功能无机材料课件材料的表征
无机高分子材料的合成及其表征
无机高分子材料的合成及其表征无机高分子材料是一种新型的无机聚合物材料，其特点是化学结构稳定、分子量大、熔点高、强度大，可以广泛应用于能源、材料、电子、化学和生物等领域。
本文将从无机高分子材料的合成方法和表征技术两个方面进行探讨。
一、无机高分子材料的合成方法（一）溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种非常古老的无机材料合成方法，源于古罗马人在建筑材料中使用的水泥。
它是在一种混合物中，将某些化合物溶解在一种溶剂中，产生胶体，在一定条件下，胶体会凝固、干燥、成为一种固体物体。
在这个过程中，由于沉淀形成了高度有序的结构，所以可以实现无机高分子材料的合成。
（二）水热法水热法是在高温、高压水环境下，利用水的一些特性，通过合成反应来形成无电解质晶体或者固态材料。
常用于制备一系列具有多样化微观形貌的纳米无机材料和无机高分子材料。
例如，在水热条件下，可以将金属离子和有机配体反应生成无机高分子材料。
（三）溶液凝聚法溶液凝聚法是一种通过化学反应合成无机高分子材料的方法，其步骤主要包括配位反应、凝胶剂比例的优化和溶液表面张力的控制。
它具有对无机高分子材料的形貌、粒径、晶有度和成分等几何形貌方面的高度可控性。
二、无机高分子材料的表征技术（一）元素分析元素分析是一种用于确定样品中各个元素含量的化学分析方法。
常用于无机高分子材料的分析，其中的无机元素包括钠、镁、铝、硅、锰、铁等。
通过元素分析，可以了解无机高分子材料的成分和化学构造，同时也可以为后续表征提供基础数据。
（二）红外光谱红外光谱是表征样品中各个化学键的振动特性的方法，可以进行红外吸收光谱分析，得到各个化学键的振动波数和强度等参数，从而了解样品的化学组成。
无机高分子材料的红外光谱具有比较多的特征振动峰，可以通过对振动峰的分析，来确定无机高分子材料的结构和形貌等信息。
（三）扫描电镜扫描电镜是一种用电子束扫描样品表面，形成高分辨率图像的技术。
通过对无机高分子材料的扫描电镜图像进行分析，可以获得样品形貌、表面结构、粒径和孔径大小等信息。
无机纳米材料的制备和表征
无机纳米材料的制备和表征随着纳米科技的快速发展，无机纳米材料作为一类重要的纳米材料，在科学研究和应用领域中得到了广泛关注。
无机纳米材料具有较大比表面积、尺寸和形态可控等独特的物理和化学性质，因此在催化、传感、能源、材料、生物医学等领域展示了许多优异的性能和应用前景。
本文旨在介绍无机纳米材料的制备和表征方法。
一、无机纳米材料的制备无机纳米材料的制备方法有很多种，常用的方法包括溶剂热法、水热法、溅射法、还原法、燃烧法、微波法、气相法等。
这些方法的选择取决于所需的纳米材料类型、形态和性质等因素。
下面分别介绍几种常用的无机纳米材料制备方法。
（一）溶剂热法溶剂热法是通过加热反应溶液或混合溶液，使其发生溶解、反应或析出等反应过程，从而制备出纳米材料的方法。
它具有反应条件温度、反应时间、反应物浓度和添加剂等因素可调控、形态可控、易于操作等优点。
溶剂热法可以用于制备金属氧化物、金属硫化物、金属基合金、半导体材料、复合材料等无机纳米材料。
例如，以二元氧化物ZnO为例，可通过将Zn（NO3）2和NaOH按一定比例混合，并在甲醇中进行反应，得到球形ZnO纳米粒子。
（二）水热法水热法也被称为热水法或水烁热法，是指在高温高压水热环境下制备无机纳米材料的一种方法。
水热法具有反应时间短、纳米颗粒尺寸分布狭窄、粒径可控等特点。
该方法可用于制备金属氧化物、金属硫化物、金属基合金、半导体材料等无机纳米材料。
例如，以四面体纳米铁酸铁氧化物为例，可以将FeCl3和（NH4）2C2O4按一定比例混合，加入蒸馏水后，在高温高压水热条件下反应，制备出四面体型的纳米铁酸铁氧化物。
（三）溅射法溅射法是一种利用高能离子束或电子束轰击固体靶材，从而使靶材表面原子解离成原子或离子，并沉积到基片上形成薄膜或纳米结构的方法。
溅射法具有对原材料选用不受限制、薄膜质量高、膜厚均匀等优点。
溅射法可用于制备金属、合金、氧化物、氮化物等各种无机材料纳米膜。
例如，以氧化铜为例，可以将Cu靶材和氧气的混合气体放置于反应腔内，在较高的真空环境下，通过离子轰击实现氧化铜纳米薄膜的制备。
材料表征技术ppt课件
1.空间点阵
F1-8空间点阵
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莫塞莱定律
X射线荧光光谱分析和电子探针微区成分分 析的理论16 K射线的双重线
W靶: 0.0709nm 0.0714nm
K波长=？ 加权平均
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产生特征（标识）X射线的根本原因：内层电子的跃迁 • 激发源：高速电子、质子、中子、 X射线; • 每种元素都有特定波长的标识X射线：X射线光谱分析的原理
indexing, structure refinement and ultimately structure solving • Degree of orientation of the crystallites: texture analysis. • Deformation of the crystallites as a result of the production process: residual stress
• 要求与目标 正确选择方法、制订方案、分析结果 为以后掌握新方法打基础
