材料分析方法0绪论剖析共43页
材料分析方法绪论
2020/4/20
三、材料分析方法的理论依据和分类 • 材料分析方法？ • 是关于材料成分、结构、微观形貌与
缺陷等的现代分析、测试技术及其有 关理论基础的科学。
2020/4/20
4、光谱分析
• 光谱分析方法：是基 于电磁辐射与材料相 互作用产生的特征光 谱波长与强度进行材 料分析的方法。 如X射线荧光光谱、红 外光谱等。前者可用 于材料的成分分析， 后者可用于分子结构 的分析。
2020/4/20
六、本课程内容及要求
• 1、内容
2020/4/20
• 2、学习要求
显微镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)的发展过 程。
2020/4/20
• （2）物相分析
• 物相分析是指利用衍射的方法探测晶格类型和晶 胞常数，确定物质的相结构。
• 原理：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。
2020/4/20
• 2、化学分析
• 分析材料平均化学成分的常规方法：湿化学法和光谱 分析法等。
• 优缺点： • 采用化学分析方法测定钢的成分只能给出一块试样的平均
成分(所含每种元素的平均含量)，并可以达到很高的精度 ，但不能给出所含元素分布情况(如偏析，同一元素在不 同相中的含量不同等)。 • 光谱分析给出的结果也是样品的平均成分。
• 缺点： • ① 分辨率低(约200nm)和放大倍率低(约103倍)。
只能观察到100nm尺寸级别的组织结构，而对于更小 的组织形态与单元(如位错，原子排列等)则无能为力 。
材料分析方法
现代材料分析方法第一章绪论1、简述材料研究的意义和内容答：意义：材料的性能取决于材料的组成、结构和外部因素（使用条件），材料的结构又取决于材料的制备工艺和材料的使用条件，而材料的性能决定着材料的使用性能。
所以研究材料对于人们生产、使用、和发展材料具有重要的指导意义。
内容：A：材料的组成B：材料的结构C：材料的性能2 材料研究方法是如何分类的？怎样理解现代研究方法的重要性？答：层次：重要性：随着现代科学的不断进步，材料研究方法不断发展，有了先进的现代的材料的分析方法（分析技术和仪器），人们对物质结构及性能的认识从而不断深入，科研工作者对材料的特殊性能成因有了更细微的探究，对材料的物理化学变化和显微结构有了深入地了解，极大的促进了材料科学的发展。
因此可以说，材料科学的发展是离不开现代材料分析方法的。
3、材料结构的层次是如何划分的？答：材料结构从尺度上来讲，可分为微观结构、亚显微结构、显微结构和宏观结构等四个不同的层次。
每个层次上观察所用的结构组成单元均不相同。
按观察用具或设备的分辨率范围来划分：A：宏观与显微结构的划分以人眼的分辨率为界；B：显微结构和亚显微结构的划分以光学显微镜的分辨率为界；C：亚显微结构和微观结构的分界相当于普通扫描电子显微镜的分辨率。
即宏观结构：肉眼的分辨率。
物体尺寸>100μm显微结构：光学显微镜（OM）的分辨率。
物体尺寸0.2μm~100μm亚显微结构：普通电子显微镜的分辨率。
物体尺寸0.01μm~0.2μm微观结构：高分辨电子显微镜的分辨率。
物体尺寸<0.01μm4、材料分析的内容是什么？答：A：表面和内部组织形貌：a材料的外观形貌（如纳米线、断口、裂纹等）b晶粒大小与形态c各种相的尺寸与形态、含量与分布d界面（表面、相界、晶界）e位向关系（新相与母相、孪生相）f晶体缺陷（点缺陷、位错、层错）、夹杂物g内应力B:晶体的相结构：a晶体结构类型b晶体常数c相组成C:化学成分和价键（电子）结构：a宏观和微区化学成分（不同相的成分、基体与析出相的成分）b同种元素的不同价键类型c化学环境D:有机物的分子结构和官能团。
材料分析方法
2014-7-25
1. 绪论 1.1材料的组织结构与性能关系 组织结构决定性能是自然界永恒的规律， 材料的性能是由其内部的微观组织结构 所决定的，而材料的结构又同其成分及 形成条件密不可分。材料科学就是研究 材料的化学成分 — 组织结构 — 性能关系 的科学。
