材料微观分析技术讲义浙江大学
浙江大学材料分析方法课件
晶向指数
• 如果晶体中任意两点的坐标已知，则过 此两点的直线指数可确定。 (x2-x1) : (y2-y1) : (z2-z1)=u : v : w
晶面指数
晶体中相互平行的结点平面簇，不但 相互平行，间距相等，而且结点的分布 也相同，称为平面组，可用(hkl)表示，
晶面指数
hkl为该晶面组在三个标轴上截距倒数的 互质比。
倒易点阵的定义
• 正点阵：a, b, c, a b g • 倒点阵：a*, b*, c*, a b g
倒易点阵基本矢量
bc a V
*
ca b V
ab c V
倒易点阵基本矢量
V a b c b c a c a b a b a c b a b c c a c b 0 a a b b c c 1 a bc sin a / V b ca sin b / V c ab sin g / V
倒点阵矢量的重要性质 r*hkl = ha* + kb* + lc*
* r hkl
(hkl)
r*hkl = 1/d hkl
倒点阵矢量的重要性质
[uvw]与(uvw)*正交
ruvw
1 d uvw
倒点阵矢量的重要性质
正倒点阵线面互应关系：
倒点阵矢量的重要性质
• 倒点阵矢量与正点阵矢量标积必为整数。
质量吸收系数
复杂物质的质量吸收系数 n ( m / r )i i m m = m l /r i 1 连续谱的质量吸收系数
连续谱的质量吸收系数相当于一个称为有效 波长值所对应的质量吸收系数。l有效 l
15-光谱分析4——【浙江大学 材料现代分析技术】
料O 现
C
C
代
H 2720cm-1
分
析
技
术
H
H H （CH3）1460 cm-1，1375 cm-1
（CH3）2930 cm-1，2850cm-1
材
料
现
3.2 红外光谱与分子结构
代
infrared spectroscopy and molecular structure
材
一、概述 introduction
料
二、红外吸收光谱产生的
现 代 分 析
3.1 红外吸收光谱基本原理
principle of Infrared spectroscopy
条件
condition of Infrared absorption spectroscopy 三、分子中基团的基本振 动形式
basic vibration of the group
技
in molecular
术
四、红外光谱谱图特征
characteristics of infrared
absorption spectra
一、概述
introduction
材 料 现 代 分 析 技 术
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱
近红外区－中红外区－远红外区
材
红外光谱图
料
现
代
分
析
材 有关，同时考虑偶极距变化和振动简并及倍频的影响。
料 现
例2 CO2分子（有一种振动无红外活性）
代
分 (动画) 析
技
术
基频与倍频：由基态跃迁到第一激发态，产生一个强
的吸收峰，基频峰。由基态直接跃迁到第二激发态，产生
浙大材料科学基础课件part7
(六)晶界的特性晶界的特性：不完整，畸变较大，存在晶界能，晶粒长大和晶界的平直化能减小晶界总面积，降低晶界总能量；晶界常温下对塑性变形起阻碍作用，显然，晶粒越细，金属材料的强度、硬度也越高；晶界有较高动能及缺陷，熔点较低，腐蚀速度较快第三章固溶体固溶体：类似于液体中含有溶质的溶液，晶体中含有外来杂质原子的一种固体的溶液固溶体特点：掺入外来杂质原子后原来的晶体结构不发生转变。
但点阵畸变，性能变化如多数合金，硅中掺入磷和硼都是固溶体固溶度：外来组分量可在一定范围内变化，不破坏晶体结构的最大溶解度量中间相：超过固溶体的溶解限度时，可能形成晶体结构不同，处于两端固溶体的中间部位的新相固溶体分类：置换固溶体，间隙固溶体，缺位固溶体,如错误!未找到引用源。
