3材料结构的表征讲解
材料测试与表征总结
最常见表面分析技术为三种：XPS、AES和SIMS。
（1）AES —空间分辨率最高。
适合做导体和半导体材料表面的微区成分、化学态和元素分布分析；（2）XPS —破坏性最小，化学信息丰富，定量分析较好。
适合做导体和非导体，有机和无机体材料的表面成分和化学态分析。
（3）SIMS—灵敏度最高。
可以做导体和非导体，有机和无机体材料中H、He以及元素同位素分析。
此三种技术相互补充，相互配合，可获得最有用的搭配。
AES俄歇电子能谱：1、俄歇电子能谱(AES)当采用聚焦电子束激发源时，亦称为：扫描俄歇微探针( SAM）AES分析是以e束(或X-射线束)为激发源, 激发出样品表面的Auger电子, 分析Auger电子的能量和强度，可获元素种类、含量与分布、以及化学态等信息。
2、AES的主要特点与局限性：主要特点：（1）由于e束聚焦后其束斑小，AES的分辨率高，适于做微区分析：可进行点分析，线和面扫描。
（2）仅对样品表面2nm以浅的化学信息灵敏。
（3）俄歇电子的能量为物质特有，与入射粒子能量无关。
（4）可分析除H和He以外的各种元素，轻元素的灵敏度较高.（5）AES可分析元素的价态。
由于很难找到化学位移的标准数据，因此谱图的解释比较困难。
（6）可借助离子刻蚀进行深度分析，实现界面和多层材料的剖析，深度分辨率较XPS更好。
局限：(1)e束带电荷，对绝缘材料分析存在荷电影响。
(2)e束能量较高，对绝热材料易致损伤。
(3)定量分析的准确度不高3、从Auger电子能谱图可以看出：（1）峰位(能量)，由元素特定原子结构确定;（2）峰数，由元素特定原子结构确定(可由量子力学估计);（3）各峰相对强度大小，也是该元素特征;以上3点是AES定性分析的依据,这些数据均有手册可查.4、AES具有五个有用的特征量：①特征能量；②强度；③峰位移；④谱线宽；⑤线型。
由AES的这五方面特征，可获如下表面特征：化学组成、覆盖度、键中的电荷转移、电子态密度和表面键中的电子能级等。
第3讲-材料的性能-2011
验力保持10~15S测定的维氏硬度值为580。
维 氏 硬 度 特 点
优点： 缺点： 应用：
适用范围广，从极软到极硬材料都可测量;测量
精度高，可比性强；能测较薄工件。
测量操作较麻烦，测量效率低。
广泛用于科研单位和高校，用于薄件表面硬度检 验。不适于大批生产和测量组织不均匀材料。
疲 劳（ Fatigue ）
材料的工艺性能是材料力学、物理、化学性能的综合表现。 主要反映材料生产或零部件加工过程的可能性或难易程度。
1）材料可生产性：得到材料可能性和制备方法。
2）铸造性：将材料加热得到熔体，注入较复杂的型腔后冷却
凝固，获得零件的方法。例如：
流动性：充满型腔能力
收缩率：缩孔数量的多少和分布特征
偏析倾向：材料成分的均匀性
洛 氏 硬 度 应 用
生产中应用最广泛的硬度试验方法。
可用于成品检验和薄件表面硬度检验。 不适于测量组织不均匀材料。
维氏硬度试验原理
• 与布氏硬度试验原理基本相同。 • 只是压头改用了金刚石四棱锥体。
• 维 氏 硬 度 压 头—锥面夹角为136º 的
金刚石正四棱锥体
维 氏 硬 度 试 验 原 理
义力与所产生的流之间的比例常数来表征，如热导率、扩散系数等。
新材料的发展还提出了一些难以用单项性能进行评价的材料特征。如金 属材料的可焊性，材料的可加工性，高温熔盐气氛下的腐蚀性能等。
2、显微结构表征
显微结构表征包括观察组织的形貌、确定其原子排列方式和分析化 学祖分。
分析方法可按照观察形貌的显微镜、测定结构的衍射仪及分析成分 的各种谱仪进行分类。 1）形貌观察 2）结构测定 3）化学组分分析
高中化学物质结构讲解教案
高中化学物质结构讲解教案主题：物质结构目标：通过本节课的学习，学生能够掌握物质结构的概念，了解常见物质的结构类型，并能够进行简单的结构分析。
一、引入：（5分钟）讲师通过展示一些常见物质的结构模型或图片，引导学生思考物质是如何组成的，让其明白结构对物质性质的影响。
二、概念讲解：（15分钟）1.物质结构的概念：物质结构是指物质内部原子或分子的排列方式，决定了物质的性质。
常见的物质结构类型包括晶体结构、分子结构、离子结构等。
2.晶体结构：晶体是由原子或分子周期性排列而成的固体。
晶体结构可以分为简单晶体结构和复杂晶体结构，如面心立方结构、体心立方结构等。
3.分子结构：分子是由原子通过共价键连接而成的物质。
分子结构的示范以水分子为例进行讲解，让学生了解分子的构成和排列方式。
4.离子结构：离子是由带正电荷或负电荷的原子或分子组成的物质。
