功能无机材料完整 材料的表征ppt课件
生物材料的分类及性能(共45张PPT)
世界上第一把 100%可降解伞 ，使用特殊的 生物降解材料 制成
（2） 产品多样
聚乳酸(PLA)是人工合成的可生物降解包装 材料的范例。PLA由乳酸单体聚合而成，在 不同的食品包装领域提供不同的性能。
•
PLA可以制成结晶或是透明的形态，可以吹膜、 注塑以及涂层，既可以单独使用也可以与其 它天然原料制成的聚合物混合使用。例如， PLA经常与淀粉混合以提高降解性能、降低成本。
对于不同用途的材料，其要求各有侧重。
用作人工骨 骼的钛或钛 合金生物医 学材料
无机非金属生物材料分类
按成分性质分：
• 生物陶瓷材料，如单晶/多晶氧化铝、羟基磷
例如，PLA经常与淀粉混合以提高降解性能、降低成本。
灰石 涵盖物理，化学，毒物学，电化学，机械和光学特性的纳米材料，生物技术的应用（制药，药物输送系统，化妆品，食品技术，生物转化，
2.1 分类
2.1.1 根据用途主要分为:
承受或传递负载功能。如人造骨骼、关节和牙等， 占主导地位
控制血液或体液流动功能。如人工瓣膜、血管等
电、光、声传导功能。如心脏起博器、人工晶 状体、耳蜗等
填充功能。如整容手术用填充体等
2.1.2 根据生物材料的降解性，可分为：
全生物降解高分子材料，如聚羟基丁酸酯 （PHB)、聚环己内酯（PCL)、蛋白质、微生物
（5）耐消毒灭菌性 高压蒸汽消毒、辐射灭菌和环氧乙烷灭菌
1.1.3 无机非金属生物材料分类
按成分性质分：
• 生物陶瓷材料，如单晶/多晶氧化铝、羟基 磷灰石
• 生物玻璃，如45S5玻璃 • 生物玻璃陶瓷 • 医用骨水泥，-TCP • 复合无机材料, HA+ -TCP，碳纤维增强无机
骨水泥
无机纳米材料的制备和表征
无机纳米材料的制备和表征随着纳米科技的快速发展，无机纳米材料作为一类重要的纳米材料，在科学研究和应用领域中得到了广泛关注。
无机纳米材料具有较大比表面积、尺寸和形态可控等独特的物理和化学性质，因此在催化、传感、能源、材料、生物医学等领域展示了许多优异的性能和应用前景。
本文旨在介绍无机纳米材料的制备和表征方法。
一、无机纳米材料的制备无机纳米材料的制备方法有很多种，常用的方法包括溶剂热法、水热法、溅射法、还原法、燃烧法、微波法、气相法等。
这些方法的选择取决于所需的纳米材料类型、形态和性质等因素。
下面分别介绍几种常用的无机纳米材料制备方法。
（一）溶剂热法溶剂热法是通过加热反应溶液或混合溶液，使其发生溶解、反应或析出等反应过程，从而制备出纳米材料的方法。
它具有反应条件温度、反应时间、反应物浓度和添加剂等因素可调控、形态可控、易于操作等优点。
溶剂热法可以用于制备金属氧化物、金属硫化物、金属基合金、半导体材料、复合材料等无机纳米材料。
例如，以二元氧化物ZnO为例，可通过将Zn（NO3）2和NaOH按一定比例混合，并在甲醇中进行反应，得到球形ZnO纳米粒子。
（二）水热法水热法也被称为热水法或水烁热法，是指在高温高压水热环境下制备无机纳米材料的一种方法。
水热法具有反应时间短、纳米颗粒尺寸分布狭窄、粒径可控等特点。
该方法可用于制备金属氧化物、金属硫化物、金属基合金、半导体材料等无机纳米材料。
例如，以四面体纳米铁酸铁氧化物为例，可以将FeCl3和（NH4）2C2O4按一定比例混合，加入蒸馏水后，在高温高压水热条件下反应，制备出四面体型的纳米铁酸铁氧化物。
（三）溅射法溅射法是一种利用高能离子束或电子束轰击固体靶材，从而使靶材表面原子解离成原子或离子，并沉积到基片上形成薄膜或纳米结构的方法。
溅射法具有对原材料选用不受限制、薄膜质量高、膜厚均匀等优点。
溅射法可用于制备金属、合金、氧化物、氮化物等各种无机材料纳米膜。
例如，以氧化铜为例，可以将Cu靶材和氧气的混合气体放置于反应腔内，在较高的真空环境下，通过离子轰击实现氧化铜纳米薄膜的制备。
新无机材料讲义课件
水处理：光催化材料可用于水处 理中的光催化氧化反应，将有机 污染物转化为无害物质，净化水 质。
自清洁玻璃：光催化材料可以用 于制造自清洁玻璃，当阳光照射 时，能够激发光催化反应，使玻 璃表面的污垢被分解和清洗。
案例五：无机复合材料在汽车工业中的应用
01
02
总结词：无机复合材料具有优异的综合性能和 可靠性，因此在汽车工业中具有广泛的应用价
材料结构与性能的调控
根据应用需求，通过改变材料结构和组成，优化其性能并实现功能 化。
