3.1材料结构的表征
焊接Fe3AIQ235熔合区微观结构表征
焊接Fe3AI/Q235熔合区微观结构表征马海军；李亚江；U.A. Puchkov;王娟。
山东省石靖路73号山东大学液态结构及其遗传材料重点实验室；俄罗斯莫斯科105005 鲍曼莫斯科国立技术大学公关ChinaMaterial科学系。
文章信息：关键词：文章历史：Fe3AI金属化合物2007年7月17日收到焊接工艺2008年6月21在修订后的形式收到微观结构2008年6月24日出版裂纹摘要：对Fe3ＡＩ／Ｑ２３５焊接区进行分析，以调查焊接材料金属化合物的组织微观特征。
结果表明由于Ｃｒ２５，Ｎｉ１３等金属作为填充物从而获得了无裂纹的焊缝区。
由于铝，镍，锰，铬元素在熔合区附近的剧烈波动，产生了焊接区的微观结构不同的形态。
鱼骨状结构的Q235钢侧熔合区中是铁（铬，铝，镍）固溶体组成。
焊缝断口处的的剪切强度达到了５３３.３３ＭＰａ，断口的断裂形式主要是穿晶断裂且沿[1 1１]面向{110}面发生。
并判定断口晶面的结构模式和其中铁的相位关系，确定上贝氏体在焊缝中的成分及焊缝区组织形态的变化。
爱思维尔．版权所有2008１介绍在CON传统紊乱中,不同类的金属材料具有不同的原子排列。
低于熔点（Tm）或关键订购温度（Tc）不同的原子倾向于占据特定的晶格网站形成超晶格结构[ 1-3 ]。
Fe3Al具有导电、导磁和耐腐蚀的性能。
它由铝、铁元素构成，所以具有低成本和低密度的特点。
在低于600◦的温度下其强度没有太大的变化，因此它是常用的高温结构材料[ 4-7 ] 。
在社会发展中，有些铁结构在关键的时候应用Fe3Al焊接。
然而，Fe3Al焊接时容易产生裂纹[8–10]，尤其是对传统的焊缝熔焊，裂纹是结构材料工程应用中的主要障碍。
在我们以前研究的一些铬镍合金系列cr18 - NI8 、Cr18 - Ni13 、Cr25 - Ni13 Cr25-Ni20 ，具有优良的应用于焊接材料抗裂性能。
并且在室温中Cr25 - Ni13合金的焊接容易获得光滑、无裂纹的融合区。
新材料研发流程规范
新材料研发流程规范第1章项目立项与规划 (4)1.1 项目可行性分析 (4)1.1.1 技术可行性分析 (4)1.1.2 市场可行性分析 (4)1.1.3 经济可行性分析 (5)1.1.4 环境可行性分析 (5)1.2 立项报告编写 (5)1.2.1 项目背景与意义 (5)1.2.2 项目目标与任务 (5)1.2.3 项目实施方案 (5)1.2.4 项目预算与资金筹措 (5)1.3 项目规划与实施计划 (5)1.3.1 项目组织与管理 (5)1.3.2 技术研发与试验 (5)1.3.3 质量控制与风险管理 (5)1.3.4 进度监控与调整 (5)1.3.5 成果评价与总结 (5)第2章市场调研与需求分析 (6)2.1 市场调研方法 (6)2.1.1 文献调研 (6)2.1.2 问卷调查 (6)2.1.3 实地调研 (6)2.1.4 数据分析 (6)2.2 需求分析 (6)2.2.1 目标客户群体分析 (6)2.2.2 产品功能与功能需求 (6)2.2.3 应用场景分析 (6)2.2.4 竞争对手分析 (7)2.3 市场前景预测 (7)2.3.1 市场规模预测 (7)2.3.2 市场竞争格局预测 (7)2.3.3 技术发展趋势预测 (7)2.3.4 政策法规影响分析 (7)第3章材料设计与筛选 (7)3.1 设计理念与原则 (7)3.1.1 设计理念 (7)3.1.2 设计原则 (7)3.2 材料筛选方法 (8)3.2.1 功能评估：通过实验和模拟等手段，对材料的物理、化学、力学等功能进行评估。
(8)3.2.2 成本分析：综合考虑材料成本、制备工艺、使用寿命等因素，进行成本效益分析。
(8)3.2.3 环境影响评价：评估材料在生产和应用过程中对环境的影响，选择环境友好型材料。
(8)3.2.4 可加工性分析：考虑材料的加工功能，如成型性、焊接性等，以保证材料能够满足加工要求。
(8)3.3 材料数据库应用 (8)3.3.1 数据检索：通过数据库检索，快速获取相关材料的基本功能、制备方法等信息。
材料学中的材料结构与性能表征
材料学中的材料结构与性能表征引言材料学作为一门研究材料结构与性能的学科，对于现代科技和工程领域的发展起着至关重要的作用。
材料的结构与性能表征是材料学研究的核心内容之一，通过对材料的结构进行分析和表征，可以深入了解材料的性能特点，为材料的设计、制备和应用提供科学依据。
本教案将从材料结构与性能表征的基本原理、常用表征方法以及应用案例等方面进行论述，旨在帮助学生全面了解材料学中的材料结构与性能表征。
一、材料结构与性能的关系1.1 结构对性能的影响材料的结构是决定其性能的重要因素之一。
