材料研究分析方法1
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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
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
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
• 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
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 等离子体发射光谱
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
综合热分析 多通道量热计
成分 热效应 结构 形貌
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
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
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
水泥浆体
显微结构
骨料 宏观结构
百度文库
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
• 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；
“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
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
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）
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
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
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
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
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
• 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
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 等离子体发射光谱
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
综合热分析 多通道量热计
成分 热效应 结构 形貌
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
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
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
水泥浆体
显微结构
骨料 宏观结构
百度文库
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
• 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；
“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
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
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）
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
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