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1、现代材料分析测试技术,河南理工大学材料科学与工程学院,材料篇,绪 论,目的与要求,材料科学与工程是研究其成分/结构、制备/加工、性能、使用性能及其关系的科学。,材料科学与工程的定义（国际公认）是：研究有关材料成份/结构、制备/合成、性能/组织和使用效能及其关系的科学技术与生产。对材料四要素的认识和理解，要有动态的观念，材料科学与工程四个基本要素的说明和控制应放在更高、更深的层次，即分子、原子尺度来阐释和控制。材料的结构与成分应更着重于包括分子、原子的类型及所观察尺度范围（纳 米、介观、微 观、宏观）内分子、原子的排列组合。使原子（原子团），分子可得到特定排列组合的合成与加工；由不同原子（原子团
2、）、分子及其排列组合所得到的使材料具有值得研究和使用的性能；考虑经济和社会效益的材料使用服役实际条件及其有效性的度量。四要素是一个整体，内部有机联系是其核心与活力所在。,“四要素”基本内涵,（1）材料的成分、组成与结构 从电子、原子尺度到宏观尺度 成分与分布 结构无限变化导演材料复杂性能 成分与结构表征 分析与建模技术,煤炭、金属、水泥、陶瓷等等,（1）成分、组成与结构,成 分 设 计,“四要素”基本内涵,组 织 设 计,（1）成分、组成与结构,“四要素”基本内涵,复 合 设 计,（1）成分、组成与结构,“四要素”基本内涵,（2）合成与加工,所有尺度上原子、分子及分子团对结构的控制 新结构转化
3、为材料与结构的演化过程 宏观加工引发的微观结构变化与“意外”现象,决定工业生产效率与竞争力,“四要素”基本内涵,（3）性质,材料对外界刺激的整体响应 各种尺度上的性能测试与分析 导向所需综合性能的设计,“四要素”基本内涵,（4）使用行为,材料固有性质与构件功能、能力相结合 使用中材料固有性质变化、预测与改善 环境中固有性能变化与预测,“四要素”基本内涵,时效行为组织稳定性蠕变变形老化辐照脆化,疲劳行为弯曲疲劳接触疲劳拉压疲劳振动疲劳,腐蚀行为环境腐蚀应力腐蚀氢脆,复合环境行为 腐蚀+疲劳疲劳+蠕变,“四要素”基本内涵,14,成份/价键、非晶/结晶、微结构 力学性能 物理性能 分析方法(XRD,
4、TEM,SEM,EDS),分子结构、非晶/结晶、织态 力学性能 物理性能 分析方法(FTIR,NMR,TEM),高分子材料,无机非金属材料,成份/价键、结晶/非晶、组织 力学性能 物理性能 分析方法(XRD,TEM,SEM,EDS),金属材料,结构共性知识性能共性理论测试分析共性方法,绪 论,15,绪 论,16,4,分析测试技术篇,18,结构决定性能是自然界永恒的规律,“相”(phase),在体系内部物理性质和化学性质完全均匀的一部分,成分和结构完全相同的部分才称为同一个相,19,材料的微观组织结构,形貌 相分布、形状、大小、数量等。结构 相的原子排列情况表征；组成相之间的关系缺陷 晶体缺陷表
5、面状态成分 相的成分、界面成分及其分布,材料分析检测技术是关于材料成分、物相结构、微观形貌和晶体缺陷等的现代分析、检测技术及其有关理论知识的科学。,20,检测信号与材料的特征关系,材料分析的基本原理（或称技术基础）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。,材料的微观组织结构,22,基于电磁辐射及运动粒子束与物质相互作用的各种物理效应所建立的各种分析方法已成为材料分析检测的重要组成部分，大体可分为：光谱分析、电子能谱分析、衍射分析及电子显微分析、热分析、核磁共振分析、色谱分析、质谱分析、电化学分析,材料的微观
6、组织结构,23,绪 论,1、X-射线衍射分析：物相成分、结晶度、晶粒度信息2、电子显微镜：材料微观形貌观察3、热分析：分析材料随温度而发生的状态变化4、振动光谱：分子基团、结构的判定5、X-射线光电子能谱：一种表面分析技术，表面元素分析6、色谱分析：分析混合物中所含成分的物理方法 7、核磁共振：分析材料的内部结构,材料的微观组织结构,1.化学组成分析：,主要研究原料和制品的化学组成。化学组成分析也叫化学成分分析。常用的分析方法有：普通化学分析；仪器化学分析（包括ICP光谱、直读光谱、射线荧光光谱、激光光谱等等）。化学分析本课程不介绍。因为化学分析的目的就是知道化学成分含量，不管用那个分析方法，
7、只要能精确告诉我们结果就行。,常见的三大类型的分析方法,2.微观结构分析,微观结构分析主要分析材料的微观晶体结构，即材料由哪几种晶体组成，晶体的晶胞尺寸如何，各种晶体的相对含量多少等。结构分析常用的方法有：法、TEM法、TG法、法、红外法、核磁等。这些方法以及所用的仪器设备是我们要学习的重点。,常见的三大类型的分析方法,3.显微组织分析,主要是分析材料的微观组织形貌。显微组织分析常用的分析手段有：普通光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜（M）、透射电子显微镜（）等。本课程主要学习和的原理及分析方法。,常见的三大类型的分析方法,本课程与其他课程的关系,本门课程是以高等数学、大学物理、无机及分析化学、有机化学、物理化学、晶体学等课程为基础的，因此，学好这些前期课程是学好材料现代分析测试方法的前提。同时，材料现代分析测试方法又为后续专业课程如材料合成与制备方法、功能材料、高分子材料等打下基础。毕业设计及毕业论,29,必须掌握,Know WhyKnow HowKnow What,30,努力 成功,31,谢谢!,Thank you!,