• 课程安排
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第一章 X射线的性质
• •1.1 引言 • •1.2 X射线的本质 • •1.3 X射线的产生及X射线管 • •1.4 X射线谱 • •1.5 X射线与固体物质相互作用
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第一章 X射线的性质 1.1 引言
• 1895， （德，物）伦琴发现X射线 • 1912，（德，物）劳厄发现X射线在晶体 中的衍射
T2-15 特征X射线谱及管电压对特征谱的影响
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特征X射线产生：能量阈值
EnRn2h(cZ)2
hn2 n1 En2 En1
激发--跃迁--能量降低
KL LK
辐射出来的光子能量
KL hh/c
激发所需能量--与原子核的结合能Ek
无机纳米材料的表征及其应用
无机纳米材料的表征及其应用一、引言随着纳米技术的不断发展，无机纳米材料的研究和应用已经得到了广泛的关注和研究。
无机纳米材料因其特殊的性质和表面活性，具有广泛的应用前景，如生物医学、能源、催化、电子器件等领域。
无机纳米材料的表征是研究其性质和应用的重要基础。
本文将全面介绍无机纳米材料的表征及其应用。
二、无机纳米材料的表征1.传统表征方法无机纳米材料的传统表征方法包括透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、X射线粉末衍射（XRD）、拉曼光谱和红外光谱等。
TEM和SEM可以观察到无机纳米材料的形貌、尺寸和形状等结构特征。
XRD可以分析无机纳米材料的晶体结构和晶格参数，拉曼光谱和红外光谱可以标识无机纳米材料的化学组成和表面结构等。
2.高级表征方法高级表征方法包括扫描透射电镜（STEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子能谱（TEM）和霍尔效应测量等。
STEM可以比TEM更准确地确定无机纳米材料的形貌、尺寸和形状。
AFM可以测定无机纳米材料的表面形貌和荷电性等。
XPS可以观察无机纳米材料的化学组成和氧化状态。
TEM可以测定无机纳米材料的电子结构和拓扑结构等。
霍尔效应测量可以测定无机纳米材料的导电性和磁性等。
三、无机纳米材料的应用1.生物医学无机纳米材料在生物医学领域的应用主要包括药物输送、光热治疗和生物成像等。
无机纳米粒子具有潜在的药物传递载体，可用于药物递送系统、高效零毒或靶向性药物在癌细胞中的投放，同时具有药物控释的功能。
纳米粒子还可作为激活器，经过特殊处理的无机纳米材料可通过将其植入到病变组织中，利用近红外激光激发得到的光热效应增强治愈效果，如提高癌症治疗的效率。
此外，无机纳米材料还可用于生物成像、诊断等领域。
2.能源无机纳米材料在能源领域的应用主要包括储能和转换、太阳能电池、燃料电池和电解水等。
以铁氧体纳米杂化材料为例，其具有优异的储能性能和高电导率，可用于电池等储能器件中。
材料性能与表征无机材料物理性能教学大纲
材料性能与表征无机材料物理性能教学大纲一、课程介绍《材料性能与表征》是材料类专业学生的学科基础课程。
本课程主要介绍材料的力学、热学、光学、磁学、电学的特性和表征方法，目的是使学生充分认识材料的物理性能以及这些性能在人类物质生活中的意义，学会利用这些知识解释有关材料的许多现象，认识材料的宏观性能与微观机制的联系，为材料的合成、制备、加工和应用指明方向。
主要内容包括：材料的受力变形、材料的脆性断裂与强度，材料的热学性能，材料的光学性能，材料的磁学性能，材料的电学性能等。
教学部分共含32个理论学时，16个实践环节学时。
Introduction“Properties and Characterization of Materials” is the main professional fundamental course for materials science and engineering students. This course mainly introduces the mechanical, thermal, optical, electrical and magnetic properties and characterization method of materials. The main purpose of this course is to make students fully understand the physical properties of materials and theirs significance in human materials life, learn to explain many phenomena of the materials by these knowledge, to understand the relationship between the macroscopic properties and microscopic mechanisms of materials, and to point out the directions for the synthesis, preparation, processing and