中东理工大军 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 材料现代测试分析技术
材料现代测试分析技术
材料现代测试分析技术概述 第一节一般原理 材料现代测试分析技术是关于材料成分、结构、 微观形貌与缺陷等的现代分析、测试技术及其有关 理论基础的科学。 ● 不仅包括材料（整体的）成分、结构分析，也包括材料表面 与界面分析、微区分析、形貌分析等诸多内容。 ·创立新的理论，发明新的技术和方法 科学技术上的重大成就和科学研究新领域的开辟，往往是 以测试方法和仪器的突破为先导，“在诺贝尔物理和化学奖 中，大约有四分之一是属于测试方法和仪器创新的
材料现代测试分析技术概述 第一节 一般原理 材料现代测试分析技术是关于材料成分、结构、 微观形貌与缺陷等的现代分析、测试技术及其有关 理论基础的科学。 • 不仅包括材料（整体的）成分、结构分析，也包括材料表面 与界面分析、微区分析、形貌分析等诸多内容。 • 创立新的理论，发明新的技术和方法 科学技术上的重大成就和科学研究新领域的开辟，往往是 以测试方法和仪器的突破为先导，“在诺贝尔物理和化学奖 中，大约有四分之一是属于测试方法和仪器创新的
材料分析是如何实现的？ ·通过对表征材料的物理性质参数及其变化 (称为测量信号或特征信息)的检测实现 的。即，材料分析的基本原理是指测量信 号与材料成分、结构等的特征关系 。 采用各种不同的测量信号（相应地具有与 材料的不同特征关系)形成了各种不同的 材料分析方法
材料分析是如何实现的？ • 通过对表征材料的物理性质参数及其变化 （称为测量信号或特征信息）的检测实现 的。即，材料分析的基本原理是指测量信 号与材料成分、结构等的特征关系 • 采用各种不同的测量信号（相应地具有与 材料的不同特征关系）形成了各种不同的 材料分析方法
基于电磁辐射及运动粒子束与物质相互作用的各种性质 建立的各种分析方法已成为材料现代测试分析方法的 重要组成部分： ·衍射分析 ·光谱分析 ·电子能谱分析 电子显微分析 基于其它物理性质与材料的特征关系建立的分析方法： ·色谱分析 ·质谱分析 热分析
基于电磁辐射及运动粒子束与物质相互作用的各种性质 建立的各种分析方法已成为材料现代测试分析方法的 重要组成部分： • 衍射分析 • 光谱分析 • 电子能谱分析 • 电子显微分析 基于其它物理性质与材料的特征关系建立的分析方法： • 色谱分析 • 质谱分析 • 热分析
检测过程 信号发生一信号检测一信号处理一信号读出 ·分析仪器 信号发生器 检测器 信号处理器 读出装置 使样品产生（原始）分析信号 将原始分析信号转换为更易于测量的信号并加以检测 将被检测信号放大、运算、比较等 转变为可被人读出的信号被记录或显示出来 依据检测信号与材料的特征关系，分析、处理读出信号， 即可实现材料分析的目的
• 检测过程 信号发生 信号检测 信号处理 信号读出 • 分析仪器 信号发生器 检测器 信号处理器 读出装置 使样品产生（原始）分析信号 将原始分析信号转换为更易于测量的信号并加以检测 转变为可被人读出的信号被记录或显示出来 将被检测信号放大、运算、比较等 依据检测信号与材料的特征关系，分析、处理读出信号， 即可实现材料分析的目的
第二节 衍射分析方法概述 ·基本目的：衍射分析方法是以材料结构分析 为基本目的的现代分析方法。 ·技术基础：衍射一电磁辐射或运动的电子 束、中子束与材料相互作用产生相干散射 (弹性散射)，相干散射相长干涉的结果 ·X射线衍射分析 电子衍射分析 中子衍射分析
第二节 衍射分析方法概述 • 基本目的：衍射分析方法是以材料结构分析 为基本目的的现代分析方法。 • 技术基础：衍射——电磁辐射或运动的电子 束、中子束与材料相互作用产生相干散射 （弹性散射），相干散射相长干涉的结果 • X射线衍射分析 电子衍射分析 中子衍射分析
一、 X射线衍射分析 ·X射线照射晶体，晶体中电子受迫振动产生相干散 射，同一原子内电子散射波相互干涉形成了原子 散射波，各原子散射波相互干涉，在某些方向上 致加强，即形成了晶体的衍射波。 ,晶胞的形状大小 2 dHKLsin0=入 ·衍射方向 布拉格方程： 衍射强度 晶胞中原子的位置和种类 据以实现材料结构分析等工作的两个基本特征
一、X射线衍射分析 • X射线照射晶体，晶体中电子受迫振动产生相干散 射，同一原子内电子散射波相互干涉形成了原子 散射波，各原子散射波相互干涉 ，在某些方向上 一致加强，即形成了晶体的衍射波。 • 衍射方向 ——布拉格方程： 衍射强度 晶胞中原子的位置和种类 据以实现材料结构分析等工作的两个基本特征 2dHKLsin = 晶胞的形状大小
使用方便，自动化程度高，尤其 是与计算机结合，使其在强度 测量、花样标定和物相分析 等方面具有更好的性能。 X射线衍射分析方法的应用 分析方法 基本分析项目 物相定性分析，物相定量分析，点阵常数测 衍射仪法 定，应力测定，嵌镶块尺寸测定，织构测定， 多晶体 单晶定向，非晶态结构分析 (粉末)照相法 物相定性分析，点阵常数测定，丝织构测定 劳埃法 单晶定向，晶体对称性测定 单晶体 四圆衍射仪法 单晶结构分析，晶体学研究，化学键测定
分析方法 基本分析项目 衍射仪法 物相定性分析，物相定量分析，点阵常数测 定，应力测定，嵌镶块尺寸测定，织构测定， 单晶定向，非晶态结构分析 （粉末）照相法 物相定性分析，点阵常数测定，丝织构测定 劳埃法 单晶定向，晶体对称性测定 四圆衍射仪法 单晶结构分析，晶体学研究，化学键测定 X射线衍射分析方法的应用 多晶体 单晶体 使用方便,自动化程度高,尤其 是与计算机结合,使其在强度 测量、花样标定和物相分析 等方面具有更好的性能
X射线衍射仪 试样 线状射线源 测角仪回转轴 M03XHE 20 15 40 25 40 45 28Grd】
X射线衍射仪
二、电子衍射分析 ·电子衍射分析立足于运动电子束的波动性。入 射电子被样品中各个原子弹性散射，被各原子 弹性散射的电子束相互干涉，在某些方向上一 致加强，即形成了样品的电子衍射波。 电子衍射的分类： 高能电子衍射 按入射电子能量的大小 低能电子衍射 透射式电子衍射 按电子束是否穿透样品 反射式电子衍射
二、电子衍射分析 • 电子衍射分析立足于运动电子束的波动性。入 射电子被样品中各个原子弹性散射，被各原子 弹性散射的电子束相互干涉，在某些方向上一 致加强，即形成了样品的电子衍射波。 • 电子衍射的分类： 按入射电子能量的大小 按电子束是否穿透样品 高能电子衍射 低能电子衍射 透射式电子衍射 反射式电子衍射