05
新无机材料的发展趋势与挑 战
新无机材料的研究热点与发展趋势
高性能陶瓷材料
研究和发展高性能陶瓷材料，如氮化硅、碳化硅等，以满 足高精度、高强度、高温等极端环境下的应用需求。
低维纳米材料
纳米材料由于其独特的物理化学性质，备受关注。研究和 发展低维纳米材料，如纳米管、纳米薄膜等，可应用于能 源、医疗等领域。
机械合金法是一种通过机械球磨或振动磨等方式 制备合金材料的方法，具有制备成本低、材料纯 度高、生产效率高等优点。
电化学沉积法是一种通过在电解液中通电的方式 制备无机材料的方法，具有制备成本低、材料形 状和尺寸可控制等优点，被广泛应用于制备金属 、半导体等无机材料。
04
新无机材料的性能优化
表面改性
用价值。
结构材料
新无机材料在高温、高压、耐腐 蚀等极端环境下的结构材料中具
有重要应用。
03
新无机材料的制备方法
化学气相沉积法
化学气相沉积法是一种常用的制备无 机材料的方法，通过将原材料在高温 下裂解成气体，然后将其沉积到基底 上形成薄膜或材料。
该方法具有制备温度低、纯度高、薄 膜质量好等优点，被广泛应用于制备 陶瓷、金属、半导体等无机材料。
材料表征技术ppt课件
1.空间点阵
F1-8空间点阵
30
莫塞莱定律
X射线荧光光谱分析和电子探针微区成分分 析的理论16 K射线的双重线
W靶: 0.0709nm 0.0714nm
K波长=？ 加权平均
32
产生特征（标识）X射线的根本原因：内层电子的跃迁 • 激发源：高速电子、质子、中子、 X射线; • 每种元素都有特定波长的标识X射线：X射线光谱分析的原理
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
• 要求与目标 正确选择方法、制订方案、分析结果 为以后掌握新方法打基础
• 课程安排
10
第一章 X射线的性质
• •1.1 引言 • •1.2 X射线的本质 • •1.3 X射线的产生及X射线管 • •1.4 X射线谱 • •1.5 X射线与固体物质相互作用
11
第一章 X射线的性质 1.1 引言
• 1895， （德，物）伦琴发现X射线 • 1912，（德，物）劳厄发现X射线在晶体 中的衍射
T2-15 特征X射线谱及管电压对特征谱的影响
27
特征X射线产生：能量阈值
EnRn2h(cZ)2
hn2 n1 En2 En1
激发--跃迁--能量降低
KL LK
辐射出来的光子能量
KL hh/c
激发所需能量--与原子核的结合能Ek
材料性能与表征无机材料物理性能教学大纲
材料性能与表征无机材料物理性能教学大纲一、课程介绍《材料性能与表征》是材料类专业学生的学科基础课程。
本课程主要介绍材料的力学、热学、光学、磁学、电学的特性和表征方法，目的是使学生充分认识材料的物理性能以及这些性能在人类物质生活中的意义，学会利用这些知识解释有关材料的许多现象，认识材料的宏观性能与微观机制的联系，为材料的合成、制备、加工和应用指明方向。
主要内容包括：材料的受力变形、材料的脆性断裂与强度，材料的热学性能，材料的光学性能，材料的磁学性能，材料的电学性能等。
教学部分共含32个理论学时，16个实践环节学时。
Introduction“Properties and Characterization of Materials” is the main professional fundamental course for materials science and engineering students. This course mainly introduces the mechanical, thermal, optical, electrical and magnetic properties and characterization method of materials. The main purpose of this course is to make students fully understand the physical properties of materials and theirs significance in human materials life, learn to explain many phenomena of the materials by these knowledge, to