材料现代分析测试技术概述

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1、材料现代分析方法概述第一节引言1.课程性质关于材料分析测试技术及其有关理论的一门课程。2.材料科学四要素成分与结构、制备与加工、性能与使用性能成分和结构从根本上决定了材料的性能，对材料的成分和结构的进行精确表征是材料研究的基本要求，也是实现性能控制的前提。一、简介第一节引言3.材料结构的层次宏观结构100m大晶粒，多颗粒聚集体显微结构10～100m晶粒0.2～100m多相聚集0.01～0.2m微晶、胶体晶体结构<0.01m原子的排列方式电子结构<0.001m原子的结合方式4.材料分析的内容表面和内部组织形貌

2、。包括材料的外观形貌（如纳米线、断口、裂纹等）、晶粒大小与形态、各种相的尺寸与形态、含量与分布、界面（表面、相界、晶界）、位向关系（新相与母相、孪生相）、晶体缺陷（点缺陷、位错、层错）、夹杂物、内应力。晶体的相结构。各种相的结构，即晶体结构类型和晶体常数，和相组成。化学成分和价键（电子）结构。包括宏观和微区化学成份（不同相的成份、基体与析出相的成份）、同种元素的不同价键类型和化学环境。有机物的分子结构和官能团。第一节引言5.材料分析方法材料分析方法主要分为为形貌分析、物相分析、成分与价键分析与分子结构分析四大类方法。基

3、于其它物理性质或电化学性质与材料的特征关系建立的色谱分析、质谱分析、电化学分析及热分析等方法也是材料现代分析的重要方法。第一节引言6、材料分析的理论依据尽管材料分析手段纷繁复杂，但它们也具有共同之处。基本上是利用入射电磁波（X射线、可见光、红外光）或物质波（电子束）与材料作用，产生携带样品信息的各种出射电磁波或物质波（X射线、电子束、可见光、红外光），探测这些出射的信号，进行分析处理，即可获得材料的组织、结构、成分、价键信息。（除了个别研究手段（如SPM）以外）第一节引言电磁辐射是指在空间传播的交变电磁场。电磁辐射也可

4、称为电磁波（有时也将部分谱域的电磁波泛称为光）。根据量子理论，电磁波具有波粒二象性。描述电磁波波动性的主要物理参数有：波长（）或波数（或K）、频率（）及相位（）等。波动性=c微粒性：电磁波是由光子所组成的光子流。电磁波波动性与微粒性的关系是E=hP=h/等式左边与右边分别为表示电磁波微粒性与波动性的参数第一节引言电磁波谱的分区①长波部分（低能部分），包括射频波（无线电波）与微波，有时习惯上称此部分为波谱。②中间部分，包括紫外线、可见光和红外线，统称为光学光谱，一般所谓光谱仅指此部分而言。③短波部分（高能

5、部分），包括X射线和射线（以及宇宙射线），此部分可称射线谱，是能量高的谱域。第一节引言电磁波谱第一节引言物质波运动实物粒子也具有波粒二象性，称为物质波或德布罗意波，如电子波、中子波等。德布罗意关系式(=h/p)=h/mv对于高速运动的粒子，m为相对论质量，有当v<

6、貌分析微观结构的观察和分析对于理解材料的本质至关重要，组织形貌分析借助各种显微技术，认识材料的微观结构。表面形貌分析技术经历了光学显微镜(OM)、电子显微镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)的发展过程，现在已经可以直接观测到原子的图像。第一节引言二、材料现代分析主要内容及方法三种组织分析手段的比较0.1110100100010000ｎｍ10.10.010.0010.000110μｍ×10×100×1000×10000×100000×1000000×10000000观察倍率扫描探针显微镜扫描电子显微镜光学显微镜分辨率O

7、MNi-Cr合金的铸造组织SEMSPM云母的表面原子阵列2物相分析利用衍射分析的方法探测晶格类型和晶胞常数，确定物质的相结构。主要的物相分析的手段有三种：x射线衍射(XRD)、电子衍射(ED)及中子衍射(ND)。其共同的原理是：利用电磁波或运动电子束、中子束等与材料内部规则排列的原子作用产生相干散射，获得材料内部原子排列的信息，从而重组出物质的结构。第一节引言XRD理学D/max2000自动X射线仪图2锆英石为主晶相的X射线谱t-ZrO2ZrSiO4TEM3成分和价键分析大部分成分和价键分析手段都是基于同一个原理，即核

8、外电子的能级分布反应了原子的特征信息。利用不同的入射波激发核外电子，使之发生层间跃迁、在此过程中产生元素的特征信息。按照出射信号的不同，成分分析手段可以分为两类：X光谱和电子能谱，出射信号分别是X射线和电子。X光谱包括X射线荧光光谱(XFS)和电子探计X射线显微分析（EPMA）两种技术，电子能谱包括X射线光电子能谱(XPS)、俄歇