材料研究方法重点总结Word格式.docx
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多色性，吸收性
正交偏光下晶体学性质：
消光，四次消光，干涉，干涉色及色谱表，补色法则和补色器（石英楔的使用方法），消光类型，延性符号。
★正交偏光下的干涉现象及光率体性质鉴定、晶体光学与轴性的鉴定：
光率体鉴定即轴性、光型、切片类型的鉴定：
要熟悉各种光率体在锥光镜下的的干涉图样。
P33-37。
1.4锥光镜的特点：
锥光镜的特点，什么是干涉图，有什么作用？
1）聚光镜的作用:
使平行偏光变成锥形偏光。
2）勃氏镜或取去目镜作用:
放大干涉图。
3）高倍物镜作用:
使图象更清晰。
加入勃氏镜或去掉目镜的作用锥光镜下观察到的干涉图，其成象位置在物镜的后焦平面上，去掉目镜，能直接观察镜筒内物镜的后焦平面上的干涉图实象，其图形虽小，却很清晰。
不去掉目镜，则必须推入勃氏镜才能看到干涉图.此时，勃氏镜与目镜联合组成一个宽角度望远镜式的放大系统，其物镜前焦平面恰在干涉图的成象位置，可看到放大的干涉图图象。
其图形虽大，但较模糊。
在锥光镜下观察到的是锥形偏光束中,各个不同方向的入射光波，通过晶体到达上偏光镜后产生的消光和干涉现象的总和,它们构成一种特殊的图形,称为干涉图（干涉象）.
观察干涉图应注意的问题：
（1）首先使用低倍或者中倍物镜找到所需观察的矿物颗粒，置于视域中心后，换用高倍物镜。
（2）换用高倍物镜后，检查是否已准焦，准焦应注意物镜不要与薄片相碰。
（3）加上载物台下的聚光镜后，要把聚光镜上升到最高位置，但不要与薄片相碰。
（4）检查高倍物镜是否需要校正中心。
（5）干涉图是消光和干涉效应的总和。
1.5一轴晶干涉图：
1、垂直光轴切面的干涉图
⑴图像特点
①由黑十字和同心圆状的干涉色色圈组成，黑十字交点位于十字丝中心。
②干涉色色圈以黑十字交点为中心，成同心环状。
干涉色圈的多少，取决于矿物双折率的大小及矿片厚度。
③转动物台360°
干涉图不发生变化。
应用
1、确定轴性和切面方向
根据图像特点,可确定为一轴晶垂直光轴的切面。
测定光性符号Ne=Ng，Ne>
No：
正光性Ne=Np，Ne<
负光性
3、加入试板判断光性正负：
鉴定光型正负时，插入试板即补光器时，
正光性一三象限干涉色升高；
二四象限干涉色降低
负光性一三象限干涉色降低；
二四象限干涉色升。
2、斜交光州切片干涉图：
光轴在切片平面的出露点不在视野中心。
因此转动载物台时，黑十字绕是与中心做圆周运动。
当光率体光轴与镜筒中心轴夹角较大时，光轴出露点落在视域之外，只能看见黑十字中的黑壁平行移动并交替出现在视域中。
3、平行光轴干涉图：
平行光轴切片干涉图完全不同于前两者。
当光轴与上下偏光镜振动方向之一平行时，视域中大部分光率体椭圆半径与上下偏光镜振动方向平行或近似平行。
视域中为一粗大而模糊的黑十字，几乎占满视域，只在四个象限边缘出现干涉色.稍转物台（12º
-15º
），黑十字从中心分裂，并沿光轴方向迅速逸出视域,因变化迅速,故称为瞬变干涉图或闪图.
