材料研究方法 课件全套 第1-5章 绪论、X射线衍射分析-光谱分析法

2023/12/7绪论材料研究方法：1.材料研究材料的各种方法。材料的定义：用以制造有用的构件、器件或其它物品的物质。材料的种类：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料。材料科学的主要任务是研究材料。

2023/12/72.材料研究的内容：组成结构、性质性能、制备加工、用途四者的相互关系。性能用途组成结构加工2023/12/73.材料研究方法的内容广义：技术路线、实验技术、数据分析狭义：材料组成和结构的测试与分析方法。有的课程名称为：材料测试与分析技术因为每一种测试方法都对应一定的仪器，所以《材料研究方法》的内容与《仪器分析》比较接近，但是前者侧重于分析方法原理，不强调仪器的结构原理。4材料结构分类材料结构层次结构：材料系统内各组成单元之间的相互联系和相互作用方式。2023/12/71）不同形式的结构层次原子及电子结构（材料类型）原子的空间排列（晶体类型）组织结构及相结构（晶粒的大小及形状等）2）

不同尺寸的结构层次结构层次物体尺寸研究对象研究方法宏观结构>100

m大晶粒、颗粒集团肉眼、放大镜显微结构0.2-100

m多晶集团光学显微镜亚显微结构10-200nm微晶集团扫描电子显微镜透射电子显微镜微观结构<10nm晶格点阵透射电子显微镜2023/12/72023/12/75.材料测试的工作原理图像分析法（显微术）和非图像分析法（衍射法和成分谱）工作原理是以电磁波轰击样品激发产生特征物理信息，将其收集并加以分析从而确定组成和结构特征。2023/12/7图像分析法，结构分析的重要手段。（光学显微分析、扫描电子显微分析，透射电子显微分析，原子力显微分析）非图像分析法分为衍射法（X射线衍射）进行结晶相及晶格常数分析，和成分谱分析（光谱、能谱、质谱、热谱、色谱），主要测定材料的化学成分。6.材料研究方法的分类散射折射与反射衍射干涉偏振波长—

cm、µm、nm、A频率—υ

Hzsec-1波数—σ

cm-1

传播速度—

cm/sec普朗克(Planch)公式E--光子的能量J,焦耳υ

---光子的频率Hz,赫兹

---光子的波长

cmC---光速2.99791010cm.s-1h

---Planch常数6.625610-34J.s焦耳.秒7光的物理性质2023/12/78电磁波谱2023/12/7光学显微分析使用波段：可见光波段390~770nm92023/12/78.本课程的意义和要求理论意义：新材料的组成与结构鉴定分析。实践意义：配方剖析、质量控制、事故分析等。课程要求：掌握每种材料分析方法的基本原理、样品处理方法和测试数据的处理分析。课程目标：通过该课程的学习，能够根据材料的特点和研究需要，选择常用的合适测试方法对材料的组成、结构和形貌进行测试，并能够分析测试结果，得出正确的结论。9授课内容（1）2023/12/7

热分析差热分析差示扫描量热分析热重分析7授课内容（2）光谱分析2023/12/7红外光谱激光拉曼光谱8授课内容（3）X射线衍射分析2023/12/7扫描电镜电子探针透射电镜X射线衍射分析电子显微分析2023/12/78授课内容（4）

每种材料研究方法的学习要求1了解发展历史简介2理解并掌握基本原理（重点、难点）3掌握样品制备方法（重点）4掌握测试结果分析方法（重点）5了解在材料研究中的应用2023/12/710考核要求期末考试闭卷笔试，成绩占60%，平时15%（出勤、提问、作业）、实验25%2023/12/716第2章X射线衍射分析（XRD）2023/12/717本章内容、重点和难点

主要内容：X射线的产生、X射线粉末衍射法原理、X射线衍射物相定性分析过程；

重点:

XRD中的布拉格方程、X射线衍射物相定性分析过程；

难点：XRD中的布拉格方程。2023/12/718/31X射线的历史1895年，著名的德国物理学家伦琴发现了X射线；

1912年，德国物理学家劳厄等人发现了X射线在晶体中的衍射现象，确证了X射线是一种电磁波。

1912年，英国物理学家Bragg父子利用X射线衍射测定了NaCl晶体的结构，从此开创了X射线晶体结构分析的历史。1.X射线是一种电磁波，具有波粒二象性；2.X射线的波长：10－2~102Å3.X射线的

（Å）、振动频峰

和传播速度C（m·s-1）符合

=c/

2023/12/719X射线的性质2023/12/7204.X射线可看成具有一定能量E、动量P、质量m的X光流子

E=hv

P=h/

h为普朗克常数，h=6.626176

10-27尔格，是1900年普朗克在研究黑体辐射时首次引进，它是微观现象量子特性的表征。X射线的性质2023/12/721

X射线具有很高的穿透能力，可以穿过黑纸及许多对于可见光不透明的物质；

X射线肉眼不能观察到，但可以使照相底片感光。在通过一些物质时，使物质原子中的外层电子发生跃迁发出可见光；

X射线能够杀死生物细胞和组织，人体组织在受到X射线的辐射时，生理上会产生一定的反应。X射线的性质2023/12/722/312.1.1

X射线的产生1）

自由电子加速运动2）原子内层电子高能级向低能级跃迁（X射线管）运动速率变化（轫致辐射）:在运动方向产生电磁波。

（X射线管）

运动方向变化（同步辐射）:速度接近光速（v≈c）的带电粒子，在磁场中沿弧形轨道运动时在切线方向产生电磁波。（同步加速器）同步辐射X射线质量高！2.1.1

X射线及X射线谱2023/12/723

X射线管的工作原理整个X射线光管处于真空状态。当阴极和阳极之间加以数十千伏的高电压时，阴极灯丝产生的电子在电场的作用下被加速并以高速射向阳极靶，经高速电子与阳极靶的碰撞，从阳极靶产生X射线，这些X射线通过用金属铍（厚度约0.2mm）做成的x射线管窗口射出，即可提供给实验所用。2023/12/724

X射线管中，电子产生X射线的过程中的能量转化例：计算当管电压为50kV时，电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的短波限解：已知条件：U=50kv；电子静止质量：m0=9.1×10-31kg；光速：c=2.998×108m/s；电子电量：e=1.602×10-19C；普朗克常数：h=6.626×10-34J.s电子从阴极飞出到达靶的过程中所获得的总动能为E=eU由于E=1/2m0v02

