填空题：
1、电子波长比可见光波长短的多，随着加速电压的升高，电子波长将减少。其电镜图像清晰度增大。
2、多级电磁镜组成的电子显微镜的放大倍数等于各级透镜放大倍数的积。
3、背散射电子除了与样品形貌有关外，还与样品成分有密切关系，平均原子序数高的物相背散射能力强。
4、随电磁透镜孔径角的减小，球差散焦斑半径将会减小，但衍射引起的埃里斑半径却增大。
5、电镜的有效放大率与仪器的分辨率相对应。
6、背散射电子比二次电子，俄歇电子能量都大一些。溢出深度也多的多，成像的色差较大，所以背散射电子图像分辨率较差。然而背散射电子的成像即代表形貌相也代表成分的像。
7、随着原子序数的减小，非弹性散射所占的比例越大，利用散射电子成像时，由于轻元素试样成像的色差较大，因此图像清晰度下降。
8、理想的单晶体试样产生周期规律排列的电子衍射斑点，多晶试样产生同心环状衍射花样，无定形的试样产生弥散状的衍射花样。
9、X射线能量色谱仪利用特征X射线能量的不同，对试样进行定性和定量分析。
10、扫描隧道显微镜检测的是探针和样品之间隧道电流，它与探针和样品之间距离有强烈的依赖关系。原子力显微镜与它相比最大的优点是可用来研究有较厚氧化层的样品和不要求样品表面导电。
11、透射电子显微镜分析要求样品对电子束是透明的，它的放大倍数比一般的扫描电子显微镜的大。
12、原子力显微镜检测的是探针和样品之间的作用力，它与探针和样品之间的距离有强烈的依赖关系。
13、衍射衬度的明场像是透射电子透过光栏孔，暗场像是衍射电子透过光栏孔。
14、电子束与物质相互作用时，随着特征X射线产生的同时常常也产生俄歇电子。
15、透射电镜的电子光学系统由照明系统，成像系统，图像观察和记录系统和样品室四部分组成。
16、电镜的能量谱仪利用透射电子能量的不同，对试样进行定性、定量分析。
17、电子显微镜是利用电子束流作光源使物体成像。电子束流的波长随着加速电压的增大而减小。
18、电磁透镜的分辨率一定时，它的景深随孔径半角的减小而增大，它的焦长除了与分辨率和孔径半角有关外还与透镜的放大倍数有关。
杨合情
1、透射电镜（TEM）主要利用什么电子成像？它对样品的要求是什么？配有电子衍射和能谱的高分辨率的透射电镜能对一个纳米晶体材料进行哪些分析？
答：⑴利用到透射电子成像；
⑵样品很薄，薄膜厚度<200nm，有时要求薄膜厚度在10nm左右。透射电子显微分析中，要求样品达到几
个基本条件：
①样品置于载托样的铜网上，铜网的d=2–3mm，所观察的试样最大尺寸不超过1mm。
②电子束可以穿透样品，样品的一般厚度不超过100–200nm
③透射电子显微镜中处于高真空状态，只能研究固体样品。
④样品要有较好的强度和稳定性，在电子轰击下不至损坏变化，样品制备后导电性应较好。
⑤样品应非常清洁，以保证图像质量和真实性。
⑶价态分析和成分分析。
2、X射线能量色散谱仪的工作原理是什么？可以对样品进行什么分析？它检测到的是什么信号？这种信号如何产生的？并说明Kα物理意义。
答：⑴电子束轰击样品使各种元素被激发而发射出不同能量的X射线，将这些X射线收集起来，按能量的大小将其分类，并快速显示出谱线，同时加以检测。
⑵X射线能量色散谱仪是透射电镜附带的能量色谱仪。是一种利用特征X射线能量不同而进行分辨谱的方
法。可以对样品进行定性和定量分析。
⑶它能检测到：X射线的能量，也可以检测到这些X射线之间的强度关系，（特征X射线）
⑷特征X射线的产生：电子流束轰击固体样品时除了引起大量价电子电离外，还会引起一定量内层电子激
发或电离，使原子处于一种较高的激发状态。这是一种不稳定的状态，较多电子会迅速填补内层电子空位，使原子的能量降低而再回到稳定状态，这种能量跃迁过程直接释放一种具有特征能量和特征波长的电磁波，即特征X射线。
⑸Kα的物理意义：在高能量的电子作用下，使原子的一个K层电子电离，原子体系就处于K层激发状态，
此时较外层的电子都可以落到那个空位上，若L层的电子落到K空位上，释放的特征X射线称作Kα。
3、扫描电子显微镜（SEM）的成像原理是什么？对于样品制备有何要求？SEM能检测到那些电子以及这些电子怎么产生的？
答：⑴电子枪发射出高能量的电子束，经聚光镜和物镜缩小聚焦后在样品表面形成一个直径细小、具有高能量高强度的电子束。在扫描线圈的磁场作用下，入射电子束在样品表面上作光栅式逐点扫描。由于样品凹凸不平，二次电子产额是不同的。采用二次电子探测器可将电子束激发产生的、向各方向发射的二次电子汇集起来，经闪烁体转变成光信号，再经光导管到达光电倍增管，使光信号又转变成电信号。将电信号经视频放大器放大，把信号送至显像管栅极，调制显像管的亮度，在荧光屏上便呈现一幅亮暗程度不同的二次电子像。
⑵扫描电子显微镜的样品制备要点:
①在高真空条件下，样品为干燥的固体。②防止样品污染。
③不导电样品表面一般镀上金薄膜，使表面导电消除电荷堆积，增加样品的二次电子发射率，提高图像
衬度，减小入射电子对样品的照射损伤。
④导电性好的样品一般可保持原样形态，进行分析。
⑤样品尺寸大小应符合要求。
⑶SEM能检测到：
二次电子：入射电子束（一次）从样品表层10nm左右深度激发出来的低能电子50eV（二次）。当以价电子为主的原子核核外电子从入射电子那里获得了大于相应临界电离激发结合能的能量可以离开原子成为自由电子，其中一些从样品表面溢出，变为真空中的自由电子，即二次电子；
背散射电子：背散射电子就是由样品反射出来的初次电子。当电子束照射样品时，入射电子在样品内遭到衍射时，会改变方向，甚至损失一部分能量（在非弹性散射的情况下）。在这种弹性和非弹性散射的过程中，有些入射电子累积散射角超过90度，并将重新从样品表面逸出。
吸收电子：吸收电流是指入射电子束照射样品时，残存在样品中的电子通过导线流向大地的电流。
4、扫描电子显微镜（SE M）的图像主要利用什么电子成像？优点有哪些？以及它的发射量主要与哪些因素有关？答：⑴二次电子；
⑵二次电子成像的优点：①分辨率高，可达6nm；②放大倍数高，可达18万倍；③景深好，是光学显微
镜的几百倍，所以立体感强；④反差对比度好，图像细节清楚；⑤可以与成份分布状态结合观察；⑥制样极为方便，不损坏样品的原始形貌和各部分相互关系。
⑶二次电子发射量主要决定于样品表面的起伏状况：
①当电子束垂直于样品表面入射时，发射二次电子量最小；
②随着电子束的倾斜或样品的倾斜，二次电子发射量就增加；
③二次电子发射量还与样品中元素的原子序数有关。原子序数高，产生二次电子的价电子会增多；
④喷镀金膜除了使样品导电外，还有一个目的就是使样品表面二次电子产额增加；
⑤样品的不同几何外形对二次电子作用是不一样的。
5、关于扫描隧道显微镜(STM)的工作原理及工作模式。它的组成和特点及用途有哪些？
答：⑴工作原理：当探针与样品表面间距小到纳米量级﹙﹤1nm﹚时，经典力学认为：由于中间的空气将探针与样品表面隔开，探针与样品表面是不导电的；但从量子力学的观点来看，探针尖端的原子与样品表面的原子具有波动性，两者的波函数会发生重叠，因此探针与表面之间会产生电流，该电流称隧道电流，隧道电流的强度与针尖和样品间距S成指数关系，对间距S的变化非常敏感，STM就是利用这一原理来工作的。
⑵它的工作模式有两种：
恒高模式：探针在样品表面扫描时，使探针的绝对高度不变，这时探针与样品表面的相对距离就会改变，即隧道电流会改变，通过测量电流的变化来反映样品表面的高低起伏。这种扫描模式叫做恒高模式。
恒流模式（常用）：探针在样品表面扫描时，通过反馈回路控制隧道电流恒定不变，即探针与样品表面相对距离保持恒定，这时探针沿xy平面内扫描时在z轴方向的运动就反映了样品表面的高低起伏，这种扫描模式叫恒流模式。
⑶STM由下列几部分组成：
振动隔绝系统：保证系统工作不受外界振动等干扰。
机械传感系统：STM的机械系统应满足STM扫描及调整针尖与样品距离等操作的要求。
电子控制系统：用于产生隧道电流并维持其恒定, 控制针尖扫描。
探头(隧道针尖)：STM常用的针尖材料:是Pt-Ir针尖和W针尖。
计算机控制系统：控制各个系统运动、收集、存贮、处理获得信息和图像。
⑷扫描隧道显微镜的特点：
①极高的分辨率；②实时获得真实空间表面的三维图像，从而可用于观察和研究各种表面结构；③在各种
不同环境下工作；④利用STM针尖，可以对原子和分子进行操作，甚至可以在表面移走原子而构成图形；