所示溶体的有序和无序分类：据溶质原子在溶剂晶体结构中排列的有序与否区分。
达某一尺度为有序畴；长程有序可为超结构有限和无限固溶体分类：两组元在固态呈无限溶解，即为（连§3-1影响固溶度的因素结构相同只是完全固溶的必要条件，不是充分条件续固溶体）无限固溶体一、休姆-罗瑟里(Hume-Rothery)规律固溶体固溶度的一般规律：1、尺寸因素:当尺寸因素不利时，固溶度很小；2、化学亲和力:稳定中间相（和组元的化学亲和力有关）会使一次固溶体的固溶度下降（中间相自由能曲线低）；3、电子浓度:电子浓度（价电子数和原子数的比值）影响固溶度和中间相稳定性，100)100(vx x V a e +-=（溶质价为v ，溶剂价为V ）。
还有适用于某些合金系的“相对价效应” ，即高价元素在低价中的固溶度大二、尺寸因素尺寸与溶解度关系：溶质与溶剂原子的尺寸相差大，畸变大，稳定性就低，溶解度小点阵常数的改变：置换固溶体，平均点阵常数增大或收缩,如错误!未找到引用源。
所示；间隙固溶体，总是随溶质溶入而增大。
维伽定律：固溶体点阵常数a 与溶质的浓度x 之间呈线性关系：x a a a a )(121-+=。
浙大材料科学基础课件-part8
浙大材料科学基础课件-part8(二)间隙相间隙相：较大电负性差的组元A、B，且(r(41%(rB/rA(0.59)，形成的中间相。
间隙相多由过渡族金属且和原子半径比较小的非金属元素B组成，A、B原子数之比为一定值，可用分子式表示间隙相的晶体结构：金属原子占据结点位置，而非金属原子则存在于金属原子间隙中间隙相固溶体：多数间隙相可形成以它为基的固溶体（缺位和置换固溶体），有一定的成分范围。
许多结构相同的间隙相能形成(三)间隙化合物间隙化合物：当A、B两组元的(r>30%而<41% (rB/rA(0.59)时，形成的一类中间相。
大多是一些过渡族金属和碳原子所形成的碳化物，碳原子位于间隙中。
间隙化合物的晶体结构：多具复杂的晶体结构。
示例如图3-21所示间隙化合物固溶体：金属元素往往被另一种金属元素置换而形成以间隙化合物为基的固溶体无限固溶体。
但受原子尺寸因素控制表3- 6 间隙相举例(四)拓扑密堆相拓扑密堆相：由两种大小不同的原子构成的一类中间相。
大小原子通过适当配合构成空间利用率和配位数都很高的复杂结构，配位数可达12、14、15及16。
具有拓扑学特点拓扑密堆相类型：有Cr3Si型相(Cr3Si、Nb3Sn、Nb3Sb等)，拉弗斯(Laves)相(MgCu2、MgZn2、MgNi2等)，(相(Fe7W6、Fe7Mo6等)，R相(Cr18Mo31Co)，P相(Crl8Ni40Mo42)，(相(FeCr、FeV、FeW、FeMo、CrCo、MoCo、WCo等)等等。
表3-7 拓扑密堆相中也有可以是多元的，例如AB2型的Laves相，AB型(相，AxBy等，有一定的固溶度范围表3- 7 一些二元拉弗斯相第四章非晶态固体非晶态固体：原子在空间排布没有长程序的固体非晶态固体范畴：玻璃、非晶态金属及非晶态半导体等结构是认识和研究物质的基础，然而，非晶态固体的结构比晶体要复杂得多。
§4-1 非晶态固体的特征与表述一、非晶态固体的结构特征二、非晶态固体的结构表征函数三、非晶态固体的短程序非晶态固体的结构特征非晶态固体的微结构：原子无规则排列，失去平移对称性，不满足晶体结构的基本特征，但并非完全混乱无序排列，近邻原子的排列仍具一定规律，呈现出一定的几何特征，为短程序。
材料微观分析技术讲义-拉曼光谱扫描隧道原子力显微.ppt
今日授课内容 第十一章 激光拉曼光谱分析法 第十二章 扫描隧道显微分析法 第十三章 原子力显微分析法
2021/9/19
红外与拉曼谱图对比
2021/9/19
5. 拉曼光谱与红外光谱分析方法比较
拉曼光谱
红外光谱
光谱范围5-4000Cm-1
光谱范围400-4000Cm-1
水可作为溶剂
样品可盛于玻璃瓶，毛细管等容器 中直接测定
固体样品可直接测定
