材料分析测试技术.ppt
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纳米材料测试分析技术 ppt课件
第四章：纳米材料测试分析技术
纳米材料测 试分析技术
尺寸评估 结构表征 性能测量
电子显微分析
扫描探针分析
X-射线衍射分析
光谱分析
能谱分析
粒 ppt课件 度 分 析
1
天津理工大学纳米材料与技术研究中心
微观世界的探索
社会发展、科技进步总伴随着工具的完善和革新。 以显微镜来说吧，发展至今可以说是有了三代显 微镜。这也使得人们对于微观世界的认识越来越 深入，从微米级，亚微米级发展到纳米级乃至原 子分辨率。
ppt课件
5
一、电 子 显 微 分 析
电子显 微分析
透射电子显微镜（TEM）
+ 扫描电子显微镜（SEM）
X-射线能谱 分析( EDX)
电子探针显微分析(EPMA)
材料的形貌观察、材料的 表面和内部微结构分析
ppt课件
材料的微区成 分分析(微米)
6
透射电子显微分析
透射电子显微镜（简称透射电镜） Transmission Electron Microscope（TEM）
ppt课件
2
天津理工大学纳米材料与技术研究中心
第一代为光学显微镜
1830年代后期为M.Schleide
和 T.Schmann 所 发 明 ； 它 使
人类“看”到了致病的细菌、
微生物和微米级的微小物体，
对社会的发展起了巨大的促
进作用，至今仍是主要的显
微工具 。
ppt课件
3
天津理工大学纳米材料与技术研究中心
ppt课件 microscope”
8
普通透射电子显微镜（TEM）
透通过两个中间镜
之间的相互配合，可在较大范
围内调整相机长度和放大倍数。
纳米材料测 试分析技术
尺寸评估 结构表征 性能测量
电子显微分析
扫描探针分析
X-射线衍射分析
光谱分析
能谱分析
粒 ppt课件 度 分 析
1
天津理工大学纳米材料与技术研究中心
微观世界的探索
社会发展、科技进步总伴随着工具的完善和革新。 以显微镜来说吧，发展至今可以说是有了三代显 微镜。这也使得人们对于微观世界的认识越来越 深入，从微米级，亚微米级发展到纳米级乃至原 子分辨率。
ppt课件
5
一、电 子 显 微 分 析
电子显 微分析
透射电子显微镜（TEM）
+ 扫描电子显微镜（SEM）
X-射线能谱 分析( EDX)
电子探针显微分析(EPMA)
材料的形貌观察、材料的 表面和内部微结构分析
ppt课件
材料的微区成 分分析(微米)
6
透射电子显微分析
透射电子显微镜（简称透射电镜） Transmission Electron Microscope（TEM）
ppt课件
2
天津理工大学纳米材料与技术研究中心
第一代为光学显微镜
1830年代后期为M.Schleide
和 T.Schmann 所 发 明 ； 它 使
人类“看”到了致病的细菌、
微生物和微米级的微小物体，
对社会的发展起了巨大的促
进作用，至今仍是主要的显
微工具 。
ppt课件
3
天津理工大学纳米材料与技术研究中心
ppt课件 microscope”
8
普通透射电子显微镜（TEM）
透通过两个中间镜
之间的相互配合，可在较大范
围内调整相机长度和放大倍数。
材料的测试、表征方法和技巧ppt课件
用) 共聚焦方式，适于表面或层面分析，高信噪比 能适合黑色和含水样品 高、低温及高压条件下测量 光谱成像快速、简便，分辨率高 仪器18稳固，体积适中，维护成本低，使用简单
红外光谱
光谱范围400-4000cm-1 分子振动谱 吸收，直接过程，发展较早
平衡位置附近偶极矩变化不为零 与拉曼光谱互补 实验仪器是以干涉仪为色散元件 测试在中远红外进行，不收荧光干扰
方法一：纵坐标为吸收强度，横坐标为波长λ（m） 和波数1/λ，单位：cm-1 。可以用峰数，峰位，峰
形，峰强来描述。 纵坐标是：吸光度A 应用：有机化合物
的结构解析 定性：基团的特征
吸收频率； 定量：特征峰的强
度
6
方法二：纵坐标是百分透过率T%。百分透过率的定义 是辅射光透过样品物质的百分率，即 T%= I/I0×100%， I是透过强度，Io为入射强度。
峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化 时，无红外吸收
峰强 瞬间偶极矩大，吸收峰强；键两端原子电负 性相差越大（极性越大），吸收峰越强
由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰， 基频峰
由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收 峰，倍1频1 峰
有机化合物基团的特征吸收
化合物红外光谱是各种基团红外吸收的叠加
各种基团在红外光谱的特定区域会出现对应的吸收 带，其位置大致固定
受化学结构和外部条件的影响，吸收带会发生位移， 但综合吸收峰位置、谱带强度、谱带形状及相关峰 的存在，可以从谱带信息中反映出各种基团的存在 与否
12
常见基团的红外吸收带
=C-H C-H CC C=C
O-H O-H（氢键）
C=O C-C，C-N，C-O
S-H P-H N-O N-N C-F C-X
红外光谱
光谱范围400-4000cm-1 分子振动谱 吸收，直接过程，发展较早
平衡位置附近偶极矩变化不为零 与拉曼光谱互补 实验仪器是以干涉仪为色散元件 测试在中远红外进行，不收荧光干扰
方法一：纵坐标为吸收强度，横坐标为波长λ（m） 和波数1/λ，单位：cm-1 。可以用峰数，峰位，峰
