功能无机材料课件 材料的表征
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无机非金属类功能材料简介-PPT课件
化物晶体 这类晶体熔点较低，易于生长单晶， 是早期研究的激光晶体材料，如CaF2，BaF2，SrF2， LaF3，MgF2等。但是，它们大多要在低温下才能工 作。所以现在较少应用。 2) 含氧金属酸化物晶体 这类材料是较早研究的激 光晶体材料之一，均以三价稀土离子为激活离子，如 CaWO4，CaMnO4，LiNbO4，Ca(PO4)3F等。 3) 金属氧化物晶体 这类晶体如Al2O3，Y3Al5O12， Er2O3，Y2O3等，掺入三价过渡族金属离子或三价稀 土离子构成激光晶体，应用较广，研制最多。掺杂时 不需电荷补尝，但它们的熔点均高，制取优质单晶都 较困难。
*
当光入射到由大量粒子所组成的系统时，光的吸收、
自发辐射和受激辐射三个基本过程是同时存在的。在
热平衡状态，高能级上的粒子数总是小于低能级上的
粒子数，产生激光作用的必要条件是使原子或分子系
统的两个能级之间实现粒子数反转。
★
1．激活离子
固体激光器材料
固体激光工作物质要在基质晶体中掺入适量的激 活离子。激活离子的作用是在固体中提供亚稳态能 级，由光泵作用激发振荡出一定波长的激光。目前 激活离子来自三价和二价的铁系、镧系和锕系元素。 激光的波长是由激活离子的种类决定的。
第三章 无机非金属类功能材料简介
3.1 光学材料简介
3.1.1 概述 材料的光学性质是光与材料的相互作用而使材料所 表现出的特性。如果光与材料相互作用的光强较弱， 场强的线性项起作用，光与材料的相互作用就产生各 种线性光学效应。如吸收、反射、全反射、透射、折 射、色散、散射以及各种现象中有关光偏振态改变的 效应等。这种利用线性光学效应传输光线的材料为光 学介质材料(optical medium materials)。
* 光导纤维种类繁多，
*
当光入射到由大量粒子所组成的系统时，光的吸收、
自发辐射和受激辐射三个基本过程是同时存在的。在
热平衡状态，高能级上的粒子数总是小于低能级上的
粒子数，产生激光作用的必要条件是使原子或分子系
统的两个能级之间实现粒子数反转。
★
1．激活离子
固体激光器材料
固体激光工作物质要在基质晶体中掺入适量的激 活离子。激活离子的作用是在固体中提供亚稳态能 级，由光泵作用激发振荡出一定波长的激光。目前 激活离子来自三价和二价的铁系、镧系和锕系元素。 激光的波长是由激活离子的种类决定的。
第三章 无机非金属类功能材料简介
3.1 光学材料简介
3.1.1 概述 材料的光学性质是光与材料的相互作用而使材料所 表现出的特性。如果光与材料相互作用的光强较弱， 场强的线性项起作用，光与材料的相互作用就产生各 种线性光学效应。如吸收、反射、全反射、透射、折 射、色散、散射以及各种现象中有关光偏振态改变的 效应等。这种利用线性光学效应传输光线的材料为光 学介质材料(optical medium materials)。
* 光导纤维种类繁多，
材料表征技术ppt课件
1.空间点阵
F1-8空间点阵
30
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
32
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
10
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
11
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
27
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
无机材料物理性能PPT课件
电子位移极化
弹性模型 +e
-e
建立牛顿方程： ma= -kx - eEoe it 电偶极矩： = -ex= Eoe it{1/[(k/m)o2－ 2]}e2/m 弹性振子的固有频率 ： o=(k/m)1/2 有： = e Eloc 得：
动态
e
e2 m
2 0
1
2
静态
e2 e2
e
m2 0
k
电子位移极化
+ 空腔表面上的电荷密度： －P cos 绿环所对应的微小环球面的表面积dS:
dS=2rsin rd dS面上的电荷为： dq= －P cosdS
根据库仑定律：dS面上的电荷作用在球心单位正电 荷上的P方向分力dF：
dF= －（－PcosdS/4o r2 ) cos
由 qE=F
1×E=F E=F
有立方对称的参考点位置，如果所有原
子都可以用平行的点型偶极子来代替，