所以电子与靶碰撞时的速度为：

v0=(2E/m0)1/2

所发射连续谱的短波限λ0的大小仅取决于加速电压λ0（Å）＝12400/(eU)＝12400/U2023/12/725/312.1.1X射线谱1）连续谱：强度随波长连续变化的连续谱。图2.1各管电压下W的连续谱管电压增加，强度如何变化？最大强度所对应的波长如何变化？最短波长界限如何变化？为什么？2023/12/7262）特征X射线图2.2Mo靶X光管发出X光谱强度（35kV时）2023/12/727特征谱：波长一定、强度很大的特征谱特征谱只有当管电压超过一定值Vk（激发电压）时才会产生，只取决于光管的阳极靶材料（为什么？），不同的靶材具有其特有的特征谱线。特征谱线又称为标识谱，即可以来标识物质元素。2023/12/728原子结构壳层理论高能电子撞击阳极靶时，会将阳极物质原子中内层电子撞出电子壳层，在该壳层中形成空位，原子系统能量升高，使体系处于不稳定的激发态，按能量最低原理，外层的电子会跃人内层的空位，为保持体系能量平衡，在跃迁的同时，这些电子会将多余的能量以X射线光量子的形式释放。2023/12/729对于从L、M、N…壳层中的电子跃入K壳层空位时所释放的X射线，分别称之为Kα，Kβ，Kγ…谱线，共同构成K标识X射线。K系标识X射线2023/12/730补充1:X射线和固体的相互作用2023/12/731补充2:X射线的吸收1）X射线通过物质的衰减规律（朗伯特定律）2）

质量吸收系数的定义3）朗伯特定律用质量吸收系数表示其中，ml为线吸收系数，物理意义是当X射线透过单位长（1cm）

物质时强度衰减的程度。为了消除吸收系数对物理状态的依赖性，特别是单位体积内所含的物质数量及物质的组成，使用质量吸收系数mm(cm2.g-1)替代ml：2023/12/732下列哪一项不是X射线的产生来源()。

A原子内层电子由高能级向低能级跃迁B接近光速运动的电子做圆周运动，即同步辐射C原子外层电子由高能级向低能级跃迁D韧致辐射写成高速运动的电子速度大小突然发生改变，即韧致辐射2023/12/733（A）Kβ（B）Kα（C）Lα（D）Lβ2023/12/7342.2X射线衍射原理X射线的散射什么是光的散射？物质对光的散射，什么情况下散射最强？物质使光的传播方向发生改变。当粒子半径和光的波长相当时，散射最强。原子大小是多少？可见光波长范围是多少？原子会散射可见光吗？为什么？原子不散射可见光，因为尺寸相差太大。X射线波长范围是多少？原子会散射X射线吗？原子会散射X射线。

2023/12/735原子对X射线的散射：使X射线发生散射的主要是物质的自由电子及原子核束缚的非自由电子，后者有时可称为原子对X射线的散射。相干散射：X射线的散射，当入射线与散射线波长相同时，相位滞后恒定，散射线之间能相互干涉，称为相干散射。非相干散射：当散射线波长与入射线波长不同时，散射线之间不相干，则称之为非相干散射。2023/12/736X射线的衍射图2.3X射线穿过晶体产生衍射示意图2023/12/737原子在晶体中周期排列，这些散射球面波之间存在着固定的位相关系，它们之间会在空间产生干涉，结果导致在某些散射方向的球面波相互加强，而在某些方向上相互抵消，从而也就出现如图所示的衍射现象，即在偏离原入射线方向上，只有在特定的方向上出现散射线加强而存在衍射斑点，其余方向则无衍射斑点。2.2.1

劳厄方程X射线投射到晶体中时，会受到晶体中原子的散射，而散射波就好象是从原子中心发出，每一个原子中心发出的散射波又好比一个源球面波。2023/12/738结论：衍射线将分布在以原子列为轴，以a′角为半顶角的一系列圆锥面上，每一个n值对应于一个圆锥。讨论：原子间距a一定时，入射角a越大，a′角越大。入射角a一定时，原子间距a越大，a′角越小。a（cosa′-cosa）=nl(2.2)2023/12/739(2.4)劳厄方程注意：a′、b′、g′互相制约。1.对于已知晶体，已知入射线波长l，只在特定的入射方向才会产生衍射;已知入射方向，只有特定波长的X射线，才会产生衍射。2.对于已知入射线波长l和入射方向，只有特定结构的晶体才会产生衍射。意义：从理论上解决了入射线波长、方向、点阵常数和单一原子列衍射线方向的相互关系；确定了衍射方向的基本方程。2023/12/740图2.5面网“反射”X射线的条件

A光学镜面反射定律是什么？2.2.2.布拉格方程反射线和入射线在镜面同侧，反射线、入射线与镜面法线共面反射角等于入射角。X射线在晶体表面也会反射吗？满足一定的条件！

=DB+BF=n

2d

sin

=n

2023/12/741/31

上式即为著名的布拉格方程，式中n为整数，d为晶面间距，

为入射x射线波长，θ称为布拉格角或掠射角，又称半衍射角，实验中所测得的2θ角则称为衍射角

。

布拉格方程+光学反射定律

布拉格定律（X射线反射定律）讨论2023/12/742/31

1.衍射级数

布拉格方程中，n被称为衍射级数（反射级数）

n=1时，相邻两晶面的“反射线”的光程差为

，成为1级衍射；

n=2时，相邻两晶面的“反射线”的光程差为2

，产生2级衍射；

……n，相邻两晶面的“反射线”光程差为n

时，产生n

级衍射对于各级衍射。2023/12/743讨论

2.对于各级衍射，由布拉格方程可知：

sin

1=

/2d，

sin

2=2

/2d，

…，

sin

n=n

/2d

方程中的整数n受到限制：

sin

≦1n≤2d/

2023/12/744讨论续2.n≤2d/

所以，

一定，衍射面d选定，晶体可能的衍射级数也就被确定。一组晶面只能在有限的几个方向“反射”X射线，而且，晶体中能产生衍射的晶面数也是有限的。

所有的被照射原子所产生的散射只有满足布拉格方程，才能产生反射（衍射），或称散射才能发生加强干涉。2023/12/745从布拉格方程的通用公式可知：入射X射线的波长满足

≦2d

入射X射线照射到晶体才有可能发生衍射，显然，X线的波长应与晶格常数接近。波长过短会导致衍射角过小，使衍射现象难以观察，也不宜使用。2023/12/746布拉格方程的意义及应用：意义：表达了晶面间距d、衍射方向θ和X射线波长λ之间的定量关系，是晶体结构分析的基本公式；

