材料研究方法

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1、一、专业名词一、专业名词1.名词解释名词解释连续连续 X 射线射线(白色白色 X 射线射线):由连续的各种波长组成,其波长与工作条件无关的 X 射线。由于快速移动的电子在靶面突然停止而产生的轫致辐射。特征特征 X 射线射线(标识标识 X 射线射线):作为阳极材料的特征或标识,当管电压超过激发电压后才产生。当原子内层电子打到外层或者使原子电离,外层电子落到内层发生跃迁,使原子多余能量作为 x 射线发射出来。K 系标识系标识 X 射线射线:当管电压大于时,可将阳极材料中 k 层电子撞击出来,在 k 层中形成一个空位,这个过VK程称为激发,为 k 系的激发电压激发电压。对 、 、 、各层中电子跃入

2、K 层空位时发出的 X 射线分别称为、VKLMN、谱线,并组成 K 系标识 X 射线。物相分析物相分析:材料中一种结晶物质称为一个相。利用 X 射线衍射的方法确定材料中包括哪几种结晶物质或某种物质以何种结晶状态存在的分析。电子显微分析电子显微分析:利用聚焦电子束与试样物质相互作用产生的物理信号,对试样的微区形貌、晶体结构和化学组成的分析方法。分辨本领分辨本领:显微镜能分辨的样品上两点的最小距离。磁透镜磁透镜:由磁场制成的透镜。静电透镜静电透镜:由静电场制成的透镜。球差球差:电子透镜中心区域和边缘区域聚焦电子的能力不同所造成的像差。像散像散:由透镜磁场的非旋转对称引起的像差,会使不同方向的电子束

3、的聚焦能力出现差别,圆像变成椭圆斑。可由附加磁场的电磁消像散器来校正。色差色差:由入射电子波长(或能量)不一造成的像差,能量不同的电子束将沿不同轨迹运动。引起该能量变化的原因:一是电子的加速电压不稳定;二是试样不均引起的透过电子束部分发生非弹性散射。景深景深:在保持像清晰的前提下,试样在物平面上下沿镜轴可移动的距离(试样超过物平面所允许的厚度)。焦长焦长:在保持像清晰的前提下,试样在像平面沿镜轴可移动的距离(观察屏沿镜轴所允许移动的距离)。透射电镜透射电镜:以波长极短的电子束作为照明源,用电磁透镜聚焦成像的,高分辨本领及放大倍数的电子光学仪器。扫描电镜扫描电镜:利用聚焦电子束在试样表面逐点扫描

4、成像,以二次电子为主要检测对象的仪器,可分析块状样品。质厚衬度质厚衬度:由于试样各部的厚度和密度存在差异,因而各部分对入射电子的散射能力不同所形成的衬度。衍射衬度衍射衬度:晶体中各部分因满足衍射条件的程度不同而引起的衬度。相位差衬度相位差衬度:透射电子束与各级衍射束之间相互干涉形成,与透镜的失焦量和求差值有关。形貌衬度形貌衬度:取决于试样表面对入射电子的倾角的衬度,凸尖及台面边缘处的二次电子发射最多,图像最亮。成分衬度成分衬度:原子序数大处亮度高。电位衬度电位衬度:电位高的地方更亮。明场成像明场成像:光阑孔只让透射束通过,荧光屏上亮的区域是透射区,即接受非晶区透射光的像。暗场成像暗场成像:光阑

5、孔只让衍射束通过,荧光屏上亮的区域是衍射区,即接受晶区衍射光的像。电子探针仪电子探针仪:利用高度聚焦的高速电子轰击材料表面,由 X 射线能谱仪或波谱仪检测,从试样表面有限深度和侧向扩展的微区体积内产生的特征 X 射线波长及强度得到微区的定性或定量的化学成分的微区成分分析仪。俄歇电子能谱俄歇电子能谱:用具有一定能量的电子束或 X 射线激发样品产生俄歇效应,通过检测俄歇电子的能量和强度,从而得到有关材料表面层化学成分和结构的信息的方法。热分析热分析:在程序控制温度(线性、非线性的升、降温,循环,恒温等,即温度看作时间的函数)下, = ()测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。差热分析差热分析:是

