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本部分的主要目的：介绍透射电镜分析、扫描电镜分析、表面成分分析及相关技术的基本原理，了解透射电镜样品制备和分析的基本操作和步骤，掌握扫描电镜在材料研究中的应用技术。在介绍基本原理的基础上，侧重分析技术的应用！讲课18学时，实验：4学时，考试2学时。
主要要求：1)掌握透射电镜分析、扫描电镜分析和表面分析技术及其在材料研究领域的应用；2）了解电子与物质的交互作用以及电磁透镜分辨率的影响因素；3）了解透射电镜的基本结构和原理，掌握电子衍射分析及衍射普标定、薄膜样品的制备及其透射电子显微分析；4）了解扫描电镜的基本结构及其工作原理，掌握原子序数衬度、表面形貌衬度及其在材料领域的应用；了解波谱仪、能谱仪的结构及工作原理，初步掌握电子探针分析技术；5）对表面成分分析技术有初步了解；6）了解电子显微技术的新进展及实验方法的选择；参考书：1）常铁军，祁欣主编。《材料近代分析测试方法》哈尔滨工业大学出版社；2）周玉，武高辉编著。
《材料分析测试技术——材料某射线与电子显微分析》哈尔滨工业大学出版社。1998版3）黄孝瑛编著。
《透射电子显微学》上海科学技术出版社。1987版4）进藤大辅，及川哲夫合著.《材料评价的分析电子显微方法》冶金工业出版社。2001年版5）叶恒强编著。
《材料界面结构与特性》科学出版社，1999版1.1引言眼睛是人类认识客观世界的第一架“光学仪器”。但它的能力是有限的，如果两个细小物体间的距离小于0.1mm时，眼睛就无法把它们分开。
光学显微镜的发明为人类认识微观世界提供了重要的工具。随着科学技术的发展，光学显微镜因其有限的分辨本领而难以满足许多微观分析的需求。
上世纪30年代后，电子显微镜的发明将分辨本领提高到纳米量级，同时也将显微镜的功能由单一的形貌观察扩展到集形貌观察、晶体结构、成分分析等于一体。人类认识微观世界的能力从此有了长足的发展。
光学显微镜的分辨率由于光波的波动性，使得由透镜各部分折射到像平面上的像点及其周围区域的光波发生相互干涉作用，产生衍射效应。一个理想的物点，经过透镜成像时，由于衍射效应，在像平面上形成的不再是一个像点，而是一个具有一定尺寸的中央亮斑和周围明暗相间的圆环所构成的Airy斑。如图1-1所示。
测量结果表明Airy斑的强度大约84%集中在中心亮斑上，其余分布在周围的亮环上。由于周围亮环的强度比较低，一般肉眼不易分辨，只能看到中心亮斑。因此通常以Airy斑的第一暗环的半径来衡量其大小。根据衍射理论推导，点光源通过透镜产生的Airy斑半径R0的表达式为：图1-1两个电光源成像时形成的Airy斑
(a)Airy斑；(b)两个Airy斑靠近到刚好能分开的临界距离是强度的叠加通常把两个Airy斑中心间距等于Airy斑半径时，物平面上相应的两个物点间距（Δr0）定义为透镜能分辨的最小间距，即透镜分辨率（也称分辨本领）。由式1-1得：有效放大倍数上式说明，光学透镜的分辨本领主要取决于照明源的波长。半波长是光学显微镜分辨率的理论极限。可见光的最短波长是390nm，也就是说光学显微镜的最高分辨率是≈200nm。
一般地，人眼的分辨本领是大约0.2mm，光学显微镜的最大分辨率大约是0.2μm。把0.2μm放大到0.2mm让人眼能分辨的放大倍数是1000
倍。这个放大倍数称之为有效放大倍数。光学显微镜的分辨率在0.2μm 时，其有效放大倍数是1000倍。
光学显微镜的放大倍数可以做的更高，但是，高出的部分对提高分辨
率没有贡献，仅仅是让人眼观察更舒服而已。所以光学显微镜的放大倍数
一般最高在1000-1500之间。
如何提高显微镜的分辨率根据式（1-3），要想提高显微镜的分辨率，关键是降低照明光源的波长。
顺着电磁波谱朝短波长方向寻找，紫外光的波长在13-390nm之间，
比可见光短多了。但是大多数物质都强烈地吸收紫外光，因此紫外光难以
作为照明光源。
更短的波长是某射线。但是，迄今为止还没有找到能使某射线改变方向、发生折射和聚焦成象的物质，也就是说还没有某射线的透镜存在。因
此某射线也不能作为显微镜的照明光源。
除了电磁波谱外，在物质波中，电子波不仅具有短波长，而且存在使
之发生折射聚焦的物质。所以电子波可以作为照明光源，由此形成电子显
微镜。
根据德布罗意（deBroglie）的观点，运动的电子除了具有粒子性外，还具有波动性。这一点上和可见光相似。电子波的波长取决于电子运动的
速度和质量，即（1-4）式中，h为普郎克常数：h=6.626某10-34J.；m
为电子质量；v为电子运动速度，它和加速电压U之间存在如下关系：即（1-5）式中e为电子所带电荷，e=1.6某10-19C。
将（1-5）式和（1-4）式整理得：（1-6）如果电子速度较低，其质
量和静止质量相近，即m≈m0.如果加速电压很高，使电子速度极高，则
必须经过相对论校正，此时：式中c——光速表1-1是根据上式计算出的
不同加速电压下电子波的波长。
可见光的波长在390-760nm之间，从计算出的电子波波长可以看出，
在常用的100-200kV加速电压下，电子波的波长要比可见光小5个数量级。
表1-1不同加速电压下的电子波波长电磁透镜电子波和光波不同，不
能通过玻璃透镜会聚成像。但是轴对称的非均匀电场和磁场则可以让电子
束折射，从而产生电子束的会聚与发散，达到成像的目的。人们把用静电
场构成的透镜称之“静电透镜”；把电磁线圈产生的磁场所构成的透镜称
之“电磁透镜”。电子显微镜中用磁场来使电子波聚焦成像的装置就是电
磁透镜。
电子在磁场中运动，当电子运动方向与磁感应强度方向不平行时，将
产生一个与运动方向垂直的力（洛仑兹力）使电子运动方向发生偏转。
图1-2是一个电磁线圈。当电子沿线圈轴线运动时，电子运动方向与
磁感应强度方向一致，电子不受力，以直线运动通过线圈；当电子运动偏
离轴线时，电子受磁场力的作用，运动方向发生偏转，最后会聚在轴线上
的一点。电子运动的轨迹是一个圆锥螺旋曲线。
短线圈磁场中的电子运动显示了电磁透镜聚焦成像的基本原理。实际
电磁透镜中为了增强磁感应强度，通常将线圈置于一个由软磁材料（纯铁
或低碳钢）制成的具有内环形间隙的壳子里（如图1-3）。
此时线圈的磁力线都集中在壳内，磁感应强度得以加强。狭缝的间隙
越小，磁场强度越强，对电子的折射能力越大。为了使线圈内的磁场强度
进一步增强，可以在电磁线圈内加上一对磁性材料的锥形环（如图1-4所
示），这一装置称为极靴。增加极靴后的磁线圈内的磁场强度可以有效地
集中在狭缝周围几毫米的范围内。
电磁线圈与极靴电磁透镜的像差及其对分辨率的影响按式（1-3）最
佳的光学透镜分辨率是波长的一半。对于电磁透镜来说，目前还远远没有
达到分辨率是波长的一半。以日本电子JEM200F场发射透射电镜为例，其
加速电压是200KV，若分辨率是波长的一半，那么它的分辨率应该是
0.00125nm；实际上它的点分辨率是≤0.19nm，与理论分辨率相差约150
多倍。
什么原因导致这样的结果呢？原来电磁透镜也和光学透镜一样，除了
衍射效应对分辨率的影响外，还有像差对分辨率的影响。由于像差的存在，使得电磁透镜的分辨率低于理论值。电磁透镜的像差包括球差、像散和色差。
一、球差球差是因为电磁透镜的中心区域磁场和边缘区域磁场对入射
电子束的折射能力不同而产生的。离开透镜主轴较远的电子（远轴电子）
比主轴附近的电子（近轴电子）被折射程度大。
原来的物点是一个几何点，由于球差的影响现在变成了半径为ΔrS
的漫散圆斑。我们用ΔrS表示球差大小，计算公式为：（1-10）二、像
散像散是由透镜磁场的非旋转对称引起的像差。当极靴内孔不圆、上下极
靴的轴线错位、制作极靴的磁性材料的材质不均以及极靴孔周围的局部污
染等都会引起透镜的磁场产生椭圆度。
将RA折算到物平面上得到一个半径为ΔrA的漫散圆斑，用ΔrA表
示像散的大小，其计算公式为：（1-11）三、色差色差是由于成像电子
（入射电子）的能量不同或变化，从而在透镜磁场中运动轨迹不同以致不
能聚焦在一点而形成的像差。