形，峰强来描述。 纵坐标是：吸光度A 应用：有机化合物
的结构解析 定性：基团的特征
吸收频率； 定量：特征峰的强
度
6
方法二：纵坐标是百分透过率T%。百分透过率的定义 是辅射光透过样品物质的百分率，即 T%= I/I0×100%， I是透过强度，Io为入射强度。
峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化 时，无红外吸收
峰强 瞬间偶极矩大，吸收峰强；键两端原子电负 性相差越大（极性越大），吸收峰越强
由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰， 基频峰
由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收 峰，倍1频1 峰
有机化合物基团的特征吸收
化合物红外光谱是各种基团红外吸收的叠加
各种基团在红外光谱的特定区域会出现对应的吸收 带，其位置大致固定
受化学结构和外部条件的影响，吸收带会发生位移， 但综合吸收峰位置、谱带强度、谱带形状及相关峰 的存在，可以从谱带信息中反映出各种基团的存在 与否
12
常见基团的红外吸收带
=C-H C-H CC C=C
O-H O-H（氢键）
C=O C-C，C-N，C-O
S-H P-H N-O N-N C-F C-X
《材料测试方法》课件
《材料测试方法》ppt课件
目 录
• 材料测试方法简介 • 材料力学性能测试 • 材料物理性能测试 • 材料化学性能测试 • 材料无损检测技术 • 材料现代测试技术
01
材的性能
通过测试，可以了解材料在 各种条件下的性能表现，如 力学性能、热性能、电性能 等。
质量控制
测试方法的分类
破坏性测试与非破坏性测试
根据是否对材料造成破坏，测试方法可分为破坏性测试和非破坏性测试。破坏性测试会改变材料的结构和性能，而非 破坏性测试不会对材料造成损伤。
宏观测试与微观测试
根据测试尺度，测试方法可分为宏观测试和微观测试。宏观测试主要关注材料的整体性能和行为，而微观测试则关注 材料的微观结构和性质。
红外线检测
总结词
利用红外线对材料进行辐射，通过测量材料对红外线的吸收和反射来分析材料的表面和内部结构。
详细描述
红外线检测利用不同物质对红外线的吸收和反射特性不同，通过测量材料对红外线的吸收和反射光谱 可以分析材料的表面和内部结构。该方法具有非接触、无损、快速等优点，适用于塑料、橡胶、涂料 等多种材料的检测。
测试是材料质量控制的重要 手段，通过测试可以判断材 料是否符合设计要求和使用 标准。
研发与改进
测试可以为新材料的研发提 供数据支持，帮助研发人员 了解材料的性能特点，优化 材料配方和工艺。
安全评估
对于涉及安全性的材料，如 建筑材料、医疗器械等，测 试是进行安全评估的必要步 骤。
测试的重要性
保障产品质量
化学稳定性测试
总结词
化学稳定性测试用于评估材料在化学介质中的稳定性 。
详细描述
通过在不同化学介质中检测材料性能的变化，评估材 料的化学稳定性，如耐酸碱度、耐溶剂性等。
目 录
• 材料测试方法简介 • 材料力学性能测试 • 材料物理性能测试 • 材料化学性能测试 • 材料无损检测技术 • 材料现代测试技术
01
材的性能
通过测试，可以了解材料在 各种条件下的性能表现，如 力学性能、热性能、电性能 等。
质量控制
测试方法的分类
破坏性测试与非破坏性测试
根据是否对材料造成破坏，测试方法可分为破坏性测试和非破坏性测试。破坏性测试会改变材料的结构和性能，而非 破坏性测试不会对材料造成损伤。
宏观测试与微观测试
根据测试尺度，测试方法可分为宏观测试和微观测试。宏观测试主要关注材料的整体性能和行为，而微观测试则关注 材料的微观结构和性质。
红外线检测
总结词
利用红外线对材料进行辐射，通过测量材料对红外线的吸收和反射来分析材料的表面和内部结构。
详细描述
红外线检测利用不同物质对红外线的吸收和反射特性不同，通过测量材料对红外线的吸收和反射光谱 可以分析材料的表面和内部结构。该方法具有非接触、无损、快速等优点，适用于塑料、橡胶、涂料 等多种材料的检测。
测试是材料质量控制的重要 手段，通过测试可以判断材 料是否符合设计要求和使用 标准。
研发与改进
测试可以为新材料的研发提 供数据支持，帮助研发人员 了解材料的性能特点，优化 材料配方和工艺。
安全评估
对于涉及安全性的材料，如 建筑材料、医疗器械等，测 试是进行安全评估的必要步 骤。
测试的重要性
保障产品质量
化学稳定性测试
总结词
化学稳定性测试用于评估材料在化学介质中的稳定性 。
详细描述
通过在不同化学介质中检测材料性能的变化，评估材 料的化学稳定性，如耐酸碱度、耐溶剂性等。
材料研究与测试方法-PPT精品文档
康普顿效应实验装置
康普顿效应----波长变长
波长改变的数值与散射角有关
式中2θ为散射线与入射线的夹角
石墨的康普顿效应
X射线的吸收
物质对X射线的吸收主要是由原子内部的电 子跃迁而引起的。当X射线的波长足够短时， 光子能量可把原子中处于某一能级上的电 子打出来，而它本射被吸收。在这个过程 中，X射线的部分能量转变成光电子、荧光 Ｘ射线及俄歇电子的能量。因此，Ｘ射线 的强度被衰减。
（ 1 ）证明了 X 射线是电 磁波， （ 2 ）也第一次从实验上 证实了晶体内部质点 的规则而对称的排 列。
X射线管
X射线的特点
波动性: 以一定的频率 ν 和波长 λ 在空间传播 ; 具有干 涉、衍射、偏振等现 象 微粒性: 具有一定的质量m、 能量E和动量p.
