材料微观分析技术第二部分绪论讲解

1、7/16/2022材料微观分析技术第二部分 绪论讲解7/16/20221. 课程教学要求2. 阶段学习总结3. 材料微观分析技术绪论4. 课程教学内容5. 课程学习方法6. 考核与成绩7. 教学参考书目今日授课内容介绍7/16/20221. 课程教学要求材料微观分析技术是材料科学与工程学科专业学生的必修基础课之一通过本课程学习，使学生能够做到：1. 掌握常用材料微观分析方法的基本原理、过程 、装备、样品的制备和应用；2. 初步具有根据分析的目的，结合各种材料分析测试方法的特点和应用范围，正确选择分析测试方法的能力；7/16/20223. 看懂或会分析一般（典型、较简单）的测试结果（图谱与图象等

2、）；4. 可以与分析测试专业人员共同商讨有关材料分析研究的实验方案和分析较复杂的测试结果；5. 具备专业从事材料分析测试工作的初步基础，具备通过继续学习掌握材料分析新方法、新技术的自学能力。1. 课程教学要求7/16/20222.阶段学习总结材料测试方法的技术总结1.材料测试方法的概念与分类2.材料测试方法的三个基本要素已学习分析测试方法的总结1. X射线衍射分析2. 电子显微分析7/16/2022材料测试方法的概念与分类什么是材料测试方法？获取有关材料的组成，结构和性能等相关信息2.阶段学习总结材料测试材料分析材料表征7/16/2022材料测试方法的概念与分类2.阶段学习总结材料测试方法如何

3、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7/16/2022材料测试方法的概念与分类激发源（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）材料响应的传感与变换数据采集处理与组成，结构，性能等相关的某种响应2.阶段学习总结7/16/2022材料测试方法的概念与分类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；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。被动式（无激发源式材料测试方法）2.阶段学习总结7/

4、16/20222.阶段学习总结材料测试方法的主动式、被动式分类并非绝对微观尺度上，材料测试分析的主要目的是表征材料的组成和结构信息本课程材料微观分析技术主要学习主动式材料组成与结构的微观分析技术材料测试方法的概念与分类分类要点和课程内容7/16/20222.阶段学习总结亚微观，微米或亚微米尺度（相层次） 1. 组成分析（化学成分分析） 2. 形貌分析：物相种类、大小及排列方式微观，尺度（原子及原子组合层次） 1. 组成分析（化学成分分析） 2. 结构分析：原子排列方式与电子构型材料测试方法的概念与分类材料微观测试方法的分类7/16/2022材料测试方法的三个基本要素激发方式采用何种激发源，与何

5、种状态的材料相互作用响应类型和机理适用范围响应与材料的何种信息相关联2.阶段学习总结7/16/20222.阶段学习总结 X射线衍射分析 1. 单晶衍射法 2. 多晶衍射法 电子显微分析 1. 透射电子显微分析 2. 扫描电子显微分析 3. 电子衍射分析 4. 电子探针（电子能谱分析，电子探针 X射线显微分析）已学习分析测试方法的总结7/16/20222.阶段学习总结 【课堂练习】 根据材料测试方法的三个基本要素，列表总结已学习的各种材料分析测试方法。已学习分析测试方法的总结7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料就是用以制造有用物件的（凝聚态）物质材料的发明与使用是人类进步里程的重要标志

6、之一材料、信息与能源为当代文明的三大支柱材料与材料科学7/16/20223.材料微观分析技术绪论新材料、信息技术和生物技术是新技术革命的主要标志材料科学，一门多学科交叉的新兴学科材料科学工作者必须具有广泛而坚实的跨学科基础知识 材料与材料科学7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料研究的四个基本要素材料研究与微观分析技术合成与加工组成性能微结构7/16/20223.材料微观分析技术绪论传统的“炒菜”法材料研究与微观分析技术新材料开发方法材料设计发展方向7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料研究与微观分析技术所谓材料设计，就是根据对材料的组成、微结构与性能关系的认识（“炒菜”经验材

7、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。7/16/20223.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材料研究与微观分析技术7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的任务材料组成分析（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 尺度，原子及原子组合层次

8、结构7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料化学成分分析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元素组成分析方法7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料化学成分分析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、凝胶色谱化合物组成分析方法7/16/20223.材料微观分析技术绪论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7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料形貌分析昆虫标本（500倍）7/1

9、6/20223.材料微观分析技术绪论材料形貌分析螺旋形碳管（9，157倍）7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料形貌分析化学方法生长的ZnO纳米阵列（100，000倍）7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料形貌分析担载Pt金属颗粒的纳米碳粒子（400，000倍）7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料结构分析直接法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）7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料结构分析直接法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7/16/20223.

10、材料微观分析技术绪论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)110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7/16/20223.材料微观分析技术绪论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7/16/20223.材料微观分析技术绪论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7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料结构分析直接法采用高分辨电子显微分析等直接分析技术并不能有效、直观地反映材料的实际三维微观结构；高分辨电子显微结构像是直接反映晶体的原子分辨率的投

11、影结构，并不直接反映晶体结构。尽管借助模型法，通过对被测晶体拍摄一系列不同离焦条件的显微像，来分析测定材料的晶体结构，但若对被测晶体结构一无所知，则此方法法未必奏效。 7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料结构分析X射线衍射电子衍射中子衍射射线衍射穆斯堡尔谱扩展X射线吸收谱（EXAFS）热分析（差热、差动、热重）间接法7/16/20223.材料微观分析技术绪论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7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料结构分析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

12、晶系 的Ga2O3单晶间接法7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的选择所需探测材料的参数类型所需参数的精度要求所需参数的空间尺度：是整体统计性还是局域性的，是宏观尺度、亚微观尺度还是原子尺度。测试技术和设备自身具备的能力7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的选择7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的选择7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的选择7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用X射线衍射分析总结激发源X射线与固体物质作用相干散射衍射材料的微观结构分析方法单晶结构参数、应力和定向

13、的测试多晶的物相分析技术？7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用X射线衍射分析总结原子排列有序与否分为晶态和非晶态整体有序单晶材料局部有序多晶材料相：材料中具有同一聚集态、组成、结构和性质的均匀组成部分7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用X射线衍射分析总结相，可以分为化合物和固溶体两类相的排列方式亚微观形貌（结构）物相的定性分析特征X射线衍射 标准衍射卡片定量分析化合物组成分析7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用电子显微分析的总结固体试样电子束透射电子相干散射电子背散射电子二次电子俄歇电子阴极荧光特征X射线nA吸

14、收电子7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用电子显微分析的总结激发源电子束与固体物质作用透射电子透射电子显微分析形貌及显微结构分析吸收电子，二次电子，背散射电子扫描电子显微分析形貌分析7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用电子显微分析的总结相干散射电子衍射分析 显微结构分析激发被测物质中原子发出特种X射线 电子探针（电子能（波）谱分析，电子探针X射线显微分析） 显微化学分析 （Be或Li以上元素分析）7/16/20223.材料微观分析技术绪论7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用水晶 or 水晶玻璃？真，假钻石？可口

15、可乐配方？“勇气”号探测车的火星岩石分析？7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用7/16/20223.材料微观分析技术绪论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. 阿尔法粒子射线分光计7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用7/16/20223.材料微观分析技术绪论材料微观分析技术的应用7/16/20224.课程