5无机材料显微讲义结构简介
无机化合物结构表面—显微分析技术
电子光学：利用高速运动电子在电场或磁场作用下产生偏 转、聚焦而成像的规律，达到显微学研究目的。
电子显微分析技术
最小分辨距离计算公式：
d 0.61 1
（1）
n sin 2
式中，d 指物镜能够分开两个点之间的最短距离，称为物镜分辨本领或分辨能力；
为入射光的波长；n 为透镜周围介质的折射率； 为物镜的半孔径角。
透镜的成像作用可分为两个过程：
第一个过程是平行电子束遭到物的散射作用而分裂成为各级衍射谱，即由物 变换到衍射的过程；
第二个过程是各级衍射谱经过干涉重新在像平面上会聚成诸像点，即由衍射 重新变换到物（像是放大了的物）的过程。
物 物镜 衍射谱
一次像 中间镜
×100 ×20
选区光阑
二次像 投影镜
×100
试样
吸收电子
能量分散X射线能谱（EDS）
波长分散X射线能谱（WDS） 样品电流
电子能量损耗谱（EELS）
弹性散射电子
非弹性散射电子
透射电子
图1 电子束与固体样品作用时产生的信号
电子显微分析可进行的工作有：
高分辨率的微观形貌观察 晶体结构分析 微区化学成分分析 材料表面及内部结构观察
材料形貌观察+材料结构分析+材料微区成分分析 弥补了其他微结构分析方法的缺陷。
电子显微分析技术：将对材料观察的尺寸推进到亚微米和 微米以下的层次，成为材料结构研究的不可缺少的方法、 手段之一。
扫描探针显微技术：能够实现原纳米材料的发展。
电子显微分析技术
电子波动性的发现 光学显微镜的实践基础
电子显微学
电子束在磁场中运动具有会聚性。
除萃取复型外，表面复型方法只能研究物体表面的形貌特征，而无法 提供试样内部组成相、晶体结构及微区化学成分等本质信息。
无机材料科学基础
无机材料科学基础无机材料科学是研究无机材料的结构、性能、制备和应用的学科领域，无机材料是指在化学成分中不含碳元素或者含碳元素量极少的材料。
无机材料科学基础是无机材料科学研究的基础，它包括了无机材料的基本概念、结构特点、物理性质和化学性质等内容。
本文将从无机材料的基本概念、结构特点、物理性质和化学性质等方面展开介绍。
首先，无机材料是指在化学成分中不含碳元素或者含碳元素量极少的材料，包括金属、合金、陶瓷、玻璃等。
无机材料的基本概念主要包括了无机材料的定义、分类、特点和应用等内容。
无机材料具有高熔点、硬度大、导电性能好等特点，广泛应用于电子、建筑、化工、冶金等领域。
无机材料的分类主要包括了金属材料、陶瓷材料、玻璃材料等，每种材料都有其独特的性质和应用。
其次，无机材料的结构特点是指无机材料的晶体结构、晶体缺陷、晶体生长等方面的特点。
无机材料的晶体结构是指无机材料的原子排列方式，包括了立方晶系、四方晶系、六方晶系等不同的晶体结构类型。
晶体缺陷是指晶体内部的缺陷或者杂质，它会影响晶体的性能和应用。
晶体生长是指晶体在凝固过程中的生长规律，它决定了晶体的形貌和尺寸。
再次，无机材料的物理性质是指无机材料在外界作用下所表现出的物理性质，包括了热学性质、光学性质、电学性质等。
无机材料的热学性质是指无机材料在加热或者冷却过程中所表现出的性质，包括了热膨胀系数、热导率等。
光学性质是指无机材料对光的吸收、反射、透射等性质，包括了折射率、透明度等。
电学性质是指无机材料在外加电场下所表现出的性质，包括了导电性、介电常数等。
最后，无机材料的化学性质是指无机材料在化学反应中所表现出的性质，包括了化学稳定性、化学反应性等。
无机材料的化学稳定性是指无机材料在化学环境中所表现出的稳定性，包括了耐酸碱性、耐腐蚀性等。
化学反应性是指无机材料与其他物质发生化学反应的性质，包括了氧化性、还原性等。
综上所述，无机材料科学基础是无机材料科学研究的基础，它包括了无机材料的基本概念、结构特点、物理性质和化学性质等内容。
