材料科学的研究方法(精)
常见材料的物理化学性能研究方法
常见材料的物理化学性能研究方法材料科学作为一门独立的学科，研究材料的结构、性质、性能和应用，是支撑现代科技和产业发展的重要基础学科之一。
而材料的物理化学性能是研究材料的重要方面之一，它包括了很多方面，如力学性能、热学性能、光学性能、电学性能等。
为了深入了解材料的物理化学性能，需要运用一些相应的实验和分析方法。
本文将介绍常见的材料的物理化学性能研究方法。
一、力学性能测试力学性能是指材料在外力作用下的表现（变形和破坏）能力，包括硬度、强度、韧性、延展性等。
常见的力学性能测试方法有压缩实验、拉伸实验、弯曲实验等。
1. 压缩实验压缩实验是用方向垂直于试样的外力使之发生塑性变形，从而确定试样的抗压强度。
压缩实验通常使用万能试验机，能够控制压缩速度、载荷等参数。
通过压缩实验可以得出试样的力-位移曲线和应力-应变曲线等数据。
2. 拉伸实验拉伸实验是将试样置于两夹持头之间，以一定速率拉伸试样，使之产生塑性变形并伸长，达到抗拉强度的测试目的。
拉伸实验通常使用万能试验机，能够测量拉伸力和伸长量，从而得出应力-应变曲线和塑性区应变等数据。
3. 弯曲实验弯曲实验是通过对试样进行三点或四点弯曲的方式来测量其弯曲应变和应力。
在实验中，需要确定弯曲曲率半径、弯曲角度和外加载荷等参数。
通过弯曲实验可以得出试样的弯曲应力-应变曲线和变形硬度等数据。
二、热学性能测试热学性能是指材料在热作用下的反应能力和表现能力，包括热膨胀、热导率、比热容等。
常见的热学性能测试方法有热膨胀实验、热导率实验、比热容实验等。
1. 热膨胀实验热膨胀实验是测量材料在温度变化时的膨胀量变化。
可通过光杠杆、电子传感器、位移传感器等仪器进行测量。
通过热膨胀实验可以得到试样的温度膨胀系数和热膨胀曲线等数据。
2. 热导率实验热导率实验是测量材料在热传导过程中传递热量的能力。
可通过热流法、转动式法、相互引导法等方法进行测量。
通过热导率实验可以得出试样的热导率和热传导曲线等数据。
材料研究方法--绪论
另有一类谱仪是基于材料受激发的发射谱，专 为研究晶体缺陷附近的原子排列状态而设计的， 如核磁共振谱仪、电子自旋共振谱仪、穆斯堡 尔谱仪、正电子湮没等等。
• C 化学组分分析
扫描探针显微镜的主要功能虽然是形貌观察， 但控制探针的隧道电流、近程力等，除与探针 跟试样之间的距离有关外，还与试样表面的化 学元素、电子态、自旋态等有关。所以这类仪 器从原理上说，也有探测表面化学状态的潜力。 有些扫描探针显微镜也已开发出这种功能。
图1-7 氧化锆-氮化硼复合粒子的电子能量损失谱 (a)电子束辐照整个复合粒子所得的电子能量损失谱；
(b)电子束只辐照表面膜的电子能量损失谱
• 1.2.4 从材料出发的综合分析
将电子束只集中 在覆盖层采集电子能 量损失谱，如图17(b)所示，可以清楚 看到BN的两个元素峰。
图1-7 氧化锆-氮化硼复合粒子的电子能量损失谱 (a)电子束辐照整个复合粒子所得的电子能量损失谱；
第一章 引言
1．2 材料科学研究方法
第一章 引言 1．2 材料科学研究方法
• 1.2.1 • 1.2.2 • 1.2.3 • 1.2.4
性能检测 显微组织分析原理 显微结构表征 从材料出发的综合分析
第一章 引言
1．2 材料科学研究方法
1.2.3 显微结构表征
• 显微结构表征包括观察组织的形貌、确定 其原子排列方式和分析化学组分。
• C 化学组分分析
材料科学!!!研究方法
材料科学研究方法概述一．材料的定义、特点与分类1.定义物质经材料合成或材料化后才成为材料，材料具有指定工作条件下使用要求的形态和物理状态的物质。
2.分类材料按物理化学属性可分为：金属、无机非金属、高分子材料、复合材料；按来源可分为：天然材料和人造材料；按用途可分为：功能材料和结构材料；按状态可分为：气态、固态和液态。
3.材料的几大效应（1）材料的界面效应材料的界面有晶界、相界、亚晶界、孪晶界等。
材料的力学性能、物理性能及化学、电化学性能都与材料的各种界面有着非常密切的关系。
材料的形变、断裂与失效过程，起源于各种界面的占了大部分，材料加工过程中的各种变化也基本上都与界面有关。
界面的研究在材料科学中有着重要的地位。
不同材料的界面有以下几种效应。
A.分割效应。
是指一个连续体被分割成许多小区域，其尺寸大小、中断程度、分散情况等对基体力学性能及力学行为的影响；B.不连续效应。
界面上引起的结构、物理、化学等性质的不连续和界面摩擦出现的现象，如电阻、介电特性、耐热性、尺寸稳定性等；C.散射和吸收效应。
界面处对声波、光波、热弹性波、冲击波等各种波产生的散射和吸收，影响材料的透光性、隔热性、隔音性、耐冲击性等；D.感应效应。
界面产生的感应效应，特别是应变、内部应力及由此产生的某些现象，如高的弹性、低的热膨胀性、耐热性等。
界面问题涉及界面两侧原子的对势、电子态和电子结构、界面原子键合的性质、结合能、界面两侧晶体结构和界面晶体结构的关系、界面切变模量、界面位错形核与反应、环境对界面过程的影响等多方面的问题。
界面的热力学、界面偏析、界面扩散、界面化学反应等都是材料科学中的重要问题，特别是纳米材料的界面及其新的效应、复合材料的界面更是现代材料科学研究中的热点。
（2）材料的表面效应晶体表面也是材料界面的一种，只是材料的固体表面和周围介质（气体、液体）的界面。