应用：1）已知波长

的x射线，测定θ角，计算晶体的晶面间距d，结构分析；

2）已知晶体的晶面间距，测定θ角，计算X射线的波长，X射线光谱学。注意：晶体衍射中劳厄方程和布拉格方程是一致的。

前者从原子列原子间距的周期性讨论晶体衍射，后者从晶面间距的周期性讨论晶体衍射。

后者简单，用于晶体结构分析更方便。2023/12/7471.以下关于X射线反射定律不正确的是符合光学反射定律方向的反射一定符合X射线反射定律符合X射线反射定律的反射一定符合光学反射定律反射角等于入射角X射线反射定律=布拉格方程+光学反射定律

2023/12/7482.布拉格方程的表达式：（A）（B））（C）COSsinsin（D）COS）2023/12/7491）布拉格方程的意义：表达了晶面间距d，衍射方向θ和入射线波长λ之间的定量关系。3.关于布拉格方程的描述：2）是非晶体结构分析的基本公式。

3）晶体衍射中劳厄方程和布拉格方程是一致的。

4）晶体衍射分析使用的X射线的波长与晶格常数相当。以上描述正确的是：（A）1、2、3、4（B）1、2、3（C）1、3、4（D）2、3、42023/12/7502.3X射线粉末衍射物相定性分析2.3.1X射线衍射物相定性分析的判据定性相分析的目的是判定物质中的物相组成，即确定物质中所包含的结晶物质以何种结晶状态存在。每种晶体物质都有其特有的结构，即特定的晶胞形状和大小，晶胞内原子的种类、数目及排列方式。2023/12/751晶胞形状和大小决定了晶面间距，晶胞内原子的种类、数目及排列方式决定了不同晶面的衍射线相对强度。因而每种晶体都具有各自特有的晶面间距和相对衍射强度，即衍射花样。每一种晶体和它的衍射花样都是一一对应的。当物质中包含有两种或两种以上的晶体物质时，它们的衍射花样也不会相互干涉。2023/12/752根据这些表征各自晶体的衍射花样就能来确定物质中的晶体。进行物相定性分析时，一般采用粉末衍射法测定所含晶体的衍射角，根据布拉格方程获得晶面间距d，再估计出各衍射线的相对强度，最后与标准衍射花样进行比较鉴别。2023/12/7532023/12/754X射线衍射仪原理样品X射线入射线二次X射线到达分光晶体C处，被晶体C衍射X射线通过计数管D进行检测以确定2

，最后进行波长分析。2023/12/7552.3.3PDF卡片1969年，由美国材料实验协会与英国、法国、加拿大等国家的有关组织联合组建了名为“粉末衍射标准联合委员会（TheJointCommitteeonPowderDiffractionStandards）”，简称JCPDS的国际组织，专门负责收集、校订各种物质的衍射数据，并将这些数据统一分类和编号，编制成卡片出版。这些卡片，即被称为PDF卡（ThePowerDiffractionFile），有时也称为其为JCPDS卡片。2023/12/756(1)1a，1b，1c区域为从衍射图的透射区（2θ＜90o）中选出的三条最强线的面间距。1d为衍射图中出现的最大面间距。(2)2a，2b，2c，2d区间中所列的是1区域中四条衍射线的相对强度。最强线为100，但当最强线的强度比其余线强度高很多时，也会将最强线强度定为大于100。(3)第三区间列出了所获实验数据时的实验条件。Rad.所用X射线的种类(CuKα，FeKα…)；loX射线的波长（Å）；Filter.为滤波片物质名。当用单色器时，注明“Mono”；Dia.照相机镜头直径，当相机为非圆筒形时，注明相机名称；Cutoff.为相机所测得的最大面间距；Coll.为狭缝或光阑尺寸；I/I1

为测得衍射线相对强度的方法（衍射仪法-diffractometer，测微光度计法-microphotometer，目测法-visual）；Dcorr.abs

所测d值的吸收校正（No未校正，Yes校正）；Ref.说明第3、9区域中所列资源的出处。2023/12/7572023/12/758(6)第6区间为物相的其他资料和数据。包括试样来源，化学分析数据，升华点（S-P），分解温度（D-T），转变点（T-P），按处理条件以及获得衍射数据时的温度等。(7)第7区间是该物相的化学式及英文名称。有时在化学式后附有阿拉伯数字及英文大写字母，其阿拉伯数字表示该物相晶胞中原子数，而大写英文字母则代表16种布拉维点阵：C为简单立方；B为体心立方；F为面心立方；T为简单立方；U为体心四方；R为简单三方；H为简单六方；O为简单正交；P为体心正交；Q为底心正交；S为面心正交；M为简单单斜；N为底心单斜；E为简单正斜。(8)第8区为该物相矿物学名称或俗称。某些有机物还在名称上方列出了其结构式或“点”式（“dot”formula）而名称上有圆括号。则表示该物相为人工合成。此外，在第8区还会有下列标记：(9)第9区间是该物相所对应晶体晶面间距d（Å）；相对强度I/I1及衍射指标hkl。(10)第10区为卡片编号。2023/12/7592.3.4X射线衍射物相定性分析过程1.样品制备2.用粉末衍射仪法获取被测试样物相的衍射图样。3.分析计算获得各衍射线条的2θ、d及相对强度大小I/I1。4.利用计算机检索物相PDF卡片号。2023/12/760一般来说，判断一个物相的存在与否有三个条件：1)标准卡片中的峰位与测量峰的峰位是否匹配；2)标准卡片的峰强比与样品峰的峰强比要大致相同；3)检索出来的物相包含的元素在样品中必须存在。2023/12/761物相定性分析应注意的问题1)一般在对试样分析前，应尽可能详细地了解样品的来源、化学成分、工艺状况，仔细观察其外形、颜色等性质，为其物相分析的检索工作提供线索。2)对于数据d值，由于检索主要利用该数据，因此处理时精度要求高，而且在检索时，只允许小数点后第二位才能出现偏差。3)特别要重视低角度区域的衍射实验数据，因为在低角度区域，衍射线所对应了d值较大的晶面，不同晶体差别较大，在该区域衍射线相互重叠机会较小。4)在进行多物相混合试样检验时，应耐心细致地进行检索，力求全部数据都能合理解释，但有时也会出现少数衍射线不能解释的情况，这可能由于混合物相中，某物相含量太少，只出现一、二级较强线，以致无法鉴定。5)在物相定性分析过程中，尽可能地与其他的相分析实验手段结合起来，互相配合，互相印证。2023/12/7622023/12/7632.3.5X射线衍射物相定性分析实例2023/12/7642023/12/7652023/12/7662023/12/7672023/12/7682023/12/7692023/12/7702023/12/7712023/12/7722023/12/7732023/12/7742023/12/7752023/12/7762023/12/7772023/12/7782023/12/7792023/12/7802023/12/7812023/12/7822023/12/7832.3.6微观应力及晶粒大小的测定1晶粒大小的测定（Scherrer公式）2

微观应力的测定（2.10）（2.11）2023/12/784本章小结1.X射线的产生和命名2.