X射线的波粒两重性
ν、λ与E、p之间也有如下的关系: E=hν=hc/λ P=h/λ 式中，h-Planck常数,等于6.625×10-27尔格.秒; c-X射线的速度,等于2.998×1010 cm/s. X射线是波长为: 0.001～10 nm 做晶体结构分析用的X射线的波长为: 0.05～0.25 nm
பைடு நூலகம்
Moseley定律
1/λ=a(Z-α)2 式中a和 α都为常数 Moseley 定 律 指 出 各 元 素的波长非常有规律 地随着它们在周期表 中的排列顺序而递减.
Moseley定律是元素分析 --X射线波谱分析(电子 探针定性 ) 及 X 射线荧 光分析的主要依据。
Moseley定律
第一章 X射线衍射分析
Kα线和 Kβ线
Kα线： L─→K Kβ线： M─→K 特征X射线的相对强度 主要是由(电子在各能级 之间的)跃迁几率决定的。 L层与K层较近，所以L 层上的电子回跳几率大 ： IKα＞IKβ
材料分析测试技术材料X射线衍射和电子显微分析课件
实际案例分析
材料A的X射线衍射和电子显微分析
通过结合应用，确定了材料A的晶体结构和微观结构特征，为其性能研究提供了 有力支持。
材料B的缺陷分析
利用X射线衍射和电子显微分析，成功检测到材料B中的晶体缺陷和微观结构变化 ，为优化制备工艺提供了指导。
材料X射线衍射和电
04
子显微分析的发展
趋势与未来展望
材料X射线衍射与电
03
子显微线衍射
01
局限性：对于非晶体或无定形材料，X射 线衍射效果不佳。
03
02
特点：能够确定晶体结构，提供宏观尺度上 的晶体信息。
04
电子显微分析
特点：高分辨率和高放大倍数，能够观察 材料的微观结构和表面形貌。
05
06
局限性：对于轻元素和某些化学态的识别 能力有限，且需要薄样品。
电子显微镜的工作原理
电子显微镜利用电子替代传统显微镜的光子，通过电子束 与样品的相互作用，将样品中的信息传递到荧光屏上，形 成图像。
分辨率和放大倍数
电子显微镜的分辨率和放大倍数主要取决于物镜的焦距和 中间镜的放大倍数，其分辨率通常比光学显微镜高，能够 观察更细微的结构。
电子显微镜的应用
生物医学研究
料X射线衍射和电子显微分析。
02
自动化和智能化
随着人工智能和机器学习技术的发展，未来的材料X射线衍射和电子显
微分析将更加自动化和智能化，能够自动识别、分类和处理数据。
03
多维度和多尺度分析
未来的材料X射线衍射和电子显微分析将能够实现多维度和多尺度分析
，从微观到宏观全面揭示材料的结构和性能。
技术发展面临的挑战与机遇
挑战
随着材料科学的发展，新型材料不断涌现，需要不断更新和完善材料X射线衍射和电子显微分析技术。同时，随 着环保意识的提高，如何降低这些技术对环境的负面影响也是一个重要的挑战。
《材料分析测试技术》课件
在生物学领域，材料分析测试技术用于研 究生物大分子的结构和功能，以及生物材 料的性能和生物相容性。
医学领域
环境科学领域
在医学领域，材料分析测试技术用于药物 研发、医疗器械性能评价以及人体组织与 器官的生理和病理研究。
在环境科学领域，材料分析测试技术用于 环境污染物检测、生态系统中物质循环的 研究以及环保材料的性能评估。
反射光谱测试技术
通过测量材料对不同波长光的反射率，分 析材料的表面特性、光学常数和光学性能 。
发光光谱测试技术
研究材料在受到激发后发射出的光的性质 ，包括荧光、磷光和热辐射等，以了解材 料的发光性能和光谱特性。
透射光谱测试技术
通过测量材料对不同波长光的透射率，分 析材料的透光性能、光谱特性和光学常数 。
磁粉检测技术
总结词
通过磁粉与材料相互作用，检测其表面和近表面缺陷。
详细描述
磁粉检测技术利用磁粉与被检测材料的相互作用，通过观察磁粉的分布和排列，检测材 料表面和近表面的裂纹、折叠等缺陷。该技术广泛应用于钢铁、有色金属等材料的检测
。
涡流检测技术
总结词
通过电磁感应在材料中产生涡流，检测其表 面和近表面缺陷。
《材料分析测试技术》ppt课件
目录
• 材料分析测试技术概述 • 材料物理性能测试技术 • 材料化学性能测试技术 • 材料力学性能测试技术 • 材料无损检测技术 • 材料分析测试技术的应用与展望
01
材料分析测试技术概述
Chapter
定义与目的
定义
材料分析测试技术是指通过一系列实验手段对材料 进行物理、化学、机械等性能检测，以获取材料组 成、结构、性能等方面的信息。
电学性能测试技术
电容率测试技术
现代材料分析测试技术材料分析测试技术ppt文档全文预览