材料表面的原子、分子或离子具有未饱和键，并且由于结构的不对称而造成晶格畸变，所以材料表面都具有很高的反应活性和表面能，而且具有强烈降低其表面能，力求处于更稳定能量状态的倾向。
材料科学与研究方法整理
1共性规律：晶体学结构规律；缺陷与强度；相变原理；形变与断裂规律；材料强韧化原理共同效应：界面（分割，不连续，散射和吸收，感应），表面，复合，形状记忆，动态，环境，纳米2绿色材料技术：金属，无机非金属，有机高分子材料的研究开发都与资源，能源及环境密切相关。
为确保人类经济的可持续发展，必须发展绿色材料和科学技术。
过去长期以来人们以各种方法利用自然物质资源制造各种材料来满足自身需求，而且侧重发展材料的优异性能和舒适性及注重研究各种环境条件对使用性能的影响，不重视材料发展对资源和环境的影响，其结果必将导致资源浪费，环境污染及生态破坏，从而制约经济和社会发展。
提出环境意识材料，生态环境材料，绿色材料，环境友好材料，发展绿色材料科学技术等。
充分认识到材料在生产、制备和使用过程中对自然环境的影响—强化意识,法律法规；开发新材料、新能源—环境材料、能源材料；材料回收与循环使用—可持续发展材料循环产业；开发绿色材料加工技术—节能与环保；设计新材料基本原则之一—环境、能源因素。
材料科学三个特点多学科交叉，与实际使用密切结合，正在发展。
3.材料科学所研究基本方法：归纳与演绎（归纳是从个别大一班的推理方法，具有很大的创造性主要用科学发现，归纳法是一种或然性的推理方法，儿科学认识的发展是一个复杂的过程，演绎法的作用在于用严密的逻辑推理方式为科学知识提供逻辑证明的工具，但创造性比较小，演绎法的主要作用在于逻辑证明而非科学发展，归纳与演绎辩证统一相互联系相互依赖，相互补充，相互渗透）；分析与综合（综合方法与分析方法相比，两者认识过程的方向是完全相反的）；类比与移植；数学与模型；系统与优化；假说与理论；原型启发法与仿生法4.结构基本特性：可分与穷尽，转变与守恒，树木与森林，表象与真实，量变与质变。
性能基本特性可分为：现象与本质，区分与联系，复合与转换，主要与次要，常规与突变（纳米材料性能）性能（简单性能：物理（热学，声学，光学，电学，磁学，辐照）力学（强度，弹性，塑性，韧性）化学（刚氧化性，耐腐蚀性，抗渗入性）复杂性能：复合性能，工艺性能，使用性能）结构与性能系统分析（黑箱法，相关法，过程法，环境法）仿生材料：优良特性：生物材料的复合特性，生物材料的功能适应性，生物材料的自愈合性。
(完整版)材料研究方法
材料研究方法（王培铭，许乾慰）第二章光学显微分析2什么是贝克线？此移动规律如何？有什么作用？贝克线：在轮廓附近可以看到一条比较明亮的细线，当升降镜筒时，亮线发生移动，这条较亮的细线称为贝克线。
提升镜筒，贝克线向折射率大的介质移动。
可以比较相邻两晶体折射率的相对大小3什么是晶体的糙面、突起、闪突起？决定晶体糙面和突起等级的因素是什么？在但偏光镜下观察晶体表面时，可发现某些晶体表面较为光滑，某些晶体表面显得粗糙呈麻点状，这种现象称为糙面；某些晶体显得高些某些晶体显得低平一些，这种现象称为突起；双折射率很大的晶体，在单偏光镜下，旋转物台，突起高低发生明显变化，这种现象称为闪突起因素是周围树胶折射率的不同引起的4什么叫干涉色？影响晶体干涉色的因素有那些？有七种单色光的明暗条纹相互叠加而形成的光程差相对应的特殊混合色，称为干涉色，他是有白光干涉而成。
第一是光程差第二是光片厚度第三是双折射率的大小11 如何提高光学显微镜分析的分辨能力？第一：波长更短的照明光源第二：选用折射率大的材料12 阐述光学显微分析用光片制备方法1 取样：取样应该具有代表性，不仅包括研究的对象而且包括研究的特殊条件2 镶嵌：对于一些形状特殊或尺寸细小而不宜握持的样品，需进行样品镶嵌。
3磨光：去除取样时引入的样品表层损伤，获得平整光滑的样品表面4抛光：去除细磨痕，以获得平滑无疵的镜面并去除样品表层，得以观察样品的显微组织 5浸蚀：清晰的看到样品的显微结构13分析近场光学显微分析的原理及与传统光学显微分析技术的异同原理：用纳米局域光源在纳米尺度的近场距离内照明样品，然后由光电接收器接受这些信号，再借助计算机才能把来自样品各点的局域光信号勾画出样品的图像。
异同：照明光源的尺度和照明方法：传统光学显微镜用扩展光源在远场照明样品，近场光学显微镜是用纳米局域光源在纳米尺度的近场距离内照明样品；成像方法：传统光学显微镜可以用肉眼或成像仪器直接观察或放大了的物体图像。
材料科学的研究方法论
若采用逻辑学中真实定义的“属十种差”方法来定义材料，则“材料是人类社会所能接受的、经济地制造有用器件（或物品）的物质”。
1．材料的五个基础环节性能、结构、环境、过程、能量是材料的五个基础环节。
各种环境作用于结构，发生过程，导致结果，或产生新结构，或表现为性能；新结构又返回到原结构；某些性能如韧性、铁损等又是能量参量；过程的结果也会影响环境；环境与结构之间又可交换能量。
能量控制结构的稳定性和过程的进行，运用各类基础科学，可从结构计算能量。
从哲学的角度看：过程是变化；环境是变化的外因，是变化的条件；结构是变化的内因，是变化的根据；外因通过内因而起作用，新结构或性能都是变化的结果。
（1）性能材料的性能是一种参量,用于表征材料在给定外界条件下的行为。
