材料研究分析方法1
材料分析方法1
材料分析方法第一章X射线1、X射线的性质（考过该题）答:1、肉眼不可见，能使空气电离，能感光，能穿透物体；2、呈直线传播，在电场和磁场中不发生偏转，穿过物体时部分被散射;3、对动物和有机体能产生巨大、生理影响，能杀伤生物细胞。
4、具有波粒二象性：• he he = nv =2、X射线的产生（重点）答：产生：由于高速运动的电子轰击物质后，与该物质中的原子相互作用发生能量转移，损失的能量通过两种形式释放出x射线。
一种形式是高能电子击出原子的内层电子产生一个空位，当外层电子跃入空位时，损失的能量以表征该原子特征的x射线释放。
另一形式则是高速电子受到原子核的强电场作用被减速，损失的能量以波长连续变化的x射线形式出现。
因此产生x射线的基本条件是：①产生带电粒子；②带电粒子作定向高速运动；③在带电粒子运动的路径上设置使其突然减速的障碍物。
连续X射线一一带电粒子加速或减速运动时发生电磁场剧变，产生大量的电磁波具有连续的各种波长，形成连续X射线。
特征X射线一一当X射线管两端电压增高到与阳极靶材相应的某一特定值UK时，在连续谱某些特定波长位置上，会出现一系列强度很高、波长范围很窄、能表征阳极靶材的特征的线状光谱。
3、X射线谱的性质：（图P8）重点答：1）当提高管电压U时（i、Z不变），各波长X射线的强度一致提高，短波限入SWL和强度最大值对应的入m减小；2）当保持管电压一定，提高管电流I,各波长X射线强度一致提高，但入SWL和入m不变；3）在相同的管电压和管电流下，阳极靶材的原子叙述 Z 越高，连续谱的轻度越大，但 入SWL和入m 相同。
特征谱线的波长不受管电压、管电流的影响，只取决于阳极靶材元素原子序数。
4、X 射线与物质的相互作用（理解）图2.2 X 射线的产生及其物质的相互作用5、X 射线的应用:应用领域 可据快的信息冶金学 元素的定性，合金的成分设计材料的环境腐蚀---------------------- 1-1—I —I —1~~I —,----------------------日元素的定性，腐蚀产物的化学（就化）恋，腐憾it 程中表面成体内（探度葡折）的化学成分及 状杰的变化摩擦学精润刑的效应，表面保护除层的研究薄膜（多层膜）及粘合 薄膜的成分、化学眺志及厚度凰量，薄膜间的元素互妙敝,膜廛结合的细节，帖接时的化学 曳化催化科学 中间产物饷星定,活性物质的纸化鑫。
eshelby方法(一)
eshelby方法(一)eshelby1. 背景介绍eshelby是一种用于分析材料中的界面效应的方法。
它由费城大学的John D. Eshelby在20世纪50年代提出，并被广泛应用于材料科学研究领域。
eshelby方法是一种数学工具，通过分析材料中的一些基本力学问题，可以得到材料中各个点的位移、应变和应力。
2. 研究方法eshelby方法可以通过以下几种方式进行研究：数学推导eshelby方法的核心是通过数学推导来解决一些弹性力学问题。
通过建立适当的边界条件和约束条件，可以得到材料中各个点的应变场和应力场。
这种数学推导需要一定的数学基础和弹性力学知识。
数值模拟除了数学推导，还可以使用数值模拟的方法来研究eshelby问题。
数值模拟可以通过离散化材料的形状和力学性质，利用有限元或其他数值方法求解材料中各个点的位移、应变和应力。
这种方法可以得到更加精确的结果，但是计算量较大，需要使用计算机进行计算。
为了验证eshelby方法的正确性，人们还可以通过实验来进行验证。
例如，可以通过构造一些模型材料，并在实验室中进行材料力学性能的测试，与理论计算结果进行对比。
实验验证可以帮助人们更好地理解和应用eshelby方法。
3. 应用领域eshelby方法在材料科学研究领域有广泛的应用，主要应用于以下几个方面：材料界面分析eshelby方法可以用来分析材料中的界面效应。
材料界面是指不同组成或结构的材料之间的界面。
通过eshelby方法，可以研究材料界面对材料性能的影响，从而指导材料的设计和制备。
应力集中分析eshelby方法还可以用来分析材料中的应力集中现象。
应力集中是指材料中某个局部区域的应力远远高于周围区域的现象。
通过eshelby方法，可以计算出材料中应力集中区域的应力分布，并提供相应的解决方案。
材料缺陷研究eshelby方法还可以用来研究材料中的缺陷。
材料缺陷是指材料中存在的一些不完美或损伤，如裂纹、夹杂等。
材料研究分析方法(研究生)-XRD1.