现代材料分析测试技术材料分析测试技术ppt文档全文预览本部分的主要目的：介绍透射电镜分析、扫描电镜分析、表面成分分析及相关技术的基本原理，了解透射电镜样品制备和分析的基本操作和步骤，掌握扫描电镜在材料研究中的应用技术。
在介绍基本原理的基础上，侧重分析技术的应用！讲课18学时，实验：4学时，考试2学时。
主要要求：1)掌握透射电镜分析、扫描电镜分析和表面分析技术及其在材料研究领域的应用；2）了解电子与物质的交互作用以及电磁透镜分辨率的影响因素；3）了解透射电镜的基本结构和原理，掌握电子衍射分析及衍射普标定、薄膜样品的制备及其透射电子显微分析；4）了解扫描电镜的基本结构及其工作原理，掌握原子序数衬度、表面形貌衬度及其在材料领域的应用；了解波谱仪、能谱仪的结构及工作原理，初步掌握电子探针分析技术；5）对表面成分分析技术有初步了解；6）了解电子显微技术的新进展及实验方法的选择；参考书：1）常铁军，祁欣主编。
《材料近代分析测试方法》哈尔滨工业大学出版社；2）周玉，武高辉编著。
《材料分析测试技术——材料某射线与电子显微分析》哈尔滨工业大学出版社。
1998版3）黄孝瑛编著。
《透射电子显微学》上海科学技术出版社。
1987版4）进藤大辅，及川哲夫合著.《材料评价的分析电子显微方法》冶金工业出版社。
2001年版5）叶恒强编著。
《材料界面结构与特性》科学出版社，1999版1.1引言眼睛是人类认识客观世界的第一架“光学仪器”。
但它的能力是有限的，如果两个细小物体间的距离小于0.1mm时，眼睛就无法把它们分开。
光学显微镜的发明为人类认识微观世界提供了重要的工具。
随着科学技术的发展，光学显微镜因其有限的分辨本领而难以满足许多微观分析的需求。
上世纪30年代后，电子显微镜的发明将分辨本领提高到纳米量级，同时也将显微镜的功能由单一的形貌观察扩展到集形貌观察、晶体结构、成分分析等于一体。
人类认识微观世界的能力从此有了长足的发展。
光学显微镜的分辨率由于光波的波动性，使得由透镜各部分折射到像平面上的像点及其周围区域的光波发生相互干涉作用，产生衍射效应。
材料分析测试技术PPT课件
■分光晶体：是专门用来对X射线起分光 作用的晶体，它具有高的衍射效率、强 的反射能力和好的分辨率。每种晶体只 能色散一段范围波长的X射线，只适用于 一定原子序数的元素分析。常见的分光 晶体及其应用范围见P160表2-7。
■X射线探测器：WDS中使用的探测器和 XRD中使用的一样。
5
WWDDSS和EDSS的的比比较较
能谱仪（EDS）
• 目前最常用的能谱仪是Si(Li)X射线能谱仪。 其关键部件是Si(Li)检测器即锂漂移硅固态 检测器（结构示意图见P162图2-94）。
• Si(Li)探测器要始终处在真空中，探头装在 与存有液氮的杜瓦瓶相连的冷指内，日常 保养麻烦费用较高。
1
Si(Li)能谱仪的优点
▲分析速度快，几分钟内即可分析和确定样 品中含有的所有元素。分析范围为11Na～ 92U的所有元素。
操作特性
WDS
分析元素范围 Z≥4
分辨率
高
分析精度
±1～5%
对表面要求 平整,光滑
分析速度
慢
谱失真
少
最小束斑直径 ～200nm
探测极限
0.01～0.1％
使用范围
精确的定量分
析
EDS
Z≥11 低
≤±5% 粗糙表面也适用
快
多
～5nm
0.1～0.5％
适合于与SEM配合
使用
6
EPMA分析方法
EPMA有四种分析方法
11
2.8 扫描隧道显微镜（简介）
• 扫描隧道显微镜简称STM，是新型的表面分析仪 器，是1982年，由G.Binnig和H.Rhrer等人发明 的，该发明于1986年获诺贝尔奖。
• STM的原理：STM以原子尺度的极细探针及样品 作为电极，当针尖与样品非常接近时（约1nm）， 就产生隧道电流。通过记录扫描过程中，针尖位 移的变化，可得到样品表面三维显微形貌图。
■X射线探测器：WDS中使用的探测器和 XRD中使用的一样。
5
WWDDSS和EDSS的的比比较较
能谱仪（EDS）
• 目前最常用的能谱仪是Si(Li)X射线能谱仪。 其关键部件是Si(Li)检测器即锂漂移硅固态 检测器（结构示意图见P162图2-94）。
• Si(Li)探测器要始终处在真空中，探头装在 与存有液氮的杜瓦瓶相连的冷指内，日常 保养麻烦费用较高。
1
Si(Li)能谱仪的优点
▲分析速度快，几分钟内即可分析和确定样 品中含有的所有元素。分析范围为11Na～ 92U的所有元素。
操作特性
WDS
分析元素范围 Z≥4
分辨率
高
分析精度
±1～5%
对表面要求 平整,光滑
分析速度
慢
谱失真
少
最小束斑直径 ～200nm
探测极限
0.01～0.1％
使用范围
精确的定量分
析
EDS
Z≥11 低
≤±5% 粗糙表面也适用