这个定义对性能分析方法有三点启示:性能必须定量化；从行为的过程去深入理解性能；重视环境对于性能的影响。
材料是一种系统,材料的性能便是系统的功能,也就是系统的输出或响应,而影响材料性能的外界条件,便是系统的输入、刺激或感受.可以采用不同的方法来划分材料的性能,从而明确它的外延.若从系统功能分析方法,从输出与输入的关系,即对刺激的不同响应将材料的性能划分为反射、吸收、传导、转换感受四大类性能.设输入及输出分别为i及j,材料的性能分别为Pij,则当i及j为1、2、3、4、5、6及7时,分别为力、声、热、光、电、磁及化学信息,材料性能Pij有:当j=i时,为反射、吸收及传导性能,共21种；当j1i,则有42种可能的转换性能,例如P15为压电性,P35为热电性.当有多种输入(i1,i2……im)及多种输出(j1,j2……jn)时,则Pij可改写为P(i)(j) ,例如,当力学及化学因素协同作用于金属材料而发生”应力腐蚀断裂”时,反映这种现象的材料性能为P(1,7)(1).材料性能的分析方法有四种：若不知系统的结构,则系统是黑箱,因而有黑箱法；若系统的结构已知,则有相关法和过程法；考虑环境的有害和有益作用,则有环境法.黑箱法非材料专业的工作者,由于不知道或不需要知道材料的内部结构,认为它是一个“黑箱”,从输入与输出的实验关系来定义或理解性能.若输入为X,输出为Y,从实验确定:Y=K?X.式中,K叫做传递函数,如弹性模量E、电阻R及膨胀系数α.应用黑箱法所确定的关系式要注意它们的适用范围,因为这些关系式是用归纳法获得的,当条件不符合时,关系式就应作相应的修正.此外黑箱法只能表象地“解释”客观世界,它能提供输入与输出之间的定量关系;它不能“改造”客观世界,因为它不能提出传递系数及性能的物理意义及影响因素,更不能提出改变性能的措施.相关法依据大量的实验数据，用统计方法建立性能与结构之间的相关性经验方法。
如何进行材料科学的研究
如何进行材料科学的研究材料科学是一门交叉学科，研究物质的结构、性质、合成方法和应用。
随着科技的不断进步，材料科学在诸多领域得到广泛应用，如电子、光电、生物、新能源等。
那么，如何进行材料科学的研究呢？本文将从理论、实验和仿真三个方面阐述材料科学的研究方法。
一、理论研究理论研究是材料科学研究的第一步，也是最为基础的一步。
在进行理论研究时，需要先对所研究材料的基本结构、性质进行归纳总结，建立数学模型，并运用物理学、化学等相关知识进行分析推导。
理论研究的重点在于理清材料内部机理，从而提出可行的实验方案，进行材料性质的预测和改进。
例如，纳米材料的研究，需要通过理论分析计算纳米晶内部的各种缺陷，水平面、晶体界面的结构和能量等，从而得到对纳米材料热力学性能的把握。
而在太阳能电池材料的研究中，理论研究可以预测出新材料的带隙、吸收光谱和电荷转移等性质，为实验研究提供有针对性的方向。
二、实验研究理论研究提出了许多假设和预测，而实验则是验证和印证这些假设的重要手段。
在实验研究中，通过设计实验方案，合理选择实验条件，可以得到材料的各项性质指标，如导电性、磁性、光学等。
实验研究需要精细仔细，同时还需要注意材料的稳定性和可重复性，保证实验结果的准确性。
例如，在合成一种新型纳米材料时，实验研究首先需要选择合适的合成方法，严格控制实验条件，如反应温度、时间、反应剂配比等。
在实验过程中，可以通过透射电镜、扫描电镜等仪器观察材料的形貌和结构，并通过X射线、电子能谱等技术检测材料的性质。
而在太阳能电池材料的研究中，实验研究可以通过外部光学监测，测定样品的光吸收率、光电流等参数，获得对材料光电性质的直接评价。
三、仿真研究随着科技的不断发展，仿真研究在材料科学中得到了广泛应用。
仿真研究通过计算机模拟，可以在短时间内生成大量的数据，并预测材料的性质和行为。
同时，在仿真研究中可以对材料体系进行微观结构的揭示和宏观性能的分析，减少实验研究中所需的大量时间和经济成本。
材料研究方法
1.材料的结构层次有哪些？采用何种研究方法来表征？宏观结构，显微结构，亚显微结构，微观结构。
用显微术来表征。
2.材料的研究方法如何分类？图像分析法：以显微术为主体非图像分析法：包括成分谱分析和衍射法两种1.电子与固体物质相互作用可以产生哪些物理信号，各有什么特点？背散射电子：能量较高，但背散射像的分辨率较低。
二次电子：能量较低吸收电子：入射电子进入样品后，经过多次非弹性散射能量耗光，最后被样品吸收。
透射电子：含有能量与入射电子相当的弹性散射电子，还有各种不同能量损失的非弹性散射电子。
特征X射线：用X射线探测器测到样品微区中存在一种特征波长，就可以判断这个微区存在相应的元素。
俄歇电子：俄歇电子能量各有特征值，能量较低。
2.如何提高显微镜的分辨本领？电磁透镜的分辨本领受哪些条件限制？比可见光波长更短的照明源、增大加速电压、电子透镜。
球差、像散、色差3.透射电子显微镜的成像原理是什么？电子作为照明束，电磁透镜聚焦成像。
一束电子束受到薄膜样品的散射作用，将形成各级衍射谱，样品的信息通过衍射谱呈现出来。
各级衍射波通过干涉作用重新在像平面上形成反应样品特征的像。
4.透射电镜样品的制样方法有哪些？直接样品：超细粉末颗粒：支持膜法材料薄膜：晶体薄膜法、超薄切片法间接样品：复型膜：将材料表面或断口形貌复制下来。
5.透射图像衬度的概念？TEM主要图像衬度？指试样不同部位由于对入射电子作用不同，经成像放大系统后，在显示装置上显示的强度差异，即图像上的明暗差异。
