材料微觀分析技術(shù)第二部分緒論講解

1、7/16/2022材料微觀分析技術(shù)第二部分 緒論講解7/16/20221. 課程教學(xué)要求2. 階段學(xué)習(xí)總結(jié)3. 材料微觀分析技術(shù)緒論4. 課程教學(xué)內(nèi)容5. 課程學(xué)習(xí)方法6. 考核與成績7. 教學(xué)參考書目今日授課內(nèi)容介紹7/16/20221. 課程教學(xué)要求材料微觀分析技術(shù)是材料科學(xué)與工程學(xué)科專業(yè)學(xué)生的必修基礎(chǔ)課之一通過本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)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(yīng)用；2. 初步具有根據(jù)分析的目的，結(jié)合各種材料分析測試方法的特點(diǎn)和應(yīng)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(jié)果（圖譜與圖象等

2、）；4. 可以與分析測試專業(yè)人員共同商討有關(guān)材料分析研究的實(shí)驗(yàn)方案和分析較復(fù)雜的測試結(jié)果；5. 具備專業(yè)從事材料分析測試工作的初步基礎(chǔ)，具備通過繼續(xù)學(xué)習(xí)掌握材料分析新方法、新技術(shù)的自學(xué)能力。1. 課程教學(xué)要求7/16/20222.階段學(xué)習(xí)總結(jié)材料測試方法的技術(shù)總結(jié)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(xué)習(xí)分析測試方法的總結(jié)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(guān)材料的組成，結(jié)構(gòu)和性能等相關(guān)信息2.階段學(xué)習(xí)總結(jié)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(xué)習(xí)總結(jié)材料測試方法如何

3、分類？從功能上講，可分為組成測試，結(jié)構(gòu)測試和性能測試三種方法從技術(shù)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(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(yīng)的傳感與變換數(shù)據(jù)采集處理與組成，結(jié)構(gòu)，性能等相關(guān)的某種響應(yīng)2.階段學(xué)習(xí)總結(jié)7/16/2022材料測試方法的概念與分類直接獲得有關(guān)材料物理、化學(xué)性能等固有信息，如尺寸大小、狀態(tài)、重（質(zhì)）量、顏色、形狀、運(yùn)動情況等等；亦可根據(jù)材料物理、化學(xué)性能的差異間接推斷材料的組成和結(jié)構(gòu)信息，如色譜分析法、原子力顯微分析等。被動式（無激發(fā)源式材料測試方法）2.階段學(xué)習(xí)總結(jié)7/

4、16/20222.階段學(xué)習(xí)總結(jié)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(jié)構(gòu)信息本課程材料微觀分析技術(shù)主要學(xué)習(xí)主動式材料組成與結(jié)構(gòu)的微觀分析技術(shù)材料測試方法的概念與分類分類要點(diǎn)和課程內(nèi)容7/16/20222.階段學(xué)習(xí)總結(jié)亞微觀，微米或亞微米尺度（相層次） 1. 組成分析（化學(xué)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(xué)成分分析） 2. 結(jié)構(gòu)分析：原子排列方式與電子構(gòu)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(fā)方式采用何種激發(fā)源，與何

5、種狀態(tài)的材料相互作用響應(yīng)類型和機(jī)理適用范圍響應(yīng)與材料的何種信息相關(guān)聯(lián)2.階段學(xué)習(xí)總結(jié)7/16/20222.階段學(xué)習(xí)總結(jié) 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(xué)習(xí)分析測試方法的總結(jié)7/16/20222.階段學(xué)習(xí)總結(jié) 【課堂練習(xí)】 根據(jù)材料測試方法的三個基本要素，列表總結(jié)已學(xué)習(xí)的各種材料分析測試方法。已學(xué)習(xí)分析測試方法的總結(jié)7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料就是用以制造有用物件的（凝聚態(tài)）物質(zhì)材料的發(fā)明與使用是人類進(jìn)步里程的重要標(biāo)志

6、之一材料、信息與能源為當(dāng)代文明的三大支柱材料與材料科學(xué)7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論新材料、信息技術(shù)和生物技術(shù)是新技術(shù)革命的主要標(biāo)志材料科學(xué)，一門多學(xué)科交叉的新興學(xué)科材料科學(xué)工作者必須具有廣泛而堅(jiān)實(shí)的跨學(xué)科基礎(chǔ)知識 材料與材料科學(xué)7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料研究的四個基本要素材料研究與微觀分析技術(shù)合成與加工組成性能微結(jié)構(gòu)7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論傳統(tǒng)的“炒菜”法材料研究與微觀分析技術(shù)新材料開發(fā)方法材料設(shè)計發(fā)展方向7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料研究與微觀分析技術(shù)所謂材料設(shè)計，就是根據(jù)對材料的組成、微結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的認(rèn)識（“炒菜”經(jīng)驗(yàn)材