快
多
～5nm
0.1～0.5％
适合于与SEM配合
使用
6
EPMA分析方法
EPMA有四种分析方法
11
2.8 扫描隧道显微镜（简介）
• 扫描隧道显微镜简称STM，是新型的表面分析仪 器，是1982年，由G.Binnig和H.Rhrer等人发明 的，该发明于1986年获诺贝尔奖。
• STM的原理：STM以原子尺度的极细探针及样品 作为电极，当针尖与样品非常接近时（约1nm）， 就产生隧道电流。通过记录扫描过程中，针尖位 移的变化，可得到样品表面三维显微形貌图。
红外光谱材料分析与测试技术作业-PPT
故 线性分子得振动自由度＝ 3n-5 非线性分子得振动自由度＝ 3n-6
例:水分子(非线性分子) 振动自由度数＝3 ×3 －6 ＝3
红外谱图上得峰数往往少于基本振动得数目。原因: (1)红外非活性振动:分子偶极距不发生变化 (2)峰得简并:振动频率完全相同,吸收带重合 (3)峰得掩盖:宽而强得吸收峰掩盖频率相近得窄
8、振动耦合效应与费米共振 振动耦合效应:当两个振动频率相同或相近得基团在分子中靠得很近时 ,她们得振动可能产生相互影响,使吸收峰裂分为两个,一个高于原来得 频率,一个低于原来得频率。 费米共振:当某一振动得倍频或组频位于另一强得基频附近时,由于相 互产生强烈得振动耦合作用,使原来很弱得泛频峰强化,或出现裂分双 峰,这种特殊得振动耦合称为费米共振。 9、互变异构 如果分子有互变异构现象发生,吸收峰将发生位移。
根据普朗克方程,发生振动能级跃迁需要能量得大小取 决于键两端原子得折合质量和键得力常数,即取决于分 子得结构特征。
结论: (1)化学键越强,K 越大,振动频率越高; (2)二原子μ越大,振动频率越低。
二分子得振动能级与吸收峰位置
分子得振动能级就是量子化得,相应能级得能量为: E振=(V+1/2)hν
V :振动量子数,其值可取0,1,2,3 …等整数 ν :化学键得振动频率
E1 = 1/2 hν E2 = 3/2 hν ……
△E=E2-E1= hν
……
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
分子振动能级就是量子化得,振动能级差得大小与分子得结 构密切相关。分子振动吸收能量等于其振动能级差得频率 得光。
二、分子外部因素对峰位得影响
外部因素包括:样品得物理状态、溶剂、仪器等。
1、样品得物理状态。 气态分子吸收峰尖锐,有时会出现转动能级跃迁引起得精细结构 小峰。 液态分子之间距离减小,作用力增强,谱带变宽,精细结构减弱或消 失,频率降低。 固态分子红移程度增大,振动耦合使谱带增多
例:水分子(非线性分子) 振动自由度数＝3 ×3 －6 ＝3
红外谱图上得峰数往往少于基本振动得数目。原因: (1)红外非活性振动:分子偶极距不发生变化 (2)峰得简并:振动频率完全相同,吸收带重合 (3)峰得掩盖:宽而强得吸收峰掩盖频率相近得窄
8、振动耦合效应与费米共振 振动耦合效应:当两个振动频率相同或相近得基团在分子中靠得很近时 ,她们得振动可能产生相互影响,使吸收峰裂分为两个,一个高于原来得 频率,一个低于原来得频率。 费米共振:当某一振动得倍频或组频位于另一强得基频附近时,由于相 互产生强烈得振动耦合作用,使原来很弱得泛频峰强化,或出现裂分双 峰,这种特殊得振动耦合称为费米共振。 9、互变异构 如果分子有互变异构现象发生,吸收峰将发生位移。
根据普朗克方程,发生振动能级跃迁需要能量得大小取 决于键两端原子得折合质量和键得力常数,即取决于分 子得结构特征。
结论: (1)化学键越强,K 越大,振动频率越高; (2)二原子μ越大,振动频率越低。
二分子得振动能级与吸收峰位置
分子得振动能级就是量子化得,相应能级得能量为: E振=(V+1/2)hν
V :振动量子数,其值可取0,1,2,3 …等整数 ν :化学键得振动频率
E1 = 1/2 hν E2 = 3/2 hν ……
△E=E2-E1= hν
……
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
分子振动能级就是量子化得,振动能级差得大小与分子得结 构密切相关。分子振动吸收能量等于其振动能级差得频率 得光。
二、分子外部因素对峰位得影响
外部因素包括:样品得物理状态、溶剂、仪器等。
1、样品得物理状态。 气态分子吸收峰尖锐,有时会出现转动能级跃迁引起得精细结构 小峰。 液态分子之间距离减小,作用力增强,谱带变宽,精细结构减弱或消 失,频率降低。 固态分子红移程度增大,振动耦合使谱带增多
材料分析测试方法课件
详细描述
