1、7/16/2022材料微觀分析技術第二部分 緒論講解7/16/20221. 課程教學要求2. 階段學習總結3. 材料微觀分析技術緒論4. 課程教學內容5. 課程學習方法6. 考核與成績7. 教學參考書目今日授課內容介紹7/16/20221. 課程教學要求材料微觀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本課程學習，使學生能夠做到：1. 掌握常用材料微觀分析方法的基本原理、過程 、裝備、樣品的制備和應用；2. 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應用范圍，正確選擇分析測試方法的能力；7/16/20223. 看懂或會分析一般（典型、較簡單）的測試結果（圖譜與圖象等

2、）；4. 可以與分析測試專業人員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；5. 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。1. 課程教學要求7/16/20222.階段學習總結材料測試方法的技術總結1.材料測試方法的概念與分類2.材料測試方法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7/16/2022材料測試方法的概念與分類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2.階段學習總結材料測試材料分析材料表征7/16/2022材料測試方法的概念與分類2.階段學習總結材料測試方法如何

3、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7/16/2022材料測試方法的概念與分類激發源（電磁波，粒子束，電場，磁場，熱，力等）主動式（含激發源式材料測試方法）材料響應的傳感與變換數據采集處理與組成，結構，性能等相關的某種響應2.階段學習總結7/16/2022材料測試方法的概念與分類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、重（質）量、顏色、形狀、運動情況等等；亦可根據材料物理、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。被動式（無激發源式材料測試方法）2.階段學習總結7/

4、16/20222.階段學習總結材料測試方法的主動式、被動式分類并非絕對微觀尺度上，材料測試分析的主要目的是表征材料的組成和結構信息本課程材料微觀分析技術主要學習主動式材料組成與結構的微觀分析技術材料測試方法的概念與分類分類要點和課程內容7/16/20222.階段學習總結亞微觀，微米或亞微米尺度（相層次） 1. 組成分析（化學成分分析） 2. 形貌分析：物相種類、大小及排列方式微觀，尺度（原子及原子組合層次） 1. 組成分析（化學成分分析） 2. 結構分析：原子排列方式與電子構型材料測試方法的概念與分類材料微觀測試方法的分類7/16/2022材料測試方法的三個基本要素激發方式采用何種激發源，與何

5、種狀態的材料相互作用響應類型和機理適用范圍響應與材料的何種信息相關聯2.階段學習總結7/16/20222.階段學習總結 X射線衍射分析 1. 單晶衍射法 2. 多晶衍射法 電子顯微分析 1. 透射電子顯微分析 2. 掃描電子顯微分析 3. 電子衍射分析 4. 電子探針（電子能譜分析，電子探針 X射線顯微分析）已學習分析測試方法的總結7/16/20222.階段學習總結 【課堂練習】 根據材料測試方法的三個基本要素，列表總結已學習的各種材料分析測試方法。已學習分析測試方法的總結7/16/20223.材料微觀分析技術緒論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

6、之一材料、信息與能源為當代文明的三大支柱材料與材料科學7/16/20223.材料微觀分析技術緒論新材料、信息技術和生物技術是新技術革命的主要標志材料科學，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 材料與材料科學7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料研究的四個基本要素材料研究與微觀分析技術合成與加工組成性能微結構7/16/20223.材料微觀分析技術緒論傳統的“炒菜”法材料研究與微觀分析技術新材料開發方法材料設計發展方向7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料研究與微觀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

7、料微觀分析），按指定性能“定做”新材料，按生產要求“設計”最佳的制備和加工方法。7/16/20223.材料微觀分析技術緒論宏觀上的性能測試和微觀上的組成與結構表征，這兩個方面構成了材料的檢測評價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制備的實際效果必須通過材料微觀分析的檢驗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研究與微觀分析技術7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的任務材料組成分析（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 尺度，原子及原子組合層次

8、結構7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料化學成分分析傳統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元素組成分析方法7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料化學成分分析傳統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）分子發射光譜（熒光光譜）氣相、液相、凝膠色譜化合物組成分析方法7/16/20223.材料微觀分析技術緒論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7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料形貌分析昆蟲標本（500倍）7/1

9、6/20223.材料微觀分析技術緒論材料形貌分析螺旋形碳管（9，157倍）7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料形貌分析化學方法生長的ZnO納米陣列（100，000倍）7/16/20223.材料微觀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）7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料結構分析直接法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）7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料結構分析直接法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7/16/20223.

10、材料微觀分析技術緒論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)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7/16/20223.材料微觀分析技術緒論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7/16/20223.材料微觀分析技術緒論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7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料結構分析直接法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

11、影結構，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。 7/16/20223.材料微觀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）間接法7/16/20223.材料微觀分析技術緒論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7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料結構分析CVD方法制備的氧化鎵納米帶（A）與納米片（B）的透射電鏡與選區電子衍射分析 電子衍射證實了這些納米相為單斜

12、晶系 的Ga2O3單晶間接法7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀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7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的選擇7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的選擇7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的選擇7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用X射線衍射分析總結激發源X射線與固體物質作用相干散射衍射材料的微觀結構分析方法單晶結構參數、應力和定向

13、的測試多晶的物相分析技術？7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用X射線衍射分析總結原子排列有序與否分為晶態和非晶態整體有序單晶材料局部有序多晶材料相：材料中具有同一聚集態、組成、結構和性質的均勻組成部分7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用X射線衍射分析總結相，可以分為化合物和固溶體兩類相的排列方式亞微觀形貌（結構）物相的定性分析特征X射線衍射 標準衍射卡片定量分析化合物組成分析7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用電子顯微分析的總結固體試樣電子束透射電子相干散射電子背散射電子二次電子俄歇電子陰極熒光特征X射線nA吸

14、收電子7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用電子顯微分析的總結激發源電子束與固體物質作用透射電子透射電子顯微分析形貌及顯微結構分析吸收電子，二次電子，背散射電子掃描電子顯微分析形貌分析7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用電子顯微分析的總結相干散射電子衍射分析 顯微結構分析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）7/16/20223.材料微觀分析技術緒論7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用水晶 or 水晶玻璃？真，假鉆石？可口

15、可樂配方？“勇氣”號探測車的火星巖石分析？7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用“勇氣”號機械臂上的四大法寶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7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用7/16/20223.材料微觀分析技術緒論材料微觀分析技術的應用7/16/20224.課程