无机纳米材料的结构和性质及其应用
无机纳米材料的结构和性质及其应用无机纳米材料是指粒径在1~100纳米之间的无机物质，具有与宏观材料不同的结构和性质。
它们的小尺寸和高特异表面积使它们具有良好的化学、物理、光学、热学、电学和磁学性质。
这些性质使得无机纳米材料在催化、电池、传感、生物医学、纳米电子学、纳米机械学等领域有着广泛的应用。
本文将介绍无机纳米材料的结构和性质，以及它们的应用前景。
一、无机纳米材料的结构无机纳米材料的结构可以分为两大类：一是晶格结构，即晶体结构的缩小版；二是非晶态结构，即没有规则有序排列的结构。
其中，晶体结构的纳米材料包括单晶纳米粒子和多晶纳米颗粒，它们是由原子或分子按照一定的空间排列方式组织起来的。
而非晶态结构的纳米材料具有类似于液体或气体状态的无序排列，如玻璃、纤维等。
晶格结构的无机纳米材料主要有四种类型：1）球形纳米粒子，2）棒状纳米颗粒，3）二维或三维纳米结构，常见的有纳米线、纳米管和多孔纳米结构，4）纳米晶体。
这些结构通过物理或化学方法可以制备出来，例如化学合成法、物理气相沉积法、熔融法、溶胶凝胶法等等。
非晶态结构的无机纳米材料主要有以下几种形态：1）无定形纳米材料（如非晶态SiO2）；2）非晶态金属玻璃；3）纳米多晶体结构（如纳米金和镍等）；4）非晶态或化学弱有序状态的铁磁材料。
这些结构通常采用熔融法、溶胶凝胶法和物理气相沉积法等制备。
二、无机纳米材料的性质无机纳米材料由于其小尺寸和高表面积/体积比，具有许多特殊的性质，其性质与普通材料有很大差异，主要有以下几点：1）量子效应。
纳米材料的电子与原子核之间的距离与纳米尺寸和粒径有关。
粒径小到一定程度，纳米材料的这些特性与量子力学联系紧密，表现出典型的量子效应，如发光效应、电子隧穿效应等。
2）表面效应。
由于其高表面积/体积比，纳米材料表面原子向外露出，而且表面结构与内部结构不同，导致表面具有很高的能量和活性。
这些表面效应使得纳米材料具有较强的催化、吸附和反应活性。
无机材料化学03-无机材料的晶体结构
第三章 无机材料的晶体结构1. 研究材料结构的意义 2. 晶体结构的基本知识 3. 晶体结构的表示 4. 晶体结构的确定 5. 无机材料的结构 6. 影响材料结构的因素2 研究材料结构的意义¾ 研究材料的结构是了解材料性质的基础 ¾ 建立结构与性能之间的关系为新材料的 设计奠定基础NaCl结构Na-Al2O3结构La2CuO4结构3 晶体结构的基本知识¾ 晶胞晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位。
晶胞并 置起来，则得到晶体。
NaCl的晶胞CsCl的晶胞4晶胞的代表性体现在以下两个方面： 一是代表晶体的化学组成；二是代表晶 体的对称性，即与晶体具有相同的对称 元素（对称轴，对称面和对称中心）。
晶胞是具有上述代表性的体积最 小、直角最多的平行六面体。
ZnS的晶胞 取晶胞的条件：可以表现出晶体结构全部对称性的最小单位。
5晶胞参数：晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示，此 即晶格特征参数，简称晶胞参数。
它们是3条棱边的长度 a、b、c和3条棱边的夹角α、β、γ。
根据晶胞参数取值不同， 可将晶体分为立方、四方、 正交、三方、六方、单斜 和三斜七种晶系。
