材料现代分析方法王1绪论

1、材料现代分析技术第二部分材料现代分析技术王智宇材料科学与工程学系无机非金属材料教授，博士生导师1967年11月出生，羊，天蝎座办公室：曹光彪大楼429房间：87952334，电子邮件：wangzhiyu材料现代分析技术1. 课程学习要求2. 阶段总结3. 材料现代分析技术绪论4. 课程教学内容5. 课程学习方法6.与成绩7. 教学参考书目材料现代分析技术1. 课程学习要求材料现代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学习，使大家掌握常用材料现代分析方法的基本原理、过程 、装备、样品和应用等基本知识；在此基础上，做到：1.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

2、应用范围，正确选择分析测试方法的能力；材料现代分析技术1. 课程学习要求2. 看懂或会分析一般（典型、较简单）的测试结果（图谱与图象等）的能力；3. 具有与分析测试专业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的能力；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。4.材料现代分析技术2.阶段总结材料分析方法的技术总结1. 材料分析的概念与分类2. 材料分析技术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. 电子显微分析材料现代分析技术2.阶段总结材料分析技术的概念与分类材料现代分析技术2.阶段总结材料分析技术的概念与

3、分类材料现代分析技术从技术上讲，材料分析技分成两类：主动式和术可以式2.阶段总结材料分析技术的概念与分类材料现代分析技术2.阶段总结材料分析技术的概念与分类式（无激发源式材料分析技术）材料现代分析技术2.阶段总结材料分析技术的概念与分类材料分析技术的主动式、式分类并非绝对对材料的组成和结构信息进行精确表征是开展材料研究的基本要求，也是实现性能的前提本课程材料现代分析技术主要学习主动式材料组成与结构的现代分析技术材料现代分析技术2.阶段总结材料分析技术的概念与分类元素组成1. 整体组成分析2. 微区体组成分析3. 微区表面、晶界、相界组成分析组成相组成1. 多晶相组成分析2. 化合组成（化学组成

4、）：如组成、价键浓度、高共聚物组成等材料现代分析技术2.阶段总结材料分析技术的概念与分类亚微观，微米或亚微米尺度（相层次）形貌分析：物相形态（种类）、大小及排列方式1. 表面与内部组织形貌：外观形貌、晶粒大小与形态、界面（表面、相界、晶界）2. 多晶相各种相的与形态、含量与分布、位向结构关系（新相与母相、孪生相、夹杂物）微观，0.1nm尺度（原子及原子组合层次）结构分析：原子排列方式与电子构型1. 各种相的结构（即晶体类型和晶体常数）、晶体缺陷（点缺陷、位错、层错）2.结构与价键（电子）结构：包括同种元素的不同价键类型和化学环境、高 能团、化学键）和构型序列等链的局部结构（官材料现代分析技术2

5、.阶段总结材料分析技术的三个基本要素材料现代分析技术2.阶段总结已学习分析测试方法的总结X射线衍射分析1.2.单晶衍射法多晶衍射法电子显微分析1.2.3.4.透射电子显微分析扫描电子显微分析电子衍射分析电子探针（电子能谱分析，电子探针X射线显微分析）材料现代分析技术2.阶段总结已学习分析测试方法的总结【课堂练习】根据材料分析技术的三个基本要素，列表总结已学习的各种材料分析测试方法。材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料与材料科学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之一材料、信息与能源为当代文明的三大支柱材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材

6、料与材料科学新材料、的主要标志和生物技术是新技术材料科学，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现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料研究与现代分析技术材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料研究与现代分析技术发展方向材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料研究与现代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”最佳的法。和方材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料研究与现代分析技术宏观上的性能测试和微观上的组成与结构表征，这两个方面了材料的检测评价

7、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 的检验的实际效果必须通过材料微观分析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现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的任务材料组成分析（成份分析）1.2.元素组成化合物组成（化学组成）或物相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0.1nm尺度，原子及原子组合层次结构材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料成份分析传统的化学分析技术电子探针X射线能谱显微分析（表面） 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（表面）光电子与俄歇电子能谱

8、（表面）材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料成份分析传统的化学分析技术吸收光谱（紫外可见吸收光谱） 振动光谱（红外、拉曼光谱）发射光谱（荧光光谱）气相、液相、凝胶色谱衍射分析技术（晶体或多晶）材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料形貌分析光学显微镜光学仪激光散射谱扫描电子显微镜透射电子显微镜材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料形貌分析材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料形貌分析昆虫标本（500倍）材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料形貌分析螺旋形碳管（9，157倍）材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料形貌分析化学方法生长的ZnO纳米阵列（100，0

9、00倍）材料现代分析技术3.材料现代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）材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料形貌分析二元PbTe/Ag2Te超晶格的TEM图谱和组元示意图材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料结构分析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）材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料结构分析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)呈辫子结构材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料结构分析硅纳米线的显微结构高分辨电子显微像（HTEM）(a)

10、 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材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料结构分析五次对称性镍钛准晶的高分辨电子显微像材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料结构分析扫描隧道显微分析拍摄的硅片上的单个原子图像材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料结构分析扫描隧道显微分析拍摄的铜表面铁原子的排布情况材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料结构分析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 的投影结构，

11、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。材料现代分析技术3.材料现代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）材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料结构分析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材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料结构分析CVD方备的氧化镓纳米带（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晶系 的Ga2O3单晶材料

12、现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料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材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料分析技术的选择材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料分析技术的选择材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料分析技术的选择材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用X射线衍射分析总结n 激发源X射线与固体物质作用n 相干散射衍射n 材料的微观结构分析方法n 单晶结构参数、应力和定向的测试n 多晶的物相分析技术？材料现代分析

13、技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用X射线衍射分析总结n 原子排列有序与否分为晶态和非晶态n 整体有序单晶材料n 局部有序多晶材料n 相：材料中具有同一 和性质的均匀组成部分态、组成、结构材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用X射线衍射分析总结n 相，可以分为化合物和固溶体两类n 相的排列方式亚微观形貌（结构）n 物相的定性分析特征X射线衍射标准衍射卡片n 定量分析晶态类物相组成间接分析材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用电子显微总结俄歇电子二次电子背散射电子特征X射线阴极荧光nA吸收电子相干散射电子透射电子电子束材料现代分析技术

14、固体试样3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用电子显微分析的总结n 激发源与固体物质作用n 透射电子透射电子显微分析形貌及显微结构分析n 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材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用电子显微分析的总结n 相干散射电子衍射分析显微结构分析n 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）材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用水晶 or 水晶？真，假钻石？天然玛瑙与人工玛瑙？“

15、勇气”号探测车的火星岩石分析？材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用“勇气”号机

16、械臂上的四宝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材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用材料现代分析技术3.材料现代分析技术绪论材料现代分析技术的应用材料现代分析技术4.课程教学内容热分析（差热、差动热分析）热分析（失重、膨胀、热释光分析） 原子光谱分析（吸收、发射、荧光） 光谱分析（紫外可见吸收）光谱分析（荧光光谱）光谱分析（红