X射线的衍射3.劳厄方程和布拉格方程内容及应用4.粉末衍射物相定性分析的依据及过程5.晶粒大小的测定（谢乐公式）6.微观应力的测定第3章电子显微分析方法2023/12/7852023/12/786本章重点和难点本章主要内容：入射电子与物质的相互作用；扫描电镜的工作原理、性能指标和应用；透射电镜的工作原理、性能指标和应用；能谱仪的工作原理、性能指标和应用。本章重点：入射电子与物质的相互作用；扫描电镜图、透射电镜图和能谱图的分析方法。本章难点：扫描电镜和透射电镜的衬度及图像。电子显微学（electronmicroscopy）用电子显微镜研究物质的显微组织、成分和晶体结构的一门科学技术。电子显微镜（electronmicroscope）用一束电子照射到样品上并将其组织结构细节放大成像的显微镜。

概述2023/12/787扫描电子显微镜scanningelectronmicroscope,SEM透射电子显微镜transmissionelectronmicroscope，TEM

电子显微镜的类型2023/12/788扫描电子显微镜

扫描电子显微镜是探索微观世界奥秘的最有效的大型精密仪器之一。由于其具备分辨率高、放大倍数变化范围宽、景深大、立体感强、样品制备简单等特点，因此广泛地应用于众多的科学研究领域。

2023/12/7893.1扫描电子显微镜二次电子像实例蝴蝶翅膀腺体红血球2023/12/790扫描电子显微镜三氧化钼晶体2023/12/791扫描电子显微镜树枝状晶体2023/12/7923.1.1概述

扫描电子显微镜是以扫描电子束作为照明源，通过入射电子与物质相互作用所产生的各种信息来传递物质结构的特征。入射电子与物质相互作用是扫描电子显微镜成像和应用的物理基础。2023/12/7933.1.1扫描电子显微镜的工作原理1.电子与物质相互作用样品入射电子背散射电子二次电子俄歇电子特征X射线透射电子吸收电子或样品电流2023/12/794在单电子激发过程中被入射电子轰击出来的核外电子叫做二次电子。

2023/12/7951)二次电子由于价电子结合能很小，对于金属来说大致在10eV左右。内层电子结合能则高得多（有的甚至高达10keV以上），相对于价电子来说，内层电子电离几率很小，越是内层越小。一个高能入射电子被样品吸收时，可以在样品中产生许多自由电子，其中价电子电离约占电离总数的90％。

所以，在样品表面上方检测到的二次电子绝大都分是来自价电子电离。1）

二次电子

二次电子能量比较低，一般小于50eV，大部分在2～3eV之间。习惯上把在样品上方检测到的，能量低于50eV的自由电子叫做“真正”二次电子。而把能量高于50eV的自由电子叫做初级背散射电子（包括弹性和非弹性背散射电子以及特征能量损失电子）。2023/12/7961）

二次电子2.二次电子对表面状态非常敏感，能有效地显示样品表面的微观形貌。2023/12/797注意！3.二次电子的分辨率较高，一般达到5-10nm。4.扫描电镜的分辨率通常就是二次电子分辨率。1.二次电子来自表面5-10nm的区域。背散射电子是被固体样品原子反射回来的一部分入射电子，所以又叫反射电子或初级背反射电子，其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。2023/12/7982）背散射电子注意！1.背散射电子来自深度100nm-1mm的区域。2.背散射电子的信号强度随原子序数的增加而增加。3.背散射电子可以对还可以得出原子序数不同的

元素的定性分布。VL3L2L1KL2激发态电子K

2特征X射线KL2L2俄歇电子a激发b特征X射线c俄歇电子原子的K电离激发及其后的跃迁过程2023/12/799

3）特征X射线特征X射线是原子的内层电子受到激发以后，在能级跃迁过程直接释放的具有特征能量和波长的一种电磁波辐射。3）

特征X射线若以X射线形式直接释放能量，其波长（以Kα2为例）为：式中：h—普朗克常数；C—光速。由于对于一定的元素，EK，EL2……都有确定的特征值，所以发射的X射线波长也有特征值，叫做特征X射线。

2023/12/7100（3.1）特征X射线的波长λ与光子能量E之间的关系为：或如果把h=6.62

10-34Js=6.62

10-34

6.25

10-18eVs，c=3.0

1018Å/s的数值代入，则得或

E就是相应跃迁过程始、终态的能量差，这表明特征X射线的波长或光子能量是不同元素的特性之一。3）特征X射线2023/12/71012023/12/7102注意！1.特征X射线来自深度500nm-5mm的区域。2.每一个元素发射的X射线的能量和波长都有特征值。3.通过测试特征X射线的能量和波长可以进行元素测试。前者是能谱仪，后者是波谱仪。

处于激发态的原子体系释放能量的另一种形式是发射具有特征能量的俄歇电子，如图c所示。如果原子内层电子能级跃迁过程所释放的能量，仍大于包括空位层在内的邻近或较外层的电子临界电离激发能，则有可能引起原子再一次电离，发射具有特征能量的俄歇电子。2023/12/71034）俄歇电子

俄歇电子能量一般为50～1500eV，随不同元素、不同跃迁类型而异，它在固体中的平均自由程非常短。例如碳的KL2L2俄歇电子能量为267eV，它在银中的平均自由程只有7Å。这样，在样品较深区域产生的俄歇电子，在向表面展运动时必然会因不断碰撞而损失能量，使之失去具有特征能量的特点。因此，用于分析的俄歇电子信号主要来自样品表层2－3个原子层，即表层5－20Å范围。这说明俄歇电子信号适用于表层化学成分分析。

显然，一个原子中至少要有三个以上的电子才能产生俄歇效应。氢和氦只有一个电子层，不能产生俄歇效应；一个孤立的锂原子虽有三个电子，但L层只有一个电子，也不能产生俄歇效应。所以对于孤立的原子来说，铍是产生俄歇效应的最轻元素。4）