X射线衍射分析
§1、X射线衍射基本原理
一、X射线衍射方向
衍射现象 Bragg衍 射条件 d q q
相位集中时 发生干涉相互增强
布拉格方程
2d sinθ = nλ
2d sinθ = nλ
d hkl 2( ) sin q n
（nh,nk,nl）的晶面与（hkl）面平行且面间距为
d hkl n
比较宽。这样，会引起相应散射峰的展宽及相邻
散射峰的叠加。因此，需要在光源与样品之间以 及样品与探测器之间放置相应的光学元件来实现 入射X射线束的准直和单色化。常用的准直器有 狭缝、准直镜、分析晶体等，在X射线范围内实
现单色化的常用光学元件主要是晶体单色器和多
层膜单色器等光学元件
（1）狭缝
在光源与样品之间放置一狭缝（图2），则入射光束的发 散角决定于光源尺寸S、狭缝宽度L以及光源与狭缝间 距离R，即有
由式（3）的简单关系得到的X射线能量分辨率，在远大 于晶体X射线衍射摇摆曲线本征宽度（Darwin宽度）D 条件下成立。若与D相当，则能量分辨率需通过考虑入 射线角分布与晶体X射线衍射摇摆曲线的卷积来得到， D为入射线衍射动力学理论完美晶体X射线衍射摇摆曲线 半高宽，满足以下关系：
D 2C Fh
Ï à ¹ Ø Ð Å Ï ¢ ¶ ¨Ð Ô · Ö Î ö E ¾ §Ì å ½ á ¹ Î ¢ ¾ §³ ß ´ ç ½ á ¾ §µ Ä Í ê Õ û Ð Ô £ ¨Ô × Ó /¾ §¸ ñ µ Ä Å Á Ð £ © ½ á ¾ §Ð Ô E Ô × Ó µ Ä È Õ ð ¶ ¯ ¾ §Ì å · ½ Î » µ Ä Æ « À ë £ ¨Ö ¯ ¹ E È ¡ Ï ò £ © ² Ð Ó à Ó ¦ Á ¦ ² â Ê Ô ½ á ¾ §¶ È » ¯ Ê ¸ ¾ ¶ · Ö ² ¼ º ¯ Ê ý (· Ç ¾ §Ö Ê µ Ä ½ á ¹ ½ â Î ö ) Ö Ü Æ Ú ½ á ¹ µ Ä ² ã µ þ Ö Ü Æ Ú ¡ Ï È ò Ð Ô ê Õ Í û Ð Ô Á £ ¾ ¶ ½ â Î ö ¡ ±Ä ¤µ Ä Ã Ü ¶ È E Ä ¤º ñ E ´ Ö ² Ú ¶ È
材料分析方法作业一
作业1、电子波有何特征？与可见光有何异同？答：·电子波特征：电子波属于物质波。
电子波的波长取决于电子运动的速度和质量，=h mv若电子速度较低，则它的质量和静止质量相似；若电子速度具有极高，则必须经过相对论校正。
·电子波和光波异同：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。
电子波的波长较短，其波长取决于电子运动的速度和质量，电子波的波长要比可见光小5个数量级。
另外，可见光为电磁波。
相同：电子波与可见光都具有波粒二象性。
补充：光学显微镜的分辨本领取决于照明光源的波长。
2、分析电磁透镜对电子波的聚焦原理，说明电磁透镜的结构对聚焦能力的影响。
聚焦原理：电子在磁场中运动，当电子运动方向与磁感应强度方向不平行时，将产生一个与运动方向垂直的力（洛仑兹力）使电子运动方向发生偏转。
在一个电磁线圈中，当电子沿线圈轴线运动时，电子运动方向与磁感应强度方向一致，电子不受力，以直线运动通过线圈；当电子运动偏离轴线时，电子受磁场力的作用，运动方向发生偏转，最后会聚在轴线上的一点。
电子运动的轨迹是一个圆锥螺旋曲线。
右图短线圈磁场中的电子运动显示了电磁透镜聚焦成像的基本原理：结构的影响：1）增加极靴后的磁线圈内的磁场强度可以有效地集中在狭缝周围几毫米的范围内；2）电磁透镜中为了增强磁感应强度，通常将线圈置于一个由软磁材料（纯铁或低碳钢）制成的具有内环形间隙的壳子里，此时线圈的磁力线都集中在壳内，磁感应强度得以加强。
狭缝的间隙越小，磁场强度越强，对电子的折射能力越大。
3）改变激磁电流可以方便地改变电磁透镜的焦距3、电磁透镜的像差是怎样产生的，如何消除和减少像差？像差有几何像差（球差、像散等）和色差球差是由于电磁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；为了减少由于球差的存在而引起的散焦斑，可以通过减小球差系数和缩小成像时的孔径半角来实现像散是由透镜磁场的非旋转对称而引起的；透镜磁场不对称，可能是由于极靴内孔不圆、上下极靴的轴线错位、制作极靴的材料材质不均匀以及极靴孔周围局部污染等原因导致的。
材料分析方法(cyh1)
二.采用此方法的缘由
1）每一种结晶物质都有各自独特的化学组成和晶体 结构。不会存在两种结晶物质，它们的晶胞大小、质 点种类和质点在晶胞中排列方式完全一致。 2）结晶物质有自己独特的衍射花样。（d、θ 和 I）; 3）多种结晶状的物质混合或共生时，它们的衍射花 样也只是简单叠加，互不干扰，相互独立。（混合物 物相分析）
λ —波长；
Filter—滤波片； Dia.—相机直径；
Cut off—相机或测角仪能测得的最大面间距；