application of the materials. The main contents of this course are listed as follows: stress deformation of materials, brittle fracture and strength of materials, thermal properties of materials, optical properties of materials, magnetic properties of materials, electrical properties of materials. The teaching part of this course includes 32 theoretical credit hours and 16 practical credit hours.课程基本信息二、教学大纲1、课程目标1）掌握材料性能的基本理论及其主要影响因素，培养学生对抽象问题的认识，使学生能够针对具体的材料工程问题，建立数学模型并求解。
功能材料的制备和表征方法
功能材料的制备和表征方法功能材料是指那些在特定工作条件下具有特殊功能的材料。
它们可以是介电材料、磁性材料、光电材料、超导材料、催化材料等等，它们的应用范围非常广泛。
本文将主要介绍关于功能材料的制备和表征方法。
一、介电材料的制备介电材料是指具有不导电性能的材料，其应用范围广泛，如绝缘材料、电容器、压电材料等等。
介电材料的制备方法主要有两种：化学法和物理法。
1. 化学法化学法是指在溶液中制备介电材料。
这种方法主要分为两类：水热法和溶胶凝胶法。
a. 水热法水热法是指在高温高压的条件下，使化学反应在水中发生。
这种方法一般适用于制备氧化物类介电材料。
其中，利用金属离子水解，形成水合物离子，再通过高温高压的条件，使离子热力学不稳定，从而形成介电材料。
b. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是指利用金属有机化合物或无机盐，通过水热处理、溶胶凝胶和热处理等步骤，制备出介电材料。
这种方法主要适用于制备氧化物类介电材料。
2. 物理法物理法是指利用物理原理和加工工艺，制备介电材料。
这种方法主要分为两种：薄膜法和射流法。
a. 薄膜法薄膜法是指在基底上制备具有介电功能的薄膜。
其中，有溅射法、分子束外延法、离子束外延法等各种技术。
薄膜法可以制备高性能、高稳定性的介电膜。
b. 射流法射流法是指利用高温等离子体，通过原位合成、原位沉积等工艺，在基底上制备出介电材料。
射流法可以制备出具有高纯度、小晶粒尺寸的介电材料。
二、介电材料的表征方法介电材料的表征方法主要包括两方面：物理和化学。
在物理表征方面，介电材料的电学性能、热学性能、微观结构等得到了广泛的研究。
在化学表征方面，介电材料的组成、化学反应、物理响应等被广泛研究。
1. 物理表征物理表征是指通过实验手段，研究材料的物理性质，从而揭示其结构性质和性能关系。
其中，介电材料的物理表征主要包括电学性能、热学性能、微观结构等。
常用的表征方法主要有：a. 介电测试介电测试是指通过对介电材料的电学性能进行测试，从而获得介电性能参数。
无机纳米材料的表征方法
无机纳米材料的表征方法
1.形貌，电子显微镜（TEM）,普通的是电子枪发射光电子，还有场发射的，分辨率和适应性更好；
2.结构，一般是需要光电电子显微镜，扫描电子显微镜不行
3.晶形，单晶衍射仪，XRD，判断纳米粒子的晶形及结晶度
4.组成，一般是红外，结合四大谱图，判断核壳组成，只作为佐证
5.性能，光-紫外，荧光；电--原子力显微镜，拉曼；磁--原子力显微镜或者专用的仪器
纳米微粒的影响因素很多：纳米微粒一般容易团聚，所以表面活性剂，自身组成，以及存放环境都会影响纳米微粒
在合成阶段，很多因素都会影响产物，时间，温度，剪切力，溶剂，滴加速度及顺序，冷却方法，甚至药品纯度，产地，批次，都会影响最终产物的形貌或者性能，在合成阶段，最好多做几次实验，验证重复性，表征阶段，千万不要刻意寻找理想形貌，尊重科学，尊重事实，一个铜网上面可能有很多形貌，说明实验还得继续。
四氧化三铁作为磁性纳米微粒，合成阶段早做烂了，主要是性能的表征，还有复合，但是国内的表征很不看好
应用主要是作为磁溶液，生物标记，缓释核，以及探伤，很多啦，多看看文献。
注意，表征的时候不要用电磁的显微镜，会对显微镜产生永久的损伤，产生不可挽回的偏差，需要用场发射或者扫描
扩展资料
纳米结构：纳米结构包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系。
对纳米阵列体系的研究集中在由金属纳米微粒或半导体纳米微粒在一个绝缘的衬底上整齐排列所形成的二位体系上。
而纳米微粒与介孔固体组装体系由于微粒本身的特性，以及与界面的基体耦合所产生的一些新的效应，也使其成为了研究热点，按照其中支撑体的种类可将它划分为无机介孔复合体和高分子介孔复合体两大类，按支撑体的状态又可将它划分为有序介孔复合体和无序介孔复合体。
功能性材料制备与表征方法评估
功能性材料制备与表征方法评估功能性材料在各个领域都有广泛的应用，包括环境保护、能源储存、生物医学、光电子等。
为了获得理想的功能性材料，制备和表征方法的选择至关重要。
本文将评估功能性材料制备与表征方法的常用技术，以指导研究人员在制备功能性材料时的选择。
一、功能性材料制备方法评估1. 热处理法热处理是一种常见的功能性材料制备方法，通过调节温度和热处理时间，可以改变材料的晶体结构、晶粒大小和晶体缺陷等性质。
