功能无机材料精 材料的表征PPT课件.ppt

第三章第三章材料的表征材料的表征讲授：赵宏滨1. 材料的结构表征材料的结构表征热分析的分类与应用热分析的分类与应用形貌分析形貌分析表面分析表面分析 复习内容复习内容结构分析结构分析2.制备制备表征表征设计设计材料研究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的重要依据成分分析成分分析结构测定结构测定形貌观察形貌观察3.4/10/2022 4:46 AM什么是材料测试方法？什么是材料测试方法？获取有关材料的组成，结构获取有关材料的组成，结构和性能等相关信息和性能等相关信息材料结构与材料性能的关系材料结构与材料性能的关系材料测试材料测试材料分析材料分析材料表征材料表征 现代材料科学的发展在很大程度上依赖对材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料性能和其成分结构及微观组织关系的理解4.分子结构与聚集态结构分子结构与聚集态结构(XRD、 IR、XPS、ASS)材料测试材料测试与表征与表征表面与界面表面与界面(SEM、TEM、AFMSPM)力学、流变性能力学、流变性能 万能材料试验机万能材料试验机冲击试验机，流变仪冲击试验机，流变仪热性能热性能(TGA,DSC)5.4/10/2022 4:46 AM材料测试方法的概念与分类材料测试方法的概念与分类材料测试方法如何分类？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从技术上讲，材料测试方法可以分成两类：主动式和被动式成两类：主动式和被动式6.4/10/2022 4:46 AM激发源激发源（电磁波，粒子束，电场，磁场，热，力等）（电磁波，粒子束，电场，磁场，热，力等）主动式（含激发源式材料测试方法）主动式（含激发源式材料测试方法）材料材料响应的传感与变换响应的传感与变换数据采数据采集处理集处理与组成，结构，性能与组成，结构，性能等相关的某种响应等相关的某种响应材料测试方法的概念与分类材料测试方法的概念与分类7.4/10/2022 4:46 AMA.直接获得有关材料物理、化学性能等固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）有信息，如尺寸大小、状态、重（质）量、颜色、形状、运动情况等等；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。

分析法、原子力显微分析等被动式（无激发源式材料测试方法）被动式（无激发源式材料测试方法）材料测试方法的概念与分类材料测试方法的概念与分类8.4/10/2022 4:46 AM材料微观分析技术绪论材料微观分析技术绪论宏观上的性能测试和微观上的组成与结构表征，这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表征的技术水平材料研究与微观分析技术材料研究与微观分析技术9.4/10/2022 4:46 AM回顾材料研究的四大要素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能和其成分结构及微观组织关系的理解合成与加工合成与加工固固有有性性质质使用性能使用性能结结构构和和成成分分10.4/10/2022 4:46 AM材料的性质材料的性质物物理理性性质质力力学学性性质质化化学学性性质质化学组成化学组成微观结构微观结构相结构相结构晶粒尺寸晶粒尺寸及分布及分布耐腐蚀性耐腐蚀性杂质含量杂质含量结晶度分结晶度分子量及分子量及分布布立体结构立体结构晶体结构晶体结构空隙度空隙度熔点熔点热性质热性质磁性质磁性质光学性质光学性质电学性质电学性质重力性质重力性质拉伸性拉伸性韧性韧性延展性延展性疲劳度疲劳度硬度硬度蠕变性蠕变性延伸性延伸性抗冲击性抗冲击性压缩性压缩性动态力学性质动态力学性质模量模量11.4/10/2022 4:46 AM结构与性能的关系结构与性能的关系传统的传统的“炒菜炒菜”法法电子结构，原子结构和化学键决定了材料的固有性质电子结构，原子结构和化学键决定了材料的固有性质新材料新材料开发方法开发方法材料设计材料设计发展方向发展方向所谓材料设计，就是根据对材料的组成、微结构与性能关系所谓材料设计，就是根据对材料的组成、微结构与性能关系的认识的认识（“炒菜炒菜”经验材料微观分析）经验材料微观分析），按指定性能，按指定性能“定定做做”新材料，按生产要求新材料，按生产要求“设计设计”最佳的制备和加工方法最佳的制备和加工方法。

