材料分析方法精品PPT课件
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材料的现代分析测试方法幻灯片PPT
三. 波谱仪与能谱仪比较
与波谱仪相比，能谱仪的缺点： 1. 能量分辨率低. 2. 峰背比差、检测极限高，定 量 分析精度差. 3. Be窗. 4. LN2冷却.
作用: 用来获得扫描电子束, 作为 使样品产生各种物理信号
的 激发源.
1. 电子枪 2. 聚光镜(电磁透镜) 3. 光阑 4. 样品室
用于SEM的电子枪有两种类型
热电子发射型: 普通热阴极三极电子枪 六硼化镧阴极电子枪
场发射电子枪: 冷场发射型电子枪 热场发射型电子枪
几种类型电子枪性能
二. 扫描系统
五. 电源系统
组成：稳压、稳流及相应的平安 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。
六. 真空系统
组成：机械泵、扩散泵、空压机、 电磁阀及相应的真空管路等。
作用：建立能确保电子光学系统正 常工作、防止样品污染所必 须的真空度。
第五节 SEM的主要性能
一. 分辨率
分辨率的主要决定因素: 1. 电子束斑直径 2. 入射电子束在样品中的扩展效应 3. 信噪比
Mn)
SEM图象放大倍数:
显象管荧光屏边
长
.
电子束在试样上(一样方向)扫描宽度
三. 景深
第六节 SEM的样品制备
SEM对样品的最重要的要求是 样品要导电.
一. 导电材料试样制备 二. 非金属材料试样制备 三. 生物医学材料试样制备
一. 导电材料试样制备
1. 试样尺寸尽可能小些，以减轻 仪器污染和保持良好真空。
漫散射
漫散射的深度与原子序数有关
二. 放大倍数
显微镜的放大倍数: 象与物大小之比 TEM和OM: M总=M１M２……Ｍｎ 式中： M１……Ｍｎ——各个透镜的放大倍数 n ——透镜数目
精品现代材料分析-红外吸收光谱介绍PPT课件
H
R1 C
H
H 3040~3010
C R2
R2 3040~3010
C H
1420~1410 1420~1410
895~885
990 910 840~800
965
730~675
1658~1698 1645~1640 1675~1665 1675~1665 1665~1650
（3）炔烃
末端炔烃的C-H伸缩振动一般在3300 cm-1处 出现强的尖吸收带。
对于伸缩振动来说，氢键越强，谱带越宽，吸收强度越 大，而且向低波数方向位移也越大。
对于弯曲振动来说，氢键则引起谱带变窄，同时向高波 数方向位移。
O H NH 游离
R
R
HN H O 氢键
C=O 伸缩 N-H 伸缩 N-H 变形
1690
3500
1620-1590
1650
3400
1650-1620
HO O
苯环取代类型在2000~1667cm-1和 900~650cm-1的图形
邻、间及对位二甲苯的红外光谱
（5）醇和酚
在稀溶液中，O-H键的特征吸收带位于3650～3600 cm-1；在纯液体或固体中，由于分子间氢键的关系， 使这个吸收带变宽，并向低波数方向移动，在 3500～3200 cm-1处出现吸收带。
~17ห้องสมุดไป่ตู้0
~1760（游离态）
（5）芳环、C=C、C=N伸缩振动区 1675~1500cm-1
① RC=CR′ 1620 1680 cm-1 强度弱， R=R′（对称）时，无红外活性。
② 芳环骨架振动在1600～1450 cm-1有二到四 个中等强度的峰，是判断芳环存在的重要标 志之一。
R1 C
H
H 3040~3010
C R2
R2 3040~3010
C H
1420~1410 1420~1410
895~885
990 910 840~800
965
730~675
1658~1698 1645~1640 1675~1665 1675~1665 1665~1650
（3）炔烃
末端炔烃的C-H伸缩振动一般在3300 cm-1处 出现强的尖吸收带。
对于伸缩振动来说，氢键越强，谱带越宽，吸收强度越 大，而且向低波数方向位移也越大。
对于弯曲振动来说，氢键则引起谱带变窄，同时向高波 数方向位移。
O H NH 游离
R
R
HN H O 氢键
C=O 伸缩 N-H 伸缩 N-H 变形
1690
3500
1620-1590
1650
3400
1650-1620
HO O
苯环取代类型在2000~1667cm-1和 900~650cm-1的图形
邻、间及对位二甲苯的红外光谱
（5）醇和酚
在稀溶液中，O-H键的特征吸收带位于3650～3600 cm-1；在纯液体或固体中，由于分子间氢键的关系， 使这个吸收带变宽，并向低波数方向移动，在 3500～3200 cm-1处出现吸收带。
~17ห้องสมุดไป่ตู้0
~1760（游离态）
（5）芳环、C=C、C=N伸缩振动区 1675~1500cm-1
① RC=CR′ 1620 1680 cm-1 强度弱， R=R′（对称）时，无红外活性。
② 芳环骨架振动在1600～1450 cm-1有二到四 个中等强度的峰，是判断芳环存在的重要标 志之一。
《材料分析测试技术》课件
在生物学领域，材料分析测试技术用于研 究生物大分子的结构和功能，以及生物材 料的性能和生物相容性。
