湘潭大学材料分析课件之0绪论

材料分析测试技术湘潭大学材料与光电物理学院MaterialsCharacterization龚伦军电话电邮：ljgong@材料与光电物理学院第二教学楼322室黄仁料与光电物理学院研究生研一2023/2/43绪论材料，材料科学与工程；《材料分析测试技术》开设的意义；材料分析测试技术的主要内容；本课程的学习主要参考书目。2023/2/44材料2023/2/45材料按物态划分：气态、液态和固态。按组成和结合健性质：金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料。材料的功能：结构材料、功能材料。按使用领域：建筑材料、电子材料、医用材料、仪表材料、能源材料等。2023/2/46

价键四面体材料2023/2/47金属材料2023/2/48黑色金属(钢和铸铁)钢：碳素钢和合金钢(按成分)；普通钢、优质钢和高级优质钢(按品质)；平炉钢、转炉钢、电炉钢和奥氏体钢(按冶炼法)；结构钢、工具钢、特殊钢及专用钢(按用途)。

铸铁：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。

有色金属(非铁材料)轻金属(密度﹤5)、重金属(密度﹥5)、贵金属、类金属和稀有金属，如A1、Cu、Zn、Sn、Pb、Mg、Ni、Ti及其合金。在工程上占有重要地位。金属材料2023/2/49金属材料结合键为金属键；熔点较高；具有金属光泽；范性、展性、延性大；强度较高；结构中存在自由电子，导热和导电性好；在空气中易被氧化。金属材料的基本属性：2023/2/410高分子材料2023/2/411高分子材料以C、H、N、O元素为基础，由大量结构相同的小单元聚合组成，分子量大，并在某一范围内变化。一般分为天然和合成的两类；按使用性质：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等；按链结构：碳链、杂链、元素高聚物；按热性质：热塑性、热固性及热稳定性高聚物；按用途：结构材料、电绝缘材料、耐高温材料、导电高分子、

高分子建筑材料、生物医用高分子材料、高分子催化剂、包装材料等。塑料是重要的高分子材料。高分子材料2023/2/412高分子材料的基本属性高分子材料结合健主要为共价健，部分范德华键；分子量大，无明显的熔点，有玻璃化转变温度、粘流温度；力学状态有玻璃态、高弹态和粘流态；强度较高；质量轻；良好的绝缘性；优越的化学稳定性。2023/2/413无机非金属材料2023/2/414无机非金属材料主要包括晶体、陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。按性能和用途：传统陶瓷和特种陶瓷。特种陶瓷也称精细陶瓷(FineCeramics)

高技术陶瓷(HighTechnicalCeramics)

先进陶瓷(AdvancedCeramics)特种陶瓷是以人工合成化合物为原料制备，用于技术和工程领域，如电子信息、能源、机械、化工、动力、生物、航天航空和其它高新技术领域。2023/2/415无机非金属材料无机非金属材料的基本属性化学健主要是离于键、共价健以及它们的混合键；硬而脆、韧性低、抗压不抗拉、对缺陷敏感；熔点高，具有优良的耐高温和化学稳定性；一般自由电子数目少、导热性和导电性较小；耐化学腐蚀性好；耐磨损。2023/2/416材料科学是从事对材料本质的发现、分析、认识、设计及控制方面的理论体系。其目的在于揭示材料的行为，给予材料属性的描述或建立模型，以及解释组成结构与性能间的联系。材料科学与工程2023/2/417

材料科学与工程的内涵材料科学与工程效能，使用性能成份组织结构性质理论及材料与工艺设计合成/制备受环境影响(气氛、温度和受力状态等)2023/2/418高温烧成多晶材料：陶瓷、水泥等直拉法、区熔法单晶材料：单晶硅、SiO2压电单晶等高温熔制玻璃材料：平板玻璃、通信光纤等低温湿化学合成纳米氧化硅粉体、高表面微孔材料等有机合成:

有机硅材料等14SiSilicon材料科学与工程2023/2/419材料科学与工程材料科学的核心:通过过程现象揭示材料组成-工艺-结构-性能的关联。过程是理解结构和性能的重要环节。结构决定性能，组成与工艺决定结构的形成。结构因素包括：组成基元、排列、结合类型和运动方式。结构的层次：原子结构、原子排列、相结构、显微组织、结构缺陷等。2023/2/420材料科学与材料工程的关系●