6¾ 7 个晶系晶系 高级 中级 立方 六方 四方 三方 正交 低级 单斜 三斜 对称元素 四个沿体对角线的三重轴 六重对称轴 四重对称轴 三重对称轴 垂直的两个镜面或三个二重轴 两重对称轴或对称面 无 晶胞类型 a=b=c, α=β=γ=90° a=b≠c, α=β=90°, γ=120° a=b≠c, α=β=γ=90° a=b≠c, α=β=90°, γ=120° a=b=c,α=β=γ≠90° a≠b≠c,α=β=γ=90° a≠b≠c,α=β=90°≠γ a≠b≠c,α≠β≠γ≠90°7 个晶系的对称元素和晶胞类型7边长: a=b=c 夹角: α=β=γ=900 实例: Cu, NaCl立方四个沿体对角线的三重轴8边长: a=b≠c 夹角: α=β=900, γ=1200 实例: Mg, AgI六方六重对称轴9边长: a=b≠c 夹角: α=β=γ=900 实例: Sn, SnO2四方四重对称轴10边长: a=b=c 夹角: α=β=γ≠ 90°或者 边长: a=b≠c 夹角: α=β=90 °, γ=120 ° 实例: Al2O3, Bi三方三重对称轴11三方格子有两种取法aH aR cHa c aR = + 3 9 α aH sin = 2 aR2 H2 H12边长: a≠b≠c 夹角: α=β=γ=900 实例: I2, HgCl2正交垂直的两个镜面或三个二重轴13边长: a≠b≠c 夹角: α=γ=900, β≠900 实例: S, KClO3单斜两重对称轴或对称面14边长: a≠b≠c 夹角: α≠β≠γ≠900 实例: CuSO4.5H2O三斜无对称元素15¾ 14种Braviais（布拉维）格子立 方 晶 系 四 方 晶 系 正 交 晶 系 六 方 晶 系 三 方 晶 系 三 斜 晶 系简单立方-P体心立方-I 单 斜 晶 系面心立方-F六方-P简单四方-P体心四方-I简单单斜-P 底心单斜-C三方-R简单正交-P 底心正交-C体心正交-I面心正交-F三斜-P16P-不带心，R-斜方，I-体心，H-六方，C-底心，F-面心立方P立方I立方F四方P四方I单斜P单斜C17P-不带心，R-斜方，I-体心，H-六方，C-底心，F-面心三斜P三方R六方P正交P正交C正交I正交F1819¾ 32个晶体学点群 (宏观点群)晶系 立方 Cubic 六方 Hexagonal 四方 TetragonalOh / Th / m3 D6 / 622 D4 / 422m3m熊夫利符号 / 国际符号 Td / 43m T / 23 C6h / 6/m C4h / 4/m O / 432D6h / 6/mmm D3h / 62 m C6v / 6mm C6 / 6 C3h / 6 S4 / 420D4h / 4/mmm D2d / 42m C4v / 4mm C4 / 4C i /C 1/ 1三斜TriclinicC 2h /2/m C s /m C 2/ 2D 2h /mmmC 2V / mm 2D 2 /222D 3d /2/mC 3V / mD /32C 3i /C 3/3熊夫利符号/国际符号单斜Monoclinic 正交Orthorhombic 三方Trigonal晶系13国际符号中三个位置所代表的方向a+b 2a+b a+b ----c ----a+b+c a a a-b a b ----a c c a+b+c c a b --立方晶系六方晶系四方晶系三方晶系(R)三方晶系(H)正交晶系单斜晶系三斜晶系321三个位置表示的方向晶系24a bacc b等效点系各种符号的含义：旋转轴，螺旋轴反演中心镜面a 滑移面n 滑移面各对称操作的位置27产生等效点的对称操作2930(space group) P (No. 221)晶体学表示32SrTiO 3结构(Perovskite, 钙钛矿结构)TiO 6八面体连接Ba, O密置层结构BaTiO334•晶体结构的确定¾方法：X 射线衍射，中子衍射，电子衍射。
无机显微分析
无机材料显微结构分析1自然光：一切普通光源所发出的光都是自然光，特征：在垂直于光波传播方向的平面内各方向都有振幅相等的光振动。
