第四章 材料现代分析方法概述 I第二轮)

HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-0291第四章材料现代分析方法概述HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-0292•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科学。•包括材料（整体）成分、结构分析，也包括材料表面、微区分析、形貌分析等诸多内容。•材料分析是通过表征材料的物理性质或物理化学性质参数及其变化（测量信号或特征信息）的检测实现的。HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-0293•基于电磁辐射及运动粒子与物质相互作用的各种性质建立的各种方法已成为材料现代分析方法的重要组成部分，大体可以分为光谱分析、电子能谱分析、衍射分析与电子显微镜分析等四大类方法。•基于其它物理性质或电化学性质与材料的特征关系，可大体分为色谱分析、质谱分析、电化学分析及热分析等方法HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-0294•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。相应的分析检测仪器有信号发生器、检测器、信号处理器与读出装置等几个部分。•信号发生器是使样品产生（原始）分析信号，检测器则将原始信号转换为更易于测量的信号（如光电管将光信号转换为电信号）并加以检测，被检测信号经信号处理器放大、运算、比较等后有读出装置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。HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-02955衍射分析方法概述光谱分析方法概述电子能谱分析方法概述电子显微分析方法概述色谱、质谱及电化学分析方法概述HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-02966第一节衍射分析方法概述X射线衍射分析XRD衍射分析电子衍射分析ED中子衍射分析电磁辐射或运动电子束、中子束等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---衍射是材料衍射分析方法的技术基础。HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-02977一、X射线衍射分析（XRD）德拜法（德拜-谢乐法）照相法聚焦法多晶体衍射方法针孔法衍射仪法劳埃法单晶体衍射方法周转晶体法四圆衍射仪法HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-0298德拜相机与实验技术图给出了德拜相机的结构示意图HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod9HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-02910(a)透射法(b)背射法劳厄实验装置图及衍射花样过底片中心的椭圆上，每个椭圆属同一晶带分布在双曲线上，每条双曲线同一晶带HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-02911采用单色X射线束照射转动着的单晶，由晶体产生的衍射线束在照相底片上形成分立的衍射斑点，构成转晶相机。HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-02912四圆：、、、2圆：围绕安置晶体的轴旋转的圆；圆：安装测角头的垂直圆，测角头可在此圆上运动；圆：使垂直圆绕垂直轴转动的圆即晶体绕垂直轴转动的圆；•四圆衍射仪是近年来在综合衍射仪法与周转晶体法基础上发展起来的单晶体衍射方法，已成为单晶体结构分析的最有效方法。四圆衍射仪由光源、样品台、检测器等部件构成，其特点是实现样品在空间3个方向的圆运动（转动）以及检测器的圆运动（转动），前3个圆运动共同调节晶体样品的取向，后者保证衍射线进入检测器。HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-0291313Intensity——强度counts——计数样品编号纵坐标衍射强度CPS（countspersecond)或a.u.(arbitraryunit)横坐标2——衍射方向（衍射线在空间分布的方位）HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-02914142随着2角的增大，物相衍射峰的强度整体下降。HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-0291515XRD的应用单一物相的鉴定或验证物相定性分析物相分析（物相鉴定）混合物相的鉴定物相定量分析点阵常数（晶胞参数）测定晶体结构分析晶体对称性（空间群）的测定等效点系的测定晶体定向非晶体结构分析晶粒度测定宏观应力分析固溶体研究等等HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-0291616二、电子衍射分析高能电子衍射依据入射电子的能量大小低能电子衍射透射式电子衍射依据电子束是否穿透样品反射式电子衍射常见的三种电子衍射方法：电子衍射（透射电镜上进行，属高能透射电子衍射）（ED）反射高能电子衍射（RHEED）低能电子衍射（LEED）HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-02917X射线衍射仪电子探针仪扫描电镜X射线二次电子韧致辐射入射电子背散射电子阴极荧光吸收电子俄歇电子试样透射电子衍射电子俄歇电镜透射电子显微镜电子衍射仪电子与固体物质的相互作用电子与物质相互作用产生的信息及相应仪器HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-02918电子枪聚光镜物镜样品室放大镜电子光学系统观察室•通常，TEM由电子光学系统、电源系统、真空系统、循环冷却系统和控制系统组成，其中电子光学系统是主要组成部分。为保证机械稳定性，各部分以直立积木式结构搭建。HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-02919控制极（比阴极负100~1000伏）照明部分示意图阴极（接负高压）阳极电子束聚光镜试样HuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentHuaihuaUniversityChemistryandchemicalegineeringDepartmentMaterialmodernanalysismethod2020/1/242014-02920上图是一个选区电子衍射的实例，其中图a是一个简单的明场像，图b、c和d是对图a中的不同区域进行选区电子衍射操作以后得到的结果。HuaihuaUniversityChemistryan