⑸STM的应用：
表面结构观测：STM是研究表面原子结构强有力的工具，尽管有些时候并不能将STM图像的结构细节简单地归结为原子的空间排布情况，但人们利用STM可解决许多表面科学问题。例如：Si（111）表面的7×7重构结构。
表面化学反应研究：STM对工作环境的要求相当宽松，可以在大气、空气、溶液、低温、高温等环境下工作，这是STM技术的一个重要特色。由此可以方便地研究表面化学反应。
纳米尺度的加工：STM不仅仅是被动地观测表面结构的工具，并且可用来诱导表面发生局域的物理和化学性质的变化，以对表面进行纳米尺度的加工，构成新一代的纳米电子器件或者发展新一代的超高密度信息存储器件。
6、原子力显微镜（AFM）的工作原理和检测方式及工作模式。它的装置和对力学传感器要求及用途有哪些？答：⑴工作原理：将探针装在一弹性微悬臂的一端，微悬臂的另一端固定，当探针在样品表面扫描时，探针与表面之间存在极微弱的作用力(10-8～10-6N)，会使微悬臂发生弹性形变。
⑵检测方式：
恒力模式：通过反馈系统使探针、样品表面作用力保持恒定，当探针在xy平面内扫描时，探针的z向运动就可反映样品表面形貌及其它表面结构。这种检测方式为恒力模式。
恒高模式：在x、y平面内扫描时,不使用反馈回路，保持针尖与样品绝对距离恒定，直接检测微悬臂Z 方向的变量来成像。这种检测方式为恒高模式。
⑶A FM的工作模式，主要有三种：
接触模式：针尖始终和样品接触，以恒高或恒力的模式进行扫描。扫描过程中，针尖在样品表面滑动。
这种模式的分辨率高，可得到稳定的、分辨率高的图像。但不适用于研究生物大分子，低弹性模量样品以及容易移动和变形的样品。
非接触模式：是指探针离样品表面上面并有一定距离，始终不与样品接触，这时微悬臂电压陶瓷器件产生高频振动，频率接近其固有振动，针尖与样品间的相互作用力对其距离的变化将会直接影响到微悬臂的振动频率及振幅，用光学方法测量振幅的变化就可得知探针与样品表面作用力的变化，即可测得样品，形貌等。但由于针尖和样品之间的距离较长，分辨率较接触式低，而且操作也相对较难，所以非接触模式目前基础上未被采用。
轻敲模式：轻敲模式中，探针在样品表面上以接近微悬臂固有频率振动，振荡的针尖交替地与样品表面接触和抬高，这种交替通常每秒钟5×104～5×105次。
另外还有两种工作模式：插行扫描模式和力调制模式。
⑷原子力显微镜的装置和STM一样，A FM也有振动隔绝系统、机械系统、针尖系统、电子系统和计算机系统几个大的部分组成。
其关键部分仍是针尖系统：这里，针尖感受的不是隧道电流，而是原子间的相互作用力；微悬臂及其针尖是A FM所特有的，并且是技术成败的关键之处；
⑸为了准确反映样品的形貌和尽可能提高仪器的刚性，力传感器要满足以下要求：低的力弹性常数；高的力学共振频率；高的横向刚性；短的微悬臂长度；传感器带有镜子或电极；带有一个尽可能尖的针尖。
⑹它的用途主要有：
纳米材料的形貌测定：A FM不仅可用来表征导体、半导体的形貌，还可以直接用于绝缘体样品的研究。纳米尺度的物性测量：对纳米尺度的物性研究，有助于人们进一步认识纳米世界的运动规律，运用这些性质来设计和制备下一代纳米器件。
生物材料的研究：A FM不仅可以对生物分子进行高分辨成像，而且还可以对生物分子进行操纵。
纳米结构加工：利用A FM针尖与样品之间的相互作用力可以搬动样品表面的原子、分子，而且可利用此作用力改变样品的结构，从而对其性质进行调制。
杨祖培
1、材料表征的任务有哪些？写出十种以上常见材料表征分析方法。
答：⑴材料结构的表征（或材料的分析方法）就其任务来说，主要有三个，即成分分析、结构测定和形貌观察。
⑵常见材料表征方法：
①材料的化学成分分析除了传统的化学分析技术外，还包括质谱（MC）、紫外（UV）、可见光、红外（IR）
光谱分析、气、液相色谱、核磁共振、电子自旋共振、二次离子色谱、X射线荧光光谱、俄歇与X射线光电子谱、电子探针等。
②材料结构的测定主要以衍射方法为主。衍射方法主要有X射线衍射、电子衍射、中子衍射、穆斯堡谱
等，应用最多最普遍的是X射线衍射。
③形貌观察和分析主要采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜。
2、X射线管是如何产生X-ray的？写出利用XRD技术用内标法测定某一物质含量的实验过程。
答：⑴X射线管是产生X射线的装置，其基本原理是：由阴极发射并在管电压（V）作用下向靶材（阴极）高速运动的电流为激发源，导致靶材发射辐射。
⑵内标法：就是将一种已知物相含量的标准物添加到含有未知物的试样中，充分混合以获得待测物相含量的方法。把试样中待测物的某根衍射线强度与掺入试样中含量已知的标准物质的某根衍射强度相比较，就可以获得待测相的定量组成。
Ij/Is=kwj说明待测相j的某条衍射线强度Ij和标准物质衍射线条Is之比，与待测相在原试样中的质量分数wj成线性关系，直线的斜率k通常是通过实验求出。
一般地用内标法进行定量分析时，需事先配制一组试样来绘制定标曲线。测定每个试样的Ij/Is后，就可作出定标曲线。然后测出待测试样的Ij/Is后，利用定标曲线求出待测试样中j相含量wj。
3、写出布拉格方程并描述各参数的物理含义。
答：
2dsinθ=nλ(布拉格方程)
d为晶面距离（反射晶面面间距）；θ布拉格角、掠射角或半衍射角；n为反射级数；λ为X射线的波长。
4、简述X射线衍射仪(XRD)的基本组成，它在物相定性分析中的基本原理，实验步骤和样品制备的步骤，它的应用有哪些。
答：⑴①X射线发生器；②样品台；③X射线测角仪；④辐射探测器；⑤辐射探测电路；⑥计算机系统。
⑵根据晶体对X-ray的衍射特征——衍射线的方向及强度，来达到鉴别结晶物质的。
⑶X-ray衍射分析样品制备的步骤：
①制备待分析物质样品，用衍射仪获得样品衍射花样；
粉体样品的制备：由于样品的颗粒度对X射线的衍射强度以及重现性有很大的影响，一般说来，颗粒越大，参与衍射的晶粒就越少，并还会产生初级消光效应，使得强度的重现性较差。因此，一般要求粉体颗粒度在0.1~10um。可采用压片、胶带粘以及石蜡分散等的方法进行制样。
薄膜样品的制备：需要注意薄膜的厚度。由于XRD穿透能力很强，一般适合比较厚的薄膜样品的分析。此外，还要求薄膜比较平整以及表面粗糙度要小。
②确定各衍射线条的d值及相对强度I/I0值；
③检索PDF卡片；
④核对PDF卡片与物相判定。
⑷应用：
①利用XRD技术研究熔烧温度和时间对LaCoO3钙钛矿相结构影响；②研究四方相ZrO2的形成；
③监控电子陶瓷材料合成的程度；④分析矿物。
5、差热（DT A）分析
答：⑴差热分析：差热分析（DTA）是在程序控制温度下，建立被测量物质和参比物的温度差与温度关系的一种技术。数学表达式为△T＝Ts－Tr＝f（T或t）其中：Ts ，Tr分别代表试样及参比物温度；T是程序温度；t 是时间。记录的曲线叫差热曲线或DTA曲线。
⑵分析仪原理：在差热分析仪中，样品和参比物分别装在两个坩埚内，两个热电偶是反向串联（同极相连，产生的热电势正好相反）。样品和参比物同时升问，当样品未发生物理或化学状态变化时，样品温度（T s）和参比物温度（Tr）相同时，ΔT=0，相应的温差电势为0。当样品发生物理或化学变化而发生放热或吸热时，样品温度（Ts）高于或低于参比物温度（Tr），产生温差。相应的温差热电势经放大后送入记录仪或计算机，从而得到以ΔT为纵坐标，温度或时间为横坐标的差热分析曲线（简称DTA曲线）。
⑶分析仪的组成：①热电偶：是DTA的关键部件，一般用Pt-Rh热电偶；②测量池：测量池包括样品池和参比池，与其托架接触良好以保证能追随程序温度变化；③程序控温装置：升温的线性非常重要，且升温速度可以在较大范围内调节，以适应实验的需要；④热电偶用的微伏放大器：要求灵敏且稳定；⑤记录仪或计算机：记录程序升、降温曲线，差热信号ΔT等；⑥气氛控制系统：常带气氛操作
⑷应用范围：熔化及结晶转变，氧化还原反应，理解反应等分析研究，主要用于定性分析。
6、热重（TG）分析
答：⑴热重分析：热重法简称TG，是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系的一种技术。数学表达式为：W=f=（W1-W2）/W1 (T或t)记录的曲线称为热重曲线或TG曲线，不能叫作热谱图。
