功能无机材料课件 材料的表征
合集下载
无机非金属类功能材料简介-PPT课件
化物晶体 这类晶体熔点较低，易于生长单晶， 是早期研究的激光晶体材料，如CaF2，BaF2，SrF2， LaF3，MgF2等。但是，它们大多要在低温下才能工 作。所以现在较少应用。 2) 含氧金属酸化物晶体 这类材料是较早研究的激 光晶体材料之一，均以三价稀土离子为激活离子，如 CaWO4，CaMnO4，LiNbO4，Ca(PO4)3F等。 3) 金属氧化物晶体 这类晶体如Al2O3，Y3Al5O12， Er2O3，Y2O3等，掺入三价过渡族金属离子或三价稀 土离子构成激光晶体，应用较广，研制最多。掺杂时 不需电荷补尝，但它们的熔点均高，制取优质单晶都 较困难。
*
当光入射到由大量粒子所组成的系统时，光的吸收、
自发辐射和受激辐射三个基本过程是同时存在的。在
热平衡状态，高能级上的粒子数总是小于低能级上的
粒子数，产生激光作用的必要条件是使原子或分子系
统的两个能级之间实现粒子数反转。
★
1．激活离子
固体激光器材料
固体激光工作物质要在基质晶体中掺入适量的激 活离子。激活离子的作用是在固体中提供亚稳态能 级，由光泵作用激发振荡出一定波长的激光。目前 激活离子来自三价和二价的铁系、镧系和锕系元素。 激光的波长是由激活离子的种类决定的。
第三章 无机非金属类功能材料简介
3.1 光学材料简介
3.1.1 概述 材料的光学性质是光与材料的相互作用而使材料所 表现出的特性。如果光与材料相互作用的光强较弱， 场强的线性项起作用，光与材料的相互作用就产生各 种线性光学效应。如吸收、反射、全反射、透射、折 射、色散、散射以及各种现象中有关光偏振态改变的 效应等。这种利用线性光学效应传输光线的材料为光 学介质材料(optical medium materials)。
* 光导纤维种类繁多，
*
当光入射到由大量粒子所组成的系统时，光的吸收、
自发辐射和受激辐射三个基本过程是同时存在的。在
热平衡状态，高能级上的粒子数总是小于低能级上的
粒子数，产生激光作用的必要条件是使原子或分子系
统的两个能级之间实现粒子数反转。
★
1．激活离子
固体激光器材料
固体激光工作物质要在基质晶体中掺入适量的激 活离子。激活离子的作用是在固体中提供亚稳态能 级，由光泵作用激发振荡出一定波长的激光。目前 激活离子来自三价和二价的铁系、镧系和锕系元素。 激光的波长是由激活离子的种类决定的。
第三章 无机非金属类功能材料简介
3.1 光学材料简介
3.1.1 概述 材料的光学性质是光与材料的相互作用而使材料所 表现出的特性。如果光与材料相互作用的光强较弱， 场强的线性项起作用，光与材料的相互作用就产生各 种线性光学效应。如吸收、反射、全反射、透射、折 射、色散、散射以及各种现象中有关光偏振态改变的 效应等。这种利用线性光学效应传输光线的材料为光 学介质材料(optical medium materials)。
* 光导纤维种类繁多，
材料表征技术ppt课件
1.空间点阵
F1-8空间点阵
30
莫塞莱定律
X射线荧光光谱分析和电子探针微区成分分 析的理论16 K射线的双重线
W靶: 0.0709nm 0.0714nm
K波长=？ 加权平均
32
产生特征（标识）X射线的根本原因：内层电子的跃迁 • 激发源：高速电子、质子、中子、 X射线; • 每种元素都有特定波长的标识X射线：X射线光谱分析的原理
indexing, structure refinement and ultimately structure solving • Degree of orientation of the crystallites: texture analysis. • Deformation of the crystallites as a result of the production process: residual stress
• 要求与目标 正确选择方法、制订方案、分析结果 为以后掌握新方法打基础
• 课程安排
10
第一章 X射线的性质
• •1.1 引言 • •1.2 X射线的本质 • •1.3 X射线的产生及X射线管 • •1.4 X射线谱 • •1.5 X射线与固体物质相互作用
11
第一章 X射线的性质 1.1 引言
• 1895， （德，物）伦琴发现X射线 • 1912，（德，物）劳厄发现X射线在晶体 中的衍射
T2-15 特征X射线谱及管电压对特征谱的影响
27
特征X射线产生：能量阈值
EnRn2h(cZ)2
hn2 n1 En2 En1
激发--跃迁--能量降低
KL LK
辐射出来的光子能量
KL hh/c
激发所需能量--与原子核的结合能Ek
无机材料物理性能PPT课件
电子位移极化
弹性模型 +e
-e
建立牛顿方程： ma= -kx - eEoe it 电偶极矩： = -ex= Eoe it{1/[(k/m)o2－ 2]}e2/m 弹性振子的固有频率 ： o=(k/m)1/2 有： = e Eloc 得：
动态
e
e2 m
2 0
1
2
静态
e2 e2
e
m2 0
k
电子位移极化
+ 空腔表面上的电荷密度： －P cos 绿环所对应的微小环球面的表面积dS:
dS=2rsin rd dS面上的电荷为： dq= －P cosdS
根据库仑定律：dS面上的电荷作用在球心单位正电 荷上的P方向分力dF：
dF= －（－PcosdS/4o r2 ) cos
由 qE=F
1×E=F E=F
有立方对称的参考点位置，如果所有原
子都可以用平行的点型偶极子来代替，
则E3 =0。
Eloc=E外+E1+P /3o=E+P /3o
克劳修斯一莫索蒂方程
根据
D= o E+P
得
P =D－ o E=（ 1－ o ） E
= o （ r－ 1） E
由
Eloc=E外+E1+P /3o=E+P /3o
=E+ o （ r－ 1） /3o
对具有两 种以上极化质点的介质，上式变为：
r r
1 2
1