俄歇电子2023/12/7104必须指出，产生特征X射线光子或俄歇电子这两个过程是互斥的。如果产生特征X射线的几率是WX，产生俄歇电子的几率是WA，则有实验表明，产生这两种相互排斥过程的几率同物质的原子序数Z有关：对于轻元素（Z<32）：WA>WX

对于重元素（Z>32）：WA<WX

当Z=32-33时：WA

＝WX

因此，对于重元素的分析，宜采用特征X射线信息；反之，对于轻元素的分析，宜采用俄歇电子信息。4）

俄歇电子2023/12/71055）透射电子

如果样品的厚度比入射电子的有效穿透深度（或全吸收厚度）小得多，将有相当数量的入射电子能够穿透样品而被装在样品下方的电子检测器检测到，叫做透射电子。2023/12/7106注意！1.样品厚度在10-20nm之间。2.透射电子的主要组成部分是弹性散射，是透射电子显微镜成像的主要信号。透射电子通过晶体时，电子可以产生衍射，因此透射电子同时是电子衍射进行晶体结构分析的主要信号。6）

吸收电子

随着入射电子被样品所吸收。如果通过一个高电阻或高灵敏度的电流表（如毫微安表）把样品接地，那么在高电阻或电流表上将检测到样品对地的电流信号，这就是吸收电子的电流信号。

2023/12/7107注意！1.样品的厚度，密度，原子序数越大，吸收电子越多。2.吸收电子的电流信号既可以作为信号成像，还可以得出原子序数不同的元素的定性分布。2相互作用体积电子与物质的相互作用不限于电子入射方向，而是有一定的体积范围，此体积范围即为相互作用体积。相互作用体积大小决定了各种物理信号产生的深度和广度。2023/12/7108原子序数入射电子能量电子束入射方向3物理信号的深度和广度2023/12/71092023/12/7110电子和物质作用，可以产生如下哪些物理信号：1）二次电子2）背散射电子3）特征X射线4）俄歇电子5）透射电子A)1、2、3、5B）2、3、4、5C)1、2、4、5D)1、2、3、4、52023/12/71112.如下电子和物质作用产生的物理信号对样品表面形貌敏感，可以作为

扫描电镜形貌分析信号的是：1）二次电子2）背散射电子3）特征X射线4）俄歇电子5）透射电子

A)1、2、3、5B）2、3、4、5C)1、2D)1、2、3、4、52023/12/71123.如下电子和物质作用产生的物理信号可以作为元素分析信号的是：1）二次电子2）背散射电子3）特征X射线4）俄歇电子5）透射电子

A)1、2、3、5B）2、3、4C)3、4D)1、3、4扫描电子显微镜的结构特点是聚焦电子束在样品表面上作面扫描，利用由此所产生的二次电子或其他讯号调制一个作同步扫描的显象管的发射电流，就会在屏上显示出样品表面上扫描区域的象。3.1.2扫描电镜2023/12/71131）

真空系统真空系统的作用：是建立能确保电子光学系统正常工作、防止样品污染所必须的真空度。一般情况下要求保持优于10-4～10-6mmHg的真空度。2023/12/71141扫描电镜的结构1）

真空系统样品室2023/12/71152）

电子光学系统

电子光学系统的作用：用来产生扫描电子束，作为使样品产生各种物理信号的激发源。

电子光学系统的组成部分：电子枪、电磁聚光镜、光阑、样品室。2023/12/7116电子枪

扫描电子显微镜的电子枪有热阴极电子枪和场发射电子枪两种。普通热阴极电子枪产生的电子源直径为20-50μm；六硼化镧热阴极电子枪产生的电子源直径为1-10μm；而场发射电子枪产生的电子源直径可达0.01-0.1μm。电子枪类型亮度A/cm2·sr电子源直径μm寿命hr真空度mmHg普通热阴极电子枪104-10520-505010-4LaB6电子枪105-1061-1050010-6场发射电子枪107-1080.01-0.1500010-9-10-102023/12/7117热阴极电子枪场发射电子枪

普通热阴极或六硼化镧阴极电子枪都属于热发射电子枪，而场发射电子枪则属于冷发射电子枪。它是利用靠近曲率半径很小的阴极尖端附近的强电场（如107V/mm），使阴极尖端发射电子的，所以叫场致发射（简称场发射）。2023/12/7118电磁聚光镜与光阑电磁聚光镜电磁透镜是由会聚透镜和物镜两部分组成，会聚透镜装配在真空柱中，位于电子枪下，主要用于会聚电子束。2023/12/71193）成像系统电子经过一系列电磁透镜会聚成电子束后，轰击到样品上，与样品相互作用，会产生二次电子、背散射电子以及X射线等信号。需要不同的探测器，如二次电子探测器、背散射电子探测器、X射线能谱仪等来区分这些信号以获得所需要的信息。通常成像系统有扫描系统、信号探测放大系统和图像显示和记录系统等几部分组成。2023/12/7120扫描系统的作用是提供入射电子束在样品表面上以及阴极射线管电子束在荧光屏上的同步扫描信号；改变入射电子束在样品表面扫描振幅，以获得所需放大倍数的扫描像。它由扫描信号发生器、放大控制器等电子学线路和相应的扫描线圈所组成。2023/12/7121扫描系统信号检测放大系统

信号检测放大系统其作用是检测样品在人射电子作用下产生的物理信号，然后经视频放大，作为显像系统的调制信号。不同的物理信号，要用不同类型的检测系统。它大致可以分为三大类，即电子检测器、阴极荧光检测器和X射线检测器。2023/12/7122图像记录系统图像记录系统的作用：是把信号检测系统输出的调制信号，转换为在阴极射线管荧光屏上显示的样品表面某种特征的扫描图像，供观察或照相记录。2023/12/7123

阴极荧光检测器：由光导管、光电倍增器所组成。阴极荧光信号经光导管直接送到光电倍增器放大，再经视频放大器适当放大后即可作为调制信号。

X射线检测系统：由谱仪和检测器两部分组成，有关内容将在后面介绍。信号检测放大系统2023/12/71241放大倍数

扫描电子显微镜的放大倍数：高性能扫描电镜可以从20倍连续调节到80万倍。lL在样品表面在显示屏上2023/12/71253.1.3扫描电镜的性能指标(3.2)2分辨率在特定的情况下拍摄的图象上，测量两亮区之间的暗间隙宽度，然后除以总放大倍数，其最小值即为分辨本领。d02023/12/71262分辨率1）扫描电子束斑直径

