材料研究方法B课件：序论（第一章）.ppt

1、12什么是材料研究方法？学习材料研究方什么是材料研究方法？学习材料研究方法的目的？法的目的？材料研究方法：研究材料的化学组成、结构、表面形态、性能等的各种仪器分析方法。学习目的：掌握材料的成分、结构及微形貌等的检测与分析技术方法，对仪器的原理、构型、结果解释等有较系统全面的了解，最终达到综合运用的目的，为以后从事科研及生产工作打好基础。3区别于现代测试技术： 以材料为主体，以材料的组成、结构、性能等为检测目标，以仪器为依托，进行材料研究的方法。围绕材料研究，仪器为辅助手段。培养材料分析方法、材料检测方法和材料研究方法的综合能力，以满足不同学生的需求。培养“研究性”思维、“创新型”人才。4学习材

2、料研究方法的重要性学习材料研究方法的重要性科研工作：生产工作：5成分声、光、电、磁、声、光、电、磁、热、力学等性质热、力学等性质形态、大小等材料材料结构材料研究方法的主要内容：6Al2O3MgOSiO2OptionalratioheatingRaw material single element materialAl : Aluminum (Cubic立方)Mg: Magnesium (Cubic)Mg: Magnesium (Hexagonal六方)Si: Silicon (Cubic)Si: Silicon (Hexagonal)Si: Silicon (Monoclinic单斜) 7 A

3、l-oxidesAl2O3 Corundum（刚玉）Al2O3 Ruby（红宝石）Al2O3 Cubic 立方Al2O3 Hexagonal六方Al2O3 Tetragonal四方Al2O3 Orthorhombic斜方About 30 types Mg-oxidesMgO Periclase方美石 (Cubic)MgO2 (unknown) MgO4 (Tetragonal)8 Mg-Al-oxidesMgAl2O4 Spinel尖晶石Mg-Al-OMgAl26O40Mg0.866Al1.830O3.611Mg0.388Al2.408O4(Mg0.4Al0.6)Al1.8O4 Al-Si-o

4、xidesAl2SiO5 sillimanite硅线石Al2SiO5 kyanite蓝晶石Al2SiO5 andalusite红柱石9 Mg-Al-Si-oxidesMg2Al4Si5O18 Cordierite堇青石Mg3Al2Si3O12 Pyrope镁铝石榴子石Mg4Al10Si2O23 sapphirine蓝宝石 Mg2Al4Si5O18 indialite印度石Mg2Al3(Si3Al)O10O8 chlorite绿泥石About 50 kinds10考核方式： 平时分30%+闭卷考试成绩70%平时分：出勤+作业+实习11参考书：1.材料分析测试技术材料X射线衍射与电子显微分析，周玉

5、，武高辉，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006。2.X射线分析简明教程，彭志忠，北京：地质出版社，1982。3.材料研究方法，王培铭，许乾慰，北京：科学出版社，2005。4.材料研究方法，黄新民，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008。5.X射线衍射原理及应用，刘粤惠，刘平安，北京：化学工业出版社，2008。6.X射线衍射分析技术，晋勇，孙小松等，北京：国防工业出版社，2008.7.X射线衍射方法及应用，廖立兵，李国武，北京：地质出版社，2008。128.X射线荧光光谱分析基础，梁钰编，北京：科学出版社，2007。9.材料现代分析与测试技术，王晓春，张希燕，北京：国防工业出版社，2010。1

6、0. 材料现代分析及测试技术，廖晓玲，北京：冶金工业出版社，2010。11. 材料分析方法，杜希文，原续波，天津：天津大学出版社，2006。12. 材料研究方法，谈育煦，胡志忠，北京：机械工业出版杜，2004。13. 材料分析测试方法，王成国，上海：上海交通大学出版社，2004。 1314qualitative）quantitative15定性分析和定量分析定性分析和定量分析 定性分析：确定材料中阴阳离子的种类。 定量分析：确定材料中阴阳离子的种类及含量。16l化学组成描述化学组成描述17l化学组成的表示方法：化学组成的表示方法：元素含量18b) 对于氧化物，硅酸盐，碳酸盐及硫酸盐，通常用氧化

7、物的形式的表示其化学组成。19201.2 1.2 结构分析结构分析21C CGrapheneGrapheneSiOSiO2 2AlAl2 2SiOSiO5 5硅线石硅线石（sillimanitesillimanite）For exampleFor example22l结构描述结构描述晶系对称要素晶胞常数原子坐标（Atomic coordinates）：232425表面形态研究的主要内容表面形态研究的主要内容： 观察颗粒的形状、边界特征，有时甚至可以直接观察到原子级别。 一般地，形貌分析和成分分析联合进行，此即所谓的微区分析既分析微形貌，又分析微区成分。261.4 理化性能分析理化性能分析272

