功能无机材料 材料的表征ppt课件
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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，
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。
功能材料第一章功能材料概论PPT
焊接加工
通过熔融连接将两个材料连接在一起，适用于金 属材料的连接。
表面处理技术
表面涂层技术
通过涂覆一层或多层涂层来改变 材料表面的性质，以提高耐腐蚀 、抗氧化、耐磨等性能。
表面改性技术
通过物理或化学手段改变材料表 面的化学成分、晶体结构和表面 形貌等性质，以提高表面硬度、 降低摩擦系数等性能。
04
环保化
随着环保意识的提高，功能材料的生产和使用需要更加注 重环保，如使用可再生资源、降低能耗和排放等。
智能化
功能材料正朝着智能化方向发展，如智能材料、自适应材 料等，这些材料能够根据环境变化做出响应，具有很高的 应用价值。
复合化
多种材料的复合使用已成为一种趋势，通过不同材料的组 合，可以获得单一材料无法达到的综合性能。
未来发展方向
01
新材料研发
不断探索和研发新的功能材料，提 高其性能和应用范围。
环保化发展
注重功能材料的环保性能，推动其 可持续发展。
03
02
智能化发展
加强功能材料的智能化研究，开发 更多具有智能响应的材料。
复合化发展
加强多种材料的复合研究，获得更 多具有综合性能的材料。
04
THANKS
感谢观看
环保领域
总结词
功能材料在环保领域的应用主要涉及空气净化、水处理、土 壤修复等方面。
详细描述
功能材料如吸附剂、催化剂、光催化剂等，能够有效降低污 染物排放和提高环境质量，对于解决全球环境问题具有重要 意义。
05
功能材料的发展趋势与挑战
发展趋势
高性能化
随着科技的不断进步，对功能材料的性能要求也越来越高 ，如更高的强度、硬度、耐热性、耐腐蚀性等。
《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
无机纳米材料的表征方法
无机纳米材料的表征方法
1.形貌，电子显微镜（TEM）,普通的是电子枪发射光电子，还有场发射的，分辨率和适应性更好；
2.结构，一般是需要光电电子显微镜，扫描电子显微镜不行
3.晶形，单晶衍射仪，XRD，判断纳米粒子的晶形及结晶度
4.组成，一般是红外，结合四大谱图，判断核壳组成，只作为佐证
5.性能，光-紫外，荧光；电--原子力显微镜，拉曼；磁--原子力显微镜或者专用的仪器
纳米微粒的影响因素很多：纳米微粒一般容易团聚，所以表面活性剂，自身组成，以及存放环境都会影响纳米微粒
在合成阶段，很多因素都会影响产物，时间，温度，剪切力，溶剂，滴加速度及顺序，冷却方法，甚至药品纯度，产地，批次，都会影响最终产物的形貌或者性能，在合成阶段，最好多做几次实验，验证重复性，表征阶段，千万不要刻意寻找理想形貌，尊重科学，尊重事实，一个铜网上面可能有很多形貌，说明实验还得继续。
四氧化三铁作为磁性纳米微粒，合成阶段早做烂了，主要是性能的表征，还有复合，但是国内的表征很不看好
应用主要是作为磁溶液，生物标记，缓释核，以及探伤，很多啦，多看看文献。
注意，表征的时候不要用电磁的显微镜，会对显微镜产生永久的损伤，产生不可挽回的偏差，需要用场发射或者扫描
扩展资料
纳米结构：纳米结构包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系。
对纳米阵列体系的研究集中在由金属纳米微粒或半导体纳米微粒在一个绝缘的衬底上整齐排列所形成的二位体系上。
而纳米微粒与介孔固体组装体系由于微粒本身的特性，以及与界面的基体耦合所产生的一些新的效应，也使其成为了研究热点，按照其中支撑体的种类可将它划分为无机介孔复合体和高分子介孔复合体两大类，按支撑体的状态又可将它划分为有序介孔复合体和无序介孔复合体。
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
《功能材料概论》课件
功能材料与结构材料相对，后者主要关注材料的强度、硬度、耐久性等结构特性，而功能材料则更注重 材料的特殊功能和用途。
功能材料的特性包括电、磁、热、光、化学、生物等性质，这些性质在特定的外部刺激下会发生改变， 从而实现对外部环境的响应和调控。
分类
根据功能性质，功能材料可以分为电子 功能材料、磁功能材料、热功能材料、 光学功能材料、化学功能材料和生物功 能材料等。
功能材料在水力发电、海洋能利用等领域 应用广泛，如水轮机叶片材料、海洋能转 换材料等。
生物医学领域
生物医学领域概述
功能材料在生物医学领域中具有广泛的应用前景，涉及医疗器械、生 物医用材料、药物载体等多个方向。
医疗器械领域应用
功能材料在医疗器械制造中应用广泛，如人工关节、心脏起搏器等医 疗设备材料。
根据应用领域，功能材料可以分为能源领域 功能材料、环境领域功能材料、医疗领域功 能材料、信息领域功能材料等。
根据材料的组成和结构，功能材料 可以分为金属功能材料、无机非金 属功能材料、有机功能材料和高分 子功能材料等。
02 功能材料的特性与性能
特性
物理特性
功能材料通常具有独特的物理特性，如超导性、半导性、 磁性、光学性能等。这些特性使得功能材料在特定条件下 能够表现出与众不同的性质。
化学特性
功能材料的化学特性包括稳定性、抗氧化性、耐腐蚀性等 。这些特性决定了材料在各种环境下的稳定性和使用寿命 。
生物特性
某些功能材料具有生物相容性，可以用于生物医学领域， 如人工关节、牙齿等。这些材料需要与人体组织有良好的 相容性，以减少排斥反应。
性能
力学性能
功能材料的力学性能包括硬度、 强度、韧性等。这些性能决定了 材料在受力条件下的表现，对于 材料的加工和使用具有重要意义 。
功能材料的特性包括电、磁、热、光、化学、生物等性质，这些性质在特定的外部刺激下会发生改变， 从而实现对外部环境的响应和调控。
分类
根据功能性质，功能材料可以分为电子 功能材料、磁功能材料、热功能材料、 光学功能材料、化学功能材料和生物功 能材料等。
功能材料在水力发电、海洋能利用等领域 应用广泛，如水轮机叶片材料、海洋能转 换材料等。
生物医学领域
生物医学领域概述
功能材料在生物医学领域中具有广泛的应用前景，涉及医疗器械、生 物医用材料、药物载体等多个方向。
医疗器械领域应用
功能材料在医疗器械制造中应用广泛，如人工关节、心脏起搏器等医 疗设备材料。
根据应用领域，功能材料可以分为能源领域 功能材料、环境领域功能材料、医疗领域功 能材料、信息领域功能材料等。
根据材料的组成和结构，功能材料 可以分为金属功能材料、无机非金 属功能材料、有机功能材料和高分 子功能材料等。
