材料结构表征应用.ppt

材料结构分析;第一章 绪论;1.材料现代分析方法;材料现代分析、测试技术的发展，使得材料分析不仅包括材料（整体）成分、结构分析，也包括材料表面与界面分析、微区分析、形貌分析等诸多内容。材料分析方法也不仅是以材料成分、结构等分析、测试为唯一目的，而是成为材料科学的重要手段，广泛应用于研究和解决材料理论和工程实际问题。; 材料分析是通过对表征材料的物理性质或物理化学性质参数及其变化(称为测量信号或表征信息)的检测实现的。即材料分析的基本原理（或称技术基础）是指测量信号与材料成分、结构等的特征关系。采用各种不同的测量信号形成了各种不同的材料分析方法。 材料结构的表征（或材料的分析方法）就其任务来说，主要有三个，即成分分析、结构测定和形貌观察。; 表面和内部组织形貌。包括材料的外观形貌（如断口、裂纹等）、晶粒大小与形态、各种相的尺寸与形态、含量与分布、界面（表面、相界、晶界）、位向关系（新相与母相、孪生相）、晶体缺陷（点缺陷、位错、层错）、夹杂物、内应力。 晶体的相结构。各种相的结构，即晶体结构类型和晶体常数。 ;化学成分和价键（电子）结构。包括宏观和微区化学成份（不同相的成份、基体与析出相的成份）、同种元素的不同价键类型和化学环境。 有机物的分子结构和官能团。 ;3.材料分析的理论依据;4.材料分析方法;微观结构的观察和分析对于理解材料的本质至关重要，组织形貌分析借助各种显微技术，认识材料的微观结构。形貌观察和分析主要采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜。 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。 ;三种组织分析手段的比较;光学和电子显微镜;光学显微镜（Optical Microscope, OM);扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM);SEM应用;2.断口形貌观察 ;3.磨损表面形貌观察 ;4.纳米结构材料形态观察;扫描电子显微镜;扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope，SPM）是在扫描隧道显微镜的基础上发展起来的各种新型探针显微镜（原子力显微镜AFM,激光力显微镜LFM，磁力显微镜MFM等等）的统称，是国际上近年发展起来的表面分析仪器，它是利用带有超细针尖的探针逼近样品，并利用反馈回路控制探针在距表面纳米量级位置扫描，获得其原子以及纳米级的有关信息图像 ;SPM特点;SPM应用;SPM;透射电子显微镜（Transmission electron microscope，TEM);TEM的观测内容;TEM;SEM和TEM比较;4.2物相分析;XRD ，通过对材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。 XRD可以做定性，定量分析。即可以分析合金里面的相成分和含量,可以测定晶格参数,可以测定结构方向、含量，可以测定材料的内应力，材料晶体的大小等等。一般主要是用来分析合金里面的相成分和含量。;X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）;在材料科学中的应用举例： （1）塑性形变的X射线分析：形变与再结晶织构测定、应力分析等； （2）相变过程与产物的X射线研究：相变过程中产物（相）结构的变化及最终产物、工艺参数对相变的影响、新生相与母相的取向关系等； （3）固溶体的X射线分析：固溶极限测定、点阵有序化（超点阵）参数、短程有序分析等； （4）高分子材料的X射线分析：高聚物鉴定、晶态与非晶态及晶型的确定、结晶度测定、微晶尺寸测定等。;4.3成分和价键分析;X光谱包括X射线荧光光谱(XFS)和电子探针X射线显微分析（EPMA）两种技术， 电子能谱包括X射线光电子能谱(XPS)、俄歇电子能谱(AES)、电子能量损失谱(EELS)等分析手段。 ;电子能谱分析方法概述;电子能谱分析方法概述;;分析方法;分析方法;4.4分子结构分析;光谱分析方法概述 光谱分析方法是基于电磁辐射与材料相互作用产生的特征光谱波长与强度进行材料分析的方法。光谱分析方法包括各种吸收光谱分析和发射光谱分析法以及散射光谱（拉曼）分析法。主要包括以下几种方法： 1、原子发射光谱分析（AES）：将样品蒸发成气态原子并将气态原子外层电子激发至高能态，处于激发态的原子向低能级跃迁产生辐射（发射光谱）。 2、原子吸收光谱分析（AAS）：原子的价电子从低能级到高能级。;3、紫外、可见（分子）吸收光谱分析（UV、VIS）：分子电子能级从低能级跃迁到高能级。 4、红外（分子）吸收光谱分析（IR）：分子振动能级低能级跃迁到高能级。 5、X射线荧光光谱分析（XFS）：原子中电子能级跃迁（光子激出内层电子，外