材料科學與工程基礎(chǔ)實驗講義

1、華南農(nóng)業(yè)大學材料與能源學院現(xiàn)代材料科學與工程基礎(chǔ)實驗講義供材料科學專業(yè)本科生使用胡航2016-02-30實驗一 金屬納米顆粒的化學法制備一、實驗內(nèi)容與目的 1. 了解并掌握金屬納米顆粒的化學法制備過程并制備Au或Ag納米顆粒。 2. 了解金屬納米顆粒的光學特征。二、實驗原理概述 化學制備法是制備金屬納米微粒的一種重要方法，在基礎(chǔ)研究和實際應(yīng)用中被廣泛采用。貴金屬納米顆粒的化學法制備主要有溶膠凝膠法、電鍍法、氧化還原法等。其中氧化還原法又包括熱分解和輻照分解等。貴金屬納米顆粒具有廣泛的應(yīng)用，如生物醫(yī)學領(lǐng)域的殺菌，物理化學領(lǐng)域的催化等。本實驗以金膠為例介紹交替法制備貴金屬納米顆粒，并以硝酸銀在烷基

2、胺中的熱分解為例介紹表面活性劑中氧化還原法制備貴金屬納米顆粒。 1. 膠體金屬（Au、Ag）的成核與生長 總的來說，化學法制備金屬納米粒子都是讓還原劑提供電子給溶液中帶正電荷的金屬離子形成金屬原子。如，對于制備膠體金，如果采用檸檬酸三鈉作為還原劑，其反應(yīng)過程如下： 2. 硝酸銀熱分解法制備銀納米粒子 熱分解法制備金屬納米顆粒原理簡單，實驗過程易操作。對制備數(shù)納米到數(shù)十納米尺寸范圍的納米顆粒有較大優(yōu)勢。硝酸銀在烷基胺中加熱攪拌可形成澄清透明溶液。溫度上升到150200 °C時，溶液顏色由淺色到深色快速變化，生成的銀納米顆粒被烷基胺包裹，穩(wěn)定在溶液中。通過對樣品洗滌、離心沉淀，可獲得烷基

3、胺包裹的銀納米粒子。三、實驗方法與步驟 （一）實驗儀器與材料 硝酸銀，檸檬酸三鈉，油胺或十八胺，十八烯（ODE），無水乙醇，配有溫度調(diào)控和磁力攪拌的油浴加熱器，三頸瓶，抽氣頭，濾膜，溫度計套管，10 mL量筒，分析天平，玻璃滴管，離心管，離心機，電熱干燥箱 （二）實驗方法與操作步驟 1. 貴金屬膠體的制備 （1）對所有所需用的容器用硫酸清洗，用去離子水沖洗3遍，放入干燥箱烘干。 （2）配置0.01%的氯金酸（硝酸銀）溶液和1%的檸檬酸三鈉溶液。 （3）把50 mL的氯金酸（硝酸銀）溶液加熱至沸騰后加入1 mL的檸檬酸三鈉溶液，再加熱510 min。 （4）停止加熱后把制得的膠體金用過濾薄膜過濾

4、。 （5）重復(fù)（3）、（4）步驟制備氯金酸（硝酸銀）溶液和檸檬酸三鈉溶液體積比為（50:2）（50:10）的膠體金屬。 （6）將制得的膠體金用紫外-可見分光光度計測其吸收光譜。 （7）清洗使用過的儀器，藥品放回原處。 2. 硝酸銀熱分解制備Ag納米顆粒 （1）對所有所需用的容器用硫酸清洗，用去離子水沖洗3遍，然后用無水乙醇沖洗，放入干燥箱烘干。 （2）稱取0.5 g硝酸銀，放入三頸瓶。 （3）分表量取ODE5 mL，油胺5mL（或者稱取4g十八胺）加入三頸瓶。 （4）三頸瓶連接抽氣頭通入Ar放入油浴。 （5）在磁力攪拌下，油浴升溫到180 °C并保持10 min。 （6）用玻璃滴管取

5、0.5 mL樣品放入離心管，加入5mL無水乙醇并振蕩使混合均勻以清洗烷基胺。 （7）離心沉淀并重復(fù)加入5 mL無水乙醇反復(fù)清洗3遍。 （8）把所獲得的Ag納米顆粒分散于甲苯中并測量吸收光譜。 （9）對所用的容器進行清洗，再用去離子水沖洗3遍，放入干燥箱烘干后放回原處。四、思考與討論 1. 在制備Ag納米顆粒的過程中，所用容器為什么用去離子水清洗？ 2. 制備過程中，Ag納米顆粒的生長受什么因素影響？如何獲得不同尺寸的Ag納米顆粒？ 3. 在分解硝酸銀制備納米顆粒的實驗中為什么要用烷基胺？實驗二 水熱法合成TiO2納米材料一、實驗內(nèi)容與目的 1. 了解水熱法制備無機氧化物納米材料的原理和特點。2

