材料现代测试分析方法的应用现状与发展趋势

1题目：材料现代测试分析方法的应用与发展趋势姓名：马普班级：材料0904学号：200912010417指导老师：胥聪敏完成时间：2012.12.141目录第一章绪论.......................................................1第二章x射线衍射分析方法应用现状与发展趋势........................32.1X射线衍射的基本原理........................................32.2X射线衍射的主要应用........................................42.2.1物相定性分析即固体由哪几种物质构成....................42.2.2物相定量分析..........................................52.2.3结晶度的测定..........................................52.2.4宏观应力的测定........................................52.2.5晶粒大小的测定........................................62.2.6晶体点阵参数的确定....................................62.3X射线衍射的进展............................................62.3.1由多晶材料得到类单晶衍射数据...........................6第三章材料电子显微镜分析方法应用现状与发展趋势...................73.1扫描电镜（SEM）..............................................73.1.1简介...................................................73.1.2原理...................................................73.1.3基本结构...............................................83.1.4主要性能...............................................83.1.5主要应用...............................................83.2透射电镜（TEM）.............................................83.2.1定义...................................................83.2.2原理...................................................93.2.3仪器结构...............................................93.2.4应用..................................................10第四章电子能谱分析方法的应用现状与发展趋势.......................104.1X射线光电子能谱及其应用....................................104.2俄歇电子能谱及其应用.......................................11第五章光谱分析方法应用现状与发展趋势.............................125.1红外光谱的应用与发展趋势...................................125.1.1红外光区的划分........................................125.1.2红外光谱的特点........................................125.1.3红外光谱的应用........................................135.2拉曼光谱及其应用...........................................145.2.1拉曼光谱在考古上的应用................................155.2.2对不同细胞特征拉曼光谱的研究..........................155.2.3拉曼光谱在金属材料中的应用............................16参考文献...........................................................161材料现代测试分析方法的应用现状与发展趋势摘要：人类社会发展和进步的历史就是一部发明材料、制造材料和使用材料的历史,正是形形色色的材料构成了丰富多彩的世间万物,人类的发明创造丰富了材料世界,而材料的不断更新和发展又推动了人类社会的进步和文明。材料是人类用以制成用于生活和生产的物品、器件、构件、机器及其它产品的物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。随着现代科学技术的飞速发展,新材料的不断涌现,把各类材料分别作为独立学科或从属于某一学科进行研究的方法已不能满足当今高科技发展的需求,必须综合考虑材料的合成制备和加工技术,并且结合组织结构和性质的现代分析测试技术和方法,才能满足新材料的研制和应用的需要。本文主要论述材料现代测试分析方法的应用与发展趋势。从x射线衍射，电子显微分析，能谱分析和光谱分析方法等四个方面对材料的现代测设方法的应用和发展趋势进行了介绍和展望。