understand the relationship between the macroscopic properties and microscopic mechanisms of materials, and to point out the directions for the synthesis, preparation, processing and application of the materials. The main contents of this course are listed as follows: stress deformation of materials, brittle fracture and strength of materials, thermal properties of materials, optical properties of materials, magnetic properties of materials, electrical properties of materials. The teaching part of this course includes 32 theoretical credit hours and 16 practical credit hours.课程基本信息二、教学大纲1、课程目标1）掌握材料性能的基本理论及其主要影响因素，培养学生对抽象问题的认识，使学生能够针对具体的材料工程问题，建立数学模型并求解。
无机材料物理性能第5讲-33页PPT精品文档
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
无机化合物的制备和表征
萃取剂在萃取过程中起关键作用，它可与要被分离的金 属离子形成稳定性不同的配合物(萃合物)，稳定性越大，萃 取率就越高，萃取就是依据萃取剂与不同金属离子的络合稳 定常数的差异将其分离的。常见的萃取剂有磷酸三丁酯(TBP)、 甲基膦酸二甲庚酯(P350)、三烷基胺(N235)、氯化三烷基甲胺 (N263)、噻吩甲酰基三氟丙酮(HTTA)、八羟基喹啉(HOX)等。
3.2.2 离子交换分离
离子交换分离法是应用离子交换剂进行物质分离的一种 现代操作技术。
离子交换剂分为两大类： 一类为无机离子交换剂，自然界中存在的粘土、沸石、 人工制备的某些金属氧化物或难溶盐类，都属这一类； 另一大类是有机离子交换剂。其中应用最广泛的有机离 子交换剂是离子交换树脂。它是人工合成的带有离子交换功 能基团的有机高分子聚合物。
为了提高萃取率和分离系数，水相中也常加入一些掩蔽 剂、盐析剂等，pH值的控制也是一个重要的影响因素。
萃取到有机相的金属离子需要再反萃取到水相。所谓反
萃取就是破坏有机相中的萃合物的结构、生成易溶于水相的 化合物(或生成既不溶于有机相也不溶于水相的沉淀)，而使被 萃物从有机相转入水相(或生成沉淀)。所以萃取剂络合金属离 子的能力不能太强，否则反萃取较难。
(3) 真空线技术
通过抽真空和充惰性气体严格地排除装置中的空气的 一种技术。
用于真空过滤、真空线上的气相色谱、产物的低温分 馏、气体和溶剂的贮存、封管反应等。且已成功地用于氢化 物、卤化物和许多其他挥发性物质的合成与操作。
金属与不饱和烃反应是使用真空线操作的典型例子。 另一个使用真空线操作的例子是低压化学气相淀积 (LPCVD)，此技术已广泛用于半导体材料如SiO2、GaAs等 的晶体生长和成膜。
无机—有机杂化材料的合成与表征
无机—有机杂化材料是一类包含无机物质和有机物质的复合材料，具有无机材料的特性和有机材料的特性。
它们在化学、材料、生物、能源等领域中具有广泛的应用。
无机—有机杂化材料的合成方法有很多种，常用的方法包括化学合成、物理沉积和生物合成等。
这些方法的选择取决于杂化材料的组成和性质。
在化学合成方法中，常用的方法包括化学气相沉积（CVD）、化学溶液法（CSL）、无机—有机共沉淀法（ISP）和氧化还原法等。
这些方法可以使用蒸气、溶液或固体反应物制备无机—有机杂化材料。
在物理沉积方法中，常用的方法包括超声波辅助沉积、激光辅助沉积、电子束辅助沉积和真空沉积等。
这些方法可以使用物理方式将无机物质沉积到有机物质表面上，形成无机—有机杂化材料。
在生物合成方法中，常用的方法包括生物模板法、生物修饰法和生物过渡金属法等。