⑵分析仪原理：热重分析法是在程序控制温度条件下，测量物质的质量与温度关系的一种热分析方法。热重曲线以质量为纵坐标，以温度或时间为横坐标。失重量=（W1-W2）/W1。
⑶分析仪组成：热重分析仪主要由热天平、加热炉、程序控温系统、计算机等组成。
⑷热重分析的应用：无机物及有机物的脱水和吸湿；无机物及有机物的聚合与分解；矿物的燃烧和冶炼；金属及其氧化物的氧化与还原；物质组成与化合物组分的测定；煤、石油、木材的热释；金属的腐蚀；物料的干燥及残渣分析。
⑸特点：①耐震性强；②TG基线极为稳定；③温度范围大：室温-1000度；④最大样品量：1g。
7、差示扫描量热法（DSC）
答：⑴差示扫描量热法是在程序控制温度下，测量输入给样品与参比物的功率差与温度关系的一种热分析方法。
⑵原理：在热分析过程中，当样品发生吸热或放热时，通过对样品（或参比物）的热量补偿作用，维持样品和参比物温度相等（ΔT=0），补偿的能量（大小）即相当于样品吸收或放出的能量（大小）。
⑶针对差热分析法是间接以温差变化表达物质物理或化学变化过程中热量的变化（吸热或放热），且差热分析曲线影响因素很多，难于定量分析的问题，发展了DSC。
⑷目前，有两种DSC，即功率补偿式DSC和热流式DSC。
典型的差示
坐标、以时
T
曲线离开基
（
化。因而差
化学变化时
图中基线相当于
的峰反映了
李宝林
1、质谱仪由那几部分组成？各个部分的基础作用是什么？
答：①进样系统：是在不破坏真空的情况下使样品进入离子源。
②电离和加速器：被分析物质在这里被电离，形成各种离子。
③质量分析器：把不同质荷比的离子分开，是质谱仪的核心。
④计算机-数据系统：对仪器控制。
⑤真空系统：为离子源和质量分析器提供所需的填空，是质谱的重要组成。
2、试说明质谱中所用的离子源有哪些类型，并分别概述他们的原理。
答：①电子轰击离子源（EI）：分子受到电子轰击，失去电离电位较低的价电子形成分子离子（M+）并部分裂解出各种碎片离子。
②化学电离（CI）：在离子源加入一些试剂气体（如：甲烷、丁烷、氨气等）生成“试剂离子”，这些离子可以与微量样品发生路易斯酸碱反应。
③快原子轰击（FAB）：一些惰性气体在在电离室电离，形成A r+,Xe+和He+等被电场加速，从而具有较大动能，然后在A r室进行电荷交换，低能量的离子被电场偏转引出，高能量的原子对靶物进行轰击，导致样品蒸发和离解。
④场解吸（FD）：当分子处于108V/cm外电场时，按“隧道效应”电子将有一定的几率会出现外场，相当于把分子中的电子吸入外场，使分子电离。
⑤基质辅助激光解析电离：采用脉冲式的激光在一个微小的区域内，用极短的时间间隔激光对靶物提高的能量，使其电离。
⑥电喷雾电离（FSE）：样品溶液的液滴变成蒸汽产生离子发射过程而电离。
3、简述在红外光（IR）谱中，影响吸收峰的位置的主要因素。
答：①H ook’s Law ：( );
原子质量愈轻，振动频率愈高；键能愈大，键长愈短，键的力常数愈大，振动频率愈高。
②振动方式；③样品的物理状态；④电子效应与共振结构，氢键，空间效应。
4、简述在核磁共振（NMR）中，影像化学位移大小的主要因素。
答：①诱导效应：化学位移随电负性较大的元素原子与甲基的距离增大而减小；随原子数目增多而加大。
②磁各向异性效应：当分子中某些基团的电子云排布不呈球形对称时，它对邻近的1H核产生一个各向异
性的磁场，从而使某些空间位置上的核受屏蔽，而另一些空间位置上的核去屏蔽，这一现象称为各向异性效应。
③范德华效应：当取代基与共振核之间的距离小于van der Waals半径时，取代基周围的电子云与共振核周
围的电子云就互相排斥，结果使共振核周围的电子云密度降低，使质子受到的屏蔽效应明显下降，质子峰向低场移动，这称为van der Waal s效应。
④氢键效应：氢键的形成，使氢上电子密度减少，受到去屏蔽效应峰位向高频移动。
⑤溶剂效应：同一种样品使用不同的溶剂也会使化学位移值发生变化，这称为溶剂效应。
5、对固体样品进行红外光谱测定时，针对样品的具体形状进行样品准备（或测定）的方法有哪些？进行简单的描述。
答：①KB r压片法：将固体样品（1-2mg）和充分干燥的100-200倍量的KBr晶体在玛瑙研钵中混匀一如磨具中，在压片机上压成KBr薄片，放置在样品架上，安放在IR仪样品室中即可测定；
②油糊法：将固体样品滴加2-3滴的石蜡油一起磨细成糊状，把它以薄膜的形势夹在两片盐窗之间；
③熔融法：若样品熔点很低，在盐窗上融化，用熔融法测试；
④薄膜法：对高分子样品经常采用的方法是在溶剂中充分溶解后，将溶剂挥发，制备成薄膜进行测试。
6、在13C核磁共振（NMR）谱中，影像化学位移的因素有哪些？
答：C的杂化形式（δsp2>δsp>δsp3）；C上缺点子的影响；C上共享电子对的影响；吸电子集团电负性的影响；共轭效应的影响；分子内相互作用的影响（分子内、分子间氢键都会引起屏蔽）；各向异性的分子内磁场；同位素效应；温度影响；介质位移（稀释、溶剂、PH位移）；顺磁离子影响。
7、常用的DEPT（13C无畸变极化转移增益）NMR谱有几种？它们在化合物结构鉴定中各提供什么信息？
答：①选择磁化矢量偏转的θ角。分别作45o，90o，135o的脉冲，可得到化合物三个不同13C谱。
θ=45o时， CH CH2CH3均显正峰；
θ=90o时，仅得到CH正峰；
θ=135o时，CH2为负峰；CH CH3均显正峰。
②
附录：IR谱特征基团吸收频率的分组
八区域法：以它可以推测化合物中存在（或不存在）什么官能团或选择正确的结构。
下列几个官能团的吸收频率范围极为重要，一定要记住。
对“八区域法”再详细讨论：一、区域I 为O—H，N—H的伸缩振动区（3700~3200cm-1）
二、区域Ⅱ和Ⅲ（3300~2400 cm-1）为vc-H区，主要判断炔、烯、芳环与饱和烃的C—H键的存在。
三、区域Ⅳ（2400~2100cm-1）为vC≡C 和vC≡N 和vX≡Y=Z 吸收区。
四、区域Ⅴ（1850~1650cm-1)为v C=O
五、区域Ⅵ（1680~1500cm-1) 为双键v区
六、区域Ⅶ（δC-H（面内）1475~1300cm-1）与区域Ⅷ（δC-H（面外）1000~650cm-1）1500~650cm-1为指纹区。是C—C、C—O、C—N 等单键的伸缩振动和—CH3、—CH2—基的—C—H弯曲振动及分子骨架伸缩振动所引起的最主要的是利用位于900~690cm-1的δC-H（面外）峰判断苯环取代的类型。
如下页图：
材料的表征方法 2.3.1 X 一射线衍射物相分析 粉末X 射线衍射法，除了用于对固体样品进行物相分析外，还可用来测定晶体 结构的晶胞参数、点阵型式及简单结构的原子坐标。X 射线衍射分析用于物相分析 的原理是:由各衍射峰的角度位置所确定的晶面间距d 以及它们的相对强度Ilh 是物 质的固有特征。而每种物质都有特定的晶胞尺寸和晶体结构，这些又都与衍射强 度和衍射角有着对应关系，因此，可以根据衍射数据来鉴别晶体结构。此外，依 据XRD 衍射图，利用Schercr 公式: θ λθβcos )2(L K = 式中p 为衍射峰的半高宽所对应的弧度值;K 为形态常数，可取0.94或0.89;为X 射线波长，当使用铜靶时，又1.54187 A; L 为粒度大小或一致衍射晶畴大小;e 为 布拉格衍射角。用衍射峰的半高宽FWHM 和位置(2a)可以计算纳米粒子的粒径， 由X 一射线衍射法测定的是粒子的晶粒度。样品的X 一射线衍射物相分析采用日本理 学D/max-rA 型X 射线粉末衍射仪，实验采用CuKa 1靶，石墨单色器，X 射线管电压 20 kV ，电流40 mA ，扫描速度0.01 0 (2θ) /4 s ，大角衍射扫描范围5 0-80 0，小角衍 射扫描范围0 0-5 0o 2.3.2热分析表征 热分析技术应用于固体催化剂方面的研究，主要是利用热分析跟踪氧化物制 备过程中的重量变化、热变化和状态变化。本论文采用的热分析技术是在氧化物 分析中常用的示差扫描热法(Differential Scanning Calorimetry, DSC)和热重法 ( Thermogravimetry, TG )，简称为DSC-TG 法。采用STA-449C 型综合热分析仪(德 国耐驰)进行热分析，N2保护器。