质厚衬度、衍射衬度、相位差衬度6.透射电镜的结构？电子光学系统（镜筒）、电源系统、真空系统、操作系统1.扫描电镜的基本原理由三级电子枪发射出来的电子束，在加速电压的作用下，经过2~3个电子透镜聚焦后，在样品表面按顺序逐行进行扫描，激发样品表面产生各种物理信号，如二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子等。
这些物理信号随样品表面特征而改变，它们分别被相应的收集器接受，经放大器按顺序、成比例地放大后，送到显像管的栅极上，用来同步地调制显像管的电子束强度，即显像管荧光屏上的亮度。
材料研究方法
材料研究方法材料研究方法是指在材料科学领域中，用来研究材料性能、结构和特性的一系列科学方法和技术手段。
材料研究方法的选择对于材料科学研究和工程应用具有重要意义，它直接影响着研究结果的准确性和可靠性。
在材料研究领域，常用的研究方法包括实验研究、理论计算、表征分析等多种手段。
本文将重点介绍几种常用的材料研究方法，以及它们的特点和应用范围。
一、实验研究方法。
实验研究是材料科学研究中最常用的方法之一，它通过设计和进行实验，获取材料的性能、结构和特性等相关信息。
实验研究方法包括材料制备、性能测试、结构表征等内容。
在材料制备方面，可以采用物理方法、化学方法、机械方法等手段来合成和制备所需材料。
在性能测试方面，可以通过拉伸试验、硬度测试、热分析等实验手段来获取材料的力学性能、物理性能和热性能等数据。
在结构表征方面，可以利用显微镜、X射线衍射、电子显微镜等仪器对材料的微观结构进行观察和分析。
实验研究方法的优点是能够直接获取材料的实际数据，但也存在实验周期长、成本高、操作复杂等缺点。
二、理论计算方法。
理论计算是指利用数学模型和计算机仿真技术，对材料的结构和性能进行预测和分析的方法。
理论计算方法包括分子动力学模拟、密度泛函理论计算、有限元分析等内容。
在分子动力学模拟中，可以通过构建原子模型和分子模型，模拟材料的微观结构和动态行为，从而预测材料的力学性能和热学性能。
在密度泛函理论计算中，可以通过求解薛定谔方程，计算材料的电子结构和能带结构，从而预测材料的光学性能和电学性能。
在有限元分析中，可以通过建立有限元模型，对材料的应力分布和变形情况进行仿真和分析。
理论计算方法的优点是能够快速获取材料的理论数据，但也存在模型建立复杂、计算精度依赖于模型参数等缺点。
三、表征分析方法。
表征分析是指利用各种仪器和技术手段，对材料的结构和性能进行表征和分析的方法。
表征分析方法包括电子显微镜、X射线衍射、质谱分析、核磁共振等内容。
在电子显微镜中，可以通过透射电子显微镜和扫描电子显微镜，观察材料的晶体结构、晶粒形貌和界面特征。
材料科学研究与测试方法
材料科学研究与测试方法材料科学是研究材料的结构、性能和制备方法的一门学科，被广泛应用于材料制备、加工、改性和性能等领域。
测试方法是材料科学研究的基础，正确选择测试方法对于材料性能的测试和分析具有至关重要的作用。
本文将就材料科学研究与测试方法进行探讨。
一、材料科学研究。
材料科学的主要研究内容包括：1.材料制备：通过改变材料的结构、形貌等方式制备具有特定结构和性能的新材料。
2.材料结构：通过各种分析技术研究材料的微观结构特征，包括晶体结构、表面形貌等。
3.材料物性：研究材料的物理特性，如机械性能、热学性能、电学性能、光学性能等。
4.材料应用：将材料应用于各种领域，如建筑、汽车、机械、电子、医疗等。
二、常用测试方法。
1.机械性能测试方法：主要包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。
这些试验方法可以用来测量材料的强度、韧性、硬度等机械性能。
2.热学性能测试方法：主要包括热导率测定、热膨胀系数测定、热稳定性评估测试等。
这些测试方法可以用来测量材料的热性能。
3.电学性能测试方法：主要包括电导率测定、介电常数测定、电阻率测定等。
这些测试方法可以用来测量材料的电学性能。
4.光学性能测试方法：主要包括透过率测定、反射率测定、折射率测定等。
这些测试方法可以用来测量材料的光学性能。
5.化学性能测试方法：主要包括化学稳定性测定、化学反应行为测定等。
这些测试方法可以用来测量材料的化学性能。
三、测试方法的选择原则。
1.测试方法的选择应基于研究的目的和材料类型，例如，对于微观结构的研究，需要选择适合的测试方法，如扫描电镜、透射电镜等；2.测试方法应准确、可靠、重复性好，保证实验数据的可信度；3.测试方法应能够满足测试需求，如测试范围、精度、样品数量等；4.测试方法所需的设备和试剂应易得，操作简便。
四、结论。
材料科学研究与测试方法是相互支撑的。
正确选择测试方法可以确保研究结果的可靠性和准确性，进而为新材料的开发和应用提供技术支持。
材料分析方法
材料分析方法
1. 目视观察法：通过裸眼观察材料的外观特征，包括颜色、形状、纹理等，以初步判断材料的性质。
2. 显微镜观察法：使用光学显微镜观察材料的微观结构和特征，包括晶体结构、颗粒形貌等，以评估材料的晶化程度、颗粒尺寸等。
3. 热分析法：通过对材料在不同温度下的热响应进行分析，包括热重分析（TGA）、差热分析（DSC）等，以确定材料的
热稳定性、相变温度等。