最小的散焦斑RC。同样将RC折算到物平面上，得到半径为ΔrC的
圆斑。色差ΔrC由下式来确定：（1-12）式中：Cc为色散系数，ΔE/E
为电子束能量变化率。当C和孔径半角一定时，电子束能量变化率取决于
加速电压的稳定性和电子穿过样品时发生非弹性散射的程度。样品很薄时，可以忽略后者。
衍射效应的分辨率和球差造成的分辨率比较式（1-2）和（1-10），
可以发现孔径半角α对衍射效应的分辨率和球差造成的分辨率的影响是
相反的。
提高孔径半角α可以提高分辨率Δr0，但却大大降低了ΔrS。因此
电镜设计中必须兼顾两者。唯一的办法是让ΔrS=Δr0，考虑到电磁透镜
中孔径半角α很小（10-2-10-3rad），则（1-13）那么ΔrS=Δr0，即：（1-14）整理得：（1-15）将上式代入（1-13），（1-16）根据式（1-15）和（1-16），透射电镜孔径半角α通常是10-2-10-3rad；目前最佳的电
镜分辨率只能达到0.1nm左右。
景深电磁透镜的景深是指当成像时，像平面不动（像距不变），在满
足成像清晰的前提下，物平面沿轴线前后可移动的距离当物点位于O处时，电子通过透镜在Oˊ处会聚。让像平面位于Oˊ处，此时像平面上是一像点；当物点沿轴线渐移到A处时，聚焦点则从Oˊ沿轴线移到了Aˊ处，
由于像平面固定不动，此时位于Oˊ处的像平面上逐渐由像点变成一个散
焦斑。如果衍射效应是决定电磁透镜分辨率的控制因素，那么散焦斑半径
R0折算到物平面上的尺寸只要不大于Δr0，像平面上就能成一幅清晰的像。
轴线上AB两点间的距离就是景深Df。
由图1-9的几何关系可推导出景深的计算公式为：（1-17）焦长焦长
是指物点固定不变（物距不变），在保持成像清晰的条件下，像平面沿透
镜轴线可移动的距离。
当物点位于O处时，电子通过透镜在Oˊ处会聚。让像平面位于Oˊ处，此时像平面上是一像点；当像平面沿轴线前后移动时，像平面上逐渐
由像点变成一个散焦斑。只要散焦斑的尺寸不大于R0（折算到物平面上
的尺寸不大于Δr0），像平面上将是一幅清晰的像。此时像平面沿轴线
前后可移动的距离为DL：由图中几何关系得：2.电子与物质的交互作用
2.1散射2.2高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息2.1散射定义：当一束聚焦电子沿一定方向射到样品上时，在样品物质原子的库仑电场作
用下，入射电子方向将发生改变，这种现象称为散射。
弹性散射：电子只改变方向，基本无能量变化分类：非弹性散射：电
子改变方向，能量不同程度衰减。
衰减部分热、光、某射线、二次电子等图2-1入射电子与原子的交互
作用产生的各种信息的示意图2.1.1原子核对电子的弹性散射2.1.2原子
核对电子的非弹性散射2.1.3核外电子对入射电子的非弹性散射某核外电
子对入射电子的散射作用是非弹性散射。散射过程中入射电子的能量损失
部分转变为热，部分使物质中原子发生电离或形成自由载流子，并伴随着
产生各种有用信息，如二次电子、俄歇电子、特征某射线、特征能量损失
电子、阴极发光、电子感生电导等。
2.2高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息2.2.1二次电子(SE)某当入射电子与原子核外电子发生相互作用时，会使原子失去电子而
变成离子-电离，这个脱离原子的电子称为二次电子。如果被电离出来的
二次电子来自原子中的价电子，则称为价电子激发；如果被电离出来的二次电子来自原子中的内层电子，则称为芯电子激发。
入射电子使固体中价电子激发到费米能级以上或游离时损失的能量较小，而使内层电子激发或游离时损失的能量相当大。所以价电子的激发几率远大于内层电子的激发几率。
某二次电子的主要特点：某某对样品表面形貌敏感某某空间分辨率高由于只有在接近表面约10nm以内的二次电子才能逸出表面，成为可以接收的信号；此时，入射束无明显的侧向扩展，因而这种信号反映的是一个与入射束直径相当的、很小体积范围内的形貌特征，从而具有很高空间分辨率。目前，扫描电镜中二次电子像的分辨率一般在3-6nm之间。
某某信号收集效率高二次电子本身能量低，容易受电场的影响，只要在检测器上加5-10kV的正电压就可以使样品上方的绝大部分二次电子进入检测器。
2.2.2背散射电子(BE)入射电子在样品内遭到散射，改变前进方向，在非弹性散射情况下，还会损失一部分能量。在这种弹性和非弹性散射过程中，有些入射电子累计散射角超过90°，这些电子将重新从样品表面逸出，称为背散射电子。
背散射电子的特点：某对样品物质的原子序数敏感某分辨率及信号收集率低2.2.3透射电子（TE)如果样品很薄，比入射电子的有效穿透深度小很多，就会有相当数量的入射电子穿透样品被装在样品下方的监测器接收，叫透射电子。
质厚衬度效应：样品上的不同微区无论是质量还是厚度的差别，均可引起相应区域透射电子强度的改变，从而在图像上形成亮暗不同的区域，
这一现象称为质厚衬度。利用这种效应可以观察复型样品，显示出许多在
光学显微镜下无法分辨的形貌细节；衍射效应：入射电子束照射到晶体样
品上时，会与晶体物质发生弹性相干散射，使之在一些特定的方向由于相
位相同而加强，但在其他方向却减弱，这种现象称为衍射。可由布拉格方
程给出。
衍衬效应：在同一入射电子束照射下，由于样品相邻区域位向或结构
不同，以致衍射束或透射束强度不同而造成图像亮度差别，称为衍衬效应，它可以显示单相合金晶粒的形貌，或多相合金中不同相的分布状况以及晶
体内部的结构缺陷等。
吸收电子：当样品较厚时，一部分入射电子的在样品内经过多次非弹
性散射后，能量耗尽，既无力穿透样品，也不能逸出表面，成为吸收电子。
特征某射线及俄歇电子电离使原子处于较高能量的激发态，外层电子
会迅速填补内层电子空位而使能量降低。如一个原子在入射电子的作用下
失掉一个K层电子，它就处于K激发态，能量为Ek。当一个L2层电子填
补了这个空位后，K电离就变成L2电离，就有能量Ek-EL释放出来，可
以产生某射线。由于不同元素的Ek、EL不同，因而产生的某射线为特征
某射线。
另一方面，上述K层电子复位释放出的能量，还能继续产生电离，使
另外一个核外电子脱离原子变成二次电子。如Ek-EL2>EL，它可能使L2、
L3、M、N以及导带V上的电子逸出，产生相应的空位。这种二次电子称
为KL2L2电子，它的能量近似等于Ek-EL2-EL3，这种具有特征能量的电
子称为俄歇电子，利用俄歇电子进行元素分析的仪器称为俄歇电子能谱仪。
俄歇电子具有以下特点：适于分析轻元素及超轻元素；适于表面薄层
分析。
自由载流子形成的伴生效应入射电子和晶体中电子云相互作用入射电
子和晶格相互作用周期脉冲电子入射的电声效应小结a)讨论了电子波的
波长和电磁透镜的聚焦原理、电磁透镜的像差产生原因以及电磁透镜的分
辨本领和影响因素；b)讨论了电子散射及高能电子与样品物质交互作用产
生的电子信息，主要讨论了二次电子和背散射电子的产生及其特点，透射
电子和质厚衬度效应、衍射效应和衍衬效应。
思考题电子波的特征及其聚焦原理？电磁透镜的像差是怎样产生的？
了解电磁透镜的景深和焦长？背散射电子试样吸收电子透射电子某射线阴
极发光入射电子二次电子Auger电子当入射电子从距离原子核rn处经过时，由于原子核的正电荷Ze的吸引作用，入射电子偏离入射方向（如图
所示）。根据卢瑟福的经典散射模型，散射角θn的大小取决于瞄准距离rn、核电荷数Ze和入射电子的能量E0.原子核的正电荷入射电子的能量
瞄准距离散射角弹性散射是电子衍射和成像的基础，原子对入射电子在
θn角方向的弹性散射振幅是由于非弹性散射，入射不但改变方向，而且
能量有不同程度损失，速度减慢，损失的能量转化为某射线。
因为二次电子产额δSE与入射电子束相对于样品表面的入射角θ之
间存在下列关系：式中：δSE=ISE/Ip（ISE为二次电子电流强度，Ip为
入射束电流强度）在Ip不变的条件下，当样品表面不平时，入射束相对
于样品表面的入射角θ发生变化，使二次电子的强度相应改变，如果用