6、在程序温度控制(升温或降温)下,测量试样与参比物(热惰性物质)之间的温度差与温度关系的一种技术。差示扫描量热差示扫描量热:是在程序温度控制下,测量输入到物质和参比物之间的功率差(或热流、热通量)与温度的关系的一种技术。分为功率补偿型和热流型。热重分析热重分析:在程序控温下测量获得物质的质量与温度关系的一种技术。基线漂移基线漂移:试样重量没有变化而记录曲线却指示出有质量变化的现象。静态热机械分析静态热机械分析:施加一定荷重于材料上,并在一定范围内改变温度,以观察试样形变随温度的变化的技术。动态热机械分析动态热机械分析:是在程序控制温度下,测量物质在振荡负荷下的动态模量或阻尼随温度变化的一种技术。

7、红外活性红外活性:只有发生偶极矩变化的振动才能引起可观测的红外吸收谱带的振动活性。反之为红外非活性红外非活性。拉曼活性拉曼活性:伴随有极化率变化的振动活性,即对称振动对应拉曼活性,不对称振动对应红外活性。无对称中心分子(例如 SO2等),三种振动既是红外活性振动,又是拉曼活性振动。Raman 散射散射:当一束单色光照射到物质表面时,一部分入射光透过物质,一部分在物质界面上产生反射,此外还会在物质的不同方向上出现十分微弱的散射光,散射光中大部分是与激光波长相同的弹性散射光(瑞利瑞利散射散射),还有比激发光波长长的称为斯托克斯线,比激发光波长短的叫反斯托克斯线,该现象称为拉曼散射拉曼散射效应效应。

8、生色团(发色团)生色团(发色团):最有用的紫外可见光谱是由和跃迁产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类含有 键的不饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键体系组成,如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基、乙炔基、腈基等。助色团助色团:有一些含有 电子的基团(如-OH、-OR、-NH2、-NHR、-X 等),它们本身没有生色功能(不能吸收n200nm 的光),但当它们与生色团相连时,就会发生共轭作用,增强生色团的生色能力。n 核磁共振核磁共振:是原子核的磁矩在恒定磁场和高频磁场同时作用,且满足一定条件时所发生的共振吸收现象,是一种利用原子核在磁场中的能量变化来获得关于核信息的技术。

9、弛豫过程弛豫过程:有高能态恢复到低能态而不发射原来所吸收的能量的过程。局部屏蔽效应局部屏蔽效应:成键电子的电子云密度不同引起的屏蔽作用。远程屏蔽效应远程屏蔽效应:分子中其它质子或基团的核外电子的屏蔽作用不同。化学位移化学位移:以1H-NMR 为例,表征在 NMR 谱中各不同化学环境的1H 共振相对位置的数量称为化学位移用以鉴别或测定有机化合物的结构。一般以某一质子吸收峰出现的位置与标准物质质子吸收峰出现位置之间的差异作为统一标度()。 =( )0 106自旋自旋自旋偶合自旋偶合:用高分辨度 NMR 仪,所得图谱在相应的化学位移处往往出现多重峰。谱线的这种精细结构是由于磁核之间的相互作用引起能级

10、裂分而产生的。自旋裂分自旋裂分:质子自旋,产生自旋磁场,在外磁场中有两种取向加强(移向低场)和减弱(移向高场)外磁场。质谱分析质谱分析:是通过对被测样品离子质荷比的测定来进行分析的一种分析方法。被分析的样品首先要离子化,然后利用不同离子在电场或磁场的运动行为的不同,把离子按质荷比()分开并按质荷比大小排列而得到m/z质谱,通过样品的质谱和相关信息,可以得到样品的成分、结构和相对分子质量等定性定量结果。分子离子分子离子:有机化合物分子失去一个电子所形成的的正离子,它的质荷比值代表了试样分子所对应的相对分子质量数值。同位素离子同位素离子:含有同位素的离子称为同位素离子。具有同位素的元素的碎片离子在