热处理方法适用于多种功能性材料的制备，如金属氧化物、碳材料和半导体材料等。
优点是制备过程简单，并且可以得到均匀的材料结构和优良的性能。
然而，热处理也存在一些限制，例如无法控制晶格缺陷和表面结构的形成。
2. 溶剂热法溶剂热法是一种利用溶剂作为介质，在高温高压条件下制备材料的方法。
通过选择不同的溶剂和反应条件，可以制备具有不同形貌和结构的材料。
溶剂热法适用于制备纳米材料、纤维状材料和多孔材料等功能性材料。
优点是能够得到纳米级的材料结构和高度分散的颗粒。
然而，溶剂热法的缺点是对实验条件的要求较高，且易产生副反应。
3. 水热法水热法是一种在高温高压下利用水作为溶剂制备材料的方法。
水热法适用于制备金属氧化物、有机无机杂化材料和纳米材料等功能性材料。
该方法的优点是简单易行，无毒无害，对环境友好。
此外，水热法还可以通过控制反应时间和温度来调节材料的形貌和结构。
然而，水热法的缺点是对反应条件的要求较高，且在某些材料制备中可能出现副产物。
二、功能性材料表征方法评估1. X射线衍射分析X射线衍射是一种常见的材料结构表征方法，通过测量材料对X射线的散射模式，可以确定材料的晶体结构、晶格参数和晶粒大小等信息。
X射线衍射适用于多种功能性材料的表征，如金属、陶瓷和有机材料等。
该方法的优点是非破坏性，可以得到准确的晶体结构信息。
然而，X射线衍射的缺点是无法对非晶态材料进行分析，并且对样品制备要求较高。
2. 扫描电子显微镜分析扫描电子显微镜(SEM)是一种常用的材料表征方法，通过扫描样品表面，利用电子束与样品相互作用产生的信号来获得样品的形貌、尺寸和成分等信息。
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材料结构分析-直接法
五次对称性镍钛准晶的高分辨电子显微像
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9/23/2020 1:47 AM
材料结构分析-直接法
扫描隧道显微分析拍摄的硅片上的单个原子图像
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材料结构分析-间接法
材料结构分析
X射线衍射 电子衍射 中子衍射 γ射线衍射 穆斯堡尔谱 扩展X射线吸收谱（EXAFS） 热分析（TG、TA、DSC）
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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
材料组成分析（化学成分分析） 1. 元素组成 2. 化合物组成
材料亚微观结构分析（形貌分析） 微米或亚微米尺度，相层次结构
材料微观结构分析 0.1nm尺度，原子及原子组合层次结构
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材料结构分析-间接法
五次对称性镍钛准晶的高分辨电子显微像与电子衍射斑点
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材料结构分析-间接法
CVD方法制备的氧化镓纳米带（A）与纳米片（B）的透射电镜 与选区电子衍射分析
电子衍射证实了这些纳米相为单斜晶系 的Ga2O3单晶
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材料形貌分析
➢ 光学显微镜 ➢ 光学干涉仪 ➢ 激光散射谱 ➢ 扫描电子显微镜 ➢ 透射电子显微镜
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形貌分析的图例
昆虫标本（500倍）
螺旋形碳管（9，157倍）
化学方法生长的ZnO纳米阵列 担载Pt金属颗粒的纳米碳粒
（100，000倍）
抗冲击性
压缩性
动态力学性质
模量
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结构与性能的关系
电子结构，原子结构和化学键决定了材料的固有性质
传统的“炒菜”法
新材料 开发方法
发展方向 材料设计
所谓材料设计，就是根据对材料的组成、微结构与性能关系 的认识（“炒菜”经验＋材料微观分析），按指定性能“定
做”新材料，按生产要求“设计”最佳的制备和加工方法。
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材料微观分析技术的选择
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硅纳米线的不同形貌 (a)呈直线或弯曲状态，(b)呈螺旋结构，
(c)呈辫子结构
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材料结构分析-直接法
硅纳米线的显微结构 高分辨电子显微像（HTEM）
(a)［111］带轴的硅纳米线的单晶 结构，它的生长方向为［112］
(b)存在高阶孪晶的硅纳米线 (c)具有堆垛层错和孪晶等缺陷的
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
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
