材料化学5ppt课件
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中和、沉淀、络合等化学反应产生的效果来测定物 质含量及元素是否存在。化学分析法是标准的成分 分析方法之一，具有足够的准确性和可靠性
材料结构表征主要内容和方法
材料化学组成的表征
2）仪器分析法
仪器分析法是利用待测试样组分的
光学、电化学等物理和物理化学性质来进行分析的方
法。利用仪器分析法可以测得微量组分或杂质元素的
入射X射线有相同的波长和相同的位相）。由于晶
体具有点阵结构，由各晶胞散射的X射线在空间给 定方向上存在固定的光程差。当等于波长的整数倍 时，各次波之间有最大程序的相互加强。
X射线衍射(XRD)法
1) 基本原理 结晶学中将最大程度的加Fra Baidu bibliotek称为衍射，发生最 大程度加强的方向称为衍射方向，沿衍射方向前进
的波称为衍射波。测定衍射的方向可以决定晶胞的
材料化学5
现代材料科学在很大程度上依赖对材料化学的组成、
微观结构和性能关系的理解。
对材料性能测试以及对材料化学组成、材料结构从 宏观到微观不同层次表征，构成了现代材料化学的 一个重要部分，也是联系材料设计与制备直到获得
具有满意使用性能的材料之间的桥梁。
现代科学技术提供了一系列描绘材料化学组成和微 观结构的方法，即材料结构的表征技术。
2、材料显微结构的研究
材料显微结构研究总的来说应包括以下主要内容： (1) 形貌观察及物相(组成、含量)分析； (2) 晶体结构(类型、点阵常数)的测定； (3) 固体结合键的类型及键力大小； (4) 杂质含量及分布情况； (5) 晶粒形态、大小、取向及其分布特征；
(6) 晶粒中的晶格畸变和缺陷情况；
种类、含量、价态和分布特征。仪器分析法大多需要 精密而复杂的仪器。
材料结构的表征
1、晶体结构的研究和表征 化学成分相同，但晶体结构不同，或相组成不 同时，材料性能往往不同。而晶体结构相同的材
料，由于局部点阵常数的改变，有些场合也是材
料特性变化的重要因素。晶体中的缺陷、各种类 型的固溶体、烧结体及合金晶界附近原子排列的 无序等都会导致局部晶格畸变。
长为0.15148nm，这种单色X射线称为特征X射线。特 征X射线波长确定，强度大，常用于X射线衍射技术 中。铬、铁、钼、银等也可作产生特征X射线的靶金 属。
X射线衍射(XRD)法
1) 基本原理 X射线投射到晶体上，主要与晶体中的电子发生 相互作用，除产生光电效应、康普顿效应（非相干 散射）外，还可发生相干散射产（散射的X射线与
材料结构表征主要内容和方法
材料化学组成的表征
化学组成是决定材料性质的最基本因素。除
主要化学成分外，次要成分、添加剂以及杂质等 的种类、含量及分布情况和结构状态对材料制备 工艺和材料性能的影响极大。
材料结构表征主要内容和方法
材料化学组成的表征
1) 化学分析法 化学分析法是利用化学反应产生
的效果来对试样进行定性和定量分析的，例如利用
形状和大小。另一方面，在晶胞内电子呈现一定的 非周期性的分布，而入射的X射线的波长和电子间
的距离在同一级量级。
因此，在晶胞内各原子或电子发出的次波也将 产生干涉，这种干涉作用决定衍射的强度。通过测 定衍射花样的强度，可以确定晶胞中原子的位置。
英国物理学家布拉格(Bragg) 曾把晶体的点阵结构看成是许多相互平行的面网(简称晶面)。 由两个面网所反射的 X 射线，只有当其光程差是 X 射线波长的整倍数时，才互相增强。由 图 2-55 可以看出，相邻两个面网所反射的 X 射线，其光程差为：
(7) 晶体结构和畴结构及其分布特征； (8) 材料的应力状态及应变。
3、材料宏观性能测试也是判断材料结构所必要
而常用的方法。
性能测试、形貌观察、结构测定和成分分析及 其综合研究是现代材料结构表征的主要内容。
材料结构表征基本步骤和方法
