材料分析测试方法——绪论精讲课件

1、材料分析测试方法材料分析测试方法绪绪 论论n1、开设本课程的作用、地位开设本课程的作用、地位n2、材料分析测试方法的概念、分类材料分析测试方法的概念、分类n3、分析测试方法的主要应用分析测试方法的主要应用n4、本课程的学习内容本课程的学习内容n5、课程学习要求、参考书课程学习要求、参考书绪绪 论论n材料科学是研究材料的成份、组织结构、制材料科学是研究材料的成份、组织结构、制备工艺与材料性能及应用之间相互关系的科备工艺与材料性能及应用之间相互关系的科学。学。n材料分析测试方法的重要性材料分析测试方法的重要性分析测试方法分析测试方法应应 用用组织、结构组织、结构成成分分+材料性能材料性能绪绪 论论

2、绪绪 论论不同材料不同材料实际应实际应 用用分析测试方法分析测试方法概概 念念材料分析测试方法材料分析测试方法关于材料成分、结关于材料成分、结构、微观形貌与缺陷等的分析、测试技术及构、微观形貌与缺陷等的分析、测试技术及其有关理论基础。其有关理论基础。绪绪 论论绪绪 论论n 分类分类n 基于基于电磁辐射及运动电子束和物质相互作电磁辐射及运动电子束和物质相互作用的各种性质用的各种性质建立的分析方法，大体可分为建立的分析方法，大体可分为四大类：四大类：衍射分析、光谱分析、能谱分析和衍射分析、光谱分析、能谱分析和电子显微分析电子显微分析。 光谱分析光谱分析是以是以材料成分分析材料成分分析为基本目的的为

3、基本目的的分析方法，包括各种吸收光谱分析方法、发射光谱分析方法，包括各种吸收光谱分析方法、发射光谱分析方法和散射光谱（拉曼散射谱）分析方法。分析方法和散射光谱（拉曼散射谱）分析方法。 衍射分析衍射分析是以是以材料相结构分析材料相结构分析为基本目的为基本目的的分析方法，包括的分析方法，包括X射线衍射分析射线衍射分析（如（如XRD）、）、电电子衍射分析子衍射分析（如（如TEM）和中子衍射分析等。）和中子衍射分析等。绪绪 论论n 能谱分析能谱分析是以是以材料成分分析材料成分分析为基本目的的为基本目的的分析方法，包括分析方法，包括光电子能谱（如光电子能谱（如XPS）、俄歇电子、俄歇电子能谱、离子中和谱

4、和电子能量损失谱。能谱、离子中和谱和电子能量损失谱。n 电子显微分析电子显微分析是以是以材料微观形貌、结构与材料微观形貌、结构与成分分析为基本目的成分分析为基本目的。其中的一些分析方法也可归。其中的一些分析方法也可归于光谱分析（如电子探针）、能谱分析（如电子激于光谱分析（如电子探针）、能谱分析（如电子激发俄歇能谱）和衍射分析（如电子衍射）等范畴。发俄歇能谱）和衍射分析（如电子衍射）等范畴。透射电子显微镜分析透射电子显微镜分析（TEM）和扫描电子显微分析）和扫描电子显微分析（SEM）及电子探针分析（）及电子探针分析（EPA）是基本的电子显是基本的电子显微分析方法。微分析方法。绪绪 论论n主要应用

5、主要应用1、化学成分和价键（电子）结构化学成分和价键（电子）结构包括包括宏观和微区化学成分（不同相的成分、基体与析出宏观和微区化学成分（不同相的成分、基体与析出相的成分）、同种元素的不同价键类型和化学环境相的成分）、同种元素的不同价键类型和化学环境电子能谱电子能谱光谱分析光谱分析绪绪 论论2、晶体的相结构晶体的相结构包括各种相的结构（即包括各种相的结构（即晶晶体结构类型和晶格常数体结构类型和晶格常数）、相组成、各种相的尺寸）、相组成、各种相的尺寸与形态、含量与分布、位向关系（新相与母相、孪与形态、含量与分布、位向关系（新相与母相、孪生相）、晶体缺陷（点缺陷、位错、层错）、夹杂生相）、晶体缺陷（