检测器收集样品上方的二次电子并使其形成反映样品上各照射点信息强度
的图像，则可将样品表面形貌特征反映出来，形成所谓“形貌衬度”图像。
各种信息的作用深度用背散射电子像可以观察未腐蚀试样的抛光面元
素分布或相分布，并可确定元素定性、定量分析点。日本电子公司的电子
探针在试样上方安装了二个对称分布的半导体探测器，如图所示，A和B
为二个相同的背散射电子探测器。将A和B所探测的信号进行电路上的相
加或相减处理后，能分别得到试样表面成份信息(a)和形貌信息(b)。
这对试样定性、定量分析点的确定及杂质和相组成的观察十分有用。
有时不用腐蚀试样就可以分析和观察试样组成。现在背散射电子成分
像可以区分出平均原子序数相差0.1以下的二种相。
背散射电子成份像和形貌像的分离MgO+SrTiO3复相陶瓷的二次电子
像(a)和背散射电子像（b）
（a）二次电子像2000某（b）背散射电子像2000某（a）和（b）分
别为MgO+SrTiO3复相陶瓷在同一个微区的二次电子像和背散射电子像，
二次电子像形貌很难分辨出MgO和SrTiO3相的亮度差别，而背散射电子
像中可以明显的分辩出MgO相（灰色）和SrTiO3相（白色）。
背散射电子的强度还与试样中的晶面取向及入射电子的入射方向有关。利用这种特性可以观察单晶和大晶体颗粒的生长台阶和生长条纹。生长台
阶和生长条纹的高差一般都很小，但背射电子像已有明显衬度。下图（a)
为单晶β—Al2O3生长台阶的背散射电子像。
如果用二次电子像观察这类易产生污染的材料，不但台阶衬度小，而
且图像出现许多黑色污染斑。
β-Al2O3生长台阶背散射电子像β-Al2O3生长台阶二次电子像及污
斑某某电子显微分析技术（1-1）即对于光学透镜，当ninα做到最大时（n≈1.5，α≈70-75°），式（1-2）简化为：（1-3）（1-2）透镜分辨
率电子波波长（1-7）0．0008710000．00698300．001425000．00859200．002512000．0122100．003701000．017350．00418800．019440．00487600．022430．0053650
0．027420．00601400．03881电子波波长/nm加速电压/kV电子波波长
/nm加速电压/kV说明：经相对论校正图1-2电磁透镜的聚焦原理示意图
图1-4有极靴电磁透镜(a)极靴组件分解；(b)有极靴电磁透镜剖面；(c)
三种情况下电磁透镜轴向磁感应强度分布电磁透镜成像光学透镜成像时，
物距L1、像距L2和焦距f三者之间满足如下关系：（1-8）电磁透镜成
像时也可以应用式（1-8）。所不同的是，光学透镜的焦距是固定不变的，而电磁透镜的焦距是可变的。电磁透镜焦距f常用的近似公式为：（1-9）式中K是常数，Ur是经相对论校正的电子加速电压，（IN）是电磁透镜
的激磁安匝数。
由式（1-9）可以发现，改变激磁电流可以方便地改变电磁透镜的焦距。而且电磁透镜的焦距总是正值，这意味着电磁透镜不存在凹透镜，只
是凸透镜。
式中C表示球差系数。
通常，物镜的球差系数值相当于它的焦距大小，约为1-3mm,α为孔
径半角。从式（1-10）中可以看出，减小球差可以通过减小球差系数和孔
径半角来实现。
球差是像差影响电磁透镜分辨率的主要因素，它还不能象光学透镜那
样通过凸透镜、凹透镜的组合设计来补偿或矫正。
据说日本电子已经制造了带球差校正器的透射电镜，但一个球差校正
器跟一台场发射透射电镜的价格差不多。
NoFringeUn-
correctedCorrectedSi(111)Σ3grainboundaryTEMCCorrectorβ-Si3Ｎ
42nm2200FS+STEMCcorrector2nmSTEMCCorrectorWithoutCorrector(C:1.0
mm)DFIimage像散是可以消除的像差，可以通过引入一个强度和方位可调的矫正磁场来进行补偿。产生这个矫正磁场的装置叫消像散器。
引起电子能量波动的原因有两个，一是电子加速电压不稳，致使入射电子能量不同；二是电子束照射试样时和试样相互作用，部分电子产生非弹性散射，致使能量变化。
透镜球差系数、色差系数与激磁电流的关系某某某
现代材料分析方法
现代材料分析方法 现代材料分析方法包括物理、化学、电子、光学、表面和结构等多个方面的技术手段，具有快速、准确、非破坏性的特点。下面将针对常用的材料分析技术进行详细介绍。 一、物理分析方法 1. 微观结构分析：包括金相显微镜分析、扫描电镜、透射电镜等技术。通过观察材料的显微结构、晶粒尺寸、相组成等参数，揭示材料的内在性质和形貌特征。 2. 热分析：如热重分析、差示扫描量热仪等。利用材料在高温下的重量、热容变化，分析材料的热行为和热稳定性。 3. 电学性能测试：包括电导率、介电常数、介电损耗等测试，用于了解材料的电导性和电介质性能。 4. 磁性测试：如霍尔效应测试、磁滞回线测试等，用于研究材料的磁性行为和磁性特性。 二、化学分析方法 1. 光谱分析：包括紫外可见光谱、红外光谱、核磁共振等。通过检测材料对不同波长的光谱的吸收、散射等现象，分析材料的组分和结构。
2. 质谱分析：如质子质谱、电喷雾质谱等。通过挥发、电离和分离等过程，分析材料中不同元素的存在及其相对含量。 3. 电化学分析：包括电化学阻抗谱、循环伏安法等。通过测量材料在电场作用下的电流、电压响应，研究材料的电化学性能和反应过程。 4. 色谱分析：如气相色谱、高效液相色谱等。利用材料在色谱柱上的分离和吸附效果，分析材料中组分的种类、含量和分布。 三、电子分析方法 1. 扫描电子显微镜（SEM）：通过照射电子束，利用电子和物质的相互作用，获得样品表面的详细形貌和成分信息。 2. 透射电子显微镜（TEM）：通过透射电子束，观察材料的细观结构，揭示原子尺度的微观细节。 3. 能谱分析：如能量色散X射线谱（EDX）、电子能量损失谱（EELS）等。通过分析材料与电子束相互作用时，产生的X射线和能量损失，来确定样品的元素组成和化学状态。 四、光学分析方法 1. X射线衍射：通过物质对入射的X射线束的衍射现象，分析材料的晶体结构
现代材料分析技术及应用
现代材料分析技术及应用 现代材料分析技术是指利用现代科学技术手段对材料进行全面、准确、细致的研究和分析的方法。它是材料科学领域研究的基础和支撑，广泛应用于材料的研发、生产和质量控制等方面。现代材料分析技术包括物理性质测试、化学分析、显微成像、表面分析、光谱分析、电子显微镜等多个方面。下面将介绍几种常见的现代材料分析技术及其应用。 一、物理性质测试技术 物理性质测试技术是对材料的物理性能进行测试和分析的方法。常见的测试技术有强度测试、硬度测试、韧性测试、热膨胀系数测量等。这些测试技术可以用于评估材料的强度、硬度、韧性、热稳定性等性能。例如，在金属材料的研发过程中，可以通过硬度测试来评估其抗拉强度和延展性，进而确定最佳的工艺参数。 二、化学分析技术 化学分析技术是对材料中化学成分进行定性和定量分析的方法。常见的化学分析技术包括光谱分析、质谱分析、原子吸收光谱分析等。这些技术可以确定材料中元素的种类、含量以及化学结构。化学分析技术在材料研发过程中起到了重要作用，可以选择最佳的原材料组合，提高材料的性能。 三、显微成像技术 显微成像技术是观察和研究材料的微观形貌和结构的方法。常见的显微成像技术有光学显微镜、电子显微镜和原子力显微镜等。这些技术可以提供高分辨率的图
像，揭示材料的表面形貌、内部结构和缺陷等信息。显微成像技术广泛应用于材料的质量检测、缺陷分析和外观评估等方面。 四、表面分析技术 表面分析技术是研究材料表面性质和表面结构的方法。常见的表面分析技术有扫描电子显微镜、表面拉曼光谱、X射线光电子能谱等。这些技术可以提供材料表面的化学组成、成分分布、晶体结构等信息。表面分析技术对于材料的表面改性、涂层质量控制等有重要意义。 五、光谱分析技术 光谱分析技术是研究物质的光学特性和结构的方法。常见的光谱分析技术有红外光谱、紫外-可见吸收光谱、核磁共振光谱等。这些技术可以通过分析物质与光的相互作用来判断其分子结构、化学键信息等。光谱分析技术广泛应用于材料的组分分析、质量控制和性能评估等方面。 综上所述，现代材料分析技术是一门研究材料性质和结构的重要学科。它对于材料的研发、生产和质量控制等方面起到了关键的作用。各种现代材料分析技术的应用使材料科学发展迈上了一个新的台阶，推动了材料科学和工程的进步和创新。
