材料現(xiàn)代測試分析技術(已修改)
2025-05-11 12:11 本頁面
【正文】 材料現(xiàn)代測試分析技術 第一章 材料現(xiàn)代測試分析技術概述 第一節(jié) 一般原理 材料現(xiàn)代測試分析技術 是關于 材料成分、結構、微觀形貌與缺陷等 的現(xiàn)代分析、測試技術及其 有關理論基礎 的科學。 ? 不僅包括材料（整體的）成分、結構分析，也包括材料表面與界面分析、微區(qū)分析、形貌分析等諸多內(nèi)容。 ? 創(chuàng)立新的理論，發(fā)明新的技術和方法 科學技術上的重大成就和科學研究新領域的開辟，往往是以測試方法和儀器的突破為先導，“在諾貝爾物理和化學獎中，大約有四分之一是屬于測試方法和儀器創(chuàng)新的” 材料分析是如何實現(xiàn)的？ 通過對表征材料的物理性質參數(shù)及其變化（稱為測量信號或特征信息）的檢測實現(xiàn)的。即，材料分析的基本原理是指 測量信號與材料成分、結構等的特征關系 采用各種不同的測量信號（相應地具有與材料的不同特征關系）形成了各種不同的材料分析方法 基于 電磁輻射及運動粒子束與物質相互作用 的各種性質建立的各種分析方法已成為材料現(xiàn)代測試分析方法的重要組成部分： 衍射分析 光譜分析 電子能譜分析 電子顯微分析 基于 其它物理性質與材料的特征關系 建立的分析方法： 色譜分析 質譜分析 熱分析 檢測過程 信號發(fā)生 信號檢測 信號處理 信號讀出 分析儀器 信號發(fā)生器 檢測器 信號處理器 讀出裝置 使樣品產(chǎn)生（原始）分析信號 將原始分析信號轉換為更易于測量的信號并加以檢測 轉變?yōu)榭杀蝗俗x出的信號被記錄或顯示出來 將被檢測信號放大、運算、比較等 依據(jù)檢測信號與材料的特征關系，分析、處理讀出信號， 即可實現(xiàn)材料分析的目的 第二節(jié) 衍射分析方法概述 基本目的：衍射分析方法是以 材料結構分析為基本目的的現(xiàn)代分析方法。 技術基礎： 衍射 ——電磁輻射或運動的電子束、中子束與材料相互作用產(chǎn)生相干散射（彈性散射），相干散射相長干涉的結果 X射線衍射分析 電子衍射分析 中子衍射分析 一、 X射線衍射分析 X射線照射晶體，晶體中電子受迫振動產(chǎn)生相干散射，同一原子內(nèi)電子散射波相互干涉形成了原子散射波，各原子散射波相互干涉 ，在某些方向上一致加強，即形成了晶體的衍射波。 衍射方向 ——布拉格方程： 衍射強度 晶胞中原子的位置和種類 據(jù)以實現(xiàn)材料結構分析等工作的兩個基本特征 ?? ?s in2 H K Ld晶胞的形狀大小 分析方法 基本分析項目 衍射儀法 物相定性分析，物相定量分析，點陣常數(shù)測定，應力測定，嵌鑲塊尺寸測定，織構測定，單晶定向，非晶態(tài)結構分析 （粉末）照相法 物相定性分析，點陣常數(shù)測定，絲織構測定 勞埃法 單晶定向，晶體對稱性測定 四圓衍射儀法 單晶結構分析，晶體學研究，化學鍵測定 X射線衍射分析方法的應用 多晶體 單晶體 使用方便 ,自動化程度高 ,尤其是與計算機結合 ,使其在強度測量、花樣標定和物相分析等方面具有更好的性能。 X射線衍射儀 二、電子衍射分析 電子衍射分析立足于 運動電子束的波動性 。入射電子被樣品中各個原子彈性散射，被各原子彈性散射的電子束相互干涉，在某些方向上一致加強，即形成了樣品的電子衍射波。 電子衍射的分類： 按入射電子能量的大小 按電子束是否穿透樣品 高能電子衍射 低能電子衍射 透射式電子衍射 反射式電子衍射 高能電子衍射分析（ HEED） 入射電子能量 10~200keV 透射電子顯微鏡（ TEM） —— 可實現(xiàn)樣品選定區(qū)域的電子衍射分析 實現(xiàn) 微區(qū)樣品結構分析與形貌觀察 相對應 低能電子衍射分析（ LEED） 入射電子能量 10~1000eV ? 樣品表面 1~5個原子層的結構信息；是 晶體表面結構分析 的重要方法，應用于表面吸附、腐蝕、催化、外延生長、表面處理等領域 ? 衍射線方向由 二維勞埃方程 描述 反射式高能電子衍射分析（ RHEED） ? 以高能電子照射較厚固體樣品來研究分析其 表面結構 ? 為獲得表面信息，入射電子采用 掠射方式 （ 5。 ）照射樣品表面，使彈性散射發(fā)生在樣品的近表面層 衍射分析方法 Ｘ射線衍射 電子衍射 (TEM上） 源信號 X射線 (λ,101nm 數(shù)量級 ) 電子束 (λ,103 nm數(shù)量級 ) 技術基礎 X射線被樣品中各原子核外電子彈性散射的相長干涉 電子束被樣品中各原子核彈性散射的相長干涉 樣品 固體 薄膜 輻射深度 幾 ~幾十 μm 1 μm 輻射對樣品作用體積 約 ~ m3 約 1μm3 衍射角 (2θ ) 0。 ~180。 0。 ~3。 衍射方向的描述 布拉格方程 布拉格方程 結構因子概念與 消光規(guī)律 相同 相同
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