则E3 =0。
Eloc=E外+E1+P /3o=E+P /3o
克劳修斯一莫索蒂方程
根据
D= o E+P
得
P =D－ o E=（ 1－ o ） E
= o （ r－ 1） E
由
Eloc=E外+E1+P /3o=E+P /3o
=E+ o （ r－ 1） /3o
对具有两 种以上极化质点的介质，上式变为：
r r
1 2
1
3 0
nkk
k
三、介质的总极化
第一种，位移极化： 位移式极化------弹 性的、瞬间完成的、不消耗能量的极化。
第二种，松弛极化：该极化与热运动有 关，其完成需要一定的时间，且是非弹 性的，需要消耗一定的能量。
《无机功能材料》PPT课件
TiOR+HOTi → TiOTi+ROH 溶剂化反应：Ti(OR) 4 +mR’OH → Ti(OR)(4-m)(OR’)m+mROH 2.2.3 沉淀法 (1)直接沉淀法 一般以硫酸氧钛为原料，用氨水为沉淀剂，沉淀出TiO (OH)2，然后经过滤、 干燥，高温热处理分解即可制得纳米TiO2，该法设备工艺简单，技术要求不 高，成本低，但沉淀洗涤困难，制得的纳米TiO2的粒度分布较宽，易引入杂 质。
但是，由于TiO2本身禁带宽，产生的电子-穴 对不仅极易复合而且寿命较短，光响应范围较窄，
使光催化活性受到了一定的限制，且利用的光谱 范围受到一定的限制。影响TiO2光催化活性的因 素很多，例如TiO2粒子的晶型、粒径、表面形态 等，实验表明，锐钛型纳米TiO2较金红石型纳米 TiO2具有更高的催化效率。为了改善TiO2 光催化 活性，提高光催化效率，有关TiO2 微粒的制备方 法、掺杂金属离子、掺杂有机染料、催化剂载体、
❖1.2 光催化性
纳米TiO2是一种n型半导体材料，禁带宽度较 宽， ，当它吸收了波长小于或等于387.5nm的光 子后，价带中的电子就会被激发到导带，形成带 负电的高活性电子e-,在价带上产生带正电的空穴 h+。吸附在TiO2 表面的氧俘获电子形成·O2-空穴 则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有强 氧化性的·OH，反应生成的原子氧、氢氧自由基 都有很强的化学活性，氧化降解大多数有机污染 物。同时空穴本身也可夺取吸附在半导体表面的 有机物质中的电子，使原本不吸收光的物质被直 接氧化分解。
纳米TiO2 的制备
气相法
物理气相沉积法 、化学气相沉积 法
液相法
胶溶法 、溶胶-凝胶法 、 沉淀法 、微乳液法 、中和水解法
但是，由于TiO2本身禁带宽，产生的电子-穴 对不仅极易复合而且寿命较短，光响应范围较窄，
使光催化活性受到了一定的限制，且利用的光谱 范围受到一定的限制。影响TiO2光催化活性的因 素很多，例如TiO2粒子的晶型、粒径、表面形态 等，实验表明，锐钛型纳米TiO2较金红石型纳米 TiO2具有更高的催化效率。为了改善TiO2 光催化 活性，提高光催化效率，有关TiO2 微粒的制备方 法、掺杂金属离子、掺杂有机染料、催化剂载体、
❖1.2 光催化性
纳米TiO2是一种n型半导体材料，禁带宽度较 宽， ，当它吸收了波长小于或等于387.5nm的光 子后，价带中的电子就会被激发到导带，形成带 负电的高活性电子e-,在价带上产生带正电的空穴 h+。吸附在TiO2 表面的氧俘获电子形成·O2-空穴 则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有强 氧化性的·OH，反应生成的原子氧、氢氧自由基 都有很强的化学活性，氧化降解大多数有机污染 物。同时空穴本身也可夺取吸附在半导体表面的 有机物质中的电子，使原本不吸收光的物质被直 接氧化分解。
纳米TiO2 的制备
气相法
物理气相沉积法 、化学气相沉积 法
液相法
胶溶法 、溶胶-凝胶法 、 沉淀法 、微乳液法 、中和水解法
《材料结构的表征》课件
《材料结构的表征》PPT 课件
欢迎来到《材料结构的表征》PPT课件！本课程将介绍材料结构的不同表征 方法，包括X射线衍射、电子显微镜技术、原子力显微镜技术等。
1. X射线衍射
1 原理
X射线通过物质后发生衍 射，通过分析衍射图案来 确定物质结构。
2 应用
X射线衍射广泛应用于晶 体学、材料科学等领域， 可用于分析晶体结构和晶 格参数。
原理
通过测量物质对不同波长的红外辐射的吸收、发射或散射，来确定物质的成分和结构。
应用
红外光谱广泛应用于化学、材料科学等领域，可用于鉴定化合物和分析有机物的功能基团。
示例
通过红外光谱可以鉴定食品中的添加剂，如防腐剂、甜味剂等。
5. 核磁共振
原理 应用 示例
核磁共振通过测量物质中原子核的能级跃迁和自 旋相互作用，得到原子核的谱线信息。