3 0
nkk
k
三、介质的总极化
第一种，位移极化： 位移式极化------弹 性的、瞬间完成的、不消耗能量的极化。
第二种，松弛极化：该极化与热运动有 关，其完成需要一定的时间，且是非弹 性的，需要消耗一定的能量。
《无机功能材料》PPT课件
TiOR+HOTi → TiOTi+ROH 溶剂化反应：Ti(OR) 4 +mR’OH → Ti(OR)(4-m)(OR’)m+mROH 2.2.3 沉淀法 (1)直接沉淀法 一般以硫酸氧钛为原料，用氨水为沉淀剂，沉淀出TiO (OH)2，然后经过滤、 干燥，高温热处理分解即可制得纳米TiO2，该法设备工艺简单，技术要求不 高，成本低，但沉淀洗涤困难，制得的纳米TiO2的粒度分布较宽，易引入杂 质。
但是，由于TiO2本身禁带宽，产生的电子-穴 对不仅极易复合而且寿命较短，光响应范围较窄，
使光催化活性受到了一定的限制，且利用的光谱 范围受到一定的限制。影响TiO2光催化活性的因 素很多，例如TiO2粒子的晶型、粒径、表面形态 等，实验表明，锐钛型纳米TiO2较金红石型纳米 TiO2具有更高的催化效率。为了改善TiO2 光催化 活性，提高光催化效率，有关TiO2 微粒的制备方 法、掺杂金属离子、掺杂有机染料、催化剂载体、
❖1.2 光催化性
纳米TiO2是一种n型半导体材料，禁带宽度较 宽， ，当它吸收了波长小于或等于387.5nm的光 子后，价带中的电子就会被激发到导带，形成带 负电的高活性电子e-,在价带上产生带正电的空穴 h+。吸附在TiO2 表面的氧俘获电子形成·O2-空穴 则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有强 氧化性的·OH，反应生成的原子氧、氢氧自由基 都有很强的化学活性，氧化降解大多数有机污染 物。同时空穴本身也可夺取吸附在半导体表面的 有机物质中的电子，使原本不吸收光的物质被直 接氧化分解。
纳米TiO2 的制备
气相法
物理气相沉积法 、化学气相沉积 法
液相法
胶溶法 、溶胶-凝胶法 、 沉淀法 、微乳液法 、中和水解法
但是，由于TiO2本身禁带宽，产生的电子-穴 对不仅极易复合而且寿命较短，光响应范围较窄，
使光催化活性受到了一定的限制，且利用的光谱 范围受到一定的限制。影响TiO2光催化活性的因 素很多，例如TiO2粒子的晶型、粒径、表面形态 等，实验表明，锐钛型纳米TiO2较金红石型纳米 TiO2具有更高的催化效率。为了改善TiO2 光催化 活性，提高光催化效率，有关TiO2 微粒的制备方 法、掺杂金属离子、掺杂有机染料、催化剂载体、
❖1.2 光催化性
纳米TiO2是一种n型半导体材料，禁带宽度较 宽， ，当它吸收了波长小于或等于387.5nm的光 子后，价带中的电子就会被激发到导带，形成带 负电的高活性电子e-,在价带上产生带正电的空穴 h+。吸附在TiO2 表面的氧俘获电子形成·O2-空穴 则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有强 氧化性的·OH，反应生成的原子氧、氢氧自由基 都有很强的化学活性，氧化降解大多数有机污染 物。同时空穴本身也可夺取吸附在半导体表面的 有机物质中的电子，使原本不吸收光的物质被直 接氧化分解。
纳米TiO2 的制备
气相法
物理气相沉积法 、化学气相沉积 法
液相法
胶溶法 、溶胶-凝胶法 、 沉淀法 、微乳液法 、中和水解法
《材料结构的表征》课件
《材料结构的表征》PPT 课件
欢迎来到《材料结构的表征》PPT课件！本课程将介绍材料结构的不同表征 方法，包括X射线衍射、电子显微镜技术、原子力显微镜技术等。
1. X射线衍射
1 原理
X射线通过物质后发生衍 射，通过分析衍射图案来 确定物质结构。
2 应用
X射线衍射广泛应用于晶 体学、材料科学等领域， 可用于分析晶体结构和晶 格参数。
原理
通过测量物质对不同波长的红外辐射的吸收、发射或散射，来确定物质的成分和结构。
应用
红外光谱广泛应用于化学、材料科学等领域，可用于鉴定化合物和分析有机物的功能基团。
示例
通过红外光谱可以鉴定食品中的添加剂，如防腐剂、甜味剂等。
5. 核磁共振
原理 应用 示例
核磁共振通过测量物质中原子核的能级跃迁和自 旋相互作用，得到原子核的谱线信息。
通过测量束缚与散射电子的能量 分布，研究材料表面的次表面组 分。
在湿润、低真空等环境下观察样品的显微结构。
3. 原子力显微镜技术
ห้องสมุดไป่ตู้
扫描隧道显微镜（STM）
原子力显微镜（AFM）
磁力显微镜
利用针尖与样品之间的隧道效应， 实现原子级别的表面成像。
通过感知样品表面的原子力变化， 实现高分辨率的微观成像。
利用样品表面的磁场分布，观察 磁性材料的磁场图像。
4. 红外光谱
3 示例
通过X射线衍射技术可以 确定金属合金中不同相的 含量和相间距离。
2. 电子显微镜技术
1
扫描电子显微镜（SEM）
利用射出的电子束与样品表面的相互作用，获取高分辨率的表面形貌信息。
2
透射电子显微镜（TEM）
通过射入样品的电子束与样品内部的相互作用，获取材料的内部结构信息。
欢迎来到《材料结构的表征》PPT课件！本课程将介绍材料结构的不同表征 方法，包括X射线衍射、电子显微镜技术、原子力显微镜技术等。
1. X射线衍射
1 原理
X射线通过物质后发生衍 射，通过分析衍射图案来 确定物质结构。
2 应用
X射线衍射广泛应用于晶 体学、材料科学等领域， 可用于分析晶体结构和晶 格参数。
原理
通过测量物质对不同波长的红外辐射的吸收、发射或散射，来确定物质的成分和结构。
应用
红外光谱广泛应用于化学、材料科学等领域，可用于鉴定化合物和分析有机物的功能基团。
示例
通过红外光谱可以鉴定食品中的添加剂，如防腐剂、甜味剂等。
5. 核磁共振
原理 应用 示例
核磁共振通过测量物质中原子核的能级跃迁和自 旋相互作用，得到原子核的谱线信息。
通过测量束缚与散射电子的能量 分布，研究材料表面的次表面组 分。