升温速率为10 0C.1min - . 2.3.3扫描隧道显微镜 扫描隧道显微镜有原子量级的高分辨率，其平行和垂直于表面方向的分辨率 分别为0.1 nm 和0.01nm ，即能够分辨出单个原子，因此可直接观察晶体表面的近原 子像;其次是能得到表面的三维图像，可用于测量具有周期性或不具备周期性的 表面结构。通过探针可以操纵和移动单个分子或原子，按照人们的意愿排布分子 和原子，以及实现对表面进行纳米尺度的微加工，同时，在测量样品表面形貌时， 可以得到表面的扫描隧道谱，用以研究表面电子结构。测试样品的制备:将所制 的纳米Fe203粉末分散在乙醇溶液中，超声分散30 min 得红色悬浊液，用滴管吸取 悬浊液滴在微栅膜上，干燥，在离子溅射仪上喷金处理。采用JSM-6700E 场发射扫 描电子显微镜旧本理学)，JSM-6700E 场发射扫描电子显微镜分析样品形貌和粒 径，加速电压为5.0 kV o 2.3.4透射电子显微镜 透射电镜可用于观测微粒的尺寸、形态、粒径大小、分布状况、粒径分布范 围等，并用统计平均方法计算粒径，一般的电镜观察的是产物粒子的颗粒度而不 是晶粒度。高分辨电子显微镜(HRTEM)可直接观察微晶结构，尤其是为界面原 子结构分析提供了有效手段，它可以观察到微小颗粒的固体外观，根据晶体形貌 和相应的衍射花样、高分辨像可以研究晶体的生长方向。测试样品的制备同SEM
材料表征的方法 1．Elemental Analysis 元素分析 Atomic absorption spectroscopy 原子吸收光谱 Auger electron spectroscopy (AES) 俄歇电子能谱 Electron probe microanalysis (EPMA) 电子探针微分析 Electron spectroscopy for chemical analysis (ESCA) 化学分析电子能谱 Energy dispersive spectroscopy (EDS) 能量色散谱 Flame photometry 火焰光度法 Wavelength dispersive spectroscopy (WDS) X-ray fluorescence X射线荧光 2. Molecular and Solid State Analysis 分子与固态分析 Chromatography [gas chromatography (GC), size exclusion chromatography (SEC)] 色谱[气相色谱，体积排除色谱] Electron diffraction 电子衍射 Electron microscopy [scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), scanning TEM (STEM)] 电子显微镜 Electron spin resonance (ESR) 电子自旋共振 Infrared spectroscopy (IR) 红外光谱 Mass spectrometry 质谱 Mercury porosimetry 压汞法 Mossbauer spectroscopy 穆斯堡尔谱 Nuclear magnetic resonance (NMR) 核磁共振 Neutron diffraction 中子衍射 Optical microscopy 光学显微镜 Optical rotatory dispersion (ORD) 旋光色散 Raman spectroscopy 拉曼光谱 Rutherford back scattering (RBS) 卢瑟福背散射 Small angle x-ray scattering (SAXS) 小角X射线散射 Thermal analysis [differential scanning calorimetry (DSC), thermal gravimetric analysis (TGA), differential thermal analysis (DTA) temperature desorption spectroscopy (TDS), thermomechanical analysis (TMA)] 热分析[差示扫描量热计法，热-重分析，微分热分析，升温脱附，热机械分析] UV spectroscopy 紫外光谱 X-ray techniques [x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), x-ray diffraction (XRD), x-ray emission, x-ray absorption] X射线技术[x射线光电子能谱，x射线衍射，x射线发射，x射线吸收] 3. Surface Characterization Techniques 表面表征技术
高分子材料的力学性能及表征方法 聚合物的力学性能是高分子聚合物在作为高分子材料使用时所要考虑的最主要性能。它牵涉到高分子新材料的材料设计，产品设计以及高分子新材料的使用条件。因此了解聚合物的力学性能数据，是我们掌握高分子材料的必要前提。聚合物力学性能数据主要是模量（E），强度（σ），极限形变（ε）及疲劳性能（包括疲劳极限和疲劳寿命）。由于高分子材料在应用中的受力方式不同，聚合物的力学性能表征又按不同受力方式定出了拉伸（张力）、压缩、弯曲、剪切、冲击、硬度、摩擦损耗等不同受力方式下的表征方法及相应的各种模量、强度、形变等可以代表聚合物受力不同的各种数据。由于高分子材料类型的不同，实际应用及受力情况有很大的差变，因此对不同类型的高分子材料，又有各自的特殊表征方法、例纤维、橡胶的力学性能表征。 表征方法及原理 （1）拉伸性能的表征 用万能材料试验机，换上拉伸实验的样品夹具，在恒定的温度、湿度和拉伸速度下，对按一定标准制备的聚合物试样进行拉伸，直至试样被拉断。仪器可自动记录被测样品在不同拉伸时间样品的形变值和对应此形变值样品所受到的拉力（张力）值，同时自动画出应力－应变曲线。根据应力-应变曲线，我们可找出样品的屈服点及相应的屈服应力值，断裂点及相应的断裂应力值，样品的断裂伸长值。将屈服应力，断裂应力分别除以样品断裂处在初制样时样品截面积，即可分别求出该聚合物的屈服强度σ屈和拉伸强度（抗张强度）σ拉值。样品断裂伸长值除以样品原长度，即是聚合物的断裂伸长率ε。应力－应变曲线中，对应小形变的曲线中（即曲线中直线部分）的斜率，即是聚合物的拉伸模量（也称抗张模量）E值。聚合物试样拉伸断裂时，试样断面单维尺寸（厚或宽的尺寸）的变化值除以试样的断裂伸长率ε值，即为聚合物样品的“泊松比”（μ）的数值。 （2）压缩性能、弯曲性能、剪切性的表征。 用万能材料试验机，分别用压缩试验，弯曲试验，剪切试验的样品夹具，在恒定的温度、湿度及应变速度下进行不同方式的力学试验。并根据不同的计算公式，求出聚合物的压缩模量、压缩强度、弯曲模量、弯曲强度、剪切模量、剪切强度等数据。 （3）冲击性能的表征。 采用摆锤式冲击试验机，按一定标准制备样品，在恒定温度、湿度下，用摆锤迅速冲击被测试样，根据摆锤的质量和刚好使试样产生裂痕或破坏时的临界下落高度及被测样品的截面积，按一定公式计算聚合物试样的冲击强度（或冲击韧性单位为J/cm2）。 （4）聚合物单分子链的力学性能。 用原子力显微镜（AFM）。将聚合物样品配成稀溶液，铺展在干净玻璃片上，除去溶剂后得到一吸附在玻璃片上的聚合物薄膜（厚度约90mm）。用原子力显微镜针尖接触、扫描样品膜，由于针间与样品中高分子的相互作用，高分子链将被拉起，记录单个高分子链被拉伸时拉力的变化，直至拉力突然降至为零。可得到若干高分子链被拉伸时的拉伸力和拉伸长度曲线，由此曲线可估算单个高分子链的长度和单个高分子从凝聚态中被拉出时的“抗张强度”。所用仪器 万能材料试验机 摆锤式冲击试验机