医学领域
环境科学领域
在医学领域，材料分析测试技术用于药物 研发、医疗器械性能评价以及人体组织与 器官的生理和病理研究。
在环境科学领域，材料分析测试技术用于 环境污染物检测、生态系统中物质循环的 研究以及环保材料的性能评估。
反射光谱测试技术
通过测量材料对不同波长光的反射率，分 析材料的表面特性、光学常数和光学性能 。
发光光谱测试技术
研究材料在受到激发后发射出的光的性质 ，包括荧光、磷光和热辐射等，以了解材 料的发光性能和光谱特性。
透射光谱测试技术
通过测量材料对不同波长光的透射率，分 析材料的透光性能、光谱特性和光学常数 。
磁粉检测技术
总结词
通过磁粉与材料相互作用，检测其表面和近表面缺陷。
详细描述
磁粉检测技术利用磁粉与被检测材料的相互作用，通过观察磁粉的分布和排列，检测材 料表面和近表面的裂纹、折叠等缺陷。该技术广泛应用于钢铁、有色金属等材料的检测
。
涡流检测技术
总结词
通过电磁感应在材料中产生涡流，检测其表 面和近表面缺陷。
《材料分析测试技术》ppt课件
目录
• 材料分析测试技术概述 • 材料物理性能测试技术 • 材料化学性能测试技术 • 材料力学性能测试技术 • 材料无损检测技术 • 材料分析测试技术的应用与展望
01
材料分析测试技术概述
Chapter
定义与目的
定义
材料分析测试技术是指通过一系列实验手段对材料 进行物理、化学、机械等性能检测，以获取材料组 成、结构、性能等方面的信息。
电学性能测试技术
电容率测试技术
材料分析方法第3版(周玉)出版社配套课件第7章机械工业出版社
定出等角的点M、T及Q，此3点
所在的圆为欲求的轨迹；
图7-4 与极点成等夹角点的轨迹
与P点成90点的轨迹为过赤道线
上F 点的经线大圆NFS，NFS可
视为一平面的投影，其法线的投
影点为P
8
第一节 极射赤面投影法
二、乌氏网
4) 极点的转动 在乌氏网上可将极点绕确定轴转动到新位置
转轴垂直于投影面：如图7-5，将P点绕基圆圆心(轴的投影)转
6
第一节 极射赤面投影法
二、乌氏网
乌氏网是确定晶体方位及测量夹角的工具，应用时注意
1) 晶体投影图基圆的直径与乌氏网相同，使用时将二者中心 重合
2) 测定二极点间夹角时，转动投 影图，使二极点位于同一经线大 圆(包括基圆)或赤道上， 二点间 的纬度差或经度差极为二极点间 夹角，见图7-3。 如A、B极点间 夹角为120， C、D极点间夹角 为20， E、F 极点间夹角为20
X射线衍射是织构测定的主要方法，近年来电子背散射衍 射(EBSD)技术在织构分析方面亦得到广泛应用
3
第一节 极射赤面投影法
一、极射赤面投影法的特点
极射赤面投影法用以表达晶向、晶面的方位，见图7-1
1) 被投影晶体置于参考球球心O，假定晶体的所有晶向、晶 面均通过球心
2) 投射点B为球面上一点的射线，投影 面是与过B点直径垂直的任一平面，平 行于投影面且通过球心的平面与球交成 一大圆， B点向大圆上各点的投影线在 投影面上的交点构成基圆(NESW)
图7-9为立方晶系标准投影图，落在同一大圆弧和直线上的极 点对应的晶面法线在同一平面上， 此平面的法线为这些晶面 的交线。相交于同一直线的晶面属于同一晶带， 其交线称为 晶带轴，用[uvw]表示，晶面指数(hkl)和[uvw]满足晶带定律
所在的圆为欲求的轨迹；
图7-4 与极点成等夹角点的轨迹
与P点成90点的轨迹为过赤道线
上F 点的经线大圆NFS，NFS可
视为一平面的投影，其法线的投
影点为P
8
第一节 极射赤面投影法
二、乌氏网
4) 极点的转动 在乌氏网上可将极点绕确定轴转动到新位置
转轴垂直于投影面：如图7-5，将P点绕基圆圆心(轴的投影)转
6
第一节 极射赤面投影法
二、乌氏网
乌氏网是确定晶体方位及测量夹角的工具，应用时注意
1) 晶体投影图基圆的直径与乌氏网相同，使用时将二者中心 重合
2) 测定二极点间夹角时，转动投 影图，使二极点位于同一经线大 圆(包括基圆)或赤道上， 二点间 的纬度差或经度差极为二极点间 夹角，见图7-3。 如A、B极点间 夹角为120， C、D极点间夹角 为20， E、F 极点间夹角为20
X射线衍射是织构测定的主要方法，近年来电子背散射衍 射(EBSD)技术在织构分析方面亦得到广泛应用
3
第一节 极射赤面投影法
一、极射赤面投影法的特点
极射赤面投影法用以表达晶向、晶面的方位，见图7-1
1) 被投影晶体置于参考球球心O，假定晶体的所有晶向、晶 面均通过球心
2) 投射点B为球面上一点的射线，投影 面是与过B点直径垂直的任一平面，平 行于投影面且通过球心的平面与球交成 一大圆， B点向大圆上各点的投影线在 投影面上的交点构成基圆(NESW)
图7-9为立方晶系标准投影图，落在同一大圆弧和直线上的极 点对应的晶面法线在同一平面上， 此平面的法线为这些晶面 的交线。相交于同一直线的晶面属于同一晶带， 其交线称为 晶带轴，用[uvw]表示，晶面指数(hkl)和[uvw]满足晶带定律
材料现代分析方法PPT课件
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。
