1、材料現代分析技術第二部分材料現代分析技術王智宇材料科學與工程學系無機非金屬材料教授，博士生導師1967年11月出生，羊，天蝎座辦公室：曹光彪大樓429房間：87952334，電子郵件：wangzhiyu材料現代分析技術1. 課程學習要求2. 階段總結3. 材料現代分析技術緒論4. 課程教學內容5. 課程學習方法6.與成績7. 教學參考書目材料現代分析技術1. 課程學習要求材料現代分析技術是材料科學與工程學科專業學生的必修基礎課之一通過學習，使大家掌握常用材料現代分析方法的基本原理、過程 、裝備、樣品和應用等基本知識；在此基礎上，做到：1.初步具有根據分析的目的，結合各種材料分析測試方法的特點和

2、應用范圍，正確選擇分析測試方法的能力；材料現代分析技術1. 課程學習要求2. 看懂或會分析一般（典型、較簡單）的測試結果（圖譜與圖象等）的能力；3. 具有與分析測試專業共同商討有關材料分析研究的實驗方案和分析較復雜的測試結果的能力；具備專業從事材料分析測試工作的初步基礎，具備通過繼續學習掌握材料分析新方法、新技術的自學能力。4.材料現代分析技術2.階段總結材料分析方法的技術總結1. 材料分析的概念與分類2. 材料分析技術的三個基本要素已學習分析測試方法的總結1. X射線衍射分析2. 電子顯微分析材料現代分析技術2.階段總結材料分析技術的概念與分類材料現代分析技術2.階段總結材料分析技術的概念與

3、分類材料現代分析技術從技術上講，材料分析技分成兩類：主動式和術可以式2.階段總結材料分析技術的概念與分類材料現代分析技術2.階段總結材料分析技術的概念與分類式（無激發源式材料分析技術）材料現代分析技術2.階段總結材料分析技術的概念與分類材料分析技術的主動式、式分類并非絕對對材料的組成和結構信息進行精確表征是開展材料研究的基本要求，也是實現性能的前提本課程材料現代分析技術主要學習主動式材料組成與結構的現代分析技術材料現代分析技術2.階段總結材料分析技術的概念與分類元素組成1. 整體組成分析2. 微區體組成分析3. 微區表面、晶界、相界組成分析組成相組成1. 多晶相組成分析2. 化合組成（化學組成

4、）：如組成、價鍵濃度、高共聚物組成等材料現代分析技術2.階段總結材料分析技術的概念與分類亞微觀，微米或亞微米尺度（相層次）形貌分析：物相形態（種類）、大小及排列方式1. 表面與內部組織形貌：外觀形貌、晶粒大小與形態、界面（表面、相界、晶界）2. 多晶相各種相的與形態、含量與分布、位向結構關系（新相與母相、孿生相、夾雜物）微觀，0.1nm尺度（原子及原子組合層次）結構分析：原子排列方式與電子構型1. 各種相的結構（即晶體類型和晶體常數）、晶體缺陷（點缺陷、位錯、層錯）2.結構與價鍵（電子）結構：包括同種元素的不同價鍵類型和化學環境、高 能團、化學鍵）和構型序列等鏈的局部結構（官材料現代分析技術2

5、.階段總結材料分析技術的三個基本要素材料現代分析技術2.階段總結已學習分析測試方法的總結X射線衍射分析1.2.單晶衍射法多晶衍射法電子顯微分析1.2.3.4.透射電子顯微分析掃描電子顯微分析電子衍射分析電子探針（電子能譜分析，電子探針X射線顯微分析）材料現代分析技術2.階段總結已學習分析測試方法的總結【課堂練習】根據材料分析技術的三個基本要素，列表總結已學習的各種材料分析測試方法。材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料與材料科學材料就是用以制造有用物件的（凝聚態）物質材料的發明與使用是人類進步里程的重要標志之一材料、信息與能源為當代文明的三大支柱材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材

6、料與材料科學新材料、的主要標志和生物技術是新技術材料科學，一門多學科交叉的新興學科材料科學工作者必須具有廣泛而堅實的跨學科基礎知識材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料研究與現代分析技術材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料研究與現代分析技術發展方向材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料研究與現代分析技術所謂材料設計，就是根據對材料的組成、微結構與性能關系的認識（“炒菜”經驗材料微觀分析），按指定性能“定做”新材料，按生產要求“設計”最佳的法。和方材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料研究與現代分析技術宏觀上的性能測試和微觀上的組成與結構表征，這兩個方面了材料的檢測評價