这些方法利用生物体的合成能力，将无机物质和有机物质结合在一起，生成无机—有机杂化材料。
无机—有机杂化材料的表征方法也有很多种，常用的方法包括显微镜技术、X 射线衍射技术、红外光谱技术、核磁共振技术和质谱技术等。
这些方法可以帮助研究人员了解无机—有机杂化材料的组成、形貌、结构和性质。
总的来说，无机—有机杂化材料是一类具有广泛应用前景的复合材料，其合成和表征方法也十分丰富。
研究人员可以根据实际需要选择合适的方法来制备和表征无机—有机杂化材料。
无机材料分析与表征-透射电镜_2of3
单立方并没有质的不同，唯一的差别在于衍射点的强度会有变化。
但是立方晶系中的体心和面心立方结构会让一些格点上的衍射强度变为零，形成所谓的消光。
由于对称性提高使得体心和面心结构的单胞比其原胞分别大了两倍和四倍。
相对缩小的原胞反映在倒易空间则是相对于简单立方结构扩大了两倍和四倍的点阵，这与简单立方格点相比就体现为消光。
体心立方结构的四种常见的低指数晶带轴的衍射图及其消光规律如图 6.16所示。
[100]、[010]、[111]等常见衍射都被消光。
由于单胞扩大了一倍，只有[hkl]三个指数之和为偶数时衍射点才不消光。
低指数的衍射点有[110]、[200]、[220]和[112]各类并以此类推。
面心立方结构的四种常见的低指数晶带轴的衍射图及其消光规律如图 6.17所示。
这里由于单胞扩大成了四倍，只有[hkl]三个指数均为基数或偶数时衍射点才不消光。
因此最低指数的衍射点是[111]和[200]类。
其它低指数的衍射点是[113]、[133]、[220]、[222]、和[224]等并以此类推。
图6.18 六角密排结构的低指数衍射图及其消光格点示意图。
六角和三角晶系并无本质差别，一般后者是前者的结构中形成有规律的缺陷所造成。
六角密排是各向异性比较强的无机材料常有的结构，如α氧化铝、β氮化硅和α碳化硅等。
但由于必须以六角密排面作为单胞和指数标识的出发点，其晶面和衍射指数有四位，前三个指数标识密排面并且只有两个独立指数。
一般的用法是三者相加之和为零。
图6.18给出了较为常见的六个低指数晶带轴的衍射图关系。
其消光衍射点没有明显规律。
6.3.5 多晶衍射环和晶格参数确定电镜中也可以象粉末X射线衍射一样用多晶方法来确定晶体结构。
当然该方法实行的前提条件是被选区域内有足够多的晶粒来参与衍射，这样可以形成一组同心的衍射环，如图 6.13C所示。
与X射线衍射类似，同心环的半径对应于晶面间距并且成反比关系,即r hkl •d hkl =L •λ。
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)。
材料表征方法拉曼光谱课件
THANKS
数据分析
结合样品的性质和实验目 的，对特征峰进行定性和 定量分析，得出有关材料 结构和性质的结论。
03
拉曼光谱在材料表征中的应 用
晶体结构分析
总结标词题
拉••曼光文文谱字字能内内够容容通过分 析•材料文中字特内定容振动模 式来• 确文定字其内晶容体结构。
详细描述
拉曼光谱可以检测到 材料中特定分子的振 动模式，这些振动模 式与晶体的对称性和 振动频率密切相关， 从而可以推断出材料
样品安装
将处理好的样品放置在拉曼光谱仪的样品台上，确保样品与激光光路对准。
数据采集
启动光谱仪，收集样品的拉曼散射信号，记录光谱数据。
实验数据处理与分析
01
02
03
数据预处理
对采集到的原始数据进行 整理、平滑和背景校正等 处理，以提高数据质量。
特征峰识别
根据拉曼光谱的原理，识 别出与样品相关的特征峰， 并确定其对应的振动模式。
优点
可以提供分子振动和转动信息，适用 于各种类型的材料，包括非晶体、部 分晶体和有机/无机材料。
05
拉曼光谱的未来发展与展望
高灵敏度拉曼光谱技术
总结词
随着科学研究的深入，对材料表征的精度和灵敏度要求越来 越高，高灵敏度拉曼光谱技术成为未来的发展趋势。
详细描述
高灵敏度拉曼光谱技术通过采用先进的激光技术和信号处理 方法，提高了拉曼散射的信号强度和信噪比，从而能够更准 确地检测微弱信号，对痕量物质和低浓度样品进行有效的表征。
的晶体结构。
总结词
拉曼光谱在晶体结构 分析中具有高精度和
高灵敏度。
详细描述
拉曼光谱的分辨率高， 可以区分不同晶体的 振动模式，从而准确 地确定材料的晶体结 构。此外，拉曼光谱 的灵敏度高，可以检 测到微小的晶体结构