• M叫谱线多重性符号，表示n与L一定的 光谱项由M个能量稍有差别的分裂能级 (光谱支项)构成。
• 能级的分裂取决于J，每一个光谱支项对 应于J的一个取值，M为J 可能取值的个 数(LS时，M=2S+1；L<S时，M=2L+1)
塞曼分裂
• 当有外磁场存在时，光谱支项将进一步 分裂为能量差异更小的若干能级，这种 现象叫塞曼(Zeeman)分裂。
真空中的相互关系：
=c
(1-1)
光的粒子性： 斯托列托夫实验（1872年，莫斯科大学）
• 实验结果 ：
• (1) 光照使真空管出现自 由电子。
• (2) 入射光的频率必须大 于某一确定值才有电子 出现，该值与真空管阴 极材料有关。
• 波动理论无法解释此现 象。
光电效应表明电磁辐射具有粒子性。
• 爱因斯坦的光电理论（1905年，1916年由 密立根实验证实）：
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。
材料分析方法周玉出社配套PPT课件机械工业出社
(1-4)
= I连 / iU = K1ZU
可见， X 射线管的管电压越高、阳极靶原子序数越大，X 射 线管的效率越高。因 K1 约(1.1~1.4)10-9，即使采用钨阳极
(Z = 74)、管电压100kV， 1%，效率很低。电子击靶时
大部分能量消耗使靶发热
12
第十二页，共四十一页。
第二节 X射线的产生及X射线谱
本教材主要内容
绪论 第一篇 材料X射线衍射分析
第一章 X射线物理学基础
第二章 X射线衍射方向
第三章 X射线衍射强度 第四章 多晶体分析方法 第五章 物相分析及点阵参数精确测定 第六章 宏观残余应力的测定
第七章 多晶体织构的测定
1
第一页，共四十一页。
本教材主要内容
第二篇 材料电子显微分析
第八章 电子光学基础 第九章 透射电子显微镜 第十章 电子衍射 第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析
第十二章 高分辨透射电子显微术
第十三章 扫描电子显微镜
第十四章 电子背散射衍射分析技术
第十五章 电子探针显微分析 第十六章 其他显微分析方法
2
第二页，共四十一页。
绪论
本课程的特点：以分析仪器和实验技术为基础
本课程的内容主要包括：X射线衍射仪、电子显微镜等分析仪 器的结构与工作原理、及与此相关的材料微观组织结构和微 区成分的分析方法原理及其应用
一、衰减规律和吸收系数
复杂物质的质量吸收系数
对于多元素组成的复杂物质，如固溶体、化合物和混合
物等，其质量吸收系数仅取决于各组元的质量系数mi及各组 元的质量分数wi ，即
n
m miwi i1
连续谱的质量吸收系数
(1-15)
连续X射线穿过物质时，其质量吸收系数相当于一个有
材料现代分析方法课件- 概论
● 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
JEM-2010透射电镜
加速电压200KV LaB6灯丝 点分辨率 1.94Å
CM200-FEG场发射枪电镜
加速电压20KV、40KV、80KV、 160KV、200KV 可连续设置加速电压 热场发射枪 晶格分辨率 1.4Å 点分辨率 2.4Å 最小电子束直径1nm 能量分辨率约1ev 倾转角度α=±20度
a axis (inclination)
Operation range:15～120°
b axis (intraplanar rotation)
Operation range:360°
Z axis (front and back) Operation range:10mm
Z axis
薄膜测试-Thin film measurement 极图测试-Pole figure measurement 残余应力-Residual Stress measurement
镍基合金中第二相（GdNi5）粒子在基体中的分布
母相
透射电镜-位向分析
母相 新相
图像分析的分辨率
（3）表面分析方法及分辨尺度
本课程主要内容
材料X射线衍射分析技术 材料微观结构的电子显微学分析 谱分析技术
1) X射线衍射分析技术
X射线物理学基础 X射线衍射方向 X射线衍射强度 多晶体分析方法 物相分析及点阵参数精确测定 宏观残余应力的测定 多晶体织构的测定
材料分析方法
Analysis Method of Materials
公认的材料科学与工程四大要素
JEM-2010透射电镜
加速电压200KV LaB6灯丝 点分辨率 1.94Å
CM200-FEG场发射枪电镜
加速电压20KV、40KV、80KV、 160KV、200KV 可连续设置加速电压 热场发射枪 晶格分辨率 1.4Å 点分辨率 2.4Å 最小电子束直径1nm 能量分辨率约1ev 倾转角度α=±20度
a axis (inclination)
Operation range:15～120°
b axis (intraplanar rotation)
Operation range:360°
Z axis (front and back) Operation range:10mm
Z axis
薄膜测试-Thin film measurement 极图测试-Pole figure measurement 残余应力-Residual Stress measurement