不同的结构特征会导致材料具有不同的物理、化学和力学性质。
例如，晶体结构的不同会影响材料的硬度、导电性和热导率等性能。
因此，了解材料的结构特征对于预测和改善材料性能至关重要。
1.2 结构与性能的相互作用材料的性能也会反过来影响其结构特征。
例如，材料的应力状态和温度会引起晶体结构的变化，从而改变材料的力学性能。
此外，材料的化学环境和加工工艺等因素也会对结构和性能产生重要影响。
因此，研究材料的结构与性能之间的相互作用是材料学研究的重要课题之一。
二、材料结构的表征方法2.1 光学显微镜观察光学显微镜是最常用的材料结构表征工具之一。
通过对材料的显微观察，可以获取材料的形貌、晶体结构和相组成等信息。
此外，还可以利用偏光显微镜观察材料的光学性质，如双折射现象和偏光图样等。
2.2 电子显微镜观察电子显微镜是一种高分辨率的材料结构表征工具，包括扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）。
SEM可以观察材料的表面形貌和微观结构，而TEM可以观察材料的原子尺度结构和晶体缺陷等。
2.3 X射线衍射分析X射线衍射是一种利用材料对X射线的衍射现象来研究其结构特征的方法。
通过测量材料的衍射图样，可以确定材料的晶体结构、晶格参数和晶体取向等信息。
此外，X射线衍射还可以用于分析材料的晶体缺陷和相变等现象。
2.4 核磁共振谱学核磁共振谱学是一种通过测量材料中原子核的共振信号来研究其结构和化学环境的方法。
材料表征技术
材料表征技术材料表征技术，是指通过一系列的方法和手段对材料的结构、性能和组成进行分析和表征的一门科学技术。
它在材料科学与工程领域扮演着重要的角色，为材料研究、制备和应用提供了有力的支持。
本文将就材料表征技术的起源、发展和应用进行探讨。
一、起源与发展1.1 起源材料表征技术的起源可以追溯到人类最早的文明阶段。
古代人类通过肉眼观察、触摸和试用等方式对不同材料进行鉴别和利用。
例如，石器时代的人类学会通过不同石头的颜色、硬度和重量来选择适合的材料制作工具。
然而，随着科学的进步和技术的发展，人类对材料的要求越来越高，肉眼观察和试用已经不能满足科学研究和工程应用的需求，因此材料表征技术应运而生。
1.2 发展随着电子技术、光学技术、计算机技术和物理学等学科的发展，材料表征技术也逐渐得到了快速发展。
从最早的X射线衍射技术、电子显微镜技术到如今的扫描电子显微镜技术、透射电子显微镜技术以及原子力显微镜技术等，材料表征技术不断更新和完善。
不仅如此，还出现了许多新的材料表征技术，如拉曼光谱技术、原位测试技术、热分析技术等。
这些技术的出现和应用，使得材料的表征更加全面、精确和便捷。
二、材料表征技术的分类根据研究对象和表征方法的不同，材料表征技术可分为多种分类。
下面将以原子尺度、表面形貌和力学性能为切入点，来简单介绍几种常见的材料表征技术。
2.1 原子尺度表征技术在研究材料的微观结构时，往往需要观察和分析其原子尺度上的特征。
透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等技术可提供关于原子尺度上的信息。
其中，TEM可用于分析材料的晶体结构、衍射图样等，SEM可观察材料表面的形貌和颗粒分布情况，AFM则可获得材料表面的拓扑结构和力学特性等。
2.2 表面形貌表征技术表面形貌是材料性能和功能的重要指标之一。
光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等技术常用于表征材料的表面形貌。
《材料结构的表征》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。
材料结构表征原理教案
材料结构表征原理教案教案标题：材料结构表征原理教案教案目标：1. 了解材料结构表征的基本原理和方法。
2. 掌握常用的材料结构表征技术及其在材料科学研究中的应用。
3. 培养学生分析和解释材料结构表征结果的能力。
教案步骤：一、导入（5分钟）1. 引导学生回顾材料结构的基本概念，并提出问题：为什么需要对材料的结构进行表征？2. 引入材料结构表征的重要性和应用领域，激发学生的学习兴趣。
二、讲解材料结构表征的基本原理（15分钟）1. 介绍材料结构表征的基本概念和定义。
2. 介绍常见的材料结构表征方法，如X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等，并解释其原理和适用范围。
3. 强调不同表征方法的优缺点和互补性。
三、案例分析与讨论（20分钟）1. 提供几个材料结构表征的案例，如金属晶体结构、纳米材料表面形貌等。
2. 分组讨论，学生根据提供的案例，分析并解释材料结构表征结果。