2014-7-25
1.2 材料的微观组织结构控制
2014-7-25
• 2.2.3 X射线荧光光谱 • 发展历史：1895年德国物理学家伦琴（Rontgen W） 发现X射线，1896年法国物理学家乔治（Georges Ｓ） 发现X射线荧光，20世纪40年代末，弗利德曼 （Freedman H）和伯克斯（Birks L）研制出波长色 散X射线荧光光谱仪。此后，X射线荧光光谱仪进入蓬 勃发展阶段。经过几代人努力，已经由单一的波长色 散X射线荧光光谱仪发展成拥有波长色散、能量色散、 全反射、同步辐射、质子X射线荧光光谱仪和X射线微 荧光分析仪等一个大家族。
2014-7-25
• 紫外—可见吸光光度法 • 原理：利用被测物质的分子对紫外—可见光具 有选择性吸收的特性进行物质鉴别。 • 特点：灵敏度高，适用于微量组分测定； • 准确度较高，相对误差2~5%； • 仪器设备简单、操作简便、快速、选择 性好。 • 应用广泛，可测定大多数无机物质及具 有共轭双键的有机化合物。
2014-7-25
• X射线管所产生的X射线光谱，称作原级X射线谱，一般由连续谱 和特征谱组成。连续谱与全色光相似，是具有连续的一系列波长 的X射线；特征X射线光谱同单色光相似，具有一定波长而不连续 的线状光谱，也称为单色X射线。 • 特征X射线的起源已经十分清楚，当一束高能粒子与相互作用， 如果其能量大于或等于原子某一轨道的结合能，则可将该轨道电 子逐出，产生一个空位，使原子处于激发态。然后，原子外层的 电子填入这一位置，同时发出一个特征X线光子。而对连续谱的 产生机制，目前还不十分清楚。但是其特点和规律性，以及谱的 强度分布数据已经得到国内外学者的论述和测定。 • 用X射线管辐照样品，是产生荧光X 射线的常用方法。荧光用X射 线管与衍射用X射线管是不同的。前者主要用连续谱，后者用特 征谱。
材料分析方法剖析课件
气相色谱-质谱联用法
气相色谱-质谱联用法是一种将气相色谱分离技术与质谱技术相结合的分析方法，通过分离和鉴定化 合物来分析物质成分。
总结词
利用电磁感应原理在材料中产生涡流来检测 材料表面和近表面缺陷的方法。
详细描述
涡流检测利用电磁感应原理在材料中产生涡 流，当材料存在表面或近表面缺陷时，涡流 的分布和强度会发生变化，通过测量这些变 化可以判断出缺陷的位置和形状。涡流检测 具有较高的灵敏度和分辨率，但需要注意涡 流对材料的热效应和灵敏度受材料导电率影
磁粉检测
总结词
利用磁粉在磁场中被吸附的特性来检测材料表面和近表 面缺陷的方法。
详细描述
磁粉检测利用磁粉在磁场中被吸附的特性，当材料存在 表面或近表面缺陷时，磁粉会在缺陷处聚集形成磁痕， 通过观察磁痕可以判断出缺陷的位置和形状。磁粉检测 主要用于铁磁性材料的检测，具有操作简便、成本低等 优点。
涡流检测
材料分析的重要性
材料分析是材料科学研究的重要组成部分，通过对材料的组 成、结构和性能进行分析，可以深入了解材料的性质和行为 ，为新材料的研发和应用提供有力支持。
材料分析在产品质量控制、失效分析、环境监测等领域也具 有广泛应用，对于保障产品质量、提高生产效率、保护环境 等方面具有重要意义。
材料分析的发展历程
扫描电子显微镜在材料表面形貌观察中的应用
总结词
扫描电子显微镜能够提供高分辨率的表面形貌图像， 帮助研究者观察材料的表面细节和微观结构。
详细描述
扫描电子显微镜利用电子束扫描样品表面，通过检测样 品发射的信号（如二次电子、背散射电子等）来形成图 像。通过该技术，可以观察材料的表面形貌、微观结构 以及元素分布等，有助于了解材料的性能和制备工艺。
材料分析方法绪论
材料分析方法绪论材料分析是研究和应用材料的一项重要科学技术，通过对材料的组成、结构、性能和性质的分析，可以揭示材料的内在规律，为材料的设计、制备和应用提供重要的科学依据。
材料分析的方法主要包括物理、化学和表征等多种手段。
物理方法主要包括显微镜、光谱、衍射和电子显微镜等；化学方法主要包括化学分析、物质反应和材料合成等；表征方法主要包括热分析、电化学、力学和环境检测等。