材料物理性能参数 表征材料在力、热、光、电等物理作用下所反映的各种特性。常用的材料物理性能参数有内耗、热膨胀系数、热导率、比热容、电阻率和弹性模量等。 内耗材料本身的机械振动能量在机械振动时逐渐消耗的现象。其基本度量是振动一个周期所消耗的能量与原来振动能量之比。测量内耗的常用方法有低频扭摆法和高频共振法。内耗测量多用于研究合金中相的析出和溶解。 热膨胀系数材料受热温度上升1℃时尺寸的变化量与原尺寸之比。常用的有线膨胀系数和体膨胀系数两种。热膨胀系数的测量方法主要有：①机械记录法；②光学记录法;③干涉仪法；④X射线法。材料热膨胀系数的测定除用于机械设计外，还可用于研究合金中的相变。 热导率单位时间内垂直地流过材料单位截面积的热量与沿热流方向上温度梯度的负值之比。热导率的测量，一般可按热流状态分为稳态法和非稳态法两类。热导率对于热机，例如锅炉、冷冻机等用的材料是一个重要的参数。 比热容使单位质量的材料温度升高1℃时所需要的热量。比热容可分为定压比热容cp 和定容比热容cV。对固体而言，cp和cV的差别很小。固体比热容的测量方法常用的有比较法、下落铜卡计法和下落冰卡计法等。比热容可用于研究合金的相变和析出过程。 电阻率具有单位截面积的材料在单位长度上的电阻。它与电导率互为倒数，通常用单电桥或双电桥测出电阻值来进行计算。电阻率除用于仪器、仪表、电炉设计等外，其分析方法还可用于研究合金在时效初期的变化、固溶体的溶解度、相的析出和再结晶等问题。 弹性模量又称杨氏模量，为材料在弹性变形范围内的正应力与相应的正应变之比（见拉伸试验）。弹性模量的测量有静态法(拉伸或压缩)和动态法（振动）两种。它是机械零部件设计中的重要参数之一。
材料表征与仪器分析 引言 一. 通用Ｘ射线粉末衍射 二. 无定形结构、纤维和层状结构的衍射 三. EXAFS 四. HRTEM 五. 电子衍射 六. 光谱 七. 结构预测 引言 材料表征或结构测定是大部分材料和化学研究工作重要的第一步。Accelrys的软件可帮助研究者用先进算法预测结构，模拟、解释及应用由分析仪器得到的数据。这些工具集成于Cerius2软件，一个支持分子结构的模型搭建、操纵和高质量三维结构显示的成熟的软件环境。 了解你制备出了什么物质以及它的物理性质怎样，是能够明智和有益地使用一种材料所必需的。基于晶体结构和原子组成的可靠的材料表征技术的使用仅有５０年历史。这些工具的存在对科学家们了解材料的结构带来了巨大变化。 计算技术的使用可以有两种方式： · 通过分析解释传统分析手段的结果来鉴别一种实验化合物； ·通过模拟分析仪器来预测分子模型的性质。 分析手段可分为下面三大类： · 衍射 · 光谱 · 显微技术 对上述分析方法计算机都可以进行模拟。 衍射 衍射是电磁辐射波动性的一种表现，当辐射经过一边缘或通过一小孔时发生弯曲而形成。当电磁辐射经过一化合物时波的干涉就揭示了材料的结构信息。 辐射的种类影响所得衍射图像的分辨率，并由此判断是否适合测定该种材料。常用的有电子衍射、中子衍射和Ｘ射线衍射，而Ｘ射线衍射是用于确定晶体结构的最常用的工具。 粉末衍射是Ｘ射线在粉末状晶体物质上的衍射。粉末Ｘ射线衍射给出的信息比单晶Ｘ射线衍射少，但更简单和快捷。 光谱 光谱技术根据原子或分子（或者原子和分子的离子）对电磁波的吸收、发射或散射来定性定量研究原子、分子或物理过程。 IR（红外）光谱测定样品对中红外线的吸收波长和强度。对红外发射的吸收取决于化学键。 显微技术 显微技术是利用辐射和光学来得到一物体的放大图像。电子显微学分析手段有扫描电镜（SEM）、扫描隧道电镜（STM）和透射电镜（TEM）。 结构预测 用分子动力学可以对分子体系进行快速近似的能量计算，快速得到最低能量结构。量子力学技术提供精确的第一原理的原子和电子结构预测。
第一章XRD 1.X射线的定义、性质、连续X射线和特征X射线的产生、特点。 答：X射线定义：高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。性质：看不见；能使气体电离，使照相底片感光，具有很强的穿透能力，还能使物质发出荧光；在磁场和电场中都不发生偏转；当穿过物体时只有部分被散射；能杀伤生物细胞。 连续X射线产生：经典物理学解释——由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不相同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续X射线谱。量子力学解释——大量的电子在到达靶面的时间、条件均不同，而且还有多次碰撞，因而产生不同能量不同强度的光子序列，即形成连续谱。特点：强度随波长连续变化 特征X射线产生：当管电压达到或高于某一临界值时，阴极发出的电子在电场的加速下，可以将物质原子深层的电子击到能量较高的外部壳层或击出原子外，使原子电离。此时的原子处于激发态。处于激发态的原子有自发回到激发态的倾向，此时外层电子将填充内层空位，相应伴随着原子能量降低。原子从高能态变为低能态时，多出的能量以X射线的形式释放出来。因物质一定，原子结构一定，两特定能级间的能级差一定，故辐射出波长一定的特征X射线。特点：仅在特定的波长处有特别强的强度峰。 2.X射线与物质的相互作用 答：X射线与物质的相互作用，如图所示 一束X射线通过物体后，其强度因散射和吸收而被衰减，并且吸收是造成强度衰减的主要原因。 散射分为两部分，即相干散射和不相干散射。当X射线照射到物质的某个晶面时可以产生反射线，当反射线与X射线的频率、位相一致时，在相同反射方向上的各个反射波相互干涉，产生相干散射；当X射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，产生波长比入射X射线波长长的X射线，且波长随着散射方向的不同而改变，这种现象称为不相干散射。其中相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的基础。 物质对X射线的吸收是指X射线通过物质时，光子的能量变成了其它形式的能量，即产生了光电子、俄歇电子和荧光X射线。当X射线入射到物质的内层时，使内层的电子受激发而离开物质的壳层，则该电子就是光电子，与此同时产生内层空位。此时，外层电子将填充到内层空位，相应伴随着原子能量降低，放出的能量就是荧光X射线。当放出的荧光X射线回到外层时，将使外层电子受激发，从而产生俄歇电子而出去。产生光电子和荧光X射线的过程称为光电子效应，产生俄歇电子的过程称为俄歇效应。示意图见下：
第一章，绪论 材料研究的四大要素：材料的固有性质，材料的结构，材料的使用使用性能。 材料的固有性质大都取决于物质的电子结构，原子结构和化学键结构。 材料表征的三大任务及主要测试技术：1、化学成分分析：质谱，色谱，红外光谱，核磁共振；2、材料结构的测定，X射线衍射，电子衍射，中子衍射；3、形貌观察：光学显微镜，电子显微镜，投射显微镜。 第二章，红外光谱及激光拉曼光谱 2.1红外光谱的基本原理 红外光谱的定义：当一束具有连续性波长的红外光照射物质时，该物质的分子就有吸收一定的波长红外光的光能，并将其转变为分子的振动能和装动能，从而引起分子振动—转动能级的跃迁，通过仪器记录下来不同波长的透射率的变化曲线，就是该物质的红外吸收光谱。中红外去波数范围（4000—400cm-1） 简正振动自由度（3n-6或3n-5）及其特点：3n-6是分子振动自由度3n-5是直线分子的振 动自由度 特点：分子质点在振动过程中保持不变，所有的原子都在同一瞬间通过各自的平衡位置。每 个简谐振动代表一种振动方式，有它自己的特 征频率 简正振动的类型：1、伸缩振动2、弯曲振动 分子吸收红外辐射必须满足的条件：主要振动过程中偶极矩的变化、振动能级跃迁几率 2.2红外光谱与分子结构 红外光谱分区：官能团去（4000-1330cm-1）指纹区（1330-400cm-1） 基团特征频率定义：具有相同化学键或官能团的一系列化合物有共同的吸收频率，这种频率就叫基团特征频率 影响因素，内部因素：诱导效应，共振效应，键应力的影响，氢键的影响，偶合效应，费米共振；外部因素：物态的变化的影响，折射率和粒度的影响，溶剂的影响 诱导效应：在具有一定极性的共价键中，随着取代基的电负性不同而产生不同程度的静电诱导作用，引起分子中电荷分布的变化，从而改变了键的常熟，使振动的频率发生改变，这就是诱导效应。 2.3红外光谱图的解析方法 普带的三个特征：1位置：基因存在的最有用的特征；2形状：有关基因存在的一些信息；3相对强度：把红外光谱中一条普带的强度和另一条谱带相比，可以得出一个定量的概念 影响谱图质量的因素：1仪器参数的影响；2环境的影响：空气湿度，样品污染等;3厚度的影响（要求10——50um） 2.7激光拉曼光谱 基本概念： 拉曼散射：人射光照射在样品上，人射光子与样品之间发生碰撞有能量交换称为拉曼散射斯托克斯线：拉曼散射中，散射光能量减少，在垂直方向测量到散射光中，可以检测到频率为（）的线，称为斯托克斯线。 反斯托克斯线：相反，若样子分子获得能量，在大于人射光频率出收到散射光线 拉曼位移：斯托克斯线或反斯托克斯线与人射光频率之差称了拉曼位移