通过测量束缚与散射电子的能量 分布，研究材料表面的次表面组 分。
在湿润、低真空等环境下观察样品的显微结构。
3. 原子力显微镜技术
ห้องสมุดไป่ตู้
扫描隧道显微镜（STM）
原子力显微镜（AFM）
磁力显微镜
利用针尖与样品之间的隧道效应， 实现原子级别的表面成像。
通过感知样品表面的原子力变化， 实现高分辨率的微观成像。
利用样品表面的磁场分布，观察 磁性材料的磁场图像。
4. 红外光谱
3 示例
通过X射线衍射技术可以 确定金属合金中不同相的 含量和相间距离。
2. 电子显微镜技术
1
扫描电子显微镜（SEM）
利用射出的电子束与样品表面的相互作用，获取高分辨率的表面形貌信息。
2
透射电子显微镜（TEM）
通过射入样品的电子束与样品内部的相互作用，获取材料的内部结构信息。
欢迎来到《材料结构的表征》PPT课件！本课程将介绍材料结构的不同表征 方法，包括X射线衍射、电子显微镜技术、原子力显微镜技术等。
1. X射线衍射
1 原理
X射线通过物质后发生衍 射，通过分析衍射图案来 确定物质结构。
2 应用
X射线衍射广泛应用于晶 体学、材料科学等领域， 可用于分析晶体结构和晶 格参数。
原理
通过测量物质对不同波长的红外辐射的吸收、发射或散射，来确定物质的成分和结构。
应用
红外光谱广泛应用于化学、材料科学等领域，可用于鉴定化合物和分析有机物的功能基团。
示例
通过红外光谱可以鉴定食品中的添加剂，如防腐剂、甜味剂等。
5. 核磁共振
原理 应用 示例
核磁共振通过测量物质中原子核的能级跃迁和自 旋相互作用，得到原子核的谱线信息。
通过测量束缚与散射电子的能量 分布，研究材料表面的次表面组 分。
在湿润、低真空等环境下观察样品的显微结构。
3. 原子力显微镜技术
ห้องสมุดไป่ตู้
扫描隧道显微镜（STM）
原子力显微镜（AFM）
磁力显微镜
利用针尖与样品之间的隧道效应， 实现原子级别的表面成像。
通过感知样品表面的原子力变化， 实现高分辨率的微观成像。
利用样品表面的磁场分布，观察 磁性材料的磁场图像。
4. 红外光谱
3 示例
通过X射线衍射技术可以 确定金属合金中不同相的 含量和相间距离。
2. 电子显微镜技术
1
扫描电子显微镜（SEM）
利用射出的电子束与样品表面的相互作用，获取高分辨率的表面形貌信息。
2
透射电子显微镜（TEM）
通过射入样品的电子束与样品内部的相互作用，获取材料的内部结构信息。
无机材料化学(第7讲).ppt
感应-作用物理量的关系与材料性能
作用 感应 物理量 物理量 关 系 式
材料内部 的变化
材料性能 性能种类
应力
温差 t
形变
表面电 荷密度
D
形变
=S
D=C = t
原子发生 相对位移
原子发生相对 位移引起偶极 矩变化 原子发生位移
热量 Q Q=Ct 原子振动加强
温差电 V= t 载流子定向
动势V
激光作用。 声学性质：声吸收(反射、透射)、吸声系数、降噪系数。
化学性能：指材料对外界接触物的耐受性，即化学稳定性。
主要包括：材料的耐腐蚀性、耐酸性和耐热性。
耐腐蚀性：指材料抵抗大气和弱腐蚀介质(如水、水蒸汽) 腐蚀的能力。
耐酸性：指材料抵抗腐蚀介质(如酸、碱和盐溶液)腐蚀的 能力。
耐热性：包括材料的抗氧化性和热强性。 抗氧化性：指材料在高温或受热情况下抵抗气体氧化 腐蚀的能力； 热 强 性： 指随温度升高，材料保持其强度的能力。
温度一定，频率一定，与各频率对应的声子数目也一定； 温度变化，频率变化，与各频率对应的声子数目也发生
相应变化。
由N个原子构成的体系，就有3N 个振动频率，因此 格波是多频率振动的组合波。其中：
振动频率低的质点，彼此间位相差不大，相邻质点振动 方向相同，其振动称为“声频支振动”； 振动频率高的质点，彼此间位相差大，相邻质点振动方 向相反，其振动称为“光频支振动”。
相邻原子间振动的非简谐性使其作用力 并不是简单地与位移成正比。 在平衡位置r0两侧的合力曲线斜率并不 相等。 由于受力不平衡，原子振动时的平均位 置就不在r0处，而是右移使相邻原子平 均距离增大。
质点间引力--斥力曲线和位能曲线
振动位能曲线
无机材料物理性能第5讲-33页PPT精品文档
型、磁铅石型、钙钛矿型、钛铁矿型 和钨青铜型等6种
铁氧体的磁性与结构
尖晶石型铁氧体
所有的亚铁磁性尖晶石几乎都是反型的 阳离子出现于反型的程度，取决于热处理条件 锰铁氧体约为80％正型尖晶石，这种离子分布随热
处理变化不大
铁氧体磁性材料：反尖晶石结构
M 2 O 2 (F3 e )2(O 2 )3
M2+---Ni2+、Co2+、Cu2+,亦可是Mn、Mg混合
铁氧体的磁性与结构
亚铁磁性