无机材料的制备与表征方法
无机材料的制备与表征方法无机材料是指在化学成分上不包含碳元素的材料，广泛应用于电子、光电子、能源、医药等领域。
无机材料的制备与表征方法是研究无机材料的重要基础，本文将介绍一些常见的无机材料制备与表征方法。
一、无机材料的制备方法1. 溶液法：溶液法是一种常见的无机材料制备方法。
通过将金属盐或金属氧化物溶解在溶剂中，再通过溶液中的化学反应或物理过程，使溶液中的金属离子或金属氧化物发生沉淀或结晶，得到所需的无机材料。
溶液法制备的无机材料具有纯度高、晶体尺寸可控等优点。
2. 气相法：气相法是一种通过气体反应制备无机材料的方法。
常见的气相法有化学气相沉积法（CVD）、物理气相沉积法（PVD）等。
在气相法中，通过将气体反应物引入反应室中，通过热解、氧化还原等反应，使气体反应物在反应室中沉积或结晶形成所需的无机材料。
3. 固相法：固相法是一种通过固体反应制备无机材料的方法。
常见的固相法有固相烧结法、固相反应法等。
在固相法中，通过将反应物粉末混合均匀，然后在高温条件下进行烧结或反应，使反应物发生化学反应，生成所需的无机材料。
二、无机材料的表征方法1. X射线衍射（XRD）：XRD是一种常用的无机材料表征方法。
通过照射样品的X射线，利用样品中晶体的衍射现象，测定样品的晶体结构、晶体尺寸、晶体缺陷等信息。
XRD可以帮助研究人员确定无机材料的晶体结构和相变行为，对材料的性能和应用具有重要意义。
2. 扫描电子显微镜（SEM）：SEM是一种常见的无机材料表征方法。
通过扫描电子束照射样品表面，利用样品表面反射、散射的电子信号，观察样品的形貌、表面形态等信息。
SEM可以提供高分辨率的图像，对材料的表面形貌和微观结构进行观察和分析。
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。
通过透射电子束照射样品，观察样品的透射电子图像，可以获得材料的晶格结构、晶体缺陷、晶体尺寸等信息。
TEM具有高分辨率和高灵敏度的优点，对材料的微观结构和性能研究具有重要意义。
无机材料合成与制备PPT课件
(3) 层岛复合(Stranski-Krastanov)生长模式：
在层岛复合生长模式下，最开始的一两个原子层的层状 生长之后，生长模式从层状模式转化为岛状模式，如上 图c所示。 导致这种模式转变的物理机制比较复杂，但根本的原因 应该可以归结为薄膜生长过程中各种能量的相互消长。 被列举出来解释这一生长模式的原因至少有以下三种：
一般来说，足够厚的薄膜的晶格结构与块体相同，只有在 超薄薄膜中其晶格常数才与块材时明显不同；
薄膜的晶体结构与沉积时吸附原子的迁移率有关，它可以 从完全无序，即无定形非晶膜过渡到高度有序的单晶膜， 即薄膜的晶体结构包括单晶、多晶和非晶结构(？)。
6
7
8
薄膜的四种典型组织形态：
在薄膜沉积的过程中，入射的气相原子首先会被衬底或薄 膜表面所吸附。若这些原子具有足够的能量，它们将在衬底或 薄膜表面进行一定的扩散(迁移)，除了可能脱附的部分原子之 外，其他的原子将到达薄膜表面的某些低能位置并沉积下来。
10
11
形态1型：在温度很低、气体压力较高的情况 下，入射粒子的能量很低，这种情况下形成的 薄膜微观组织。
由于温度低，原子的表面扩散能力有限，沉积到衬底表面的 原子即已失去了扩散能力。导致沉积的薄膜组织呈现一种数十纳 米直径的细纤维状的组织形态，纤维内部陷密度很高或者就是非 晶态的结构；纤维间的结构明显疏松，存在着许多纳米尺寸的孔 洞。
示振荡频率变化与薄膜质量膜厚之间关系的基本公式。
24
电阻法:
由于电阻值与电阻的形状有关，利用这一原理来测量膜 厚的方法称为电阻法。
电阻法是测量金属薄膜厚度最简单的一种方法。测量原 理：金属导电膜的阻值随膜厚的增加而下降。
如果认为薄膜的电阻率与块状材料相同，则可由下式来 确定膜厚，即：
无机半导体材料碳化硅SiC-PPT课件
着SiC体材料的生长和外延技术的成熟，各种SiC器件将会相继
出现。目前，SiC器件的研究主要以分立器件为主，仍处于以 开发为主、生产为辅的阶段。
GaN（氮化镓）、金刚石等)的衬底和X射线的掩膜等。而且，
β-SiC薄膜能在同属立方晶系的Si衬底上生长，而Si衬底由于其 面积大、质量高、价格低，可与Si的平面工艺相兼容，所以后 续PECVD制备的SiC薄膜主要是β-SiC薄膜。
四、SiC的晶体的应用前景