材料现代分析技术整理
第一部份 X 射线衍射分析（XRD ） 1. K 系特点谱线特点：由L 、M 、N 等壳层的电子跃迁到K 壳层的空位时发出的X 射线，别离称为K α、K β、K γ谱线，一起组成K 线系特点谱线。K α特点谱线最强，比相邻谱线强90倍，是最经常使用的谱线。 2. 特点X 射线的产生：在原子内固定壳层上的电子具有特定能量，当外加能量足够大时，可将内层电子激发出去，形成一个内层空位，外壳层的电子跃迁到内层，多余的能量以X 射线形式放出。 3. X 射线的本质为电磁波。 4. 滤光片的目的和材料：用来过滤或降低X 射线光谱中的持续X 射线和K β线的金属薄片,K β大部份被吸收，K α损失较小，滤波片材料的原子表达一样比X 射线管靶材的原子序数低1。 5. CuK α的含义：以Cu 作为靶材，高速电子轰击在铜靶上，使铜K 层产生了空位，L 层电子跃迁到K 层，产生K 系特点辐射。 6. X 射线的衍射方向是依照布拉格方程理论推导出的。 7. 布拉格方程的推导： 含义：线照射晶体时，只有相邻面网之间散射的X 射线光程差为波长的整数倍时，才能产生干与增强，形成衍射线，反之不能形成衍射线。λθn d hkl =sin 2 讨论： （1） 当λ必然，d 相同的晶面，必然在θ相同的情 形下才能取得反射。 （2） 当λ必然，d 减小，θ就要增大，这说明间距小 的晶面，其掠过角必需是较大的，不然它们的反射线无法增强，在考察多晶体衍射时，这点由为重要。 （3） 在任何可观测的衍射角下，产生衍射的条件为：d 2≤λ，但波长太短致使衍射角过小，使衍射 现象难以观测，经常使用X 射线的波长范围是0.25~0.05nm 。 （4） 波长一按时，只有2/λ≥d 的晶面才能发生衍射—衍射的极限条件。 8. X 射线的强度（严格概念）单位时刻内通过衍射方向垂直单位面积上X 射线光量子数量。表示方式：衍射峰高度或衍射峰积分面积。理论计算)(2θφPF I =（P-多重性因数，F-结构因子，)(θφ-因数） 。 9. 面网指数与干与指数： λθ=sin 2HKL d 布拉格方程永久是一级反射形式。 10. 结构因子（F ）：晶胞的形状和大小的阻碍，只与晶胞中的原子的种类、数量和位置有关。 11. 系统消光：符合布拉格方程的晶面，由于结构因素的作用（|F|=0 λθ=sin 2n d hkl n d d hkl HKL =
材料分析测试技术
名词解释： 分子振动：分子中原子（或原子团）以平衡位置为中心的相对（往复）运动。伸缩振动：原子沿键轴方向的周期性（往复）运动；振动时键长变化而键角不变。（双原子振动即为伸缩振动） 变形振动又称变角振动或弯曲振动：基团键角发生周期性变化而键长不变的振动。 晶带：晶体中，与某一晶向[uvw]平行的所有（HKL）晶面属于同一晶带，称为[uvw]晶带。 辐射的吸收：辐射通过物质时，其中某些频率的辐射被组成物质的粒子（原子、离子或分子等）选择性地吸收，从而使辐射强度减弱的现象。辐射被吸收程度对 或 的分布称为吸收光谱。 辐射的发射：物质吸收能量后产生电磁辐射的现象。 作为激发源的辐射光子称一次光子，而物质微粒受激后辐射跃迁发射的光子(二次光子)称为荧光或磷光。吸收一次光子与发射二次光子之间延误时间很短(10-8~10-4s)则称为荧光；延误时间较长(10-4~10s)则称为磷光。 发射光谱:物质粒子发射辐射的强度对 或 的分布称为发射光谱。光致发光者，则称为荧光或磷光光谱
辐射的散射：电磁辐射与物质发生相互作用，部分偏离原入射方向而分散传播的现象 散射基元:物质中与入射的辐射相互作用而致其散射的基本单元 瑞利散射（弹性散射）：入射线光子与分子发生弹性碰撞作用，仅光子运动方向改变而没有能量变化的散射。 拉曼散射（非弹性散射）：入射线(单色光)光子与分子发生非弹性碰撞作用，在光子运动方向改变的同时有能量增加或损失的散射。 拉曼散射线与入射线波长稍有不同，波长短于入射线者称为反斯托克斯线，反之则称为斯托克斯线 光电离：入射光子能量(h )足够大时，使原子或分子产生电离的现象。光电效应:物质在光照射下释放电子(称光电子)的现象又称(外)光电效应。光电子能谱:光电子产额随入射光子能量的变化关系称为物质的光电子能谱分子光谱：由分子能级跃迁而产生的光谱。 紫外可见光谱（电子光谱）：物质在紫外、可见辐射作用下分子外层电子在电子能级间跃迁而产生的吸收光谱。 红外吸收谱：物质在红外辐射作用下，分子振动能级（和/或转动能级）跃迁而产生的吸收光谱。
材料分析测试技术
材料分析测试技术 第一篇：材料分析测试技术 一、引言 材料分析测试技术是现代材料科学领域中非常重要的一 部分，涵盖了材料结构、材料性能以及材料组成等方面的研究。通过对材料进行分析测试，能够为材料的合理设计、精细加工、可靠使用以及环境保护等方面提供科学依据。 二、主要内容 1.材料结构分析测试：此项测试主要是通过对材料的原 位形貌、拉伸或压缩变形过程以及破坏机理的观察和分析，来揭示材料微结构的特征和结构与性能之间的关系。 2.材料物理性质测试：此项测试主要包括材料的热学性能、电学性能、光学性能等各个方面。其中，热学性能测试包括热膨胀系数、热导率、比热等；电学性能测试包括电导率、介电常数、磁导率等；光学性能测试包括透过率、反射率、吸收率等。 3.材料化学成分测试：此项测试主要是通过对材料中各 种元素化学量的测定，来确定材料的组成及其含量范围。其中，常用的测试方法有荧光光谱法、原子吸收光谱法、质谱法等。 4.材料力学性能测试：此项测试主要是通过对材料的受 力响应、变形、破坏等参数的测定，来评估材料的强度、韧性、脆性、疲劳性等力学特性。其中，常用的测试方法有拉伸试验、压缩试验、硬度测试等。 三、测试技术优化
为了提高材料分析测试的准确性和可靠性，需要注重以 下几个方面： 1.测试设备的选用和改进：从设备的选型、使用、维护 等多方面考虑，提高设备的测试精度、可靠性和稳定性，并为特定的测试任务提供更优化的测试方法。 2.测试方法的优化：对测试方法的有效性、精度和可重 复性进行评估和提高，并根据实际测试情况不断优化测试方法。 3.测试样品的处理：要注重对测试样品的处理和制备， 避免样品的变形、损伤、干扰等因素对测试结果的影响。 4.测试人员的素质提高：对测试人员必须进行专业知识 的培训和技能的提高，使其具备独立进行测试的能力和科学分析测试结果的能力。 四、应用前景 目前，材料分析测试技术已经广泛应用于材料科学领域 中的各个方面，如材料设计、加工制造、环境保护、矿产资源开发等。同时，材料分析测试技术的不断更新和发展，也将为材料科学领域的研究和应用创造出更为广阔的发展前景。 五、结论 材料分析测试技术是材料科学领域中必不可少的一部分。通过对材料的结构、物理性质、化学成分以及力学性能等方面的分析测试，能够为材料的合理设计、精细加工、可靠使用以及环境保护等方面提供科学依据。在未来的研究和应用中，材料分析测试技术将继续发挥重要作用，推动材料科学的不断发展壮大。 第二篇：材料分析测试技术的发展趋势 一、引言 材料分析测试技术的发展已经走过了几十年之久。在这