通过氯化钠晶体的结构示范让学生认识离子结构的特点。
三、案例分析：（15分钟）让学生观察一些实际物质的结构模型或图片，并根据所学知识进行结构分析，了解不同结构类型对物质性质的影响。
四、练习及讨论：（15分钟）1.让学生参与简单的结构分析练习，如识别晶体、分子和离子结构在实际物质中的应用。
2.组织学生分组讨论不同结构类型的物质在化学反应中的表现和性质，引导他们进行深入思考和讨论。
五、总结与拓展：（5分钟）通过总结本节课的知识点，强调物质结构对物质性质的重要性，激发学生对物质结构研究的兴趣。
鼓励学生主动拓展相关知识，加深对物质结构的理解。
六、作业布置：（5分钟）布置作业内容，如复习本节课所学知识点或找寻更多关于物质结构的资料，以便下节课进一步深入学习。
七、课堂反馈：（5分钟）收集学生对本节课的反馈意见和建议，及时调整教学方法和内容，为下次课的教学提供参考。
功能无机材料课件材料的表征
材料微观分析技术绪论
材料研究与微观分析技术
*
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
3
1
2
4
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
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
材料制备的实际效果必须通过材料微观分析的检验
*
回顾材料研究的四大要素？
*
第三章 材料的表征
BRAND PLANING
讲授：赵宏滨
*
形貌分析
表面分析 ☆
复习内容
结构分析
材料的结构表征
热分析的分类与应用
01
品牌介绍
02
产品展示
制备
表征
设计
材料研究
因此可以说，材料科学的进展极大的依赖于对材料结构分析表征的水平。
热分析
材料制备的实际效果必须通过材料结构分析的检验
材料设计的重要依据
材料设计
传统的“炒菜”法
新材料 开发方法
发展方向
电子结构，原子结构和化学键决定了材料的固有性质
*
材料结构表征的基本方法
*
材料结构的表征目的:成分分析, 结构测定和形貌观察
元素组成 化合物组成 材料亚微观结构分析（形貌分析）
材料组成分析（化学成分分析）
材料微观结构分析 1nm尺度，原子及原子组合层次结构
*
岩石磨损工具
显微成像仪
穆斯堡尔分光光度计
阿尔法粒子Ｘ射线分光计
*
材料微观分析技术的应用
*
材料微观分析技术的应用
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材料微观分析技术的应用
*
*
材料微观分析技术的应用
材料分析方法-第三章
FHKL f 2 (1 1 1 1) 2 16 f 2
无系统消光 如(111)、(200)、(220)、(311)等。
结构因数仅与原子种类、数目及 在单胞中的位臵有关，而不受单胞形 状和大小的影响 三种点阵晶体衍射线分布见图5-20 ， 图中N = H2 + K2 + L2，产生衍射的干 涉面指数平方和之比分别为， 简单点阵
第四节 影响衍射强度的其他因数
第五节 多晶体衍射的积分强度公式
第二节 单位晶胞对X射线的散射与结构因数
简单点阵只有一种原子组成，每个单胞中只有一个原子， 其位于单胞的顶角上，所以简单点阵单胞的散射强度相当 于一个原子的散射强度 复杂点阵单胞中含有n个相同或不同种类的原子，它们除占 据单胞的顶角外，还可能位于体心、面心或底心位臵，所 以复杂点阵单胞的散射波振幅为单胞中所有原子散射波的 合成振幅
即ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
FHKL = f j e
j 1
n
i
FHKL是以一个电子散射波振幅为单位所表征的 晶胞散射波振幅，称为结构振幅。
将复数展开成三角函数形式 则
n j 1
ei cos i sin
FHKL = f j [cos 2 ( HX j KY j LZ j ) i sin 2 ( HX j KY j LZ j )]
FHKL f1e
2 i ( H 0 K 0 L0)
f 2e
2 i (
H K L ) 2 2 2
f1 f 2e
i( H K L)
①当H+K+L为偶数时， | FHKL |2 ( f1 f2 )2
②当H+K+L为奇数时， | FHKL |2 ( f1 f2 )2 可见，两种原子的 f 不同，当 H+K+L 为奇数时 ，晶面衍射线的强度减弱，但没有完全消失。
三嵌段聚合物相分离微观形貌-概述说明以及解释
