五单元材料化学210.11.09.10节.ppt

材料的性能与材料结构组成的关系 材料的不同性能是材料内部因素在一定外界因素作用下的综合反映。材料的内部因素一般来说包括物质的组成和结构。 物质的组成和结构直接决定了材料的性能和效能。 物质的组成和结构取决于材料的制备和使用条件。 在材料制备和使用过程中，物质经历了一系列物理、化学或物理化学变化。 因此，材料的制备工艺和使用过程，特别是前者直接决定了材料的组成和结构，从而决定了材料的性能和使用效能。 材料的制备和使用条件 物质的组成和结构 材料的性能和使用效能 举例说明 一根化学组成相同的铜棒，分别用铸造方法和轧制方法成型后，其显微结构完全不同，前者含辐射状排列的长晶粒，且含有气孔和气泡；后者含圆形晶粒，且含有被拉长的非金属夹杂物和内部原子排列缺陷。 这两者的性能是不相同的： 铸造件强度较低，容易发生脆性开裂； 轧制件的强度则高得多，但也可因存在夹杂物和缺陷而发生开裂。 正是由于制备工艺和使用过程的这种重要性，材料研究应着重于探索制备过程前后和使用过程中的物质变化规律，也就是在此基础上探明材料的组成(结构)、合成(工艺过程)、性能和效能及其相互关系。 或者说找出经一定工艺流程获得的材料的组成(结构)对于材料性能与用途的影响规律，以达到对材料优化设计的目的，从而将经验性工艺逐步纳入材料科学与工程的轨道。 材料结构和组成的测试方法 研究材料必须以正确的研究方法为前提。研究方法从广义来讲，包括技术路线、实验技术、数据分析等。 从狭义来说，研究方法就是某一种测试方法，如X射线衍射分析、电子显微术、红外光谱分析等，包括实验数据(信息)获取和分析。 二、材料表面分析方法： 表面分析与表征作用； 表面化学各种学说确定； 表面化学反应机理的研究； 物质表面结构－分子运动－材料的性能之间的关系； 表面改性和新材料开发及应用． 表面分析的目的 确定表面的化学成分　 确定表面结构和分布 确定原子与分子所处状态 确定表面吸附物种的结构、状态和结构 表面分析方法 Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ） 俄歇电子能谱（ＡＥＳ） Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ） 基本原理：以一定能量的光照射分子或固体表面，通过光子的吸收，与原子中电子相互作用，从而激起光电子的发射。 各元素都有其特征电子结合能，好比原子的指纹，因此，XPS是探索原子轨道能量与元素分析的有效方法。 XPS 谱图解析 hv-被吸收的入射光子能量； -束缚能级转移到费米能级所需的能量。 - 以真空能级 为参考能级的该能级激出电子所需的能量，即该发射光电子能级的电子结合能 ； -从费米能级到真空能及所作的功。 XPS谱的纵坐标常以某一能量光电子数目N(E)的每秒计数来表示； 横坐标用该光电子在原子中结合能Eb来表示，也可用光电子动能Ek表示。 Ag原子n=1,n=2电子能级的电子结合能大于Mg-Ka线的能量，因而无谱峰出现； 4d自旋轨道耦合未分辨开； 4f无电子填充，因而无峰； 由上述谱图可以看出 ，每个元素的原子均有1～2个最强的特征峰，如Ag的3d3/2和3d5/2分别为374和368eV,但常有各种因素产生伴峰或多峰而造成干扰 。 PANI插层改性后MCMB的XPS分析 PANI插层改性前后MCMB的XPS图谱 PANI插层改性后MCMB复合材料的XPS测试结果 测试样品 C/% O/% N/% MCMB 83.32 16.68 0 1.5/1-24 76.21 20.84 2.95 1 288.90 eV 2 286.95 eV 3 285.55 eV 4 284.50 eV PANI插层改性前后MCMB表面C1s的XPS谱图 PANI插层改性前后MCMB表面C1s的XPS测试结果 样品名称 C1s结合能峰位置（eV）及其对应的原子百分含量 284.5 C原子 285.55 -COH 286.95 -C=O 288.9 -COOH MCMB 39.06 36.63 7.98 16.33 改性后 26.37 35.08 20.89 17.66 1 400.02eV 2 400.96eV PANI插层改性后MCMB表面N1s的XPS谱图 PANI插层改性前后MCMB表面N1s的XPS测试结果 样品名称 N1s结合能峰位置（eV）及其对应的原子百分含量 400.02 -NH 400.96 –N+= MCMB 0 0 1.5/1-24 31.40 68.60 俄歇电子能谱AES 基本原理： 当X射线光子（或电子束）轰击样品时，样品内原子受激发，在内层W能级上（1S)首先设出电子，发射的电子称为一次电子，致使W能级上产生一个孔