纳米结构表征技术
纳米结构轻合金制备技术及应用
第四章
纳米材料的测试与表征技术
z λ是入射X 射线的波长z
θ是衍射hkl 的布拉格角z
βhkl 是衍射hkl 的半峰宽，单位为弧度。z 使用Scherror 公式测定晶粒度大小的适用范围是5 nm ～300 nm 。
θβλcos 89.0hkl hkl
hkl Nd D ==X-射线diffraction 分析晶粒粒度
?Mg-V: a immiscible system
Tong LIU, et al., Journal of Power Sources, 196 (2011)9599-9604.
?Tong Liu, et al. Int. J. Hydrogen Sciences, 36 (2011)3515
纳米材料学教案
《纳米材料》教学大纲 一、课程基本信息 课程编号：2 中文名称：纳米材料 英文名称：Nano-materials 适用专业：化学工程与工艺 课程类别：专业选修课 开课时间：第5学期 总学时：32 总学分：2 二、课程简介（字数控制在250以内） 《纳米材料》是化学工程与工艺专业的一门专业选修课，本课程系统地讲授各类纳米材料的概念、制备方法、结构和性能特征以及表征技术和方法，在此基础上，对其发展前景进行了展望。通过本课程的学习，引导大学生对纳米科学和技术进行认知与了解，帮助他们掌握纳米科技和纳米材料学的基本概念、基本原理、研究现状以及未来发展前景，从而启迪大学生的创新思维，拓宽其科学视野，培养他们对纳米科技的学习兴趣。 三、相关课程的衔接 与相关课程的前后续关系。 预修课程（编号）：高等数学B1（210102000913）、高等数学B2（210102000713）、物理化学A1（2）、物理化学A2（2），无机化学（A1）（2）、无机化学（A2）（2）。 并修课程（编号）：无特别要求 四、教学的目的、要求与方法 （一）教学目的 通过本课程的学习，引导大学生对纳米科学和技术进行认知与了解，帮助他们掌握纳米科技和纳米材料学的基本概念、基本原理、研究现状以及未来发展前景，从而启迪大学生的创新思维，拓宽其科学视野，培养他们对纳米科技的学习兴趣。 （二）教学要求 掌握纳米科技和纳米材料学的基本概念、基本原理、研究现状，对未来发展前景有一定的认识。
（三）教学方法 本课程遵循科学性、系统性、循序渐进、少而精和理论联系实际的教学原则，结合最新的研究成果着重讲述有关纳米材料的基本理论、理论知识的应用。本课程以课堂讲授教学为主，教学环节还包括学生课前预习、课后复习，习题，答疑、期末考试等。 五、教学内容（实验内容）及学时分配 （1学时） 第一章绪论（2学时） 1、教学内容 1.1纳米科技的基本内涵 1.2纳米科技的研究意义 1.3纳米材料的研究历史 1.4纳米材料的研究范畴 1.5纳米化的机遇与挑战 2、本章的重点和难点 本章重点是纳米科技与纳米材料的基本概念。 第二章纳米材料的基本效应（2学时） 1、教学内容 2.1 小尺寸效应 2.2 表面效应 2.3 量子尺寸效应 2.4宏观量子隧道效应 2.5 库仑堵塞与量子隧穿效应 2.6 介电限域效应 2.7 量子限域效应 2.8 应用实例 2、本章的重点和难点 重点：纳米材料的表面效应、小尺寸效应及量子尺寸效应。难点：宏观量子隧道效应。 第三章零维纳米结构单元（4学时） 1、教学内容 3.1 原子团簇
纳米材料的表征方法
纳米材料的表征及其催化效果评价方式纳米材料的表征主要目的是确定纳米材料的一些物理化学特性如形貌、尺寸、粒径、等电点、化学组成、晶型结构、禁带宽度和吸光特性等。 纳米材料催化效果评价方式主要是在光照（紫外、可见光、红外光或者太阳光）条件下纳米材料对一些污染物质（甲基橙、罗丹明B、亚甲基蓝和Cr6+等）的降解或者对一些物质的转化（用于选择性的合成过程）。评价指标为污染物质的去除效率、物质的转化效率以及反应的一级动力学常数k的大小。
1 、结构表征 XRD，ED，FT-IR, Raman，DLS 2 、成份分析 AAS，ICP-AES，XPS，EDS 3 、形貌表征 TEM，SEM，AFM 4 、性质表征-光、电、磁、热、力等 … UV-Vis，PL，Photocurrent
1. TEM TEM为透射电子显微镜，分辨率为～，放大倍数为几万～百万倍，用于观察超微结构，即小于微米、光学显微镜下无法看清的结构。TEM是一种对纳米材料形貌、粒径和尺寸进行表征的常规仪器，一般纳米材料的文献中都会用到。 The morphologies of the samples were studied by a Shimadzu SSX-550 field-emission scanning electron microscopy (SEM) system, and a JEOL JEM-2010 transmission electron microscopy (TEM)[1]. 一般情况下，TEM还会装配High-Resolution TEM（高分辨率透射电子显微镜）、EDX（能量弥散X射线谱）和SAED（选区电子衍射）。High-Resolution TEM用于观察纳米材料的晶面参数，推断出纳米材料的晶型；EDX一般用于分析样品里面含有的元素，以及元素所占的比率；SAED用于实现晶体样品的形貌特征与晶体学性质的原位分析。
纳米材料的测试与表征
