功能无机材料课件材料的表征

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12Hale Waihona Puke Baidu
9/23/2020 1:47 AM
材料结构表征的基本方法
材料结构的表征目的:成分分析, 结构测定和形貌观察
材料组成分析（化学成分分析） 1. 元素组成 2. 化合物组成
材料亚微观结构分析（形貌分析） 微米或亚微米尺度，相层次结构
材料微观结构分析 0.1nm尺度，原子及原子组合层次结构
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材料结构与材料性能的关系
现代材料科学的发展在很大程度上依赖对材 料性能和其成分结构及微观组织关系的理解
什么是材料测试方法？
材料测试 ＝ 材料分析 ＝ 材料表征
获取有关材料的组成，结构 和性能等相关信息
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分子结构与聚集态结构 (XRD、 IR、XPS、 ASS)
子（400，000倍）
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材料结构分析
高分辨透射电子显微镜（HTEM） 场离子显微镜（FIM） 扫描隧道显微镜（STM） 原子力显微镜（SFM） X射线衍射分析（XRD） 小角X射线衍射分析（SAXS）
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材料结构分析—结果
第三章
材料的表征
讲授：赵宏滨
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材料的结构表征 热分析的分类与应用 形貌分析 表面分析 ☆ 结构分析
复习内容
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设计
热分析 制备
材料研究
材料设计的重要依据
表征
成分分析 结构测定 形貌观察
材料制备的实际效果必须通过材料结构分析的检验 因此可以说，材料科学的进展极大的依赖于对材料结构分析表征的水平。
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材料测试方法的概念与分类
主动式（含激发源式材料测试方法）
激发源
（电磁波，粒子束，电场，磁场，热，力等）
数据采 集处理
材料
与组成，结构，性能 等相关的某种响应
响应的传感与变换
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材料测试方法的概念与分类
被动式（无激发源式材料测试方法）
硅纳米线
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材料结构分析-直接法
五次对称性镍钛准晶的高分辨电子显微像
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材料结构分析-直接法
扫描隧道显微分析拍摄的硅片上的单个原子图像
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材料结构分析-间接法
材料结构分析
X射线衍射 电子衍射 中子衍射 γ射线衍射 穆斯堡尔谱 扩展X射线吸收谱（EXAFS） 热分析（TG、TA、DSC）
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材料形貌分析
➢ 光学显微镜 ➢ 光学干涉仪 ➢ 激光散射谱 ➢ 扫描电子显微镜 ➢ 透射电子显微镜
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形貌分析的图例
昆虫标本（500倍）
螺旋形碳管（9，157倍）
化学方法生长的ZnO纳米阵列 担载Pt金属颗粒的纳米碳粒
（100，000倍）
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材料微观分析技术的选择
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A. 直接获得有关材料物理、化学性能等固 有信息，如尺寸大小、状态、重（质） 量、颜色、形状、运动情况等等；
B. 亦可根据材料物理、化学性能的差异间 接推断材料的组成和结构信息，如色谱 分析法、原子力显微分析等。
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材料微观分析技术绪论
材料研究与微观分析技术
宏观上的性能测试和微观上的组成与结构表征，这 两个方面构成了材料的检测评价技术
抗冲击性
压缩性
动态力学性质
模量
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结构与性能的关系
电子结构，原子结构和化学键决定了材料的固有性质
传统的“炒菜”法
新材料 开发方法
发展方向 材料设计
所谓材料设计，就是根据对材料的组成、微结构与性能关系 的认识（“炒菜”经验＋材料微观分析），按指定性能“定
做”新材料，按生产要求“设计”最佳的制备和加工方法。
材料化学成分分析1
元素组成分析方法
传统的化学分析技术 电子探针X射线能谱显微分析 原子光谱（吸收、发射、荧光） 质谱与二次离子质谱 核磁共振 电子自旋共振 光电子与俄歇电子能谱
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材料化学成分分析2
化合物组成分析方法
传统的化学分析技术 分子吸收光谱（紫外—可见吸收光谱） 分子振动光谱（红外、拉曼光谱） 分子发射光谱（荧光光谱） 气相、液相、凝胶色谱
材料设计的重要依据来源于对材料的微观组成和结 构分析
材料制备的实际效果必须通过材料微观分析的检验
材料科学的进展极大地依赖于对材料进行微观分析 表征的技术水平
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回顾材料研究的四大要素？
现代材料科学的发展在很大程度上依赖对材料性 能和其成分结构及微观组织关系的理解
合成与加工
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材料结构分析-间接法
五次对称性镍钛准晶的高分辨电子显微像与电子衍射斑点
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材料结构分析-间接法
CVD方法制备的氧化镓纳米带（A）与纳米片（B）的透射电镜 与选区电子衍射分析
电子衍射证实了这些纳米相为单斜晶系 的Ga2O3单晶
硅纳米线的不同形貌 (a)呈直线或弯曲状态，(b)呈螺旋结构，
(c)呈辫子结构
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材料结构分析-直接法
硅纳米线的显微结构 高分辨电子显微像（HTEM）
(a)［111］带轴的硅纳米线的单晶 结构，它的生长方向为［112］
(b)存在高阶孪晶的硅纳米线 (c)具有堆垛层错和孪晶等缺陷的
结
构
固
和
有
成
性
分
质
使用性能
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材料的性质
化学组成
微观结构 相结构
化 晶粒尺寸 物
学
及分布
理
性 耐腐蚀性 性 质 杂质含量 质
结晶度分
子量及分
布
立体结构
晶体结构 空隙度
熔点 热性质
磁性质 力 光学性质 学 电学性质 性 重力性质 质
拉伸性 韧性
延展性 疲劳度
硬度 蠕变性 延伸性
热性能 (TGA,DSC)
材料测试 与表征
力学、流变性能
万能材料试验机 冲击试验机，流变仪
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表面与界面 (SEM、TEM、AFM SPM)
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材料测试方法的概念与分类
材料测试方法如何分类？
从功能上讲，可分为组成测试，结 构测试和性能测试三种方法
从技术上讲，材料测试方法可以分 成两类：主动式和被动式
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