1.6二轴晶干涉图：
1、垂直锐角等分线（⊥Bxa）切面的干涉图
⑴图像特点①当光轴面与上下偏光镜振动方向之一平行时，干涉图由黑十字和“∞”干涉色圈组成，干涉色圈的多少，取决于矿物双折率的大小及矿片厚度②转动载物台，黑十字从中心分裂形成两个弯曲的黑带，当光轴面与上下偏光镜振动方向成45°
夹角时，两个弯曲的黑带顶点之间距离最远。
③转动载物台90°
时，弯曲黑带又合成黑十字，但其粗细黑带已更换了位置。
（4）二轴晶垂直Bxa切面干涉图在45o位时光率体椭圆半径的分布及光性符号的测定。
（5）估计光轴角的大小；
当光轴面与上下偏光镜振动方向成45°
夹角时，黑带的弯曲程度与光轴角大小成反比，光轴角愈大，黑带的弯曲程度愈小。
2垂直钝角等分线Bxo切面的干涉图：
当光轴面与上、下偏光镜振动方向之一平行时，为一粗大的黑十字，黑十字交点为Bxo出露点，光轴出露点在视域之外。
转动物台，黑十字很快地分裂成两个弯曲黑带，沿光轴面方向退出视域。
当光轴面与上、下偏镜振动方向成45o夹角时，弯曲黑带顶点间的距离最远，但顶点仍为光轴出露点。
在确定为垂直Bxo切面干涉图后，可用于确定矿物的切面方向和测定光性符号。
3.、垂直于一个光轴切片干涉图：
①图像特点相当于垂直锐角等分线（⊥Bxa）切面的干涉图的一半。
②当光轴面与上下偏光镜振动方向之一平行时，干涉图由一条直的黑臂和8形干涉色圈的一部分组成。
③转动载物台，黑带发生弯曲，黑壁与弯臂交替出现，这是与一轴晶垂直光轴切面干涉图的区别之一。
（4）光轴面与上下偏光镜振动方向成45度时，弯曲度最大，其顶点为光轴出露点，位于视野中心，弯曲臂凸向锐角区。
4.斜交光轴切片干涉图：
旋转物台，黑直臂与弯曲臂交替出现，其形状近似垂直光轴切片，但光轴出露点不在视域中心，甚至会出现弯臂逸出视野。
5.平行于光轴的切片干涉图：
与一轴晶平行切片干涉图相同。
（1）干涉图像差异较为明显，易于区分，可鉴定晶体的轴性，光性，切片类型，光轴角等。
（2）一轴晶，转动物台出现的是黑十字或黑直臂，不出现黑弯臂。
而二轴晶，则是黑直臂与弯臂交替出现的干涉图。
（3）光性正负的鉴别：
一轴晶：
用相应的补色器，通过确定黑十字所划分的四个象限光率体干涉分布形式来确定。
二轴晶：
黑十字旋转物台45度时，出现出露点，此时与两出露点垂直方向即为Nm。
再利用补色器补色法则观测象限内干涉色变化，确定两出露点连线平行于Ng或Np来确定Bxa方向是哪根主轴。
（3）一般不用平行光轴切片鉴定晶体轴性和光性。
制样步骤与要求;
1,取样:
代表性，完整性，不可改变试样的晶体特征，方面性；
2，镶嵌：
3，磨光：
除去取样时引起的样品表面损伤：
粗磨，细磨。
4；
抛光：
去除细磨痕以获得平整无瑕疵的镜面，并除去变形层，得以观察样品的显微组织。
5；
浸蚀：
采取适当的方法，使不同组织、不同位向的晶粒及晶粒内部与晶界各处受到不同程度的浸蚀，形成差别，从而清晰显示材料的内部组织。
另一个作用是去除抛光引起的变形层，防止出现伪组织，确保显微组织的真实性。
此外，浸蚀可以是样品表面的某些晶体着色，便于分辨。
2、X射线衍射分析：
1）X射线与物质之间的相互作用，p65图。
（比较高速电子与物质间作用比较）
2）X射线谱与特征x射线的区别，以及特征x射线的产生（p63）及其作用（p68）；
x射线的产生:
具有足够能量的高能电子与物质作用时，高能电子会将阳极靶物质中的k层电子撞出，使原子系统的能量升高，体系处于不稳定的激发态，按能量最低原理，L、M、N层的电子会跃迁入k层的空位，为保持体系的能量平衡，在跃迁的同时，这些电子会将多余的能量以x射线的光量子形式释放出来，从而产生频率恒定的特征x射线。