纳米材料的测试与表征 目录 一、纳米材料分析的特点 二、纳米材料的成分分析 三、纳米材料的结构分析 四、纳米材料的形貌分析 一、纳米材料分析的特点 纳米材料具有许多优良的特性诸如高比表面、高电导、高硬度、高磁化率等； 纳米科学和技术是在纳米尺度上（0.1nm~100nm之间）研究物质（包括原子、分子）的特性和相互作用，并利用这些特性的多学科的高科技。 纳米科学大体包括纳米电子学、纳米机械学、纳米材料学、纳米生物学、纳米光学、纳米化学等领域。 纳米材料分析的意义 纳米技术与纳米材料属于高技术领域，许多研究人员及相关人员对纳米材料还不是很熟悉，尤其是对如何分析和表征纳米材料，获得纳米材料的一些特征信息。 主要从纳米材料的成分分析，形貌分析，粒度分析，结构分析以及表面界面分析等几个方面进行了检测分析。 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。 二、纳米材料的成分分析 ●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 ?TiO2纳米光催化剂掺杂C、N ?纳米发光材料中的杂质种类和浓度还可能对发光器件的性能产生影响据报；如通过 在ZnS中掺杂不同的离子可调节在可见区域的各种颜色。 ?因此确定纳米材料的元素组成测定纳米材料中杂质种类和浓度是纳米材料分析的 重要内容之一。 ●成分分析类型和范围 ?纳米材料成分分析按照分析对象和要求可以分为微量样品分析和痕量成分分 析两种类型； ?纳米材料的成分分析方法按照分析的目的不同又分为体相元素成分分析、表面 成分分析和微区成分分析等方法； ?为达此目的纳米材料成分分析按照分析手段不同又分为光谱分析、质谱分析、 能谱分析 ●纳米材料成分分析种类 ?光谱分析:主要包括火焰和电热原子吸收光谱AAS，电感耦合等离子体原
材料表征方法思考题答案
第一章XRD 1.X射线的定义、性质、连续X射线和特征X射线的产生、特点。 答：X射线定义：高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。性质：看不见；能使气体电离，使照相底片感光，具有很强的穿透能力，还能使物质发出荧光；在磁场和电场中都不发生偏转；当穿过物体时只有部分被散射；能杀伤生物细胞。 连续X射线产生：经典物理学解释——由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不相同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续X射线谱。量子力学解释——大量的电子在到达靶面的时间、条件均不同，而且还有多次碰撞，因而产生不同能量不同强度的光子序列，即形成连续谱。特点：强度随波长连续变化 特征X射线产生：当管电压达到或高于某一临界值时，阴极发出的电子在电场的加速下，可以将物质原子深层的电子击到能量较高的外部壳层或击出原子外，使原子电离。此时的原子处于激发态。处于激发态的原子有自发回到激发态的倾向，此时外层电子将填充内层空位，相应伴随着原子能量降低。原子从高能态变为低能态时，多出的能量以X射线的形式释放出来。因物质一定，原子结构一定，两特定能级间的能级差一定，故辐射出波长一定的特征X射线。特点：仅在特定的波长处有特别强的强度峰。 2.X射线与物质的相互作用 答：X射线与物质的相互作用，如图所示 一束X射线通过物体后，其强度因散射和吸收而被衰减，并且吸收是造成强度衰减的主要原因。 散射分为两部分，即相干散射和不相干散射。当X射线照射到物质的某个晶面时可以产生反射线，当反射线与X射线的频率、位相一致时，在相同反射方向上的各个反射波相互干涉，产生相干散射；当X射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，产生波长比入射X射线波长长的X射线，且波长随着散射方向的不同而改变，这种现象称为不相干散射。其中相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的基础。 物质对X射线的吸收是指X射线通过物质时，光子的能量变成了其它形式的能量，即产生了光电子、俄歇电子和荧光X射线。当X射线入射到物质的内层时，使内层的电子受激发而离开物质的壳层，则该电子就是光电子，与此同时产生内层空位。此时，外层电子将填充到内层空位，相应伴随着原子能量降低，放出的能量就是荧光X射线。当放出的荧光X射线回到外层时，将使外层电子受激发，从而产生俄歇电子而出去。产生光电子和荧光X射线的过程称为光电子效应，产生俄歇电子的过程称为俄歇效应。示意图见下：
物理在纳米材料测试表征中的应用讲解
物理在纳米材料测试表征中的应用 摘要：介绍了纳米材料的特性及一般的测试表征技术，主要从纳米材料的形貌分析，成分分析以及结构分析入手，介绍了扫描电子显微镜，透射电子显微镜，X 射线衍射，X射线荧光光谱分析，能谱分析等分析测试技术的工作原理及其在纳米粒子结构和性能分析上的应用和进展。 关键词：纳米材料；测试技术；表征方法 Abstract：The characterization and testing of nano-materials was described. Depend on the morphology, component and structure of nano-materials, the mechanism and applications of scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence spectroscopy, energy dispersive x-ray spectroscope (EDS) technology was presented. Further, the application and development of those technologies were described. Keyword: nano-materials; testing technology; characterization 0. 