水不能作为溶剂 不能用玻璃容器测定 需要研磨制成 KBR 压片
拉曼光谱的样品要求：对激发光透明，极化率大
拉曼光谱与红外光谱合称为振动光谱，二者互补，又称为 姐妹光谱。
2021/9/19
振动光谱分析的应用：
（1）化合物的结构与结构参数分析：红外电磁辐射→分 子振动能级跃迁→振动光谱→基团和官能团→分子结构 （2）化学组成定性分析 （3）化学组成定量分析：特征峰的强度。
（主要适用于有机化合物，无机化合物更适合采用拉曼 光谱）
3）环状化合物的对称呼吸振动常常是最强的拉曼谱带。
2021/9/19
4）在拉曼光谱中，X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-这类键的对 称伸缩振动是强谱带，反这类键的对称伸缩振动是弱谱带。 红外光谱与此相反。
5）C-C伸缩振动在拉曼光谱中是强谱带。
6）醇和烷烃的拉曼光谱是相似的：I. C-O键与C-C键的力常 数或键的强度没有很大差别。II. 羟基和甲基的质量仅相 差2单位。 III.与C-H和N-H谱带比较，O-H拉曼谱带较弱。
(2) 可实时得到样品表面三维（结构）图像； (3) 可在真空、大气，常温、高温等不同环境下工作，甚 至可将样品浸在水或其它溶液中； (4) 相对于透射电子显微镜，扫描隧道显微镜结构简单、 成本低廉。
浙大材料现代分析技术-讲义-热分析1
料
现 代
第一章 材料热分析
分
析
技
术
材
要点回顾
料 现 代
材料与材料科学 材料研究与现代分析技术
分
材料现代分析技术的分类
析
电磁辐射与材料的相互作用
技
粒子（束）与材料的相互作用
术
材料现代分析的任务与方法
材料分析技术的选择
材
料
现 代
组成
分
析
技
术
元素组成 1. 整体组成分析 2. 微区体组成分析 3. 微区表面、晶界、相界组成分析
技
量自高温物体向低温物体传递，功转变为热
术
等)，而其逆过程则不能自发地进行。
§1. 材料热分析绪论
材
对于封闭体系，系统只作体积功，在等温和
料
等压下，由始态变化到终态时，吉布斯函数
现
的变化值为，∆G＝∆H-T∆S
代
式中， ∆G－吉布斯函数的变化； ∆H－焓变；T－热
分
力学温度； ∆S－嫡变。
析
∆G < 0时，为自发进行过程；
现
划分可分为固态、液态和气态。物质的聚集态与 温度和压力有关。
代
相态是热力学概念，可分为固相(晶相、非晶相)、
分
液相和气相。物质在一定条件下从一种相转变为
析 技
另一种相称为相变。相变时热力学函数有突变。 晶相中其分子或原子呈规则、对称和周期性结 构状态。
术
非晶相和液相中分子或原子呈近程有序远程无
序状态，因此具有类似液相结构的非晶相固体
种形式，它与过程的性质无关。
§1. 材料热分析绪论
材 料
热力学平衡态
现 代 分
材料微观分析技术57页PPT
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
材料微观分析技术
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥
浙大材料科学基础课件part4
化合物构成与电负性关系：两元素电负性不同很小，键合为非极性共价键或金属键；电负性不同添加，键合极性添加，倾向于离子性键合.之杨若古兰创作（纯共价键合）Si®MgS®NaCl（离子键合）两头是极端（强极性特征）HF®HCl®HBr®HI（弱极性特征）大多数实际材料键合特点：几种键合方式同时存在.以错误!未找到引用源。
键型四面体暗示二、晶体中的键型晶体是具有空间格子构造的固体.晶体中的质点(离子、原子或分子)在空间的排列必须具有必定的结合感化力，才干包管它们在晶体内固定在必定的地位上作有规则的排列.化学键：质点间必须有结合力，才干包管规则排列.原子和原子通过化学结合力发生了结合，普通称构成了化学键化学键（一次键或基本键）品种：典型的化学键有三种：离子键、共价键、金属键分子键(范氏键)、氢键：已构成一次键的分子等之间的结合.(一)金属结合（金属键）金属键（晶体）特点：原子团聚构成；电负性很小；吸引力相当弱；电子“共有化”（价电子几乎自在、被共用），如错误!未找到引用源。