当x射线的能量恰好与原子电子层的结合能相等会出现，吸收系数突增现象。
1、特点元素的特征x射线频率固定，不会随实验条件而改变可以用来鉴别物质元素。
电子x射线探针已就是据此而设计的；
2、高能电子轰击阳极靶所产生的特征x射线，可以用来反推高能电子的最小加速电压。
3、X射线可以测出物质的吸收限，进而推知看、该物质原子的能级图。
5、同一X射线穿过不同物质时，物质对其吸收不同，从而可以鉴别物质中存在的缺陷、气泡、裂纹或杂质。
6、根据吸收限两侧系数差别大对x射线进行滤光。
3）X射线衍射及布拉格方程，方程的作用和参数意义和范围。
★
X射线衍射原理：
x射线作为一种电磁波投射到晶体中时，会受到晶体中原子的散射，而散射波好像是从原子中心发出，每一个原子中心发出的散射波好比一个圆球面波。
由于原子在晶体中时周期排列，这些散射球面波之间存在固定的位相关系，它们之间会相互干涉，在特定方向的位置上某些球面波相互加强，在另些特定方向相会抵消，从而出现衍射现象。
即在偏离原入射线方向上，只有有特定的方向上出现散射加强而存在衍射斑，而其余方向无衍射斑点。
布喇格布喇格方程讨论!
!
散射线、入射线与原子面法线共面，且散射线与原子面的夹角等于人射线与原子面夹角，方向上的散射线满足“光学镜面反射”条件。
2产生衍射的极限条件：
因为入射角sin<
1，所以：
λn<
=d，对衍射而言n的最小值为1，所以在任何可观测的衍射角下产生衍射的极限条件是；
lll。
也就是说，能被晶体衍射的电磁波的波长必须小于晶面中最大面间距的二倍。
但是波长过短会导致衍射角过小，使衍射现象难以观察,也不宜使用。
因此实际衍射分析用的X射线波长应与晶体的晶格常数较接近。
常用X射线衍射的波长为：
2.5~0.5Å
。
3、晶体中有可能参加反射的晶面族也是有限的，
4）X射线衍射分析方法：
粉末法，劳厄法，转晶法。
粉末法照相法：
德拜-谢乐照相法；
聚焦法，回转晶体法。
粉末衍射仪法：
两种扫描模式比较：
1连续扫描：
（匀速圆周运动）：
优点：
工作效率高，具有一定分辨率、灵敏度和精确度，适合大量日常样品无相分析。
缺点：
由于仪器本身的机械设备和电子线路的滞后、平滑效应，使衍射峰偏移、分辨率降低、线性畸变等缺点，衍射谱的形状往往受实验条件的影响。
2步进扫描：
转动一定角度即停止，开始测量记录。
无平滑和滞后效应，所以其衍射峰位正确，分辨率好，特别衍射强度弱且背低高的下更好。
可延长停留时间减小因统计涨落对实验强度的影响。
样品要求：
p91（与德拜法要求比较p79，右下角）：
德拜法：
粉末试样制成直径0.3-0.6mm，长度为1cm的细圆柱状粉末集合体。
颗粒通常在10-5--10-3cm（过250-300目筛）粉末颗粒大则可能参与衍射的晶体数目太少而影响衍射强度；
颗粒太小，则容易破坏晶体结构而是衍射出现弥散增宽。
通常粉末平均粒径控制在5um左右，即过320目筛，而且加工过程中应防止外加物理或化学因素而影响样品原有性质。
（防止择优取向）
1）粉末衍射定性分析X射线物相定性分析:
：
p97★
定性物相分析的目的是判定物质中的物相组成;
X射线衍射线的位置取决于晶胞形状、大小，也取决于各晶面间距；
衍射线的相对强度则取决于晶胞内原子的种类、数目及排列方式；
当物质中包含有两种或两种以上的晶体物质时，它们的衍射花样也不会相互干涉;
根据这些表征各自晶体的衍射花样，我们就能来确定物质中的晶体。
4.4.物相定性分析过程物相定性分析过程
常规物相定性分析的步骤如下：
（1）实验:
用粉末照相法或粉末衍射仪法获取用粉末照相法或粉末衍射仪法获取被测试样物相的衍射花样或图谱。
被测试样物相的衍射花样或图谱。
（2）通过对所获衍射图谱或花样的分析和计算，获得各衍射线条的2θ,d及相对强度大小。
在这几个数据中，要求对2θ和d值进行高精度的测量计算，而I/I1相对精度要求不高。
目前，一般的衍射仪均由计算机直接给出所测物相衍射线条的d值。
（3）使用检索手册，查寻物相使用检索手册，查寻物相PDF卡片号.根据需要使用字母检索、根据需要使用字母检索、Hanawalt检索或Fink检索手册，查寻物相检索手册，查寻物相PDF卡片号。
（4）若是多物相分析，则在（若是多物相分析，则在（3）步完成后，对剩余的衍射线重新根据相对强度排序，重复对剩余的衍射线重新根据相对强度排序，重复（3步骤，直至全部衍射线能基本得到解释。
物相定性分析所应注意问题物相定性分析所应注意问题
（1）一般在对试样分析前，应尽可能详一般在对试样分析前，应尽可能详细地了解样品的来源、化学成分、工艺细地了解样品的来源、化学成分、工艺状况，仔细观察其外形、颜色等性质，状况，仔细观察其外形、颜色等性质，为其物相分析的检索工作提供线索。
（2）尽可能地根据试样的各种性能，在尽可能地根据试样的各种性能，在许可的条件下将其分离成单一物相后进许可的条件下将其分离成单一物相后进行衍射分析。
55物相定性分析所应注意问题物相定性分析所应注意问题（3）由于试样为多物相化合物，为尽可能地由于试样为多物相化合物，为尽可能地避免衍射线的重叠，应提高粉末照相或衍射避免衍射线的重叠，应提高粉末照相或衍射仪的分辨率。
（4）对于数据对于数据d值，由于检索主要利用该数值，由于检索主要利用该数据，因此处理时精度要求高，而且在检索据，因此处理时精度要求高，而且在检索时，只允许小数点后第二位才能出现偏差。
（5）特别要重视低角度区域的衍射实验数据因为在低角度区域，衍射所对应dd值较大的晶面，不值较大的晶面，不同晶体差别较大，衍射线相互重叠机会较小（6）在进行多物相混合试样检验时，应耐心细致在进行多物相混合试样检验时，应耐心细致地进行检索，力求全部数据能合理解释，但有时也地进行检索，力求全部数据能合理解释，但有时也会出现少数衍射线不能解释的情况，这可能由于混会出现少数衍射线不能解释的情况，这可能由于混合物相中，某物相含量太少，只出现一、二级较强合物相中，某物相含量太少，只出现一、二级较强线，以致无法鉴定。
（7）在物相定性分析过程中，尽可能地与其它的相分在物相定性分析过程中，尽可能地与其它的相分析结合起来，互相配合，互相印证。
析结合起来，互相配合，互相印证。
从目前所应用的粉末衍射仪看，绝大部分仪器均从目前所应用的粉末衍射仪看，绝大部分仪器均是由计算机进行自动物相检索过程，但其结果必须结是由计算机进行自动物相检索过程，但其结果必须结合专业人员的丰富专业知识，判断物相，给出正确的合专业人员的丰富专业知识，判断物相，给出正确的结论。
结晶高分子衍射注意点！
！
拿到一个未知的高分子材料X射线衍射很快可以做出如下判断：
1）晶态还是非晶态，非晶态衍射是漫散的“晕环”晶态为有确定晶态为有确定d值的锐衍射峰；
2）如果是晶态也可以初步判断一下是有机类还是无机类，一般有机材料晶胞都比较大，衍射线条是无机类，一般有机材料晶胞都比较大，衍射线条多在低衍射角区出现，由于晶体对称性比较低，使多在低衍射角区出现，由于晶体对称性比较低，使衍射线条较少；
衍射线条较少；