Coll—光阑尺寸； I/I1—衍射强度的测量方法；
dcorr. abs.?—所测值是否经过吸收校正；
Ref—参考资料即所列资源的出处
(4)晶体学数据：
Sys.—晶系； S.G—空间群； a0、b0、c0（晶格常数），α 、β 、γ （晶轴夹角）—晶胞参数； A= a0/b0 ，C= c0 / b0 （轴率比）； Z—晶胞中原子或分子的数目； Ref—参考资料。
(7)物相的化学式和名称。 在化学式之后常有一 个数字和大写英文字母的组合说明。数字表示单 胞中的原子数； 英文字母表示布拉菲点阵类型：
C-简单立方； B-体心立方；F-面心立方；T-简单 正方； U-体心正方； R-简单菱方；H-简单六方；O-简 单斜方； Q-底心斜方； S-面心斜方；M-简单单斜；N底心单斜； Z-简单三斜。
第五章
物相分析及点阵参数精确测定
专业：材料加工工程 学号：2013030050 姓名：程耀华(CYH)
第一节 定性分析 引言
测定样品的元素组成有：化学分析，光谱分析，电子 探针分析等等方法。
但X射线物相分析却可以鉴别样品的物相。（物相：包 括纯元素，化合物和固溶体）
当样品是单纯的元素或者是其混合物组成时，X射线物 相分析指出的是元素，因为此时元素就是物相； 当元素相互组成化合物或固溶体时，测出的是化合物或 固溶体,而非它们的组成元素。
材料现代分析方法(1)
材料现代分析方法重点（彭美勋部分）名词解释部分1，石墨单色器与分光晶体石墨单色器：利用衍射方法过滤杂色X射线的晶体单色器，比较滤波片更有效的消除x射线背底。
2，明场像与暗场像明场像：在电子显微镜中，用透过样品的非散射电子以及在物镜孔径角区域内的散射电子的电子束对样品所形成的像暗场像：在电子显微镜中，仅利用透过样品的散射电子束对样品所形成的像。
3，质厚衬度与衍射衬度以及原子序数衬度质量衬度：由于样品不同微区间存在原子序数或厚度的差异而形成的衍射衬度：由样品各衍射束强度差异形成的衬度。
影响因素主要是晶体取向和结构振幅原子序数衬度：由于试样表面物质原子序数或化学成分差别而引起的衬度4，wds与edsWds：波谱仪Eds：能谱仪能谱仪的优点有：分析速度快，灵敏度高，谱线重复性好。
缺点有：能量分辨率低，峰背比低。
工作条件要求严格。
波谱仪的优点有：波长分辨率很高。
5，二次电子与背散射电子二次电子成：在单电子激发过程中被入射电子轰击出来的核外电子背散射电子成：被固体样品原子反射回来的一部分入射电子5.1，二次电子像与背散射电子像答：二次电子象：是表面形貌衬度，它是利用对样品表面形貌变化敏感的物理信号作为调节信号得到的一种象衬度背散射电子像：背散射电子像的形成，就是因为样品表面上平均原子序数Z大的部位而形成较亮的区域，产生较强的背散射电子信号；而平均原子序数较低的部位则产生较少的背散射电子，在荧光屏上或照片上就是较暗的区域，这样就形成原子序数衬度。
6，物相定性分析与物相定量分析物相定性分析：鉴定试样中各种组成的构成，包括的元素、根或官能团等的分析。
物相定量分析：测定试样中各种组分(如元素、根或官能团等)含量的操作。
6.1，单晶衍射和多晶衍射单晶衍射：每一个斑点对应一个衍射面多晶衍射：每一个圆环是一系列等间距的衍射面问答部分7，扫描电子显微镜与透射电子显微镜异同答：相同之处：都是电真空设备，使用绝大部分部件原理相同，例如电子枪，磁透镜，各种控制原理，消象散，合轴等等。
材料分析方法-1-4
一、 粉末照相法
7、衍射花样的测量和计算
原则：主要通过测量底片上衍射线条的相对位置计算θ 角，
确定各衍射线条的相对强度。
一、 粉末照相法
一、 粉末照相法
一、 粉末照相法
一般可将底片置于内有照明光源的底片测量 箱毛玻璃上，通过游标卡尺测量获得线对之 间的距离2L，且精度要达0.02-0.1mm。若需 精确测量时，则使用精密比长仪。
二、 X射线衍射仪
测角仪要求与Ｘ射线管的线焦斑连接使用，线焦斑的长边与 测角仪中心轴平行。 梭拉光阑由一组互相平行、间隔很密的重金属(Ta或Mo)薄片 组成，代表性尺寸为：长32mm，薄片厚0.05mm，薄片间距0.43mm。 安装时，要使薄片与测角仪平面平形。
二、 X射线衍射仪
（二）X射线探测器的工作原理 探测器是基于X射线能使原子电离的特性而制造的，原子可 以为气体(如正比计数器、盖革计数器)，也可以为固体(如闪烁计
一、 粉末照相法
（二）德拜法及德拜相机 德拜法：用单色X射线照射试样，圆环状底片与样品同轴安装 于圆筒相机內，试样位于圆筒中心样架上，获得衍射花样弧对。
一、 粉末照相法
一、 粉末照相法
（三）实验方法 1、底片的安装
一、 粉末照相法