这些方法可以相互补充，全面分析材料的结构和性质。
物理方法是研究材料结构的重要手段。
显微镜可以直接观察和测试材料的形貌和表面特征，如光学显微镜可以观察材料的形状和组织结构，扫描电子显微镜可以观察材料的微观形貌和表面形态等。
光谱方法可以通过材料的光谱特征，探测材料的成分和结构信息，如紫外可见光谱可以分析材料的吸收和发射光谱特性，拉曼光谱可以分析材料的振动信息，核磁共振光谱可以分析材料的分子结构等。
衍射方法可以通过材料的衍射图案，确定材料的晶体结构和晶格参数，如X射线衍射可以分析材料的晶体结构和定量物相分析，中子衍射可以分析材料的磁性和结构性质等。
化学方法是研究材料成分和反应的重要手段。
化学分析可以定性和定量地分析材料的成分和含量，如元素分析可以确定材料的组成和化学计量比，气相色谱和液相色谱可以分析材料中的有机物和无机物，质谱可以分析材料中的化合物结构等。
物质反应是材料研究的基础，通过各种物质之间的反应，可以研究材料的变化和性质，如热反应可以分析材料的热力学和动力学行为，电化学反应可以分析材料的电化学性能等。
材料合成是制备和改性材料的重要手段，通过不同的合成方法，可以获得具有不同结构和性能的材料。
表征方法是研究材料性能和环境行为的重要手段。
热分析可以通过测量材料的物理和化学性质在不同温度下的变化，确定其热力学和热分解行为，如热重和差热分析可以测定材料的热重和热效应，热膨胀和热导率测定可以分析材料的热膨胀和导热性能等。
电化学方法可以通过测量材料在电极上的电荷传递行为，分析材料的电化学性能，如电化学阻抗谱可以分析材料的电导性和电化学界面行为，扫描电化学显微镜可以观察材料的电化学反应过程等。
材料分析方法绪论课件
拉曼光谱分析
原理
拉曼光谱分析是一种利用拉曼散射效应测量样品对入射光的散射强度和波长，从而得到样品分子结构 和组成信息的方法。
应用
拉曼光谱分析广泛应用于化学、材料科学、生物学等多个领域，可以确定样品中分子的官能团、化学 键等信息。
核磁共振波谱分析
原理
核磁共振波谱分析是一种利用核磁共振 现象测量样品中原子核的磁矩和相互作 用信息的方法。在磁场中，样品中的原 子核发生自旋并产生磁矩，通过测量原 子核的共振频率和裂分形状，可以获得 样品的分子结构和组成信息。
物理和化学领域的研究中 ，材料分析方法可用于研 究物质的性质、反应机理 和制备工艺等。
生物学和医学领域
在生物学和医学领域，材 料分析方法可用于研究生 物分子的结构和功能，以 及药物的制备和筛选等。
工业生产中的应用
制造业
材料分析方法在制造业中有着广 泛的应用，如钢铁、陶瓷、塑料 等材料的生产和加工过程中，需 要使用材料分析方法对材料进行
原子结构分析
原子能级测量
运用光谱学方法测量原子能级，了解原子光谱线和光谱项的归属 。
原子壳层结构分析
根据原子核外电子排布规律，分析原子壳层结构和电子云分布。
原子相互作用与效应
研究原子之间相互作用和效应，包括化学键、离子键、金属键等相 互作用的基础。
04
CATALOGUE
材料性能分析
力学性能分析
比热容
材料吸收或释放热量的能力， 反映了材料对温度变化的响应
。
热导率
材料传导热量的能力，反映了 材料在热量传递过程中的效率 。
热膨胀系数
材料在温度变化下体积变化的 能力，反映了材料对温度变化 的敏感性。
热稳定性
材料在高温下的稳定性，反映 了材料在高温环境下的耐受能
材料分析方法周玉出社配套PPT课件机械工业出社
(1-4)
= I连 / iU = K1ZU
可见， X 射线管的管电压越高、阳极靶原子序数越大，X 射 线管的效率越高。因 K1 约(1.1~1.4)10-9，即使采用钨阳极
(Z = 74)、管电压100kV， 1%，效率很低。电子击靶时
大部分能量消耗使靶发热
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第十二页，共四十一页。
第二节 X射线的产生及X射线谱
本教材主要内容