镍基合金中第二相（GdNi5）粒子在基体中的分布
母相
透射电镜-位向分析
母相 新相
图像分析的分辨率
（3）表面分析方法及分辨尺度
本课程主要内容
材料X射线衍射分析技术 材料微观结构的电子显微学分析 谱分析技术
1) X射线衍射分析技术
X射线物理学基础 X射线衍射方向 X射线衍射强度 多晶体分析方法 物相分析及点阵参数精确测定 宏观残余应力的测定 多晶体织构的测定
材料分析方法
Analysis Method of Materials
公认的材料科学与工程四大要素
材料分析方法 第3版( 周玉) 出版社配套PPT课件 第3章 机械工业出版社
二、几种点阵结构因数计算
2. 体心点阵(同类原子组成)
单胞中有2个原子，坐标分别为(0,0,0)和(1/2,1/2,1/2)， 原
子散射因数均为 f
FHKL2 = [f cos2(0) + f cos2(H+K+L)/2 ]2 + [f sin2(0) + f sin2(H+K+L)/2 ]2
三角形式：Acosx+iAsinx
单胞中所有原子散射波振幅的合成就是单胞的散射波振幅Ab
Ab A1ei1 A2ei2 Anein
fa
Aa Ae
一个原子中所有电子相干散射波的合成振幅 一个电子相干散射波的振幅
n
Ab Ae ( f1ei1 f 2ei2 f nein ) Ae f j ei j j 1 9
由于衍射线的相互干涉，某些方向的强度将会有所加强， 某些方向的强度将会减弱甚至消失，习惯上将这种现象称 为系统消光
7
第二节 单位晶胞对X射线的散射与结构因数
一、结构因数公式的推导
如图3-3，取单胞顶点O为坐标原点，单胞中第 j 个原子 A
的位置矢量为，
rj = xj a + yj b + zj c
数(HKL)N平1 方: N和2 :之N3比: N为4，: N5 2 : 4 : 6 : 8 :10
13
第二节 单位晶胞对X射线的散射与结构因数
二、几种点阵结构因数计算
3. 面心点阵(同类原子组成)
单胞中有4个原子，坐标分别为(0,0,0)、 (0,1/2,1/2)、
(1/2, 0,1/2)、 (1/2,1/2, 0)，原子散射因数均为 f FHKL2 = f 2
材料分析测试方法课件
详细描述
紫外光谱法利用紫外线照射样品，测量样品对不同波长紫外光的吸收或反射，从而获得样品的紫外光谱。紫外光 谱图中，不同波长的峰代表着不同的化学键或官能团，通过比对标准谱图可以确定样品的化学组成和结构。此外 ，紫外光谱法还可以用于研究材料的电子云分布和能级结构。
核磁共振
总结词
核磁共振是一种常用的材料分析方法， 可以提供分子结构和化学键信息，以及 材料的磁学性质。
THANKS
03
布氏硬度
通过测量压痕直径来确定硬度 ，主要适用于硬质材料，如钢
和硬铝合金。
韧性测试
要点一
冲击测试
通过在材料上施加冲击力来测量其韧性，通常使用摆锤冲 击仪进行测试。
要点二
弯曲测试
通过在材料上施加弯曲力来测量其韧性，通常使用三点或 四点弯曲测试仪进行测试。
拉伸测试
弹性模量测试
通过测量材料在拉伸过程中的弹性变形来计算弹性模量 ，通常使用拉伸试验机进行测试。
应用
常用于材料科学、化学、生物学等领域 ，用于研究材料的晶体结构和化学键结 构等。
优点
可以快速、准确地测定晶体结构，且对 样品的损害较小。
缺点
对于非晶体或复杂的多晶材料，分析结 果可能存在误差。
中子衍射分析
原理
中子衍射分析是一种通过测量中子 在晶体中衍射角度的方法，推断晶
体结构的技术。
应用
常用于研究材料内部的结构和化学 键等信息，尤其适用于研究原子序
数较小的元素。
优点
对于某些元素，如氢、硼等，中子 衍射比X射线衍射更具优势。
缺点
需要使用中子源，实验成本较高， 且对样品的损害程度尚不明确。
红外光谱法
01
原理
红外光谱法是一种通过测量样 品对红外光的吸收光谱的方法 ，推断样品分子结构的的技术
紫外光谱法利用紫外线照射样品，测量样品对不同波长紫外光的吸收或反射，从而获得样品的紫外光谱。紫外光 谱图中，不同波长的峰代表着不同的化学键或官能团，通过比对标准谱图可以确定样品的化学组成和结构。此外 ，紫外光谱法还可以用于研究材料的电子云分布和能级结构。
核磁共振
总结词
核磁共振是一种常用的材料分析方法， 可以提供分子结构和化学键信息，以及 材料的磁学性质。
THANKS
03
布氏硬度
通过测量压痕直径来确定硬度 ，主要适用于硬质材料，如钢
和硬铝合金。
韧性测试
要点一
冲击测试
通过在材料上施加冲击力来测量其韧性，通常使用摆锤冲 击仪进行测试。
要点二
弯曲测试
通过在材料上施加弯曲力来测量其韧性，通常使用三点或 四点弯曲测试仪进行测试。
拉伸测试
弹性模量测试
通过测量材料在拉伸过程中的弹性变形来计算弹性模量 ，通常使用拉伸试验机进行测试。
应用
常用于材料科学、化学、生物学等领域 ，用于研究材料的晶体结构和化学键结 构等。
优点
可以快速、准确地测定晶体结构，且对 样品的损害较小。
缺点
对于非晶体或复杂的多晶材料，分析结 果可能存在误差。
中子衍射分析
原理
中子衍射分析是一种通过测量中子 在晶体中衍射角度的方法，推断晶
