材料研究方法与实践_6
材料研究方法与实验-XRD 材料研究方法与实验
Hanawalt method: 按d值强度大小编排的数字索引
d值 相对强度值 （I/I0 :很强=100，强=80，中等=60，弱=40，很弱小于10）
JCPDS 粉末X 射线衍射数据汇编（PDF）是一种 索引类工具书。索引分为按字母顺序索引和d 值索引 两大类。
当波长在0.05~0.25nm之间与晶体中原子间 距相当时，在通过晶体时会发生衍射现象 X 射线波长范围： 10 ~ 110-3 nm
衍 射 产 生 与 晶 体 结 构
晶面指数 (h k l)
在a/b/c轴上的 截距值的倒数
布拉格定律的推导
2dsin=n n:衍射级数，2：衍射角，d:晶面距
字母顺序索引是按化合物英文名称第一个字母的顺 序排列的。字母索引有无机物名称索引、有机物名称 索引、矿物名称索引等。
d值索引是按各物质粉末衍射线d值大小排列的。 首先是以第一条衍射线d值大小分组，例如，以10.00 以上为一组，以8.00-9.99 为一组等。同一组中再按 第二个d值大小次序排列。每条索引都列出了按大小 次序排列的8个d值（相应与粉末衍射图中8条最强的 衍射线）
晶体
照相底片
X射线
X射线的衍射示意图
X射线 分析 技术
1. 光谱术：利用高能X射线束撞击物质时，会激发出 相应于物质中各元素的特征X射线，根据谱线的 波 长和强度，以测定其化学组成和含量的X射线 荧光 光谱术
2. 衍射术：由于X射线波长与晶体中的原子间距属同 一数量级，以X射线在晶态和非晶态物质中的衍 射 和散射效应来分析物质结构类型和不完整性
确定物相
位置、峰宽、强度（原子系数Z、晶体对称性，强度法（线形尖 锐），(b)切线法（线 形顶部平坦/两侧直线 性好），(c)半高宽中点 法（线形光滑、高度较 大时），(d)7/8高度法
材料研究方法 6 光谱分析
－吸收光谱的特征
(1）比较吸收光谱法 根据化合物吸收光谱的形状、吸收峰的数目、强度、位臵进行定性分 析 （2）计算max的经验规律
2）、定量分析
应用范围：无机化合物，测定主要在可见光区，大约可测定50多种元素 有机化合物，主要在紫外区 单组分物质的定量分析
测定条件： 选择合适的分析波长（λmax）
3）、 → * 跃迁
→ * 能量差较小 所需能量较低 吸收峰紫外区 ( 200nm左右)
不饱和基团（—C＝C—，—C ＝ O ）或体系共轭，E更小，λ更 大
4）、n → * 跃迁
含有杂原子的不饱和基团，如 -C=O，-CN 等的化合物， 在杂原子上有未成键的 n 电子，能级较高。激发 n 电子跃迁 到* ，即n → * 跃迁所需能量较小，λ 200~700nm（近紫 外区）
→ *
>
n→*
→*
> n→ *
200nm以下
150～250nm
200nm
200～700nm
2.紫外光谱中常用的光谱术语
1）、发色团和助色团
（1）生色团（发色团）：具有 轨道的不饱和官能团称为发色团 有机化合物：具有不饱和键和未成对电子的基团 具n 电子和π电子的基团 产生n→ π*跃迁和π→ π*跃迁 跃迁E较低
A 试样状态
B 溶剂极性
C. 诱导效应
羰基的伸缩振动频率
1715cm-1
<
1780cm-1
<
1827cm-1
<
1876cm-1
<
1942cm-1
吸电子基团通过诱导效应，将使基团振动向高频转移。
D. 共轭效应
碳碳双键的伸缩振动频率
(完整版)材料研究方法
材料研究方法（王培铭，许乾慰）第二章光学显微分析2什么是贝克线？此移动规律如何？有什么作用？贝克线：在轮廓附近可以看到一条比较明亮的细线，当升降镜筒时，亮线发生移动，这条较亮的细线称为贝克线。
提升镜筒，贝克线向折射率大的介质移动。