6、. 掌握水熱法制備TiO2納米材料的方法和步驟。3. 熟悉納米材料的表征方法如X射線粉末衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）等。二、實驗原理概述納米材料具有不同尋常的物理和化學性能，是目前材料科學研究領(lǐng)域的熱點。由于納米材料強烈的尺寸和形貌依賴性，因此控制納米材料尺寸和形貌稱為當前納米材料研究的重要方向?，F(xiàn)階段用于納米粒子合成的方法主要有物理方法和化學方法，其中化學方法合成得到的納米粒子純度更高，粒度分布更均勻，而且形貌可控，從而應(yīng)用更廣。在眾多方法中，水熱法作為無機合成化學中的一個重要分支，成為納米粒子的尺寸形貌控制合成的常用方法。水熱法最初是模擬然界中某些礦石

7、的形成過程而發(fā)展起來的，通常是指在密閉的反應(yīng)體系中，以水作為反應(yīng)介質(zhì)，將反應(yīng)器加熱到一定的溫度（1001000 °C），是反應(yīng)器中具有一定填充度的水溶劑膨脹充滿整個容器而產(chǎn)生很高壓力的條件下，進行無機合成和材料制備的一種有效方法。在水熱條件下，水主要起到兩個作用：液態(tài)或氣態(tài)的水是傳遞壓力的媒介；同時水作為溶劑，由于在高壓下絕大多數(shù)反應(yīng)物都能溶于水，可促使反應(yīng)在氣相或液相中進行。水熱法合成氧化物納米材料中，一般都是以金屬鹽、氧化物或氫氧化物作為反應(yīng)物，以水作為溶劑，在加熱過程中，這些金屬鹽、氧化物或氫氧化物的溶解度隨文帝、壓力的升高二增加，形成所需的氧化物的過飽和溶液，并逐漸成核生長，

8、最終獲得所需的氧化物納米材料。整個反應(yīng)過程的驅(qū)動力就是可溶的前驅(qū)體或中間產(chǎn)物與最后穩(wěn)定的氧化物之間的溶解度差。因此可以說，水熱法的實質(zhì)是使納米粒子在高溫高壓下從過飽和溶液中生長出來。這種發(fā)發(fā)在分子設(shè)計上具有其特有的有事，可以通過對前驅(qū)體材料結(jié)構(gòu)中的次級結(jié)構(gòu)單元拆開、修飾并重新組裝；也可以通過選擇反應(yīng)條件加入適當?shù)摹澳０鍎被颉暗V化劑”控制產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。二氧化鈦（TiO2）是一種非常重要的化工原理，被廣泛用于顏料、造紙、涂料、油漆、橡膠、陶瓷等各種行業(yè)中。隨著粒子尺寸的降低，納米二氧化鈦顯示出許多特殊效果，如表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，因而在光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學等方面與

9、普通二氧化鈦有著顯著的不同。如，納米二氧化鈦具有獨特的抗紫外線、抗菌、光催化等特性，已廣泛應(yīng)用于光觸材料、抗菌陶瓷、抗紫外化妝品、抗菌涂料、汽車漆等。本實驗將直接以普通的TiO2粉末為原料，采用水熱法，在堿性條件小利用水熱條件產(chǎn)生的高溫、高壓環(huán)境來重結(jié)晶合成TiO2納米粉體，并通調(diào)節(jié)反應(yīng)條件如反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間來調(diào)節(jié)所得TiO2納米粉體的尺寸和形貌。三、實驗方法和步驟（一）主要實驗試劑及儀器實驗試劑：二氧化鈦、氫氧化鈉、蒸餾水、無水乙醇等。實驗儀器：燒杯、量筒等玻璃儀器若干、電子天平、水熱反應(yīng)釜、磁力攪拌器、程序控溫恒溫箱、離心機等。表征儀器：X射線粉末衍射儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等