在湿润、低真空等环境下观察样品的显微结构。
3. 原子力显微镜技术
ห้องสมุดไป่ตู้
扫描隧道显微镜（STM）
原子力显微镜（AFM）
磁力显微镜
利用针尖与样品之间的隧道效应， 实现原子级别的表面成像。
通过感知样品表面的原子力变化， 实现高分辨率的微观成像。
利用样品表面的磁场分布，观察 磁性材料的磁场图像。
4. 红外光谱
3 示例
通过X射线衍射技术可以 确定金属合金中不同相的 含量和相间距离。
2. 电子显微镜技术
1
扫描电子显微镜（SEM）
利用射出的电子束与样品表面的相互作用，获取高分辨率的表面形貌信息。
2
透射电子显微镜（TEM）
通过射入样品的电子束与样品内部的相互作用，获取材料的内部结构信息。
无机材料化学(第7讲).ppt
感应-作用物理量的关系与材料性能
作用 感应 物理量 物理量 关 系 式
材料内部 的变化
材料性能 性能种类
应力
温差 t
形变
表面电 荷密度
D
形变
=S
D=C = t
原子发生 相对位移
原子发生相对 位移引起偶极 矩变化 原子发生位移
热量 Q Q=Ct 原子振动加强
温差电 V= t 载流子定向
动势V
激光作用。 声学性质：声吸收(反射、透射)、吸声系数、降噪系数。
化学性能：指材料对外界接触物的耐受性，即化学稳定性。
主要包括：材料的耐腐蚀性、耐酸性和耐热性。
耐腐蚀性：指材料抵抗大气和弱腐蚀介质(如水、水蒸汽) 腐蚀的能力。
耐酸性：指材料抵抗腐蚀介质(如酸、碱和盐溶液)腐蚀的 能力。
耐热性：包括材料的抗氧化性和热强性。 抗氧化性：指材料在高温或受热情况下抵抗气体氧化 腐蚀的能力； 热 强 性： 指随温度升高，材料保持其强度的能力。
温度一定，频率一定，与各频率对应的声子数目也一定； 温度变化，频率变化，与各频率对应的声子数目也发生
相应变化。
由N个原子构成的体系，就有3N 个振动频率，因此 格波是多频率振动的组合波。其中：
振动频率低的质点，彼此间位相差不大，相邻质点振动 方向相同，其振动称为“声频支振动”； 振动频率高的质点，彼此间位相差大，相邻质点振动方 向相反，其振动称为“光频支振动”。
相邻原子间振动的非简谐性使其作用力 并不是简单地与位移成正比。 在平衡位置r0两侧的合力曲线斜率并不 相等。 由于受力不平衡，原子振动时的平均位 置就不在r0处，而是右移使相邻原子平 均距离增大。
质点间引力--斥力曲线和位能曲线
振动位能曲线
无机材料物理性能第5讲-33页PPT精品文档
型、磁铅石型、钙钛矿型、钛铁矿型 和钨青铜型等6种
铁氧体的磁性与结构
尖晶石型铁氧体
所有的亚铁磁性尖晶石几乎都是反型的 阳离子出现于反型的程度，取决于热处理条件 锰铁氧体约为80％正型尖晶石，这种离子分布随热
处理变化不大
铁氧体磁性材料：反尖晶石结构
M 2 O 2 (F3 e )2(O 2 )3
M2+---Ni2+、Co2+、Cu2+,亦可是Mn、Mg混合
铁氧体的磁性与结构
亚铁磁性
由于铁氧体内总是含有两种或两种以上 的阳离子，这些离子各具有大小不等的 磁矩，反向占位的离子数目也不相同， 因此晶体内由于磁矩的反平行取向而导 致的抵消作用通常并不一定会使磁性完 全消失而变成反铁磁体，往往保留了剩 余磁矩，表现出一定的铁磁性，这称为 亚铁磁性或铁氧体磁性 。
生产上为了获得高磁导率的磁性材料， 一方面要提高材料的Ms值，这由材料的 成分和原子结构决定；
另一方面要减小磁化过程中的阻力，这 主要取决于磁畴结构和材料的晶体结构。
铁氧体磁性材料
软磁材料(Soft
Magnetic Materials) 磁材料适合于交变磁 场的器件，如变压器 的铁芯，这时，铁芯 的发热量少。此外， 还可用于电机和开关 器件（磁导体）
Fx
VM B X
V为样品的体积,若外磁场已知， 则M可由力的侧定计算出。
物质磁性的本质
电子的磁矩
电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成 物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而
是主要由自旋磁矩引起 孤立原子的磁矩决定于原子的结构 某些元素具有各层都充满电子的原子结构，
其电子磁矩相互抵消，因而不显磁性
J m B
铁氧体的磁性与结构
尖晶石型铁氧体
所有的亚铁磁性尖晶石几乎都是反型的 阳离子出现于反型的程度，取决于热处理条件 锰铁氧体约为80％正型尖晶石，这种离子分布随热
处理变化不大
铁氧体磁性材料：反尖晶石结构
M 2 O 2 (F3 e )2(O 2 )3
M2+---Ni2+、Co2+、Cu2+,亦可是Mn、Mg混合
铁氧体的磁性与结构
亚铁磁性
由于铁氧体内总是含有两种或两种以上 的阳离子，这些离子各具有大小不等的 磁矩，反向占位的离子数目也不相同， 因此晶体内由于磁矩的反平行取向而导 致的抵消作用通常并不一定会使磁性完 全消失而变成反铁磁体，往往保留了剩 余磁矩，表现出一定的铁磁性，这称为 亚铁磁性或铁氧体磁性 。
生产上为了获得高磁导率的磁性材料， 一方面要提高材料的Ms值，这由材料的 成分和原子结构决定；
另一方面要减小磁化过程中的阻力，这 主要取决于磁畴结构和材料的晶体结构。
铁氧体磁性材料
软磁材料(Soft
Magnetic Materials) 磁材料适合于交变磁 场的器件，如变压器 的铁芯，这时，铁芯 的发热量少。此外， 还可用于电机和开关 器件（磁导体）
Fx
VM B X
V为样品的体积,若外磁场已知， 则M可由力的侧定计算出。
物质磁性的本质
电子的磁矩
电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成 物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而
是主要由自旋磁矩引起 孤立原子的磁矩决定于原子的结构 某些元素具有各层都充满电子的原子结构，
