第二节织构类型 2.１．形变织构：经金属塑性加工的材料，如经拉拔﹑挤压的线材或经轧制的金属板材，在塑性变形过程中常沿原子最密集的晶面发生滑移。滑移过程中，晶体连同其滑移面将发生转动，从而引起多晶体中晶粒方位出现一定程度的有序化。这种由于冷变形而在变形金属中直接产生的晶粒择优取向称为形变织构。形变织构常有纤维织构、板织构等几种类型。 １）纤维织构金属材料中的晶粒以某一结晶学方向平行于（或接近平行于）线轴方向的择优取向。 具有纤维织构的材料围绕线轴有旋转对称性，即晶粒围绕纤维轴的所有取向的几率是相等的。例如冷拉铝线，其中多数晶粒的[111]方向平行于线轴方向，其余则对线轴有不同程度的偏离，呈漫散分布。这种线材的织构称[111]纤维织构。纤维织构是最简单的择优取向，因其只牵涉一个线轴方向，需要解决的结晶学问题仅为确定纤维轴的指数
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
《物质结构与性质》复习讲义 一.原子结构与性质. 一.认识原子核外电子运动状态，了解电子云、电子层（能层）、原子轨道（能级）的含义. 1.电子云：用小黑点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会大小所得的图形叫电子云图.离核越近，电子出现的机会大，电子云密度越大；离核越远，电子出现的机会小，电子云密度越小. 电子层（能层）：根据电子的能量差异和主要运动区域的不同，核外电子分别处于不同的电子层.原子由里向外对应的电子层符号分别为K、L、M、N、O、P、Q. 原子轨道（能级即亚层）：处于同一电子层的原子核外电子，也可以在不同类型的原子轨道上运动，分别用s、p、d、f表示不同形状的轨道，s轨道呈球形、p轨道呈纺锤形，d轨道和f轨道较复杂.各轨道的伸展方向个数依次为1、3、5、7. 2.(构造原理） 了解多电子原子中核外电子分层排布遵循的原理，能用电子排布式表示1～36号元素原子核外电子的排布. (1).原子核外电子的运动特征可以用电子层、原子轨道(亚层)和自旋方向来进行描述.在含有多个核外电子的原子中，不存在运动状态完全相同的两个电子. (2).原子核外电子排布原理. ①.能量最低原理:电子先占据能量低的轨道，再依次进入能量高的轨道. ②.泡利不相容原理:每个轨道最多容纳两个自旋状态不同的电子. ③.洪特规则:在能量相同的轨道上排布时，电子尽可能分占不同的轨道，且自旋状态相同. 洪特规则的特例:在等价轨道的全充满（p6、d10、f14）、半充满（p3、d5、f7）、全空时(p0、d0、f0)的状态，具有较低的能量和较大的稳定性.如24Cr [Ar]3d54s1、29Cu [Ar]3d104s1. (3).掌握能级交错图和1-36号元素的核外电子排布式.
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
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
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：
《材料结构表征及应用》课程教学大纲 一、《材料结构表征及应用》课程说明 （一）课程代码：08131016 （二）课程英文名称：Characterization and Application of Material structure （三）开课对象：物理系材料物理专业 （四）课程性质： 本课程是材料物理专业的一门专业必修课。 （五）教学目的 全面理解材料的结构与性能之间的关系，掌握材料结构表征的基本方法，从材料的成分分析、结构测定和形貌观察等方面出发探寻结构与性能之间的内在关系，从而实现材料设计的功能。 （六）教学内容： 介绍一些目前比较流行的基本的材料研究方法，从材料的成分分析、结构测定和形貌观察等方面出发探寻结构与性能之间的内在关系。 （七）学时数、学分数及学时数具体分配 学时数：72 学分数：4 （八）教学方式： 课堂教学 （九）考核方式和成绩记载说明： 考核方式为考试。严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格，综合成绩根据出勤情况、平时成绩和期末成绩评定，出勤情况占20％，平时成绩占20％，期末成绩占60％。 二、讲授大纲与各章的基本要求 第一章绪论 教学要点： 通过本章的教学使学生初步了解表征材料结构的几种方法及其基本特点，概略的介绍本书将要介绍的内容。
