材料研究与测试方法.pptx
材料研究与测试中心
武汉理工大学
武汉
制作:杨新亚
材料研究与测试方法
(试用版)
前言
社会的进步都以一种新材料的发现和发展为其基础和先导。如旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代。现在进入了光电子时代（硅材料和激光材料）
前言
●原料的组成、矿物组成及颗粒特性依赖“近代测试技术”；
●材料的加工过程及反应动力学依赖“近代测试技术”；
●材料的成分、微观结构依赖“近代测试技术”；
●材料的服役行为研究。
近代测试技术主要作用
●物质的化学组成；
●物质的结构特点（晶体结构等）；
●物质的相组成；
●物质的显微结构特点（相形貌、相颗粒特征、界面特点等）。
前言---波与物质的相互作用
结构分析的实验方法有一个相似的过程：
01
用某一种波，或说某种粒子，使与被测定对象发生作用，
改变被测定对象中的原子或分子的核或电子的某种能态、甚至解离，
02
造成入射波（粒子）的散射、衍射及吸收，入射波的强度会减弱，还会产生不同波长的波或粒子，
03
04
记录各种波或粒子的强度与波长的关系，或强度与位置的关系，得到各种共振谱、光谱、衍射谱或像，
依据已知的这些谱或像与结构的关系，对谱或像进行分析，即可得出各种结构数据。
05
电磁波各光谱区的一些参数及相应的结构
分析方法
第一章X射线衍射分析
1.1X射线物理基础
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1.2X射线与物质的相互作用
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1.3X射线在晶体中的衍射
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1.4X射线衍射线的强度
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1.5X射线衍射实验方法
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1.6X射线衍射物相分析
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1.7X射线衍射其它分析方法
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X射线的发现
X射线又名伦琴射线,是德国物理学家:
RÖntgenWilhelmConrad(1845.03.27-1923.2.10)于1895年发现的。
伦琴于1895年12月28日向德国维尔茨堡物理学医学学会递交了一篇轰动世界的论文：《一种新的射线--初步报告》1901年RÖntgen获首届诺贝尔物理学奖。
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1.1X射线物理基础
X射线的产生
老式X射线管
伦琴拍下的他夫人的手的X射线图
X射线波动性的证明
X射线衍射示意图
铝箔的X射线衍射图像
X射线波动性的证明
1912年,德国物理学家冯.劳厄：
VonLaue,MaxTheodoreFelix（）
认为：晶体是X射线衍射实验的理想光棚
（1）证明了X射线是电磁波，
（2）也第一次从实验上证实了晶体内部质点的规则而对称的排列。
X射线管
X射线的特点
波动性:
以一定的频率ν和波长λ在空间传播;具有干涉、衍射、偏振等现象
微粒性:
具有一定的质量m、能量E和动量p.
X射线的波粒两重性
、λ与E、p之间也有如下的关系:
E=hν=hc/λ
P=h/λ
式中，h-Planck常数,等于6.625×10-27尔格.秒;
c-X射线的速度,等于2.998×1010cm/s.
X射线是波长为:
001～10nm
做晶体结构分析用的X射线的波长为:
05～0.25nm
1
X射线谱
连续谱(白色射线)----波长连续变化
特征谱(标识射线)----线状谱
X射线谱
连续谱
最短波长λ0
hν0=hc/λ0=eV；
λ0=eV/hc=1239.81/V(nm)
式中eV是电子达到靶子的动能，如果电子被停止，其全部能量转成辐射能，发射光子的能量等于电子的动能。是所发光子的最大能量。
上式是早年这是测定Planck常数很好的方法
连续谱
2）连续谱强度：
强度是指单位时间内通过的光子数
连续X射线的总强度是曲线下的面积，即:
连续X射线的总强度与管电压V、管电流i及阳极材料的原子序数Ｚ有如下关系（经验公式）：
连续谱
特征谱
特征谱是英国物理学家巴克拉：
BarklaCharlesGlover（）于1911年发现的。Barkla还设计了原子结构的壳层模型，利用这种原子结构的壳层模型，可以解释特征X射线的产生机理。
原子结构模型——壳层结构
主量子数n：
决定电子的主要能量
当n=1，2，3，4……时
用K，L，M，N……符号表示
具有相同n值的电子处于相同的电子壳层；n值大，则电子离核就远。
（2）角量子数（l）
决定电子绕核运动的角动量；确定电子的运动轨迹——轨道形状。
当l=0，1，2……(n-1)进
用s，p，d，f……表示
相同n值时，随l值的增加，电子的能量稍有增加。
（3）磁量子数（ml）
决定电子绕核运动的角动量沿磁场方向的分量。
决定电子云在空间的伸展方向。
ml=0，±1，±2，±3……±l，
数目为2l+1个
当两个电子的n，l值相同时，ml不同时，无外磁场时，能量相等；相反，有外磁场时，