由于SiC具有上述众多优异的物理化学性质，不仅能够 作为一种良好的高温结构材料，也是一种理想的高温半导 体材料。近20年，伴随薄膜制备技术的高速发展，SiC薄 膜已经被广泛应用于保护涂层、光致发光、场效应晶体管、 薄膜发光二极管以及非晶Si太阳能电池的窗口材料等。另
(2)化学气象沉积法
利用化学气相沉积法制备碳化硅材料具有很多突出的优点，
如可以用高纯度的气体反应得到高纯度的单晶体，并且生长速
度可以通过调节反应温度和气氛成分比例而得到控制。由CVD 法制取SiC薄膜的反应组分可以多种多样，但大致可以分为三类： （1）硅化物（常常是SiH4 (硅烷)和碳氢（或氟）化物，如CH4 (甲烷)、C2H4 (乙烯)、C3H8 （丙烷）、CF4(四氟化碳)等，以及
格取向完全一致；碳化可以减小SiC和衬底Si之间的晶格失
配、释放应力、引入成核中心，
有利于薄膜单晶质量的提高。分子束外延的优点是： 使用的衬底温度低，膜层生长速率慢，束流强度易于 精确控制，膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速 调整。用这种技术已能制备薄到几十个原子层的单晶 薄膜，以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形 成的超薄层量子阱微结构材料。
《无机固体材料化学》PPT课件
完整版课件ppt
12
§ 1- 3 晶体的微观特征
• （1）晶体的点阵结构 • 晶体结构=点阵+结构基元 • 一维点阵，结构基元：(-CH2)2
完整版课件ppt
13
二维点阵,结构基元：[B(OH)3]2
点阵参数 a, b,
完整版课件ppt
14
NaCl结构类型的晶胞
点阵参数： a, b, c, , ,
• （a）长程无序 • 无平移对称性
完整版课件ppt
24
• 衍射为弥散的晕 • 和宽化的衍射带
完整版课件ppt
25
（b）短程有序
lim g (r ) 1
r
• 双体概率分布函数： lim g (r ) 0
r 0
g(r) = r/o
完整版课件ppt
26
例：石英玻璃的结构 • r(Si-O) = 1.62Å;r(O-O) = 2.65Å
完整版课件ppt
10
§ 1- 2 晶体的宏观特征 （1）自范性： F(晶面数）+V（顶点数） = E (晶棱数） +2
晶面夹角（或交角）守恒定律
完整版课件ppt
11
• （2）晶体的均匀性，来源于晶体中原子 排布的周期性规则，宏观观察中分辨不 出微观的不连续性。
• （3）物理性质的异向性
• （4）稳定性，晶体有固定的熔点。
• 分子或原子不停地，自由地作长距离运 动即流动性。气体和液体具有流动性。
• 气体：无确定的体积和形状 • 液体：有一定的体积但无确定的形状 • 固体：分子或原子处于完全确定的平衡
位置作热振动。具有确定的形状和稳定 的结构即固体性。
完整版课件ppt
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
材料的表征
讲授：赵宏滨
精品课件
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
精品课件
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。
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。
精品课件
12
3/12/2021 7:50 PM
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
精品课件
6
3/12/2021 7:50 PM
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）ຫໍສະໝຸດ 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
精品课件
7
3/12/2021 7:50 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）
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
精品课件