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现代材料分析测试技术材料分析测试技术ppt文档全文 预览 本部分的主要目的：介绍透射电镜分析、扫描电镜分析、表面成分分析及相关技术的基本原理，了解透射电镜样品制备和分析的基本操作和步骤，掌握扫描电镜在材料研究中的应用技术。在介绍基本原理的基础上，侧重分析技术的应用！讲课18学时，实验：4学时，考试2学时。 主要要求：1)掌握透射电镜分析、扫描电镜分析和表面分析技术及其在材料研究领域的应用；2）了解电子与物质的交互作用以及电磁透镜分辨率的影响因素；3）了解透射电镜的基本结构和原理，掌握电子衍射分析及衍射普标定、薄膜样品的制备及其透射电子显微分析；4）了解扫描电镜的基本结构及其工作原理，掌握原子序数衬度、表面形貌衬度及其在材料领域的应用；了解波谱仪、能谱仪的结构及工作原理，初步掌握电子探针分析技术；5）对表面成分分析技术有初步了解；6）了解电子显微技术的新进展及实验方法的选择；参考书：1）常铁军，祁欣主编。《材料近代分析测试方法》哈尔滨工业大学出版社；2）周玉，武高辉编著。 《材料分析测试技术——材料某射线与电子显微分析》哈尔滨工业大学出版社。1998版3）黄孝瑛编著。 《透射电子显微学》上海科学技术出版社。1987版4）进藤大辅，及川哲夫合著.《材料评价的分析电子显微方法》冶金工业出版社。2001年版5）叶恒强编著。 《材料界面结构与特性》科学出版社，1999版1.1引言眼睛是人类认识客观世界的第一架“光学仪器”。但它的能力是有限的，如果两个细小物体间的距离小于0.1mm时，眼睛就无法把它们分开。
光学显微镜的发明为人类认识微观世界提供了重要的工具。随着科学技术的发展，光学显微镜因其有限的分辨本领而难以满足许多微观分析的需求。 上世纪30年代后，电子显微镜的发明将分辨本领提高到纳米量级，同时也将显微镜的功能由单一的形貌观察扩展到集形貌观察、晶体结构、成分分析等于一体。人类认识微观世界的能力从此有了长足的发展。 光学显微镜的分辨率由于光波的波动性，使得由透镜各部分折射到像平面上的像点及其周围区域的光波发生相互干涉作用，产生衍射效应。一个理想的物点，经过透镜成像时，由于衍射效应，在像平面上形成的不再是一个像点，而是一个具有一定尺寸的中央亮斑和周围明暗相间的圆环所构成的Airy斑。如图1-1所示。 测量结果表明Airy斑的强度大约84%集中在中心亮斑上，其余分布在周围的亮环上。由于周围亮环的强度比较低，一般肉眼不易分辨，只能看到中心亮斑。因此通常以Airy斑的第一暗环的半径来衡量其大小。根据衍射理论推导，点光源通过透镜产生的Airy斑半径R0的表达式为：图1-1两个电光源成像时形成的Airy斑 (a)Airy斑；(b)两个Airy斑靠近到刚好能分开的临界距离是强度的叠加通常把两个Airy斑中心间距等于Airy斑半径时，物平面上相应的两个物点间距（Δr0）定义为透镜能分辨的最小间距，即透镜分辨率（也称分辨本领）。由式1-1得：有效放大倍数上式说明，光学透镜的分辨本领主要取决于照明源的波长。半波长是光学显微镜分辨率的理论极限。可见光的最短波长是390nm，也就是说光学显微镜的最高分辨率是≈200nm。 一般地，人眼的分辨本领是大约0.2mm，光学显微镜的最大分辨率大约是0.2μm。把0.2μm放大到0.2mm让人眼能分辨的放大倍数是1000
现代材料分析技术
材料研究的三个方面：化学组成、组织结构、微观形貌 材料的三层次结构（按存在形式）分为：晶体结构、非晶体结构、孔结构以及上述结构 的组合 四层次（按尺度大小）分为：宏观结构、显微结构、亚微观结构、微观结构 晶体：是指组成它的原子（离子、分子、原子团）有规则的排列的固体 分类：32个晶类，7个晶系，3个晶族，14种布拉菲阵点 光谱按强度对波长的分布特点分为：线光盘，带光谱，连续光谱 特征X射线：原子内层出现空位，较外层电子向内层跃迁，发射的辐射即X射线，其光子频率取决于电子跃迁前与跃迁后的能级差，也可以说取决于初态与终态电 子结合能之差，故称为特征X射线（表征元素的特征信息），由于是光激发， 故发射的X射线为荧光（二次）X射线。 俄歇效应：原子的退激发不以X射线的方式进行，则以发射俄歇电子的方式进行，此过程称为俄歇效应。 俄歇电子：如图，以K层出现空位为例，L层电子向K层跃迁，多余能量不以产生辐射的形式释放，而使L层上的另一电子脱离原电子发射出去，此电子称为俄歇电子， 俄歇电子是一个无辐射的跃迁过程。俄歇电子的标识为KL2L3俄歇电子， KL2L3顺序表示俄歇过程的初态空位所在能级，向空位作无辐射跃迁电子原 在能级及发射电子原在能级的能级符号。 X射线的产生过程：X射线仪是产生X射线的装置，其基本原理是以由阴极发射并在管 电压作用下向靶材料（阳极）高速运动的电子流为激发源，到致靶材 发生辐射，即产生X射线 特征X射线中K系特征辐射的机理：若K层产生空位，其外层电子向K层跃迁产生 X射线统称为K系特征辐射，其中由L、M层或 更外层电子跃迁产生的K系特征辐射顺序分别 为Kα，Kβ……Kα强度最大 特征X射线波长由靶材料决定，与管电压无关 滤波片选择的原则：1选择滤片材料，使其K吸收限处于入射的Kα射线与Kβ射线波 长之间，则Kβ射线因激发滤片的荧光辐射而被滤片吸收。2滤片材 料原子序数Z滤与Z靶满足下列条件时：λKβ靶＜λK滤＜λKα 靶；当Z靶＜40时，Z滤=Z靶，当Z靶＞40时，Z滤＞Z靶—2 衍射的本质：是晶体中各原子相干散射波叠加（合成）的结果 布拉格方程（实验）：入射X射线照射到安装在样品台上，在满足反射定律的方向设置反 射接收装置，X射线照射过程中，记录装置与样品台以2：1的角 速度同步转动，以保证记录装置始终处于接收反射线的位置上。布 拉格实验得到了“选择反射”的结果 布拉格方程2dsinθ=nλ，n—任意正整数，称反射系数，λ—X射线的波长，d—晶面间 距，θ—布拉格角。 对布拉格方程的讨论，得出了产生衍射的必要条件：“选择反射”即反射定律+布拉格方 程。充分条件：︱F︱2≠0。 充要条件：“选择反射”+︱F︱2≠0。 干涉指数表达的布拉格方程：2dhklsinθ/n=λ。 干涉指数与晶面指数的关系：H=nh，K=nk，L=nl。 关于X射线衍射必要条件的各种表达式也适用于电子衍射分析。
材料分析技术
材料分析技术 材料分析技术是现代材料科学中的关键技术之一，它通过对材料的组成、结构、性能等方面进行研究和分析，为材料的合理设计、制备和改性提供科学依据。随着科学技术的发展，材料分析技术不断创新和发展，涌现出了许多先进的分析技术。本文将介绍几种常见的材料分析技术。 首先，光谱分析技术是材料分析中常用的一种技术。光谱分析基于物质与电磁波的相互作用，通过测量样品对特定波长或波段的吸收、发射、散射等光学性质，来确定样品的成分、结构及其它性质。常见的光谱分析技术有紫外可见吸收光谱、红外光谱、拉曼光谱等，它们广泛应用于化学、材料科学、生物医药等领域。 其次，电子显微镜是一种非常重要的材料表征手段。它通过对材料进行电子束照射和信号检测，得到样品的形貌、结构和成分信息。电子显微镜包括扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM），它们在研究材料的微观结构、纳米尺度特征等方面具有很高的分辨率和成像能力。 此外，热分析技术也是一种常见的材料分析手段。热分析通过对材料在加热或冷却过程中的质量、体积、力学性质等的变化进行观测和测量，来研究材料的热性能、相变行为、热稳定性等。常见的热分析技术有差示扫描量热分析（DSC）、热重分析（TGA）、热膨胀测试（TMA）等。 此外，表面分析技术也是材料分析中的重要技术之一。材料的
表面性质对其性能具有重要影响，表面分析可以揭示材料的表面形貌、组成、电子结构等信息。常用的表面分析技术有X 射线光电子能谱（XPS）、扫描探针显微镜（SPM）等。 最后，质谱技术在材料分析中也发挥着重要作用。质谱技术通过对物质的原子、分子或者粒子进行质量分选、碎裂和检测，来确定样品的化学成分、分子量、结构等信息。常见的质谱技术有质谱质量分析仪（MS）、质谱成像技术等。 总之，材料分析技术是实现对材料的全面、准确分析的重要手段。随着科学技术的不断进步，材料分析技术也在不断创新和发展，为材料的研究和应用提供了更多可能。材料分析技术的发展促进了材料科学的进步，也为工业生产、环境保护、新能源等领域的发展提供了重要支撑。
材料现代分析与测试技术课程设计