1．了解材料的内在结构决定了材料的外在性能。 2．了解材料表征的基本方法 教学时数：2 教学内容： 第一节材料结构与材料性能的关系 第二节材料结构表征的基本方法 一、化学成分分析 二、结构测定 三、形貌观察 考核要求： 1．材料的结构决定材料的性能（领会） 2．材料结构表征的基本方法（识记） 第二章红外光谱及激光拉曼光谱 教学要点： 了解红外光谱的基本原理，掌握红外光谱实验的制样技术和结果分析方法，了解红外光谱实验的应用范围和前景，了解激光拉曼光谱的基本概念、实验原理和应用范围。 教学时数：16 教学内容： 第一节：红外光谱的基本原理 一、双原子分子的振动——谐报子和非谐振 二、多原子分子的简正振动 三、红外光谱的吸收和强度 第二节：红外光谱与分子结构 一、基团振动与红外光谱区域的关系 二、影响基团频率的因素 第三节：红外光谱图的解析方法 一、谱带的三个重要特征 二、解析技术 三、影响谱图质量的因素 第四节：红外光谱仪及制样技术 一、红外光谱仪的进展 二、傅里叶变换红外光谱仪原理 三、傅里叶变换红外光谱法的主要优点 四、红外光谱的表示方法 五、样品的制备技术 第五节：红外光谱在材料研究领域中的应用 一、高分子材料的研究 二、材料表面的研究 三、无机材料的研究 四、有机金属化合物的研究 第六节：红外光谱新技术及其应用 一、时间分辨光谱 二、红外光热光声光谱技术
第8章 织构与织构定量ODF分析
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引言 1. 织构定义与织构类型 2. 织构表示方法 3. 极图测定方法基本原理及其要点 4. 三维取向分布函数 (ODF)基本原理及其要点 5. TexEdit 软件与操作 6. TexEval软件与操作 7. 织构组分分析 8. Multex 软件与操作(?) 9. 多晶材料宏观性能的定量计算
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引言
织构是材料在物理冶金过程中普遍存在的现象， 如铸造 织构、形变织构、再结晶织构、生长织构和相变织构等， 对其性能产生重要影响。如超深冲钢板、深冲铝合金薄 板、取向硅钢、无取向硅钢、电容器铝箔等金属材料。 材料的织构将导致宏观性能的各向异性。各向异性的研 究和开发已经成为当前材料领域重要的发展方向。 材料科学与工程上织构的研究主要包括： 形变织构，再结晶织构，相变织构，薄膜织构等与成分， 组织结构和工艺参数的关系； 织构与性能（力学、电磁学、深冲和腐蚀性能等）的关 系； 织构的实验技术与模拟测算技术； 织构的工业应用和在线监测监控等诸方面； 取向分布函数ODF(Orientation Distribution Function) 是近二十年来发展的织构表示和分析方法。它不仅能 确 切、定量地表示出织构的内容，还能可以根据建立的各 种织构与性能关系的物理模型换算材料的力学物理性能。
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ODF是在采集极图(Pole Figure)数据基础上计算进行: 由完整极图或不完整极图数据,用球谐级数展开法做ODF 分析; 用Bunge符号绘出恒ψ1 Φ ψ2 的ODF截面图; 可回算绘制任意{hkl}完整极图和轧面法向（N.D）, 轧 向(R.D), 横向(T.D)反极图。 可计算任意织构组份{hkl}
第3章第三节物质组成的表示方法（第3课时）【学习目标】 1、能根据相对原子质量求相对分子质量； 2、能根据化学式进行简单的计算。 【学习重点、难点】能根据化学式进行简单的计算 【学习过程】 一、课前预习〖阅读〗P85-86 二、思考与交流 （一）计算物质的相对分子质量 相对分子质量：构成分子的各原子的相对原子质量的总和 CO2的相对分子质量= Ca（OH）2的相对分子质量= （二）纯净物中元素之间的质量关系 1、化合物中各元素的质量比 CO2中C、O 质量比= NH4HCO3中N、H、C、O的质量比= 2、化合物中元素的质量分数 （1）Fe2O3中Fe的质量分数= （2）NH4NO3中N的质量分数= 注意：在计算质量分数时，一定要把所求元素的原子个数找清楚，不要漏掉。 3、化合物中某元素质量的计算 化合物中某元素质量=化合物的质量×该元素的质量分数 （1）36g水中含有多少克氢元素？多少克氧元素？ 化合物的质量=化合物中某元素质量÷该元素的质量分数 （2）求多少克CO2中会有6g碳元素？ 三、总结与反思 四、达标检测 1、10个二氧化碳分子和10个二氧化硫分子，一样多的是( ) A．氧分子个数B．氧原子个数C．氧元素个数D．氧元素的质量分数2、已知尿素的化学式为CO(NH2)2，试根据其化学式计算： （1）尿素的相对分子质量（2）尿素中各元素的质量比 （3）尿素中氮元素的质量分数（4）求120g尿素中含氮元素的质量