1、利用化学分析、光谱分析和X射线粉末衍射及性能 测试进行分析鉴定，即对未知固体物质作出鉴定。 2 、测定结构，如果结构未知，对于分子型材料，其 几何学的细节可以从进一步的光谱测量中获得，如果 材料是晶态的，则可以应用 X 射线结晶学等方法取得 其晶体结构方面的信息。
K 1
X射线衍射(XRD)法
1) 基本原理 例如，以铜为靶，若在其K层上打出一个电子，L层 电子填充这一空穴时产生2条能量极相近的X射线，
2 2 相应的跃迁为 (8.05keV)和 K 和 K P S 3 / 2 1 /2 2 1
2 2 (8.03keV)，其强度为2:1，加权平均波 P S 1/2 1/2
材料结构表征基本步骤和方法
3、在对固体材料进行组成鉴定和结构测定(晶态、非晶 态)之后，进行下列工作： (1) 材料是晶态，则确定是单晶还是多晶，如果是后者 则要知道晶粒数目、大小、形状和分布情况； (2)晶体结构类型、点阵常数等； (3)晶体缺陷性质、数目和分布及晶格畸变情况； (4)固体中结合键类型和键力大小； (5)杂质含量及分布情况； (6) 表面结构，包括任何组成上非均匀性或吸附表面层。
材料结构的表征
1、晶体结构的研究和表征
所以测定点阵常数，可以帮助我们了解
晶体内部微小的变化以及它们对材料特性产 生的影响。晶体结构、点阵常数可用X射线衍 射和电子衍射等实验手段进行研究和表征。
2、材料显微结构的研究 材料显微结构受材料化学组成、晶体结构和 工艺过程等因素影响，它与材料性能有密切关系， 从某种意义上说，材料显微结构特征对材料性能 起着决定性作用。
材料结构表征基本步骤和方法
能用于材料检测鉴定现代技术很多， 但最重要最常用是衍射技术、显微技术、 光谱技术、热分析技术以及磁性测量技 术等。
K 1
X射线衍射(XRD)法
1) 基本原理
X射线是一种波长很短(约为10–6cm)的电子辐 射。衍射实验中应用的多为单色X射线，它们是通过 一系列不同的过程产生的。当一束被加速了的高能 (30keV以上)电子打在材料靶上，电子被急剧减速而 发射电磁波(连续X射线)。此外还有一部分高速电子 打中了靶材原子的内层电子(通常是K层电子)并使其 电离，其他层电子则填充内层空穴，也能发射X射线 (称为次生X射线)，其波长由靶极及涉及的跃迁能级 决定。
材料结构表征主要内容和方法
材料化学组成的表征
2）仪器分析法
仪器分析法是利用待测试样组分的
光学、电化学等物理和物理化学性质来进行分析的方
法。利用仪器分析法可以测得微量组分或杂质元素的
入射X射线有相同的波长和相同的位相）。由于晶
体具有点阵结构，由各晶胞散射的X射线在空间给 定方向上存在固定的光程差。当等于波长的整数倍 时，各次波之间有最大程序的相互加强。
X射线衍射(XRD)法
1) 基本原理 结晶学中将最大程度的加Fra Baidu bibliotek称为衍射，发生最 大程度加强的方向称为衍射方向，沿衍射方向前进
的波称为衍射波。测定衍射的方向可以决定晶胞的
材料化学5
现代材料科学在很大程度上依赖对材料化学的组成、
微观结构和性能关系的理解。
对材料性能测试以及对材料化学组成、材料结构从 宏观到微观不同层次表征，构成了现代材料化学的 一个重要部分，也是联系材料设计与制备直到获得
具有满意使用性能的材料之间的桥梁。
现代科学技术提供了一系列描绘材料化学组成和微 观结构的方法，即材料结构的表征技术。
2、材料显微结构的研究
材料显微结构研究总的来说应包括以下主要内容： (1) 形貌观察及物相(组成、含量)分析； (2) 晶体结构(类型、点阵常数)的测定； (3) 固体结合键的类型及键力大小； (4) 杂质含量及分布情况； (5) 晶粒形态、大小、取向及其分布特征；
(6) 晶粒中的晶格畸变和缺陷情况；
种类、含量、价态和分布特征。仪器分析法大多需要 精密而复杂的仪器。
材料结构的表征
1、晶体结构的研究和表征 化学成分相同，但晶体结构不同，或相组成不 同时，材料性能往往不同。而晶体结构相同的材
料，由于局部点阵常数的改变，有些场合也是材
料特性变化的重要因素。晶体中的缺陷、各种类 型的固溶体、烧结体及合金晶界附近原子排列的 无序等都会导致局部晶格畸变。
