材料分析測試方法

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1、材料分析測試方法一、課程重要性二、課程主要內(nèi)容三、本課程教學(xué)目的基本要求四、本課程與其他課程的關(guān)系材料分析測試方法二、課程的主要內(nèi)容材料分析的基本原理（或稱技術(shù)基礎(chǔ)）是指測量信號與材料成分、結(jié)構(gòu)等的特征關(guān)系。采用各種不同的測量信號（相應(yīng)地具有與材料的不同特征關(guān)系）形成了各種不同的材料分析方法。1、X-射線衍射分析：物相成分、結(jié)晶度、晶粒度信息2、電子顯微鏡：材料微觀形貌觀察3、熱分析：分析材料隨溫度而發(fā)生的狀態(tài)變化4、振動光譜：分子基團(tuán)、結(jié)構(gòu)的判定5、X-射線光電子能譜：一種表面分析技術(shù)，表面元素分析6、色譜分析：分析混合物中所含成分的物理方法三、課程教學(xué)目的和基本要求本課

2、程是為材料專業(yè)本科生開設(shè)的重要的專業(yè)課。其目的在于使學(xué)生系統(tǒng)地了解現(xiàn)代主要分析測試方法的基本原理、儀器設(shè)備、樣品制備及應(yīng)用，掌握常見測試技術(shù)所獲信息的解釋和分析方法，最終使學(xué)生能夠獨(dú)立地進(jìn)行材料的分析和研究工作。四、本課程與其他課程的關(guān)系本門課程是以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、無機(jī)及分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、晶體學(xué)等課程為基礎(chǔ)的，因此，學(xué)好這些前期課程是學(xué)好材料現(xiàn)代分析測試方法的前提。同時(shí)，材料現(xiàn)代分析測試方法又為后續(xù)專業(yè)課程如材料合成與制備方法、陶瓷、功能材料、高分子材料等打下基礎(chǔ)。X射線衍射分析X射線物理基礎(chǔ)晶體學(xué)基礎(chǔ)：幾何晶體學(xué)、倒點(diǎn)陣X射線衍射原理：X射線衍射線的方向和

3、強(qiáng)度晶體的研究方法:單晶、多晶的研究、衍射儀法X射線衍射分析的應(yīng)用物相分析晶胞參數(shù)的確定晶粒尺寸的計(jì)算等X射線衍射分析需解決的問題科研、生產(chǎn)、商業(yè)以及日常生活中，人們經(jīng)常遇到這種問題：某種未知物的成分是什么？含有哪些雜質(zhì)或有害物質(zhì)？用什么方法來鑒定？X射線衍射分析（簡稱XRD）的原理？儀器組成？樣品要求？XRD除物相分析外，還能檢測分析物質(zhì)的哪些性能？如何從XRD所給出的數(shù)據(jù)中提取更多的信息？（包括成分、結(jié)構(gòu)、形成條件、結(jié)晶度、晶粒度等）§1X射線物理基礎(chǔ)一、X射線的發(fā)現(xiàn)二、X射線的性質(zhì)三、X射線的獲得四、X射線譜五、X射線與物質(zhì)的相互作用六、X射線的吸收及其作用七、X射線

4、的防護(hù)一、X射線的發(fā)現(xiàn)1895年，德國物理學(xué)家倫琴（R?ntgen,W.C.）發(fā)現(xiàn)X射線1912年，德國物理學(xué)家勞厄（Von.Laue,M）等人發(fā)現(xiàn)X射線在晶體中的衍射現(xiàn)象，確證X射線是一種電磁波1912年，英國物理學(xué)家布·喇格父子(Bragg,W.H;Bragg,V.L.)開創(chuàng)X射線晶體結(jié)構(gòu)分析的歷二、X射線的性質(zhì)X射線的本質(zhì)是一種電磁波，具有波粒二象性。X射線的波動性表現(xiàn)在它以一定的波長和頻率在空間傳播，其波長范圍在0.01~100?之間，在真空中的傳播速度3×108m/s。1、波動性當(dāng)解釋X-ray的衍射、干涉等現(xiàn)象時(shí)，必須將其看成波。在晶體作衍射光柵觀察到的X射線的

5、衍射現(xiàn)象，證明了X射線的波動性X射線作為電磁波，具有電場矢量和磁場矢量。　　它以一定的波長和頻率在空間傳播。　　　　　　λ＝Ｃ／vX-ray作為一種電磁波，其傳播過程中攜帶一定的能量，用強(qiáng)度表示X-ray所帶能量的多少。當(dāng)解釋X-ray與物質(zhì)相互作用所產(chǎn)生的物理現(xiàn)象（如光電效應(yīng)、二次電子等）時(shí)，須將X-ray看成一種微粒子流（光子流）。X-ray作為一種粒子流，它的強(qiáng)度為光子流密度與每個光子能量的乘積。2、粒子性三、X射線的獲得1、X-ray產(chǎn)生原理凡是高速運(yùn)動的電子流或其它高能輻射流（如γ射線，X射線，中子流等）被突然減速時(shí)均能產(chǎn)生X射線。2、X射線機(jī)X射線管是X射線機(jī)的

6、核心部件。封閉式熱陰極X射線管四、X射線譜X射線強(qiáng)度與波長的關(guān)系曲線，稱之X射線譜。從X-ray管中發(fā)出的X射線可以分為：連續(xù)X射線譜、特征X射線譜WordsFromNotePage(1)產(chǎn)生原理：在X射線管中，從陰極發(fā)出的電子在高電壓作用下以很高的速度撞向陽極，電子的動能減少，減少的動能中很少一部分轉(zhuǎn)換為X射線放射出。由于撞到陽極上的電子數(shù)極多，電子與陽極碰撞的時(shí)間和條件各不相同，而且絕大多數(shù)電子要經(jīng)歷多次碰撞，產(chǎn)生能量各不相同的輻射，因此出現(xiàn)連續(xù)X射線譜。1、連續(xù)X射線譜在管電壓很低時(shí)，X射線管發(fā)出的X射線，其曲線是連續(xù)變化的，故稱之為連續(xù)X射線譜。從某個短波基線開始的

7、包含各種波長的X射線。（2）短波極限極限情況下，電子將其在電場中加速獲得的全部動能轉(zhuǎn)移給一個光子，那么該光子獲得最高能量和具有最短波長，即短波極限λ0。此時(shí)光子的能量：E＝eV＝hν最大＝hc/l0λ0=1.24/V短波極限λ0只與管電壓有關(guān)，不受其它因素的影響。（3）連續(xù)X射線的總強(qiáng)度連續(xù)X射線的總強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式：I連續(xù)=kiZVm2、特征X射線譜（1）特征X射線及其激發(fā)電壓特征X射線為一線性光譜，由若干互相分離且具有特定波長的譜線組成，其強(qiáng)度大大超過連續(xù)譜線的強(qiáng)度并迭加于連續(xù)譜線之上。當(dāng)管電壓超過某臨界值（激發(fā)