体结构的技术。
应用
常用于研究材料内部的结构和化学 键等信息，尤其适用于研究原子序
数较小的元素。
优点
对于某些元素，如氢、硼等，中子 衍射比X射线衍射更具优势。
缺点
需要使用中子源，实验成本较高， 且对样品的损害程度尚不明确。
红外光谱法
01
原理
红外光谱法是一种通过测量样 品对红外光的吸收光谱的方法 ，推断样品分子结构的的技术
材料分析方法PPT课件
1
可编辑
主要内容
1 光的折射和光学透镜成像 2 光的衍射与光学显微镜分辨本领理论极限 3 电子波长 4 电磁透镜 5 电磁透镜的像差及其对分辨率的影响 6 景深和焦长
2
可编辑
6-1 光的折射和光学透镜成像
光的折射：光在均匀介质 中直线传播，当从一介质 传播到另一介质时，因光 的传播速度随介质而变， 故光的传播方向在两介质 的分界面发生突变。光在 不同介质中其频率是恒定 不变的。
M（6-1）
7
可编辑
由于光的衍射，使得由物平面内的点O1 、 O2 在象平面形成 一B1 、 B2圆斑（Airy斑）。若O1 、 O2靠得太近，过分重 叠，图象就模糊不清。
L
D
强度
d
O1 O2
B2 Md
B1
（a）
（b）
图（a）点O1 、 O2 形成两个Airy斑； 图（b）是强度分布。
8
可编辑 9
13
可编辑
有效放大倍数
r0 ，2 光学透镜的分辨本领主要取决于照明源的波长。半 波长是光学显微镜分辨率的理论极限。可见光的最短波长 是390nm，也就是说光学显微镜的最高分辨率是 ≈200nm。
一般地人眼的分辨本领是大约0.2mm，光学显微镜的最 大分辨率大约是0.2μm。把0.2μm放大到0.2mm让人眼 能分辨的放大倍数是1000倍。这个放大倍数称之为有效 放大倍数。光学显微镜的分辨率在0.2μm时，其有效放大 倍数是1000倍。
20
0.00859
120
0.00334
40
0.00601
160
0.00285
60
0.00487
200
0.00251
可编辑
主要内容
1 光的折射和光学透镜成像 2 光的衍射与光学显微镜分辨本领理论极限 3 电子波长 4 电磁透镜 5 电磁透镜的像差及其对分辨率的影响 6 景深和焦长
2
可编辑
6-1 光的折射和光学透镜成像
光的折射：光在均匀介质 中直线传播，当从一介质 传播到另一介质时，因光 的传播速度随介质而变， 故光的传播方向在两介质 的分界面发生突变。光在 不同介质中其频率是恒定 不变的。
M（6-1）
7
可编辑
由于光的衍射，使得由物平面内的点O1 、 O2 在象平面形成 一B1 、 B2圆斑（Airy斑）。若O1 、 O2靠得太近，过分重 叠，图象就模糊不清。
L
D
强度
d
O1 O2
B2 Md
B1
（a）
（b）
图（a）点O1 、 O2 形成两个Airy斑； 图（b）是强度分布。
8
可编辑 9
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可编辑
有效放大倍数
r0 ，2 光学透镜的分辨本领主要取决于照明源的波长。半 波长是光学显微镜分辨率的理论极限。可见光的最短波长 是390nm，也就是说光学显微镜的最高分辨率是 ≈200nm。
一般地人眼的分辨本领是大约0.2mm，光学显微镜的最 大分辨率大约是0.2μm。把0.2μm放大到0.2mm让人眼 能分辨的放大倍数是1000倍。这个放大倍数称之为有效 放大倍数。光学显微镜的分辨率在0.2μm时，其有效放大 倍数是1000倍。
20
0.00859
120
0.00334
40
0.00601
160
0.00285
60
0.00487
200
0.00251
《材料分析》课件
绿色环保
发展可再生、可循环利用的材料，降 低材料生产和使用过程中的环境污染 ，实现可持续发展。
复合化
通过材料的复合化，实现各材料之间 的优势互补，提高材料的综合性能和 应用范围。
THANKS
感谢观看
析有助于提高飞行器和航天器的性能和安全性。
02
CATALOGUE
材料分析方法化学分析法总结词通过化学反应对材料进行定性和定量分析的方法。
详细描述
化学分析法是利用化学反应来测定材料中组分的含量。它通常包括滴定分析、重 量分析和气体分析等方法。这些方法可以确定材料中各种元素的含量，以及化合 物或离子的存在与否。
《材料分析》 ppt课件
contents
目录
• 材料分析概述 • 材料分析方法 • 材料性能分析 • 材料结构分析 • 材料成分分析 • 材料应用与发展趋势
01
CATALOGUE
材料分析概述
材料分析的定义
总结词
材料分析是对材料进行测试、表征和鉴别的过程，旨在了解材料的性质、结构 和性能。
详细描述
X射线衍射分析
电子衍射分析
利用电子在晶体中的衍射现象，进行 晶体结构分析和测定。
利用X射线在晶体中的衍射现象，分 析晶体的晶格常数、晶面间距等晶体 结构参数。
分子结构分析
01
02
03
分子几何构型
根据分子中原子之间的连 接方式和空间排列，确定 分子的几何构型，如直线 型、平面型、立体型等。
分子光谱分析
利用分子吸收光谱和发射 光谱的特性，分析分子内 部的结构和运动状态。
分子力学计算
利用量子力学和分子力学 计算方法，模拟分子的结 构和性质，预测分子的物 理和化学性质。