紫外光谱法利用紫外线照射样品，测量样品对不同波长紫外光的吸收或反射，从而获得样品的紫外光谱。紫外光 谱图中，不同波长的峰代表着不同的化学键或官能团，通过比对标准谱图可以确定样品的化学组成和结构。此外 ，紫外光谱法还可以用于研究材料的电子云分布和能级结构。
核磁共振
总结词
核磁共振是一种常用的材料分析方法， 可以提供分子结构和化学键信息，以及 材料的磁学性质。
THANKS
03
布氏硬度
通过测量压痕直径来确定硬度 ，主要适用于硬质材料，如钢
和硬铝合金。
韧性测试
要点一
冲击测试
通过在材料上施加冲击力来测量其韧性，通常使用摆锤冲 击仪进行测试。
要点二
弯曲测试
通过在材料上施加弯曲力来测量其韧性，通常使用三点或 四点弯曲测试仪进行测试。
拉伸测试
弹性模量测试
通过测量材料在拉伸过程中的弹性变形来计算弹性模量 ，通常使用拉伸试验机进行测试。
应用
常用于材料科学、化学、生物学等领域 ，用于研究材料的晶体结构和化学键结 构等。
优点
可以快速、准确地测定晶体结构，且对 样品的损害较小。
缺点
对于非晶体或复杂的多晶材料，分析结 果可能存在误差。
中子衍射分析
原理
中子衍射分析是一种通过测量中子 在晶体中衍射角度的方法，推断晶
体结构的技术。
应用
常用于研究材料内部的结构和化学 键等信息，尤其适用于研究原子序
数较小的元素。
优点
对于某些元素，如氢、硼等，中子 衍射比X射线衍射更具优势。
缺点
需要使用中子源，实验成本较高， 且对样品的损害程度尚不明确。
红外光谱法
01
原理
红外光谱法是一种通过测量样 品对红外光的吸收光谱的方法 ，推断样品分子结构的的技术
紫外光谱法利用紫外线照射样品，测量样品对不同波长紫外光的吸收或反射，从而获得样品的紫外光谱。紫外光 谱图中，不同波长的峰代表着不同的化学键或官能团，通过比对标准谱图可以确定样品的化学组成和结构。此外 ，紫外光谱法还可以用于研究材料的电子云分布和能级结构。
核磁共振
总结词
核磁共振是一种常用的材料分析方法， 可以提供分子结构和化学键信息，以及 材料的磁学性质。
THANKS
03
布氏硬度
通过测量压痕直径来确定硬度 ，主要适用于硬质材料，如钢
和硬铝合金。
韧性测试
要点一
冲击测试
通过在材料上施加冲击力来测量其韧性，通常使用摆锤冲 击仪进行测试。
要点二
弯曲测试
通过在材料上施加弯曲力来测量其韧性，通常使用三点或 四点弯曲测试仪进行测试。
拉伸测试
弹性模量测试
通过测量材料在拉伸过程中的弹性变形来计算弹性模量 ，通常使用拉伸试验机进行测试。
应用
常用于材料科学、化学、生物学等领域 ，用于研究材料的晶体结构和化学键结 构等。
优点
可以快速、准确地测定晶体结构，且对 样品的损害较小。
缺点
对于非晶体或复杂的多晶材料，分析结 果可能存在误差。
中子衍射分析
原理
中子衍射分析是一种通过测量中子 在晶体中衍射角度的方法，推断晶
体结构的技术。
应用
常用于研究材料内部的结构和化学 键等信息，尤其适用于研究原子序
数较小的元素。
优点
对于某些元素，如氢、硼等，中子 衍射比X射线衍射更具优势。
缺点
需要使用中子源，实验成本较高， 且对样品的损害程度尚不明确。
红外光谱法
01
原理
红外光谱法是一种通过测量样 品对红外光的吸收光谱的方法 ，推断样品分子结构的的技术
材料分析方法概述 ppt课件
光谱分析方法包括各种吸收光谱分析和发射光谱分析法以及散射光谱分析以直流电弧交流电弧或高压火花等为信号激发源其能量使样品蒸发成气态原子并将气态原子外层电子激发至高能态处于激发态的原子向低能级跃迁产生辐射发射光谱产生的辐射经过分光仪器分光按波长顺序记录在感光板上从而获得了按谱线形式表达的样品发射光谱图
材料分析测试方法
材料现代分析、测试技术的发展，使得材 料分析不仅包括材料(整体的)成分、结构分 析，也包括材料表面与界面分析、微区分 析、形貌分析等许多内容．
ppt课件 5
材料的元素成份分析 材料的物相结构分析 材料的表观形貌分析 材料的价态分析 材料的表面与界面分析 材料的热分析 材料的力学性能分析
ppt课件 19
高能电子衍射分析： 入射电子能量为10—200 kev．高能电子衍射方 向和晶体样品中产生衍射晶面之晶面间距及电子 入射波长(A)的关系即电子衍射产生的必要条件也 由布拉格方程描述． 由于原子对电子的散射能力远高于其对x射线的散 射能力 ( 约高 10000倍以上 ) ，电子穿透能力差， 因而透射式高能电子衍射只适用于对薄层样品(薄 膜)的分析。 高能电子衍射的专用设备为电子衍 射仪，但随着透射电子显微镜的发展，电子衍射 分析多在透射电子显微镜上进行．与x射线衍射分 析相比，透射电子显微镜亡具有可实现样品选定 区域电子衍射 ( 选区电子衍射 ) 并可实现微区样品 结构(衍射)分析与形貌观察相对应的特点。