三嵌段聚合物相分离微观形貌-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在聚合物科学领域，三嵌段聚合物是一类具有特殊结构和独特性质的高分子材料。
它们由三个不同的聚合物块段组成，每个块段在化学结构和物理性质上都存在明显的差异。
这种特殊的分子结构使得三嵌段聚合物在相分离现象中展现出引人注目的微观形貌。
相分离是指聚合物在溶液中或熔融态下，由于均匀的体积分数分布不稳定性，而出现聚集体的现象。
对于三嵌段聚合物来说，它们由于不同块段的特性差异，使得各块段在给定条件下具有不同的亲疏水性和相容性，从而引发了相分离现象。
这种相分离可导致聚合物形成各种不同的微观形貌，包括球状胶束、片状微相分离、管状胶束等。
研究三嵌段聚合物相分离微观形貌的目的在于深入了解聚合物材料的结构与性能之间的关系，为合成和设计具有特定功能的高分子材料提供理论指导和基础知识。
同时，对于研究相分离行为的规律和机制，也有助于解决一些在材料科学、生物医学等领域中的复杂问题，如药物传输、纳米材料制备和分离、纳米反应器等。
本文将首先介绍三嵌段聚合物的基本概念和结构特点，然后重点探讨相分离微观形貌的研究进展，包括影响相分离行为的因素、相分离形貌的分类和表征方法等。
最后，通过总结已有的研究成果，展望未来该领域的发展方向，以期为进一步深化对三嵌段聚合物相分离微观形貌的理解和应用提供参考和启示。
1.2文章结构文章结构部分的内容应该包括对整个文章的组织和布局的介绍。
可以详细说明每个章节的主题和内容，并提及各章节之间的逻辑关系和衔接方式。
具体编写如下：文章结构：本文主要聚焦于三嵌段聚合物相分离的微观形貌，以探讨该类材料的特性和应用前景。
本文总共分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，首先进行了对整篇文章的概述，简要介绍了三嵌段聚合物相分离微观形貌的研究背景和意义。
随后，文章结构部分详细说明了本文的组织和布局，以及每个章节的主题和内容。
在正文部分，首先介绍了三嵌段聚合物的基本概念、结构和特性。
无机材料分析与表征-透射电镜_2of3
单立方并没有质的不同，唯一的差别在于衍射点的强度会有变化。
但是立方晶系中的体心和面心立方结构会让一些格点上的衍射强度变为零，形成所谓的消光。
由于对称性提高使得体心和面心结构的单胞比其原胞分别大了两倍和四倍。
相对缩小的原胞反映在倒易空间则是相对于简单立方结构扩大了两倍和四倍的点阵，这与简单立方格点相比就体现为消光。
体心立方结构的四种常见的低指数晶带轴的衍射图及其消光规律如图 6.16所示。
[100]、[010]、[111]等常见衍射都被消光。
由于单胞扩大了一倍，只有[hkl]三个指数之和为偶数时衍射点才不消光。
低指数的衍射点有[110]、[200]、[220]和[112]各类并以此类推。
面心立方结构的四种常见的低指数晶带轴的衍射图及其消光规律如图 6.17所示。
这里由于单胞扩大成了四倍，只有[hkl]三个指数均为基数或偶数时衍射点才不消光。
因此最低指数的衍射点是[111]和[200]类。
其它低指数的衍射点是[113]、[133]、[220]、[222]、和[224]等并以此类推。
图6.18 六角密排结构的低指数衍射图及其消光格点示意图。
六角和三角晶系并无本质差别，一般后者是前者的结构中形成有规律的缺陷所造成。
六角密排是各向异性比较强的无机材料常有的结构，如α氧化铝、β氮化硅和α碳化硅等。
但由于必须以六角密排面作为单胞和指数标识的出发点，其晶面和衍射指数有四位，前三个指数标识密排面并且只有两个独立指数。
一般的用法是三者相加之和为零。
图6.18给出了较为常见的六个低指数晶带轴的衍射图关系。
其消光衍射点没有明显规律。
6.3.5 多晶衍射环和晶格参数确定电镜中也可以象粉末X射线衍射一样用多晶方法来确定晶体结构。
当然该方法实行的前提条件是被选区域内有足够多的晶粒来参与衍射，这样可以形成一组同心的衍射环，如图 6.13C所示。
与X射线衍射类似，同心环的半径对应于晶面间距并且成反比关系,即r hkl •d hkl =L •λ。
3_XRD_分析方法
3_XRD_分析方法X-射线衍射（XRD）是一种常用的材料表征技术，广泛应用于材料科学、地球科学、矿物学等领域。
本文将介绍XRD分析的基本原理、仪器配置以及常见的应用。
一、基本原理XRD利用物质对X射线的衍射现象来研究材料结构。
当入射的X射线通过样品时，被样品中的原子、离子所散射、干涉和衍射，形成了一系列的衍射图样。
这些衍射图样可以提供样品的晶体结构、晶格常数、晶粒尺寸、材料的有序性和杂质等信息。