2偏光：自然光经过反射、折射、双折射等作用，转变为只有一个固定振动方向的光波，称为偏振光，简称偏光。
偏光振动面只有一个，因此以叫平面偏光。
晶体光学中主要是利用平面偏光，很少利用自然光，偏光显微镜研究晶体时是把自然光经过折射或选择性吸收作用转变为偏光。
3折射率色散：同一种介质的折射率大小视所用光波的波长而异，对于同一介质，光波的波长与折射率成反比。
同一介质在紫光中测得的折射率最大，在红光中测得的折射率最小晶体的折射率色散能力：是指晶体在两种波长中测定的N值之差，差值越大，色散能力越强，差值越小，色散能力越弱。
如萤石色散能力弱，N紫－N红＝0.00686。
金刚石色散能力强，N紫－N红＝0.05741。
不同状态的介质，色散能力也有差异，液体色散能力较固体强。
为了不受色散影响，测折射率宜在单色光进行，通常的利用黄光4光性均质体光在其中传播的速度不因振动方向的不同而发生改变。
光在各个方向的传播速度不变，在均质体中任何方向上的折射率均相等，折射率值只有一个。
自然光入射均质体后仍然是自然光，偏光入射均质体后振动方向不发生改变。
等轴晶系及一切非晶质体都是光性均质体。
不同均质体中光的传播速度不同。
光性非均质体：光在其中传播时，其传播速度随振动方向的不同而发生改变的一类物质。
自然光进入光性非均体后，原任意方向振动的光波，就变成两个振动方向垂直的光波且此二光波的传播速度除个别方向外，一般是不等的。
5双折射：光入射非均质体，产生两条振动方向垂直的光波，这种现象称为双折射.6光波入射光性非均质体中只有特定方向不产生双折射，不发生双折射的特殊方向称为光轴7一轴晶：只有一个方向不发生双折射，即一根光轴。
此类晶体有三方晶系、四方晶系、六方晶系体。
二轴晶：有两个方向不发生双折射，即两根光轴。
此类晶体有斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系8光率体是表示光波在晶体中传播时，光波振动方向与相应的折射率值之间关系的一种光性指示体。
无机材料结构-精品课件
要在科研工作中有所作为，真正做出 点有价值的研究成果，要做到三个 “善于”：
要善于发现和提出问题。尤其是要提 出在科学研究上有意义的问题。
善于提出模型或方法去解决问题。
善于做出最重要、最有意义的结论。
——黄昆
第一章
无机材料物理基础
1.1 晶体结构
晶体结构
固体的结构分为： 非晶体结构
多晶体结构 晶体结构：原子规则排列，主要体现是原子排列具有周期 性，或者称长程有序。有此排列结构的材料为晶体。
生物化 载体性
学功能 领域
耐蚀性
催化性
固定酶载体，催化剂载体，生物化学反应控制器
理化仪器，化工材料，化工装置内衬，原子能有关 材料 水煤气反应催化剂，耐热催化剂，化学用催化剂
高强度，耐磨性， 机 非膨胀收缩性 械 高强度，耐高温性 功 能 高比强度性 领 域 高模量
超硬性
超高精度全陶瓷车床，机床，测量机械，拉丝 模
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简单立方晶格单元沿着三个方向重复排列构成的图形
2.体心立方晶格
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体心立方晶格的典型单元
体心立方晶格的堆积方式
排列规则：层与层堆积方式是上面一层原子球心对 准下面一层球隙，下层球心的排列位置用A标记， 上面一层球心的排列位置用B标记，体心立方晶格 中正方排列原子层之间的堆积方式可以表示为 ：
3 . 学习的内容
5无机材料显微结构简介
无机材料显微结构 分析的研究内容
一、物相组成的分析和鉴定