ppt课件
1
第一章 必要性：
材料分析测试方法概述
1、加深理解以前所学课程的内容。 2、为以后进一步的研究打下一个好的 基础。 3、目前材料发展日新月异的需要。
pp程中基本概念的来源。 2、了解一些检测分析手段。 3、能对一些检测结果进行一般性分析。
材料分析测试方法
材料现代分析、测试技术的发展，使得材 料分析不仅包括材料(整体的)成分、结构分 析，也包括材料表面与界面分析、微区分 析、形貌分析等许多内容．
ppt课件 5
材料的元素成份分析 材料的物相结构分析 材料的表观形貌分析 材料的价态分析 材料的表面与界面分析 材料的热分析 材料的力学性能分析
ppt课件 19
高能电子衍射分析： 入射电子能量为10—200 kev．高能电子衍射方 向和晶体样品中产生衍射晶面之晶面间距及电子 入射波长(A)的关系即电子衍射产生的必要条件也 由布拉格方程描述． 由于原子对电子的散射能力远高于其对x射线的散 射能力 ( 约高 10000倍以上 ) ，电子穿透能力差， 因而透射式高能电子衍射只适用于对薄层样品(薄 膜)的分析。 高能电子衍射的专用设备为电子衍 射仪，但随着透射电子显微镜的发展，电子衍射 分析多在透射电子显微镜上进行．与x射线衍射分 析相比，透射电子显微镜亡具有可实现样品选定 区域电子衍射 ( 选区电子衍射 ) 并可实现微区样品 结构(衍射)分析与形貌观察相对应的特点。
ppt课件
1
第一章 必要性：
材料分析测试方法概述
1、加深理解以前所学课程的内容。 2、为以后进一步的研究打下一个好的 基础。 3、目前材料发展日新月异的需要。
pp程中基本概念的来源。 2、了解一些检测分析手段。 3、能对一些检测结果进行一般性分析。
《材料分析》课件
绿色环保
发展可再生、可循环利用的材料，降 低材料生产和使用过程中的环境污染 ，实现可持续发展。
复合化
通过材料的复合化，实现各材料之间 的优势互补，提高材料的综合性能和 应用范围。
THANKS
感谢观看
析有助于提高飞行器和航天器的性能和安全性。
02
CATALOGUE
材料分析方法化学分析法总结词通过化学反应对材料进行定性和定量分析的方法。
详细描述
化学分析法是利用化学反应来测定材料中组分的含量。它通常包括滴定分析、重 量分析和气体分析等方法。这些方法可以确定材料中各种元素的含量，以及化合 物或离子的存在与否。
《材料分析》 ppt课件
contents
目录
• 材料分析概述 • 材料分析方法 • 材料性能分析 • 材料结构分析 • 材料成分分析 • 材料应用与发展趋势
01
CATALOGUE
材料分析概述
材料分析的定义
总结词
材料分析是对材料进行测试、表征和鉴别的过程，旨在了解材料的性质、结构 和性能。
详细描述
X射线衍射分析
电子衍射分析
利用电子在晶体中的衍射现象，进行 晶体结构分析和测定。
利用X射线在晶体中的衍射现象，分 析晶体的晶格常数、晶面间距等晶体 结构参数。
分子结构分析
01
02
03
分子几何构型
根据分子中原子之间的连 接方式和空间排列，确定 分子的几何构型，如直线 型、平面型、立体型等。
分子光谱分析
利用分子吸收光谱和发射 光谱的特性，分析分子内 部的结构和运动状态。
分子力学计算
利用量子力学和分子力学 计算方法，模拟分子的结 构和性质，预测分子的物 理和化学性质。
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4. 本课程的结构
本教材分为四篇，分别为组织形貌分析、 晶体物相分析、成分和价键（电子）结构 分析和分子结构分析，每一篇中的材料分 析方法具有共同的原理。
在每一篇的开始，专门设一章概论来介绍 该类分析的含义意义、介绍共同的理论基 础、对各种技术手段作分析对比。
5. 本课程的特点
1）系统性。依照材料研究方法的基本原理，将各种分析手段按照材 料研究的本质分类。
三种组织分析手段的比较
光学显微镜
分辨率
1000 0 10
扫描探针显微镜 扫描电子显微镜
1000 1
100
10
1
0.1 0.01 0.001
观察倍率 ×10000000 ×1000000 ×100000 ×10000 ×1000 ×100 ×10
0.1 ｎｍ 0.0001 μｍ
OM
Ni-Cr合金的铸造组织
材料现代研究方法
Modern Methods of Materials Analysis
天津大学材料科学与工程学院
绪论
1.材料现代分析方法的概念 2.材料分析的内容及相应的分析方法 3.材料分析的理论依据