7、技術材料設計的重要依據來源于對材料的微觀組成和結構分析材料 的檢驗的實際效果必須通過材料微觀分析材料科學的進展極大地依賴于對材料進行微觀分析表征的技術水平材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的任務材料組成分析（成份分析）1.2.元素組成化合物組成（化學組成）或物相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0.1nm尺度，原子及原子組合層次結構材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料成份分析傳統的化學分析技術電子探針X射線能譜顯微分析（表面） 原子光譜（吸收、發射、熒光）質譜與二次離子質譜核磁共振電子自旋共振（表面）光電子與俄歇電子能譜

8、（表面）材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料成份分析傳統的化學分析技術吸收光譜（紫外可見吸收光譜） 振動光譜（紅外、拉曼光譜）發射光譜（熒光光譜）氣相、液相、凝膠色譜衍射分析技術（晶體或多晶）材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料形貌分析光學顯微鏡光學儀激光散射譜掃描電子顯微鏡透射電子顯微鏡材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料形貌分析材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料形貌分析昆蟲標本（500倍）材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料形貌分析螺旋形碳管（9，157倍）材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料形貌分析化學方法生長的ZnO納米陣列（100，0

9、00倍）材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料形貌分析擔載Pt金屬顆粒的納米碳粒子（400，000倍）材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料形貌分析二元PbTe/Ag2Te超晶格的TEM圖譜和組元示意圖材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論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）材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料結構分析硅納米線的不同形貌(a)呈直線或彎曲狀態，(b)呈螺旋結構，(c)呈辮子結構材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料結構分析硅納米線的顯微結構高分辨電子顯微像（HTEM）(a)

10、 110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材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料結構分析五次對稱性鎳鈦準晶的高分辨電子顯微像材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料結構分析掃描隧道顯微分析拍攝的硅片上的單個原子圖像材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料結構分析掃描隧道顯微分析拍攝的銅表面鐵原子的排布情況材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料結構分析采用高分辨電子顯微分析等直接分析技術并不能有 效、直觀地反映材料的實際三維微觀結構；高分辨電子顯微結構像是直接反映晶體的原子分辨率 的投影結構，

11、并不直接反映晶體結構。盡管借助模型法，通過對被測晶體拍攝一系列不同離焦條件的顯微像，來分析測定材料的晶體結構，但若對被測晶體結構一無所知，則此方法法未必奏 效。材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料結構分析X射線衍射電子衍射 中子衍射 射線衍射穆斯堡爾譜擴展X射線吸收譜（EXAFS）熱分析（差熱、差動、熱重）材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料結構分析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材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料結構分析CVD方備的氧化鎵納米帶（A）與納米片（B）的透射電鏡 與選區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單晶材料

12、現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料分析技術的選擇所需探測材料的參數類型所需參數的精度要求所需參數的空間尺度：是整體統計性還是局域性的，是宏觀尺度、亞微觀尺度還是原子尺度。測試技術和設備自身具備的能力材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料分析技術的選擇材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料分析技術的選擇材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料分析技術的選擇材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用X射線衍射分析總結n 激發源X射線與固體物質作用n 相干散射衍射n 材料的微觀結構分析方法n 單晶結構參數、應力和定向的測試n 多晶的物相分析技術？材料現代分析

13、技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用X射線衍射分析總結n 原子排列有序與否分為晶態和非晶態n 整體有序單晶材料n 局部有序多晶材料n 相：材料中具有同一 和性質的均勻組成部分態、組成、結構材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用X射線衍射分析總結n 相，可以分為化合物和固溶體兩類n 相的排列方式亞微觀形貌（結構）n 物相的定性分析特征X射線衍射標準衍射卡片n 定量分析晶態類物相組成間接分析材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用電子顯微總結俄歇電子二次電子背散射電子特征X射線陰極熒光nA吸收電子相干散射電子透射電子電子束材料現代分析技術

14、固體試樣3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用電子顯微分析的總結n 激發源與固體物質作用n 透射電子透射電子顯微分析形貌及顯微結構分析n 吸收電子，二次電子，背散射電子 掃描電子顯微分析形貌分析材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用電子顯微分析的總結n 相干散射電子衍射分析顯微結構分析n 激發被測物質中原子發出特種X射線電子探針（電子能（波）譜分析，電子探針X射線顯微分析）顯微化學分析（Be或Li以上元素分析）材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用水晶 or 水晶？真，假鉆石？天然瑪瑙與人工瑪瑙？“

15、勇氣”號探測車的火星巖石分析？材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用“勇氣”號機

16、械臂上的四寶1. 巖石磨損工具2. 顯微成像儀3. 穆斯堡爾分光光度計4. 阿爾法粒子射線分光計材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用材料現代分析技術3.材料現代分析技術緒論材料現代分析技術的應用材料現代分析技術4.課程教學內容熱分析（差熱、差動熱分析）熱分析（失重、膨脹、熱釋光分析） 原子光譜分析（吸收、發射、熒光） 光譜分析（紫外可見吸收）光譜分析（熒光光譜）光譜分析（紅