6、点缺陷、位错、层错）、夹杂物物衍射分析衍射分析XRD、电子衍射、电子衍射绪绪 论论3、表面和内部组织形貌表面和内部组织形貌包括材料的外包括材料的外观形貌（如纳米线、断口、裂纹等）、晶粒大小观形貌（如纳米线、断口、裂纹等）、晶粒大小与形态、界面（表面、相界、晶界）与形态、界面（表面、相界、晶界）电子显微分析电子显微分析TEM、SEM等等绪绪 论论4、有机物的分子结构有机物的分子结构包括高分子链的包括高分子链的局部结构（官能团、化学键）、构型序列分布、局部结构（官能团、化学键）、构型序列分布、共聚物的组成等共聚物的组成等光谱分析光谱分析绪绪 论论用用 途途分析方法分析方法化学成分和价键（电子）化学

7、成分和价键（电子）结构结构电子能谱、光谱分析电子能谱、光谱分析晶体的相结构晶体的相结构衍射分析方法衍射分析方法表面和内部组织形貌表面和内部组织形貌电子显微分析电子显微分析有机物的分子结构有机物的分子结构光谱分析光谱分析绪绪 论论返回返回 绪绪 论论n课程内容：课程内容：n1、X射线衍射方法（射线衍射方法（XRD）：涵盖第一、：涵盖第一、第二、第三、第四章的内容。第二、第三、第四章的内容。n2、电子显微分析电子显微分析：涵盖透射电子显微镜（：涵盖透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（）、扫描电子显微镜（SEM）、电子）、电子探针（探针（EPMA），第五、第六、第七、第八），第五、第六、第七、

8、第八章的内容。章的内容。n3、其他分析方法简介其他分析方法简介：X射线光电子能谱射线光电子能谱（XPS）n学习要点学习要点3个个“？”n？是什么是什么分析方法的分析方法的含义含义n？为什么为什么分析方法的分析方法的原理原理（技术基础）（技术基础）n？做什么做什么分析方法的分析方法的应用应用n参考书参考书n（1）材料现代分析方法材料现代分析方法，北京工业大学出版社，左，北京工业大学出版社，左演声、陈文哲主编；演声、陈文哲主编；n（2）材料分析方法材料分析方法，机械工业出版社，周玉主编；，机械工业出版社，周玉主编；n（3）材料分析方法材料分析方法，天津大学出版社，杜希文、原，天津大学出版社，杜希文

9、、原续波主编。续波主编。分析方法分析方法基本分析项目基本分析项目衍射仪法衍射仪法（XRD）物相定量分析、物相定性分析，点阵常数测物相定量分析、物相定性分析，点阵常数测定，一、二、三类应力测定，晶粒度测定，定，一、二、三类应力测定，晶粒度测定，织构测定，单晶定向，非晶态结构分析织构测定，单晶定向，非晶态结构分析照相法照相法物相定性分析，点阵常数测定，丝织构测定物相定性分析，点阵常数测定，丝织构测定劳埃法劳埃法单晶定向，晶体对称性测定单晶定向，晶体对称性测定四周衍射仪法四周衍射仪法 单晶结构分析，晶体学研究，化学键测定单晶结构分析，晶体学研究，化学键测定方法方法基本分析项目与应用举例基本分析项目与

10、应用举例高能电子衍射分析高能电子衍射分析（如（如TEM）微区晶体结构分析与物相鉴定，晶体取微区晶体结构分析与物相鉴定，晶体取向分析，晶体缺陷分析向分析，晶体缺陷分析低能电子衍射分析低能电子衍射分析表面（表面（1-5个原子层）结构分析，表面吸个原子层）结构分析，表面吸附现象分析，表面缺陷分析附现象分析，表面缺陷分析反射式高能电子衍反射式高能电子衍射分析射分析表面结构分析，表面缺陷分析，表面原表面结构分析，表面缺陷分析，表面原子逐层生长过程分析子逐层生长过程分析典型应用；典型应用；RHEED监控人造超晶格材料监控人造超晶格材料的生长的生长分析方法分析方法基本分析项目与应用基本分析项目与应用应用特点