02 功能材料的特性与性能
特性
物理特性
功能材料通常具有独特的物理特性，如超导性、半导性、 磁性、光学性能等。这些特性使得功能材料在特定条件下 能够表现出与众不同的性质。
化学特性
功能材料的化学特性包括稳定性、抗氧化性、耐腐蚀性等 。这些特性决定了材料在各种环境下的稳定性和使用寿命 。
生物特性
某些功能材料具有生物相容性，可以用于生物医学领域， 如人工关节、牙齿等。这些材料需要与人体组织有良好的 相容性，以减少排斥反应。
性能
力学性能
功能材料的力学性能包括硬度、 强度、韧性等。这些性能决定了 材料在受力条件下的表现，对于 材料的加工和使用具有重要意义 。
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？
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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
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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
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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
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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
功能材料的制备和表征
功能材料的制备和表征随着科技的发展，功能材料在人类社会中的作用越来越重要。
功能材料是指在特定条件下具有特定功能的材料，例如具有导电性、光学性、磁性、生物相容性等等。
本文将介绍功能材料的制备和表征。
一、功能材料的制备功能材料的制备方法有多种，包括化学合成法、物理法、生物法等等。
其中，化学合成法是最常用的一种方法，常用于制备无机或有机小分子。
1. 化学合成法化学合成法是利用化学反应在反应溶液中合成材料的方法。
常用的合成法有溶胶-凝胶法、水热法、气相沉积法等等。
溶胶-凝胶法又可分为溶胶法和凝胶法两种。
溶胶法是将精细的氧化物粉末悬浮在水或有机溶剂中，经过初步处理后形成胶体分散液。
凝胶法是将精细粉末悬浮在水中，通过调节pH值和加入某些物质形成凝胶。
这种方法制备的材料具有较大的比表面积和孔隙度，具有较好的吸附性、催化性和光学性能。
水热法是将高度饱和溶液加热至较高的温度，在高温高压下经历多道物理化学反应过程，最终沉淀出所需的材料。
这种方法制备的材料具有晶体形态良好、分散度高、表面积大等优点。
气相沉积法是通过化学气相沉积、热分解、沉淀、物理气相沉积等方法，将固体、液体或气体前体物质转化为薄膜、粒子、线条等形态的材料。
这种方法可制备出较好的单晶薄膜和纳米颗粒等。
2. 物理法物理法主要是利用物理手段对材料进行制备，包括热处理、溅射、蒸发、溶液法等等。
这种方法常用于制备金属或氧化物等材料。
热处理就是将材料加热至一定温度，使其在化学成分和晶体结构上发生改变。
溅射是将靶材料置于真空先生的氩气中，通过放电将靶材料中的原子、分子抛出，沉积在试样表面形成薄膜。
蒸发是将易揮发的前体物质加热至高温，再使其冷凝成薄膜或粉末。
溶液法是将材料溶解在溶液中，然后在反应溶液中形成沉淀。
3. 生物法生物法主要是利用生物体制备材料，包括蚕丝蛋白、蛤田酸、DNA等等。
这种方法具有绿色环保、易操作、制备成本低等优点。
二、功能材料的表征功能材料制备完成后，需要对其进行表征。
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
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纳米材料的成份分析
18.04.2021
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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
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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
无机材料的表征方法及其性能评估
无机材料的表征方法及其性能评估无机材料是由无机元素组成的材料，广泛应用于工业、医疗、能源等领域。
为了充分了解无机材料的性质和性能，科学家们开发了不同的表征方法和评估技术。
本文将介绍一些常用的无机材料表征方法，并讨论这些方法在性能评估中的应用。
一、无机材料的表征方法1. X射线衍射（XRD）X射线衍射是一种结构表征方法，可以用于确定晶体结构、相组成、晶格参数等。
该方法通过测量无机材料与X射线的相互作用来确定样品的结构信息。
XRD 主要通过测量材料中晶体的多晶衍射图案来分析样品的晶体结构。
利用XRD，可以准确地确定晶格常数、晶体结构、尺寸等信息。
2. 扫描电子显微镜（SEM）SEM是一种常用的表征方法，可以观察和分析材料的表面形貌、形态和结构等。
该方法通过照射样品表面的电子束，利用样品与电子束之间的相互作用，获取高分辨率的图像。
SEM能够提供关于无机材料表面形貌、颗粒大小、形状、分布等方面的信息，对于材料的微观结构研究至关重要。
3. 透射电子显微镜（TEM）TEM是一种高分辨率的无机材料表征方法，可用于观察和分析材料的晶体结构、晶粒大小、界面结构等。
该方法通过照射样品的薄片形成透射电子图像，通过对图像的分析，可以获得材料的微观结构信息。
TEM具有更高的分辨率和更高的空间分辨率，对于纳米材料的研究尤其重要。
4. 傅里叶变换红外光谱（FTIR）FTIR是一种用来表征无机材料化学成分和分子结构的方法。
该方法利用可见光与无机材料之间的相互作用，获取样品的红外吸收光谱。
FTIR可以用于识别材料中的功能基团和官能团，从而确定无机材料的化学成分和分子结构。
二、无机材料的性能评估1. 机械性能评估机械性能是无机材料性能评估的重要指标之一，它直接关系到材料是否适用于特定工程应用。
常用的机械性能评估包括拉伸、压缩、弯曲等。
通过使用不同的试验方法，可以评估材料的强度、硬度、韧性等机械性能参数。
2. 导电性能评估导电性能是无机材料在电子领域应用中的重要特性。
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
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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
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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
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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
.
表面与界面 (SEM、TEM、AFM SPM)
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
.
.
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材料微观分析技术的选择
.
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7/31/2020 2:53 PM
.
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7/31/2020 2:53 PM
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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7/31/2020 2:53 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
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
.
9
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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
结
构
固
和
有
成
性
分
质
使用性能
.
10
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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
.
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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）
第三章
材料的表征
讲授：赵宏滨
.
1
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
.
2
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。
.
3
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
.
4
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分子结构与聚集态结构 (XRD、 IR、XPS、 ASS)
硅纳米线
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20
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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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21
7/31/2020 2:53 PM
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
7/31/2020 2:53 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）
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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8
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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
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）
.
18
7/31/2020 2:53 PM
材料结构分析—结果
抗冲击性
压缩性
动态力学性质
模量
.
11
7/31/2020 2:53 PM
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
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。
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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
.
7
7/31/2020 2:53 PM
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）
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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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7/31/2020 2:53 PM
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
.
19
7/31/2020 2:53 PM
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
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