前言 分析科学是人类知识宝库中最重要、最活跃的领域之一，它不仅是研究的对象，而且又是观察和探索世界特别是微观世界的重要手段[ 1 ]。随着纳米材料科学技术的发展，要求改进和发展新分析方法、新分析技术和新概念，提高其灵敏度、准确度和可靠性，从中提取更多信息，提高测试质量、效率和经济性[ 2 ]。纳米科学和技术是在纳米尺度上（0. 1～100nm）研究物质（包括原子、分子）的特性及其相互作用, 并且对这些特性加以利用的多学科的高科技。纳米科技是未来高技的基础，而适合纳米科技研究的仪器分析方法是纳米科技中必不可少的实验手段。因此，纳米材料的分析和表征对纳米材料和纳米科技发展具有重要的意义和作用[ 3 ]。 1. 纳米材料的形貌分析 1.1 形貌分析的重要性
材料结构表征及应用课程教学大纲
《材料结构表征及应用》课程教学大纲 一、《材料结构表征及应用》课程说明 （一）课程代码：08131016 （二）课程英文名称：Characterization and Application of Material structure （三）开课对象：物理系材料物理专业 （四）课程性质： 本课程是材料物理专业的一门专业必修课。 （五）教学目的 全面理解材料的结构与性能之间的关系，掌握材料结构表征的基本方法，从材料的成分分析、结构测定和形貌观察等方面出发探寻结构与性能之间的内在关系，从而实现材料设计的功能。 （六）教学内容： 介绍一些目前比较流行的基本的材料研究方法，从材料的成分分析、结构测定和形貌观察等方面出发探寻结构与性能之间的内在关系。 （七）学时数、学分数及学时数具体分配 学时数：72 学分数：4 （八）教学方式： 课堂教学 （九）考核方式和成绩记载说明： 考核方式为考试。严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格，综合成绩根据出勤情况、平时成绩和期末成绩评定，出勤情况占20％，平时成绩占20％，期末成绩占60％。 二、讲授大纲与各章的基本要求 第一章绪论 教学要点： 通过本章的教学使学生初步了解表征材料结构的几种方法及其基本特点，概略的介绍本书将要介绍的内容。
1．了解材料的内在结构决定了材料的外在性能。 2．了解材料表征的基本方法 教学时数：2 教学内容： 第一节材料结构与材料性能的关系 第二节材料结构表征的基本方法 一、化学成分分析 二、结构测定 三、形貌观察 考核要求： 1．材料的结构决定材料的性能（领会） 2．材料结构表征的基本方法（识记） 第二章红外光谱及激光拉曼光谱 教学要点： 了解红外光谱的基本原理，掌握红外光谱实验的制样技术和结果分析方法，了解红外光谱实验的应用范围和前景，了解激光拉曼光谱的基本概念、实验原理和应用范围。 教学时数：16 教学内容： 第一节：红外光谱的基本原理 一、双原子分子的振动——谐报子和非谐振 二、多原子分子的简正振动 三、红外光谱的吸收和强度 第二节：红外光谱与分子结构 一、基团振动与红外光谱区域的关系 二、影响基团频率的因素 第三节：红外光谱图的解析方法 一、谱带的三个重要特征 二、解析技术 三、影响谱图质量的因素 第四节：红外光谱仪及制样技术 一、红外光谱仪的进展 二、傅里叶变换红外光谱仪原理 三、傅里叶变换红外光谱法的主要优点 四、红外光谱的表示方法 五、样品的制备技术 第五节：红外光谱在材料研究领域中的应用 一、高分子材料的研究 二、材料表面的研究 三、无机材料的研究 四、有机金属化合物的研究 第六节：红外光谱新技术及其应用 一、时间分辨光谱 二、红外光热光声光谱技术
材料结构与表征复习整理(周玉第三版)
材料结构与表征 2017-2018复习整理 2018-1-4 暨南大学 ——D.S
2017-2018材料结构与表征重点整理 目录 绪论 (1) 第一章 X射线物理学基础 (2) 第二章 X射线衍射方向 (3) 第三章 X射线衍射强度 (3) 第四章多晶体分析方法 (4) 第五章物相分析及点阵参数精确测定 (5) 第六章（不考） (5) 第七章（不考） (5) 第八章电子光学基础 (5) 第九章透射电子显微镜 (6) 第十章电子衍射 (7) 第十一章晶体薄膜衍衬成像分析 (7) 第十二章（不考） (8) 第十三章扫描电子显微镜 (8) 第十四章（不考） (8) 第十五章电子探针显微镜分析 (8) 第十六章 (9) 参考文献 (10)
2017-2018材料结构与表征重点整理 绪论 1.组织结构与性能 本书主要介绍X射线衍射和电子显微镜分析材料的微观结构。 材料的组织结构与性能：a.结构决定性能；b.通过一定方法控制其显微组织形成条件。 加工齿轮实例： a.预先将钢材进行退火处理，使其硬度降低，以满足容易铣等加工工艺性能要求； b.加工好后再进行渗碳处理，使其强度、硬度提高，以满足耐磨损等使用性能的要求。 2. 显微组织结构分析表征： a.表面形貌观察（形态、大小、分布和界面状态等——光学显微镜、电子显微镜、原子力显微镜等； b.晶体结构分析（物相，晶体缺陷，组织结构等）——X射线衍射、电子衍射、热谱分析； c.化学成分分析（元素与含量、化学价态、分子量、分子式等）——光谱分析，能谱分析等。 3.传统测试方式 a.光学显微镜——分辨率200nm——只能观察表面形态而不能观察材料内部的组织结构，更不能进行对所观察的显微组织进行同位微区分析； b.化学分析——能给出试样的平均成分，不能给出元素分布，和光谱分析相同。 4.X射线衍射与电子显微镜 1.XRD——分辨率mm级——是利用X射线在晶体中的衍射现象来分析材料的晶体结构、晶格参数、晶体缺陷（位错等）、不同结构相的含量及内应力的方法，可以计算样品晶体晶体结构与晶格参数。 2.电子显微镜 透射电子显微镜——分辨率0.1nm——通过透过样品的电子束成像，可以观察微观组织形态并对观察区域进行晶体结构鉴定； 扫描电子显微镜——分辨率1nm——利用电子束在样品表面扫描激发出的代表样品表面特征的信号成像，观察表面形貌（断口）和成分分布； 电子探针显微分析——利用聚焦很细的电子束打在样品微观区域，激发出特征X射线，可以确定样品微观区域的化学成分，可与扫描电镜同时使用进行化学成分同位分析。