由于铁氧体内总是含有两种或两种以上 的阳离子，这些离子各具有大小不等的 磁矩，反向占位的离子数目也不相同， 因此晶体内由于磁矩的反平行取向而导 致的抵消作用通常并不一定会使磁性完 全消失而变成反铁磁体，往往保留了剩 余磁矩，表现出一定的铁磁性，这称为 亚铁磁性或铁氧体磁性 。
生产上为了获得高磁导率的磁性材料， 一方面要提高材料的Ms值，这由材料的 成分和原子结构决定；
另一方面要减小磁化过程中的阻力，这 主要取决于磁畴结构和材料的晶体结构。
铁氧体磁性材料
软磁材料(Soft
Magnetic Materials) 磁材料适合于交变磁 场的器件，如变压器 的铁芯，这时，铁芯 的发热量少。此外， 还可用于电机和开关 器件（磁导体）
Fx
VM B X
V为样品的体积,若外磁场已知， 则M可由力的侧定计算出。
物质磁性的本质
电子的磁矩
电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成 物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而
是主要由自旋磁矩引起 孤立原子的磁矩决定于原子的结构 某些元素具有各层都充满电子的原子结构，
其电子磁矩相互抵消，因而不显磁性
J m B
铁氧体的磁性与结构
尖晶石型铁氧体
所有的亚铁磁性尖晶石几乎都是反型的 阳离子出现于反型的程度，取决于热处理条件 锰铁氧体约为80％正型尖晶石，这种离子分布随热
处理变化不大
铁氧体磁性材料：反尖晶石结构
M 2 O 2 (F3 e )2(O 2 )3
M2+---Ni2+、Co2+、Cu2+,亦可是Mn、Mg混合
铁氧体的磁性与结构
亚铁磁性
由于铁氧体内总是含有两种或两种以上 的阳离子，这些离子各具有大小不等的 磁矩，反向占位的离子数目也不相同， 因此晶体内由于磁矩的反平行取向而导 致的抵消作用通常并不一定会使磁性完 全消失而变成反铁磁体，往往保留了剩 余磁矩，表现出一定的铁磁性，这称为 亚铁磁性或铁氧体磁性 。
生产上为了获得高磁导率的磁性材料， 一方面要提高材料的Ms值，这由材料的 成分和原子结构决定；
另一方面要减小磁化过程中的阻力，这 主要取决于磁畴结构和材料的晶体结构。
铁氧体磁性材料
软磁材料(Soft
Magnetic Materials) 磁材料适合于交变磁 场的器件，如变压器 的铁芯，这时，铁芯 的发热量少。此外， 还可用于电机和开关 器件（磁导体）
Fx
VM B X
V为样品的体积,若外磁场已知， 则M可由力的侧定计算出。
物质磁性的本质
电子的磁矩
电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成 物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而
是主要由自旋磁矩引起 孤立原子的磁矩决定于原子的结构 某些元素具有各层都充满电子的原子结构，
其电子磁矩相互抵消，因而不显磁性
J m B
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
*
材料微观分析技术的应用
*
*
材料微观分析技术的应用
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
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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
*
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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47
由热重法记录的质量变化对温度的关系曲线称为热 重曲线(TG曲线)。
表征了试样在不同的温度 范围内发生的挥发性组分的挥 发以及发生的分解产物的挥发 从而可以得到试样的组成、 热稳定性、热分解温度、热分 解产物和热分解动力学等有关 数据。
1—热重曲线TG 2—微分热重曲线DTG
48
同时还可获得试样的质量变化率与温度关系曲线，即 微分热重曲线(DTG曲线)，它是TG曲线对温度的一阶导数。 以物质的质量变化速率dm/dt对温度T作图，所得的曲线。
54
应用DTA对材料进行鉴别: 根据物质的相变（包括熔融、升华和晶型转变） 和化学反应（包括脱水、分解和氧化还原等）所产生 的特征吸热和放热峰。有些材料常具有比较复杂的 DTA曲线，虽然有时不能对DTA曲线上所有的峰作出解 释，但是它们像“指纹”一样表征着材料的种类。 例如：根据石英的相态转变的DTA峰温可用于检 测天然石英和人造石英之间的差异