材料现代分析与测试技术课程设计 一、课程介绍 材料现代分析与测试技术课程是材料科学与工程专业中的一门重要课程，主要介绍材料现代分析与测试技术的基本理论、方法和实践应用等内容。 本课程旨在为学生提供材料现代分析与测试技术的基本理论和方法，并通过课程设计、实验等实践环节，强化学生的实际操作能力和创新能力。 二、课程设计目的和任务 1. 设计目的 本课程设计旨在通过开展材料分析和测试的实验项目，培养学生的实际操作能力，提高学生的材料分析和测试技术水平，同时强化学生的创新能力和团队合作能力。 2. 设计任务 本课程设计的主要任务为： 1.了解材料分析和测试方法的原理和操作流程； 2.掌握材料分析和测试的实验技能； 3.在实践中评估和比较不同的材料分析和测试方法； 4.完成实验报告和项目展示。 三、课程设计内容 1. 实验内容 本课程设计的实验内容包括：
1.金属和非金属材料的断口形貌、组织和成分的分析； 2.金属和非金属材料的力学性能测试； 3.金属和非金属材料的表面性质表征； 4.金属和非金属材料的热性能测试； 5.金属和非金属材料的电性能测试； 6.金属和非金属材料的化学性能测试。 2. 实验安排 本课程设计实验分为以下环节： 1.实验前培训：安全知识和基础操作技能； 2.实验前准备：准备实验试样，搭建实验设备； 3.实验操作：根据实验指导书进行实验操作； 4.实验报告：分析实验数据，撰写实验报告； 5.项目展示：进行实验项目展示，介绍实验结果和结论。 3. 实验要求 本课程实验要求： 1.严格遵守实验操作规程，确保实验安全； 2.认真分析实验数据，撰写实验报告； 3.积极参与团队合作，配合组织和参与实验项目展示。 四、课程设计评估 课程设计的评估主要分为两个方面： 1. 实验成绩 实验成绩占总成绩的60%。实验成绩评估包括实验操作和数据处理情况，实验报告撰写和实验项目展示等方面。
材料现代分析与测试技术-各种原理及应用
材料现代分析与测试技术-各种原理及应用 XRD ： 1.X 射线产生机理： （1）连续X 射线的产生：任何高速运动的带电粒子突然减速时，都会产生电磁辐射。①在X 射线管中，从阴极发出的带负电荷的电子在高电压的作用下以极大的速度向阳极运动，当撞到阳极突然减速，其大部分动能变为热能都损耗掉了，而一部分动能以电磁辐射—X 射线的形式放射出来。 ②由于撞到阳极上的电子极多，碰撞的时间、次数及其他条件各不相同，导致产生的X 射线具有不同波长，即构成连续X 射线谱。 （2）特征X 射线：根本原因是原子内层电子的跃迁。 ①阴极发出的热电子在高电压作用下高速撞击阳极； ②若管电压超过某一临界值V k ，电子的动能（eV k ）就大到足以将阳极物质原子中的K 层电子撞击出来，于是在K 层形成一个空位，这一过程称为激发。V k 称为K 系激发电压。③按照能量最低原理，电子具有尽量往低能级跑的趋势。当K 层出现空位后，L 、M 、N……外层电子就会跃入此空位，同时将它们多余的能量以X 射线光子的形式释放出来。 ④K 系：L, M, N, ...─→K ，产生K α、K β、K r ... 标识X 射线 L 系：M, N, O,...─→L ，产生L α、L β... 标识X 射线特
征X 射线谱M 系: N, O, ....─→M ，产生M α... 标识X 射线特征谱Moseley 定律2)(1 αλ-?=Z Z:原子序数，、α：常数 2.X 射线与物质相互作用的三个效应 （1）光电效应 ?当X 射线的波长足够短时，X 射线光子的能量就足够大，以至能把原子中处于某一能级上的电子打出来， ?X 射线光子本身被汲取，它的能量传给该电子，使之成为具有一定能量的光电子，并使原子处于高能的激发态。 （2）荧光效应 ①外层电子填补空位将多余能量ΔE 辐射次级特征X 射线，由X 射线激发出的X 射线称为荧光X 射线。 ②衍射工作中，荧光X 射线增加衍射花样背影，是有害因素 ③荧光X 射线的波长只取决于物质中原子的种类(由Moseley 定律决定)，利用荧光X 射线的波长和强度，可确定物质元素的组分及含量，这是X 射线荧光分析的基本原理。 （3）俄歇效应 俄歇效应是外层电子跃迁到空位时将多余能量ΔE 激发另一个核外电子，使之脱离原子。这样脱离的电子称为俄歇电子。 3.衍射理论
材料分析测试技术
材料分析测试技术 材料分析测试技术 材料分析测试技术是指对材料进行分析和测试，以得到关于材料性质和组成的信息的一种技术。在材料科学与工程领域，材料分析测试技术起着重要的作用，它不仅能够帮助工程师和科学家了解材料的性能和特性，还能指导材料的研发和应用。 材料分析测试技术主要包括材料成分分析、材料结构表征、材料性能测试等方面。下面将就这些方面逐一进行介绍。 首先是材料成分分析。材料成分分析是指对材料中各组分含量和比例进行测定的过程。常用的材料成分分析方法有化学分析方法和物理分析方法。化学分析方法包括光谱分析、电化学分析、热分析等，通过对样品进行化学反应和测量，可以得到各组分的含量和比例。物理分析方法包括X射线衍射、电子显微镜等，通过测量材料的物理性质，可以获得材料成分的信息。 其次是材料结构表征。材料结构表征是对材料的内部结构进行分析和描述的过程。常用的材料结构表征方法有扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射等。这些方法可以通过观察材料的表面形貌、内部晶体结构等来揭示材料的微观结构和形态特征。 最后是材料性能测试。材料性能测试是指对材料的各项性能进行测定和评估的过程。材料的性能有机械性能、热性能、电学性能等多个方面。常用的材料性能测试方法有拉伸试验、硬度测试、热重分析等。这些测试方法可以帮助人们了解材料的强度、硬度、热稳定性等性能指标，从而指导材料的设计和应用。 材料分析测试技术在科学研究和工程实践中具有广泛的应用。首先，它可以帮助科学家们进一步认识材料的本质，揭示材料的内在规律，为材料科学的发展做出贡献。其次，材料分析测试技术可以指导材料的研发和制备。通过对材料成分和性能的测试，可以为材料的合理设计和应用提供依据。最后，材料分析测试技术也可以为产品质量
材料分析测试技术
材料分析测试技术 现代科学技术的发展使得材料分析测试技术取得了长足的进步，成为许多领域研究和工业生产中不可或缺的重要手段。本文将从材料分析测试技术的意义、常见的材料分析测试方法以及最新的研究进展等方面进行探讨。 材料分析测试技术的意义： 材料分析测试技术是一种对材料进行形态、成分、结构和性能等方面的定性与定量研究的方法。这项技术在材料科学、冶金工业、化工、机械制造等领域有着广泛的应用。通过对材料进行分析测试，我们可以获得材料的基本特性，进而为材料的选择、设计以及工艺过程的控制提供有力的支撑。 常见的材料分析测试方法： 材料分析测试方法有很多种类，包括光学显微镜观察、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、热重分析(TGA)等。这些方法可以通过对材料的外观、微观结构、成分、相组成、晶体结构以及热学性能等多个方面进行分析和测试，从而获得更多关于材料特性的信息。 其中，光学显微镜观察是一种常见的材料表面形态分析手段。通过对材料表面的观察，可以研究材料的表面粗糙度、缺陷、晶格结构等特征。而SEM和TEM则可以提供更加详细的材料微观结构信息，包括晶粒尺寸、晶界分布、相的类型和分布等。 XRD和FTIR则可以用于材料的成分和结构分析。XRD通过对材料中晶体结构的衍射分析，可以确定材料的晶体相组成、晶格常数等。FTIR则通过分析材料的红外吸收谱图，可以得知材料的分子结构和化学成分。 最新的研究进展： 材料分析测试技术在不断发展，也涌现出一些新的研究进展。例如，基于电子显微学的新型分析方法正在逐渐兴起。例如，透射电子显微
材料分析测试技术