基本概念集锦 1、材料（materials）：人类能用来制作有用物件的物质。 2、材料的四大家族 A. 金属材料 B. 无机非金属材料 C. 高分子材料 D. 复合材料 3、材料的结构与组成 第一层次：原子结构（电子构型、化学键、原子与电子性缺陷）。 第二层次：原子在空间的排列（单晶、多晶、非晶）。 第三层次：材料的显微组织形貌（各种缺陷）。 4、简正振动： 整个分子质心不变、整体不转动、各原子在原地作简谐振动且频率及相位相同、所有的原子都在同一瞬间通过各自的平衡位置，此时分子中的任何振动可视为所有上述简谐振动的线性组合。 将振动形式分成两类： a. 伸缩振动(νs、νas） b. 变形振动（又称弯曲振动或变角振动，用符号δ表示） 同一键型： ?反对称伸缩振动的频率大于对称伸缩振动的频率； ?伸缩振动频率远大于弯曲振动的频率； ?面内弯曲振动的频率大于面外弯曲振动的频率。 vas ＞ vs ＞＞δ面内＞δ面外 5、分子吸收红外光谱的条件 （1）振动必须能够引起分子偶极矩的变化 （2）红外辐射光的频率与分子振动的频率相当 6、红外光谱信息区 ① 4000～2500 cm-1 X—H伸缩振动区 ② 2500～2000 cm-1 叁键、累积双键伸缩振动区 ③ 2000～1500 cm-1 双键伸缩振动区 ④ 1500～ 670 cm-1 单键振动（X—Y伸缩，X—H变形振动区）及指纹区
7、振动偶合： 当两个振动频率相同或相近的基团相邻并由同一原子相连时，两个振动相互作用（微扰）产生共振，谱带一分为二（高频和低频）。 8、Fermi（费米）共振： 当一振动的倍频或组频与另一振动的基频接近时，由于发生相互作用而产生很强的吸收峰或裂分分裂成两个不同频率的峰。 9、 1. ＞3200：O—H（1个峰，强，宽）或N—H（H个峰，中强，锐） 2. 3000左右：C—H 3. Ω≥4：苯环（单取代双峰、邻位单峰、间位三峰、对位单峰兰移） 4. 3050、1600、1500：苯环 5. 1700：C=O 6. -CH3：4个峰（2960、2870、1460、1380） 7. -CH2-：3个峰（ 2930、2850、1460） 8. 异丙基：1385、1375等强双峰 9. C=C：单取代双峰，多取代单峰；顺式（690）、反式（970）
材料的性能与表征课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：材料的性能与表征 所属专业：材料化学 课程性质：专业基础课 学分：2 （二）课程简介、目标与任务： 材料的物理性能是材料的重要性能之一。外接因素（温度、电场、磁场等）作用于材料，引起材料内部原子、分子、电子的微观运动状态的改变，在宏观上表现为一定的感应物理量，即呈现某一物理性能。具体地讲，最常见的材料物理性能有材料的电性能、介电性能、光学性能、热学性能、磁学性能以及弹性性能，每一种物理性能对应一定的物理基础。而材料的物理性能强烈依赖于物质不同层次的结构组成，同时也受环境因素的强烈影响。每一种材料物理性能都具有一定的分子和测试方法，而物理性能分析也是材料研究的重要手段。通过本课程的学习，对材料的电性能、介电性能、光学性能、热学性能、磁学性能以及弹性性能的物理本质和表征参量、影响因素、分析测试方法有较全面地认识，并了解物理性能分析在材料研究中的应用。 （三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接： 先修课程：力学，热学，电磁学，普通物理(光学与原子物理)，材料科学基础 （四）教材与主要参考书。 教材：刘勇，陈国钦编著. 材料物理性能. 北京：北京航空航天大学出版社, 2015.09 主要参考书： 吴雪梅主编；诸葛兰剑等编著. 材料物理性能与检测. 北京：科学出版社, 2012.01. 关振铎，龚江宏，唐子龙著. 无机材料物理性能第2版. 北京：清华大学出版社, 2011.06. 高智勇，隋解和，孟祥龙编著. 材料物理性能及其分析测试方法. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社, 2015.11.
材料表征与分析 1红外光谱 1.1．红外光谱的基本知识 1800年赫舍尔测定太阳光谱时确认了红外辐射的存在。可以说，这时已经有了红外光谱的萌芽。但由于检测手段的限制，直到约100年后才有人测定了一些有机化合物的红外吸收谱。1905年科伯伦次发表了128种化合物的红外吸收谱，揭示了分子结构与红外吸收谱之间的联系．给出了红外光谱方法有实用价值的结果。从本世纪40年代末至今，红外光谱仪器从第一代以棱镜为分谱元件，第二代以光栅为分谱元件，直至70年代发展起来的第三代以干涉因为基础进行傅里叶变换获得分诺的红外分光光度计，经历了大约半个世纪的发展，形成很多有效的实用光谱技术。特别是激光出现之后，给红外光谱技术注入了新的活力，诞生了更高级的红外光谱方法，推动了众多科技领域研究工作的发展。红外光谱技术与激光技术以及计算技术的结合，无疑在今后的发展中将继续给它增添新的内容。 1.1.1红外光谱法的特点 紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具有共轭体系的有机化合物，而红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）。因此，除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有微小差异的化合物外，凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯度鉴定。由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快，不破坏样品的特点。因此，红外光谱法不仅与其它许多分析方法一样，能进行定性和定量分析，而且该法是鉴定化合物和测定分子结构的最有用方法之一。 红外光谱是一种吸收光谱．通常是指有机物质的分子在4000一400cm“红外线(中红外区)的照射下，选择性地吸收其中某些频率后，用红外光谱仪记录所形成的吸收谱带，就称为红外光谱．红外吸收光谱是研究分子结构与红外吸收间的关系一种重要手段．一张红外吸收光谱图(或曲线)可以提供与分子结构相适应的信息．反映在吸收峰的位置(峰位)、吸收峰的形状(峰形)、吸收峰的强度(峰强)上． 1.1.2红外光区的划分
“材料研究方法与测试技术”课程练习题 第二章红外光谱法 1.为什么说红外光谱是分子振动光谱？分子吸收红外光的条件是什 么？双原子基团伸缩振动产生的红外光谱吸收峰的位置主要与哪些因素有关? 答案:这是由于红外光谱是由样品分子振动吸收特定频率红外光发生能级跃迁而形成的。分子吸收红外光的条件是：(1)分子或分子中基团振动引起分子偶极矩发生变化；(2)红外光的频率与分子或分子中基团的振动频率相等或成整数倍关系。双原子基团伸缩振动产生的红外光谱吸收峰的位置主要与双原子的折合质量（或质量)和双原子之间化学键的力常数(或键的强度；或键的离解能）有关。 2.用诱导效应、共轭效应和键应力解释以下酯类有机化合物的酯羰 基吸收峰所处位置的范围与饱和脂肪酸酯的酯羰基吸收峰所处位置范围（17３５~１75０cm-１）之间存在的差异。 芳香酸酯：１7１5~1730ｃm-１ α酮酯：1740～175５ｃm-1 丁内酯：～１82０cm-1 答案：芳香酸酯:苯环与酯羰基的共轭效应使其吸收峰波数降低;α酮酯：酯羰基与其相连的酮羰基之间既存在共轭效应，也存在吸电子的诱导效应，由于诱导效应更强一些，导致酯羰基吸收峰的波数上升；丁内酯：四元环的环张力使酯羰基吸收峰的波数增大。