其电子磁矩相互抵消，因而不显磁性
J m B
功能无机材料课件材料的表征
*
材料微观分析技术绪论
材料研究与微观分析技术
*
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
3
1
2
4
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
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
*
回顾材料研究的四大要素？
*
第三章 材料的表征
BRAND PLANING
讲授：赵宏滨
*
形貌分析
表面分析 ☆
复习内容
结构分析
材料的结构表征
热分析的分类与应用
01
品牌介绍
02
产品展示
制备
表征
设计
材料研究
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。
热分析
材料制备的实际效果必须通过材料结构分析的检验
材料设计的重要依据
材料设计
传统的“炒菜”法
新材料 开发方法
发展方向
电子结构，原子结构和化学键决定了材料的固有性质
*
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
元素组成 化合物组成 材料亚微观结构分析（形貌分析）
材料组成分析（化学成分分析）
材料微观结构分析 1nm尺度，原子及原子组合层次结构
*
岩石磨损工具
显微成像仪
穆斯堡尔分光光度计
阿尔法粒子Ｘ射线分光计
*
材料微观分析技术的应用
*
材料微观分析技术的应用
*
材料微观分析技术的应用
*
*
材料微观分析技术的应用
材料微观分析技术绪论
材料研究与微观分析技术
*
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
3
1
2
4
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
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
*
回顾材料研究的四大要素？
*
第三章 材料的表征
BRAND PLANING
讲授：赵宏滨
*
形貌分析
表面分析 ☆
复习内容
结构分析
材料的结构表征
热分析的分类与应用
01
品牌介绍
02
产品展示
制备
表征
设计
材料研究
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。
热分析
材料制备的实际效果必须通过材料结构分析的检验
材料设计的重要依据
材料设计
传统的“炒菜”法
新材料 开发方法
发展方向
电子结构，原子结构和化学键决定了材料的固有性质
*
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
元素组成 化合物组成 材料亚微观结构分析（形貌分析）
材料组成分析（化学成分分析）
材料微观结构分析 1nm尺度，原子及原子组合层次结构
*
岩石磨损工具
显微成像仪
穆斯堡尔分光光度计
阿尔法粒子Ｘ射线分光计
*
材料微观分析技术的应用
*
材料微观分析技术的应用
*
材料微观分析技术的应用
*
*
材料微观分析技术的应用
无机材料的合成与表征方法
无机材料的合成与表征方法无机材料是指不含碳的化合物、非金属元素、金属、非晶相以及诸如玻璃、陶瓷、金属玻璃等无机非金属材料，是材料科学中的一个重要分支。
随着科技的不断发展，无机材料的应用范围也越来越广泛。
然而，在无机材料的研究中，如何进行有效的合成和表征成为了重中之重。
本文将介绍无机材料的合成与表征方法。
一、无机材料的合成无机材料的合成方法主要分为两类，即固相法和液相法。
固相法试样通常是由固态反应生成，主要是通过同温下或变温下反应制备，原料粒度通常要求较细。
而液相法通常需在溶液中进行反应，反应物质量通常随着溶液浓度的提高而增大。
1. 固相法固相法一般分为化学气相沉积（CVD）、化学转化法（CT）、水热法、固态反应和高温熔融法等。
其中，CVD是通过在恒温恒压下使气体反应产生相应的化合物并在表面上沉积；CT是利用反应物之间的化学反应生成想要的目标物质，通常需要较高的温度；水热法是在高温高压水热条件下，通过反应物之间关于水分子的作用发生反应，并得到目标产物；固态反应一般是由固态反应物在恒温下反应生成所需材料；高温熔融法是将反应物熔融后，通过快速冷却形成相应的无机材料。
2. 液相法液相法主要有溶胶-凝胶法、水热合成法、溶液法和沉淀法。
其中，溶胶-凝胶法是在低浓度溶液中，通过一系列的反应过程使反应物固化成凝胶体，再通过热处理、热解或其他气相处理使凝胶转化成所需材料；水热合成法是在水热反应锅中，通过反应物在高温高压水溶液中发生反应制备所需产物；溶液法是在高浓度溶液中进行反应，并获得所需无机材料；沉淀法是由沉淀反应或氧化沉淀反应生成所需材料。
二、无机材料的表征无机材料的表征也分为许多种，常见的方法有：电子显微镜（SEM）、扫描探针显微镜（SPM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、测量比表面积（BET）和热重分析（TGA）等。
1. SEMSEM是基于扫描电子显微镜原理的显微镜，可在大范围内观测无机材料表面形貌和分布等特征。
《功能材料概论》课件
详细描述
固相反应法通常涉及将固体原料混合 、研磨并在高温或高压下进行反应。 该方法具有操作简单、设备成本低等 优点，但反应时间较长，且不易控制 产物成分和纯度。
化学气相沉积法
总结词
化学气相沉积法是一种利用气态化学反应在固体表面沉积功能材料的方法。
详细描述
化学气相沉积法通过将气态反应剂引入反应室，在基体表面发生化学反应并形 成固态沉积物。该方法可制备出高纯度、高致密度的功能材料，但设备成本较 高，且工艺参数较难控制。