可以比较相邻两晶体折射率的相对大小3什么是晶体的糙面、突起、闪突起？决定晶体糙面和突起等级的因素是什么？在但偏光镜下观察晶体表面时，可发现某些晶体表面较为光滑，某些晶体表面显得粗糙呈麻点状，这种现象称为糙面；某些晶体显得高些某些晶体显得低平一些，这种现象称为突起；双折射率很大的晶体，在单偏光镜下，旋转物台，突起高低发生明显变化，这种现象称为闪突起因素是周围树胶折射率的不同引起的4什么叫干涉色？影响晶体干涉色的因素有那些？有七种单色光的明暗条纹相互叠加而形成的光程差相对应的特殊混合色，称为干涉色，他是有白光干涉而成。
第一是光程差第二是光片厚度第三是双折射率的大小11 如何提高光学显微镜分析的分辨能力？第一：波长更短的照明光源第二：选用折射率大的材料12 阐述光学显微分析用光片制备方法1 取样：取样应该具有代表性，不仅包括研究的对象而且包括研究的特殊条件2 镶嵌：对于一些形状特殊或尺寸细小而不宜握持的样品，需进行样品镶嵌。
3磨光：去除取样时引入的样品表层损伤，获得平整光滑的样品表面4抛光：去除细磨痕，以获得平滑无疵的镜面并去除样品表层，得以观察样品的显微组织 5浸蚀：清晰的看到样品的显微结构13分析近场光学显微分析的原理及与传统光学显微分析技术的异同原理：用纳米局域光源在纳米尺度的近场距离内照明样品，然后由光电接收器接受这些信号，再借助计算机才能把来自样品各点的局域光信号勾画出样品的图像。
异同：照明光源的尺度和照明方法：传统光学显微镜用扩展光源在远场照明样品，近场光学显微镜是用纳米局域光源在纳米尺度的近场距离内照明样品；成像方法：传统光学显微镜可以用肉眼或成像仪器直接观察或放大了的物体图像。
《材料研究方法》PPT课件
❖ a(cos co)s
❖ 当光程差等于波长的整数倍（ n ）时 ，在 角方向散射干涉加强。
即程差δ=0，从上式可以看出一层原子面上所有散射波干涉将会加强。与可见光 的反射定律相类似，Ⅹ射线从一层原子面呈镜面反射的方向，就是散射线干涉加 强的方向，因此，常将这种散射称从晶面反射。
布拉格定律的推证
a
z
x
2
c=,
a
x
y
2
正、倒点阵参数之间的关系
❖ 正点阵与倒点阵二者互为倒易的。
❖ 点阵参数之间的关系式 ❖ 书中P１４公式（１－２６）至（１－３１）
倒易点阵性质
❖ 根据定义在倒易点阵中,从倒易原点到任一倒易点的
矢量称倒易矢量ghkl ❖ g* hkl =hak blc
❖ 可以证明:
❖ 1. g*矢量的长度等于其对应晶面间距的倒数 g* hkl =1/dhkl ，其方向与晶面相垂直即 g* //N(晶面法
❖ 因此，将x射线的晶面反射称为选择反射，反射之所以有 选择性，是晶体内若干原子面反射线干涉的结果。
布拉格定律的讨论------
（2） 衍射的限制条件
❖ 由布拉格公式2dsinθ=nλ可知，sinθ=nλ/2d，因 sinθ<1，故nλ/2d <1。
材料力学的研究方法
材料力学的研究方法材料力学是研究材料在外力作用下的变形、破裂和失效行为的科学。
在材料力学的研究中，为了更好地理解材料的性能和行为，使用了多种研究方法。
本文将介绍十种关于材料力学的研究方法，并展开详细描述。
1. 实验方法：实验方法是研究材料力学的常用方法之一。
通过设计和实施一系列力学实验，可以获得材料的力学性能，如强度、刚度和延展性等。
实验方法可以通过应力-应变曲线、断裂断口形貌和剪切强度等参数来评价材料的力学性能。
2. 数值模拟方法：数值模拟方法是一种计算机辅助的研究方法，通过使用有限元分析等数值方法来模拟材料的力学行为。
数值模拟可以实现对复杂材料结构的力学行为进行建模和预测，从而帮助研究人员更好地理解材料的力学性能。
3. 微观力学方法：微观力学方法是通过研究材料的原子结构和晶体结构，揭示材料力学性能的方法。