3）高聚物材料一般是晶态和非晶态共存（高聚物材料一般是晶态和非晶态共存（两相模型）既有非晶漫散射，也有锐衍射峰，强相模型）既有非晶漫散射，也有锐衍射峰，强衍射峰总邻近非晶漫散射极大强度处附近出衍射峰总邻近非晶漫散射极大强度处附近出现4）也可以是某种程度的有序，如纤维也可以是某种程度的有序，如纤维素，具有一定锐度的漫散射;
也可以是完全的素，具有一定锐度的漫散射；
也可以是完全的非晶态，如非晶态，如PS散射强度分布相当漫散。
散射强度分布相当漫散。
塑料添加剂判定：
塑料中添加剂的物相分析
1，当添加剂为无机材料时，衍射峰都比较尖锐，容易区别；
添加剂含量较少时，要结合其他方法来分析；
2）可把有机部分烧掉，分析烧过的“灰”,得到灰的物相作为添加剂物相参考；
3。
研究添加剂与聚合物在结构上因相互影响而产生的变化，例如可能改变聚合物的结晶度、有序度、甚至引起某些新相的产生。
X射线衍射分析的应用：
晶体参数测定，晶体结构的判定，原子间距的测定（玻璃）p113，高分子取向的测定。
重点，看ppt中关于德拜照相法的图片，判定取向方向和结晶性能。
三、电子显微分析：
电子与物质的相互作用p170，★
透射电镜；
1 成像原理：
衍射成像；
2 分辨率决定因素：
衍射和像差因素。
3 成像过程；
大致了解。
4 （小孔径成像，光学显微镜大孔径成像；
）
透射电镜小孔径角成像为了确保透射电镜的分辨本领，物镜的孔径半角必须很小，即采用小孔径角成像。
一般是在物镜的背焦平面上放一称为物镜光阑的小孔径光阑来达到这个目的。
由于物镜放大倍数较大，其物平面接近焦点，若物镜光阑的直径为D，则物镜孔径半角а=D/2f
5 ★衬度原理（质厚衬度p139）
当其它条件相同时，像的质量决定于衬度，即像中各部分的亮度差异。
6 衍射程度p156，
Rd=λL
若将未发生衍射的A晶粒的像强度IA作为象的背景像强度,则B晶粒的像衬度为这就是衍射衬度明场成像原理的最简单表式达。
若仍以A晶粒的像强度为背景强度，则暗场衍射像衬衍射衬度为。
显而易见，暗场成像比明场成像衬度大得多。
7 位相衬度p198）
8 选取电子衍射：
p147
9 样品的制备。
TEM样品要求：
厚度要薄：
100-200nm；
大致有支持膜法；
复型法，晶体薄膜法、超薄切片。
对高分子样，必要时要进行染色和刻蚀处理。
1支持膜材料必须具备下列条件：
①本身没有结构，对电子束的吸收不大，以免影响对试样结构的观察；
②本身颗粒度要小，以提高样品分辨率；
③本身有一定的力学强度和刚度，能忍受电子束的照射而不致畸变或破裂。
散方法：
包藏法、撒布法、悬浮法、糊状法、喷雾法。
2复型法碳一级复型分辨本领最高，可达2nm（直接取决于复型本身的颗粒度），但剥离较难；
塑料一级复型操作最简单，但其分辨本领和像的反差均比较低，且在电子束轰击下易发生分解和烧蚀；
塑料—碳二级复型操作复杂一些，其分辨本领与塑料一级复型基本相同，但其剥离起来容易，不破坏原有试样，尤其适应于断口类试样。
3.晶体薄膜制备法
薄膜样品制备方法要求：
①制备过程中不引起材料组织的变化；
②薄膜应做得薄些．否则将引起薄膜内不同层次图象的重迭，干扰分析；
③薄膜应具有一定的强度，具有较大面积的透明区域；
④制备过程应易于控制，有一定的重复性，可靠性。
薄膜样品制备有许多方法，样品的处理，如沉淀法、塑性变形法和分解法等。
投影和染色是通过把重金属引入到试样表面或内部，使聚合物的多相体系或半晶聚合物的不同微区之间的质量差别加大。
蚀刻的目的在于通过选择性的化学作用、物理作用或物化作用，加大上述聚合物试祥表面的起伏程度。
蚀刻的方法有好几种。
常用的有化学试剂蚀刻和离子蚀刻。
如沉淀法、塑性变形法和分解法等。
扫描电镜
原理：
扫描电镜的成像原理与透射电镜大不相同。