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9
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回顾材料研究的四大要素？
现代材料科学的发展在很大程度上依赖对材料性 能和其成分结构及微观组织关系的理解
合成与加工
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） 量、颜色、形状、运动情况等等；
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。
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8
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材料微观分析技术绪论
材料研究与微观分析技术
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
第三章
材料的表征
讲授：赵宏滨
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1
材料的结构表征 热分析的分类与应用 形貌分析 表面分析 ☆ 结构分析
复习内容
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2
设计
热分析 制备
材料研究
材料设计的重要依据
表征
成分分析 结构测定 形貌观察
材料制备的实际效果必须通过材料结构分析的检验 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。
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材料测试方法的概念与分类
主动式（含激发源式材料测试方法）
激发源
（电磁波，粒子束，电场，磁场，热，力等）
数据采 集处理
材料
与组成，结构，性能 等相关的某种响应
响应的传感与变换
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7
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材料测试方法的概念与分类
被动式（无激发源式材料测试方法）
材料化学成分分析1
元素组成分析方法
传统的化学分析技术 电子探针X射线能谱显微分析 原子光谱（吸收、发射、荧光） 质谱与二次离子质谱 核磁共振 电子自旋共振 光电子与俄歇电子能谱
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14
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材料化学成分分析2
化合物组成分析方法
传统的化学分析技术 分子吸收光谱（紫外—可见吸收光谱） 分子振动光谱（红外、拉曼光谱） 分子发射光谱（荧光光谱） 气相、液相、凝胶色谱
结
构
固
和
有
成
性
分
质
使用性能
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10
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材料的性质
化学组成
微观结构 相结构
化 晶粒尺寸 物
学
及分布
理
性 耐腐蚀性 性 质 杂质含量 质
结晶度分
子量及分
布
立体结构
晶体结构 空隙度
熔点 热性质
磁性质 力 光学性质 学 电学性质 性 重力性质 质
拉伸性 韧性
延展性 疲劳度
硬度 蠕变性 延伸性
子（400，000倍）
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17
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材料结构分析
高分辨透射电子显微镜（HTEM） 场离子显微镜（FIM） 扫描隧道显微镜（STM） 原子力显微镜（SFM） X射线衍射分析（XRD） 小角X射线衍射分析（SAXS） Nhomakorabea.
18
9/23/2020 1:47 AM
材料结构分析—结果
热性能 (TGA,DSC)
材料测试 与表征
力学、流变性能
万能材料试验机 冲击试验机，流变仪
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表面与界面 (SEM、TEM、AFM SPM)
5
材料测试方法的概念与分类
材料测试方法如何分类？
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
从技术上讲，材料测试方法可以分 成两类：主动式和被动式
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3
材料结构与材料性能的关系
现代材料科学的发展在很大程度上依赖对材 料性能和其成分结构及微观组织关系的理解
什么是材料测试方法？
材料测试 ＝ 材料分析 ＝ 材料表征
获取有关材料的组成，结构 和性能等相关信息
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4
9/23/2020 1:47 AM
分子结构与聚集态结构 (XRD、 IR、XPS、 ASS)