一般认为扫描电子显微镜能分辨的最小间距（分辨本领）不可能小于扫描电子束斑直径。2023/12/7127影响分辨率的主要因素：2分辨率2）成像信号

由于各种成像信息操作方式所用的调制信号不同，因而所得图像的分辨率也不一样。二次电子：30Å（场发射），70Å（热阴极）背散射电子：500～2000Å吸收电子、X射线：1000～10000Å2023/12/71282023/12/71293景深扫描电镜以景深大而著名。F=d0/ac扫描电子显微镜像衬度主要是利用样品表面微区特征的差异（如形貌、原子序数或化学成分、晶体结构或位向等），在电子束作用下产生不同强度的物理信号，导致阴极射线管荧光屏上不同的区域具有不同的亮度，获得具有一定衬度的图像。2023/12/71303.1.4扫描电镜衬度及显微图像(3.3)成像的本质是衬度，衬度的本质是明暗！

扫描电镜的衬度根据其形成的依据，可以分为形貌衬度、原子衬度和电压衬度。

形貌衬度是由于样品表面形貌差异而形成的衬度。

原子序数衬度是由于样品表面原子序数(或化学成分)差异而形成的衬度。电压衬度是由于样品表面电位差别而形成的衬度。利用对样品表面电位状态敏感的信号，如二次电子，作为显像管的调制信号，可得到电压衬度像。但实际应用中，主要应用形貌衬度和原子序数衬度成像。2023/12/71311形貌衬度及显微成像

二次电子信号主要来自样品表层5～10nm深度范围；

二次电子信号的强度与二次电子的数量有关，与原子序数没有明确的关系，但对微区刻面相对于入射电子束的位向却十分敏感；1)表面倾角和二次电子产额二次电子像分辨率比较高，所以适用于显示形貌衬度。2023/12/7132当人射电子束强度Ip一定时，二次电子系数随样品倾斜角增大而增大，如右所示。对于光滑的表面来说，当人射电子能量大于1keV时，二次电子系数与样品倾斜角的余弦存在着反比的关系：1)表面倾角和二次电子产额Lθ=0°Lθ=45°45°AA(a)(b)2023/12/7133如果样品是由右图所示那样的三个小刻面A、B、C所组成的，则有结果在荧光屏或照片上C小刻面的像比A和B都亮，A又比B亮。2023/12/71342)二次电子形貌衬度的产生

（1）随着样品倾斜角的增大，人射电子束在样品表层5～10nm范围内运动的总轨迹增长，引起价电子电离的机会增多，产生的二次电子数增多；

（2）随样品倾斜角的增大，入射电子束作用体积较靠近、甚至暴露于表层，作用体积内产生的大量自由电子离开表层的机会增多。

正是由于这个缘故，在如下图那样的样品表面尖棱（A）、小粒子（B）、坑穴边缘（C和D）等部位，在电子束作用下将产生高得多的二次电子信号强度，所以在扫描像上这些部位显得异常的亮。2023/12/7135

实际的样品表面形貌要比上面所列举的要复杂得多，但不外乎也是由具有不同倾斜角的大小刻面、曲面、尖棱、粒子、沟槽等所组成。倘若掌握了上述形貌衬度基本原理就不难理解复杂形貌的扫描图像特征。2023/12/7136二次电子像实例蝴蝶翅膀腺体红血球2023/12/7137

原子序数衬度是由于样品表面物质原子序数(或化学成分)差别而形成的衬度。利用对样品表面原子序数(或化学成分)变化敏感的物理信号作为显像管的调制信号,可以得到原子序数衬度图像。背散射电子像、吸收电子像的衬度包含有原子序数衬度。如果样品表面存在形貌差，则背散射电子像还包含有形貌像。2原子序数衬度及显微图像2023/12/71381）背散射电子原子序数衬度像

背散射电子是被样品原子反射回来的入射电子。实验指出，当入射电子能量在10～40keV范围时，样品背散射系数

随元素原子序数Z的增大而增加，如下图所。2023/12/7139

这主要是因为大角度弹性散射随原子序数增大而增加。例如：碳原子序数Z＝6，背散射系数

＜10％铀原子序数Z＝92，背散射系数

＞50％

对于Z＜40的元素，背散射系数随原子序数的变化较为明显，例如在Z＝20附近，原子序数每变化1，引起背散射系数变化约为5％。2023/12/7140

由于背散射电子信号强度与

成正比，背散射电子信号强度随原子序数Z增大而增大，样品表面上平均原子序数较高的区域，产生较强的信号，在背散射电子像上显示较亮的衬度。

因此可以根据背散射电子像（成分像）亮暗衬度来判断相应区域原子序数的相对高低，对金属及其合金进行显微组织的分析。2023/12/7141电子束探测器AB电子束探测器ABABABA+BA-B组成像形貌像A探测器信B探测器信号组成像形貌像2023/12/71422）背散射电子原子序数衬度像与形貌衬度像的分离2023/12/7143导电性材料——用导电胶把它粘贴在铜或铝制的样品座上。

导电性较差或绝缘的样品——喷镀导电层处理。通常采用二次电子发射系数比较高的金、银或碳真空蒸发膜做导电层，膜厚控制在200Å左右。1.样品制备2023/12/71443.1.5扫描电镜的应用2.镀膜SputterCoater

Asputtercoatercoatsthesamplewithgoldatoms.Thepurposeistomakenon-metallicsampleselectricallyconductive.2023/12/71452023/12/7146

SU8010仪器型号10.0kv电子加速电压（EHT）6.7mm工作距离（WD）×700放大倍数

SE二次电子

BSED背散射电子

ULup、low检测器共同成像2023/12/71471.扫描电子显微镜是用聚焦电子束在样品表面逐点扫描成像，通过控制扫描区域大小来控制放大率。2、在固定的扫描电镜测试样品时，所选取的样品范围越大，放大倍数越小。3.对于扫描电子显微镜，热阴极电子枪比场发射电子枪的效果更好。

4.一般认为扫描电子显微镜能分辨的最小间距不可能小于扫描电子束斑直径。

5.扫描电镜二次电子图像的分辨率比背散射电子高，即能分开的最小距离小。6.扫描电镜放大倍数越小，分辨率越高，景深越大。

以上正确的有（A）1,2,3,4,5,6（B）1,2,4,5（C）1,2,4,5,6（D）1,2,3,4,52023/12/7148在电子束作用下产生较高的二次电子信号强度，在扫描像上这些部位显得异常的亮的部位有