3. 每个小组选择一个案例进行汇报，展示他们的分析过程和结论。
四、实践操作（30分钟）1. 安排实验室或实验室模拟环境，让学生亲自进行材料结构表征实验操作。
2. 学生可以选择使用一种或多种结构表征方法，对给定的材料进行表征。
3. 学生根据实验结果，分析和解释材料的结构特征。
五、总结与评价（10分钟）1. 学生总结本节课所学的材料结构表征原理和方法。
2. 教师对学生的实验操作和分析能力进行评价和反馈。
3. 提出下节课的预习内容和学习任务。
教学辅助工具：1. PowerPoint演示文稿，用于讲解材料结构表征的基本原理和方法。
2. 实验室设备和材料，用于学生进行实践操作。
3. 材料结构表征案例，用于学生分析和解释。
教学评估：1. 学生实验操作的准确性和仪器使用技能。
2. 学生对材料结构表征原理的理解和运用能力。
3. 学生分析和解释材料结构表征结果的能力。
教案延伸：1. 鼓励学生进行更深入的材料结构表征研究，如利用高级技术进行纳米材料结构表征等。
金属材料的表征方法
金属材料的表征方法一、引言金属材料是工业生产中广泛应用的重要材料之一，对于金属材料的表征方法的研究与应用具有重要意义。
金属材料的表征方法主要包括材料组织表征、力学性能测试、物理性能测试等方面。
本文将对金属材料的表征方法进行全面、详细、完整和深入的探讨。
二、材料组织表征方法2.1 金相显微镜观察金相显微镜是一种常用的金属材料组织表征方法。
通过金相显微镜观察，可以获得金属材料的显微组织信息，如晶粒尺寸、晶界分布、相含量等。
金相显微镜观察需要对样品进行切割、打磨、腐蚀等预处理工艺，然后使用金相显微镜进行观察和拍照。
观察结果可以通过图像分析软件进行处理和分析。
2.2 扫描电子显微镜观察扫描电子显微镜(SEM)是一种高分辨率的显微镜，可以观察金属材料的表面形貌和微观结构。
与金相显微镜不同的是，SEM观察的是材料的表面，可以获得更高的分辨率和更详细的信息。
扫描电子显微镜观察需要对样品进行特殊处理，如金属薄膜的制备、表面的清洗等。
2.3 透射电子显微镜观察透射电子显微镜(TEM)是一种高分辨率的显微镜，可以观察金属材料的微观结构和原子排列。
透射电子显微镜观察需要对样品进行特殊处理，如制备超薄样品、使用离子薄片仪进行切割等。
透射电子显微镜观察可以获得金属材料的晶格参数、晶体缺陷、原子分布等详细信息。
三、力学性能测试方法3.1 拉伸试验拉伸试验是一种常用的力学性能测试方法，用于评估金属材料的强度和延展性。
拉伸试验需要制备标准试样，并在拉伸试验机上施加力加载，记录载荷和位移数据，从而得到应力-应变曲线。
通过应力-应变曲线，可以计算材料的屈服强度、抗拉强度、断裂伸长率等力学性能参数。
3.2 硬度测试硬度测试是一种常用的力学性能测试方法，用于评估金属材料的硬度。
常用的硬度测试方法包括布氏硬度测试、洛氏硬度测试、维氏硬度测试等。
硬度测试需要在材料表面施加一定的载荷，并测量载荷和材料表面的印痕尺寸，从而计算出硬度值。
硬度值可以用于评估材料的抗刮擦性能、抗磨损性能等。
材料结构表征及应用知识点总结
第一章绪论材料研究的四大要素：材料的固有性质、材料的结构、材料的使用性能、材料的合成与加工。
材料的固有性质大都取决于物质的电子结构、原子结构和化学键结构。
材料结构表征的三大任务及主要测试技术：1、化学成分分析：除了传统的化学分析技术外，还包括质谱（MC）、紫外（UV）、可见光、红外（IR）光谱分析、气、液相色谱、核磁共振、电子自旋共振、二次离子色谱、X射线荧光光谱、俄歇与X射线光电子谱、电子探针等。
如质谱已经是鉴定未知有机化合物的基本手段；IR在高分子材料的表征上有着特殊重要地位；X射线光电子能谱（XPS）是用单色的X射线轰击样品导致电子的逸出，通过测定逸出的光电子可以无标样直接确定元素及元素含量。
2、结构测定：主要以衍射方法为主。
衍射方法主要有X射线衍射、电子衍射、中子衍射、穆斯堡谱等，应用最多最普遍的是X射线衍射。
在材料结构测定方法中，值得一提的是热分析技术。
3、形貌观察：光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜。
第二章X射线衍射分析1、X射线的本质是电磁辐射，具有波粒二像性。
X射线的波长范围：0.01~100 Å 或者10-8-10-12 m 1 Å=10-10m（1）波动性（在晶体作衍射光栅观察到的X射线的衍射现象，即证明了X射线的波动性）；（2）粒子性（特征表现为以光子（光量子）形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量）。
2、X射线的特征：①X射线对物质有很强的穿透能力，可用于无损检测等。