4. 光谱分析法：利用光的吸收、发射、散射等性质对材料进行分析，常见的光谱分析包括紫外可见光谱、红外光谱、拉曼光谱等，用于分析材料的化学组成、分子结构等。
5. 电子显微镜观察法：使用扫描电子显微镜（SEM）或透射
电子显微镜（TEM）对材料的表面形貌、晶体结构进行观察，以获取高分辨率的图像和微区成分分析。
6. X射线衍射方法：利用材料对入射X射线的衍射现象，分
析材料的晶体结构、结晶度等，常见的方法包括X射线粉末
衍射（XRD）和单晶X射线衍射（XRD）。
7. 磁学分析法：通过对材料的磁性进行测试与分析，包括磁滞回线测量、霍尔效应测量等，以判断材料的磁性、磁结构等。
8. 电化学分析法：通过测量材料在电化学条件下的电流、电压等性质，以研究材料的电化学性能、电极活性等。
9. 分子模拟与计算方法：运用计算机模拟技术对材料的分子结构、物理性质进行分析与计算，包括分子力场模拟、密度泛函理论等。
10. X射线能量色散谱分析法：通过对X射线入射材料的能量散射进行分析，以确定材料的元素成分和含量，用于材料的定性与定量分析。
材料科学研究方法重点整理
重点归纳与演绎法、分析与综合法、类比与移植法、系统与优化法、假说与理论法，特别注意各研究方法的特点、分类及实例应用等。
归纳法的推理方向是从个别到一般的过程，它的结论是未经证实的，具有或然性。
根据归纳法的前提是否完全，又分为完全归纳法和不完全归纳法。
完全归纳法的结论一般是可靠的。
不完全归纳法最典型的一种方法是简单枚举法，最大优点是应用起来比较方便。
归纳法具有很大的创造性，主要应用于科学发现。
归纳法对于从范围比较窄的一般原理上升到更为普遍的科学原理方面也有一定的作用。
归纳法是有局限性的，首先，归纳法是一种或然性的腿方法，其次，科学认识的发展是一个复杂的过程，需要多种方法的配合，而归纳法只是在其中一个方面发挥作用。
演绎法是从移植的一般原理、定理、法则、公理货科学概念出发，推论出事物或现象具有某种属性或规律的新结论的一种科学研究方法。
眼液发是从一般原理推理出个别结论的方法。
演绎法在科学研究中的作用在于严密的逻辑推理方式，为科学知识提供逻辑证明工具。
演绎法也是解释和预见科学事实、提出科学假说额重要方法。
演绎法也有局限性，演绎法是创造性比较小的研究方法，演绎推理的结论原则上都包含在其前提之中，所以，不可能超出前提的范围，不可能对科学知识做出新的概括。
其次，演绎推理的结论的可靠性受到前提的制约，所以演绎推理的结论也不是绝对可靠的。
1.根据材料的化学组成，可将材料分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料。
2.★了解材料的发展史：古代材料的发展史同人类的文明史一样，经历了石器时代、青铜器时代和铁器时代。
近代材料的发展史经历了金属材料（金属材料在20世纪中占据了材料的主导地位）、无机非金属材料（新型水泥、耐火材料）、高分子材料（硫化橡胶）和复合材料四个历程。
陶是人类是第一个人工合成材料，青铜——铜锡合金，是人类历史上出现的第一个合金。
4.★材料科学与工程的定义：材料科学与工程是关于材料成分、结构工艺和他们性能与应用之间有关知识开发和应用的科学。
材料科学研究方法
物质：是指在人类生活环境内所能获取的单元素的单质或多元素的化合物，物质是制备材料的原料，材料是物质，但不是所有物质都是材料。
材料的分类：根据材料的化学组成：金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料根据材料用途：结构材料和功能材料材料学科的交叉和渗透(论述):1、三大材料的交叉，衍生出许多的复合材料；以金属为基体加入陶瓷等无机物组成为具有优异性能的金属基复合材料。
2、基础学科向各材料学科的交叉和渗透；物理、化学、力学、热力学、动力学等与金属材料的结合形成物理冶金。
3、各材料学科之间的相互渗透、移植与借鉴；金属冶金上的结构、亚结构等概念在科学观念上和工业生产上开始向非金属渗透。
4、在制造技术上也是相互渗透、移植和借鉴；粉末冶金借鉴了传统的陶瓷制造技术，所以被称为金属陶瓷术。
5、新技术在各类材料中都得到了广泛的应用；等离子技术在冶金工业、金属材料焊接、表面化学热处理、气相沉积、高分子和无机非金属材料等许多技术得到广泛的应用。
材料科学与工程的定义：材料科学与工程是关于材料成分、结构、工艺和他们性能与应用之间有关知识开发和应用的科学。
它是从科学岛工程的一个专业连续领域，其间，各专业广传贯串整个体系。
材料科学与工程五要素的模型：成分、合成/制备、组织结构、性质和效能。
材料的成分、工艺、组织结构、性能是密切相关的。
材料科学研究分类：基础研究又分为纯基础研究（没有商业目的而进行的为了使科学知识进展的原始性研究）和应用基础研究（有广泛应用背景，但以针对技术中存在的普遍性问题进行理论探索）两类、应用研究（运用基础研究成果，探索、开辟应用的新途径）、开发研究（应用基础研究和应用研究的成果，从事某一新产品或工程设计、试验和试制所涉及到的一些列技术工作）科学研究选题的基本原则1、需要性原则：满足社会需要和科学自身发展的需要，有实际生产的需要、社会生活的需要和科学本身发展的需要。
2、科学性原则：研究选题必须有科学理论依据。
材料研究方法
材料研究方法材料研究方法是指研究材料的方法、技术和技能。