表面与界面 (SEM、TEM、AFM SPM)
力学、流变性能
万能材料试验机 冲击试验机，流变仪 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
8/12/2017 8:06 PM
6
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）
材料 数据采 集处理
与组成，结构，性能 等相关的某种响应
响应的传感与变换
8/12/2017 8:06 PM
7
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）
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。
43
热分析技术的应用 凡是与热现象有关的任何物理和化学变化都可以采取热 分析方法进行研究。 如材料的固相转变、熔融、分解甚至材料的制备等。 直接测量出这些变化过程中所吸收或放出的能量， 如熔融热、结晶热、反应热、分解热、吸附或解吸热、 比热容、活化能、转变熵、固态转变能等。
44
热重法(TG) 差热分析（DTA） 差示扫描量热法（DSC）
8/12/2017 8:06 PM
17
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）
8/12/2017 8:06 PM
18
材料结构分析—结果
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
8/12/2017 8:06 PM
36
材料微观分析技术的应用
8/12/2017 8:06 PM
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材料微观分析技术的应用
8/12/2017 8:06 PM
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材料微观分析技术的应用
8/12/2017 8:06 PM
39
材料微观分析技术的应用
8/12/2017 8:06 PM
40
整理
如何对材料进行表征？ 表征要有目的性，不是全部的表征都要做 要有选择的去表征，以节省资源和时间 表征要分顺序，有急缓之分 表征要跟合成和性能测试相结合 基本顺序是：先定物相、再定组成、然后是 形貌和结构分析。当然性能测试也可能放在 前面。
55
三、差示扫描量热法（DSC） 在程序控制温度下，测量输给试样与参比物的功 率差与温度之间关系的一种技术。 根据测量方法的不同，又分为功率补偿型DSC和 热流型DSC两种类型。 DSC主要特点：使用的温度范围 (-175℃-725℃) 比较宽，分辨能力高，灵敏度高。 应用范围：除不能测量腐蚀性材料外，DSC不仅 可以涵盖DTA的一般功能，而且还可定量测定各种热 力学参数，如热焓、熵和比热等。
51
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
加热炉， 试样， 参比物， 测温热电偶， 温差热电偶， 测温元件， 温控元件。
52
当试样发生任何物理或化学变化时，所释放或吸收的热量 使样品温度高于或低于参比物的温度，从而在相应的差热 曲线上得到放热或吸热峰。吸热峰向下，放热峰向上。
53
应用：
• 材料的鉴别和成分分析 • 材料相态结构的变化 • 材料的筛选 • 玻璃微晶化热处理 • 玻璃的析晶活化能的测定 • 聚合物热降解分析
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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 硅纳米线
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材料结构分析-直接法
化 学 性 质
晶粒尺寸 及分布
耐腐蚀性
杂质含量 结晶度分 子量及分 布 立体结构 晶体结构 空隙度
物 理 性 质
磁性质
光学性质
电学性质 重力性质
力 学 性 质
疲劳度 硬度 蠕变性
延伸性
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
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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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材料微观分析技术的选择