绪论 第一篇 材料X射线衍射分析
第一章 X射线物理学基础
第二章 X射线衍射方向
第三章 X射线衍射强度 第四章 多晶体分析方法 第五章 物相分析及点阵参数精确测定 第六章 宏观残余应力的测定
第七章 多晶体织构的测定
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本教材主要内容
第二篇 材料电子显微分析
第八章 电子光学基础 第九章 透射电子显微镜 第十章 电子衍射 第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析
第十二章 高分辨透射电子显微术
第十三章 扫描电子显微镜
第十四章 电子背散射衍射分析技术
第十五章 电子探针显微分析 第十六章 其他显微分析方法
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第二页，共四十一页。
绪论
本课程的特点：以分析仪器和实验技术为基础
本课程的内容主要包括：X射线衍射仪、电子显微镜等分析仪 器的结构与工作原理、及与此相关的材料微观组织结构和微 区成分的分析方法原理及其应用
一、衰减规律和吸收系数
复杂物质的质量吸收系数
对于多元素组成的复杂物质，如固溶体、化合物和混合
物等，其质量吸收系数仅取决于各组元的质量系数mi及各组 元的质量分数wi ，即
n
m miwi i1
连续谱的质量吸收系数
(1-15)
连续X射线穿过物质时，其质量吸收系数相当于一个有
材料分析方法
由电子枪，电磁透镜，扫描线圈和样品室等部件组成。其 作用是用来获得扫描电子束，作为信号的激发源。为了获 得较高的信号强度和图像分辨率，扫描电子束应具有较高 的亮度和尽可能小的束斑材直料分径析方法
照明部分
（1）阴极：又称灯丝，一般是由0.03~0.1毫米的钨丝作成V或Y 形状。 （2）阳极：加速从阴极发射出的电子。为了安全，一般都是阳 极接地，阴极带有负高压。 （3）控制极：会聚电子束；控制电子束电流大小，调节象的亮 度。
形貌特征。详细的介绍见本书第二篇第九章电子 衍射和显微技术部分。
材料分析方法
各种信号的深度和区域大小
可以产生信号的区域称为有效作 用区，有效作用区的最深处为电子有 效作用深度。
但在有效作用区内的信号并不一定 都能逸出材料表面、成为有效的可供 采集的信号。这是因为各种信号的能 量不同，样品对不同信号的吸收和散 射也不同。
3.4射电子 俄歇电子
材料分析方法
弹性散射和非弹性散射
当一束聚焦电子束沿一定方向入射到试样内时，由于受到固 体物质中晶格位场和原子库仑场的作用，其入射方向会发 生改变，这种现象称为散射。
（1）弹性散射。如果在散射过程中入射电子只改变方向， 但其总动能基本上无变化，则这种散射称为弹性散射。弹 性散射的电子符合布拉格定律，携带有晶体结构、对称性、 取向和样品厚度等信息，在电子显微镜中用于分析材料的 结构。
随着信号的有效作用深度增加， 作用区的范围增加，信号产生的空间 范围也增加，这对于信号的空间分辨 率是不利的。
材料分析方法
3.5 扫描电镜衬度像
二次电子像 背散射电子像 x射线元素分布图。
材料分析方法
3.5.1 二次电子像
二次电子产额δ与二次电子束与试样表面法向夹角有关，δ∝1/cos。 因为随着角增大，入射电子束作用体积更靠近表面层，作用体积内产生的大 量自由电子离开表层的机会增多；其次随角的增加，总轨迹增长，引起价电 子电离的机会增多。
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60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
Байду номын сангаас
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
材料分析方法0绪论剖析
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。