性。依照材料研究方法的基本原理,将各种分析手段按照材 料研究的本质分类。 2)本质性。提炼出每一类分析方法共同的本质,对共同原理进行深 入分析和介绍,便于学生从本质上理解基本原理。 3)选择性。现代材料分析手段纷繁复杂,很难也没有必要在一本教 材里对每种方法进行详细地介绍。我们从最常规和广泛使用的分 析手段开始学习,其次着重从每种分析手段的分析原理上介绍, 而避免对仪器细节和公式推导的过多铺陈,有助于抓住重点,获 得明晰的认识。
四大类材料分析测试方法


相应地,材料分析方法分可以分为为形貌 分析、物相分析、成分与价键分析与分子 结构分析四大类方法。 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、电 化学分析及热分析等方法也是材料现代分 析的重要方法。但相对而言,上述四大类 方法在材料研究中应用得更加频繁。
XRD
Intensity
t-ZrO2 ZrSiO4
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Two Theta (degree)
理学D/max 2000自动X射线仪
图2 锆英石为主晶相的X射线谱
TEM
3.3 成分和价键分析基于同一个原理,即核外 电子的能级分布反应了原子的特征信息。利用不同的入射 波激发核外电子,使之发生层间跃迁、在此过程中产生元 素的特征信息。 按照出射信号的不同,成分分析手段可以分为两类:X光 谱和电子能谱,出射信号分别是X射线和电子。 X光谱包括X射线荧光光谱(XFS)和电子探针X射线显微分析 (EPMA)两种技术, 电子能谱包括X射线光电子能谱(XPS)、俄歇电子能谱 (AES)、电子能量损失谱(EELS)等分析手段。
绪论
1.材料现代分析测试方法的概念 2.材料分析的内容及相应的分析方法 3.材料分析的理论依据
3.1 组织形貌分析 3.2 相结构分析 3.3 成分和价键分析 3.4分子结构分析
4. 本课程的结构 5. 本课程的特点
1.材料现代分析测试方法
材料现代分析方法是关于材料分析测试技术及其有关理论的 一门课程。成分、结构、加工和性能是材料科学与工程的四 个基本要素,成分和结构从根本上决定了材料的性能,对材 料的成分和结构的进行精确表征是材料研究的基本要求,也 是实现性能控制的前提。
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