最新有机化合物的结构表征方法关系与区别教程文件
一、 在研究有机化合物的过程中，往往要对未知物的结构加以测定，或要对所合成的目的物进行验证结构。其经典的方法有降解法和综合法。降解法是在确定未知物的分子式以后，将待测物降解为分子较小的有机物，这些较小的有机物的结构式都是已知的。根据较小有机物的结构及其他有关知识可以判断被测物的结构式。综合法是将已知结构的小分子有机物，通过合成途径预计某待测的有机物，将合成的有机物和被研究的有机物进行比较，可以确定其结构。经典的化学方法是研究有机物结构的基础，今天在有机物研究中，仍占重要地位。但是经典的研究方法花费时间长，消耗样品多，操作手续繁。特别是一些复杂的天然有机物结构的研究，要花费几十年甚至几代人的精力。 近代发展起来的测定有机物结构的物理方法，可以在比较短的时间内，用很少量的样品，经过简单的操作就可以获得满意的结果。近代物理方法有多种，有机化学中应用最广泛的波谱方法是紫外和可见光谱，红外光谱，以及核磁共振谱（氢谱、碳谱），一般简称“四谱”。 二、经典化学方法 1、特点：以化学反应为手段一种分析方法 2、分析步骤 （1）测定元素组成：将样品进行燃烧，观察燃烧时火焰颜色、有无黑烟、残余，再通过化学反应，检测C、H、O等元素含量，得到化学式 （2）测定分子摩尔质量：熔点降低法、沸点升高法 （3）溶解度实验：通过将样品加入不同试剂，观察溶解与否，来进行结构猜测 （4）官能团实验：通过与不同特殊试剂反应，判断对应的官能团结构（例：D-A反应形成具有固定熔点的晶体——存在共轭双烯） （5）反应生成衍生物，并与已知结构的衍生物进行比较。
三、现代检测技术 （一）紫外光谱(Ultraviolet Spectra,UV)(电子光谱) 1、基本概念 （1）定义：紫外光谱法是研究物质分子对紫外的吸收情况来进行定性、定量和结构分析的一种方法。 （2）特点：UV主要产生于分子价电子在电子能级间的跃迁，并伴随着振动转动能级跃迁，是研究物质电子光谱的定量和定性的分析方法。属于电子光谱（分子光谱），为连续带状。 （3）光吸收定律：朗伯—比尔定律 当用一波长为λ强度为I0的光通过宽度为b(cm)的透明溶液时，其透过光的强度为I，则物质的吸光度A与溶液中物质的浓度c成正比。 A=-㏒T=㏒I0/I=εbc 上式为紫外—可见吸收光谱的定量依据。 2、有机化合物电子跃迁类型 紫外-可见吸收光谱是由分子中价电子在电子能级间跃迁而产生的。按分子轨道理论，在有机化合物分子中，存在下列几种不同性质的价电子： ①形成单键的电子：σ键电子 ②形成双键的电子：π键电子 ③O、S、N、X等含有未成键的孤对电子：n电子或p电子。 常温下这些价电子都在成键轨道上，当分子吸收一定能量后，上述价电子将跃迁到较高能级，此时电子占据的轨道称反键轨道。而这种特定的跃迁是同分子内部结构有密切关系。因此，有机化合物的电子跃迁类型主要有下列几种： 1. σ→σ* 2. n→σ* 3. π→π* 4. n→π*
纳米材料的测试与表征
报告 课程名称纳米科学与技术专业班级电气1241 姓名张伟 学号32 电气与信息学院 和谐勤奋求是创新
纳米材料的测试与表征 摘要：介绍了纳米材料的特性及测试与表征。综合使用各种不同的分析和表征方法，可对纳米材料的结构和性能进行有效研究。 关键词：测试技术；表征方法；纳米材料 引言 纳米材料具有许多优良的物理及化学特性以及一系列新异的力、光、声、热、电、磁及催化特性，被广泛应用于国防、电子、化工、建材、医药、航空、能源、环境及日常生活用品中，具有重大的现实与潜在的高科技应用前景。纳米材料的化学组成及其结构是决定其性能和应用的关键因素，而要探讨纳米材料的结构与性能之间的关系，就必须对其在原子尺度和纳米尺度上进行表征。其重要的微观特征包括：晶粒尺寸及其分布和形貌、晶界及相界面的本质和形貌、晶体的完整性和晶间缺陷的性质、跨晶粒和跨晶界的成分分布、微晶及晶界中杂质的剖析等。如果是层状纳米结构，则要表征的重要特征还有：界面的厚度和凝聚力、跨面的成分分布、缺陷的性质等。总之，通过对纳米材料的结构特性的研究，可为解释材料结构与性能的关系提供实验依据。 纳米材料尺度的测量包括：纳米粒子的粒径、形貌、分散状况以及物相和晶体结构的测量；纳米线、纳米管的直径、长度以及端面结构的测量和纳米薄膜厚度、纳米尺度的多层膜的层厚度的测量等。适合纳米材料尺度测量与性能表征的仪器主要有：电子显微镜、场离子显微镜、扫描探测显微镜Χ光衍射仪和激光粒径仪等。 紫外和可见光谱是纳米材料谱学分析的基本手段，分为吸收光谱、发射光谱和荧光光谱。吸收光谱主要用于监测胶体纳米微粒形成过程；发射光谱主要用于对纳米半导体发光性质的表征，荧光光谱则主要用来对纳米材料特别是纳米发光材料的荧光性质进行表征。红外和喇曼光谱的强度分别依赖于振动分子的偶极矩变化和极化率的变化，因而，可用于揭示纳米材料中的空位、间隙原子、位错、晶界和相界等方面的信息。