固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池是一种高温燃料电池，其工作原理 是利用氢气、天然气或生物质等燃料和氧气反应产生电 能。固体氧化物燃料电池具有高效率和低污染等优点。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
《功能材料概论》课件
目录
• 功能材料的分类与特性 • 功能材料的制备技术 • 功能材料的性能与应用 • 功能材料的未来发展与挑战 • 案例分析：功能材料在新能源领域的应用
01 功能材料的分类与特性
金属ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能材料
金属功能材料是指具有特殊物理或化 学性能的金属材料，如导电性、超导 性、磁性、热敏性等。
磁学性能与应用
总结词
功能材料的磁学性能是指其在磁场作用下的性质和行为，包括磁导率、磁化强度、磁致伸缩等。
详细描述
磁导率是指材料对磁场的导磁能力，磁化强度是指材料在磁场作用下的磁化程度，磁致伸缩是指材料 在磁场作用下尺寸发生变化的性质。这些磁学性能在磁记录、磁流体、磁悬浮等领域有着广泛的应用 ，如硬盘、磁带、磁传感器等。
功能材料的环境友好性
总结词
随着环保意识的日益增强，功能材料的环境友好性成 为研究重点，通过降低材料的环境负荷，实现可持续 发展。
固相反应法通常涉及将固体原料混合 、研磨并在高温或高压下进行反应。 该方法具有操作简单、设备成本低等 优点，但反应时间较长，且不易控制 产物成分和纯度。
化学气相沉积法
总结词
化学气相沉积法是一种利用气态化学反应在固体表面沉积功能材料的方法。
详细描述
化学气相沉积法通过将气态反应剂引入反应室，在基体表面发生化学反应并形 成固态沉积物。该方法可制备出高纯度、高致密度的功能材料，但设备成本较 高，且工艺参数较难控制。
固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池是一种高温燃料电池，其工作原理 是利用氢气、天然气或生物质等燃料和氧气反应产生电 能。固体氧化物燃料电池具有高效率和低污染等优点。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
《功能材料概论》课件
目录
• 功能材料的分类与特性 • 功能材料的制备技术 • 功能材料的性能与应用 • 功能材料的未来发展与挑战 • 案例分析：功能材料在新能源领域的应用
01 功能材料的分类与特性
金属ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能材料
金属功能材料是指具有特殊物理或化 学性能的金属材料，如导电性、超导 性、磁性、热敏性等。
磁学性能与应用
总结词
功能材料的磁学性能是指其在磁场作用下的性质和行为，包括磁导率、磁化强度、磁致伸缩等。
详细描述
磁导率是指材料对磁场的导磁能力，磁化强度是指材料在磁场作用下的磁化程度，磁致伸缩是指材料 在磁场作用下尺寸发生变化的性质。这些磁学性能在磁记录、磁流体、磁悬浮等领域有着广泛的应用 ，如硬盘、磁带、磁传感器等。
功能材料的环境友好性
总结词
随着环保意识的日益增强，功能材料的环境友好性成 为研究重点，通过降低材料的环境负荷，实现可持续 发展。
材料表征技术PPT课件
第42页/共187页
第二章 X射线衍射方向
2.1 引言 晶体结构与XRD 2.2 晶体几何学基础
一 晶体结构
晶体:由组成它的原子有规律排列的固体。
1.空间点阵
F1-8空间点阵
第15页/共187页
1.2 X射线的本质
T1-1电磁波谱
第16页/共187页
电磁波：振动电磁场的传播，可用交变振动着的电场强度向 量和磁场强度向量来表征；它们以相同的位相在两个互相垂 直的平面上振动，而其传播方向与电场、磁场向量方向垂直， 并为右手螺旋法则所确定，真空中的传播速度为3x108m/s
for the research and development of advanced materials. It can be used for investigation of the following properties: • Identification of the phase(s) present: is it a pure phase or does the material contain impurities as a result of the production process? • Quantification of mixtures of phases • Degree of crystallinity of the phase(s) • Crystallographic structure of the material: space group determination and indexing, structure refinement and ultimately structure solving • Degree of orientation of the crystallites: texture analysis. • Deformation of the crystallites as a result of the production process: residual stress analysis • Influence of non-ambient conditions on these properties
第二章 X射线衍射方向
2.1 引言 晶体结构与XRD 2.2 晶体几何学基础
一 晶体结构
晶体:由组成它的原子有规律排列的固体。
1.空间点阵
F1-8空间点阵
第15页/共187页
1.2 X射线的本质
T1-1电磁波谱
第16页/共187页
