材料研究方法绪论

材料分析方法绪论材料分析是研究和应用材料的一项重要科学技术，通过对材料的组成、结构、性能和性质的分析，可以揭示材料的内在规律，为材料的设计、制备和应用提供重要的科学依据。

材料分析的方法主要包括物理、化学和表征等多种手段。

物理方法主要包括显微镜、光谱、衍射和电子显微镜等；化学方法主要包括化学分析、物质反应和材料合成等；表征方法主要包括热分析、电化学、力学和环境检测等。

这些方法可以相互补充，全面分析材料的结构和性质。

物理方法是研究材料结构的重要手段。

显微镜可以直接观察和测试材料的形貌和表面特征，如光学显微镜可以观察材料的形状和组织结构，扫描电子显微镜可以观察材料的微观形貌和表面形态等。

光谱方法可以通过材料的光谱特征，探测材料的成分和结构信息，如紫外可见光谱可以分析材料的吸收和发射光谱特性，拉曼光谱可以分析材料的振动信息，核磁共振光谱可以分析材料的分子结构等。

衍射方法可以通过材料的衍射图案，确定材料的晶体结构和晶格参数，如X射线衍射可以分析材料的晶体结构和定量物相分析，中子衍射可以分析材料的磁性和结构性质等。

化学方法是研究材料成分和反应的重要手段。

化学分析可以定性和定量地分析材料的成分和含量，如元素分析可以确定材料的组成和化学计量比，气相色谱和液相色谱可以分析材料中的有机物和无机物，质谱可以分析材料中的化合物结构等。

物质反应是材料研究的基础，通过各种物质之间的反应，可以研究材料的变化和性质，如热反应可以分析材料的热力学和动力学行为，电化学反应可以分析材料的电化学性能等。

材料合成是制备和改性材料的重要手段，通过不同的合成方法，可以获得具有不同结构和性能的材料。

表征方法是研究材料性能和环境行为的重要手段。

热分析可以通过测量材料的物理和化学性质在不同温度下的变化，确定其热力学和热分解行为，如热重和差热分析可以测定材料的热重和热效应，热膨胀和热导率测定可以分析材料的热膨胀和导热性能等。

电化学方法可以通过测量材料在电极上的电荷传递行为，分析材料的电化学性能，如电化学阻抗谱可以分析材料的电导性和电化学界面行为，扫描电化学显微镜可以观察材料的电化学反应过程等。

绪论1材料研究方法中，研究物相组成的主要有哪些方法？研究结构特征主要有那些方法？物相组成分析：非图像分析-成分谱分析（色谱分析；热普分析；能谱分析；光谱分析）；衍射法（X射线衍射法；电子衍射法；中子衍射法）结构特征分析：图像分析法-显微术（光学显微术；透射电子显微术；场离子显微术；扫描电子显微术；扫描隧道显微术）X射线衍射1试述X射线的定义、性质，X射线的产生、特点？定义：X射线是一种波长为0.01纳米到10纳米之间的电磁波。

性质：具有波粒二象性。

波动性：以一定的频率和波长在空间传播；粒子性：由大量的不连续粒子流（光子）构成，每个光子具能量。

产生：高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子运动受阻失去动能，小部分-X射线，大部分-热能。

特点：1）穿透力强。

2）能使底片感光。

3）能使荧光物质发光。

4）能使气体电离。

5）对生物细胞有杀伤作用。

2、X射线定性相分析的目的和原理是什么？步骤是什么？目的：判定物质中的物相组成。

原理：1）每种结晶物质具有特定的衍射花样。

2）多相试样的衍射花样是由所含各物相的衍射花样机械叠加。

基本步骤：1）通过用粉末衍射法或粉末照相法等获取被测试物质的衍射图像。

2）计算或查找出衍射图谱上每根峰的d值与I值。

3）利用I值最大的三根强线的对应d 值查找索引，找出基本符合的物相名称及卡片号。

4）将实测的d、I值与卡片上的数据--- 对照，若基本符合，就可定为该物相。

3、X射线谱一一X射线随波长而变化的关系曲线。

4、连续X射线一一波长连续变化的X射线5、标识X射线一一具有特定波长的X射线。

透射电镜和扫描电镜1分辨本领一一显微镜能分辨的样品上两点间的最小距离。

2、景深一一透镜对高低不平的试样各部位能同时聚焦成像的一个能力范围。

3、二次电子被入射电子轰击出来的样品核外电子。

4、背散射电子 - 被固体样品中院子反射回来的一部分入射电子。

5、衍射衬度一一晶体中各部分因满足衍射条件的程度不同而引起的衬度。

高分子材料研究方法绪论一、“高分子材料研究方法”教学目的：Why：了解研究高分子材料结构、性能的重要性What：掌握高分子材料结构、性能的测试方法How：了解影响高分子材料测试、分析结果的仪器因素二、高聚物结构和形态的特点：高聚物是由许多巨大的分子构成的。

这些大分子有许多重复的结构单元组成，同时大分子之间又有各种联系。

因此必须从微观、亚微观直到宏观不同的结构层次来描述高聚物的分子结构、形态及聚集态等。

三、高聚物的状态及其行为：结构是材料物理和力学性能的基础，但即使同一种结构已经确定的物质，由于处在不同的状态下，其分子运动方式也不一样，会显示出不同的物理和力学性能。

1. 不仅要了解高聚物结构，还需要考察它的分子运动时所表现的状态特点，才能建立高聚物结构与性能之间的内在联系。

2. 要弄清楚高聚物的结构和结构与性能的关系，需要借助现代分析技术从各个角度来进行研究考察才有可能实现。

3. 现在已发展了很多测试方法，但必须对这些方法的原理、特点和应用范围有所了解，才能正确地选择和使用，来获得所需要的信息，从而帮助对高聚物加工成型条件的掌握，改进或提高高聚物的性能，以及设计并合成具有指定性能的高聚物材料。