二、仪器配置XRD的仪器主要由以下几个组成部分：1.X射线源：产生高能X射线，常见的X射线源包括钨靶管、铜靶管等。
2.样品支撑平台：用于固定和旋转待测样品，一般由旋转台和样品固定台组成。
3.探测器：接收并记录通过样品衍射的X射线，常见的探测器有点检测器（例如闪烁计数器）和线检测器（例如电离室）。
4.数据分析系统：用于对探测到的信号进行处理和分析，包括信号放大、滤波、峰识别等。
三、常见应用1.相分析：根据样品的衍射图样，可以确定样品中存在的晶体结构和相数。
2.晶胞参数测定：通过对衍射图样的分析，可以计算出晶体的晶格常数，包括晶胞体积、晶胞形状等。
3.晶体定向分析：通过测量不同方位的衍射图样，可以确定晶体的晶面指数和晶体的晶向。
4.晶体结构分析：根据衍射的强度和位置，可以得到晶体中原子的位置和排列方式，进而确定晶体的结构。
5.晶体缺陷分析：通过分析衍射图样中的衍射线的形状和宽度，可以推断晶体中的缺陷类型和密度。
6.晶体有序性分析：通过衍射强度分布的变化，可以了解晶体中有序性的变化情况。
7.晶体杂质分析：通过分析衍射图样中的额外的衍射线，可以推断出材料中的杂质的化学组成和晶体结构。
总结：XRD是一种非常重要的材料分析方法，在材料科学、地球科学、矿物学等领域有着广泛的应用。
它通过测量材料的衍射图样来研究样品的晶体结构、结晶度、晶粒尺寸、晶胞参数以及材料中的杂质。
这些信息对于了解材料的物理性质、制备过程和应用具有重要意义。
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材料化学
材料结构的表征
*晶态材料，应用射线结晶学等方法取得其晶体结 构方面的信息； *固体材料进行组成鉴定和结构测定（晶态还是非 晶态）之后，还必须接着进行下列工作： a.晶态材料——确定是单晶还是多晶 多晶——确定晶粒的数目、大小、形状和分 布的情况。 b.晶体结构的类型、点阵常数等。
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材料化学
材料结构的表征
2.2 差热分析和差示扫描量热分析 差热分析(DTA，differentialthermal analysis) 在温度程序控制下测量试样与参比物之间的 温度差随温度或时间的变化的一种热分析技术。
参比物：整个实验温度范围内没有任何热效应，其导热系 数、比热等物理参数尽可能与试样相同，亦称 惰性物质或标准物质或中性物质。
2
材料化学
材料结构的表征
材料结构表征的内容 *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。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。
等温质量变 化的测定 热重法(TG) 动态 方法 微分热重法 (DTG)
记录物质的平衡质量在 挥发性产物的恒定分压 下随温度(T)的变化 记录物质在恒温下质 量对时间的依赖关系 记录物质在受控速率下加热 或冷却的环境中质量随时间 或温度变化的一种方法 是获得热重曲线对时 间或温度的一阶导数 的一种方法变化
如果试样加热过程这中无热效应产电势的正负,推知是吸热或放 热效应.在与参比物质对应的热电偶的冷端连接上温度指示装
置,检测出物质发生物理化学变化时所对应的温度．
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材料化学
材料结构的表征
不同的物质，产生热效 应的温度范围不同，差热曲 线的形状亦不相同。 把试样的差热曲线与相同实验条件下的已知物 质的差热曲线作比较，就可以定性地确定试样的矿 物组成。差热曲线的峰(谷)面积的大小与热效应的 大小相对应，根据热效应的大小，可对试样作定量 估计。
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材料化学
材料结构的表征
材料结构表征的基本步骤和方法 对于材料（也可能是原料或半成品）的表征: (1)利用化学分析法、光谱分析法和X 射线粉末衍 射及性能测试来进行分析鉴定，即对未知固体 物质作出鉴定。 (2)测定它的结构，如果其结构尚属未知： *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；
材料结构的表征
c.晶体缺陷的性质、数目和分布以及晶格畸变 的情况; d.固体中结合键的类型和键力大小; e.杂质的含量及分布情况; f.表面结构，包括任何组成上的非均匀性或吸 附的表面层。
