材料研究方法pdf

热分析
X射线衍射分析
同济大学《材料研究方法》精品课程
差热分析
差示扫描量热分析
热机械分析 热重分析
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授课内容（3）
光谱分析
紫外光谱
红外光谱 核磁共振
激光拉曼光谱
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核磁共振
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授课内容（4）
其它分析方法
气相色谱 凝胶色谱
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AFM下的染色体 17/24
图像分析
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表面分析
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授课内容（1）
光学显微分析
电子显微分析
偏光显微镜
扫描电镜 电子探针
透射电镜
反光显微镜
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原子力显微镜
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授课内容（2）
X射线衍射分析
质谱 穆斯堡尔谱
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参考书目
材料研究方法，王培铭 等，科学出版社。 Encyclopedia of Mቤተ መጻሕፍቲ ባይዱterials Characterization.
C.R Brundle, et al. Butterworth-Heinemann. Introduction to X-ray Diffractometry.
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图像分析
光学显微分析
（透射光显微镜、反射光显微镜、 近场光学显微镜等）
偏光显微镜 下的磷石英
反光显微镜下 的水泥熟料
电子显微分析（扫描电镜、透射电镜）
近场光学显微镜 下的数据光盘
隧道扫描显微镜、原子力显微镜等
扫描电镜下 的纳米碳管
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透射电镜下 的SiC晶须
—物质的组成和结构取决于材料
性质
的制备和使用条件。
合成
组成
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Si
Silicon
高温烧成 直拉法、区熔法 高温熔制 低温湿化学合成 有机合成
多晶材料：陶瓷、水泥等 单晶材料：单晶硅、SiO2压电单晶等 玻璃材料：平板玻璃、通信光纤等 纳米氧化硅粉体、高表面微孔材料等 有机硅材料等
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研究方法 肉眼、放大镜
显微镜 扫描电镜 扫描隧道电镜
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组织尺寸与检测仪器解析度
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材料分析原理
材料分析的种类
化学成分分析、结构测定、图像分析
分析仪器
显微镜：显微组织观察 衍射仪：测定结构 谱仪：分析成分
分析仪器主要可分为三个单元
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绪论
材料科学的任务
使用、研究和制造材料
--材料是人类文明的物质基础 ，从远古的石器时代到青铜器时代， 然后再进入铁器时代、蒸汽机时代，每一种新材料的出现和使用，都 伴随着生产力和科学技术的发展，标志着人类文明的进步。
石器时代
青铜器时代
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R. Jenkins, et al. Wiley Interscience. Scanning Electron Microscopy and X-Ray
Microanalysis. J. Goldstein, et al. Springer. Introduction to Thermal Analysis. M.E. Brown.
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材料结构与研究方法分类
1. 材料结构层次
结构：材料系统内各组成单元之间的相互联系和相互作 用方式。
结构层次
物体尺寸
研究对象
研究方法
宏观结构 显微结构 亚显微结构
>100μm 0.2-100μm 10-200nm
大晶粒、颗粒集团 多晶集团 微晶集团
肉眼、放大镜 显微镜
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材料研究方法的含义
广义：技术路线、实验技术、数据分析
狭义：测试材料组成和结构的仪器方法 X射线衍射分析 电子显微分析 热分析 光谱分析 表面分析等
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“材料研究方法”教学目的
Why：了解研究材料结构、性能的重要性
Understand why materials characterization is important
激发源 分析器 检测器
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材料分析方法（激发源辐射）
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2. 研究方法分类
化学成分分析
化学成分的表征包括元素成分分析和微区成分分析。
所用仪器包括： 光谱（紫外光谱、红外光谱、荧光光谱、激光拉曼光谱等）
色谱（气相色谱、液相色谱、凝胶色谱等）
铁器时代
蒸汽机时代
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绪论
材料的种类
按化学状态分：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合 材料等。 按使用用途分：建筑材料、包装材料、信息材料、生物医用材料等。
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材料的组成、结构与性能
—材料的性能是材料内部因素
效能
在一定外界因素作用下的综合反映。
Kluwer Academic Public. 无机非金属材料测试方法，杨南如，
武汉工业大学出版社。 材料近代分析测试方法，常铁军 等，
哈尔滨工业大学出版社。 材料结构表征及应用，吴刚 等，
化学工业出版社。
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What：掌握材料结构、性能的测试方法
Know what techniques are available for materials characterization
How：了解影响材料测试、分析结果的仪器因素
Understand how strengths and weaknesses of characterization techniques affect our interpretation of results
材料研究方法
材料科学与工程学院
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林健 教授
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绪论
材料的定义
用以制造有用的构建、器件或其它物品的物质。
材料与人类
在人类的生活和生产中，材料是必需的物质基础。新材料的使用对人类 历史的发展起了重要的作用。20世纪70年代人们曾把材料、信息、能源 归纳为现代文明的三大支柱，现在又预言新的技术革命即将来临，并且 把信息技术、生物技术和新型材料作为这次革命的重要标志。
热谱（差热分析、热重分析、示差扫描量热分析等）
表面分析谱（X射线光电子能谱、俄歇电子能谱、电子探针、原子探 针、离子探针、激光探针等）
原子吸收光谱、质谱、核磁共振谱、穆斯堡尔谱等
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化学成分分析
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结构测定
包括晶体结构、薄膜结构、表面结构分析等
扫描电镜
微观结构
<10nm
晶格点阵
扫描隧道电镜
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材料的结构层次
结构层次 宏观结构 显微结构 亚显微结构 微观结构
SiO2的结构形貌
物体尺寸
研究对象
>100μm 0.2-100μm 10-200nm
<10nm
大晶粒、颗粒集团 多晶集团 微晶集团 晶格点阵
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X射线衍射分析：晶体结构分析。 电子衍射：选区晶体结构分析。 中子衍射：晶体结构分析、晶体磁学性质研究等。 俄歇电子能谱：表面结构分析。
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结构分析
卢瑟福背散射卢瑟福背散射是通过探测样品表面区靶核弹性散射的 离子束进行分析。应用于材料表面与薄膜结构分析。
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