12.4/10/2022 4:46 AM材料结构表征的基本方法材料结构表征的基本方法材料结构的表征目的材料结构的表征目的:成分分析成分分析, 结构测定和形貌观察结构测定和形貌观察材料组成分析（材料组成分析（化学成分分析化学成分分析） 1. 元素组成元素组成 2. 化合物组成化合物组成材料亚微观结构分析（材料亚微观结构分析（形貌分析形貌分析） 微米或亚微米尺度，相层次结构微米或亚微米尺度，相层次结构材料微观材料微观结构分析结构分析 0.1nm尺度，原子及原子组合层次结构尺度，原子及原子组合层次结构13.4/10/2022 4:46 AM材料化学成分分析材料化学成分分析1元素组成分析方法元素组成分析方法传统的化学分析技术传统的化学分析技术电子探针电子探针X射线能谱显微分析射线能谱显微分析原子光谱（吸收、发射、荧光）原子光谱（吸收、发射、荧光）质谱与二次离子质谱质谱与二次离子质谱核磁共振核磁共振电子自旋共振电子自旋共振光电子与俄歇电子能谱光电子与俄歇电子能谱14.4/10/2022 4:46 AM材料化学成分分析材料化学成分分析2化合物组成分析方法化合物组成分析方法传统的化学分析技术传统的化学分析技术分子吸收光谱（紫外分子吸收光谱（紫外可见吸收光谱）可见吸收光谱）分子振动光谱（红外、拉曼光谱）分子振动光谱（红外、拉曼光谱）分子发射光谱（荧光光谱）分子发射光谱（荧光光谱）气相、液相、凝胶色谱气相、液相、凝胶色谱15.4/10/2022 4:46 AM材料形貌分析材料形貌分析光学显微镜光学显微镜光学干涉仪光学干涉仪激光散射谱激光散射谱扫描电子显微镜扫描电子显微镜透射电子显微镜透射电子显微镜16.4/10/2022 4:46 AM形貌分析的图例形貌分析的图例昆虫标本（昆虫标本（500倍）倍）螺旋形碳管（螺旋形碳管（9，157倍）倍）化学方法生长的化学方法生长的ZnO纳米阵列纳米阵列（100，000倍）倍）担载担载Pt金属颗粒的纳米碳粒金属颗粒的纳米碳粒子（子（400，000倍）倍）17.4/10/2022 4:46 AM材料结构分析材料结构分析高分辨透射电子显微镜高分辨透射电子显微镜（HTEM）场离子显微镜（场离子显微镜（FIM） 扫描隧道显微镜（扫描隧道显微镜（STM） 原子力显微镜（原子力显微镜（SFM）X射线衍射分析（射线衍射分析（XRD）小角小角X射线衍射分析（射线衍射分析（SAXS）18.4/10/2022 4:46 AM材料结构分析材料结构分析结果结果硅纳米线的不同形貌硅纳米线的不同形貌(a)呈直线或弯曲状态，呈直线或弯曲状态，(b)呈螺旋结构，呈螺旋结构，(c)呈辫子结构呈辫子结构19.4/10/2022 4:46 AM材料结构分析材料结构分析- -直接法直接法硅纳米线的显微结构硅纳米线的显微结构高分辨电子显微像高分辨电子显微像（HTEM）(a)111带轴的硅纳米线的单晶带轴的硅纳米线的单晶结构，它的生长方向为结构，它的生长方向为112(b)存在高阶孪晶的硅纳米线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具有堆垛层错和孪晶等缺陷的硅纳米线硅纳米线20.4/10/2022 4:46 AM材料结构分析材料结构分析- -直接法直接法五次对称性镍钛准晶的高分辨电子显微像五次对称性镍钛准晶的高分辨电子显微像21.4/10/2022 4:46 AM材料结构分析材料结构分析- -直接法直接法扫描隧道显微分析拍摄的硅片上的单个原子图像扫描隧道显微分析拍摄的硅片上的单个原子图像22.4/10/2022 4:46 AM材料结构分析材料结构分析- -间接法间接法材料结构分析材料结构分析X射线衍射射线衍射电子衍射电子衍射中子衍射中子衍射射线衍射射线衍射穆斯堡尔谱穆斯堡尔谱扩展扩展X射线吸收谱（射线吸收谱（EXAFS）热分析（热分析（TG、TA、DSC）23.4/10/2022 4:46 AM材料结构分析材料结构分析- -间接法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24.4/10/2022 4:46 AM材料结构分析材料结构分析- -间接法间接法CVDCVD方法制备的氧化镓纳米带（方法制备的氧化镓纳米带（A A）与纳米片（）与纳米片（B B）的透射电镜）的透射电镜与选区电子衍射分析与选区电子衍射分析 电子衍射证实了这些纳米相为电子衍射证实了这些纳米相为单斜晶系单斜晶系 的的Ga2O3单晶单晶25.4/10/2022 4:46 AM材料微观分析技术的选择材料微观分析技术的选择26.4/10/2022 4:46 AM3.3.材料微观分析技术的选择材料微观分析技术的选择27.4/10/2022 4:46 AM3.3.材料微观分析技术的选择材料微观分析技术的选择28.4/10/2022 4:46 AM3.3.材料结构分析材料结构分析- -电子显微电子显微固体试样固体试样电电子子束束透射电子透射电子相干散射电子相干散射电子背散射电子（成份）背散射电子（成份）二次电子二次电子（SEM）俄歇电子俄歇电子阴极荧光阴极荧光特征特征X射线射线nA吸收电子吸收电子29.4/10/2022 4:46 AM材料微观分析技术的应用材料微观分析技术的应用水晶水晶 or 水晶玻璃？水晶玻璃？真，假钻石？真，假钻石？可口可乐配方？可口可乐配方？“勇气勇气”号探测车的火星岩石分析号探测车的火星岩石分析？30.4/10/2022 4:46 AM材料微观分析技术的应用材料微观分析技术的应用“勇气勇气”号号机械臂上的四大法宝机械臂上的四大法宝1.岩石磨损工具岩石磨损工具2. 显微成像仪显微成像仪3. 穆斯堡尔分光光度计穆斯堡尔分光光度计4. 阿尔法粒子射线分光计阿尔法粒子射线分光计31.4/10/2022 4:46 AM材料微观分析技术的应用材料微观分析技术的应用32.4/10/2022 4:46 AM材料微观分析技术的应用材料微观分析技术的应用33.4/10/2022 4:46 AM材料微观分析技术的应用材料微观分析技术的应用34.4/10/2022 4:46 AM材料微观分析技术的应用材料微观分析技术的应用35.4/10/2022 4:46 AM材料微观分析技术的应用材料微观分析技术的应用36.4/10/2022 4:46 AM材料微观分析技术的应用材料微观分析技术的应用37.4/10/2022 4:46 AM材料微观分析技术的应用材料微观分析技术的应用38.4/10/2022 4:46 AM材料微观分析技术的应用材料微观分析技术的应用39.4/10/2022 4:46 AM材料微观分析技术的应用材料微观分析技术的应用40.整理o如何对材料进行表征？o表。