材料分析方法绪论.ppt

材料现代研究方法,天津大学材料科学与工程学院 杜希文,国家级精品课程,绪论,1. 为什么要学习材料分析方法？ 2. 构建合理的知识体系 3.材料分析的理论依据 3.1 组织形貌分析 3.2 相结构分析 3.3 成分和价键分析 3.4分子结构分析 4. 本课程的教学模式,课程简介,材料现代研究方法介绍材料分析的基本原理和相关技术，学习研究思维，培养研究能力。 材料科学与工程的专业基础课，是本科生的必修课和主干课，共56个学时，3.5个学分。 这门课程的曾经具有突出的专业特点。自2002年开始，根据一级学科的需要，进行了全面改革。 2007年，新编教材材料分析方法获得了教育部普通高等教育精品教材称号 2008年，材料现代研究方法被评为天津大学精品课程和天津市精品课程。 2009年 ， 材料现代研究方法被评为国家级精品课程 2012年，材料分析方法第二版入选普通高等教育十二五国家级规划教材。,1.为什么要学习材料分析方法？,成分,加工,结构,性能,分析方法,工欲善其事，必先利其器,红外光谱,核磁共振,X-射线衍射,扫描电子显微镜,透射电子显微镜,能谱,光学显微镜,原子力显微镜,对于一个未知的材料，如何分析？,对材料研究的思考与分类,这是真正的宝石吗？,宝剑如何实现削铁如泥？,对材料研究的思考与分类,表面和内部组织形貌。 晶体的相结构。 化学成分和价键（电子）结构。 有机物的分子结构和官能团。,2. 以往的知识体系,包括X射线衍射分析、电子显微分析和物理性能分析三部分,其中前两部分主要都是物相分析的方法。,1. 主要介绍各种分析测试仪器的原理和使用方法 2. 知识零散、各种分析手段自成一家，缺乏联系。 3. 以学习仪器为主，使知识停留在技术层面，达不到运用知识进行材料研究的高度。,按照仪器的类型，将分析方法分为：衍射分析、电子显微分析、光谱电子能谱分析和其他分析方法(色谱分析、质谱分析、电化学分析和热分析)。,关注材料研究，而不是仅仅关注技术,教材被采用情况,被广东工业大学、吉林大学、电子科技大学、长春理工大学、内蒙古农业大学、燕山大学等学校选为教材。,3. 材料分析的共同理论依据,利用入射波与材料作用，产生携带样品信息的各种出射波，探测这些出射的信号，进行分析处理，即可获得材料的组织、结构、成分、价键信息。,3.1 组织形貌分析,钢的断口形貌,C管微米环,量子围栏,Ni-Cr合金的铸造组织,借助各种显微技术，认识材料的微观结构,三种组织分析手段的比较,表面形貌分析技术经历了光学显微镜(OM)、电子显微镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)的发展过程，现在已经可以直接观测到原子的图像。,3.2 物相分析,主要的物相分析的手段有三种：x射线衍射(XRD)、电子衍射(ED)及中子衍射(ND)。,利用周期性结构能发生衍射的特点， 使用电磁波或物质波与晶格作用产生相干散射，获得材料内部原子排列的信息，重组出物质的结构,XRD,理学D/max 2000自动X射线仪,CdS 空心结构和PbS纳米颗粒的XRD图谱,TEM,3.3 成分和价键分析,核外电子的能级分布反应了原子的特征信息,成分分析手段可以分为两类： X光谱：XFS，EPMA 电子能谱：XPS、AES、 EELS) 。,EDS应用举例,齿轮疲劳失效，是由于渗碳处理不均匀，根本原因在于硅的偏聚。,3. 4 分子结构分析,红外光谱利用电磁波与分子键作用时的吸收或发射效应,核磁共振（NMR）利用原子核与电磁波的作用来获得分子结构信息,利用电磁波与分子键和原子核的作用，获得分子结构信息。,红外,原子核,对这种材料的分析涉及几种手段？,4. 本课程的结构,本课程分为四大部分，分别为组织形貌分析、晶体物相分析、成分和价键（电子）结构分析和分子结构分析，每一部分中的材料分析方法具有共同的原理。 在每一部分的开始，专门设一章概论来介绍该类分析的含义