，无方向请求成键、强度及轨道（关系）：电子气和正离籽实间库仑感化成键（电子气密度越大，库仑感化越强，直至与斥力平衡）；仅有s-轨道时键很弱，如（Na-Na ，Ca-Ca ，…），具有混合轨道（s-d 或s-p 轨道）时，如（Fe-Fe ，Cr-Cr ，…），键很强金属键构成的条件：5.0<∆X(二)离子结合（离子键）离子键（晶体）特点：负电荷原子排列，正电荷原子排列其四周答应空间；有价电子转移；金属原子最外层价电子给予非金属原子，如错误!未找到引用源。
；正负离子相间排列成键、强度：相反电荷间静电力，静电力满足Coulomb'slaw ，与两离子间距离的平方成反比离子键构成的条件：两具有大电负性差的原子间构成，以离子为结合单元.(三)共价结合（共价键）共价键(晶体)特点：两个原子各贡献一价电子共用(自旋相反)，如错误!未找到引用源。
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料 微
分类要点和课程内容
观 分
材料测试方法的主动式、被动式分类并 非绝对
析
技
微观尺度上，材料测试分析的主要目的
术
是表征材料的组成和结构信息
本课程《材料微观分析技术》主要学习 主动式材料组成与结构的微观分析技术
4/23/2020 5:50 AM
2.阶段学习总结
材
材料测试方法的概念与分类
料 微
材料微观测试方法的分类
料
微
激发方式
观 采用何种激发源，与何种状态的材料相互作用 分
析 技
响应类型和机理
术
适用范围
响应与材料的何种信息相关联
4/23/2020 5:50 AM
2.阶段学习总结
材
已学习分析测试方法的总结
料 微 观 分
X射线衍射分析 1. 透射电子显微分析 2. 扫描电子显微分析 3. 电子衍射分析
料
微 观
材料就是用以制造有用物件的 （凝聚态）物质
分
析 技
材料的发明与使用是人类进步 里程的重要标志之一
术
材料、信息与能源为当代文明
的三大支柱
4/23/2020 5:50 AM
3.材料微观分析技术绪论
材
材料与材料科学
料
微 观 分
• 新材料、信息技术和生物技术是新技术革命 的主要标志
析 技
• 材料科学，一门多学科交叉的新兴学科
2.阶段学习总结
材
材料测试方法的概念与分类
料 微
主动式（含激发源式材料测试方法）
观
分
激发源
析
（电磁波，粒子束，电场，磁场，热，力等）
技 术
材料
与组成，结构，性能 等相关的某种响应
数据采 集处理
响应的传感与变换
4/23/2020 5:50 AM
2.阶段学习总结
材
材料测试方法的概念与分类
料 微
被动式（无激发源式材料测试方法）
4. 电子探针（电子能谱分析，电子探针
X射线显微分析）
4/23/2020 5:50 AM
2.阶段学习总结
材
已学习分析测试方法的总结
料
微
观
【课堂练习】
分
析
根据材料测试方法的三个基本要素，列表
技
总结已学习的各种材料分析测试方法。
术
4/23/2020 5:50 AM
3.材料微观分析技术绪论
材
材料与材料科学
2.阶段学习总结
材
料
材料测试方法的技术总结
微 观 分
1.材料测试方法的概念与分类 2.材料测试方法的三个基本要素
析
技
已学习分析测试方法的总结
术
1. X射线衍射分析
2. 电子显微分析
4/23/2020 5:50 AM
2.阶段学习总结
材
材料测试方法的概念与分类
料
微
什么是材料测试方法？
观
分 析
材料测试 ＝ 材料分析 ＝ 材料表征
材
料
微 观
《材料微观分析技术》
分
析
技
术
4/23/2020 5:50 AM
材
料
授课教师基本情况介绍
微
观
A:刘芙：女
分
B:王智宇：男，1967年11月出生，浙江大学
析
材 料与化学工程学院无机非金属
技