1234以上正确的有（A）1,2,3（B）1,2,4（C）2,3,4,（D）1,2,3,43.2透射电子显微镜

透射电子显微镜（简称透射电镜TEM）是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。2023/12/7149可见光样品物镜目镜物像电子枪聚光镜样品物镜中间镜投影镜物像图3.18透射电子显微镜与光学显微镜的光路图2023/12/71503.2.1透射电镜的工作原理电子束作用在样品上，透过样品后的散射电子束携带样品的结构和组织形信息，经过聚焦放大，最终在荧光屏上形成图像或衍射花样。2023/12/7151透射电镜和光学显微镜的区别：1）信息载体不同2）透镜不同3）透镜电镜有一个中间镜，可以选择成像或衍射；可以同时分析微区晶体结构和形貌。4）分辨率不一样5）显像不一样2023/12/71523.2.2透射电镜的结构1照明系统1）电子枪2）聚光镜2成像系统3观察记录系统1）物镜2）中间镜3）投影镜4主要附件试样物镜物镜相平面中间镜中间镜像投影镜荧光屏(物像)(a)成像操作L1L2L1L2荧光屏(斑点花样)投影镜中间镜像中间镜物镜后焦面(物镜光栏位)物镜试样(b)衍射操作图3.21中间镜的成像操作和衍射操作2023/12/71533.2.3透射电镜的电子衍射电子衍射几何学与X射线完全一样，都遵循布拉格方程！1）电子衍射的衍射角小得多！2）物质对电子的散射作用更强，穿透深度浅！4）电子衍射谱强度与原子系数接近线性关系。5）电子衍射束强，不能通过测量强度来测定结构。电子衍射比X射线衍射更突出的特点：3）电子衍射可以同时进行形貌观察和结构分析。6）测量点阵常数的精度比X射线低。2023/12/71541有效相机常数L：样品和照相底板的距离R：衍射斑点和中心斑点的距离R=Ltan2qtan2q≈2q≈2sinq结合布拉格方程有：Rd=lLK=lL：电子衍射相机常数或仪器常数，单位为nm.mm电子衍射关系比X射线衍射关系的布拉格方程简单！透射电镜有多个电镜经过聚焦，定义一个有效相机长度L´,则有效相机常数K´=lL´。Rd=K´=lL´

2023/12/71552选区电子衍射图3.24选区电子衍射原理图选区电子衍射又称微区衍射，它是通过移动安置在中间镜上的选区光栏来完成的。

(a)单晶(b)多晶(c)非晶2023/12/71563常见的电子衍射花样单晶：对称于中心透射斑点的规则排列的斑点阵图3.25

电子衍射花样

多晶：以透射斑点为中心的衍射环非晶：无明显的衍射现象如何计算晶面间距？2023/12/7157L1L2荧光屏投影镜中间镜像中间镜物镜后焦面(物镜光栏位)物镜试样如图所示透射电镜中间镜位置选择是什么操作

（A）成像（B）衍射2023/12/7158关于电子衍射，如下说法正确的有：

电子衍射几何学与X射线完全一样，都遵循布拉格方程！电子衍射的衍射角比X射线衍射角大。电子衍射强度比X射线衍射弱。电子衍射既可以进行组织形貌分析，又可以进行晶体结构分析。电子衍射方程比布拉格方程简单Rd=lL（A）1,2,3（B）2,3,5（C）1,4,5（D）2,3,4

(A)2,3(B)1,4(C)3,4（D）1,22023/12/7159对此图描述正确的是：1.单晶的电子衍射花样2.对称于中心透射斑点的规则排列的斑点阵3.多晶的电子衍射花样4.图中的亮点是晶体的原子像2023/12/73.2.4透射电镜的图像衬度概念与分类

非晶体主要是靠质厚衬度成像！1质厚衬度：原子种类不同、厚度差异或密度差异所造成的衬度。2023/12/71612相位衬度样品各处对电子的作用不同，使散射电子的相位产生差异，相互干涉形成的像的强度产生差异称为相位衬度。晶格分辨率的测定以及高分辨率图像就是采用相位衬度来进行分析的。2023/12/73衍射衬度

所谓“衍射衬度”，是指晶体中各部分因满足衍射条件(Bragg方程)的程度不同而引起的衬度，它是利用电子衍射效应来产生晶体样品像衬度的一种方法。

2023/12/7假设薄晶样品由两颗粒A、B组成，以强度为I0的入射电子束打到样品上，其中B样品（hkl）面与入射束符合Bragg方程，产生衍射束I，若忽略其他效应，其透射束为

IB=I0-I2023/12/7

而A晶粒与入射束不符合布喇格方程，衍射束I=0，透射束IA＝I0。若在物镜背焦面上插进一只足够小的光阑，把B晶粒的(hkl)面衍射束挡掉，而只让透射束通过，即只让透射束参与成象，就可以得到明场像。因为IB＜IA，对应于B晶粒的像强度将比A晶粒的像强度来得低，B晶粒将表现为暗的衬度。2023/12/7

若仍以A晶粒的像强度为背景强度，则暗场衍射像衬度为

ΔI/I=（IA-IB）/IA

显而易见，暗场成像比明场成像衬度大得多。晶体样品的衍射成象原理，一般说来不如质厚像衬度那样简单和直观。2023/12/71663.2.5透射电镜的主要性能指标点分辨率

点分辨率是指透射电镜刚能分辨出的两个独立颗粒间的间隙。2晶格分辨率2023/12/73.2.6透射样品的制备及应用由于电子束只能透过厚度为200nm以下的样品，因此TEM样品的制备要求较高。TEM样品制备包括薄膜法和体材料法两种。薄膜法通常采用表面复型等技术来实现。体材料法主要采用切割、抛光等方法来实现。金属：电解抛光；陶瓷：离子磨。IonMillElectro-polishing图3.30纳米氧化硅粉体的TEM照片2023/12/7168透射电子显微镜HREMimageofdislocationinZnS2023/12/7169透射电子显微镜HREMimageofMgO/Al2O3interfaceMgOAl2O3Interface2023/12/7170透射电子显微镜HREMimageofthereactionproductatMgO/Al2O3interfacialregionMgOAl2O3MgAl2O42023/12/7171HREMimageofanInGaAs/GaAsstrainedlayersuperlattice(left)andedgedislocationatInSb/GaAsinterface(right)透射电子显微镜2023/12/71722023/12/71731.特点：能量色散谱仪简称能谱仪（EDS）已经成为扫描电镜和透射电镜普遍应用的附件，可以在扫描电镜和透射电镜分析样品表面形貌的同时，进行微区元素分析（化学成分分析）。3.3能谱仪（EDS）2023/12/71742.缺点：