2、试样的制备 试样的要求：试样必须具有代表性；其次试样粉末尺寸大小要适中，第三 是试样粉末不能存在应力。 1）脆性试样 ——打碎—研磨—过250-320目筛（10-3-10-5cm) — 制成 φ0.5×10 mm的圆柱试样。 2）韧性试样——锉削或碾磨—真空退火—制样 3）试样中微量相的分析——电解萃取—清洗—真空干燥—制样 4）试样制备的方法 a、在很细的 玻璃丝涂一层粘结剂，然后在粉末中滚动制成圆柱试样。 b、将粉末填充到硼酸锂玻璃、醋酸纤维、石英制成的毛细管中制成试样。 c、将用酒精调好的粉末填充到金属毛细管中、用铁丝推出一段作试样。 d、 金属丝、棒可直接作试样。
材料研究方法 第1章 绪论
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：
材料组织学研究方法及其应用分析
材料组织学研究方法及其应用分析材料组织学是指对材料内部微观结构进行观测和分析的学科。
它是材料科学的重要分支之一，是材料研究的基础。
材料组织学研究方法的不断更新和改进，促进了材料领域的进步和发展。
本文将探讨材料组织学研究方法及其应用分析。
一、光学显微镜光学显微镜是最常用的材料组织学仪器。
它通过可见光照射材料表面，观测样品内部的组织结构和物理性质。
光学显微镜的应用十分广泛，可以用于金属、陶瓷、塑料、纤维等材料的组织结构分析，并可以观测横截面、断口等断面的组织结构。
通过加热等特定条件，可以观察材料的相变、晶相转变等显微结构变化。
二、扫描电镜与光学显微镜不同，扫描电镜采用电子束照射样品表面，通过观测材料表面的形貌、结构、晶体等物理性质，达到对材料管结构的分析。
扫描电镜的分辨率比光学显微镜高得多，可以观察到几十到几百个纳米的细节，尤其适用于无定形、非晶态的材料和纳米材料的表面和内部结构分析。
通过扫描电镜还可以进行成像分析和微区组织分析等研究，可以获得关于微观结构、表面形貌、成分等方面的信息。
三、透射电镜透射电镜是一种用电子束显微技术观察材料内部结构的方法。
与扫描电镜不同，透射电镜通过样品的薄膜，观察样品的内部结构。
透射电镜可以分辨两个原子之间的距离和一些波长范围内的电子能级，对于金属、陶瓷和纤维等材料的组织结构分析具有显著的优势。
透射电镜广泛应用于材料科学研究中，常用于分析材料的形态、构成、晶界和晶格缺陷等方面，可以给出非常详细的信息和图像。
透射电镜的应用还可以继续推广，例如，快速凝固和退火的材料，低铸造处理的合金，以及生物材料和纳米颗粒。
四、X射线衍射仪X射线衍射仪主要用于材料内部结构的分析和晶体学研究。
X射线衍射仪可以检验物质内部重要的晶体结构和晶体性质特征。
它的应用范围十分广泛，常用于材料相对结构的分析、纯度的测定、晶体结构的表征等。
通过X射线衍射仪，还可以分析材料中的无定形相、非晶态相和非晶化转变和玻璃化转变等问题。
现代材料分析方法
现代材料分析方法现代材料分析方法是科学家们为了研究材料的性质和结构而开发的一系列技术和手段。
随着科学技术的进步，越来越多的先进分析方法被开发出来，使得人们能够更加深入地了解材料的特性和行为。
以下将介绍一些常见的现代材料分析方法。
1.X射线衍射（XRD）：X射线衍射是一种用于确定晶体结构的分析方法。
通过照射材料并观察衍射的X射线图案，可以推导出材料的晶格常数、晶胞结构以及晶体的取向和纯度等信息。
2.扫描电子显微镜（SEM）：SEM使用电子束来扫描样品表面，并通过捕获和放大反射的电子来产生高分辨率的图像。
SEM可以提供有关材料表面形貌、尺寸分布和化学成分等信息。
3.透射电子显微镜（TEM）：TEM使用电子束透射样品，并通过捕获透射的电子来产生高分辨率的图像。
TEM可以提供有关材料内部结构、晶体缺陷和晶界等信息。
4.能谱仪（EDS）：能谱仪是一种与SEM和TEM配套使用的分析设备，用于确定材料的元素组成。
EDS通过测量样品散射的X射线能量来识别和定量分析元素。
5.红外光谱（IR）：红外光谱是一种用于确定材料分子结构和化学键的分析方法。
通过测量材料对不同频率的红外辐射的吸收，可以确定样品的功能基团和化学结构。
6.核磁共振（NMR）：核磁共振是一种用于研究材料中原子核的分析方法。
通过利用材料中原子核的磁性质，可以确定样品的化学环境、分子结构和动力学信息。
7.质谱（MS）：质谱是一种用于确定材料中化合物和元素的分析方法。
通过测量材料中离子生成的质量-电荷比，可以确定样品的分子量、结构和组成。
8.热分析（TA）：热分析是一种通过测量材料对温度的响应来研究其热性质和热行为的方法。
常见的热分析技术包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析（TGA）和热膨胀分析（TMA）等。
9.表面分析（SA）：表面分析是一种研究材料表面化学成分和结构的方法。
常用的表面分析技术包括X射线光电子能谱（XPS）、扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）等。
1材料分析测试方法(X射线衍射部分)
1.2.2 特征 X 射线谱
