复合材料测试方法绪论

还包括质谱、气、液相色谱和核磁共振等。这些方法已成 为常规的分析手段。如质谱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。红外光谱在高分子材料的 表征上有着特殊重要地位，不仅方法简单，而且由于积累 了大量的已知化合物的红外谱图及各种基团的持征频率等 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。
由于电子与物质的相互作用比X射线强四个数量级， 而且电子束可以汇聚得很小，所以电子衍射特别适用于 测定细微晶体或材料的亚微米尺度结构。
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中子衍射技术经过50年的发展，特别是20世纪70年 代以后，随着高通量核反应堆的建成及电子计算机技术 的飞速发展，已经成为更加完善的结构分析手段。它与 X射线衍射和电子衍射及多种能谱分析结合起来，相互 补充，使材料结构研究取得了更为精确的结果。由于中 子可以穿透厘米量级的厚度，测定结果的统计性要远优 于能穿透微米量级的X射线。中子衍射用途是测定材料 (主要是金属、合金材料)的缺陷、空穴、位错、沉淀相、 磁不匀性的大小和分布。此外它还可以研究生物大分子 在空间的构型。
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2．2 结构测定 材料结构的测定仍以衍射方法为主。衍射方法主要
有X 射线衍射、电于衍射、中子衍射、穆斯堡谱等。 应用最多最普遍的是X 射线衍射，这一技术包括德
拜粉末照相分析、背反射和透射劳厄照相，测定单晶结 构等。
X射线的衍射强度是晶胞参数、衍射角和样品取向度 的函数。衍射图用以确定样品的相态和测量结构性质。X 射线衍射也能确定材料和多层膜的成分深度分布、膜的 厚度和原子排列。
材料的成分即其组成原子种类和数量(包括微量杂 质)。
材料结构的表征方法相当多，而且新的表征方法 在不断出现。这里只介绍经常遇到的基本方法。而这 些表征方法对于材料工作者来说是必须要掌握的。
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。
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2．1 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，
2011
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目录
绪论 第1章 X射线衍射分析
第一节 X射线的产生及性质 第二节 X射线与物质的作用 第三节 X射线衍射原理 第四节 X射线衍射分析方法 第五节 X射线衍射分析的应用 第2章 热分析 第一节 热分析概述
第二节 差热分析
第三节 示差扫描量热法
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第四节 热重分析 第五节 热分析的应用
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材料的无机成分分析除化学分析外，还包括等离子 质谱分析、原子光谱分析、X 射线荧光光谱、电子探针 等。这些成分分析方法中有一些已经有很长的历史，并 已成为普及的常规的分析手段。如原子光谱分析、 X 射 线荧光光谱、等离子质谱分析已是鉴定材料无机组成的 基本手段。
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射线光电子能谱可以无 标样直接确定元素及元素含量。
从早期的新、旧石器时代、青铜器时代、铁器时代 开始，经过数干年的发展，逐渐进步到现代的金属材料、 非金属材料、有机高分子材料、复合材料、生物材料和 光电子材料等。
材料现已成为多学科交叉的一门学科。金属材料所
对应的学科为冶金学；高分子材料所对应的学科为有机 化学；而陶瓷材料所对应的学科为无机化学。
现在，人们已把材料、信息与能源誉为当代文明的 三大支柱。同时，又把新材料、信息技术和生物技术看 做是新技术革命的主要标志。世界上先进的工业国家都 把材料作为21世纪优先发展的领域。
第3章 电子显微分析 第一节 电子与物质的相互作用 第二节 透射电子显微分析 第三节 电子衍射 第四节 扫描电子显微分析
第4章 X射线光电子能谱分析 第一节 X射线光电子能谱分析的基本原理 第二节 X射线光电子能谱仪 第三节 X射线光电子能谱的应用
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材料是人类进步、物质文明的标志。它是人类赖依 生存、生活和生产的必要保证。是人类长期在生产实践 中探索、发现和发明的。是人类进步的里程牌。
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1.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 和其他成分结构及微观组织关系的理解。
对材料性能、结构的测试，是宏观和微观两个层次的 分析测试。
宏观上测试材料的各种性能；微观上表征材料的结 构、成分、和组织形貌。这两个方面构成了材料的检测 评价技术。在材料的发展过程中可以清楚地看到测试评 价新技术所起的重要作用。
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在结构测定方法中，值得一提的是热分析技术。 热分析技术虽然不属于衍射法的范畴，但它是研究材 料结构特别是高分子材料结构的一种重要手段。热分 析技术的基础是当物质的物理状态和化学状态发生变 化时(如升华、氧化、聚合、固化、脱水、结晶、降解、 熔融、品格改变及发生化学反应)，往往伴随着热力学 性质(如热焓、比热容、导热系数等)的变化，因此可 通过测定其热力学性质的变化来了解物质物理或化学 变化过程。目前热分析已经发展成为系统的分析方法， 是高分子材料研究的一种极为有用的工具，它不但能 获得结构方面的信息，而且还能测定一些物理性能。
认为要解决材料科学 问题，这4个方面缺一不 可。把上述组成与结构、 合成与生产过程、性质和 使用效能称为材料科学与 工程的四个要素。构成一 个四面体。
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2.材料结构表征的基本方法
材料的结构按尺寸分为两个不同层次。最基本的 是原子—电子层次(以0.1nm为尺度)；其次是以大量原 子、电子运动为基础的微观结构(大约为lµm为尺度)。
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材料的固
有性质有数百 种之多，基本 上可以归结为 三类：化学性 质、物理件质 和力学性质。
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。
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曾有人提出材料研究 的四大要素：①材料的固 有性质；②材料结构与成 分；③材料的使用性能； ④材料的制备与合成、加 工技术。