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3.材料微观分析技术的选择
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3.材料微观分析技术的选择
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3.材料结构分析-电子显微
特征X射线
阴极荧光
电 子 束 固体试样
俄歇电子
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DTG曲线的峰顶即失重速率的最大值，它与TG曲线的拐 点相对应，即样品失重在TG曲线形成的每一个拐点，在DTG 曲线上都有对应的峰。并且DTG曲线上的峰数目和TG曲线的 台阶数目相等。由于DTG曲线上的峰面积与样品的失重成正 比，因此可以从DTG的峰面积计算出样品的失重量。
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二、差热分析（DTA） 在程序控制温度下测定物质和参比物之间的温 度差和温度关系的一种热分析技术。 参比物： 在测定条件下不产生任何热效应的惰性物质。如 α-Al2O3、石英、硅油等。
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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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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
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差示扫描量热仪
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差示扫描量热测定时记录的谱图称之为DSC曲线， 其纵坐标是试样与参比物的功率差dH/dt，也称作热 流率，单位为毫瓦(mW)，代表试样放热或吸热的速度。 横坐标为温度(T)或时间(t)。
现代材料科学的发展在很大程度上依赖对材 料性能和其试
＝
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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分子结构与聚集态结构 (XRD、 IR、XPS、 ASS)
热性能 (TGA,DSC)
材料测试 与表征
二次电子 （SEM）
背散射电子（成份）
nA
相干散射电子
透射电子
吸收电子
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材料微观分析技术的应用
水晶 or 水晶玻璃？
真，假钻石？
可口可乐配方？
“勇气”号探测车的火星岩石分析？
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材料微观分析技术的应用
“勇气”号机械臂上的四大法 宝 1.岩石磨损工具 2. 显微成像仪 3. 穆斯堡尔分光光度计 4. 阿尔法粒子Ｘ射线分光计
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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
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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
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材料微观分析技术的应用
五次对称性镍钛准晶的高分辨电子显微像
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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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材料形貌分析