这种方法可以通过原子尺度的模拟和理论计算来得到材料的力学性质，如弹性常数、断裂韧性和位错运动等。
4. 断裂力学方法：断裂力学研究材料的破裂行为和破裂机制。
通过对材料断裂过程中的应力场和应变场进行建模和分析，可以定量描述材料的断裂行为。
断裂力学方法对于材料的失效分析和工程设计具有重要的意义。
5. 动态力学方法：动态力学研究材料在高速冲击或爆炸载荷下的力学行为。
通过测量材料在高速冲击下的应力和应变，可以得到材料的高速应力应变曲线和冲击响应。
动态力学方法对于评估材料的抗冲击性能和安全性至关重要。
6. 细观力学方法：细观力学研究材料的微观结构对材料力学性能的影响。
通过对材料微观结构的观察和分析，可以揭示材料的晶界、孔隙和夹杂物等缺陷对材料力学性能的影响。
细观力学方法可以指导材料设计和加工工艺的优化。
7. 热力学方法：热力学方法是研究材料力学行为中能量变化和热力学平衡的方法。
通过分析材料在外力作用下的能量转化和热力学平衡，可以理解材料在不同温度和应力下的力学性能。
8. 表征方法：材料力学的表征方法用于定量描述材料的力学性能和行为。
材料研究实验报告
一、实验目的1. 了解材料研究的背景和意义；2. 掌握材料实验的基本方法和步骤；3. 培养实验操作技能和数据分析能力；4. 分析实验结果，为材料选择和应用提供依据。
二、实验原理材料研究是研究材料性能、结构、制备工艺及其应用的科学。
本实验主要研究材料的力学性能、热性能和化学性能，通过对实验数据的分析，为材料选择和应用提供参考。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：金属材料、陶瓷材料、高分子材料等；2. 实验仪器：万能试验机、热分析仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等。
四、实验步骤1. 材料准备：根据实验要求，选取合适的材料，并对其进行预处理，如切割、打磨、清洗等；2. 材料性能测试：按照实验要求，对材料进行力学性能、热性能和化学性能测试；3. 数据处理与分析：将实验数据进行分析，绘制曲线图，计算相关参数；4. 结果讨论：结合实验结果，对材料的性能进行评价，并提出改进建议。
五、实验结果与分析1. 材料力学性能测试实验选取了三种不同材料的试样进行拉伸实验，得到如下结果：材料A：抗拉强度为500MPa，断裂伸长率为10%；材料B：抗拉强度为700MPa，断裂伸长率为5%；材料C：抗拉强度为300MPa，断裂伸长率为15%。
分析：从实验结果可以看出，材料B的抗拉强度和断裂伸长率均优于材料A和材料C，说明材料B具有较高的力学性能。
2. 材料热性能测试实验选取了三种不同材料的试样进行热分析实验，得到如下结果：材料A：熔点为1200℃，热膨胀系数为10×10^-6/℃；材料B：熔点为1500℃，热膨胀系数为8×10^-6/℃；材料C：熔点为1000℃，热膨胀系数为12×10^-6/℃。
分析：从实验结果可以看出，材料B的熔点和热膨胀系数均优于材料A和材料C，说明材料B具有较高的热性能。
3. 材料化学性能测试实验选取了三种不同材料的试样进行化学性能测试，得到如下结果：材料A：耐腐蚀性良好，耐酸、碱、盐等；材料B：耐腐蚀性一般，耐酸、碱，不耐盐；材料C：耐腐蚀性较差，不耐酸、碱、盐等。
材料研究方法课后习题答案
材料研究方法课后习题答案第一章绪论1. 材料时如何分类的？材料的结构层次有哪些？答：材料按化学组成和结构分：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料材料的结构层次有：微观结构、亚微观结构、显微结构、宏观结构。
2.材料研究的主要任务和对象是什么？有哪些相应的研究方法？答：任务：研究、制造和合理使用各类材料。