（5）求多少千克尿素与158kg的碳酸氢铵含氮量相等。 3、维生素C主要存在于蔬菜和水果中，它能促进人体生长发育，增加人体对疾病的抵抗力，近年来科学家还发现维生素C有防癌作用。根据维生素C的化学式：C6H8O6，你可获得哪此信息？ ① ② ③ 4、商店中现有碳铵（NH4HCO3）、尿素[CO(NH2)2]两种氮肥，标价为：碳铵0.54元/kg，尿素1.25元/kg，若用100元钱买化肥，通过计算论证理论上买哪种化肥合算？ 5、尿素[CO(NH2)2]是一种肥效高的常用氮肥。现有一尿素样品，测得其中氮元素的质量分数是43.5%，通过计算说明尿素是纯净物还是混合物。 6、青少年应“珍爱生命，远离毒品”。海洛因是一种常见毒品，其元素质量分数分别为C:68.29%，H:6.23%，O:21.68%，其余为氮。若已知相对分子质量不超过400，求海洛因的化学式。 五、课后训练《同步导学》第6课时物质组成的表示方法（二）
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。
物质结构练习题 一、选择 1.在一个多电子原子中，具有下列各套量子数(n，l，m，m s )的电子，能量最大的电子具有的量子数是-------- ( ) (A) 3,2,+1,+1/2 (B) 2,1,+1,-1/2 (C) 3,1,0, -1/2 (D) 3,1, -1,+1/2 2. 原子序数为19 的元素的价电子的四个量子数为----------- ( ) (A) n＝1,l＝0,m＝0,m s ＝+1/2 (B) n＝2，l＝1，m＝0，m s ＝+1/2 (C) n＝3,l＝2,m＝1,m s ＝+1/2 (D) n＝4，l＝0，m＝0，m s ＝+1/2 3. 氢原子中的原子轨道的个数是----------- ( ) (A) 1个(B) 2个(C) 3个(D) 无穷多个 4. 对于原子的s轨道，下列说法中正确的是----------- ( ) (A) 距原子核最近(B) 必有成对电子(C) 球形对称(D) 具有方向性 5. 下列各组量子数中，合理的一组是---------- ( ) (A) n=3，l=1，m1 =+1，m s=+1/2 (B) n=4，l=5，m1 =-1，m s= +1/2 (C) n=3，l=3，m1 =+1，m s=-1/2 (D) n=4，l=2，m1 =+3，m s= -1/2 6. 在能量简并的d轨道中电子排布成，而不排布成，其最直接的根据是---------- ( ) (A) 能量最低原理(B) 保里原理(C) 原子轨道能级图(D) 洪特规则 7. 若将N 原子的基态电子构型写成1s2 2 s 2 2p x2 2p y1，这违背了---- ( ) (A) Pauli 原理(B) Hund 规则(C) 对称性一致的原则(D) Bohr 理论 8. 在分子中衡量原子吸引成键电子的能力用------------ ( ) (A) 电离能(B) 电子亲合能(C) 电负性(D) 解离能 9. 能和钠形成最强离子键的单质是----------------- ( ) (A) H2 (B) O2 (C) F2 (D) Cl2 10. 下列物质中，既有离子键又有共价键的是--------( ) (A) KCl (B) CO (C) Na2SO4 (D) NH4+ 11. 下列说法中正确的是-----------( ) (A) 共价键仅存在于共价型化合物中(B)由极性键形成的分子一定是极性分子 (C) 由非极性键形成的分子一定是非极性分子(D) 离子键没有极性 12. 下列化学键中，极性最弱的是------------ ( ) (A) H-F (B) H-O (C) O-F (D) C-F 13. 下列分子中属极性分子的是------------------- ( ) (A) SiCl4(g) (B) SnCl2 (g) (C) CO2 (D) BF3 14. BF3 分子的偶极矩数值( D )为-------------- ( ) (A) 2 (B) 1 (C) 0.5 (D) 0 15. 下列各组判断中正确的是-------------------- ( ) (A) CH4，CO2非极性分子(B) CHCl3，BCl3，H2S，HCl极性分子 (C) CH4，H2S，CO2非极性分子(D) CHCl3 ，BCl3 ，HCl极性分子 16. 