◆结晶相的鉴定：主晶相往往决定 着制品的理化性能。 鉴定结晶相的方法：偏光显微镜 薄片法和油浸法、反光显微镜光 片法、X射线衍射分析法、红外 光谱分析法和探针微区分析法等。
◆固态非晶质相的分析
▼非晶态团粒 如粘土原料在烧结过程中脱水分解形成 以无定形二氧化硅为主的粘土团粒，电 镜发现，其中存在着隐晶质结晶相和玻 璃相。 用光学显微镜只能研究其外部形态、大 小、分布、含量以及其它相之间的关系 等，只有采用电子显微镜附加微区分析 仪才能研究其内部构造。
▼玻璃相
由高温熔体冷凝而成的固 态非晶质相。玻璃相在制品 中起着粘结及填充空隙的作 用。
主要用光学显微镜测定和 研究玻璃相的含量、分布、 析晶情况等，必要时对其化 学成分并对析晶相进行鉴定。
气相
绝大多数制品中均或多或少地含有 气相，制品中的气相是以气泡或气孔 形式存在的。气相的存在与否以及气 孔的形状、大小、含量、分布和连通 情况，对制品的性能、质量及使用均 有显著影响，有时起决定作用。
无机材料的生产工艺及结构分类
• 1．熔融型无机材料 • 由一种或多种原料按化学配方制成混合料，
使之全部熔融成高温熔体并快速冷却得到 • 的制品，称为熔融型无机材料；因冷却制度和
热处理情况不同又有三类的不同显微结构： • (1)玻称为玻璃材 • 料。显微结构分析的对象主要是玻璃体内结晶
亦有分为氧化物材料和非氧化物 材料(含金属陶瓷)两大类的
．硅酸盐类无机材料
• 以硅酸盐、铝酸盐、铝硅酸盐及硅氧、部 分铝氧为主要化学成分的无机材料，称为 硅酸盐类无机材料，简称为硅酸盐材料。
主要有：普通陶瓷、各种耐火材料、日用玻 璃及其制品、无机 保温材料、硅酸盐和铝酸 盐水泥熟料及其制品、铸石材料、普通磨料、 工业废渣、燃料灰渣、部分单晶材料及无机 复合材料等。
无机显微结构
一．名词解释偏振光：自然光经过反射、折射、双折射及吸收等作用，均可使其变成只在一定方向振动的偏振光光波，这种光波称为偏振光，简称为偏光。
双折射：除特殊方向外，都要分解为振动方向互相垂直，传播速度不等，双折射光线射入非均质体，折射率不等的两种偏光，称为双折射。
双折射率：由两偏光折射率之差，称为双折射率，以“ΔN”代表。
光轴：光波沿非均质体的特殊方向入射时,不发生双折射,这种特殊的方向称为光轴.一轴晶：只有一根光轴的非均质体称为一轴晶。
中级晶族（六方、四方、三方）二轴晶：具有两根光轴的非均体介质，称为二轴晶。
低级晶族光率体：表示光线在介质中传播时，折射率值随振动方向而变化的立体几何图形，称为介质的光率体。
光率体是表示光波振动方向和相应折射率大小的光性指示体。
常光：而且折射率值在常光一轴晶介质双折射的两个偏光之一的振动方向永远垂直于光轴方向，所有方向上都是相等的，这一偏光称为一轴晶的常光，以符号“O” 表示，折射率标为“No” ; 或者说这条折射线恒遵守折射定律: sini/sinγ=n ;非常光：折射率随传播方向而改变，称为非常光，以符号“e”表示，折射率标为“Ne” 。
非常光或者说:这条折射线不遵守折射定律,也不一定在入射面内,对不同的入射角i, sini/sinγ≠n光性方位：光率体在矿物晶体中的位置，称为光性方位，用光率体主轴与矿物的晶轴间关系光性方位来表示。
晶体的多色性公式：用晶体光率体主轴表示晶体多色性者，称为多色性公式;晶体的吸收性公式：以光率体主轴表示吸收强度大小，称为吸收性公式。
※确定方法：（1）在正交偏光条件下根据消色法则用消色器测定出光率体切面的椭圆半径名称；（2）测得后再在单偏光条件下转动物台，使矿物各椭圆半径分别与下偏光镜振动方向平行，观察各半径方向的颜色及深浅，定出矿物的多色性公式和吸收性公式。
轮廓线：光线射到两者界面时，因折射使交界处光线偏折而减少，轮廓线晶体与树胶的折射率不等，在晶体颗粒周围出现一条暗线，这条暗线称为晶体的轮廓线，又称晶体的边缘。