11、应用特点原子发射光谱分析原子发射光谱分析元素定性分析、半定量分析与元素定性分析、半定量分析与定量分析定量分析灵敏度高，准确度较高；样灵敏度高，准确度较高；样品用量少；可对样品作全元品用量少；可对样品作全元素分析，分析速度快素分析，分析速度快原子吸收光谱分析原子吸收光谱分析元素定量分析元素定量分析灵敏度很高，准确度较高；灵敏度很高，准确度较高；不能作定性分析，不便于作不能作定性分析，不便于作单元素测定；仪器设备简单，单元素测定；仪器设备简单，操作方便，分析速度快操作方便，分析速度快原子荧光光谱分析原子荧光光谱分析元素定量分析元素定量分析灵敏度高灵敏度高X X射线荧光光谱分析射线荧光光谱分析元素定

12、性分析、半定量分析与元素定性分析、半定量分析与定量分析定量分析紫外、可见吸收光紫外、可见吸收光谱分析谱分析结构定性分析；有机化合物构结构定性分析；有机化合物构型和构象的测定；组分定量分型和构象的测定；组分定量分析；化学和物理数据测定析；化学和物理数据测定下续下续分析方法分析方法基本分析项目与应用基本分析项目与应用应用特点应用特点红外吸收光谱分析红外吸收光谱分析未知物定性分析；未知物结未知物定性分析；未知物结构分析；定量分析；反应机构分析；定量分析；反应机理研究理研究灵敏度高灵敏度高分子荧光光谱分析分子荧光光谱分析荧光物质定量分析；芳香族荧光物质定量分析；芳香族有机化合物分子结构分析有机化合物分

13、子结构分析核磁共振波谱分析核磁共振波谱分析定性分析；定量分析；相对定性分析；定量分析；相对分子质量的测定；化学键性分子质量的测定；化学键性质分析质分析激光拉曼光谱分析激光拉曼光谱分析定性分析；分子结构分析；定性分析；分子结构分析；高聚物研究高聚物研究续上表续上表方法或仪器名称方法或仪器名称基本应用基本应用透射电镜透射电镜TEM形貌分析；结构分析；成分分析形貌分析；结构分析；成分分析扫描电镜扫描电镜SEM形貌分析；结构分析；成分分析；断裂过程动态研究形貌分析；结构分析；成分分析；断裂过程动态研究电子探针电子探针EPA成分（元素）分析；固体表面结构与表面化学分析成分（元素）分析；固体表面结构与表面

14、化学分析原子探针原子探针场离场离子显微镜子显微镜AP-FIM形貌分析（直接观察原子排列组态，即结构像、晶体缺陷像形貌分析（直接观察原子排列组态，即结构像、晶体缺陷像等）；表面缺陷、表面重构、扩散等；确定单个原子种类；元等）；表面缺陷、表面重构、扩散等；确定单个原子种类；元素分布研究素分布研究扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜STM表面形貌与结构分析（表面原子三维轮廓）；表面力学性能、表面形貌与结构分析（表面原子三维轮廓）；表面力学性能、表面物理与化学研究；表面物理与化学研究；原子力显微镜原子力显微镜AFM表面形貌与结构分析（接近原子分辨率）表面形貌与结构分析（接近原子分辨率） ；表面原子间力与表；表面原子间力与表面力学性质的测定面力学性质的测定分析测试方法分析测试方法现代普通光学显微镜现代普通光学显微镜胡克光学显微镜胡克光学显微镜分析测试方法分析测试方法200kV场发射透射场发射透射电子显微镜型号：电子显微镜型号：JEM-2100F （徕卡）（徕卡）Leica DM系列金相显微镜系列金相显微镜分析测试方法分析测试方法n美国国家能源研究中心美国国家能源研究中心TEAM0.5n人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，n明辨是非的能力。明辨是非的能力。n所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，n古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金