11、质谱图上不呈现单峰,而是一组峰。一般以最轻的元素组成的峰定义为分子离子峰。碎片离子碎片离子:含有较高能量的分子离子进一步裂分而生成的离子被称为碎片离子。每个化合物都有自己特定的碎片离子。亚稳离子亚稳离子:离开离子源后到达收集器之前飞行过程中发生进一步裂解而形成的离子。在质谱图上记录下来的峰为亚稳峰(m*)。多电荷离子多电荷离子:带二个或更多正电荷的离子。重排离子重排离子:分子离子裂解为碎片离子时,有些碎片离子不是仅仅通过简单的键的断裂,而是还通过分子内原子或基团的重排后裂分而形成的,这种特殊的碎片离子称为重排离子。分子离子反应分子离子反应:在离子源压强较高的条件下,正离子可能与中性碎片进行碰撞

12、而发生离子分子反应,形成大于原来分子的离子。2.方法缩写方法缩写英文缩写英文全称中文全称备注补充 XRDX-ray diffractionX 射线衍射 XRFX-ray fluorescenceX 射线荧光有能谱色散型(ED-)和波谱色散型(WD- ) TEMtransmission electron microscope透射电镜 SEMscanning electron microscope扫描电镜 EPMAelectron probe micro-analyzer电子探针或 EPA;含波谱仪(WDS)和能谱仪(EDS) AESauger electron spectroscopy俄歇电子能

13、谱 DTAdifferential thermal analysis差热分析 DSCdifferential scanning calorimetry差示扫描量热法 TGthermogravimetry热重法 TDthermodilatometry热膨胀法 TMAthermomechanical analysis静态热机械分析词前加“dynamic”为动态热机械分析 DMA IRinfrared radiation红外光谱有傅里叶变换型(FT-) RSRaman spectra拉曼光谱有傅里叶变换型(FT-) UV-Visultraviolet-visible absorption spect

14、rometry紫外可见吸收光谱 NMRnuclear magnetic resonance 核磁共振常见的有氢谱(1H-)和碳谱(13C-)等 MSmass spectrometry质谱细目详见“仪表与方法”二、科学基础二、科学基础1.分析原理与量化分析原理与量化电磁波的波长与分类:无线电波3000m1mm(核磁共振:1m5m);微波1m1mm;红外线10-3m 到 7.810-7m(振动红外:2.5m 15m);可见光760nm400nm;紫外线380 nm 10 nm;X 射线10nm0.01nm; 射线10-10m10-14m。X 射线的产生原理:高速运动的自由电子被突然减速便产生 X

15、射线。莫塞莱定律:波长与原子序数的平方近似成反比关系。 =12( )2Comptom-吴有训效应: = = (1 cos)X 射线的强度衰减:吸收+散射X 射线的 , ,原子中束缚较紧,越易吸收,吸收散射,吸收为主;, ,非相干散射,穿透力越强,对轻元素 N、C、O,散射为主。测量晶体结构的物质基础:X 射线衍射的几何条件:X 射线通过物质(晶体)后衍射线特征包括方向(空间的分布规律)和强度,其中衍射线的方向与晶体的点阵参数(晶胞大小和形状)、入射线的方位及 X 射线波长有关,具体表现为三个方程式:劳厄方程式、布拉格定律和倒易空间衍射公式(厄瓦尔德图解)。布拉格定律:当 = 2sin = R=

16、n时,光波加强,形成衍射线;只有晶面间距的晶面才能产生衍射。 /2Bragg 衍射方程重要作用:(1)已知 ,测 角,计算 ;(2)已知 的晶体,测 角,得到特征辐射波长 ,确定元素,X 射线荧光分析的基础。XRD 物相分析原理:X 射线衍射线的位置决定于晶胞的形状和大小,即决定于各晶面的晶面间距,而衍射线的强度决定于晶胞内原子种类、数目及排列方式,每种结晶物质具有独特的衍射花样,且试样中不同物质的衍射花样同时出现互不干涉,某物相的衍射强度取决于它在试样中的相对含量,当试样的衍射图谱中 值和d与已知物质的数值一致时,即可判定试样中含有该已知物质。I/I0XRD 定量分析:根据混合相试样中各相物质的衍射线强度来确定

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