研究对象：材料的组成、结构和性能。
研究方法：图像分析法、非图形分析法：衍射法、成分谱分析。
成分谱分析法：光谱、色谱、热谱等；光谱包括：紫外、红外、拉曼、荧光；色谱包括：气相、液相、凝胶色谱等；热谱包括：DSC、DTA等。
3.材料研究方法是如何分类的？如何理解现代研究方法的重要性？答：按研究仪器测试的信息形式分为图像分析法和非图形分析法；按工作原理，前者为显微术，后者为衍射法和成分谱分析。
重要性：1）理论：新材料的结构鉴定分析；2）实际应用需要：配方剖析、质量控制、事故分析等。
第二章光学显微分析1.区分晶体的颜色、多色性及吸收性，为何非均质体矿物晶体具有多色性？答：颜色：晶体对白光中七色光波选择吸收的结果。
多色性：由于光波和晶体中的振动方向不同，使晶体颜色发生改变的现象。
吸收性：颜色深浅发生改变的现象称为吸收性。
光波射入非均质矿物晶体时，振动方向是不同的，折射率也是不同的，因此体现了多色性。
2.什么是贝克线？其移动规律如何？有什么作用？答：在两个折射率不同的物质接触处，可以看到比较黑暗的边缘，称为晶体的轮廓。
在轮廓附近可以看到一条比较明亮的细线，当升降镜筒时，亮线发生移动，这条较亮的细线称为贝克线。
移动规律：提升镜筒，贝克线向折射率答的介质移动。
作用：根据贝克线的移动规律，比较相邻两晶体折射率的相对大小。
3.什么是晶体的糙面、突起、闪突起？决定晶体糙面和突起等级的因素是什么？答：糙面：在单偏光镜下观察晶体表面时，可发现某些晶体表面较为光滑，某些晶体表面显得粗糙呈麻点状，好像粗糙皮革一样这种现象称为糙面。
材料研究方法
材料研究方法综述温乐斐10103638复材1011 研究材料的意义物质的组成和结构取决于材料的制备和使用条件。
在材料制备和使用过程中，物质经历了一系列物理、化学或物理化学变化，因此材料的制备工艺和使用过程，特别是前者直接决定了材料的组成和结构，从而决定了材料的性能和使用效能。
正是由于制备工艺和使用过程的这种重要性，材料研究应着重于探索制备过程前后和使用过程中的物质变化规律，也就是在此基础上探明材料的组成（结构）、合成（工艺流程）、性能和效能及其相互关系，或者说找出经过一定工艺流程获得的材料的组成（结构）对于材料性能与用途的影响规律，以达到对材料优化设计的目的，从而将经验性工艺逐步纳入材料科学和工程的轨道。
研究方法从广义上来讲，包括技术路线、实验技术、数据分析等。
具体来说，就是在充分了解研究对象所处的现状的基础上，根据具体目标，详细制定研究内容、工作步骤以及所采用的实验手段，并将试验获得的数据进行数学分析和处理，最后得出规律或建立数学模型。
从狭义上来讲，研究方法就是某一种测试方法，如X射线衍射分析、电子显微术、红外光谱分析等，包括实验数据（信息）获取和分析。
因为每一种实验方法均需要一定的仪器，所以说研究方法指测试材料组成和结构的仪器方法。
材料的组成和结构的测试方法有多种，应根据不同的应用场合进行合适的选择。
2 材料的结构和层次结构是指材料系统内各组成单元之间的相互联系和相互作用方式。
材料的结构从存在形式来讲，有晶体结构、非晶体结构、孔结构及它们不同形式且错综复杂的组合或复合；而从尺度上来讲，又分为微观结构、亚微观结构、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。
结构层次大体上是按观察用具或设备的分辨率范围来划分的，如宏观与显微结构的划分以人眼的分辨率为界，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，亚显微结构和微观显微结构的分解相当于普通扫描电子显微镜的分辨率。