7、料微觀分析），按指定性能“定做”新材料，按生產(chǎn)要求“設(shè)計”最佳的制備和加工方法。7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論宏觀上的性能測試和微觀上的組成與結(jié)構(gòu)表征，這兩個方面構(gòu)成了材料的檢測評價技術(shù)材料設(shè)計的重要依據(jù)來源于對材料的微觀組成和結(jié)構(gòu)分析材料制備的實(shí)際效果必須通過材料微觀分析的檢驗(yàn)材料科學(xué)的進(jìn)展極大地依賴于對材料進(jìn)行微觀分析表征的技術(shù)水平材料研究與微觀分析技術(shù)7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的任務(wù)材料組成分析（化學(xué)成分分析） 1. 元素組成 2. 化合物組成材料亞微觀結(jié)構(gòu)分析（形貌分析） 微米或亞微米尺度，相層次結(jié)構(gòu)材料微觀結(jié)構(gòu)分析 尺度，原子及原子組合層次

8、結(jié)構(gòu)7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料化學(xué)成分分析傳統(tǒng)的化學(xué)分析技術(shù)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(zhì)譜與二次離子質(zhì)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(shù)緒論材料化學(xué)成分分析傳統(tǒng)的化學(xué)分析技術(shù)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、凝膠色譜化合物組成分析方法7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料形貌分析光學(xué)顯微鏡光學(xué)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(shù)緒論材料形貌分析昆蟲標(biāo)本（500倍）7/1

9、6/20223.材料微觀分析技術(shù)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(shù)緒論材料形貌分析化學(xué)方法生長的ZnO納米陣列（100，000倍）7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料形貌分析擔(dān)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(shù)緒論材料結(jié)構(gòu)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(shù)緒論材料結(jié)構(gòu)分析直接法硅納米線的不同形貌(a)呈直線或彎曲狀態(tài)，(b)呈螺旋結(jié)構(gòu)，(c)呈辮子結(jié)構(gòu)7/16/20223.

10、材料微觀分析技術(shù)緒論材料結(jié)構(gòu)分析直接法硅納米線的顯微結(jié)構(gòu)高分辨電子顯微像（HTEM）(a)110帶軸的硅納米線的單晶結(jié)構(gòu)，它的生長方向?yàn)?12(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(shù)緒論材料結(jié)構(gòu)分析直接法五次對稱性鎳鈦準(zhǔn)晶的高分辨電子顯微像7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料結(jié)構(gòu)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(shù)緒論材料結(jié)構(gòu)分析直接法采用高分辨電子顯微分析等直接分析技術(shù)并不能有效、直觀地反映材料的實(shí)際三維微觀結(jié)構(gòu)；高分辨電子顯微結(jié)構(gòu)像是直接反映晶體的原子分辨率的投

11、影結(jié)構(gòu)，并不直接反映晶體結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)，但若對被測晶體結(jié)構(gòu)一無所知，則此方法法未必奏效。 7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料結(jié)構(gòu)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(kuò)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(shù)緒論材料結(jié)構(gòu)分析間接法五次對稱性鎳鈦準(zhǔn)晶的高分辨電子顯微像與電子衍射斑點(diǎn)7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料結(jié)構(gòu)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(qū)電子衍射分析 電子衍射證實(shí)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(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的選擇所需探測材料的參數(shù)類型所需參數(shù)的精度要求所需參數(shù)的空間尺度：是整體統(tǒng)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(shù)和設(shè)備自身具備的能力7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的選擇7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的選擇7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的選擇7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用X射線衍射分析總結(jié)激發(fā)源X射線與固體物質(zhì)作用相干散射衍射材料的微觀結(jié)構(gòu)分析方法單晶結(jié)構(gòu)參數(shù)、應(yīng)力和定向

13、的測試多晶的物相分析技術(shù)？7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用X射線衍射分析總結(jié)原子排列有序與否分為晶態(tài)和非晶態(tài)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(tài)、組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的均勻組成部分7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用X射線衍射分析總結(jié)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(jié)構(gòu)）物相的定性分析特征X射線衍射 標(biāo)準(zhǔn)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(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用電子顯微分析的總結(jié)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(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用電子顯微分析的總結(jié)激發(fā)源電子束與固體物質(zhì)作用透射電子透射電子顯微分析形貌及顯微結(jié)構(gòu)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(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用電子顯微分析的總結(jié)相干散射電子衍射分析 顯微結(jié)構(gòu)分析激發(fā)被測物質(zhì)中原子發(fā)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(xué)分析 （Be或Li以上元素分析）7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)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(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用“勇氣”號機(jī)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(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用7/16/20223.材料微觀分析技術(shù)緒論材料微觀分析技術(shù)的應(yīng)用7/16/20224.課程