②X射线的波长正好与物质微观结构中的原子、离子间的距离相当，使它能被晶体衍射。
晶体衍射波的方向与强度与晶体结构有关，这是X射线衍射分析的基础。
③X射线光子的能量与原子内层电子的激发能量相当，这使物质的X射线发射谱与吸收谱在物质的成分分析中有重要的应用。
一、X射线的产生1.产生原理高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1％左右）能量转变为X射线，而绝大部分（99％左右）能量转变成热能使物体温度升高。
同步辐射技术及其应用
同步辐射技术及其应用一、什么是同步辐射技术同步辐射技术是一种基于电子加速器的高能粒子束与周期磁场相互作用产生的电磁辐射现象。
通过调节粒子束的能量和磁场的周期性，可以产生宽频谱、高亮度和高相干性的辐射光束。
同步辐射技术最早应用于粒子物理实验，随着科学技术的发展，逐渐在不同领域得到应用。
同步辐射光源已经成为研究材料科学、生物化学、医学和环境科学等领域的重要工具。
二、同步辐射技术的原理同步辐射技术的基本原理是利用加速器产生高能电子束，电子束通过磁场装置，使得电子在磁场中做螺旋运动。
当电子通过磁场区域时，会发生辐射现象，产生连续谱的电磁辐射。
同步辐射光束的光谱范围包括紫外线、X射线和γ射线等。
不同能量的电子束在磁场中的运动轨迹和辐射频率不同，因此可以通过调节加速器和磁场的参数来选择和控制产生的辐射光束的能量和频率。
三、同步辐射技术的应用3.1 材料科学研究同步辐射技术在材料科学研究中具有广泛的应用。
通过同步辐射光束的能量和频率的选择，可以对不同材料的结构和性质进行表征和研究。
3.1.1 表征材料结构同步辐射光束可以通过X射线衍射和X射线吸收等技术，对材料的晶格结构、晶体缺陷和界面结构等进行表征。
这些信息对于了解材料的性能和制备过程具有重要意义。
3.1.2 研究材料性质同步辐射光束可以用于研究材料的电子结构、磁性和光学性质等。
通过测量同步辐射光束与材料的相互作用，可以获取材料能带结构、电子云密度和磁矩等信息。
3.2 生物化学研究同步辐射技术在生物化学研究中也具有重要的应用价值。
通过同步辐射光束的高亮度和高相干性，可以对生物大分子的结构和功能进行研究。
3.2.1 解析生物大分子结构同步辐射光束可以通过X射线晶体学和小角散射等技术，对生物大分子的结构进行解析。
这对于理解生物大分子的功能和机制具有重要意义。
3.2.2 研究生物大分子功能同步辐射光束可以用于研究生物大分子的光生物学和光化学性质。
通过控制同步辐射光束的能量和极化状态，可以对生物大分子的光驱动和光响应过程进行研究。
材料结构表征与应用ppt课件
固体样品探 测深度
约0.4~2nm（俄歇电 约0.5~2.5nm(金属 子能量50~2000eV范 及金属氧化物)；约 围内）（与电子能量 4~10nm(有机化合 及样品材料有关） 物和聚合物)。
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X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）
XRD ，通过对材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱， 获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态 等信息的研究手段。
XRD可以做定性，定量分析。即可以分析合金里面的相 成分和含量,可以测定晶格参数,可以测定结构方向、 含量，可以测定材料的内应力，材料晶体的大小等等。 一般主要是用来分析合金里面的相成分和含量。
10
三种组织分析手段的比较
扫描探针显微镜 扫描电子显微镜
观察倍率 ×10000000 ×1000000
×100000
×10000
光学显微镜
×1000
×100
分辨率
1000 0 10
1000 1
×10
100
10
1
0.1 ｎｍ
0.1
0.01
0.001 0.0001 μｍ
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光学和电子显微镜
光学显微镜是利用光学原理，把人眼所不能分 辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结 构信息的光学仪器
应力分析等； （2）相变过程与产物的X射线研究：相变过程中产物
（相）结构的变化及最终产物、工艺参数对相变的影 响、新生相与母相的取向关系等； （3）固溶体的X射线分析：固溶极限测定、点阵有序化 （超点阵）参数、短程有序分析等； （4）高分子材料的X射线分析：高聚物鉴定、晶态与非 晶态及晶型的确定、结晶度测定、微晶尺寸测定等。