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思维方法与创新
一、创新思维方法
创新思维主要形式
思维的发散与聚合 思维的求同与求异 思维的逆向、迂回与重组
思维方法与创新
一、创新思维方法
思维的发散
➢多角度、多方向、举一反三思考问题 ➢使思维具有最充分的开放性、灵活性与多样性
用四条直线把所有九个点连 接起来，不能移动任何点，连线 必须一笔完成，连线画完前笔不 能离开纸面。
思维的求同
➢从世界本质看，简洁、对称、守恒与美，是物质世界共同的 本质特征
思维方法与创新
一、创新思维方法
思维的求同
➢从科学和艺术的关系看，本质上是相通的，具有很多可以求 同的性质
列奥纳多·达·芬奇
思维方法与创新
一、创新思维方法
思维的求同
➢从思维本身看，思维的几种逻辑形式也都是求同的
演绎论证结论所指的个别事物，具有大前提中同类事物的共同属性 归纳说明同类事物全体都具有的某种共同属性 类比说明两个或两类事物都具有某种共同属性
创新科学研究领域 综合学科；交叉学科；边缘学科
创新策略方法
人无我有；人有我优；人优我变
思维方法与创新
一、创新思维方法
思维的求同
➢寻求事物的联系与共性等相同之处的思维方式 ➢反映了思维的综合，概括，归纳与演绎功能及整合性目标 消极的机械求同 只求思想符合某个常规及现成的结论 积极的创造性求同 创新知识，创新理论
一、创新思维方法
思维的逆向
➢思维逆向可以变废为宝，化腐朽为神奇
思维方法与创新一、创新思源自方法思维的逆向➢思维逆向能引出新问题，拓展新领域
保罗·狄拉克
思维方法与创新
一、创新思维方法
思维的迂回
➢指转换思维方向，从侧面来思考问题 ➢是一种转换与变化的思维方式，反映了思维的变通性
思维的重组
➢指按新的思路与功能目标，把已有经验组合成新事物 ➢反映了思维的变通性和创造性
思维方法与创新
一、创新思维方法
思维的逆向
➢指从传统思维的相反方向思考问题 ➢正向思维中无法解决的难题，往往反过来有出奇不意的结果
思维方法与创新
一、创新思维方法
思维的逆向
➢思维逆向可以产生新思想，创造新方法
思维方法与创新
一、创新思维方法
思维的逆向
➢思维逆向可以认识新现象，发现新事物
思维方法与创新
思维方法与创新
一、创新思维方法
思维的求异
➢寻求事物的区别与个性等特异之处的思维方式 ➢反映了思维的非常规路线与特异性目标 ➢求异就是寻求不同点，就是反常规，就是革新与创造
思维方法与创新
一、创新思维方法
思维的求异
创新思想观念
光的波粒二像性；非对称战略思想
创新科学方法与手段 光谱分析；射电望远镜；卫星遥感测量
思维方法与创新
一、创新思维方法
思维的求同
➢从理论的综合发展看，求同能够形成重大的思想总结与创造
开普勒行星运 动三大定律
伽利略自由落 体与惯性定律
牛顿万有引力 定律
物理学历史第 一次大综合
奥斯特发现电 转化磁
法拉第发现磁 转化电
麦克斯韦建立 电磁方程组
物理学历史第 二次大综合
思维方法与创新
一、创新思维方法
思维方法与创新
一、创新思维方法
思维的发散
幅度宽 活性大 路径奇 变数多
思维方法与创新
一、创新思维方法
思维的聚合
➢集中一个方向，凝聚一个焦点，围绕一个中心目标 ➢使思维具有最充分的集中性、指向性、明确性与深刻性
思维方法与创新
一、创新思维方法
发散与聚合的关系
➢互相联系，对立统一，是一个思维问题的两个方面 ➢发散离开了聚合，思维就没有了目标和原点 ➢聚合离开了发散，思维就没有了素材和依据
科学研究方法论
作业
在平常的生活与学习中，总会遇到各种问题，请 选择你认为最能体现自己运用创新思维来顺利解决问 题的某个实例，谈一谈你的思维过程，以及对未来遇 到其他问题时该如何灵活运用创新思维方法寻求解决 方案。
科学研究方法论
第六课 结束