纳米材料中的晶界结构比较复杂，与材料的成分、键合类型、制备方法、成型条件以及热处理过程等因素均有密切的关系。喇曼频移与物质分子的转动和振动能级有关，不同的物质产生不同的喇曼频移。喇曼频率特征可提供有价值的结构信息，利用喇曼光谱可以对纳米材料进行分子结构、键态特征分析和定性鉴定等。喇曼光谱具有灵敏度高、不破坏样品、方便快速等优点，是研究纳米材料，特别是低维纳米材料的首选方法。 目前对纳米微观结构的分析表征手段主要有扫描探针显微技术，它包括扫描隧道电子显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜等。利用探针与样品的不同相互作用，在纳米级至原子级水平上研究物质表面的原子和分子的几何结构及与电子行为有关的物理、化学性质。例如用STM不仅可以观察到纳米材料表面的原子或电子结构，还可以观察表面存在的原子台阶、平台、坑、丘等结构缺陷。高分辨电子显微镜用来观察位错、孪晶、晶界、位错网络等缺陷，核磁共振技术可以用来研究氧缺位的分布、原子的配位情况、运动过程以及电子密度的变化；用核磁共振技术可以研究未成键电子数、悬挂键的类型、数量以及键的结构特征等。 测试技术的发展 纳米测试技术的研究大致分为三个方面：一是创造新的纳米测量技术，建立新理论、新方法；二是对现有纳米测量技术进行改造、升级、完善，使它们能适应纳米测量的需要；三是多种不同的纳米测量技术有机结合、取长补短，使之能适应纳米科学技术研究的需要。纳米测试技术是多种技术的综合，如何将测试技术与控制技术相融合，将探测、定位、测量、控制、信号处理等系统结合在一起构成一个大系统，开发、设计、制造出实用新型的纳米测量系统，是亟待解决的问题，也是今后发展的方向。随着纳米材料科学的发展和纳米制备技术的进步，将需要更新的测试技术和手段来表征、评价纳米粒子的粒径、形貌、分散和团聚
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 ? 或者10-8-10-12 m 1 ?=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。 2.产生条件 （1）产生自由电子；（2）使电子作定向的高速运动；（3）在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。 3.X射线管的结构 封闭式X射线管实质上就是一个大的真空二极管。基本组成包括： ①阴极：阴极是发射电子的地方。 ②阳极：亦称靶，是使电子突然减速和发射X射线的地方。 ③窗口：窗口是X射线从阳极靶向外射出的地方。 ④焦点：焦点是指阳极靶面被电子束轰击的地方，正是从这块面积上发射出X射线。 二、X射线谱 由X射线管发射出来的X射线可以分为两种类型：(1)连续X射线；(2)标识X射线。 1、连续X射线 具有连续波长的X射线，构成连续X射线谱，它和可见光相似，亦称多色X射线。 （1）产生机理
东华大学材料结构表征及其应用作业答案
“材料研究方法与测试技术”课程练习题 第二章红外光谱法 1.为什么说红外光谱是分子振动光谱？分子吸收红外光的条件是什 么？双原子基团伸缩振动产生的红外光谱吸收峰的位置主要与哪些因素有关？ 答案：这是由于红外光谱是由样品分子振动吸收特定频率红外光发生能级跃迁而形成的。分子吸收红外光的条件是：（1）分子或分子中基团振动引起分子偶极矩发生变化；（2）红外光的频率与分子或分子中基团的振动频率相等或成整数倍关系。双原子基团伸缩振动产生的红外光谱吸收峰的位置主要与双原子的折合质量（或质量）和双原子之间化学键的力常数（或键的强度；或键的离解能）有关。 2.用诱导效应、共轭效应和键应力解释以下酯类有机化合物的酯羰 基吸收峰所处位置的范围与饱和脂肪酸酯的酯羰基吸收峰所处位置范围（1735～1750cm-1）之间存在的差异。 芳香酸酯：1715～1730cm-1 α酮酯：1740～1755cm-1 丁内酯：～1820cm-1 答案：芳香酸酯：苯环与酯羰基的共轭效应使其吸收峰波数降低； α酮酯：酯羰基与其相连的酮羰基之间既存在共轭效应，也存在吸电子的诱导效应，由于诱导效应更强一些，导致酯羰基吸收峰的
波数上升；丁内酯：四元环的环张力使酯羰基吸收峰的波数增大。 3.从以下FTIR谱图中的主要吸收峰分析被测样品的化学结构中可 能存在哪些基团？分别对应哪些吸收峰？ 答案：3486cm-1吸收峰：羟基（-OH）；3335cm-1吸收峰：胺基（-NH2或-NH-）；2971cm-1吸收峰和2870cm-1吸收峰：甲基（-CH3）或亚甲基（-CH2-）；2115cm-1吸收峰：炔基或累积双键基团（-N=C=N-）；1728cm-1吸收峰：羰基；1604cm-1吸收峰、1526cm-1吸收峰和1458cm-1吸收峰：苯环；1108cm-1吸收峰和1148cm-1吸收峰：醚基（C-O-C）。1232cm-1吸收峰和1247cm-1吸收峰：C-N。 第三章拉曼光谱法 1. 影响拉曼谱峰位置（拉曼位移）和强度的因素有哪些？如果分子的同一种振动既有红外活性又有拉曼活性，为什么该振动产生的红外
智慧树知到工程材料表征技术章节测试答案
智慧树知到《工程材料表征技术》章节测试答案第一章 1、荷叶表面具有疏水性能原因是__ 荷叶表面极为光滑 荷叶表面的纳米结构 荷叶表面分泌油脂 荷叶表面很干净 答案: 荷叶表面的纳米结构 2、材料科学中的结构可包含以下哪些对象__ 相 组织 缺陷 单体 E:大分子链 答案: 相,组织,缺陷,单体,大分子链 3、X射线晶体衍射技术将人们对材料结构的认识推进到了___尺度 微米级 厘米级 原子 晶体 答案: 原子 4、人的肉眼为什么无法看到红外线？