电磁波：振动电磁场的传播，可用交变振动着的电场强度向 量和磁场强度向量来表征；它们以相同的位相在两个互相垂 直的平面上振动，而其传播方向与电场、磁场向量方向垂直， 并为右手螺旋法则所确定，真空中的传播速度为3x108m/s
for the research and development of advanced materials. It can be used for investigation of the following properties: • Identification of the phase(s) present: is it a pure phase or does the material contain impurities as a result of the production process? • Quantification of mixtures of phases • Degree of crystallinity of the phase(s) • Crystallographic structure of the material: space group determination and indexing, structure refinement and ultimately structure solving • Degree of orientation of the crystallites: texture analysis. • Deformation of the crystallites as a result of the production process: residual stress analysis • Influence of non-ambient conditions on these properties
材料表征方法ppt课件
18.04.2021
最新编辑ppt
18
纳米粒子ICP-MS直接测定
18.04.2021
最新编辑ppt
19
纳米材料的粒度分析
18.04.2021
最新编辑ppt
20
粒度分析的概念
• 对于纳米材料，其颗粒大小和形状对材料的性能起着决 定性的作用。因此，对纳米材料的颗粒大小和形状的表 征和控制具有重要的意义。
18.04.2021
最新编辑ppt
15
电子探针分析方法
• 电子束与物质的相互作用也可以产生特征的X-射线根 据X-射线的波长和强度进行分析的方法称为电子探针 分析法；
• 微区分析能力，1微米量级
• 分析准确度高 ，优于2%
• 分析灵敏度高，达到10－15g ，100PPM－1%
• 样品的无损性 ；多元素同时检测性
• 力图通过纳米材料的研究案例来说明这些现代技术 和分析方法在纳米材料表征上的具体应用。
18.04.2021
最新编辑ppt
4
纳米材料的成份分析
18.04.2021
最新编辑ppt
5
成分分析的重要性
• 纳米材料的光电声热磁等物理性能与组成纳米材料 的化学成分和结构具有密切关系；
1. TiO2纳米光催化剂掺杂C,N例子说明
检测限低 ，ng/cm3，10－10－10－14g
• 测量准确度很高 ，1%（3-5%）
• 选择性好 ，不需要进行分离检测
• 分析元素范围广 ，70多种
• 难熔性元素，稀土元素和非金属元素 ， 不能同时进行 多元素分析；
18.04.2021
最新编辑ppt
11
电感耦合等离子体发射光谱法ICP
无机化合物的制备和表征ppt课件
在更高的温度下使用光学高温计测量。
一般的固相反应在常温常压下很难进行，或者反应很 慢，因此需要高温使其加速。
固－固相反应，首先是在反应物晶粒界面上或与界面 邻近的晶格中生成产物晶核，由于生成的晶核与反应物的 结构不同，成核反应需要通过反应物界面结构的重新排列， 因而实现这步是相当困难的；同样，进一步实现在晶核上 的晶体生长也有相当的难度，因为原料晶格中的离子分别 需要通过各自的晶体界面进行扩散才有可能在产物晶核上 进行晶体生长并使原料界面间的产物层加厚。
在实验室中，一般的高温可借燃烧获得，如用煤气灯 可把较小的坩埚加热到700～800 ℃。
要达到较高的温度，可以使用喷灯。 更高的高温则需使用各种高温电阻炉(1 000～3 000 ℃)、聚焦炉(4 000～6 000 ℃)、等离子体电弧(20 000 ℃)等。
一般使用热电偶高温计进行高温的测量，测量范围从 室温到2 000 ℃，某些情况下可达3 000 ℃。
目前，离子交换树脂在无机化学上主要用于各种金属 离子的分离，如稀土离子，或者用于提纯某种金属离子。 制备去离子水就是使用离子交换树脂进行的。
离子交换树脂大致可分为 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 螯合型离子交换树脂 萃淋树脂等几大类。
按照基体内网孔的大小，离子交换树脂分为 微网树脂(网孔的大小为2 000～4 000 pm) 大孔树脂(孔径20 000～100 000 pm)两大类。
3.1 无机化合物的制备方法
无机化合物的制备不仅仅是烧杯反应，性能优异的 无机材料大部分都是采用现代合成手段所得到，常见的 无机化合物的现代制备方法包括
高温无机合成 低温合成 高压合成 水热合成 无水无氧合成 电化学合成 等离子体合成等。
3.1.1 高温无机合成
一般的固相反应在常温常压下很难进行，或者反应很 慢，因此需要高温使其加速。
固－固相反应，首先是在反应物晶粒界面上或与界面 邻近的晶格中生成产物晶核，由于生成的晶核与反应物的 结构不同，成核反应需要通过反应物界面结构的重新排列， 因而实现这步是相当困难的；同样，进一步实现在晶核上 的晶体生长也有相当的难度，因为原料晶格中的离子分别 需要通过各自的晶体界面进行扩散才有可能在产物晶核上 进行晶体生长并使原料界面间的产物层加厚。
在实验室中，一般的高温可借燃烧获得，如用煤气灯 可把较小的坩埚加热到700～800 ℃。