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
疲劳度 硬度
蠕变性 延伸性
子量及分 布
立体结构
晶体结构 空隙度
抗冲击性 压缩性
动态力学性质 模量
精品课件
11
3/12/2021 7:50 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
新材料 开发方法
发展方向 材料设计
所谓材料设计，就是根据对材料的组成、微结构与性能关系
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
合成与加工
结
构
固
和
有
成
性
分
质
使用性能
精品课件
10
3/12/2021 7:50 PM
材料的性质
化学组成
拉伸性
微观结构 相结构
熔点 热性质
韧性 延展性
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
磁性质 力 光学性质 学 电学性质 性 重力性质 质
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
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
精品课件
9
3/12/2021 7:50 PM
回顾材料研究的四大要素？
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
精品课件
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
精品课件
4
3/12/2021 7:50 PM
分子结构与聚集态结构 (XRD、 IR、XPS、 ASS)
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）
精品课件
23
3/12/2021 7:50 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
精品课件
24
3/12/2021 7:50 PM
(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
硅纳米线
精品课件
20
3/12/2021 7:50 PM
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
精品课件
21
3/12/2021 7:50 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
精品课件
22
3/12/2021 7:50 PM
精品课件
18
3/12/2021 7:50 PM
材料结构分析—结果
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
精品课件
19
3/12/2021 7:50 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］
精品课件
16
3/12/2021 7:50 PM
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）
子（400，000倍）
精品课件
17
3/12/2021 7:50 PM
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）
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
精品课件
15
3/12/2021 7:50 PM
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
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。
精品课件
8
3/12/2021 7:50 PM
材料微观分析技术绪论
材料研究与微观分析技术
材料微观结构分析
0.1nm尺度，原子及原子组合层次结构
精品课件
13
3/12/2021 7:50 PM
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
精品课件
14
3/12/2021 7:50 PM