石墨烯拉曼测试解析
⽯墨烯拉曼测试解析3.1 ⽯墨烯AFM测试详解单层⽯墨烯的厚度为０.335ｎｍ，在垂直⽅向上有约１ｎｍ的起伏，且不同⼯艺制备的⽯墨烯在形貌上差异较⼤，层数和结构也有所不同，但⽆论通过哪种⽅法得到的最终产物都或多或少混有多层⽯墨烯⽚，这会对单层⽯墨烯的识别产⽣⼲扰，如何有效地鉴定⽯墨烯的层数和结构是获得⾼质量⽯墨烯的关键步骤之⼀。
⽯墨烯的表征主要分为图像类和图谱类图像类以光学显微镜透射电镜TEM 扫描电⼦显微镜、SEM和原⼦⼒显微分析AFM为主⽽图谱类则以拉曼光谱Raman红外光谱IRX射线光电⼦能谱、XPS和紫外光谱UV为代表其中TEM、SEM、Raman、AFM和光学显微镜⼀般⽤来判断⽯墨烯的层数⽽IRX、XPS和UV则可对⽯墨烯的结构进⾏表征，⽤来监控⽯墨烯的合成过程。
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3.1.1 AFM表征图1 AFM的⼯作原理图图3.1 AFM⼯作的三种模式关于AFM的原理这⾥就不多说了，⽬前常⽤的AFM⼯作模式主要有三种：接触模式，轻敲模式以及⾮接触模式。
这三种⼯作模式各有特点，分别适⽤于不同的实验需求。
⽯墨烯的原⼦⼒表征⼀般采⽤轻敲模式（TappingMode）：敲击模式介于接触模式和⾮接触模式之间，是⼀个杂化的概念。
悬臂在试样表⾯上⽅以其共振频率振荡，针尖仅仅是周期性地短暂地接触/敲击样品表⾯。
这就意味着针尖接触样品时所产⽣的侧向⼒被明显地减⼩了。
因此当检测柔嫩的样品时，AFM的敲击模式是最好的选择之⼀。
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⼀旦AFM开始对样品进⾏成像扫描，装置随即将有关数据输⼊系统，如表⾯粗糙度、平均⾼度、峰⾕峰顶之间的最⼤距离等，⽤于物体表⾯分析。
优点：很好的消除了横向⼒的影响。
降低了由吸附液层引起的⼒，图像分辨率⾼，适于观测软、易碎、或胶粘性样品，不会损伤其表⾯。
缺点：⽐ContactModeAFM的扫描速度慢。
3.1.2 AFM表征⽯墨烯原理AFM可⽤于了解⽯墨烯细微的形貌和确切的厚度信息，属于扫描探针显微镜，它利⽤针尖和样品之间的相互作⽤⼒传感到微悬臂上，进⽽由激光反射系统检测悬臂弯曲形变，这样就间接测量了针尖样品间的作⽤⼒从⽽反映出样品表⾯形貌。
材料结构的表征与分析
材料结构的表征与分析材料结构是指材料内部的原子、分子或晶体的排列方式，对于材料的性能和特性具有重要影响。
因此，准确地了解和表征材料结构是材料科学与工程领域的关键任务之一。
本文将探讨材料结构的表征与分析的方法和技术。
一、X射线衍射技术X射线衍射技术是一种常用的表征材料结构的方法。
通过使X射线束入射到材料上并测量衍射角度和强度，可以确定材料的晶体结构和晶体学参数。
这种方法适用于具有规则晶体结构的材料，如金属、陶瓷和无机晶体材料。
通过X射线衍射，可以确定晶格参数、晶面间距和晶体取向等重要信息。
二、扫描电子显微镜(SEM)扫描电子显微镜(SEM)是一种用来观察材料表面形貌和分析微观结构的强大工具。
它使用高能电子束对样品进行扫描，通过检测样品在电子束作用下发射的次级电子或背散射电子，可以获得高分辨率的表面形貌图像。
此外，通过SEM配合能谱仪，还可以进行元素分析，获得材料的成分信息。
三、透射电子显微镜(TEM)透射电子显微镜(TEM)通过透射电子束对样品进行照射和观察，可获得更高分辨率的材料图像。
TEM适用于研究纳米级材料结构和纳米颗粒的形貌与成分。
它可以观察到晶体缺陷、晶体结构和点缺陷等微观细节，以及观察到材料的析出相、晶体形态和晶体取向。
四、原子力显微镜(AFM)原子力显微镜(AFM)通过扫描样品表面与探针之间的相互作用力，可以获得样品表面的三维形貌信息。
相比于传统的光学显微镜，AFM具有更高的分辨率和更强的表征能力，能够观察到纳米级别的表面特征和纳米结构。
此外，AFM还可以通过力-距离曲线，获取样品的力学性能和材料刚度等信息。
五、核磁共振(NMR)核磁共振(NMR)技术是一种用来研究原子核自旋状态和材料内部有关结构的方法。
通过在外部磁场和射频辐射的作用下，激发样品中的原子核共振信号，并通过分析共振信号的频率和强度，可以获得材料的化学成分、分子结构和局域环境等信息。
NMR技术广泛应用于化学、生物学和材料科学领域。
材料化学导论第三章 材料结构的表征
5
进行热重分析的基本仪器为热天平， 进行热重分析的基本仪器为热天平，它包括天 平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分。 炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分。