材料分析测试技术 材料分析测试技术是指通过对材料的组成、结构、性能等进行分析和测试，以 获取材料的相关信息和数据，为材料的研究、开发和应用提供科学依据和技术支持。材料分析测试技术在材料科学与工程领域具有重要的意义，对于提高材料的质量、性能和可靠性，推动材料创新和产业发展具有重要作用。 一、材料分析测试技术的分类。 1.化学分析技术，包括元素分析、化合物分析、表面分析等，常用的方法有光 谱分析、质谱分析、色谱分析等。 2.结构分析技术，包括晶体结构分析、显微结构分析、电子显微镜分析等，常 用的方法有X射线衍射、电子显微镜、原子力显微镜等。 3.性能测试技术，包括力学性能测试、热物性测试、电磁性能测试等，常用的 方法有拉伸试验、热分析、磁性测试等。 4.损伤分析技术，包括断裂分析、磨损分析、腐蚀分析等，常用的方法有断口 分析、磨损测试、腐蚀试验等。 二、材料分析测试技术的应用领域。 1.材料研究与开发，通过对材料的成分、结构、性能进行分析和测试，为新材 料的研究与开发提供科学依据和技术支持。 2.材料质量控制，通过对材料的质量、性能进行测试，保证材料的质量符合要求，满足产品的生产需求。 3.产品应用与改进，通过对产品材料的分析和测试，了解产品的材料特性，为 产品的应用与改进提供技术支持。
4.事故分析与预防，通过对材料损伤的分析和测试，了解损伤的原因和机理，为事故的分析与预防提供技术支持。 三、材料分析测试技术的发展趋势。 1.多元化，随着材料科学与工程的发展，材料的种类和应用领域不断扩大，对材料分析测试技术提出了更高的要求，需要开发出更多样化、多功能化的分析测试技术。 2.智能化，随着信息技术和人工智能技术的发展，材料分析测试技术也向智能化方向发展，实现数据的自动采集、处理和分析，提高测试的效率和准确性。 3.微观化，随着纳米技术和微观技术的发展，材料分析测试技术也向微观化方向发展，实现对材料微观结构和性能的精细分析和测试。 4.综合化，随着材料科学与工程的交叉融合，材料分析测试技术也向综合化方向发展，实现不同分析测试技术的融合应用，提高分析测试的综合能力。 四、结语。 材料分析测试技术是材料科学与工程领域的重要技术之一，对于材料的研究、开发和应用具有重要的意义。随着材料科学与工程的发展，材料分析测试技术也在不断创新和发展，为材料的研究、开发和应用提供更加科学、准确的技术支持。希望通过本文的介绍，能够对材料分析测试技术有一个更加全面和深入的了解，为材料科学与工程的发展贡献一份力量。
材料分析测试技术
1. X射线衍射技术的主要应用领域 晶体结构分析，物相定性分析，物相定量分析，晶粒大小分析，非晶态结构分析，结晶度分析，宏观应力与微观应力分析，择优取向分析。 2. 同步辐射光的特点 同步辐射是具有从远红外到X光范围内的连续光谱、高强度、高度准直、高度极化、特性可精确控制等优异性能的脉冲光源。①同步辐射的波长分布是连续的，②同步辐射的亮度很高，③同步辐射的准直性很好，④同步辐射是有时间结构的脉冲光，⑤同步辐射是很好的偏振光，是一种极为干净的光，⑥同步辐射的光谱分布及亮度可以准确计算。 3. X射线谱的产生机理 高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1%左右）能量转变为X射线，99%以热量散失，使物体升温。 4. 特征X射线谱的产生机理 若X射线管的管电压超过某一临界值V k 时，电子的动能可以将阳极物质原子中的最内层电子轰击出来，这一过程称为激发。原子被激发后，在原子的最内层就形成空位，这样次外层及其他外层就会跃入此空位，从而产生特征X射线谱。 5. 已知一个衍射峰，求出其晶粒大小（利用谢乐公式） D hkl =kλ/βcosθ hkl 6.XRD常用在哪些材料中 XRD常用于测定固体物质的晶体结构，特别适用于无机物、高聚物、矿物、半导体、微电子材料等的结构分析。 7. 材料的宏观物性 ①颗粒尺寸（颗粒度，粒径分布），②密度（表观堆积密度，表观颗粒密度，真密度），③孔结构（孔容，孔径分布），④比表面积（总比表面积，活性比表面积），⑤机械强度（单颗粒强度，整体堆积压碎强度，磨损强度） 8. 画出5类滞后环，并说明样品的孔结构类型 ①两端都开放的管状毛细孔，②平行壁的狭缝状毛细孔—吸附时难以形成凹液面，③锥形或双锥形管状毛细孔—脱附时逐渐挥发，④四面都开放的尖劈形毛细孔，⑤墨水瓶形 9. 微孔，介孔，大孔的孔径范围 微孔：< 2 nm; 介孔: 2-50 nm; 大孔: >50 nm 10. 差示扫描量热Dsc 差示：在特别的气体环境条件下测量样品与参比的温差ΔT与时间的关系 扫描：在程控温度范围内连续测量 量热：样品热量的变化与温差ΔT成正比，结果信号以毫瓦（mW）形式输出 差示扫描量热法(DSC)是在程序控制温度下，测量输给物质和参比物的功率差与温度关系的一种技术。
材料现代分析测试方法
材料现代分析测试方法 材料的现代分析测试方法是为了研究材料的组成、结构、性质以及相 应的测试手段。通过分析测试方法，我们可以深入了解材料的特点，进而 为材料的研发、优化和应用提供有效的数据支持。下面将介绍几种常用的 材料现代分析测试方法。 一、质谱分析法 质谱分析法是一种通过测量样品中不同质荷比（m/z）的离子的相对 丰度来确定样品组成和结构的分析方法。质谱分析法适用于分析有机物和 无机物。其优点是能快速分析出物质组成，提供准确的质量数据，对于结 构复杂的样品仍能有效分析。 二、核磁共振（NMR）谱学 核磁共振谱学是一种通过测量样品中核自旋与磁场相互作用的现象来 分析样品结构和组成的方法。不同核的共振频率和强度可以提供关于样品 分子结构和组成的信息。核磁共振谱学适用于有机物和无机物的分析。由 于从核磁共振谱图中可以获得丰富的结构信息，所以核磁共振谱学被广泛 应用于有机化学、药物研发和材料科学等领域。 三、红外光谱学 红外光谱学是一种通过测量样品对不同波长的红外辐射的吸收情况来 分析样品结构和组成的方法。不同官能团在红外区域会有特定的吸收峰位，因此红外光谱能提供有关样品中化学键和官能团的信息。红外光谱学适用 于有机物和无机物的分析。它具有非破坏性、快速、易于操作等特点，在 化学、生物和材料科学领域得到了广泛应用。
四、X射线衍射（XRD） X射线衍射是一种通过测量样品对入射X射线的衍射现象来研究样品 结构和晶体结构的方法。不同物质的晶格结构具有不同的衍射图样，通过 分析衍射图样可以获得样品的晶体结构信息。X射线衍射适用于分析有晶 体结构的材料，如金属、陶瓷、单晶等。它能提供关于晶体结构、晶粒尺 寸和应力等信息，被广泛应用于材料科学、地质学和能源领域。 五、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM） 扫描电子显微镜和透射电子显微镜是一种通过聚焦电子束对材料进行 观察和分析的方法。扫描电子显微镜主要用于获得材料的表面形貌、颗粒 分布和成分分析。透射电子显微镜则能提供材料的内部结构和界面微观结 构的信息。这两种显微镜在材料科学和纳米科技领域得到了广泛应用，可 用于材料结构表征和故障分析等方面。 上述方法只是材料现代分析测试方法的一部分，随着科学技术的发展，还有许多新的测试方法被开发出来，以满足对材料特性的更深入研究和分 析的需求。这些方法在材料研究、生产和应用中起着重要的作用，为材料 的创新和发展提供了有力的支持。
材料现代测试技术作业分析
材料现代测试技术作业分析 材料现代测试技术是指利用现代科技手段进行材料性能测试和分析的技术方法。随着材料科学的不断发展，对材料性能的测试和分析要求也越来越高，传统的测试方法已经不能满足现代材料的需要，因此材料现代测试技术应运而生。本文将从材料现代测试技术的定义、分类、特点以及未来发展方向等方面进行深入探讨。 首先，材料现代测试技术可以被定义为利用现代科技手段对材料性能进行测试和分析的技术方法。传统的测试方法主要依靠人工操作，测试结果的准确性和可靠性存在一定的局限性。而材料现代测试技术借助先进的仪器设备和计算机处理技术，能够更精准地测试和分析材料的性能指标，具有高效、自动化、无损伤等特点。 根据测试的内容和实际需求，材料现代测试技术可以分为结构分析技术、性能测试技术和表面分析技术等。结构分析技术主要包括显微镜观察、扫描电子显微镜、透射电镜等，可以用于研究材料的晶体结构、晶粒尺寸和相态等信息。性能测试技术主要包括拉伸试验、冲击试验、硬度测试等，可以测定材料的力学性能、热响应性能等指标。表面分析技术主要包括X射 线衍射、扫描电子显微镜等，可以用于评估材料的表面形貌、元素含量以及化学活性等特征。 材料现代测试技术相较于传统测试方法具有几个显著的特点。首先，现代测试技术能够实现对材料性能的多维度测量，不仅能够获得性能指标的绝对值，还能够获取性能指标的变化规律。