对于一定元素的靶，当管电压小于某一限度时，只激发连续谱。随着管电压升高，X 射 线谱向短波及强度升高方向移动， 本质上无变化。 但当管电压升高到超过某一临界值 V 激 （如 对钼靶为 20 kV）后，强度分布曲线产生明显的变化，即在连续谱的几个特定波长的地方， 强度突然显著增大，如图 1-3 所示。由于它们的波长反映了靶材的特征，因此称之为特征 X 射线谱。 图 1-3 中两个强度特别高的峰称为钼的 K 系 X 射线，波长短的（ 0.063nm）为 K射线；波长长的 （0.071nm）是 K射线。K射线又可细分为 K1 和 K2 两条线，其波长相差约 0.004nm，K1 和 K2 线的 强度比约为 2∶1， K与 K线强度比约为 5∶1。 当用 原子序数较高金属作阳极靶时，除 K 系射线外，还 可以得到 L、M、N 等系的射线。K1 和 K2 线非常 接近，若不能分辨则简称 K线，其波长计算方法是 按 强 度 比 例 加 权 平 均 。 如 对 Mo 靶 ，
1.2 X 射线谱
X 射线谱指的是 X 射线的强度 I 随波长变化的关系曲线。X 射线强度大小由单位面积 上的光量子数决定。X 射线谱分两类，即连续 X 射线谱和特征 X 射线谱。
1.2.1 连续 X 射线谱
连续 X 射线是高速运动的电子被阳极靶突然阻止而产生的。它由某一短波0 开始直到 波长等于无穷大∞的一系列波长组成，如图 1-2 所示。 连续 X 射线谱具有如下 实验规律： 1. 增加 X 射线管电压 时，各种波长 X 射线的相对 强度一致增高， 最大强度的 X 射线波长m 和短波限0 变小； 2. 当管电压恒定，增加 管电流时，各种波长 X 射线 的相对强度一致增高，而 0 和m 大小不变； 3. 当改变阳极靶材元素 时，各种波长 X 射线的相对
材料分析方法总结
材料分析方法总结材料分析是一门重要的科学技术，它在工程、材料科学、地质学、化学等领域都有着广泛的应用。
在材料分析中，我们需要运用各种方法来对材料的成分、结构、性能进行分析，以便更好地理解和利用材料。
本文将对常见的材料分析方法进行总结，希望能够对相关领域的研究者和工程师有所帮助。
首先，光学显微镜是材料分析中常用的方法之一。
通过光学显微镜，我们可以观察材料的形貌、颗粒大小、晶粒结构等信息。
这对于金属、陶瓷、塑料等材料的分析都非常有帮助。
同时，透射电子显微镜和扫描电子显微镜也是常用的分析工具，它们可以提供更高分辨率的图像，帮助我们观察材料的微观结构。
除了显微镜，X射线衍射也是一种常用的材料分析方法。
通过X射线衍射，我们可以确定材料的晶体结构和晶格参数，从而了解材料的晶体学性质。
X射线衍射在材料科学、地质学和化学领域都有着广泛的应用，是一种非常有效的分析手段。
此外，光谱分析也是材料分析中常用的方法之一。
光谱分析包括紫外可见吸收光谱、红外光谱、拉曼光谱等，它们可以用于分析材料的组成、结构和性能。
光谱分析在材料科学、化学和生物学领域都有着重要的应用，是一种非常有力的分析工具。
在材料分析中，热分析也是一种常用的方法。
热分析包括热重分析、差热分析、热膨胀分析等，它们可以用于研究材料的热稳定性、热分解过程、相变行为等。
热分析在材料科学、化学工程和材料加工领域都有着广泛的应用，是一种非常重要的分析手段。
最后，表面分析也是材料分析中不可或缺的方法。
表面分析包括扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱等，它们可以用于研究材料的表面形貌、化学成分和电子结构。
表面分析在材料科学、电子工程和纳米技术领域都有着重要的应用，是一种非常有效的分析手段。
综上所述，材料分析是一门重要的科学技术，它涉及到多个领域的知识和技术。
在材料分析中，我们可以运用光学显微镜、X射线衍射、光谱分析、热分析和表面分析等方法来对材料进行分析，从而更好地理解和利用材料。
材料分析测试方法
材料分析测试方法材料分析测试方法是指通过一系列的实验和测试手段，对材料的成分、结构、性能等进行分析和评定的方法。
在工程领域和科学研究中，材料分析测试方法是非常重要的，它可以帮助我们了解材料的特性，指导材料的设计、制备和应用。
下面将介绍几种常见的材料分析测试方法。
首先，光学显微镜是一种常用的材料分析测试方法。
通过光学显微镜，我们可以观察材料的表面形貌、晶粒结构、孔隙分布等特征。
这对于金属、陶瓷、高分子材料等的分析非常有帮助，可以直观地了解材料的微观结构和性能。
此外，透射电镜和扫描电镜也是常用的材料分析测试方法，它们可以进一步放大材料的微观结构，观察材料的晶体形貌、晶界特征、颗粒大小等，为材料的分析提供更多的信息。
其次，化学分析是另一种重要的材料分析测试方法。
化学分析可以通过化学试剂与被测物质发生化学反应，从而确定材料的成分和含量。
常见的化学分析方法包括滴定法、显色反应法、火焰原子吸收光谱法等。
这些方法可以用于分析金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料等，对于材料的成分分析非常有帮助。