3.1 组织形貌分析 3.2 相结构分析 3.3 成分和价键分析 3.4分子结构分析
4. 本课程的结构 5. 本课程的特点
按照出射信号的不同，成分分析手段可以分为两类：X光 谱和电子能谱，出射信号分别是X射线和电子。
X光谱包括X射线荧光光谱(XFS)和电子探计X射线显微分析 （EPMA）两种技术，
电子能谱包括X射线光电子能谱(XPS)、俄歇电子能谱 (AES)、电子能量损失谱(EELS)等分析手段。
EPMA
島津EPMA-1600
2）本质性。提炼出每一类分析方法共同的本质，对共同原理进行深 入分析和介绍，便于学生从本质上理解基本原理。
3）选择性。现代材料分析手段纷繁复杂，很难也没有必要在一本教 材里对每种方法进行详细地介绍。本教材首先是精选出若干种最 常规和广泛使用的分析手段，其次着重从每种分析手段的分析原 理上介绍，而避免对仪器细节和公式推导的过多铺陈，从而有助 于学生抓住重点，获得明晰的认识。
1.材料现代分析方法
材料现代分析方法是关于材料分析测试技术及其有关理论的 一门课程。 成分、结构、加工和性能是材料科学与工程的四个基本要素， 成分和结构从根本上决定了材料的性能，对材料的成分和结 构的进行精确表征是材料研究的基本要求，也是实现性能控 制的前提。
2.材料分析的内容
表面和内部组织形貌。包括材料的外观形貌（如纳米 线、断口、裂纹等）、晶粒大小与形态、各种相的尺 寸与形态、含量与分布、界面（表面、相界、晶界）、 位向关系（新相与母相、孪生相）、晶体缺陷（点缺 陷、位错、层错）、夹杂物、内应力。
基于其它物理性质或电化学性质与材料的 特征关系建立的色谱分析、质谱分析、电 化学分析及热分析等方法也是材料现代分 析的重要方法。但相对而言，上述四大类 方法在材料研究中应用得更加频繁，因此 本教材侧重介绍这四类常见的分析方法。
3. 材料分析的理论依据
尽管材料分析手段纷繁复杂，但它们也具有共 同之处。
XRD
t-ZrO2 ZrSiO4
Intensity
理学D/max 2000自动X射线仪
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Two Theta (degree)
图2 锆英石为主晶相的X射线谱
TEM
3.3 成分和价键分析
大部分成分和价键分析手段都是基于同一个原理，即核外 电子的能级分布反应了原子的特征信息。利用不同的入射 波激发核外电子，使之发生层间跃迁、在此过程中产生元 素的特征信息。
SEM
SPM
云母的表面原子阵列
3.2 物相分析
利用衍射分析的方法探测晶格类型和晶胞常数， 确定物质的相结构。
主要的物相分析的手段有三种：x射线衍射 (XRD)、电子衍射(ED)及中子衍射(ND)。
其共同的原理是： 利用电磁波或运动电子束、 中子束等与材料内部规则排列的原子作用产生 相干散射，获得材料内部原子排列的信息，从 而重组出物质的结构。
4）前沿性。使用大量典认识，有助于将来的实际运用。
除了个别研究手段（如SPM）以外，基本上是 利用入射电磁波或物质波（X射线、电子束、可 见光、红外光）与材料作用，产生携带样品信 息的各种出射电磁波或物质波（X射线、电子束、 可见光、红外光），探测这些出射的信号，进 行分析处理，即可获得材料的组织、结构、成 分、价键信息。
3.1组织形貌分析
微观结构的观察和分析对于理解材料的本 质至关重要，组织形貌分析借助各种显微 技术，认识材料的微观结构。表面形貌分 析技术经历了光学显微镜(OM)、电子显 微镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)的发 展过程，现在已经可以直接观测到原子的 图像。
晶体的相结构。各种相的结构，即晶体结构类型和晶 体常数，和相组成。
化学成分和价键（电子）结构。包括宏观和微区化学 成份（不同相的成份、基体与析出相的成份）、同种 元素的不同价键类型和化学环境。
有机物的分子结构和官能团。
四大类材料分析方法
相应地，材料分析方法分可以分为为形貌 分析、物相分析、成分与价键分析与分子 结构分析四大类方法。
EDS应用举例
不良品
良品
齿轮疲劳失效，是由于 渗碳处理不均匀，根本 原因在于硅的偏聚。
浸炭不 良部
不良品
Ｃ
良品
Ｓｉ
XPS
3. 4 分子结构分析
利用电磁波与分子键和原子核的作用，获 得分子结构信息。红外光谱（IR）、拉曼 光谱（Raman）、 荧光光谱（PL）等是 利用电磁波与分子键作用时的吸收或发射 效应，而核磁共振（NMR）则是利用原 子核与电磁波的作用来获得分子结构信息 的。