3.从以下FTIR谱图中的主要吸收峰分析被测样品的化学结构中可能 存在哪些基团？分别对应哪些吸收峰? 答案:3４８6ｃｍ－1吸收峰:羟基（－OH）；3335cｍ-1吸收峰：胺基（－NH２或-NH-)；2971cm-1吸收峰和2８７0cｍ-1吸收峰：甲基(-C Ｈ3）或亚甲基(-ＣH２-)；２115ｃm－1吸收峰:炔基或累积双键基团(-N＝C＝Ｎ-);1７28cm-1吸收峰：羰基；１604ｃm-1吸收峰、15２6cm-１吸收峰和1458cｍ-１吸收峰:苯环;1１08cｍ-１吸收峰和11４8cm-1吸收峰：醚基（C-O-C)。1２３２ｃｍ-1吸收峰和1247cｍ－１吸收峰：C-N。 第三章拉曼光谱法 1. 影响拉曼谱峰位置(拉曼位移)和强度的因素有哪些？如果分子的同一种振动既有红外活性又有拉曼活性，为什么该振动产生的红外光谱吸收峰的波数和它产生的拉曼光谱峰的拉曼位移相等？
纳米材料的表征及其催化效果评价方式纳米材料的表征主要目的是确定纳米材料的一些物理化学特性如形貌、尺寸、粒径、等电点、化学组成、晶型结构、禁带宽度和吸光特性等。 纳米材料催化效果评价方式主要是在光照（紫外、可见光、红外光或者太阳光）条件下纳米材料对一些污染物质（甲基橙、罗丹明B、亚甲基蓝和Cr6+等）的降解或者对一些物质的转化（用于选择性的合成过程）。评价指标为污染物质的去除效率、物质的转化效率以及反应的一级动力学常数k的大小。
1 、结构表征 XRD，ED，FT-IR, Raman，DLS 2 、成份分析 AAS，ICP-AES，XPS，EDS 3 、形貌表征 TEM，SEM，AFM 4 、性质表征-光、电、磁、热、力等 … UV-Vis，PL，Photocurrent
1. TEM TEM为透射电子显微镜，分辨率为～，放大倍数为几万～百万倍，用于观察超微结构，即小于微米、光学显微镜下无法看清的结构。TEM是一种对纳米材料形貌、粒径和尺寸进行表征的常规仪器，一般纳米材料的文献中都会用到。 The morphologies of the samples were studied by a Shimadzu SSX-550 field-emission scanning electron microscopy (SEM) system, and a JEOL JEM-2010 transmission electron microscopy (TEM)[1]. 一般情况下，TEM还会装配High-Resolution TEM（高分辨率透射电子显微镜）、EDX（能量弥散X射线谱）和SAED（选区电子衍射）。High-Resolution TEM用于观察纳米材料的晶面参数，推断出纳米材料的晶型；EDX一般用于分析样品里面含有的元素，以及元素所占的比率；SAED用于实现晶体样品的形貌特征与晶体学性质的原位分析。
表征材料疏水性能的指标：接触角，滚动角（前进接触角和后退接触角之差） 决定因素：材料的表面能，材料的粗超程度。 具有低的表面能和粗超度。 疏水薄膜的化学成分主要考虑有机聚合物, 其疏水分子中除了碳以外, 含有大量低表面能的硅、氟等原子基团, 可以有效的降低材料的表面能, 从而使薄膜对水接触角增大。 氟系有机物、聚氟硅烷( FAS) 、有机硅聚合物等都具有较低的表面自由能, 也是目前研究和应用较多的疏水成膜剂 Takashi Monde 等人利用溶胶- 凝胶法制备了支链状的聚氟硅烷薄膜, 发现其具 有很好的热稳定性, 且具有低表面能的氟化物存在于薄膜的最表层。有机硅聚合物制成的薄膜具有较好的牢固度, 且不影响玻璃光学性能、无毒、无腐蚀, 也是良好的疏水物质。聚四氟乙烯( PTFE) 的特点一方面具有低表面能, 另一方面具有良好的化学稳定性, 但其缺点在于高熔融状态、高粘度和不溶性, 使得它难以制备和操作 除了本身化学组成外, 表面结构也控制着薄膜的浸润性 等人通过溶胶- 凝胶法将表无机疏水薄膜常用的制备方法有采用溶胶- 凝胶法、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积和氟硅表面活性剂原位修饰等。其中化学气相沉积法的原理是把含有构成需要元素的一种或几种化合物、单质气体供给载体, 借助气相作用, 在载体表面上进行化学反应生成要求的薄膜。其中化学气相沉积法制备薄膜产量高, 可在线生产, 能耗低, 比较适合制备金属氧化物多孔薄膜, 但反应条件苛刻, 工艺及装置复杂, 设备投资大。溶胶- 凝胶法是制备无机膜的比较成熟的方法, 一般分为胶体凝胶法和聚合凝胶法。胶体凝面粗糙度控制在20～50nm 之间, 使接触角达到165°。Hong B S 等人利用增加膜层表面粗糙度的方法提高了膜的疏水性, 但获得的透明薄膜不具备减反射性。通过相分离、刻蚀、固体表面添加有机疏水物等方法控制表面粗糙度, 不但可以得到具有预期疏水性能的表面结构, 而且可以同时满足表面的机械特性和透明度等要求。多孔的无机氧化物薄膜与玻璃、陶瓷等结合强度良好, 而且耐高温、耐腐蚀, 绝缘性好, 所以与有机疏水材料的复合将具有优异的综合性能, 在保持材料疏水性的同时对环境具有较好的适应性。比如SiO2 膜由于具有耐热性、耐候性、透明性、低折射性、低介电性等优良性能而在汽车玻璃、厨房用具、建筑玻璃、微电子集成电路等方面表现出广泛的应用前景。但是, SiO2 本身所具有的亲水性限制了其性能的发挥和实际应用。因此, 有必要对硅溶胶进行疏水改性的研究。
化学化工学院材料化学专业实验报告 实验名称：材料基本表征方法 年级： 2010级 日期： 2012—9—12 姓名： 学号： 同组人： 一、预习部分 1、材料的表征方法： 1.1 X 一射线衍射物相分析 粉末X 射线衍射法，除了用于对固体样品进行物相分析外，还可用来测定晶体 结构的晶胞参数、点阵型式及简单结构的原子坐标。X 射线衍射分析用于物相分析 的原理是:由各衍射峰的角度位置所确定的晶面间距d 以及它们的相对强度Ilh 是物 质的固有特征。而每种物质都有特定的晶胞尺寸和晶体结构，这些又都与衍射强 度和衍射角有着对应关系，因此，可以根据衍射数据来鉴别晶体结构。此外，依 据XRD 衍射图，利用Schercr 公式: θ λθβcos )2(L K = 式中p 为衍射峰的半高宽所对应的弧度值;K 为形态常数，可取0.94或0.89;为X 射线波长，当使用铜靶时，又1.54187 A; L 为粒度大小或一致衍射晶畴大小；e 为 布拉格衍射角。用衍射峰的半高宽FWHM 和位置(2a)可以计算纳米粒子的粒径。 1.2热分析表征 热分析技术应用于固体催化剂方面的研究，主要是利用热分析跟踪氧化物制 备过程中的重量变化、热变化和状态变化。. 1.3扫描隧道显微镜 扫描隧道显微镜有原子量级的高分辨率，其平行和垂直于表面方向的分辨率 分别为0.1 nm 和0.01nm ，即能够分辨出单个原子，因此可直接观察晶体表面的近原 子像;其次是能得到表面的三维图像，可用于测量具有周期性或不具备周期性的 表面结构。通过探针可以操纵和移动单个分子或原子，按照人们的意愿排布分子 和原子，以及实现对表面进行纳米尺度的微加工，同时，在测量样品表面形貌时， 可以得到表面的扫描隧道谱，用以研究表面电子结构。 1.4透射电子显微镜 透射电镜可用于观测微粒的尺寸、形态、粒径大小、分布状况、粒径分布范 围等，并用统计平均方法计算粒径，一般的电镜观察的是产物粒子的颗粒度而不 是晶粒度。高分辨电子显微镜(HRTEM)可直接观察微晶结构，尤其是为界面原 子结构分析提供了有效手段，它可以观察到微小颗粒的固体外观，根据晶体形貌 和相应的衍射花样、高分辨像可以研究晶体的生长方向。 1.5 X 射线能量弥散谱仪 每一种元素都有它自己的特征X 射线，根据特征X 射线的波长和强度就能得 出定性和定量的分析结果，这是用X 射线做成分分析的理论依据。EDS 分析的元 素范围Be4-U9a ，一般的测量限度是0.01%，最小的分析区域在5~50A ，分析时 间几分钟即可。X 射线能谱仪是一种微区微量分析仪。用谱仪做微区成分分析的 最小区域不仅与电子束直径有关，还与特征X 射线激发范围有关，通常此区域范
材料结构与表征 2017-2018复习整理 2018-1-4 暨南大学 ——D.S
