材料现代测试分析方法

材料现代测试分析方法的应用现状与发展趋势

1. 前言 (2)

2. ...................................................................................................................................................... X 射线衍射的现状与发展趋势. (3)

2.1 X 射线衍射方法 (3)

2.2. X 射线衍射的应用和发展趋势 (3)

2.2.1 X 射线衍射分析的应用 (3)

2.2.2 X 射线衍射仪的应用 (4)

2.3 X 射线衍射的发展趋势 (5)

3. 材料电子显微分析方法应用现状与发展趋势 (6)

3.1 扫描电子显微镜（SEM） (6)

3.2 透射电子显微镜（TEM） (8)

4. 电子能谱分析方法应用现状与发展趋势 (9)

4.1 俄歇电子能谱分析方法及其应用 (9)

4.1.1 AES 谱仪的基本结构 (9)

4.1.2 俄歇电子能谱技术的应用 (10)

4.2 X 射线光电子能谱分析及其应用 (13)

4.2.1 XPS 谱仪的基本结构 (13)

4.2.2 XPS 谱图分析技术的应用 (13)

5. 光谱分析方法应用现状与发展趋势 (15)

5.1 傅立叶变换红外光谱仪的应用 (15)

2. 在表面化学研究中的应用 (17)

3. 在催化化学研究中的应用 (17)

4. 在石油化学研究中的应用 (17)

5. 在环境分析中的应用 (18)

6. 在半导体和超导材料等方面的应用 (18)

5.2 拉曼光谱的应用 (19)

6. 致谢 (22)

参考文献 (22)

1. 前言材料现代测试分析方法如今应用于测试分析的各个领域，它精确的电脑测算系统满足现代高水平、高精确的测算。它领先的分析技术应用于金属失效领域的各个分析方面，满足了纳米级材料分析的现状。材料测试分析方法主要包括以下几个方面：

1. X 射线衍射

自1895年X射线被发现以来，可利用X射线分辨的物质系统越来越复杂。从简单物质系统到复杂的生物大分子，X 射线已经为我们提供了很多关于物质静态结构的信息。此外，在各种测量方法中，X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。由于晶体存在的普遍性和晶体的特殊性能及其在计算机、航空航天、能源、生物工程等工业领域的广泛应用，人们对晶体的研究日益深入，使得X射线衍射分析成为研究晶体最方便、最重要的手段。

2. 电子显微及能普分析

材料的组织形貌观察, 主要是依靠显微镜技术, 光学显微镜是在微米尺度上观察材料的普及方法。扫描电子显微镜与透射电子显微镜则把观察的尺度推进到纳米的层次。场离子显微镜（FIM）、扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（SFM）, 克服了透射电子显微镜景深小、样品制备复杂等缺点, 可以在三维空间达到原子分辨率。近年来一种以X 射线光电子能谱、俄歇电子能谱和低能离子散射谱仪为代表的分析系统,已成为从生物材料、高分子材料到金属材料的广阔范围内进行表面分析的不可缺少的工具之一。

3. 光谱分析

红外光谱仪是鉴别物质和分析物质结构的有效手段，其中傅立叶变换红外光

谱仪（FT-IR ）是七十年代发展起来的第三代红外光谱仪的典型代表。它是根据光的相干性原理设计的，是一种干涉型光谱仪，具有优良的特性，完善的功能，并且应用范围极其广泛，同样也有着广泛的发展前景。拉曼光谱是一种简便灵敏的光谱分析新技术，近年来在考古学，细胞研究中都发挥了重要的作用。

以下将主要从应用方面介绍材料现代测试分析方法。

2. X 射线衍射的现状与发展趋势

2.1 X 射线衍射方法

研究晶体材料，X 射线衍射方法非常理想非常有效，而对于液体和非晶态物固体，这种方法也能提供许多基本的重要数据。所以X 射线衍射法被认为是研究固体最有效的工具。在各种衍射实验方法中，基本方法有单晶法、多晶法和双晶法，这里着重介绍多晶衍射法（照相法和衍射仪法）。

1. 照相法

照相法以光源发出的特征X 射线照射多晶样品，并用底片记录衍射花样。根据样品与底片的相对位置，照相法可以分为德拜法、聚焦法和针孔法，其中德拜法应用最为普遍。

德拜法以一束准直的特征X 射线照射到小块粉末样品上，用卷成圆柱状并与

样品同轴安装的窄条底片记录衍射信息，获得的衍射花样是一些衍射弧。此方法

的优点为：⑴ 所用试样量少（0.1毫克即可）；⑵ 包含了试样产生的全部反射线；

⑶ 装置和技术比较简单。

聚焦法的底片与样品处于同一圆周上，以具有较大发散度的单色X射线照射样品上较大区域。由于同一圆周上的同弧圆周角相等，使得多晶样品中的等同晶面的衍射线在底片上聚焦成一点或一条线。聚焦法曝光时间短，分辨率是德拜法的两倍，但在小B 范围衍射线条较少且宽，不适于分析未知样品。

针孔法用三个针孔准直的单色X射线为光源，照射到平板样品上。根据底片不同的位置针孔法又分为穿透针孔法和背射针孔法。针孔法得到的衍射花样是衍射线的整个圆环，适于研究晶粒大小、晶体完整性、宏观残余应力及多晶试样中的择优取向等。但这种方法只能记录很少的几个衍射环，不适于其它应用。

2. 衍射仪法

X射线衍射仪以布拉格实验装置为原型，融合了机械与电子技术等多方面的成果。衍射仪由X射线发生器、X射线测角仪、辐射探测器和辐射探测电路4个基本部分组成，是以特征X射线照射多晶体样品，并以辐射探测器记录衍射信息的衍射实验装置。现代X射线衍射仪还配有控制操作和运行软件的计算机系统。

X射线衍射仪的成像原理与聚集法相同，但记录方式及相应获得的衍射花样不同。衍射仪采用具有一定发散度的入射线，也用“同一圆周上的同弧圆周角相等”的原理聚焦，不同的是其聚焦圆半径随 2 B的变化而变化。衍射仪法以其方便、快捷、准确和可以自动进行数据处理等特点在许多领域中取代了照相法，现在已成为晶体结构分析等工作的主要方法。

2.2. X 射线衍射的应用和发展趋势

2.2.1 X 射线衍射分析的应用

1 物相分析

晶体的X射线衍射图像实质上是晶体微观结构的一种精细复杂的变换，每种晶体的结构与其X射线衍射图之间都有着一一对应的关系，其特征X射线衍射图谱不会因为它种物质混聚在一起而产生变化，这就是X射线衍射物相分析方法的依据。制备各种标准单相物质的衍射花样并使之规范化，将待分析物质的衍射花样与