人眼仅能观察到与周边（背景）颜色有足够差别的物体 人眼的分辨率只有0.1 mm 人眼接收光线的频率范围有限制 人眼的视网膜无法感知强度太弱的光线 答案: 人眼接收光线的频率范围有限制 5、材料科学中的结构与性能的关系式__ 结构决定性能 性能决定结构 性能改变结构 结构与性能相互协调 答案: 结构决定性能 6、你希望在学习完本课程之后，具备哪些方面的知识与初步能力。材料结构表征能力 结构反求能力 材料选择能力 材料表征的常用方法 答案: 材料结构表征能力 ,结构反求能力,材料选择能力,材料表征的常用方法 7、在伦琴之前已经有不少人观察到X射线使得底片感光的类似现象。对 错
答案: 对 8、金相显微镜的使用，建立了钢铁性能与显微组织的联系，使得钢铁质量稳定有章可循，同时也开辟了金相学这一学科。 对 错 答案: 对 9、人类历史上曾先后出现过对人类文明起到革命性推动作用的新光源是哪些？ 电光源 X射线光源 激光光源 同步辐射光源 答案: 电光源,X射线光源,激光光源,同步辐射光源 10、同步辐射光源是指产生同步辐射的物理装置，它是利用相对论性电子（或正电子）在磁场中偏转时产生同步辐射的高性能新型强光源。 对 错 答案: 对 11、以下关于航空发动机地位正确的描述是_。 航空发动机,是大国重器,是一个国家国力的象征 航空发动机是飞机的心脏 航空发动机被誉为现代工业“皇冠上的明珠” 现代喷气式发动机，主要包括涡轮风扇发动机、涡轮喷气发动机等 E:喷气发动机的主要结构部件有进气道、压气机、燃烧室、涡轮以及尾喷管等
纳米材料的表征与测试技术
纳米材料的表征与测试技术 作者：马翔（08级理学院材料化学系学生081132班） 摘要 虽然许多研究人员已经涉足纳米技术这个领域的工作，但还有很多研究人员以及相关产业的从业人员刘一纳米材料还不是很熟悉，尤其是如何分析和表征纳米材料，如何获得纳米材料的一此特征信息。该文对纳米材料的一此常用分析和表征技术做了概括。主要从纳米材料的成分分析、形貌分析、粒度分析、结构分析以及表面界面分析等几个方而进行了简要阐述。 关键词：纳米材料;表征;测试技术 1纳米材料的表征方法 纳米材料的表征主要包括: 1化学成分; 2纳米粒子的粒径、形貌、分散状况以及物相和晶体结构; 3纳米粒子的表面分析。 1. 1化学成分表征 化学成分是决定纳米粒子及其制品性能的最基本因素。常用的仪器分析法主要是利用各种化学成分的特征谱线，如采用X射线荧光分析和电子探针微区分析法可对纳米材料的整体及微区的化学组成进行测定。而且还可以与扫描电子显微镜SEM配合，使之既能利用探测从样品上发出的特征X 射线来进行元素分析，又可以利用二次电子、背散射电子、吸收电子信号等观察样品的形貌图像。即可以根据扫描图像边观察边分析成分，把样品的形貌和所对应微区的成分有机的联系起来，进一步揭示图像的本质。此外，还可以采用原子l发射光谱AES、原子吸收光谱AAS对纳米材料的化学成分进行定性、定量分析;采用X射线光电子能谱法XPS可分析纳米材料的表一面化学组成、原子价态、表面形貌、表面微细结构状态及表面能态分布等。 1.2纳米徽粒的衰面分析 (1)扫描探针显徽技术SPM 扫描探针显徽技术SPM以扫描隧道电子显微镜STM ,原子力显徽镜AFM、扫描力显微镜SFM 、弹道电子发射显徽镜BEEM、扫描近场光学显微镜SNOM等新型系列扫描探针显徽镜为主要实验技术，利用探针与样品的不同相互作用，在纳米级乃至原子级的水平 上研究物质表面的原子和分子的几何结构及与电子行为有关的物理、化学性质，在纳米尺度上研究物质的特性。 (2)谱分析法
《材料结构表征及应用》思考题
第二章 1、什么是贝克线？其移动规律如何？有什么作用？在两个折射率不同的物质接触处，可以看到比较黑暗的边缘，在这轮廓附近可以看到一条比较明亮的线细线，当升降镜筒时，亮线发生移动，这条明亮的细线称为贝克线。 贝克线的移动规律：提升镜筒，贝克线向折射率大的介质移动。根据贝克线的移动，可以比较相邻两晶体折射率的相对大小。 2、单偏光镜和正交偏光镜有什么区别？单偏光下和正交偏光下分别可以观察哪些现象？单偏光（仅使用下偏光）下可以观察晶体的形态、结晶习性、解理、颜色以及突起、糙面、多色性和吸收性，比较晶体的折光率（贝克线移动），用油浸法测定折光率等，对矿物鉴定十分重要。 正交偏光镜：联合使用上、下偏光镜，且两偏光镜的振动面处于互相垂直位置。可看到消光现象、球晶。 第三章 1.电子透镜的分辨率受哪些条件的限制？ 透镜的分辨率主要取决于照明束波长儿其次还有透镜孔径半角和物 方介质折射率。 2.透射电镜主要分为哪几部分？ 电子光线系统（镜筒）、电源系统、真空系统和操作控制系统。 3.透射电镜的成像原理是什么？透射电镜，通常采用热阴极电子枪来获得电子束作为 照明源。热阴极发射的电子，在阳极加速电压的作用下，高速穿过阳极孔，然后被聚光镜会聚成具有一定直径的束斑照到样品上。具有一定能量的电子束与样品发生作用，产生反映样品微区厚度、平均原子序数、晶体结构或位向差别的多
