【正文】 質 化學組成 微觀結構相結構 晶粒尺寸及分布 耐腐蝕性 雜質含量 結晶度分子量及分布 立體結構 晶體結構空隙度 熔點 熱性質 磁性質 光學性質 電學性質 重力性質 拉伸性 韌性 延展性 疲勞度 硬度 蠕變性 延伸性 抗沖擊性 壓縮性 動態(tài)力學性質 模量 12 8/24/2022 4:00 AM 結構與性能的關系 傳統(tǒng)的 “ 炒菜 ” 法 電子結構，原子結構和化學鍵決定了材料的固有性質 新材料 開發(fā)方法 材料設計 發(fā)展方向 所謂材料設計，就是根據(jù)對材料的組成、微結構與性能關系的認識 （“炒菜”經(jīng)驗＋材料微觀分析） ，按指定性能“定做”新材料，按生產(chǎn)要求“設計”最佳的制備和加工方法 。1 第三章 材料的表征 講授：趙宏濱 2 材料的結構表征 熱分析的分類與應用 形貌分析 表面分析 ☆ 復習內容 結構分析 3 制備 表征 設計 材料研究 因此可以說，材料科學的進展極大的依賴于對材料結構分析表征的水平。 熱分析 材料制備的實際效果必須通過材料結構分析的檢驗 材料設計的重要依據(jù) 成分分析 結構測定 形貌觀察 4 8/24/2022 4:00 AM 什么是材料測試方法？ 獲取有關材料的組成，結構和性能等相關信息 材料結構與材料性能的關系 材料測試 材料分析 材料表征 ＝ ＝ 現(xiàn)代材料科學的發(fā)展在很大程度上依賴對材料性能和其成分結構及微觀組織關系的理解 5 分子結構與聚集態(tài)結構 (XRD、 IR、 XPS、ASS) 材料測試與表征 表面與界面 (SEM、 TEM、 AFM SPM) 力學、流變性能 萬能材料試驗機 沖擊試驗機，流變儀 熱性能 (TGA,DSC) 6 8/24/2022 4:00 AM 材料測試方法的概念與分類 材料測試方法如何分類？ 從功能上講，可分為組成測試，結構測試和性能測試三種方法 從技術上講，材料測試方法可以分成兩類：主動式和被動式 7 8/24/2022 4:00 AM 激發(fā)源 （電磁波，粒子束，電場，磁場，熱，力等） 主動式（含激發(fā)源式材料測試方法） 材料 響應的傳感與變換 數(shù)據(jù)采 集處理 與組成，結構，性能 等相關的某種響應 材料測試方法的概念與分類 8 8/24/2022 4:00 AM A. 直接獲得有關材料物理、化學性能等固有信息，如尺寸大小、狀態(tài)、重（質）量、顏色、形狀、運動情況等等； B. 亦可根據(jù)材料物理、化學性能的差異間接推斷材料的組成和結構信息，如色譜分析法、原子力顯微分析等。 13 8/24/2022 4:00 AM 材料結構表征的基本方法 材料結構的表征目的 :成分分析 , 結構測定和形貌觀察 材料組成分析（ 化學成分分析 ） 1. 元素組成 2. 化合物組成 材料亞微觀結構分析（ 形貌分析 ） 微米或亞微米尺度，相層次結構 材料微觀 結構分析 ，原子及原子組合層次結構 14 8/24/2022 4:00 AM 材料化學成分分析 1 元素組成分析方法 傳統(tǒng)的化學分析技術 電子探針 X射線能譜顯微分析 原子光譜（吸收、發(fā)射、熒光） 質譜與二次離子質譜 核磁共振 電子自旋共振 光電子與俄歇電子能譜 15 8/24/2022 4:00 AM 材料化學成分分析 2 化合物組成分析方法 傳統(tǒng)的化學分析技術 分子吸收光譜（紫外 —可見吸收光譜） 分子振動光譜（紅外、拉曼光譜） 分子發(fā)射光譜（熒光光譜） 氣相、液相、凝膠色譜 16 8/24/2022 4:00 AM 材料形貌分析 ?光學顯微鏡 ?光學干涉儀 ?激光散射譜 ?掃描電子顯微鏡 ?透射電子顯微鏡 17 8/24/2022 4:00 AM 形貌分析的圖例 昆蟲標本（ 500倍） 螺旋形碳管（ 9， 157倍） 化學方法生長的 ZnO納米陣列（ 100， 000倍） 擔載 Pt金屬顆粒的納米碳粒子（ 400， 000倍） 18 8/24/2022 4:00 AM 材料結構分析 高分辨透射電子顯微鏡（ HTEM） 場離子顯微鏡（ FIM） 掃描隧道顯微鏡（ STM） 原子力顯微鏡（ SFM） X射線衍射分析（ XRD） 小角 X射線衍射分析（ SAXS） 19 8/24/2022 4:00 AM 材料結構分析 — 結果 硅納米線的不同形貌 (a)呈直線或彎曲狀態(tài)， (b)呈螺旋結構，(c)呈辮子結構 20 8/24/2022 4:00 AM 材料結構分析 直接法 硅納米線的顯微結構 高分辨電子顯微像（ HTEM） (a)［ 111］帶軸的硅納米線的單晶結構，它的生長方向為［ 112］ (b)存在高階孿晶的硅納米線 (c)具有堆垛層錯和孿晶等缺陷的硅納米線 21 8/24/2022 4:00 AM 材料結構分析 直接法 五次對稱性鎳鈦準晶的高分辨電子顯微像 22 8/24/2022 4:00 AM 材料結構分析 直接法 掃描隧道顯微分析拍攝的硅片上的單個原子圖像 23 8/24/2022 4:00 AM 材料結構分析 間接法 材料結構分析 X射線衍射 電子衍射 中子衍射 γ 射線衍射 穆斯堡爾譜 擴展 X射線吸收譜（ EXAFS） 熱分析（ TG、 TA、 DSC） 24 8/24/2022 4:00 AM 材料結構分析 間接法 五次對稱性鎳鈦準晶的高分辨電子顯微像與電子衍射斑點 25 8/24/2022 4:00 AM 材料結構分析 間接法 CVD方法制備的氧化鎵納米帶（ A）與納米片（ B）的透射電鏡與選區(qū)電子衍射分析 電子衍射證實了這些納米相為 單斜晶系 的 Ga2O3單晶 26 8/24/2022 4:00 AM 材料微觀分析技術的選擇 27 8/24/2022 4:00 AM 28 8/24/2022 4:00 AM 29 8/24/2022 4:00 AM 電子顯微 固體試樣 電子束 透射電子 相干散射電子 背散射電子（成份） 二次電子（ SEM） 俄歇電子 陰極熒光 特征 X射線 nA 吸收電子 30 8/24/2022 4:00 AM 材料微觀分析技術的應用 水晶 or 水晶玻璃？ 真，假鉆石？ 可口可樂配方？ “勇氣”號探測車的火星巖石分析？ 31 8/24/2022 4:00 AM 材料微觀分析技術的應用 “勇氣”號 機械臂上的四大法寶 2. 顯微成像儀 3. 穆斯堡爾分光光度計 4. 阿爾法粒子Ｘ射線分光計 32 8/24/2022 4:00 AM 材料微觀分析技術的應用 33 8/24/2022 4:00 AM 材料微觀分析技術的應用 34 8/24/2022 4:00 AM 材料微觀分析技術的應用 35 8/24/2022 4:00 AM 材料微觀分析技