材料科学具有“研究为什么”的性质。核心是建立结构－

性能的关系。●

材料工程具有“解决怎样做”的性质。是能为社会所接受

地获得材料的结构、性能和形状。(要考虑5个判据：

经济、质量、资源、环保、能源)●

材料科学为材料工程提供设计依据，为更好地选择材料、使用材料、发展新材料提供理论基础。

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材料工程为材料科学提供丰富的研究课题和物质基础。

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材料科学和材料工程紧密联系，它们之间没有明显的界线。在解决实际问题中，不能将科学因素和工程因素独立考虑。因此，人们常将二者合称为材料科学与工程。材料科学与工程2023/2/421材料科学与工程现代科学技术的三大支柱－－能源、材料、信息，其中材料是基础。材料的研究、开发与应用反映着一个国家的科学技术与工业水平，关系着国家的综合国力与安全。世界各国把材料放在重要地位来发展。我国在1978年的科学大会上将材料科学技术列为8大科技领域之一，此后各个五年计划，一直作为一直作为重点发展的领域。2023/2/422通过各种方法，表征材料的如下信息：材料的组成，即材料所含的元素种类；结构，包括原子、分子、晶体、相和结构缺陷等各层结构；材料几何特征，如形貌、尺寸等；材料的性能，包括材料的力、热、光、电、磁及其耦合性能。材料分析测试技术2023/2/423分析方法的发展-结构分析降解——将分子分解成碎片，从碎片分析结构化学方法：取代和降解取代——用已知基团取代分子中某些原子或原子团,通过产物分析结构缺点：需要大量原料，制备和分离困难，许多化合物难 以凭借上述方法分离和识别例：CH4

CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4例：CaCO3CaO+CO2材料分析测试技术2023/2/424早期物理方法包括：物理方法利用光、电、磁等各种场和物质发生相互作用，引起物质内部微观结构或状态发生变化，并以能量形式表现出来。测量这种能量变化情况，可以推测物质内部结构。介电常数折射率磁化率材料分析测试技术2023/2/425现代物理方法用各种形式的电磁波(含光、电、磁、微波、射频、电子束)照射被测对象，作用以后电磁波强度和频率的关系构成谱。研究谱和物质内部结构之间关系的学科就是谱学。材料分析测试技术2023/2/426现代物理方法材料分析测试技术2023/2/427各种现代分析方法：质谱电子能谱(X射线光电子能谱、紫外光电子能谱、俄歇电子能谱)光谱(原子分子、红外和拉曼、荧光光谱、紫外和可见吸收光谱)色谱(气相色谱、液相色谱、凝胶色谱等)热谱(差热分析、热重分析、示差扫描量热分析等)磁共振谱(核磁共振谱、电子顺磁共振)衍射分析(X射线、电子束、中子束)图像分析(光学显微分析、电子显微分析、扫描探针类)材料分析测试技术2023/2/428

材料分析测试技术贯穿与材料的实验研究密不可分。效能，使用性能成份组织结构性质理论及材料与工艺设计合成/制备受环境影响(气氛、温度和受力状态等)材料分析测试技术2023/2/429

材料结构层次SiO2的结构形貌

分析方法的适应性材料分析测试技术2023/2/430结构测定包括晶体结构、表面结构分析等X射线衍射分析：晶体结构分析选区电子衍射：选区晶体结构分析中子衍射：晶体结构分析等低能电子衍射：表面结构分析结构的测定Fig.2.(a)ZnO晶体的XRD图;(b)ZnO梳状纳米结构的TEM形貌图和选区电子衍射(SAED)图分析方法的适应性材料分析测试技术2023/2/431——晶体学基础(第一章)——X射线衍射分析(第二至四章)——透射电子显微分析(第五至七章)——扫描电子显微镜与电子探针(第八章)——光电子能谱等(第九章)——热分析技术(第十章)——光谱分析(第十一章)讲解分析有关材料的组成、结构和形貌的现代材料分析测试技术，主要包括：课程的主要内容2023/2/432基本要求:理解本课程的重要性；掌握材料结构、性能的各项测试原理，测试方法；理解影响材料测试、分析结果的各项因素；考核与评分：考试(70%)，平时成绩(30%)，平时成绩根据作业和考勤来定。本课程的学习2023/2/433王培铭等，材料研究方法，科学出版社。杨南如，无机非金属材料测试方法，武汉工业大学出版社。铁军等，材料近代分析测试方法，哈尔滨工业大学出版