6
由热重法记录的质量变化对温度的关系曲线称 热重曲线(TG曲线) TG曲线以质量为纵坐标 (TG曲线 曲线以质量为纵坐标， 为热重曲线(TG曲线)。TG曲线以质量为纵坐标，从 上到下表示减少，以温度或时间作横坐标， 上到下表示减少，以温度或时间作横坐标，从左自 右增加。如图。 右增加。如图。
15
3.材料的热稳定性和热老化寿命的测定 3.材料的热稳定性和热老化寿命的测定 在材料使用中，无论是无机物还是有机物， 在材料使用中，无论是无机物还是有机物，热 稳定性是主要指标之一。 稳定性是主要指标之一。虽然研究材料的热稳定性 和热老化寿命的方法有许多种， 和热老化寿命的方法有许多种，但是惟有热重法因 其快速而简便，因此使用最为广泛。 其快速而简便，因此使用最为广泛。
第三章
材料结构的表征
1
材料的设计、制备和表征是材料研究的三个组 材料的设计、制备和表征是材料研究的三个组 成部分， 成部分，材料设计的重要依据来源于材料的结构分 析。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， 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。 对材料结构分析表征的水平。 材料结构表征的主要手段： 材料结构表征的主要手段： 热分析技术 显微技术 X射线衍射技术 波谱技术 材料结构的表征就其任务来说主要有三个： 材料结构的表征就其任务来说主要有三个：成分 分析、结构测定、形貌观察。 分析、结构测定、形貌观察。
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二、差热分析（DTA） 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。 度差和温度关系的一种热分析技术。 参比物： 参比物： 在测定条件下不产生任何热效应的惰性物质。 在测定条件下不产生任何热效应的惰性物质。如 石英、硅油等 α-Al2O3、石英、硅油等。
3.1非晶硅结构及性质解析
非晶硅薄膜材料的光学特性(光吸收)
次带吸收区（3区）：通常位于近红外区的低能吸收，对应于 电子从价带到带隙态或从带隙态到导带的跃迁。此区域的吸
收系数a很小，又称为非本征吸收，其特点是a随光子能量的
减小趋于平缓。在 C 区，若材料的在 1cm-1 以下，则表征该材 料具有很高的质量。
非晶硅薄膜材料的光学特性(光吸收)
非晶硅薄膜材料的光学特性(光吸收)
非晶硅薄膜材料的光学特性(光吸收)
本征吸收区（1区）：由电子吸收能量大于光学带隙的光子从 价带内部向导带内部跃迁而产生的吸收。在此区域，a-Si:H 的吸收系数较大，通常在104cm-1以上，随光子能量的变化具 有幂指数特征。在可见光谱范围内，a-Si:H的吸收系数要比 晶体硅大得多（高1-2个数量级），而太阳能电池主要是将可 见光部分的光能 (1.6eV -3.6eV) 转化成电能，这也是非晶硅 太阳能电池可取代晶体硅太阳能电池的重要原因之一。
非晶硅薄膜材料的光学特性拉曼raman光谱26拉曼光谱通常用激光作为光源这主要是因为激光光源的单色性很强所激发的拉曼谱线是相关光源强度高光束截面积小任何尺寸形状透明度的样品只要能被激光照射到就可以直接用来测量样品的需要量少可以获得拉曼谱线宽度和精细结构的准确数值
非晶硅薄膜太阳能电池
非晶硅薄膜材料的结构特点
如果改变激光波长，在某一个特定的固定波长下探测光 荧光强度随激发波长的变化，就得到非晶硅薄膜光荧光的激 发（PLE）谱。光荧光的激发谱主要反应了材料的吸收特性。 值得一提的是，在 a-Si:H 薄膜光致发光峰与激发谱测定 的光吸收峰之间存在 0.4-0.5eV的能量差，即存在明显的斯托 克斯位移。这是因为在光的吸收和发射的电子跃迁过程中分 别吸收和发射了声子的缘故。
材料结构表征与应用第一章-绪论-课件
1表面成分分析 （可作深度分析）
2表面能带结构分 析
3表面结构定性分 析与表面化学研究
约0.4~2nm（俄歇 约0.5~2.5nm(金属
电子能量
及金属氧化物)；
50~2000eV范围内） 约4~10nm(有机化
（与电子能量及样 合物和聚合物)。
品材料有关）
1表面能带结构分 析 2表面结构定性分 析与表面化学研究
第一章 绪论
方法或仪器
分析原理
透射电镜（TEM）透射与衍射
检测信号
基本应用
透射电子与衍 射电子
1形貌分析（显微组织、晶体缺陷） 2晶体结构分析 3成分分析（配附件）
扫描电镜（SEM）电子激发二次 电子；电子吸 收和背散射
二次电子、背 散射电子和吸 收电子
电子探针 （EPMA）
电子激发特征X X光子 射线
第一章 绪论