要达到较高的温度，可以使用喷灯。 更高的高温则需使用各种高温电阻炉(1 000～3 000 ℃)、聚焦炉(4 000～6 000 ℃)、等离子体电弧(20 000 ℃)等。
一般使用热电偶高温计进行高温的测量，测量范围从 室温到2 000 ℃，某些情况下可达3 000 ℃。
目前，离子交换树脂在无机化学上主要用于各种金属 离子的分离，如稀土离子，或者用于提纯某种金属离子。 制备去离子水就是使用离子交换树脂进行的。
离子交换树脂大致可分为 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 螯合型离子交换树脂 萃淋树脂等几大类。
按照基体内网孔的大小，离子交换树脂分为 微网树脂(网孔的大小为2 000～4 000 pm) 大孔树脂(孔径20 000～100 000 pm)两大类。
3.1 无机化合物的制备方法
无机化合物的制备不仅仅是烧杯反应，性能优异的 无机材料大部分都是采用现代合成手段所得到，常见的 无机化合物的现代制备方法包括
高温无机合成 低温合成 高压合成 水热合成 无水无氧合成 电化学合成 等离子体合成等。
3.1.1 高温无机合成
材料的表征技术PPT课件
基团的基频振动、伴随转动光谱
远红外区：25~1000 µm （400 ～ 10 cm-1 ）
转动光谱 、晶格振动
2021
44
红外光谱图表示形式
当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分 子吸收某些频率的辐射，产生分子振动和转动能级 从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的 透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数 或波长关系曲线，就得到红外吸收光谱。
min
50
2021
51
拉曼光谱分析法
拉曼光谱的发现与发展
1928 年，印度科学家C.V
Raman in首先在CCL4光谱中发现 了当光与分子相互作用后，一
部分光的波长会发生改变（颜
色发生变化），通过对于这些
颜色发生变化的散射光的研究，
可以得到分子结构的信息，因
此这种效应命名为Raman效
应 。 —— 于 1930 年 获 诺 贝 尔 物
• 光学显微镜使其最大的分辨能力为0.2μ
• 增大n、a值是有限的，解决的办法就是减小波长λ。而 可见光的波长有限，因此，光学显微镜的分辨本领不 能再次提高，唯有寻找比可见光波长更短的光线才能 解决这个问题。
2021
38
电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称~。
γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波
弹性散射（频率不发生改变-瑞利散射） 非弹性散射（频率发生改变-拉曼散射）
瑞利散射 scatter= laser
laser
拉曼散射
2021
scatter> laser
55
拉曼光谱的应用
激光拉曼散射光谱法
2021
56
激光拉曼散射光谱法
相关主题
- 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)。
47
由热重法记录的质量变化对温度的关系曲线称为热 重曲线(TG曲线)。
表征了试样在不同的温度 范围内发生的挥发性组分的挥 发以及发生的分解产物的挥发 从而可以得到试样的组成、 热稳定性、热分解温度、热分 解产物和热分解动力学等有关 数据。
1—热重曲线TG 2—微分热重曲线DTG
48
同时还可获得试样的质量变化率与温度关系曲线，即 微分热重曲线(DTG曲线)，它是TG曲线对温度的一阶导数。 以物质的质量变化速率dm/dt对温度T作图，所得的曲线。
54
应用DTA对材料进行鉴别: 根据物质的相变（包括熔融、升华和晶型转变） 和化学反应（包括脱水、分解和氧化还原等）所产生 的特征吸热和放热峰。有些材料常具有比较复杂的 DTA曲线，虽然有时不能对DTA曲线上所有的峰作出解 释，但是它们像“指纹”一样表征着材料的种类。 例如：根据石英的相态转变的DTA峰温可用于检 测天然石英和人造石英之间的差异
表面与界面 (SEM、TEM、AFM SPM)
力学、流变性能
万能材料试验机 冲击试验机，流变仪 5
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
8/12/2017 8:06 PM
6
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）
材料 数据采 集处理
与组成，结构，性能 等相关的某种响应
响应的传感与变换
8/12/2017 8:06 PM
7
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）
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。
43
热分析技术的应用 凡是与热现象有关的任何物理和化学变化都可以采取热 分析方法进行研究。 如材料的固相转变、熔融、分解甚至材料的制备等。 直接测量出这些变化过程中所吸收或放出的能量， 如熔融热、结晶热、反应热、分解热、吸附或解吸热、 比热容、活化能、转变熵、固态转变能等。
44
热重法(TG) 差热分析（DTA） 差示扫描量热法（DSC）
8/12/2017 8:06 PM
17
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）
8/12/2017 8:06 PM
18
材料结构分析—结果
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
8/12/2017 8:06 PM
36
材料微观分析技术的应用
8/12/2017 8:06 PM