种信息。透过样品的电子束强度，其取决于这些信息，经过物镜聚焦放大在其平面上形成一幅反映这些信息的透射电子像，经过中间镜和投影镜进一步放大，在荧光屏上得到三级放大的最终电子图像，还可将其记录在电子感光板或胶卷上。 4.请概述透射电镜的制样方法。 支持膜法，复型法、晶体薄膜法和超薄切片法。高分子材料必要时还需染色、刻蚀。 5.扫描电镜的工作原理是什么？ 由三极电子枪发射出来的电子束，在加速电压作用下，经过2?3个电子透镜聚焦后，在样品表面按顺序逐行进行扫描，激发样品产生各种物理信号，如二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子等。这些物理信号分别被相应的收集器接受，经放大器放大后，送到显像管的栅极上，用来同步地调制显像管的电子束强度，即显像管荧光屏上的亮度。由于供给电子光学系统使电子束偏向的扫描线圈的电源也就是供给阴极射线显像管的扫描线圈的电源，此电源发出的锯齿波信号同时控制两束电子束作同步扫描。因此，样品上电子束的位置与显像管荧光屏上电子束的位置是一一对应的。这样，在长余辉荧光屏上就形成一幅与样品表面特征相对应的画面——某种信息图，如二次电子像、背散射电子像等。画面上亮度的疏密程度表示该信息的强弱分布。 6.扫描电镜成像的物理信号包括哪几种？ 二次电子、背散射电子、吸收电子、X 射线、俄歇电子等 7.相对于光学显微镜和透射电镜，扫描电镜各有哪些优点？ SEM 的景深大、放大倍数连续调节范围大，分辨本领比较高、能配置各种附件，做表面成分分析及表层晶体学位向分析等
水热法制备纳米材料
实验名称：水热法制备纳米TiO2 水热法属于液相反应的范畴，是指在特定的密闭反应器中采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。在水热条件下可以使反应得以实现。在水热反应中，水既可以作为一种化学组分起反应并参与反应，又可以是溶剂和膨化促进剂，同时又是一种压力传递介质，通过加速渗透反应和控制其过程的物理化学因素，实现无机化合物的形成和改进。 水热法在合成无机纳米功能材料方面具有如下优势：明显降低反应温度（100-240℃）；能够以单一步骤完成产物的形成与晶化，流程简单；能够控制产物配比；制备单一相材料；成本相对较低；容易得到取向好、完美的晶体；在生长的晶体中，能均匀地掺杂；可调节晶体生成的环境气氛。 一．实验目的 1.了解水热法的基本概念及特点。 2.掌握高温高压下水热法合成纳米材料的方法和操作的注意事项。 3.熟悉XRD操作及纳米材料表征。 4.通过实验方案设计，提高分析问题和解决问题的能力。 二．实验原理 水热法的原理是：水热法制备粉体的化学反应过程是在流体参与的高压容器中进行，高温时，密封容器中有一定填充度的溶媒膨胀，充满整个容器，从而产生很高的压力。为使反应较快和较充分的进行，通常还需要在高压釜中加入各种矿化物。 水热法一般以氧化物或氢氧化物（新配置的凝胶）作为前驱物，他们在加热过程中溶解度随温度的升高而增加，最终导致溶液过饱和并逐步形成更稳定的氧化物新相。反应过程的驱动力是最后可溶的的前驱物或中间产物与稳定氧化物之间的溶解度差。 三．实验器材 实验仪器：10ml量筒；胶头滴管；50ml烧杯；高压反应釜；烘箱；恒温磁力搅拌器。 实验试剂：无水TiCl4；蒸馏水；无水乙醇。 四．实验过程 1.取10mL量筒, 50mL的烧杯洗净并彻底干燥。 2.取适量冰块放入烧杯中，并加入一定的蒸馏水形成20mL的冰水混合物，用恒温磁力搅拌器搅拌，速度适中。 ，缓慢滴加到冰水混合物中。 3.用量筒量取2mL的无水TiCl 4
物质结构的表征方法
物质结构的表征方法 一、按表征任务分类 材料结构的表征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。 1.1 化学成分分析 材料的化学成分分析除了传统的化学分析技术外，还包括质谱、紫外、可见光、红外光谱分析，气、液相色谱，核磁共振，电子自旋共振、X射线荧光光谱、俄歇与X射线光电子谱、二次离子质谱，电子探针、原子探针(与场、离子显微镜联用)、激光探针等。在这些成分分析方法中有一些已经有很长的历史，并且已经成为普及的常规的分析乎段。如质谱已是鉴定未知有机化合物的基本手段之一，其重要贡献是能够提供该化合物的分子量和元素组成的信息。色谱中特别是裂解气相色谱( PGC)能较好显示高分子类材料的组成特征，它和质谱、红外光谱、薄层色谱,凝胶色谱等的联用，大大地扩展了其使用范围。红外光谱在高分子材料的表征上有着特殊重要地位。红外光谱测试不仅方法简单，而且也由于积累了大量的已知化合物的红外谱图及各种基团的特征频率等数据资料而使测试结果的解析更为方便。核磁共振谱虽然经常是作为红外光谱的补充，但其对聚合物的构型及构象的分析，对于立构异构体的鉴定，对于共聚物的组成定性、定量及序列结构测定有着独特的长处。许多信息是其他方法难以提供的。 需要特别提及的是，近年来由于对材料的表面优化处理技术的发展，对确定表面层结构与成分的测试需求迫切。一种以X射线光电子能谱、俄歇电子能谱、低能离子散射谱仪为代表的分析系统的使用日益重要。其中X射线光电子能谱（XPS）也称为化学分析光电子能谱（ESCA），是用单色的软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。对于固体样品，XPS可以探测2~20个原子层深度的范围。目前已成为从生物材料、高分子材料到金属材料的广阔范围内进行表向分析的不可缺少的工具之一:俄歇电子能谱（AES）是用一束汇聚电子束，照射固体后在表面附近产生了二次电子。由于俄歇电子在样品浅层表面逸出过程中没有能量的损耗，因此从特征能量可以确定样品元素成分，同时能确定样品表面的化学性质。由于电子束的高分
材料结构表征重点 (2)