材料分析是通过对表征材料的物理性质或 物理化学性质参数及其变化(称为测量信号或 表征信息)的检测实现的。即材料分析的基本 原理（或称技术基础）是指测量信号与材料成 分、结构等的特征关系。采用各种不同的测量 信号形成了各种不同的材料分析方法。
材料结构的表征（或材料的分析方法）就 其任务来说，主要有三个，即成分分析、结构 测定和形貌观察。
7、拉曼光谱分析：是一种散射光谱分析方法。
第一章 绪论
分析方法
基本分析项目与应用
原子发射光谱分析 （AES）
原子吸收光谱分析 （AAS） X射线荧光光谱分析 （XFS） 紫外、可见（分子） 吸收光谱分析（UV、 VIS）
元素定性、半定量、定量分析。对 于无机物分析是最好的定性、半定 量分析方法。 元素定量分析
约0.4~2.0nm(光 电子能量 10~100eV范围内)。
材料结构表征及应用
材料结构表征及应用材料结构表征是材料科学领域中的重要研究内容，它涉及到材料的组成、结构、性能以及应用等方面。
材料的结构表征可以通过多种手段进行，例如X射线衍射、电子显微镜、原子力显微镜等，这些手段可以帮助科研人员深入了解材料的微观结构和性能，为材料的设计、制备和应用提供重要的参考依据。
X射线衍射是一种常用的材料结构表征手段，通过衍射图谱的分析可以得到材料的晶体结构信息，包括晶格常数、晶体取向、晶粒尺寸等。
电子显微镜则可以帮助科研人员观察材料的微观形貌和结构特征，包括晶粒形状、晶界分布、缺陷结构等。
原子力显微镜则可以实现对材料表面的原子尺度的观测，揭示材料表面的形貌和表面缺陷等信息。
除了以上提到的手段外，还有许多其他的材料结构表征手段，例如热分析技术、核磁共振、拉曼光谱等，这些手段可以从不同的侧面揭示材料的结构和性能信息。
通过综合运用这些手段，科研人员可以全面地了解材料的结构特征，为材料的应用提供更加可靠的支撑。
材料的结构表征不仅对于科研领域具有重要意义，也对于工业生产具有重要意义。
通过对材料结构的深入了解，可以实现对材料性能的精准调控，提高材料的性能指标，拓展材料的应用领域。
例如，通过对材料的晶体结构进行优化，可以实现对材料强度、硬度、导电性等性能的提升，从而提高材料的工程应用价值。
在材料科学领域，结构表征与应用是密不可分的。
只有深入了解材料的结构特征，才能实现对材料性能的准确把握，为材料的应用提供可靠的支撑。
因此，材料结构表征是材料科学研究中的重要环节，它为材料的设计、制备和应用提供了重要的科学依据。
总之，材料结构表征是材料科学研究中的重要内容，通过多种手段对材料的结构特征进行深入了解，可以为材料的应用提供可靠的支撑。
材料科学领域的研究人员应该不断探索新的结构表征手段，提高材料结构表征的准确性和可靠性，为材料的应用领域拓展提供更加有力的支持。
多孔材料孔结构表征
1.引言
多孔材料：是一类包含大量孔隙的材 料，这种多孔固体材料主要由形成材料本 身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体 相所组成，介质为气体和液体。
根据孔径尺寸在2nm以下的称为微孔， 2nm-50nm为介孔，而在50nm以上的称为大 孔。
2.多孔材料性能检测-主要评价指标
一般可用下述参数来表征 多孔材料的特性：
2. 孔结构的表征技术
NaX(a)和MNaX(b)沸石的SEM 照片。 NaX 为八面体, 且表面光滑; 而MNaX 呈现为表面粗糙的球体。
2. 孔结构的表征技术
图5 NaX 和MNaX 的氮气吸附/脱附 等温线NaX在较低的相对压力小于 0.01下吸附量随压力的增大迅速上 升, 达到一定相对压力后吸附接近 饱和,之后随着压力的增加吸附量 不再出现明显变化, 属于Ⅰ型等温 线, 表明其为微孔沸石。 MNaX体现出Ⅰ和Ⅳ型结合的特征，在较低的相对压力 (p/p0<0.01)下吸附量随压力的增大迅速上升, 即微孔填 充, 而后吸附量随压力的增加继续缓慢增加, 并当相对压 力达到p/p0≈0.4 时吸附量随压力增加迅速增加,吸附和脱 附过程变得不可逆, 即出现毛细凝聚现象，等温线上出 现明显的滞后环, 表现出典型的介孔材料特征。
2. 孔结构的表征技术
3.3压汞法 对于大孔材料的孔
结构表征常用压汞法， 压汞测孔法能直接获取 孔结构第一手信息, 孔隙 结构换算时无需大量、 复杂的模型和假定。
3. 孔结构的表征技术
3.3.1压汞法测试原理
压从汞法公是式通（过测2 量）施可 Nhomakorabea以不同看压出力，时进当入△多P孔增材大料中时的，汞
的能量进来进入行汞孔的的表孔征的。半它依径据就的减原理小类。似因于L此ap测lac试e公不式同（1）
材料表征知识点总结
材料表征知识点总结一、材料表征的基本概念1.1 材料表征的概念材料表征是指通过一系列的手段和方法对材料进行结构、性能分析的过程。