2017-2018材料结构与表征重点整理 目录 绪论 (1) 第一章 X射线物理学基础 (2) 第二章 X射线衍射方向 (3) 第三章 X射线衍射强度 (3) 第四章多晶体分析方法 (4) 第五章物相分析及点阵参数精确测定 (5) 第六章（不考） (5) 第七章（不考） (5) 第八章电子光学基础 (5) 第九章透射电子显微镜 (6) 第十章电子衍射 (7) 第十一章晶体薄膜衍衬成像分析 (7) 第十二章（不考） (8) 第十三章扫描电子显微镜 (8) 第十四章（不考） (8) 第十五章电子探针显微镜分析 (8) 第十六章 (9) 参考文献 (10)
2017-2018材料结构与表征重点整理 绪论 1.组织结构与性能 本书主要介绍X射线衍射和电子显微镜分析材料的微观结构。 材料的组织结构与性能：a.结构决定性能；b.通过一定方法控制其显微组织形成条件。 加工齿轮实例： a.预先将钢材进行退火处理，使其硬度降低，以满足容易铣等加工工艺性能要求； b.加工好后再进行渗碳处理，使其强度、硬度提高，以满足耐磨损等使用性能的要求。 2. 显微组织结构分析表征： a.表面形貌观察（形态、大小、分布和界面状态等——光学显微镜、电子显微镜、原子力显微镜等； b.晶体结构分析（物相，晶体缺陷，组织结构等）——X射线衍射、电子衍射、热谱分析； c.化学成分分析（元素与含量、化学价态、分子量、分子式等）——光谱分析，能谱分析等。 3.传统测试方式 a.光学显微镜——分辨率200nm——只能观察表面形态而不能观察材料内部的组织结构，更不能进行对所观察的显微组织进行同位微区分析； b.化学分析——能给出试样的平均成分，不能给出元素分布，和光谱分析相同。 4.X射线衍射与电子显微镜 1.XRD——分辨率mm级——是利用X射线在晶体中的衍射现象来分析材料的晶体结构、晶格参数、晶体缺陷（位错等）、不同结构相的含量及内应力的方法，可以计算样品晶体晶体结构与晶格参数。 2.电子显微镜 透射电子显微镜——分辨率0.1nm——通过透过样品的电子束成像，可以观察微观组织形态并对观察区域进行晶体结构鉴定； 扫描电子显微镜——分辨率1nm——利用电子束在样品表面扫描激发出的代表样品表面特征的信号成像，观察表面形貌（断口）和成分分布； 电子探针显微分析——利用聚焦很细的电子束打在样品微观区域，激发出特征X射线，可以确定样品微观区域的化学成分，可与扫描电镜同时使用进行化学成分同位分析。
1. 组织形貌分析仪器发展的三个阶段：光学显微镜、电子显微镜、扫描探针显微镜 光学显微镜： 2. 光学显微镜数值孔径公式各字母所代表的含义：NA= nsinα数值孔径（NA ）是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率（n ）和半孔径角（α）的正弦之乘积 3. ?r 。定义为透镜能分辨的最小距离， 及提高分辨率的方法：使用低波长光源，增大介质n 4. 光学透镜的像差包括：球面像差、色像差、像域弯曲 5. 焦深：焦点深度的简称，即在使用显微镜时，当焦点对准某一物体时，不仅位于该点平面上的各点都可以看清楚，而且在此平面的上下一定厚度内，也能看得清楚，这个清楚部分的厚度就是焦深。 6. 工作距离：也叫物距，即指物镜前透镜的表面到被检物体之间的距离。镜检时，被检物体应处在物镜的一倍至二倍焦距之间。 电子光学基础： 7. 电子显微分析的特点：(1) 可以在极高放大倍率下直接观察试样的形貌、结构，选择分析区域。分辨率高：0.2~0.3nm; 放大倍数高：20~30 万倍 (2) 是一种微区分析方法，具有高度分辨率，成像分辨率达到0.2~0.3mm,可直接分辨原子，能进行nm 尺度的晶体结构及化学 组成分析。(3) 各种电子显微镜分析仪器日益向多功能、综合性方向发展，可以进行形貌、物相、晶体结构和化学组成等的综合分析8.电子波波长与电子运动速度的关系： 9. 电磁透镜的聚焦原理: 它能造成一种轴对称不均匀分布的磁场。穿过线圈的电子在磁场的作用下将作圆锥螺旋近轴运动。而一束平行于主轴的入射电子通过电磁透镜时将被聚焦在主轴的某一点。 10. 电磁透镜的像差分成两类：第一是因为透镜磁场几何上的缺陷造成的，叫做几何像差，包括球面像差、像散和像畸变。第二是由于电子波长或者能量非单一性而引起的，与多色光相似，叫做色差。 11. 电磁透镜的场深或景深：在保持象清晰的前提下，试样在物平面上下沿镜轴可移动的距离，或者说试样超越物平面所允许的厚度。 12. 察屏或照相底版沿镜轴所允许的移动距离。 电子与固体物质相互作用 13. 电子与固体物质发生弹性散射特点：弹性散射：elastic scattering 如果在散射过程中入射电子只改变方向，但其总动能基本上无变化，则这种散射称为弹性散射。 弹性散射的电子符合布拉格定律。携带有晶体结构、对称性、取向和样品厚度等信息。在电子显微镜中用于分析材料的结构。 14. 电子与固体物质发生非弹性散射，原子被激发的类型有哪些：单电子激发（二次电子）、等离子激发、声子激发。 15. 二次电子的定义、特点及应用。二次电子：发生非弹性散射时，被入射电子轰击出来的
2.3.1 X 一射线衍射物相分析 粉末X 射线衍射法，除了用于对固体样品进行物相分析外，还可用来测定晶体 结构的晶胞参数、点阵型式及简单结构的原子坐标。X 射线衍射分析用于物相分析 的原理是:由各衍射峰的角度位置所确定的晶面间距d 以及它们的相对强度Ilh 是物 质的固有特征。而每种物质都有特定的晶胞尺寸和晶体结构，这些又都与衍射强 度和衍射角有着对应关系，因此，可以根据衍射数据来鉴别晶体结构。此外，依 据XRD 衍射图，利用Schercr 公式: θ λθβcos )2(L K = 式中p 为衍射峰的半高宽所对应的弧度值;K 为形态常数，可取0.94或0.89;为X 射线波长，当使用铜靶时，又1.54187 A; L 为粒度大小或一致衍射晶畴大小;e 为 布拉格衍射角。用衍射峰的半高宽FWHM 和位置(2a)可以计算纳米粒子的粒径， 由X 一射线衍射法测定的是粒子的晶粒度。样品的X 一射线衍射物相分析采用日本理 学D/max-rA 型X 射线粉末衍射仪，实验采用CuKa 1靶，石墨单色器，X 射线管电压 20 kV ，电流40 mA ，扫描速度0.01 0 (2θ) /4 s ，大角衍射扫描范围5 0-80 0，小角衍 射扫描范围0 0-5 0o 2.3.2热分析表征 热分析技术应用于固体催化剂方面的研究，主要是利用热分析跟踪氧化物制 备过程中的重量变化、热变化和状态变化。本论文采用的热分析技术是在氧化物 分析中常用的示差扫描热法(Differential Scanning Calorimetry, DSC)和热重法 ( Thermogravimetry, TG )，简称为DSC-TG 法。采用STA-449C 型综合热分析仪(德 国耐驰)进行热分析，N2保护器。升温速率为10 0C.1 min - . 2.3.3扫描隧道显微镜 扫描隧道显微镜有原子量级的高分辨率，其平行和垂直于表面方向的分辨率 分别为0.1 nm 和0.01nm ，即能够分辨出单个原子，因此可直接观察晶体表面的近原 子像;其次是能得到表面的三维图像，可用于测量具有周期性或不具备周期性的 表面结构。通过探针可以操纵和移动单个分子或原子，按照人们的意愿排布分子 和原子，以及实现对表面进行纳米尺度的微加工，同时，在测量样品表面形貌时， 可以得到表面的扫描隧道谱，用以研究表面电子结构。测试样品的制备:将所制 的纳米Fe203粉末分散在乙醇溶液中，超声分散30 min 得红色悬浊液，用滴管吸取 悬浊液滴在微栅膜上，干燥，在离子溅射仪上喷金处理。采用JSM-6700E 场发射扫 描电子显微镜旧本理学)，JSM-6700E 场发射扫描电子显微镜分析样品形貌和粒 径，加速电压为5.0 kV o 2.3.4透射电子显微镜 透射电镜可用于观测微粒的尺寸、形态、粒径大小、分布状况、粒径分布范 围等，并用统计平均方法计算粒径，一般的电镜观察的是产物粒子的颗粒度而不 是晶粒度。高分辨电子显微镜(HRTEM)可直接观察微晶结构，尤其是为界面原 子结构分析提供了有效手段，它可以观察到微小颗粒的固体外观，根据晶体形貌 和相应的衍射花样、高分辨像可以研究晶体的生长方向。测试样品的制备同SEM 样品。本研究采用 JEM-3010E 高分辨透射电子显微镜(日本理学)分析晶体结构， 加速电压为200 kV o 2.3.5 X 射线能量弥散谱仪 每一种元素都有它自己的特征X 射线，根据特征X 射线的波长和强度就能得