长为0.15148nm，这种单色X射线称为特征X射线。特 征X射线波长确定，强度大，常用于X射线衍射技术 中。铬、铁、钼、银等也可作产生特征X射线的靶金 属。
X射线衍射(XRD)法
1) 基本原理 X射线投射到晶体上，主要与晶体中的电子发生 相互作用，除产生光电效应、康普顿效应（非相干 散射）外，还可发生相干散射产（散射的X射线与
材料结构表征主要内容和方法
材料化学组成的表征
化学组成是决定材料性质的最基本因素。除
主要化学成分外，次要成分、添加剂以及杂质等 的种类、含量及分布情况和结构状态对材料制备 工艺和材料性能的影响极大。
材料结构表征主要内容和方法
材料化学组成的表征
1) 化学分析法 化学分析法是利用化学反应产生
的效果来对试样进行定性和定量分析的，例如利用
形状和大小。另一方面，在晶胞内电子呈现一定的 非周期性的分布，而入射的X射线的波长和电子间
的距离在同一级量级。
因此，在晶胞内各原子或电子发出的次波也将 产生干涉，这种干涉作用决定衍射的强度。通过测 定衍射花样的强度，可以确定晶胞中原子的位置。
英国物理学家布拉格(Bragg) 曾把晶体的点阵结构看成是许多相互平行的面网(简称晶面)。 由两个面网所反射的 X 射线，只有当其光程差是 X 射线波长的整倍数时，才互相增强。由 图 2-55 可以看出，相邻两个面网所反射的 X 射线，其光程差为：
(7) 晶体结构和畴结构及其分布特征； (8) 材料的应力状态及应变。
3、材料宏观性能测试也是判断材料结构所必要
而常用的方法。
性能测试、形貌观察、结构测定和成分分析及 其综合研究是现代材料结构表征的主要内容。
材料结构表征基本步骤和方法
1、利用化学分析、光谱分析和X射线粉末衍射及性能 测试进行分析鉴定，即对未知固体物质作出鉴定。 2 、测定结构，如果结构未知，对于分子型材料，其 几何学的细节可以从进一步的光谱测量中获得，如果 材料是晶态的，则可以应用 X 射线结晶学等方法取得 其晶体结构方面的信息。
K 1
X射线衍射(XRD)法
1) 基本原理 例如，以铜为靶，若在其K层上打出一个电子，L层 电子填充这一空穴时产生2条能量极相近的X射线，
2 2 相应的跃迁为 (8.05keV)和 K 和 K P S 3 / 2 1 /2 2 1
2 2 (8.03keV)，其强度为2:1，加权平均波 P S 1/2 1/2
材料结构表征基本步骤和方法
3、在对固体材料进行组成鉴定和结构测定(晶态、非晶 态)之后，进行下列工作： (1) 材料是晶态，则确定是单晶还是多晶，如果是后者 则要知道晶粒数目、大小、形状和分布情况； (2)晶体结构类型、点阵常数等； (3)晶体缺陷性质、数目和分布及晶格畸变情况； (4)固体中结合键类型和键力大小； (5)杂质含量及分布情况； (6) 表面结构，包括任何组成上非均匀性或吸附表面层。
材料结构的表征
1、晶体结构的研究和表征
所以测定点阵常数，可以帮助我们了解
晶体内部微小的变化以及它们对材料特性产 生的影响。晶体结构、点阵常数可用X射线衍 射和电子衍射等实验手段进行研究和表征。
2、材料显微结构的研究 材料显微结构受材料化学组成、晶体结构和 工艺过程等因素影响，它与材料性能有密切关系， 从某种意义上说，材料显微结构特征对材料性能 起着决定性作用。
材料结构表征基本步骤和方法
能用于材料检测鉴定现代技术很多， 但最重要最常用是衍射技术、显微技术、 光谱技术、热分析技术以及磁性测量技 术等。
K 1
X射线衍射(XRD)法
1) 基本原理
X射线是一种波长很短(约为10–6cm)的电子辐 射。衍射实验中应用的多为单色X射线，它们是通过 一系列不同的过程产生的。当一束被加速了的高能 (30keV以上)电子打在材料靶上，电子被急剧减速而 发射电磁波(连续X射线)。此外还有一部分高速电子 打中了靶材原子的内层电子(通常是K层电子)并使其 电离，其他层电子则填充内层空穴，也能发射X射线 (称为次生X射线)，其波长由靶极及涉及的跃迁能级 决定。