四、高聚物结构的测定方法：高聚物结构是材料物理和力学性能的基础，所以人们了解高聚物的微观、亚微观直到宏观不同结构层次的形态和聚集态是必不可少的，而且十分重要。

1. 测定链结构的方法：X射线衍射法（大角），电子衍射法、中心散射法、裂解色谱一质谱、紫外吸收光谱、红外吸收光谱、拉曼光谱、微波分光法、核磁共振法、顺磁共振法、荧光光谱、偶极矩法、旋光分光法、电子能谱等。

2. 测定聚集态结构的方法：X射线小角散射、电子衍射法、电子显微镜（TEM、SEM）、光学显微镜、原子力显微镜、固体小角激光光散射等。

3. 测定结晶度的方法：X射线衍射法、电子衍射法、核磁共振吸收（宽线）、红外吸收光谱，密度法，热分析法。

4. 测定高聚物取向程度：双折射法、X射线衍射、圆二色性法、红外二色性法。

材料研究方法课后习题答案第一章绪论1. 材料时如何分类的？材料的结构层次有哪些？答：材料按化学组成和结构分：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料材料的结构层次有：微观结构、亚微观结构、显微结构、宏观结构。

2.材料研究的主要任务和对象是什么？有哪些相应的研究方法？答：任务：研究、制造和合理使用各类材料。

研究对象：材料的组成、结构和性能。

研究方法：图像分析法、非图形分析法：衍射法、成分谱分析。

成分谱分析法：光谱、色谱、热谱等；光谱包括：紫外、红外、拉曼、荧光；色谱包括：气相、液相、凝胶色谱等；热谱包括：DSC、DTA等。

3.材料研究方法是如何分类的？如何理解现代研究方法的重要性？答：按研究仪器测试的信息形式分为图像分析法和非图形分析法；按工作原理，前者为显微术，后者为衍射法和成分谱分析。

重要性：1）理论：新材料的结构鉴定分析；2）实际应用需要：配方剖析、质量控制、事故分析等。

第二章光学显微分析1.区分晶体的颜色、多色性及吸收性，为何非均质体矿物晶体具有多色性？答：颜色：晶体对白光中七色光波选择吸收的结果。

多色性：由于光波和晶体中的振动方向不同，使晶体颜色发生改变的现象。

吸收性：颜色深浅发生改变的现象称为吸收性。

光波射入非均质矿物晶体时，振动方向是不同的，折射率也是不同的，因此体现了多色性。

2.什么是贝克线？其移动规律如何？有什么作用？答：在两个折射率不同的物质接触处，可以看到比较黑暗的边缘，称为晶体的轮廓。

在轮廓附近可以看到一条比较明亮的细线，当升降镜筒时，亮线发生移动，这条较亮的细线称为贝克线。

移动规律：提升镜筒，贝克线向折射率答的介质移动。

作用：根据贝克线的移动规律，比较相邻两晶体折射率的相对大小。

3.什么是晶体的糙面、突起、闪突起？决定晶体糙面和突起等级的因素是什么？答：糙面：在单偏光镜下观察晶体表面时，可发现某些晶体表面较为光滑，某些晶体表面显得粗糙呈麻点状，好像粗糙皮革一样这种现象称为糙面。

第1讲绪论我们知道，材料是一种非常特殊的物质，不同时代往往都以一种新材料的发现和发展为其基础和先导。

如人类历史经历了旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代。

当前，我们已进入了光电子时代，正是利用硅材料和激光材料所制造的计算机和激光器改变了我们生活的方方面面。

长期以来，人们习惯于研究天然材料的性质而加以利用。

但随着科学技术的发展，大自然已经很难满足人类不断增长的需要。

现在的材料工作者不能仅满足于从自然界索取材料，而更要根据人们的意愿和用途来设计和制备新型材料。

随着材料制备技术的发展，现在人们能够制备出一些自然界所不存在的人造材料，如超晶格材料、量子阱材料、纳米材料、非晶材料、足球烯（C）等。

在新材料研究方面，科技工作者一般都是从已有的材料着手，60探求这些材料的组分、结构和其性能之间的联系，找出其规律所在，再回过头来根据所要的材料性质来设计某些类型的新材料，以满足时代发展的要求。

材料是国民经济的基础和先导。

在座的都是未来的材料工程师，所以我们看待材料应该与一般人不同，即不能只了解材料的一般性能，更重要的是要掌握有关材料的更深层次的东西。

如材料是由:12什么元素组成?(这些元素是)如何排列和连接的? (即要研究材料的)内部组成与结构 (它们是)由哪些物相组成的?例如:1. 金刚石、石墨、无定形碳、C 60都是由C 组成的，但为何它们有完全不同的性能。

2. 石英、石英玻璃、柯石英、斯石英，都是由SiO 2组成的，它们的微观结构有何区别？3. ZrO 2陶瓷ZrO 2有多种晶型(单斜,四方,立方)，其中对陶瓷生产具有重要影响的是单斜相和四方相之间的转变。

那么怎样分析ZrO 2陶瓷中的物相？其多种晶型在什么温度开始转变？另外，没有经验的人烧ZrO 2陶瓷往往会出现裂缝，这是由于它的体积效应造成的，为了改良ZrO 2的体积效应，通常需要加入一些氧化物稳定剂(如CaO,Y 2O 3等)，以希望它们在高温下与ZrO 2形成固溶体。