另外，热分析是一种通过加热材料，测量其在温度变化过程中物理性质和化学性质的变化来分析材料的方法。
常见的热分析方法包括热重分析、差热分析、热膨胀分析等。
这些方法可以用于分析材料的热稳定性、热分解特性、热膨胀系数等，对于材料的热性能分析非常有帮助。
最后，机械性能测试是评价材料力学性能的重要方法。
常见的机械性能测试方法包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、硬度测试等。
这些方法可以用于评价材料的强度、韧性、硬度等力学性能，对于材料的力学性能分析非常有帮助。
总之，材料分析测试方法是多种多样的，每种方法都有其特点和适用范围。
在实际工程和科学研究中，我们需要根据具体的材料类型和分析目的，选择合适的测试方法进行分析。
通过材料分析测试方法，我们可以全面了解材料的特性，为材料的设计和应用提供科学依据。
材料分析测试方法
材料分析测试方法1. 扫描电子显微镜 (Scanning Electron Microscopy, SEM): SEM通过照射材料表面并收集所产生的散射电子来观察材料的形貌和表面特征。
它能够提供高分辨率和高深度的表面图像，并且可以通过能谱分析来确定元素的分布情况。
2. 透射电子显微镜 (Transmission Electron Microscopy, TEM): TEM是一种在材料中传输电子束来观察材料的内部结构和晶体缺陷的技术。
它提供了更高分辨率的图像和更详细的结构信息，可以用来研究纳米材料、薄膜、合金和晶体等。
3. X射线衍射 (X-ray Diffraction, XRD): XRD可以通过照射材料表面或内部来观察和分析材料的结构和有序性。
通过测量X射线入射和出射角度的差异，可以确定材料中的晶格参数和晶体结构。
4. 热重-差热分析 (Thermogravimetric Analysis, TGA): TGA可以通过对材料在加热过程中的质量变化进行监测和分析，以确定其热稳定性、失重行为、热分解特性和热化学性质等信息。
同时，差热分析可以提供材料热量变化的信息。
5. 红外光谱 (Infrared Spectroscopy, IR): 红外光谱可以通过测量材料对红外辐射的吸收和散射来分析其分子结构、功能团和化学键。
通过红外光谱可以确定材料的组成和结构信息，并且可以应用于材料识别、质量控制和病理分析等领域。
6. 核磁共振 (Nuclear Magnetic Resonance, NMR): NMR通过对材料中的核磁共振信号进行测量和分析，可以了解材料的分子结构和化学环境。
NMR广泛应用于有机化学、化学物理学和生物化学领域，可以确定化学物质的结构、反应动力学和分子间相互作用等。
7. 拉伸试验 (Tensile Test): 拉伸试验是一种用来测量材料力学性能的常见方法。
通过施加拉伸力并测量拉伸过程中的载荷和变形，可以确定材料的屈服强度、抗拉强度、伸长率和断裂韧性等。
材料分析方法-1-课件
X射线照射到晶体物质时，将产生散射、干涉和衍射等现 象，与光线的绕射现象类似
X射线具有破坏杀死生物组织细胞的作用
27
第二节 X射线的产生及X射线谱
连续X射线和特征X射线
图1-2 X射线管结构示意图
图1-2所示的X射线管是产生 X射线的装置
SWL和强度最大值对应的波长m减小 当管电流 i 增大时，各波长X射线的强度均提高，但SWL
和m保持不变
随阳极靶材的原子序数Z 增大，连续X射线谱的强度提高，
但SWL和m保持不变
31
第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱
连续谱强度分布曲线下的面积即为连续 X 射线谱的总 强度，其取决于X射线管U、i、Z 三个因素
不能给出所含元素的分布
10
绪论
四、X射线衍射与电子显微镜
1. X射线衍射（XRD, X-Ray Diffraction） XRD是利用X射线在晶体中的衍射现象来分析材料的 相组成、晶体结构、晶格参数、晶体缺陷（位错等）、 不同结构相的含量以及内应力的方法。
t-ZrO2 ZrSiO
4
Intensity
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
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
1895年德国物理学家伦琴发现了 X射线，随后医学界将其 用于诊断和医疗，后来又用于金属材料和机械零件的探伤
材料结构分析的方法及应用
材料结构分析的方法及应用随着科技的不断发展，材料的种类也越来越多，其复杂的结构对于科学研究和应用带来了很大的挑战。
材料结构分析作为一种重要的研究手段，对于揭示物质的结构和性质、开拓新材料的领域具有重要意义。
一、X射线衍射法X射线衍射是一种最常用的材料结构分析方法。