37
材料微观分析技术的应用
8/12/2017 8:06 PM
38
材料微观分析技术的应用
8/12/2017 8:06 PM
39
材料微观分析技术的应用
8/12/2017 8:06 PM
40
整理
如何对材料进行表征？ 表征要有目的性，不是全部的表征都要做 要有选择的去表征，以节省资源和时间 表征要分顺序，有急缓之分 表征要跟合成和性能测试相结合 基本顺序是：先定物相、再定组成、然后是 形貌和结构分析。当然性能测试也可能放在 前面。
55
三、差示扫描量热法（DSC） 在程序控制温度下，测量输给试样与参比物的功 率差与温度之间关系的一种技术。 根据测量方法的不同，又分为功率补偿型DSC和 热流型DSC两种类型。 DSC主要特点：使用的温度范围 (-175℃-725℃) 比较宽，分辨能力高，灵敏度高。 应用范围：除不能测量腐蚀性材料外，DSC不仅 可以涵盖DTA的一般功能，而且还可定量测定各种热 力学参数，如热焓、熵和比热等。
51
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
加热炉， 试样， 参比物， 测温热电偶， 温差热电偶， 测温元件， 温控元件。
52
当试样发生任何物理或化学变化时，所释放或吸收的热量 使样品温度高于或低于参比物的温度，从而在相应的差热 曲线上得到放热或吸热峰。吸热峰向下，放热峰向上。
53
应用：
• 材料的鉴别和成分分析 • 材料相态结构的变化 • 材料的筛选 • 玻璃微晶化热处理 • 玻璃的析晶活化能的测定 • 聚合物热降解分析
8/12/2017 8:06 PM
19
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 硅纳米线
8/12/2017 8:06 PM
20
材料结构分析-直接法
化 学 性 质
晶粒尺寸 及分布
耐腐蚀性
杂质含量 结晶度分 子量及分 布 立体结构 晶体结构 空隙度
物 理 性 质
磁性质
光学性质
电学性质 重力性质
力 学 性 质
疲劳度 硬度 蠕变性
延伸性
抗冲击性 压缩性
动态力学性质
模量
8/12/2017 8:06 PM
11
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
8/12/2017 8:06 PM
23
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
24
8/12/2017 8:06 PM
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
8/12/2017 8:06 PM
25
材料微观分析技术的选择
8/12/2017 8:06 PM
26
3.材料微观分析技术的选择
8/12/2017 8:06 PM
27
3.材料微观分析技术的选择
8/12/2017 8:06 PM
28
3.材料结构分析-电子显微
特征X射线
阴极荧光
电 子 束 固体试样
俄歇电子
49
DTG曲线的峰顶即失重速率的最大值，它与TG曲线的拐 点相对应，即样品失重在TG曲线形成的每一个拐点，在DTG 曲线上都有对应的峰。并且DTG曲线上的峰数目和TG曲线的 台阶数目相等。由于DTG曲线上的峰面积与样品的失重成正 比，因此可以从DTG的峰面积计算出样品的失重量。
50
二、差热分析（DTA） 在程序控制温度下测定物质和参比物之间的温 度差和温度关系的一种热分析技术。 参比物： 在测定条件下不产生任何热效应的惰性物质。如 α-Al2O3、石英、硅油等。
8/12/2017 8:06 PM
13
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
14
8/12/2017 8:06 PM
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
56
差示扫描量热仪
57
差示扫描量热测定时记录的谱图称之为DSC曲线， 其纵坐标是试样与参比物的功率差dH/dt，也称作热 流率，单位为毫瓦(mW)，代表试样放热或吸热的速度。 横坐标为温度(T)或时间(t)。
现代材料科学的发展在很大程度上依赖对材 料性能和其试
＝
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
8/12/2017 8:06 PM
4
分子结构与聚集态结构 (XRD、 IR、XPS、 ASS)
热性能 (TGA,DSC)
材料测试 与表征
二次电子 （SEM）
背散射电子（成份）
nA
相干散射电子
透射电子
吸收电子
8/12/2017 8:06 PM
29
材料微观分析技术的应用
水晶 or 水晶玻璃？
真，假钻石？
可口可乐配方？
“勇气”号探测车的火星岩石分析？
8/12/2017 8:06 PM
30
材料微观分析技术的应用
“勇气”号机械臂上的四大法 宝 1.岩石磨损工具 2. 显微成像仪 3. 穆斯堡尔分光光度计 4. 阿尔法粒子Ｘ射线分光计
8/12/2017 8:06 PM
31
材料微观分析技术的应用
8/12/2017 8:06 PM
32
材料微观分析技术的应用
8/12/2017 8:06 PM
33
材料微观分析技术的应用
8/12/2017 8:06 PM
34
材料微观分析技术的应用
8/12/2017 8:06 PM
35
材料微观分析技术的应用
五次对称性镍钛准晶的高分辨电子显微像
8/12/2017 8:06 PM
21
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
22
8/12/2017 8:06 PM
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）
8/12/2017 8:06 PM
15
材料形貌分析