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❖ 光学显微镜的发明为人类认识微观世界提供了重 要的工具。随着科学技术的发展，光学显微镜因 其有限的分辨本领而难以满足许多微观分析的需 求。上世纪30年代后，电子显微镜的发明将分辨 本领提高到纳米量级，同时也将显微镜的功能由 单一的形貌观察扩展到集形貌观察、晶体结构、 成分分析等于一体。人类认识微观世界的能力从 此有了长足的发展。
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透镜成像：
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遵循关系式： 1 ＋ 1 ＝ 1
L1
L2
f
放大倍数
M AB
L2
AB
L1
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6-2 光的衍射与光学显微镜分辨本领理论极限
光的衍射：光是电磁波，具有波动性，使由透镜各部分 折射到像平面上的像点与周围区域的光波相互间产生衍射现 象。
。
❖ 一般地人眼的分辨本领是大约0.2mm，光学显微镜的最大 分辨率大约是0.2μm。把0.2μm放大到0.2mm让人眼能分 辨的放大倍数是1000倍。这个放大倍数称之为有效放大倍 数。光学显微镜的分辨率在0.2μm时，其有效放大倍数是
1000倍。
❖ 光学显微镜的放大倍数可以做的更高，但是，高出的部分 对提高分辨率没有贡献，仅仅是让人眼观察更舒服而已。
1 mv2 eU 2
即 v 2eU
m
❖ 式中e为电子所带电荷，e=1.6×10-19C
。
h
上式整理得：
2emU
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不同加速电压下的电子波波长
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加速电压U/KV
20 40 60 80 100
电子波波长λ/nm 加速电压U/KV
0.00859 0.00601 0.00487 0.00418 0.00371
所以光学显微镜的放大倍数一般最高在1000-1500之间。
6-3 电子波长
❖ 根据德布罗意（de Broglie）的观点， 运动的电子除了具有粒子性外，还具有波 动性。这一点上和可见光相似。电子波的 波长取决于电子运动的速度和质量，即
h
mv
❖ 式中，h为普郎克常数；m为电子质量；v 为电子运动速度，它和加速电压U之间存 在如下关系：
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❖ 当两斑的间距等于R0时，在像上这两个斑是可以区分的， 能分辨像上的两斑也即能分清物上对应的物平面上两物点 。此时，两物点间距（Δr0）定义为透镜能分辨的最小间 距，即透镜分辨率（也称分辨本领）。由式6-1得：
❖即
r0
R0 M
r0
0.61 n sin
（6-2）
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n的介质中，v
c n
,
0 n
sin
v1
1
n2
sin
v2
2
n1
光学透镜成像：光的折射是可见 光聚焦成像的基础。
薄透镜的性质： ❖ 通过透镜中心C的光线不发生
折射。 ❖ 一束平行于主光轴的光通过透
镜后会聚于透镜另一侧的主光 轴上的某一点称焦点F。 ❖ 前焦点处的光散射经透镜后变 成一束平行于主光轴的平行光 。
讨论：
＝
R0 M
061 n sin
r0即为透镜的分辨率
越小，r0越小，分辨率越高
越大、n越大，r0越小，分辨率越高
极限情况： max
70
75 , n
1.5，r0
2
,
对可见光＝3900－7600 A，r0＝2000 A 0.2m
如何提高显微镜的分辨率
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❖
根据式
r0
2
❖ 因此通常以Airy斑的第一暗环的半径来衡量其大小。根据 衍射理论推导，点光源通过透镜产生的Airy斑半径R0的表 达式为： （6-1）
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由于光的衍射，使得由物平面内的点O1 、 O2 在象平面形成 一B1 、 B2圆斑（Airy斑）。若O1 、 O2靠得太近，过分重叠 ，图象就模糊不清。
120 160 200 500 1000
电子波波长λ/nm
0.00334 0.00285 0.00251 0.00142 0.00087
6-4 电磁透镜
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❖ 电子波和光波不同，不能通过玻璃透镜会聚成像。 但是轴对称的非均匀电场和磁场则可以让电子束 折射，从而产生电子束的会聚与发散，达到成像 的目的。人们把用静电场构成的透镜称之“静电 透镜”；把电磁线圈产生的磁场所构成的透镜称 之“电磁透镜”。