它采用的是X射线与物质相互作用的结果，洛仑兹辉照和布拉格衍射是两个基本原理。
通过在材料上照射X射线，然后观察衍射图案，即可分析出材料的物理结构、晶态等信息。
X射线衍射法的应用非常广泛，尤其在材料研究领域。
它可以用来研究晶体结构、非晶态材料的同步辐射等方面。
此外，X射线衍射法还被广泛应用于无机材料、有机材料、生物材料等领域。
例如，通过X射线衍射确定了一些有机分子晶体中的分子排列方式，为寻找新型有机发光材料提供了重要参考。
二、电子显微学电子显微学是结构分析的重要手段之一。
它包括透射电子显微镜（TEM）、扫描电镜（SEM）等。
透射电子显微镜主要用于研究材料的晶体结构、微纤维结构等。
它通过电子束透过样品，观察电子束与样品交互作用的结果进行研究。
例如，透射电子显微镜可以研究金属晶体的晶格结构，同时还可以研究生物高分子颗粒的超振动结构。
扫描电镜则主要用于研究表面结构，具有比STM更高的分辨率。
扫描电镜通过电子束照射样品表面，检测表面反射的电子，通过衍射的信号分析表面各部分的几何形态和导电属性等信息。
它被广泛应用于纳米材料、光学材料和医学等领域。
三、质谱法质谱法是一种基于物质碎片分析的方法，适用于有机、无机、生物等复杂材料的分析。
当物质化学键受到破坏的时候，质谱仪可以将分子中的碎片分离并进行质谱分析，从而揭示分子的结构信息。
质谱法被广泛应用于材料研究、环保研究、新药研究等领域。
例如，谱学研究分析铝合金的原子结构以及其材料在高温下的热稳定性能；质谱法的应用也能够推进新药研究，新型药物的合成和筛选等领域。
四、近红外光谱法近红外光谱法是一种通过光谱分析的方法获取材料成分和结构信息的技术。
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。
材料分析方法 第一章 晶体学基础
A2
B2
A3
0
1/2
1
y
x
◆结论：若仅考虑晶面的空间方位，则A1 ，B1，A2，B2，…与A1，A2，A3，…一样， 均以晶面指数（010）标识 ◆若要考虑二者晶面间距的不同，则分别 用 (020) 和 (010) 标识，此即干涉指数．
z d010 d010/2 B1 A1 A3
A2
B2
0
1/2
1
3.晶体结构与空间点阵 ◆将空间点阵的阵点复原为结构基元，便 得到晶体结构，即： 晶体结构 = 空间点阵 + 结构基元．
NaCl结构
+
面心F点阵
0,0,0 1/2,0,0
=
Na+ Cl结构基元
◆注意：虽然空间点阵只有14种，但由 于结构基元是无穷尽的，因而晶体结构 也是无限的 (同一点阵因结构基元不同 形成多种结构)。
a* a
a* ┴ b, a* ┴ c, b* ┴ a, b* ┴ c, c* ┴ a, c* ┴ b, ∴ a*//(b×c)， a*= K(b×c) b*//(c×a)， b*= K(c×a) c*//(a×b)， c*= K(a×b) 又∵ a*· a = K(b×c)· a=1 而(b×c)· a 为正点阵晶胞体积V ∴ a*· a = KV = 1 ∴ K = 1/V
a
A
o b
y
x
(4) 将倒数按比例化为互质的整数, 并加圆括号: (111)
例2: 求点阵面 MSR的密勒指数
步骤如下:
(1) 建立坐标系 (2)截距 x=1/4, y=2/3, z=1/2 (3)倒数: 1/x = 4, 1/y =3/2, 1/z =2 (4)将倒数乘公因子2, 化为最小整数 (5)加圆括号: (834)
- 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)。
原材料 Row Materials
重要性:材料性能与其结构及其随时间的变化有关
材料科学二要素关系示意图
微观结构
宏观性能 抗压强度
重要性:材料性能与其结构及其随时间的变化有关
材料科学三要素关系示意图
合成与工艺制备
组成与结构
性能
滚压7.5min
滚压15min 滚压20min
PVC/EVAc接枝共聚物
所谓结构，是指材料系统内各组成单元之间的相互联 系和相互作用方式。
材料的结构从存在形式来讲，无非是晶体结构、非晶 体结构、孔结构及它们不同形式且错综复杂的组合或复 合。
从尺度上讲，又分为微观结构、亚微观结构、显 微结构和宏观结构等四个不同的层次。
材料结构的层次（按照观察用具或设备的分辨能力来划分）
广义：包括 技术路线 实验技术 数据分析
狭义：某一种测试方法，如： X射线衍射方法 电子显微术 红外光谱分析 核磁共振分析等
实验数据获取和 分析
二、材料结构和研究方法的分类
材料的组成和结构的测试方法有多种，应根据不同
的应用场合选择。其中显微术的选择又与材料的结构及 层次有关。
1、材料结构及其层次
水泥浆体
显微结构
骨料 宏观结构
内容: 研究材料的(亚)显微结构: 物相的种类、大小、形状和分
化学组成
晶体结构 形状
水泥混凝土
水泥浆体
骨料 宏观结构
