功能无机材料 材料的表征ppt课件
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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，
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。
功能材料第一章功能材料概论PPT
焊接加工
通过熔融连接将两个材料连接在一起，适用于金 属材料的连接。
表面处理技术
表面涂层技术
通过涂覆一层或多层涂层来改变 材料表面的性质，以提高耐腐蚀 、抗氧化、耐磨等性能。
表面改性技术
通过物理或化学手段改变材料表 面的化学成分、晶体结构和表面 形貌等性质，以提高表面硬度、 降低摩擦系数等性能。
04
环保化
随着环保意识的提高，功能材料的生产和使用需要更加注 重环保，如使用可再生资源、降低能耗和排放等。
智能化
功能材料正朝着智能化方向发展，如智能材料、自适应材 料等，这些材料能够根据环境变化做出响应，具有很高的 应用价值。
复合化
多种材料的复合使用已成为一种趋势，通过不同材料的组 合，可以获得单一材料无法达到的综合性能。
未来发展方向
01
新材料研发
不断探索和研发新的功能材料，提 高其性能和应用范围。
环保化发展
注重功能材料的环保性能，推动其 可持续发展。
03
02
智能化发展
加强功能材料的智能化研究，开发 更多具有智能响应的材料。
复合化发展
加强多种材料的复合研究，获得更 多具有综合性能的材料。
04
THANKS
感谢观看
环保领域
总结词
功能材料在环保领域的应用主要涉及空气净化、水处理、土 壤修复等方面。
详细描述
功能材料如吸附剂、催化剂、光催化剂等，能够有效降低污 染物排放和提高环境质量，对于解决全球环境问题具有重要 意义。
05
功能材料的发展趋势与挑战
发展趋势
高性能化
随着科技的不断进步，对功能材料的性能要求也越来越高 ，如更高的强度、硬度、耐热性、耐腐蚀性等。
《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
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。
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
《功能材料概论》课件
功能材料与结构材料相对，后者主要关注材料的强度、硬度、耐久性等结构特性，而功能材料则更注重 材料的特殊功能和用途。
功能材料的特性包括电、磁、热、光、化学、生物等性质，这些性质在特定的外部刺激下会发生改变， 从而实现对外部环境的响应和调控。
分类
根据功能性质，功能材料可以分为电子 功能材料、磁功能材料、热功能材料、 光学功能材料、化学功能材料和生物功 能材料等。
功能材料在水力发电、海洋能利用等领域 应用广泛，如水轮机叶片材料、海洋能转 换材料等。
生物医学领域
生物医学领域概述
功能材料在生物医学领域中具有广泛的应用前景，涉及医疗器械、生 物医用材料、药物载体等多个方向。
医疗器械领域应用
功能材料在医疗器械制造中应用广泛，如人工关节、心脏起搏器等医 疗设备材料。
根据应用领域，功能材料可以分为能源领域 功能材料、环境领域功能材料、医疗领域功 能材料、信息领域功能材料等。
根据材料的组成和结构，功能材料 可以分为金属功能材料、无机非金 属功能材料、有机功能材料和高分 子功能材料等。
02 功能材料的特性与性能
特性
物理特性
功能材料通常具有独特的物理特性，如超导性、半导性、 磁性、光学性能等。这些特性使得功能材料在特定条件下 能够表现出与众不同的性质。
化学特性
功能材料的化学特性包括稳定性、抗氧化性、耐腐蚀性等 。这些特性决定了材料在各种环境下的稳定性和使用寿命 。
生物特性
某些功能材料具有生物相容性，可以用于生物医学领域， 如人工关节、牙齿等。这些材料需要与人体组织有良好的 相容性，以减少排斥反应。
性能
力学性能
功能材料的力学性能包括硬度、 强度、韧性等。这些性能决定了 材料在受力条件下的表现，对于 材料的加工和使用具有重要意义 。
功能材料的特性包括电、磁、热、光、化学、生物等性质，这些性质在特定的外部刺激下会发生改变， 从而实现对外部环境的响应和调控。
分类
根据功能性质，功能材料可以分为电子 功能材料、磁功能材料、热功能材料、 光学功能材料、化学功能材料和生物功 能材料等。
功能材料在水力发电、海洋能利用等领域 应用广泛，如水轮机叶片材料、海洋能转 换材料等。
生物医学领域
生物医学领域概述
功能材料在生物医学领域中具有广泛的应用前景，涉及医疗器械、生 物医用材料、药物载体等多个方向。
医疗器械领域应用
功能材料在医疗器械制造中应用广泛，如人工关节、心脏起搏器等医 疗设备材料。
根据应用领域，功能材料可以分为能源领域 功能材料、环境领域功能材料、医疗领域功 能材料、信息领域功能材料等。
根据材料的组成和结构，功能材料 可以分为金属功能材料、无机非金 属功能材料、有机功能材料和高分 子功能材料等。
02 功能材料的特性与性能
特性
物理特性
功能材料通常具有独特的物理特性，如超导性、半导性、 磁性、光学性能等。这些特性使得功能材料在特定条件下 能够表现出与众不同的性质。
化学特性
功能材料的化学特性包括稳定性、抗氧化性、耐腐蚀性等 。这些特性决定了材料在各种环境下的稳定性和使用寿命 。
生物特性
某些功能材料具有生物相容性，可以用于生物医学领域， 如人工关节、牙齿等。这些材料需要与人体组织有良好的 相容性，以减少排斥反应。
性能
力学性能
功能材料的力学性能包括硬度、 强度、韧性等。这些性能决定了 材料在受力条件下的表现，对于 材料的加工和使用具有重要意义 。
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
*
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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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
.
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
.
.
25
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材料微观分析技术的选择
.
26
7/31/2020 2:53 PM
.
23
7/31/2020 2:53 PM
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
.
24
7/31/2020 2:53 PM
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
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
.
9
7/31/2020 2:53 PM
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
结
构
固
和
有
成
性
分
质
使用性能
.
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
.
15
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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
.
16
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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）
第三章
材料的表征
讲授：赵宏滨
.
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
.
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。
.
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
.
4
7/31/2020 2:53 PM
分子结构与聚集态结构 (XRD、 IR、XPS、 ASS)
硅纳米线
.
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7/31/2020 2:53 PM
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
.
21
7/31/2020 2:53 PM
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
.
22
7/31/2020 2:53 PM
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）
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。
.
8
7/31/2020 2:53 PM
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
子（400，000倍）
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17
7/31/2020 2:53 PM
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）
.
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材料结构分析—结果
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
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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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）
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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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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