材料研究是一个多学科、多尺度的工作，历史发展至今，已经逐步形成了一系列集宏观观测、细节分析和物理测试、拓展思维在内的系统化的材料研究方法。
其中，宏观观测和细节分析是材料研究基础，可以提供更细化的材料信息；物理测试对材料性能进行验证，实时测试更加直观；拓展思维加强了解材料性能的全面性，更好地指导材料的研发过程。
**宏观观测方法**是将材料形态、体形及外观等可见特征，以肉眼或显微镜等拓展工具可探知的特征，通过实际观察记录，对材料的特征进行研究，以此作为材料性能的表征或预测的基础。
常用的显微镜观察方法有：扫描电子显微镜（SEM）、荧光显微镜（FEM）、可视拉曼（SEC）、原子力显微镜（AFM）和透射电子显微镜（TEM）等，可以反映更详细的结构信息，有助于更深入理解材料的一般特性及力学性能。
**细节分析方法**是指以微观尺度分析材料构建元素、结构及反应机制的方法，比如X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）、热电材料成型（DMA）、红外光谱分析（IR）等，这些技术可以定量分析材料的基础特性，比如形成元素、化学组成、结晶形状、晶粒尺寸等指标，从而推导出力学性能。
**物理测试方法**是一种可以实时应用材料性能的技术，可以实时测量材料的物理性能，其代表技术有材料耐磨测试、空气动力学测试、力学特性测试、萃取测试、耗散因素测试、表面活性测试、热性能测试和尺度缩放测试等等。
物理测试技术可以提供无可争议的性能信息，也可以协助使用者做出更正确的判断。
**拓展思维方法**是通过多学科和多尺度的考虑，采用创新的思维模式来拓展材料设计思路，比如可以深入了解材料的结构特性、使用环境以及节能、环保等因素，为材料研发提供更全面的认识和理解，并可以为具体应用环境提出不同维度的设计方案，从而更好地驱动新材料的成功研发，促进材料应用的发展。
材料科学研究的基本方法
2、生吞鱼胆丧人命
鸡苦胆→治百日咳； 猪苦胆→治气管炎； 蛇苦胆→治风湿→鱼胆能美容 一妇女生吞鱼胆丧人命 —《卫生与生活报》（1993.1）报道
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演绎法
定义：从已知的一般原理、定理、法则、公理或科学概念出发， 推论出某些事物或现象具有某种属性或规律的新结论的 一种科学研究方法。
3.1.3
基本通 式
规律；
其中，a1、b1、c1分别于a、b、c相同或相 似。
结论：d1与d的相同或相似
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3.3.2 型
类比法的基本类
数学相似类比法
综合类比法
基本类型
因果类比法
对称类比法
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例如：泡沫金属材料的发明
面包的多孔疏松→自身释放气体形成小气泡 因果类比：在金属中增加一些添加剂、改变制造工艺，发明了泡沫金属 材料
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归纳与演绎法领域的三位著名科学家代表
培根（英国）
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笛卡尔（法国）
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伽利略（意大利）
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例如：形状记忆材料的开发
形状记忆现象 1958年发现Ni-Ti合金具有具有形状记忆特性
机理：热弹性马氏体 归纳 凡是具有热弹性马氏体的合金都能做形状记忆合金 演绎 开发研制CuZn；Cu，Al，Ni；CuAu，Zn形状记忆合金
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拉链工艺品
左上——拉链胸针 左下——拉链项链 右上——拉链手镯
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例如：稀土在材料领域的辐射移植 球铁 灰铸铁 农用稀土 化肥
材料研究方法
材料研究方法紫外光谱、荧光光谱在材料研究中的应用1、分子内的电子跃迁有哪几种，分别属于什么吸收带，吸收最强的跃迁是什么跃迁？答：电子类型：形成单键的σ电子；形成双键的π电子；未成对的孤对电子n电子。
轨道类型：成键轨道σ、π；反键轨道σ*、π* ；非键轨道n。
σ-σ* 跃迁κmax≥104强吸收带n-σ*跃迁实现这类跃迁所需要的能量较高n →π*跃迁κmax＜100 平均寿命10-5~10-7sec R吸收带π→π*跃迁κmax≥104 平均寿命10-7~10-9sec k S → T小K吸收带PS:R、K、B、E四带1）R 吸收带：n→π*跃迁，弱吸收，κ＜1022）K 吸收带：π→π*跃迁，强吸收，共轭分子的特征吸收带，κ> 1043）B吸收带：π→π*跃迁，中吸收，苯环及杂环的特征谱带；4）E 吸收带：π→π*跃迁，强吸收，芳香族化合物的特征谱带π-π*迁移跃迁产生的谱带强度最大， n-σ*跃迁产生的谱带强度次之，配位跃迁的谱带强度最小。