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材料化学
材料结构的表征
2. 热分析技术 热分析:是指与温度有关的测量 即测量材料的各类性质随温度的变化。 热分析技术：测试材料的物理和化学性能随温度 变化的技术 力学性能， 物理性能(热、光、电、磁) 特点：综合性的技术，测试材料的宏观性能 热分析的方法广泛地应用于金属、矿物、陶 瓷、有机高聚物、无机、生化、药学等材料的性 能分析。
材料化学
材料结构的表征
1. 材料结构的表征 2. 热分析技术
3. 显微技术
4. X射线衍射技术
5. 波谱技术
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材料化学
材料结构的表征
1. 材料结构的表征 材料结构的表征：确定材料的化学组成和微观 结构 材料结构的表征技术：确定材料的化学组成和 微观结构的方法 目的：为材料的改性或新材料的制备提供依据 层次（1）材料宏观性能的测试:判断材料的结构 （2）材料微观结构的确定 （3）材料化学组成的确定
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静态 方法 热重 分析
材料化学
材料结构的表征
热重法：连续地测量并记录试样失重的动态方法。 测量方式: （a）对温度的动态方式——失重体现为是恒定升 温速率下温度的函数 （b）对温度的静态方式——失重体现为是恒定升 温速率下时间的函数 结果：热重谱图或热重曲线
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材料化学
材料结构的表征
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材料化学
差示扫描量热分析（DSC ） 在温度程序控制下，测量试样与参比物之间 的能量差随温度变化的一种热分析技术。
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材料化学
材料结构的表征
差热分析
*试样与参比物质置于差热电偶的热端所对应的两个样品座内, 在同一温度场中加热. *当试样加热过程中产生吸热或放热效应时,温度就低于或高于 参比物质的温度,差热电偶的冷端输出相应的差热电势.
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材料化学
材料结构的表征
*材料显微结构的研究 材料的显微结构受到材料化学组成、晶体结 构和工艺过程等因素的影响，它与材料性能有着 密切的关系。从某种意义上说，材料的显微结构 特征对材料性能起着决定性的作用。 材料显微结构的研究总的来说应包括以下主 要内容：
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材料化学
材料结构的表征
（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。 （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。
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材料化学
材料结构的表征
2.1 热重分析（TG） 热重分析：样品处于程序控制温度下，其质量随 温度与时间的变化过程的测量。 作用：它是一种进行材料研究、工艺优化、质量 控制与失效分析的理想工具。 类型： 测量作为温度或时间函数物质质量变化的
一系列方法。
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材料化学
材料结构的表征
等压质量变 化的测定
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材料化学
材料结构的表征
方法:热重分析（Thermogravimetry ,TG） 差热分析（Differential Thermal Analysis, DTA） 差示扫描量热分析（Differential Scanning Calorimetry, DSC） 逸出气体分析（Evolved Gas Analysis, EGA） 动态力学分析（DMA） 热机械分析（Thermomechanical Analysis,TMA） 热电学分析（Thermoelectrometry） 热光学分析（Thermophotometry）