一个理想的点光源通过透镜成像时，因衍射效应，不能 得到一个理想的像点，而是形成一个具有一定尺寸的中央亮 斑和周围明暗相间的圆环，称埃利斑。
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❖ 测量结果表明Airy斑的强度大约84%集中在中心亮斑上，其 余分布在周围的亮环上。由于周围亮环的强度比较低，一 般肉眼不易分辨，只能看到中心亮斑。
要想提高显微镜的分辨率，关键是降低照
明光源的波长。顺着电磁波谱朝短波长方向寻找，
γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波
❖ 紫外光的波长在13-390nm之间，比可见光短多了。但是 大多数物质都强烈地吸收紫外光，因此紫外光难以作为 照明光源。
❖ 更短的波长是X射线。但是，迄今为止还没有找到能使X 射线改变方向、发生折射和聚焦成象的物质，也就是说 还没有X射线的透镜存在。因此X射线也不能作为显微镜 的照明光源。
❖ 除了电磁波谱外，在物质波中，电子波不仅具有短波长 ，而且存在使之发生折射聚焦的物质。所以电子波可以 作为照明光源，由此形成电子显微镜。
有效放大倍数
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❖
r0
2
，光学透镜的分辨本领主要取决于照明源的波长。
半波长是光学显微镜分辨率的理论极限。可见光的最短波
长是390nm，也就是说光学显微镜的最高分辨率是≈200nm
L
D
强度
d
O1 O2
B2 Md
B1
（a）
（b）
图（a）点O1 、 O2 形成两个Airy斑； 图（b）是强度分布。
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0.81I
I
图（a）两个Airy斑 图（b）两个Airy 图（c）两个Airy
明显可分辨出。
斑刚好可分辨出。 斑分辨不出。
透镜分辨率
主要内容
1 光的折射和光学透镜成像 2 光的衍射与光学显微镜分辨本领理论极限 3 电子波长 4 电磁透镜 5 电磁透镜的像差及其对分辨率的影响 6 景深和焦长
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6-1 光的折射和光学透镜成像
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光的折射：光在均匀介质 中直线传播，当从一介质 传播到另一介质时，因光 的传播速度随介质而变， 故光的传播方向在两介质 的分界面发生突变。光在 不同介质中其频率是恒定 不变的。
❖ 光学显微镜的发明为人类认识微观世界提供了重 要的工具。随着科学技术的发展，光学显微镜因 其有限的分辨本领而难以满足许多微观分析的需 求。上世纪30年代后，电子显微镜的发明将分辨 本领提高到纳米量级，同时也将显微镜的功能由 单一的形貌观察扩展到集形貌观察、晶体结构、 成分分析等于一体。人类认识微观世界的能力从 此有了长足的发展。
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透镜成像：
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遵循关系式： 1 ＋ 1 ＝ 1
L1
L2
f
放大倍数
M AB
L2
AB
L1
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6-2 光的衍射与光学显微镜分辨本领理论极限
光的衍射：光是电磁波，具有波动性，使由透镜各部分 折射到像平面上的像点与周围区域的光波相互间产生衍射现 象。
。
❖ 一般地人眼的分辨本领是大约0.2mm，光学显微镜的最大 分辨率大约是0.2μm。把0.2μm放大到0.2mm让人眼能分 辨的放大倍数是1000倍。这个放大倍数称之为有效放大倍 数。光学显微镜的分辨率在0.2μm时，其有效放大倍数是
1000倍。
❖ 光学显微镜的放大倍数可以做的更高，但是，高出的部分 对提高分辨率没有贡献，仅仅是让人眼观察更舒服而已。
1 mv2 eU 2
即 v 2eU
m
❖ 式中e为电子所带电荷，e=1.6×10-19C
。
h
上式整理得：
2emU
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不同加速电压下的电子波波长
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加速电压U/KV
20 40 60 80 100
电子波波长λ/nm 加速电压U/KV
0.00859 0.00601 0.00487 0.00418 0.00371
所以光学显微镜的放大倍数一般最高在1000-1500之间。
6-3 电子波长
❖ 根据德布罗意（de Broglie）的观点， 运动的电子除了具有粒子性外，还具有波 动性。这一点上和可见光相似。电子波的 波长取决于电子运动的速度和质量，即
h
mv
❖ 式中，h为普郎克常数；m为电子质量；v 为电子运动速度，它和加速电压U之间存 在如下关系：