2、紫外可见吸收光谱在胶体的研究中有重要作用，请举出三个例子来说明，结合散射现象来讨论二氧化钛胶体和粉末漫反射光谱的差异。
答：1）、胶体具有稳定性，尤其是稀释后稳定性；2）、胶粒对可见光的散射；3）、测定消光（包括吸收、散射、漫反射等对光强度造成的损失）4）、稀释条件下，胶粒尺寸小于光波长的1/20，瑞利散射可忽略。
4）、估算晶粒的大小。
例1：二氧化硅在紫外区也是透明的,为何其胶体在紫外区有吸收?SiO2直径387nm，在300nm下被吸收因而发生了消光呈现透明的，而起溶胶颗粒会发生散射，因而使得在紫外区有吸收。
例2：TiO2溶胶从a-d进行稀释，我们可以看到起吸光度逐渐减少，这是由于稀释后散射减小所致，而由于溶胶的胶粒的散射使得其吸光度增大。
例3：CdSe, CdS等量子点不做TEM和HRTEM,依靠吸收光谱中尺寸效应的规律来判断晶粒尺寸大小。
反应时间越长，颗粒尺寸越大。
材料科学的研究方法
（轻元素除外） 放大倍率范围大（10-100,000） 分辨本领高（可达 3nm） 景深大（提高约数百倍） 使用简便
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x-射线： 特征x-射线 连续x-射线
通道花样
样品电流
其他
SEM产生的x-射线谱
h=EK-EL
x-射线谱的标定规则
h=E-E
特征x-射线的能量与原子序数
SEM产生的x-射线谱
x-射线能谱的Si(Li)探测器
Ti合金的x-射线能谱
超薄窗口获得的Al-Si合金的x-射线能谱
x-射线波谱仪
材料科学的研究方法
Instrumental Analysis in Materials Science
引言
为什么要学习研究方法 研究对象的需要------控制材料的制备和性能 专业培养的要求------培养的是高级专门人才
研究方法课程涉及的内容 所有与材料的表征问题有关的方法 注重的问题： (1) 材料的成分 (2) 材料的结构 (3) 材料的性能
碳钢再结晶组织的 EBSD分析结果(彩 图)
(a)菊池花样质量分布图 (b)晶粒取向分布图 (c)晶粒边界取向差图 (d)<111>取向分布图
SEM的应用： ——超塑性变形Al-Li 合金的[111]背散射极图
美丽的错误---Diamond 或 C3N4?
第一讲 SEM/EPMA/EDX/WDX 小结
钒单晶的（111）通道花样（背散射电子）
矽钢片的磁畴（背散射电子）
SEM的应用：比光学显微镜分辨率更高
材料科学研究方法
材料科学研究方法1、矿物可根据组成元素或组成化合物分为8类：元素矿物，硫化物类矿物，氧化物类矿物，卤化物类矿物，含氧盐类矿物。
2、地壳中主要元素含量：氧49，13。
硅26.铝7,45。
铁4,20。
3、材料是指具有制定工作条件下使用要求的形态和·物理状态的物质。
4、材料根据物理化学属性分类:金属材料，无机非金属材料，有机高分子材料，复合材料。
根据材料来源分类：天然材料和人造材料。
根据材料用途分类：结构材料和功能材料。
5、结构材料是指利用材料的强度韧性弹性等力学性能用于不同的环境下承受载荷的各种结构件和零部件，分为机器结构材料和建筑结构材料。
6、功能材料是利用其物理化学某种优良的特性，被用于非结构目的的高技术材料。
按材料特性物理效应可分为：压电材料，热电材料，铁电材料，光电材料，声光材料，磁性材料，磁致伸缩材料等。
7、材料科学与工程是一级大学科。
分为材料物理与化学，材料学材料加工工程等三个二级学科。
8、材料科学，材料工程和材料科学与工程三者之间是有一定区别的。
材料科学主要从事材料本质的发现，分析和了解方面的研究，目的在于提供材料结构的统一描述或模型，以及解释材料结构与性能之间的关系。
材料工程着中进行把基础知识应用于材料的研制，生产，改性和应用的开发上，解决应用过程中在技术经济社会上产生的一些问题。
材料科学与工程是理工交叉学科。
9、四面体：合成制备，结构成分，性质，效能。
10、五要素：合成制备，组织结构，成分，性质，效能。
11、离子键无饱和性无方向性，共价键有饱和性有方向性，金属键无饱和性无方向性，分子键有饱和性有方向性。
12、金属与陶瓷材料的实际断裂强度大大低于理论断裂强度的主要原因是在实际晶体中存在着许多裂纹和位错等缺陷。
13、材料的相变原理;位移型：重构型;有序无序型。
14、金属容易产生滑移而产生塑性变形，原因是金属键没有方向性。
15、材料的强韧化原理：固溶强化，细晶强化，第二相强化，应力诱导相变增韧，微裂纹增韧。
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Instrumental Analysis in Materials Science
引
言
为什么要学习研究方法 研究对象的需要------控制材料的制备和性能 专业培养的要求------培养的是高级专门人才
研究方法课程涉及的内容 所有与材料的表征问题有关的方法 注重的问题： (1) 材料的成分 (2) 材料的结构 (3) 材料的性能
授 课 内 容
（最常用的研究方法）
FIM / AP / IAP GD-OES/XRF/PIXE/NRA/PIGE Mssbauer Spectroscopy
参 考 书 目
马如璋等，材料物理现代研究方法．冶金工业出 版社，1997.