关键词：材料的现代测试分析方法；x射线衍射；材料的电子显微分析；电子能谱分析方法；光谱分析方法第一章绪论现代分析测试技术和仪器的发展,对材料结构和性质的深入研究,促进了对材料本质的了解,同时,冶金学、金属学、陶瓷学、高分子科学等的发展也对材料本身的研究大大加强,从而对材料的制备、结构与性能,以及它们之间的相互关系的研究愈来愈深入,为材料科学理论体系的形成打下坚实的基础。现代科学技术的发展,促使新材料的研究日益向微观层次深入,材料的结构从宏观到微观、介观,按研究的层次,包含了宏观组织结构、显微组织结构、原子或分子排列结构、原子中的电子结构等。因此,需要各有关学科包括物理、化学、数学、力学、机械、冶金、陶瓷、电子学、计算机等各领域专家的协同和努力,用新的现代化仪器和思想,集中探索研究材料中的微观现象,把宏观性能同微观现象的联系更深刻地揭示出来。材料现代分析方法及技术的进展材料现代分析方法是材料科学研究以及材料应用检测的重要手段和方法,材料现代分析方法是关于材料成分、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实验科学。材料现代分析、测试技术的发展,使得材料分析不仅包括材料(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。材料现代分析方法也不仅是以材料成分、结构等分析、测试为唯一目的,而是成为材料科学的重要研究手段,广泛应用于研究和解决材2料理论和工程实际问题。随着科学技术、材料科学研究的发展,人们更希望在原子或分子尺度上直接观察到材料的内部结构,能够同时对材料的组元、成分、结构特征以及组织形貌或缺陷等进行观察和分析。当前的材料科学研究强调综合分析,希望分析仪器具有同机进行形貌观察、晶体结构分析和成分分析,即具有分析微相、观察图像、测定成分和鉴定结构等组合功能。材料现代分析方法主要是通过对表征材料的物理性质或物理化学性质参数及其变化(称为测量信号或特征信息)的检测实现的,换言之,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。特别是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分析方法的重要组成部分,大体可分为光谱分析、电子能谱分析、衍射分析与电子显微分析等四大类方法。此外,基于其它物理性质或电化学性质与材料的特征关系建立的色谱分析、质谱分析、电化学分析及热分析等方法也是材料现代分析的重要方法。尽管不同方法的分析原理(检测信号及其与材料的特征关系)不同及具体的检测操作过程和相应的检测分析仪器不同,但各种方法的分析、检测过程均可大体分为信号发生、信号检测、信号处理及信号读出等几个步骤。相应的分析仪器则由信号发生器、检测器、信号处理器与读出装置等几部分组成。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。材料结构表征的任务及其分析仪器的发展基本上还是围绕着成分分析、结构测定和形貌观察来发展的。材料的化学成分分析除了传统的化学分析技术外,还包括质谱、紫外、可见光、红外光谱分析,气、液相色谱,核磁共振,电子自旋共振,X射线荧光光谱,俄歇与X射线光电子谱、二次离子质谱,电子探针、原子探针(与场离子显微镜联用)、激光探针等。在这些成分分析方法中有一些已经有很长的历史,并且已经成为普及的常规的分析手段。如质谱已是鉴定未知有机化合物的基本手段之一,其重要贡献是能够提供该化合物的分子量和元素组成的信息;色谱中特别是裂解气相色谱(PGC)能较好显示高分子类材料的组成特征,它和质谱、红外光谱、薄层色谱、凝胶色谱等的联用,大大地扩展了其使用范围。红外光谱在高分子材料的表征上有着特殊重要地位。红外光谱测试不仅方法简单,而且也由于积累了大量的已知化合物的红外谱图及各种基团的特征频率等数据资料而使测试结果的解析更为方便。核磁共振谱虽然经常是作为红外光谱的补充,但其对聚合物的构型及构象的分析,对于立构异构体的鉴定,对于共聚物的组成定性、定量及序列结构测定有着独特的长处,许多信息是其他方法难以提供的。在材料的结构测定中,X射线衍射分析仍是最主要的方法。这一技术包括德拜粉末照相相分析,高温、常温、低温衍射仪,背反射和透射劳厄照相,测定单晶3结构的四联衍射仪,织构的极图测定等。在计算机及软件的帮助下,只要提供试样的尺寸及完整性满足一定要求,现代的X射线衍射仪就可以打印出测定晶体样品有关晶体结构的详尽资料。但X射线不能在电磁场作用下汇聚,所以要分析尺寸在微米量级的单晶晶体材料需要更强的X射线源,才能采集到可供分析的X射线衍射强度。由于电子与物质的相互作用比X射线强四个数量级,而且电子束又可以汇聚得很小,所以电子衍射特别适用于测定微细晶体或材料的亚微米尺度结构。电子衍射分析多在透射电子显微镜上进行,与X射线衍射分析相比,选区电子衍射可实现晶体样品的形貌特征和微区晶体结构相对应,并且能进行样品内组成相的位向关系及晶体缺陷的分析。而以能量为10-1000eV的电子束照射样品表面的低能电子衍射,能给出样品表面15个原子层的结构信息,成为分析晶体表面结构的重要方法,已应用于表面吸附、腐蚀、催化、外延生长、表面处理等表面工程领域。中子受物质中原子核散射,所以轻重原子对中子的散射能力差别比较小,中子衍射有利于测定轻原子的位置。如液氮温区的新型超导体的超导临界温度与晶体结构中氧原子空位有一定关系,目前X射线、电子衍射,高分辨像对氧原子空位的测定都无能为力,中子衍射则可以提供较多的信息。近几年,一种安装在扫描电子显微镜上的EPSP自动分析系统,利用电子背散射花样(高角菊池衍射花样)测定样品表面微区的晶体结构和位向信息,最佳空间分辨率可达0.1μm。再加上能谱分析仪,即可在同一仪器中同时获得晶体样品的微区成分、晶体结构和形貌特征,并且免除透射电子显微镜制样的困难,因此,已越来越广泛地应用于金属材料、电子材料及矿物材料研究领域中。在结构测定方法中,值得特别一提的是热分析技术。热分析技术虽然不属于衍射法的范畴,但它是研究材料结构特别是高分子材料结构的一种