1紫外光谱 1紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200-400nm（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。产生：外层电子从基态跃迁到激发态。 2四种电子能级跃迁所需能量ΔΕ大小顺序：n→π＊< π→π＊< n→σ＊< σ→σ＊3生色基：可以产生π→π* 和n→π*跃迁的基团。如—C=C—，—N=N—，C=O，C=S，芳环，共轭双键 4助色基;本身不具有生色基作用，但与生色基相连时，通过非键电子的分配，扩展了生色基的共轭效应，影响生色基的吸收波长，增大吸收系数，因常使化合物的颜色加深，故称助色基。 5红移：由于化合物结构变化（共轭、引入助色团取代基）或采用不同溶剂后，吸收峰位置向长波方向的移动，叫红移（长移）。 6蓝移：由于化合物结构变化（共轭、引入助色团取代基）或采用不同溶剂后，吸收峰位置向短波方向的移动，叫蓝移（紫移，短移） 7吸收谱带的类型：R吸收带，K吸收带，B吸收带，E吸收带 8.高强度的吸收为共轭重键，270nm以上左右的低强度吸收可能为醛酮的羰基吸收，210nm 左右的低强度吸收可能为羧基及其衍生物，250~300nm左右的中等强度吸收表明有芳环存在 2红外光谱 1红外光谱定义：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，并由其振动运动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生的分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，从而形成的分子吸收光谱称为红外光谱。又称为分子振动转动光谱。 2红外光谱图：纵坐标为吸收强度，横坐标为波长λ（微米）和波数1/λ单位：cm-1。可分为两个区，即官能团区和指纹区。 https://www.360docs.net/doc/af9540426.html,mbert-Beer 定律: A=log(I0/I)=klc A: 吸光度I0,I: 入射光和透射光的强度k: 吸光系数l: 样品厚度c: 样品浓度 4.IR产生的条件：(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2)辐射与物质间有相互偶合作用。对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2 等。非对称分子：有偶极矩，红外活性。 5.分子中基团的基本振动形式：伸缩振动（包括对称伸缩振动，反对称伸缩振动）弯曲振动（包括面内弯曲与面外弯曲） 6.影响基团频率发生位移的因素：A诱导效应。吸电子基团使吸收峰向高频位移 B共轭效应。共轭效应使碳碳双键的伸缩振动频率向低频位移 C空间效应;场效应，空间位阻，环张力 D氢键效应：伸缩振动向低频位移，弯曲振动向高频位移7常见的基团频率：羰基伸缩振动在1600~1900cm-1之间，往往是谱图的第一强峰，特征非常明显；C=C伸缩振动出现在1600~1660cm-1之间，一般强度较弱；单核芳烃的C=C伸缩振动出现在1500~1480cm-1和1600~1590cm-1两个区域。是鉴定芳核的重要标志。2000~2500cm-1是叁键和累积双键区。1370~1380cm-1为甲基的弯曲振动区 8.多原子的简振振动数目为3n-6，如水分子共有三个简振振动，直线型分子有3n-5个简振振动。简振振动包括伸缩振动（键长发生变化）与弯曲振动（键角发生变化）
试题材料分析表征技术2011
2011年《材料分析测试技术》期末考试试题 姓名：院/系：学号： 一、填空（26分） 1.化学电源可以分为一次电池、二次电池和燃料电池三类，化学电源主 要由正负极、隔膜和电解液三部分构成。 2.可逆电极反应在循环伏安测试中最重要的两个特征是和。 3.交流阻抗谱的三个基本条件是因果性条件、和。 1-3电化学 4.核磁共振波谱分析不能直接使用固体样品的原因是：。 5.影响红外光谱基团频率的因素包括：、、、 和。 6.拉曼光谱分析技术是以为基础建立起来的分子结构表征技术，其信号来 源与分子的和。 7.引起原子吸收线变宽的因素包括：、、、 和。 8.人们判断太阳主要是由氢元素和氦组成，判断的依据是方法。 9.通过磁化强度的测量，可获得的材料信息包括（列举两例）：、 。 二、问答题（24分） 1. 举例说明紫外-可见光谱的生色团和助色团。 2. 请简述标准加入法及其在原子吸收光谱法与原子发射光谱中的异同。 3. 下图是Pt电极在硫酸溶液中的循环伏安曲线，请解释各峰的含义，从中能得到关于 氢、氧吸附行为的什么信息？
4. 下图是一个典型的实际电极过程的交流阻抗谱，试给出其等效电路，并结合等效电路 简述如何求取有关电极过程参数。 三、判断题（16分） 1. 某个有机化合物的分子式是：C8H10，其NMR氢谱如下图所示，求其结构式。并请 给出各个峰的归属。（6分） 3H 5H 2H
2. （10分）（1）红外光谱定性分析的基本依据是什么？简要叙述红外定性分析的过程。（2）未知物分子式为C8H8O，测得的红外谱图如下，计算不饱和度，并确定其结构。 四、（12分）简述X射线光电子能谱（XPS）、紫外光电子能谱（UPS）和俄歇电子能 谱（AES）的异同点，可各自获得样品的哪些信息？ 五、（12分）（1）简述热重分析（TGA）和差热分析（DTA）有何区别及在材料研究中 的应用。 （2）采用草酸亚铁（FeC2O4·2H2O）、氢氧化锂（LiOH·H2O）和草酸二氢胺（NH4H2PO4）为原料制备磷酸铁锂（LiFePO4）正极材料，图1是三种反应原材料在Ar+5%H2气氛下的热重分析曲线，图2为上述原材料采用丙酮混合均匀干燥后的前驱体烧结的热重和差热曲线图。请对图1和图2进行分析，并根据分析说明磷酸铁锂的烧结温度应如何选择？ 图1 反应原材料的热重曲线（TGA）