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❖ 当两斑的间距等于R0时，在像上这两个斑是可以区分的， 能分辨像上的两斑也即能分清物上对应的物平面上两物点 。此时，两物点间距（Δr0）定义为透镜能分辨的最小间 距，即透镜分辨率（也称分辨本领）。由式6-1得：
❖即
r0
R0 M
r0
0.61 n sin
（6-2）
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n的介质中，v
c n
,
0 n
sin
v1
1
n2
sin
v2
2
n1
光学透镜成像：光的折射是可见 光聚焦成像的基础。
薄透镜的性质： ❖ 通过透镜中心C的光线不发生
折射。 ❖ 一束平行于主光轴的光通过透
镜后会聚于透镜另一侧的主光 轴上的某一点称焦点F。 ❖ 前焦点处的光散射经透镜后变 成一束平行于主光轴的平行光 。
讨论：
＝
R0 M
061 n sin
r0即为透镜的分辨率
越小，r0越小，分辨率越高
越大、n越大，r0越小，分辨率越高
极限情况： max
70
75 , n
1.5，r0
2
,
对可见光＝3900－7600 A，r0＝2000 A 0.2m
如何提高显微镜的分辨率
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❖
根据式
r0
2
❖ 因此通常以Airy斑的第一暗环的半径来衡量其大小。根据 衍射理论推导，点光源通过透镜产生的Airy斑半径R0的表 达式为： （6-1）
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由于光的衍射，使得由物平面内的点O1 、 O2 在象平面形成 一B1 、 B2圆斑（Airy斑）。若O1 、 O2靠得太近，过分重叠 ，图象就模糊不清。
120 160 200 500 1000
电子波波长λ/nm
0.00334 0.00285 0.00251 0.00142 0.00087
6-4 电磁透镜
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❖ 电子波和光波不同，不能通过玻璃透镜会聚成像。 但是轴对称的非均匀电场和磁场则可以让电子束 折射，从而产生电子束的会聚与发散，达到成像 的目的。人们把用静电场构成的透镜称之“静电 透镜”；把电磁线圈产生的磁场所构成的透镜称 之“电磁透镜”。
一个理想的点光源通过透镜成像时，因衍射效应，不能 得到一个理想的像点，而是形成一个具有一定尺寸的中央亮 斑和周围明暗相间的圆环，称埃利斑。
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❖ 测量结果表明Airy斑的强度大约84%集中在中心亮斑上，其 余分布在周围的亮环上。由于周围亮环的强度比较低，一 般肉眼不易分辨，只能看到中心亮斑。
要想提高显微镜的分辨率，关键是降低照
明光源的波长。顺着电磁波谱朝短波长方向寻找，
γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波
❖ 紫外光的波长在13-390nm之间，比可见光短多了。但是 大多数物质都强烈地吸收紫外光，因此紫外光难以作为 照明光源。
❖ 更短的波长是X射线。但是，迄今为止还没有找到能使X 射线改变方向、发生折射和聚焦成象的物质，也就是说 还没有X射线的透镜存在。因此X射线也不能作为显微镜 的照明光源。
❖ 除了电磁波谱外，在物质波中，电子波不仅具有短波长 ，而且存在使之发生折射聚焦的物质。所以电子波可以 作为照明光源，由此形成电子显微镜。
有效放大倍数
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❖
r0
2
，光学透镜的分辨本领主要取决于照明源的波长。
半波长是光学显微镜分辨率的理论极限。可见光的最短波
长是390nm，也就是说光学显微镜的最高分辨率是≈200nm
L
D
强度
d
O1 O2
B2 Md
B1
（a）
（b）
图（a）点O1 、 O2 形成两个Airy斑； 图（b）是强度分布。
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0.81I
I
图（a）两个Airy斑 图（b）两个Airy 图（c）两个Airy
明显可分辨出。
斑刚好可分辨出。 斑分辨不出。
透镜分辨率
主要内容
1 光的折射和光学透镜成像 2 光的衍射与光学显微镜分辨本领理论极限 3 电子波长 4 电磁透镜 5 电磁透镜的像差及其对分辨率的影响 6 景深和焦长
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6-1 光的折射和光学透镜成像
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光的折射：光在均匀介质 中直线传播，当从一介质 传播到另一介质时，因光 的传播速度随介质而变， 故光的传播方向在两介质 的分界面发生突变。光在 不同介质中其频率是恒定 不变的。