材料研究所副教授，实验室主任。
术
办公室：曹光标大楼429房间
电话：87952334
电子邮件：wangzhiyu@
分
析
新材料
技
开发方法
法 发展方向
术
材料设计
4/23/2020 5:50 AM
3.材料微观分析技术绪论
材
材料研究与微观分析技术
料
微
观
所谓材料设计，就是根据对材料的
分
组成、微结构与性能关系的认识
析
（“炒菜”经验＋材料微观分析），
技
按指定性能“定做”新材料，按生
术
产要求“设计”最佳的制备和加工
方法。
4/23/2020 5:50 AM
料
工程学科专业学生的必修基础课之一
微
观
分
通过本课程学习，使学生能够做到：
析
1. 掌握常用材料微观分析方法的基本原
技
理、过程 、装备、样品的制备和应用；
术
2. 初步具有根据分析的目的，结合各种
材料分析测试方法的特点和应用范围，
正确选择分析测试方法的能力；
4/23/2020 5:50 AM
1. 课程教学要求
观
分
亚微观，微米或亚微米尺度（相层次）
析
1. 组成分析（化学成分分析）
技
2. 形貌分析：物相种类、大小及排列方式
术
微观，0.1nm尺度（原子及原子组合层次）
1. 组成分析（化学成分分析）
2. 结构分析：原子排列方式与电子构型
4/23/2020 5:50 AM
2.阶段学习总结
材
材料测试方法的三个基本要素
术
• 材料科学工作者必须具有广泛而坚实的跨学
科基础知识
4/23/2020 5:50 AM
3.材料微观分析技术绪论
材
材料研究与微观分析技术
料 微
材料研究的四个基本要素
观
合成与加工
分
析
技 术
组成
微结构
性能
4/23/2020 5:50 AM
3.材料微观分析技术绪论
材
材料研究与微观分析技术
料
微
观
传统的“炒菜”
3.材料微观分析技术绪论
材
材料研究与微观分析技术
料 微
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
观
分 析
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
技 材料制备的实际效果必须通过材料微观分析 术 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
材
料
3. 看懂或会分析一般（典型、较简单）
微
的测试结果（图谱与图象等）；
观
4. 可以与分析测试专业人员共同商讨有
分
关材料分析研究的实验方案和分析较复
析
杂的测试结果；
技
5. 具备专业从事材料分析测试工作的初
术
步基础，具备通过继续学习掌握材料分
析新方法、新技术的自学能力。
4/23/2020 5:50 AM
观 分
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）
析
量、颜色、形状、运动情况等等；
技 术
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。
4/23/2020 5:50 AM
2.阶段学习总结
材
材料测试方法的概念与分类
技
术
获取有关材料的组成，结构
和性能等相关信息
4/23/2020 5:50 AM
2.阶段学习总结
材
材料测试方法的概念与分类
料
微
材料测试方法如何分类？
观
分 析
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
技
术
从技术上讲，材料测试方法可以分
成两类：主动式和被动式
4/23/2020 5:50 AM
4/23/2020 5:50 AM
材
今日授课内容介绍
料
微
1. 课程教学要求
观
2. 阶段学习总结
分 析 技
3. 材料微观分析技术绪论
4. 课程教学内容
术
5. 课程学习方法
6. 考核与成绩
7. 教学参考书目
4/23/2020 5:50 AM
1. 课程教学要求
材
《材料微观分析技术》是材料科学与