R.E.Whan et al, Materials Characterization, Metals Handbook，Vol.10, 9th Edition, ASM, 1986. D.Brune et al, Surface Characterization, WileyVCH, 1997. J.B.Wachtman, Characterization of Materials, Butterworth-Heinemann, 1993.
EDX的特点： 快 能量分辨力低 轻元素差 检测限0.1% WDX的特点：慢 能量分辨力高 轻元素较好 检测限0.01%
SEM产生的电子谱
SEM中各种电子的产额
SEM中电子信号的探测 ——电子收集器
SEM的二次电子象衬度——拓扑衬度
SEM的景深 WD / d / M
电子的逃逸深度
电子的逃逸深度
(a)菊池花样质量分布图 (b)晶粒取向分布图 (c)晶粒边界取向差图 (d)<111>取向分布图
SEM的应用：
——超塑性变形Al-Li 合金的[111]背散射极图
美丽的错误---Diamond 或 C3N4?
第一讲 SEM/EPMA/EDX/WDX 小结
用途：微观形貌、组织、成分分析 特点：微区形貌与成分分析相结合 （轻元素除外） 放大倍率范围大（10-100,000） 分辨本领高（可达 3nm） 景深大（提高约数百倍） 使用简便
电子被原子的散射几率
SEM三种模式的分辨本领
SEM的其他工作模式
通道花样——晶体学取向 样品电流——与背散射电流互补 磁畴衬度——洛仑兹力 电压衬度——半导体器件的电位分布 电子束诱发电流——电子束产生载流子 阴极发光——电子束产生可见光发射 其他——点、线、面信号处理技术
钒单晶的（111）通道花样（背散射电子）
第一讲
SEM / EPMA / EDX / WDX
（扫描电子显微镜） （电子探针微区分析） （x-射线电子能谱） （x-射线电子波谱）
光学显微镜的原理
光学显微镜的不足之处
放大倍数的极限： 2000
分辨率的极限： 0.2m （可见光照明） 景深的极限： 0.1m （要求金相准备） 不能分析化学成分
引
言
材料研究方法的一般特征
引
言
提倡的研究方法 创新的精神 多方法的结合运用 吃苦的准备 合作的精神
本课程的授课特点 有选择性地介绍某些常用方法 介绍方法的原理和应用范围，而不强调细节
材料科学的研究方法
材料科学家
材料制备与性能
分析工程师
应用工程师
授 课 内 容
（最常用的研究方法）
SEM产生的x-射线谱
h=EK-EL
x-射线谱的标定规则
h=E-E
特征x-射线的能量与原子序数
SEM产生的x-射线谱
x-射线能谱的Si(Li)探测器
Ti合金的x-射线能谱
超薄窗口获得的Al-Si合金的x-射线能谱
x-射线波谱仪
EDX / WDX的比较
EDX / WDX的比较
SE07nm ) 10-100000, 5nm
扫描方式导致长物距 数十 m （1000 时，不要求金相准备） 分析电子束诱发的原子内层电子跃迁产生的特征x射线
SEM的结构
SEM的扫描成象
SEM中产生的信息
电子： 二次电子 背散射电子 俄歇电子 x-射线： 特征x-射线 连续x-射线 通道花样 样品电流 其他
SEM的应用： 集成电路分析
SEM的最新附件： EBSD 技术
（电子背散射衍射技术）
EBSD系统附件的构成
SEM所获得的菊池花样
EBSD分析系统的构成
冷轧铝箔在再结晶初期的EBSD分析结果
(上图) 晶粒取向图（彩图） (下图) [111]方向极图
碳钢再结晶组织的 EBSD分析结果(彩 图)
SEM / EPMA / EDX / WDX AES / XPS (ESCA) MS / SSMS / SIMS / LMMS RBS/ISS(LEISS)/ERS(FRS) SPM ：STM / AFM / MFM / NSOM / SThM / Confocal optical microscopy
矽钢片的磁畴（背散射电子）
SEM的应用：比光学显微镜分辨率更高
SEM的应用：结构分析与成分分析结合
SEM的应用： 二次电子(左)与背散射电子象(右)
SEM的应用：结构象与成分象
SEM的应用：景深的优势
SEM的应用：景深的优势
SEM的应用：成分线扫描
SEM的应用：
断裂断口的分析
SEM的应用： 裂纹扩展过程的实时观察