轻元素（小于钠）数据不准，小于Be的元素没有信号。轻元素需要用俄歇电子能谱仪。

原因：

轻元素特征X射线能量低；轻元素特征X射线产率低；

Li为窗口材料，轻元素被吸收多。基本原理E为X射线的能量（keV）

为X射线的波长（Å）2023/12/71752.原理：特征X射线的标识作用。2023/12/71764.定点元素分析：点分析是将电子束固定于样品中某一点上，进行定性或者定量的分析，用于显微结构的成分分析；结果体现形式，横坐标能量，纵坐标原子计数2023/12/71772023/12/71785.线扫描分析：结果体现形式，横坐标距离，纵坐标某元素强度（有一个元素即有一条曲线）线扫描分析是电子束沿一条线对样品进行扫描，能得到元素含量变化的线分布曲线，结合样品形貌像对照分析，能直观获得元素在不同区域的分布情况；2023/12/71796.面扫描分析：结果体现形式，横坐标X轴距离，纵Y轴距离（用明暗体现元素含量，有一个元素即有一个曲线）面扫描分析是电子束在样品表面扫描，试样表面的元素在屏幕上由亮度或彩色表现出来，常用来做定性分析。亮度越高，元素含量越高，结合形貌像常用于成分偏聚、相分布的研究中。

2023/12/7180本章小结入射电子与固体作用产生的物理信号及特点扫描电镜和透射电镜的主要性能指标二次电子和背散射电子成像衬度原理透射电镜成像和光学显微成像的区别电子衍射和X射线衍射的区别透射电镜成像衬度扫描电镜和透射电镜测试的样品制备能谱仪微区成分分析原理和方法

第4章热分析2023/12/71812023/12/7本章内容、重点和难点热分析技术的分类，三大热分析技术的基本原理，样品制备及实验方法，热分析在材料研究中的应用；重点是热分析原理，热分析在材料研究中的应用；难点是方法选择和热分析谱图解析。182热分析的定义

1977年在日本京都召开的国际热分析协会(ICTA,InternationalConferenceonThermalAnalysis)第七次会议所下的定义：热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度之间关系的一类技术。这里所说的“程序控制温度”一般指线性升温或线性降温，也包括恒温、循环或非线性升温、降温。这里的“物质”指试样本身和(或)试样的反应产物，包括中间产物。2023/12/7183物质的热效应熔融熔点,结晶度,软化点,纯度O2氧化稳定剂,燃烧曲线分解温度,含量,动力学温度

高低加热比热,膨胀系数,杨氏模量晶体中水的存在形式1吸附水：H2O；不参加晶格；存在于表面或毛细管内，失水温度100-130o。2结晶水：H2O参加晶格；存在于结构中，不与其他单元形成化学键；失水物相变化；温度100-300o。3结构水：OH-形式参加晶格；存在于结构中，与其他单元形成化学键；失水晶格崩溃；温度300-1000o。4过渡类型的水：层间水、沸石水。热分析方法的种类是多种多样的，根据国际热分析协会(ICTA)的归纳和分类，目前的热分析方法共分为九类十七种，在这些热分析技术中，热重法、差热分析、差示扫描量热法和热机械分析应用得最为广泛。物理性质热分析技术名称缩写质量热重分析法TG温度差热分析DTA热量差示扫描量热法DSC尺寸热膨胀（收缩）法TD力学特性动态力学分析DMTA2023/12/71864.1差热分析（DTA）一、DTA的基本原理

差热分析是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。差热分析曲线描述了样品与参比物之间的温差(ΔT)随温度或时间的变化关系。2023/12/71872023/12/7188差热分析(DTA)：在程序控制温度条件下，测量样品与参比物之间的温度差与温度关系的一种热分析方法。参比物（或基准物，中性体）：在测量温度范围内不发生任何热效应的物质，如

-Al2O3、MgO等。在实验过程中，将样品与参比物的温差作为温度或时间的函数连续记录下来，就得到了差热分析曲线。用于差热分析的装置称为差热分析仪。2023/12/7189将试样和参比物分别放入坩埚，置于炉中以一定速率进行程序升温，以Ts、Tr

表示各自的温度，设试样和参比物的热容量不随温度而变。若以ΔT=Ts-Tr

对t作图，所得DTA曲线，随着温度的增加，试样产生了热效应(例如相转变)，与参比物间的温差变大，在DTA曲线中表现为峰、谷。显然，温差越大，峰、谷也越大，试样发生变化的次数多，峰、谷的数目也多，所以各种吸热谷和放热峰的个数、形状和位置与相应的温度可用来定性地鉴定所研究的物质，而其面积与热量的变化有关。2023/12/7190差热分析曲线基本元素2023/12/71912差热分析仪

（1）加热炉:分立式和卧式。有中温炉和高温炉。（2）试样支撑—测量系统:有热电偶、坩埚、支撑杆、均热板。（3）温度程序控制单元：使炉温按给定的程序方式(升温、降温、恒温、循环)以一定速度变化。（4）差热放大单元：用以放大温差电势，由于记录仪量程为毫伏级，而差热分析中温差信号很小，一般只有几微伏到几十微伏，因此差热信号须经放大后再送入记录仪中记录。（5）记录单元：由双笔自动记录仪将测温信号和温差信号同时记录下来。4.1.2差热分析方法的应用定性分析：定性表征和鉴别物质，依据：峰温、形状和峰数目方法：将实测样品DTA曲线与各种化合物的标准（参考）DTA曲线对照。标准卡片有：萨特勒(Sadtler)研究室出版的卡和麦肯齐(Mackenzie)制作的卡片(分为矿物、无机物与有机物三部分)。定量分析依据：峰面积。因为峰面积反映了物质的热效应（热焓），可用来定量计算参与反应的物质的量或测定热化学参数。2023/12/71932023/12/71951.确定晶形转变2023/12/71962.固相反应的研究白云石CaMg(CO3)2的差热曲线800℃左右，吸热伴失重，白云石分解成CaCO3.MgO,并放出CO2，900℃左右，吸热伴失重，CaCO3分解放出CO2转变为CaO.2023/12/71973.确定化合物的结构海泡石：Mg8[Si12O30](OH)4(OH2)48H2O

的DTA曲线注意：