它不用透镜来进行放大成像，而是像闭路电视系统那样，逐点逐行扫描成像。
首先，由三级电子枪发射出电子束，在加速电压作用下，经电透镜聚焦后，在样品表面扫描，激发各种物理信号，如二次电子等。
他们分别被相应的收集器接受，经放大系统按顺序、成比例的放大后，送到阴极射线显像管的栅极上，并用同步调制显像管的电子束强度即显像管荧光屏亮度，在同步扫描电压的控制下，样品上电子束位置与显像管荧光屏上的电子束的位置一一对应。
如此，在荧光屏上形成一幅与样品表面特征相对应的画面--某种信息图，如二次电子像、背散射电子像等。
电子成像的过程★
分辨率的决定因素：
电子束直径；
各类电子的扩展效应；
信噪比，杂磁场，机械振动等。
衬度；
扫描电镜的像衬度
1.表面形貌衬度：
利用与样品表面形貌比较敏感的物理信号作为显像管的调制信号，所得到的像衬度称为表面形貌衬度。
二次电子信号与样品表面变化比较敏感，但与原子序数没有明确的关系，其像分辨本领也比较高，所以通常用它来获得表面形貌图像。
2.二次电子的角分布；
二次电子产额与入射电子束角度的关系
3.原子序数衬度又称为化学成分衬度，它是利用对样品微区原子序数或化学成分变化敏感的物理信号作为调制信号得到的一种显示微区化学成分差别的像衬度。
这些信号主要有背散射电子、吸收电子和特征x射线等。
电子探针：
利用被聚焦成小于1um的高速电子束轰击样品表面，由X射线波谱仪或能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射线的波长和强度，从而得到体积约为1um3微区的定性或定量分析。
波谱仪与能谱仪：
定义，特点，两种探针的比较。
4、热分析技术：
热分析技术的原理；
差热原理即热电偶原理：
两种不同材料的金属丝两端牢靠地接触在一起，组成闭合回路，当两个接触点（称为结点）温度T和T0不相同时，回路中既产生电势，并有电流流通，这种把热能转换成电能的现象称为热电效应。
两个结点中与被测介质接触的一个称为测量端或工作端、热端，另一个称为参考端或自由端、冷端。
将两个反极性的热电偶串联起来，就构成了可用于测定两个热源之间温度差的温差热电偶。
影响DTA曲线的因素：
--—仪器因素：
（1）炉子尺寸均温区与温度梯度的控制
（2）坩埚大小和形状热传导性控制热传导性控制（3）差热电偶性能材质、尺寸、形状、灵敏度选择材质、尺寸、形状、灵敏度选择（4）热电偶与试样相对位置，热电偶热端应置于试样中心热电偶热端应置于试样中心（5）记录系统精度记录系统精度
-----试样因素：
（1）热容量和热导率的变化；
（2）试样的颗粒、用量、装填密度；
（3）纯度，结晶度；
（4）参比物
-----实验条件因素：
1，升温速度；
2,炉内压力和气氛。
功率补偿性dsc：
（1）零点平衡原理：
两个独立的加热系统，对温度较低的物质进行补偿，使试样与参比物温度相同，温差消失。
（2）热流式差示扫描量热仪：
利用康铜电热片兼作试样、参比物支架底盘和测温热电偶。
仪器自动改变差示放大器的放大系数，补偿仪器自动改变差示放大器的放大系数，因温度变化对试样热效应测量的影响。
（3）热通量式差示扫描量热法：
利用热电堆精确测量试样和参比物温度，灵敏度和精确度高，用于精密热量测定。
功率补偿性dsc
热流式差示扫描量热仪
热通量式差示扫描量热法
精确的控温和测量；
更快的响应时间速度和冷却速度
基线稳定
高灵敏度
差热分析与示差扫描量热分析的特点及区别：
DTA:
定性分析、测温范围大
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