8、82.1 2.1 化学分析化学分析2.1.1 2.1.1 湿法化学分析湿法化学分析 液体、气体、固体液体、气体、固体29称之为硅酸盐的常规13项分析SiO2, Al2O3, MgO, FeO, Fe2O3, CaO, K2O, Na2O, MnO, TiO2, P2O5, (H2O)+, (H2O)-含量 ：%wt 样品要求：2.0g 检测 周期：2 weeks精度：小数点后保留2位有效数字.302.1.2 2.1.2 吸收光谱法吸收光谱法 (仪器分析) 一般检测范围从常量 (%wt) 到微量(ug/g) ，也可以检测痕量元素 (ng/g)31a) 原子吸收光谱(AAS(AAS，Atom At

9、om Adsorption Spectroscope)Adsorption Spectroscope) 主要用于检测微量元素 (可检测元素周期表中的所有元素) 可作常量到微量的浓度分析( %wt to ug/g) 32b)感应耦合等离子体 (ICPICP，Inductively Coupled Plasma) 主要用于检测微量到痕量元素 (包括元素周期表中的大部分元素)：(ug/g -ng/g)332.1.3 2.1.3 发射光谱发射光谱34a) X X射线荧光光谱射线荧光光谱(XRF(XRF，x ray Fluorescence Spectroscope ) 检测常量到微量元素 (%wtug

10、/g).光源: 连续波长的X射线.样品: 固体.元素范围：Na11-U92. 但不能区分相同元素的不同价态:如 Fe2+ and Fe3+35b)X射线光电子能谱(XPS，X ray Photoelectron Spectroscope) 主要进行样品表面元素的定性定量分析。而且能够区分相同元素的不同化学态。如：CO3、SO4或H2O中的O。光源: 特征X射线。样品: 固体。36373839b)俄歇电子谱仪（Auger electron spectroscopyAuger electron spectroscopy，AESAES） 类似于电子探针，但俄歇电子谱仪仅仅能检测样品表层的化学元素组成

11、，是一种表面分析方法。c)c)色谱分析 两种: 气相色谱和液相色谱 主要检测有机物的结构。 例如碳链的长度。4041通常我们所说的物质的组成，有两个方面的通常我们所说的物质的组成，有两个方面的含义：一是化学组成，一是物相组成。含义：一是化学组成，一是物相组成。 例如一种材料在描述物质组成时，说明如例如一种材料在描述物质组成时，说明如下：下：SiOSiO2 2：6363wtwt，AlAl2 2OO3 3：3737wtwt。该如。该如何理解该种材料的物质组成？何理解该种材料的物质组成？1 1：化学成分：化学成分：SiSi、AlAl、OO2 2：物相种类：物相种类： （1 1） 石英相、刚玉相石英相

12、、刚玉相 （2 2）单质硅、单质铝）单质硅、单质铝 （3 3）铝硅酸盐）铝硅酸盐 2.2 2.2 结构分析结构分析424344454647481 1、扫描电子显微镜、扫描电子显微镜（Scanning Electron MicroscopeScanning Electron Microscope，SEM)SEM) 样品要求导电或者被制成导电样品。2 2、环境扫描电镜、环境扫描电镜（Environment SEMEnvironment SEM，ESEM)ESEM) 类似SEM. 但样品表面可导电也可不导电。环境扫描电镜的普通测样模式就是扫描电镜，只能做导电的样品只有加上环扫的附件之后，才叫环境扫描

13、电镜，这时候可以检测不导电的样品，但电流要降低10倍左右，分辨率，放大倍数也大大降低，主要是为了分析生物有机体，所以可以不用抽真空4950514 4、扫描隧道电子显微镜、扫描隧道电子显微镜（Scanning tunneling microscopyScanning tunneling microscopy，STM)STM): 可直接观察样品表面原子的排列。 样品要求导电。5、原子力显微镜（Atomic force microscopyAtomic force microscopy，AFM)AFM) 类似于类似于 STM, 但是样品可导电也可不导电。525354555610001200140016001800200022002400260069707172737475767778798081Counts / sBinding Energy (eV)Al 2p Al 300W PE 25eV Al2p0.00E+001.00E+042.00E+043.00E+044.00E+045.00E+04524526528530532534536538540Counts / sBinding Energy (eV)O 1s Al 300W PE 25eV O1s57585960