内容: 研究材料的(亚)显微结构: 物相的种类、大小、形状和分
化学组成
晶体结构 形状
水泥混凝土
水泥浆体
骨料 宏观结构
内容: 研究材料的(亚)显微结构: 物相的种类、大小、形状和分
“形貌”是指组成相的形状、大小和分布。
2、研究方法的种类
（1）非图像分析法 衍射法： 中子衍射法 电子衍射法 X射线衍射法
（2）图像分析法： 显微术： 原子力显微术 扫描隧道显微术 场离子显微术等。
光学显微分析
热分析 偏光显微镜
差示扫描量热分析 差热分析
热机械分析 热重分析
UV
FTIR
Raman
宏观
成分 热效应 结构 形貌
材料测试研究平台
内容:
建筑结构
水泥浆体显微结构
聚氯乙烯分子结构
内容: 研究材料的(亚)显微结构: 物相的种类、大小、形状和分布
化学组成 晶体结构
形状
水泥浆体显微结构
聚氯乙烯分子结构
内容: 研究材料的(亚)显微结构: 物相的种类、大小、形状和分
化学组成
晶体结构 形状
水泥混凝土
韧性
重要性:材料性能与其结构及其随时间的变化有关
材料科学四要素关系示意图
使用效能
组成与结构
性能 合成与工艺制备
重要性:材料性能与其结构及其随时间的变化有关
➢ 探明关系 ➢ 指导工艺
（制备或生产）
➢ 开发材料
➢ 优化材料
材料科学五要素关系示意图
使用效能
组成与结构
性能
合成与工艺制备
环境协调性
材料研究方法定义
宏观
成分 热效应 结构 形貌
材料测试研究平台
流变仪 冻融循环仪 人工气候箱 声发射测定仪 红外热像仪 万能实验机
宏观
材料测试研究平台
X射线荧光光谱仪 X射线光电子能谱仪 等离子体真空扫描电镜 环境扫描电镜 透射电镜
综合热分析 多通道量热计
成分 热效应 结构 形貌
• NMR
扫描电镜 电子探针
X射线衍射分析
透射电镜
X射线荧光光谱仪
流变仪 冻融循环仪 人工气候箱 声发射测定仪 红外热像仪 万能实验机
红外/紫外光谱 凝胶渗透色谱仪 X射线衍射仪
激光粒度分析仪 压汞仪 比表面分析仪
综合热分析 多通道量热计
原子力显微镜 数字图像分析仪 低真空扫描电镜 环境扫描电镜 透射电镜
材料测试研究平台
X射线荧光光谱仪 X射线光电子能谱仪 等离子体发射光谱
流变仪 冻融循环仪 人工气候箱 声发射测定仪 红外热像仪 万能实验机
红外/紫外光谱 凝胶渗透色谱仪 X射线衍射仪
激光粒度分析仪
压汞仪
比表面分析仪
核磁共振
综合热激分光析拉曼光谱仪 多通道量热计
原子力显微镜 数字图像分析仪 低真空扫描电镜 环境扫描电镜 透射电镜
物相的光学性质
偏光显微镜 反光显微镜 干涉显微镜
亚显 微结 构
微观 结构
10200nm
< 10 nm
微晶集团 晶格点阵
界面形貌 晶体构造的位错缺陷
晶格点阵
扫描电镜 电子显微镜
扫描隧道电镜 场离子显微镜 高分辨电镜
材料结构的类型：
• 聚集态结构 气、液、固。固态中有晶态和非晶态。 物相结构：混合物、晶态、非晶态 显微结构：取向 空间位置分布：多组分、多相材料的均匀性
材料测试技术 （材料研究方法）
祁景玉编著 X射线结构分析 同济大学出版社 2003
马礼敦 编著 近代X射线多晶体衍射—实验技 术与数
据处理 化学工业出版社 2004
第一讲 绪论
一、材料研究的意义和内容
材料科学的主要任务是研究材料
研究的内容：组成
结构 性能
材料设计
材料的性能决定于： 组成 结构
宏观结构 显微结构 亚微观结构
肉眼的分辨率 光学显微镜的分辨率
微观结构
普通扫描电子显微镜 的分辨率
材料结构的层次
结构 层次
宏观 结构
物体 尺寸
> 100 m
研究对象
大晶粒、 颗粒集团
举例
断面结构、外观缺陷、 裂纹、空洞
研究方法
肉眼、放大镜、 实体显微镜
显微 结构
0.2100m
晶粒 多相集团
物相的形状、光学性质 大小、取向分布和结构
• 分子与晶体结构 基团结构 分子结构：相对分子量、相对分子质量分布、 支化度、交联度 晶体结构 构型与构象
• 电子结构
结构测定
“构造”是用来描述构成材料的组成矿物在空间分 布排列关系；
“织构”则是指组成矿物在空间做定向排列，使物 质具有特种性能的一类特殊的显微结构；
“细微结构”是矿物晶体颗粒自身的各项结构特征；
材料的组成结构又取决于： 材料的制备工艺 材料的使用条件
制备工艺对材料结构性能的影响 举例：
金属：浇铸、轧制 无机材料：水泥浆体的养护。 聚合物：PU橡胶、纤维、塑料、涂料等
重要性:材料性能与其结构及其随时间的变化有关
结构 Structure
性能 Property
复合材料
工艺 Technology
材料测试研究平台
流变仪 冻融循环仪 人工气候箱 声发射测定仪 红外热像仪 万能实验机
红外/紫外光谱 凝胶渗透色谱仪 X射线衍射仪
激光粒度分析仪
压汞仪
比表面分析仪
核磁共振
综合热激分光析拉曼光谱仪 多通道量热计
原子力显微镜 数字图像分析仪 低真空扫描电镜 环境扫描电镜 透射电镜
宏观
成分 热效应 结构 形貌