它是材料科学研究的重要手段，对于认识和理解材料的微观结构、物理性质、化学性质、力学性质等具有重要意义。
材料表征的目的是为了揭示材料的内在特征，解析材料的结构和性质之间的关系，为材料设计、改进和应用提供科学依据。
1.2 材料表征的内容材料表征的内容主要包括以下几个方面：结构表征、性质表征、表面表征、界面表征、缺陷表征等。
结构表征主要是对材料的晶体结构、非晶结构、微观结构、纳米结构等进行研究与分析；性质表征主要是对材料的物理性质、化学性质、力学性质、热性质等进行研究与分析；表面表征主要是对材料的表面形貌、表面性质、表面活性等进行研究与分析；界面表征主要是对材料的各种界面性质、界面相互作用、界面扩散等进行研究与分析；缺陷表征主要是对材料的各种缺陷类型、缺陷形成、缺陷演变等进行研究与分析。
1.3 材料表征的方法材料表征的方法主要包括物理方法、化学方法、电子显微镜方法、X射线衍射方法、光学显微镜方法、谱学方法、表面分析方法等。
这些方法可以对材料的结构、性质、表面、界面、缺陷等进行多角度、多层次的表征与分析，从而全面地了解材料的内在特征。
二、材料表征的常用方法与技术2.1 物理方法物理方法是材料表征中最常用的方法之一，主要包括X射线衍射法、电子显微镜法、磁共振法、核磁共振法、拉曼光谱法、光谱学方法、热分析法、热敏电阻法、热释电法等。
这些方法可以通过对材料的物理性质、电磁性质、热力学性质等进行分析，揭示材料的内部结构和性质之间的相互关系。
2.2 化学方法化学方法是材料表征中另一个重要的方法，主要包括原子吸收光谱法、光度法、电化学方法、色谱法、荧光分析法、偏振光分析法等。
这些方法可以通过对材料的化学性质、化学成分、化学反应等进行分析，揭示材料的化学本质和特征。
2.3 电子显微镜方法电子显微镜方法是材料表征中一种重要的方法，主要包括透射电子显微镜法、扫描电子显微镜法、透射电镜能谱法等。
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材料化学
材料结构的表征
材料结构表征的内容 *晶体结构的研究和表征 化学成分相同，但晶体结构不同，或相组成不同时， 材料性能往往不同。而晶体结构相同的材料，由于局部 点阵常数的改变，有些场合也是材料特性变化的重要因 素。晶体中的缺陷、各种类型的固溶体、烧结体及合金 晶界附近原子排列的无序等都会导致局部晶格畸变。所 以测定点阵常数，可以帮助我们了解晶体内部微小的变 化以及它们对材料特性产生的影响。晶体结构、点阵常 数可用X射线衍射和电子衍射等实验手段进行研究和表征。
材料化学
材料结构的表征
*晶态材料，应用射线结晶学等方法取得其晶体结 构方面的信息； *固体材料进行组成鉴定和结构测定（晶态还是非 晶态）之后，还必须接着进行下列工作： a.晶态材料——确定是单晶还是多晶 多晶——确定晶粒的数目、大小、形状和分 布的情况。 b.晶体结构的类型、点阵常数等。
材料化学
材料化学
材料结构的表征
*材料显微结构的研究 材料的显微结构受到材料化学组成、晶体结 构和工艺过程等因素的影响，它与材料性能有着 密切的关系。从某种意义上说，材料的显微结构 特征对材料性能起着决定性的作用。 材料显微结构的研究总的来说应包括以下主 要内容：
材料化学
材料结构的表征
（1）形貌观察及物相（组成、含量）分析。 （2）晶体结构（类型、点阵常数）的测定。 （3）固体结合键的类型及键力大小。 （4）杂质含量及分布情况。 （5）晶粒形态、大小、取向及其分布特征。 （6）晶粒中的晶格畸变和缺陷情况。 （7）晶体结构和畴结构及其分布特征。 （8）材料的应力状态及应变。
材料化学材料结构的表征来自材料结构表征的基本步骤和方法 对于材料（也可能是原料或半成品）的表征: (1)利用化学分析法、光谱分析法和X 射线粉末衍 射及性能测试来进行分析鉴定，即对未知固体 物质作出鉴定。 (2)测定它的结构，如果其结构尚属未知： *分子型材料，其几何学的细节可以从进一步的光 谱测量中获得；
材料结构的表征
c.晶体缺陷的性质、数目和分布以及晶格畸变 的情况; d.固体中结合键的类型和键力大小; e.杂质的含量及分布情况; f.表面结构，包括任何组成上的非均匀性或吸 附的表面层。
材料化学
材料结构的表征
1. 材料结构的表征 2. 热分析技术 3. 显微技术 4. X射线衍射技术 5. 波谱技术
材料化学
材料结构的表征
1. 材料结构的表征 材料结构的表征：确定材料的化学组成和微观 结构 材料结构的表征技术：确定材料的化学组成和 微观结构的方法 目的：为材料的改性或新材料的制备提供依据 层次（1）材料宏观性能的测试:判断材料的结构 （2）材料微观结构的确定 （3）材料化学组成的确定