为确定分子式为ＸＹ2 的共价化合物是直线型还是弯曲型的，最好要测定它的----( ) (A)与另一个化合物的反应性能(B)偶极矩(C)键能(D) 离子性百分数 17. 下列说法中正确的是---------------- ( ) (A) BCl3分子中B—Cl键是非极性的(B) BCl3分子和B—Cl键都是极性的 (C) BCl3分子是极性分子，而B—Cl键是非极性键 (D) BCl3分子是非极性分子，而B—Cl键是极性键 18. 下列物质中，含极性键的非极性分子是------------------------- ( ) (A) H2O (B) HCl (C) S O3 (D) NO2 19. 在单质碘的四氯化碳溶液中，溶质和溶剂分子之间存在着------------ ( ) (A) 取向力(B) 诱导力(C) 色散力(D) 诱导力和色散力 20. 下列液态物质中只需克服色散力就能使之沸腾的是: -----------( ) (A) H2O (B) CO (C) HF (D) Xe
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、材料的使用性能、材料的合成与加工。 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。 材料结构表征的三大任务及主要测试技术： 1、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。如质谱已经是鉴定未知有机化合物的基本手段；IR在高分子材料的表征上有着特殊重要地位；X射线光电子能谱（XPS）是用单色的X射线轰击样品导致电子的逸出，通过测定逸出的光电子可以无标样直接确定元素及元素含量。 2、结构测定：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。在材料结构测定方法中，值得一提的是热分析技术。 3、形貌观察：光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜。 第二章X射线衍射分析 1、X射线的本质是电磁辐射，具有波粒二像性。 X射线的波长范围：0.01~100 ? 或者10-8-10-12 m 1 ?=10-10m （1）波动性（在晶体作衍射光栅观察到的X射线的衍射现象，即证明了X射线的波动性）； （2）粒子性（特征表现为以光子（光量子）形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量）。 2、X射线的特征： ①X射线对物质有很强的穿透能力，可用于无损检测等。 ②X射线的波长正好与物质微观结构中的原子、离子间的距离相当，使它能被晶体衍射。晶体衍射波的方向与强度与晶体结构有关，这是X射线衍射分析的基础。 ③X射线光子的能量与原子内层电子的激发能量相当，这使物质的X射线发射谱与吸收谱在物质的成分分析中有重要的应用。 一、X射线的产生 1.产生原理 高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1％左右）能量转变为X射线，而绝大部分（99％左右）能量转变成热能使物体温度升高。 2.产生条件 （1）产生自由电子；（2）使电子作定向的高速运动；（3）在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。 3.X射线管的结构 封闭式X射线管实质上就是一个大的真空二极管。基本组成包括： ①阴极：阴极是发射电子的地方。 ②阳极：亦称靶，是使电子突然减速和发射X射线的地方。 ③窗口：窗口是X射线从阳极靶向外射出的地方。 ④焦点：焦点是指阳极靶面被电子束轰击的地方，正是从这块面积上发射出X射线。 二、X射线谱 由X射线管发射出来的X射线可以分为两种类型：(1)连续X射线；(2)标识X射线。 1、连续X射线 具有连续波长的X射线，构成连续X射线谱，它和可见光相似，亦称多色X射线。 （1）产生机理
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。
“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（-CH3）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