其次，现代测试技术能够实现对材料的实时监测，可以对材料的性能进行动态判断和分析。此外，现代测试技术还具有高效、无损伤、自动化等特点，能够提高测试效率，减少测试成本，同时避免了材料的损坏和浪费。 材料现代测试技术在未来的发展中，有几个重要的方向。首先，随着纳米材料和新材料的快速发展，测试技术需要更高的分辨率和更高的灵敏度。因此，提高测试仪器的精度和灵敏度是未来的一个重要方向。其次，材料现代测试技术需要与计算机科学和人工智能等相关技术相结合，实现测试结果的数据化和智能化分析。此外，材料现代测试技术还需要从实验室向现场延伸，开发出便携式的测试设备，方便工业生产中对材料性能的快速测试和分析。 综上所述，材料现代测试技术是利用现代科技手段对材料性能进行测试和分析的技术方法。它具有多样化、高效率、精确度高等特点，可以更好地满足现代材料科技对材料性能测试和分析的需求。未来，材料现代测试技术将继续发展，提高测试仪器的精度和灵敏度，与计算机科学和人工智能等相关技术相结合，实现测试结果的数据化和智能化分析，同时开发出便携式的测试设备，提高测试的灵活性和实用性。当我们继续谈论相关话题时，让我们来关注一个广为人知的领域——环境保护。环境保护是指保护自然环境，维护生态平衡，并确保我们和未来的后代可以生活在一个无污染的环境中。它是一个紧迫的问题，需要全球范围的努力来解决。 首先，环境保护的重要性不言而喻。在过去几十年里，人类的
材料分析技术
材料分析技术 材料分析技术是一种通过对材料进行实验和测试，以确定其组成、结构、性能和特性的方法。它在各种领域都有着重要的应用，包括材料科学、化学工程、环境科学、生物医学工程等。随着科学技术的不断发展，材料分析技术也在不断更新和完善，为人们的生活和工作带来了诸多便利。 首先，常见的材料分析技术包括光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射、质谱分析、核磁共振等。这些技术可以帮助科研人员和工程师深入了解材料的微观结构和性能，从而指导材料的设计、制备和改进。例如，通过光学显微镜可以观察材料的表面形貌和晶粒结构；扫描电子显微镜可以实现对材料的高分辨率成像；X 射线衍射可以确定材料的晶体结构和晶格参数；质谱分析可以确定材料的分子结构和元素组成；核磁共振可以研究材料的分子运动和化学环境。这些技术的应用为材料研究和开发提供了重要的手段和支持。 其次，随着纳米技术的发展，纳米材料成为材料科学研究的热点之一。纳米材料具有特殊的物理、化学和力学性质，因此需要特殊的分析技术来研究和表征。传统的材料分析技术在纳米材料的研究中存在一定的局限性，因此人们开发了一系列针对纳米材料的新型分析技术，如透射电子显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱等。这些技术可以实现对纳米材料的高分辨率成像、表面形貌和化学成分的分析，为纳米材料的研究和应用提供了重要的技术支持。 最后，材料分析技术的发展离不开计算机技术和数据处理技术的支持。随着计算机和信息技术的不断进步，人们可以利用计算机模拟和仿真技术对材料的结构和性能进行预测和优化。同时，大数据和人工智能技术的应用也为材料分析提供了新的思路和方法。例如，通过机器学习算法可以实现对材料的高通量筛选和优化，大大加快了材料研究和开发的进程。 综上所述，材料分析技术是现代材料科学研究和工程应用中不可或缺的重要手段。随着科学技术的不断进步，人们对材料分析技术的要求也在不断提高，希望能
材料分析测试方法材料分析测试技术
材料分析测试方法材料分析测试技术 --- ---- 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（相应地具有与材料的不同特征关系）形成了各种不同的材料分析方法。 1、X-射线衍射分析：物相成分、结晶度、晶粒度信息 2、电子显微镜：材料微观 形貌观察3、热分析：分析材料随温度而发生的状态变化4、振动光谱：分子基团、 结构的判定5、X-射线光电子能谱：一种表面分析技术，表面元素分析6、色谱分析： 分析混合物中所含成分的物理方法 对连续X射线谱的解释:（1）根据经典物理学的理论，一个带负电荷的电子作加速 运动时，电子周围的电磁场将发生急剧变化，此时必然要产生一个电磁波，或至少一个电磁脉冲。由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不可能相同，因而得到的 电磁波将具有连续的各种波长，形成连续X射线谱。（2）量子力学概念，当能量为 eV的电子与靶的原子整体碰撞时，电子失去自己的能量，其中一部分以光子的形式辐 射出去，每碰撞一次，产生一个能量为hν的光子，即“韧致辐射”。大量的电子到达靶面的 时间、条件均不同，而且还有多次碰撞，因而产生不同能量不同强度的光子序列，即形成连续谱。 观光路3009号招商局光明科技园B4栋4B单元 第一章材料分析测试技术概述（材料分析测试目的和物理角度论述基本粒子与材料的相互作用）第一节一般原理 第二节衍射分析方法概述
第三节电子显微分析方法概述 第四节电子能谱分析方法概述 第五节光谱分析方法慨述 第六节色谱、质谱及电化学分析方法概述第七节其他分析方法概述 第八节计算机在分析测试技术中的应用概述第二章 X射线衍射分析第一节X射线物理基础 1x射线的产生 连续X射线谱 特征X射线谱 第二节X射线衍射衍射方向 1、布拉格方程 2、倒易点阵及衍射矢量方程 3、厄瓦尔德图解 第三节x射线衍射强度 1、一个电子的散射强度 2、原子散射强度 3、晶胞衍射强度 4、小晶体散射与衍射积分强度
材料测试技术
材料测试技术 材料测试技术是指利用各种测试方法对材料进行性能和质量检测的技术。材料测试技术广泛应用于各个领域，如建筑、汽车、航空航天、电子等。它可以帮助人们了解材料的力学性能、化学成分、热性能、表面形貌等方面的信息，为相关领域的研发、生产和应用提供依据。 材料测试技术有多种方法，常见的包括物理测试、化学测试、力学测试、热学测试等。物理测试主要包括材料的密度、硬度、电导率、热膨胀系数等方面的测量。化学测试主要是对材料的成分进行分析，如元素含量、化合物含量、离子浓度等。力学测试则是对材料在应力状态下的行为进行研究，如拉伸测试、压缩测试、弯曲测试等。热学测试主要是研究材料的热性能，如热传导系数、热膨胀系数等。 材料测试技术在科学研究和工程实践中起到了至关重要的作用。在科学研究方面，材料测试技术可以帮助人们了解材料的特性和规律，从而推动相关领域的发展。在工程实践方面，材料测试技术可以用于材料的筛选和质量控制。例如，在建筑工程中，可以通过材料测试技术对水泥、钢筋等材料进行强度和耐久性的测试，确保其符合设计要求。 随着科学技术的进步，材料测试技术也在不断发展。新的测试方法和仪器设备的出现，使得材料测试更加准确和高效。例如，电子显微镜、拉力机、热分析仪等现代化的测试设备可以提供更多的信息和更精确的测试结果。此外，还有一些特殊的测试技术，如纳米材料测试、非破坏性测试等，可以对微小尺度或
不可破坏的材料进行研究。 然而，材料测试技术也面临一些挑战和问题。首先，部分测试方法和设备价格昂贵，限制了其在一些中小型企业和科研机构中的应用。其次，某些材料的测试方法尚未完善，需要进一步研究和改进。再次，一些复杂的材料系统难以通过单一的测试方法来全面评估其性能和质量。 综上所述，材料测试技术是一项十分重要的技术，对于材料的研发、生产和应用具有重要意义。随着科技的发展和需求的不断增加，材料测试技术也在不断进步和完善。相信未来的材料测试技术将会更加先进和高效，为人们提供更全面准确的材料性能和质量信息。