第二章 1、什么是贝克线？其移动规律如何？有什么作用？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，在这轮廓附近可以看到一条比较明亮的线细线，当升降镜筒时，亮线发生移动，这条明亮的细线称为贝克线。 贝克线的移动规律：提升镜筒，贝克线向折射率大的介质移动。根据贝克线的移动，可以比较相邻两晶体折射率的相对大小。 2、单偏光镜和正交偏光镜有什么区别？单偏光下和正交偏光下分别可以观察哪些现象？单偏光（仅使用下偏光）下可以观察晶体的形态、结晶习性、解理、颜色以及突起、糙面、多色性和吸收性，比较晶体的折光率（贝克线移动），用油浸法测定折光率等，对矿物鉴定十分重要。 正交偏光镜：联合使用上、下偏光镜，且两偏光镜的振动面处于互相垂直位置。可看到消光现象、球晶。 第三章 1.电子透镜的分辨率受哪些条件的限制？ 透镜的分辨率主要取决于照明束波长儿其次还有透镜孔径半角和物 方介质折射率。 2.透射电镜主要分为哪几部分？ 电子光线系统（镜筒）、电源系统、真空系统和操作控制系统。 3.透射电镜的成像原理是什么？透射电镜，通常采用热阴极电子枪来获得电子束作为 照明源。热阴极发射的电子，在阳极加速电压的作用下，高速穿过阳极孔，然后被聚光镜会聚成具有一定直径的束斑照到样品上。具有一定能量的电子束与样品发生作用，产生反映样品微区厚度、平均原子序数、晶体结构或位向差别的多
种信息。透过样品的电子束强度，其取决于这些信息，经过物镜聚焦放大在其平面上形成一幅反映这些信息的透射电子像，经过中间镜和投影镜进一步放大，在荧光屏上得到三级放大的最终电子图像，还可将其记录在电子感光板或胶卷上。 4.请概述透射电镜的制样方法。 支持膜法，复型法、晶体薄膜法和超薄切片法。高分子材料必要时还需染色、刻蚀。 5.扫描电镜的工作原理是什么？ 由三极电子枪发射出来的电子束，在加速电压作用下，经过2?3个电子透镜聚焦后，在样品表面按顺序逐行进行扫描，激发样品产生各种物理信号，如二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子等。这些物理信号分别被相应的收集器接受，经放大器放大后，送到显像管的栅极上，用来同步地调制显像管的电子束强度，即显像管荧光屏上的亮度。由于供给电子光学系统使电子束偏向的扫描线圈的电源也就是供给阴极射线显像管的扫描线圈的电源，此电源发出的锯齿波信号同时控制两束电子束作同步扫描。因此，样品上电子束的位置与显像管荧光屏上电子束的位置是一一对应的。这样，在长余辉荧光屏上就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。画面上亮度的疏密程度表示该信息的强弱分布。 6.扫描电镜成像的物理信号包括哪几种？ 二次电子、背散射电子、吸收电子、X 射线、俄歇电子等 7.相对于光学显微镜和透射电镜，扫描电镜各有哪些优点？ SEM 的景深大、放大倍数连续调节范围大，分辨本领比较高、能配置各种附件，做表面成分分析及表层晶体学位向分析等
织构分析 1-丝织构 材料研究方法 南京理工大学材料学院·朱和国
课程内容 织构及其表征 丝织构的测定
择优取向： 多晶材料在制备和加工过程中，部分晶粒取向规则分布的现象。把具有择优取向的这种组织状态称为“织构”。织构： 多个晶体的择优取向形成了多晶材料的织构，织构是择优取向的结果。织构分类： 根据择优取向分布的特点分为： 1）基本概念
丝织构： 是指多晶体中晶粒中的某个晶向
2）织构的表征通常有以下四种方法： 1）指数法2）极图法3）反极图法 4）三维取向分布函数法 一）指数法 指采用晶向指数或晶面指数与晶向指数的复合共同表示织构的方法。指数法特点： 能够精确、形象、鲜明地表达织构中晶向或晶面的位向关系，但不能表示织构的漫散（偏离理想位置）的程度，而漫散普遍存在于织构的实际测量中。 uvw {} hkl uvw {hkl }
多晶体居于参考球心中央，某一个设定的{hkl}晶面的法线与球面的交点（极点），然后极射赤面投影所获得图。投影面：宏观坐标面 板织构为扎面，丝织构为丝轴平行或垂直的平面。 极图多用于板织构，丝织构一般不需要测定极图。 [110] (a) 无织构的{100}极图(b) 冷拔铁丝{100}极图（投影面平行丝轴[110]）(c){100}板织构极图 极图能够较全面地反映织构信息，在织构强的情况下，根据极点的几率分布能够判断织构的类型与漫散情况。但在织构较复杂或漫散严重（织构不明显）时，很难获得正确答案，甚至会误判。 应采用反极图或分布函数法表征。 图4-34 {100}面极射赤面投影的多晶体极图 二）极图法
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