10、。（二）實驗步驟（1）稱取0.2 g二氧化鈦粉末，加入到10 mL2 mol/L的NaOH水溶液中，攪拌，（2）攪拌10 min后，將上述溶液轉(zhuǎn)移入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，旋緊密閉后將高壓釜放入烘箱中。（3）調(diào)節(jié)烘箱溫度為180 °C，使之加熱到180 °C并保持6 h后將反應(yīng)釜取出。（4）待反應(yīng)釜冷卻至室溫，打開分反應(yīng)釜，取出溶液得白色細小微粒沉淀為所得產(chǎn)物，產(chǎn)物經(jīng)李鑫分離并相繼用蒸餾水和無水乙醇多次洗滌后，在空氣中干燥。（5）所得產(chǎn)物用X射線粉末衍射來確定其物相，用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡來觀察其尺寸和形貌。（6）改變實驗條件，如反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間，在1202

11、20 °C下分表保持472 h，研究不同反應(yīng)條件對TiO2納米粉體尺寸和形貌的影響。四、思考與討論1. 水熱法合成納米材料具有哪些特點？2. 利用水熱法，如何控制所得氧化物納米粉體的尺寸和形貌？3. 查閱資料簡要說明水熱法取向生長一維納米材料的原因。實驗三 金屬有機物熱分解法制備LaNiO3導電氧化物薄膜一、實驗內(nèi)容與目的 1. 掌握金屬有機物熱分解法的基本原理，了解其在材料合成、制備領(lǐng)域的應(yīng)用。2. 了解導電氧化物的導電特性及其應(yīng)用。3. 掌握浸漬法（dip-coating）制備薄膜的方法。二、實驗原理（一）金屬有機物分解法的原理金屬有機物分解法（metalorganic deco

12、mposition, MOD）是濕化學法沉積薄膜的一種重要方法，近年來得到了很大發(fā)展，已成功地用于一系列薄膜的制備，包括鐵電薄膜、超導薄膜和導電氧化物薄膜。其中最成功的應(yīng)用就是SrBi2Ta2O9（SBT）鐵電薄膜的制備，其前體溶液已經(jīng)商業(yè)化。其基本過程是將不同的金屬有機源（主要為金屬羧酸鹽，如異辛酸鹽等）溶入適當有機溶劑，將其混合成所需的陽離子濃度的前體溶液，再以適當技術(shù)（如甩膠法、浸漬法、噴涂法）沉積到襯底，制成濕膜，烘干后，去掉不必要的溶劑，并分解掉金屬有機物，得到無機薄膜。達到所需厚度后，經(jīng)過進一步熱處理，來控制薄膜結(jié)構(gòu)。通常要求金屬有機源易合成、純化，無毒或低毒，穩(wěn)定性好，具有合適的

13、分解溫度，高的金屬含量及在常用的溶劑中具有良好的溶解性能。（二）導電氧化物的背景介紹導電聚合物種類豐富，最著名的當屬透明導電氧化物ITO（In2O3:Sn），已經(jīng)大規(guī)模地應(yīng)用于平板顯示器領(lǐng)域。導電氧化物最主要是作為電極材料來使用，包括電池、燃料電池、磁流體發(fā)電的電極等。LaNiO3是一種局域鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的導電金屬氧化物，其贗立方晶胞參數(shù)為0.384 nm，與PbTiO3、PZT、BaTiO3等鐵電薄膜的晶格參數(shù)相匹配。使用LaNiO3作為電極，有利于鐵電薄膜的擇優(yōu)取向和外延生長，有利于改善鐵電薄膜的疲勞問題。 （三）浸漬法簡介浸漬法鍍膜就是把需鍍膜的樣品，放入配置好的前體溶液中，然后拿出烘干，熱

14、處理。這種鍍膜方法，工藝簡單，是室溫下操作，無需昂貴的設(shè)備，可以再復(fù)雜的樣品形狀表面鍍膜。多次重復(fù)上述過程，就獲得所需厚度的膜。三、實驗方法與步驟（一）實驗儀器與材料電子天平，磁力攪拌器，紅外快速烘箱（或鼓風干燥箱），管式爐，熱臺，玻璃儀器，X射線衍射儀。異辛酸（化學純），乙酸鎳（分析純），乙酸鑭（分析純），乙酸丁酯（分析純），氨水（分析純），雙氧水（分析純），鹽酸（分析純），（100）硅片（>5 ·cm），石英燒杯，石英清洗架，石英舟。（二）實驗方法與操作步驟1. 基片清洗（1）按照半導體工藝的RCA配方，在通風櫥里配置堿性、酸性清洗劑。堿性清洗劑：NH3·H2O：

15、H2O2：H2O=1:2:5；酸性清洗劑：HCl：H2O2：H2O=1:2:6。（2）將硅片放在石英清洗架上，放入石英燒杯中，加堿性清洗劑至浸過基片約1 cm處，蓋上培養(yǎng)皿，放在通風櫥內(nèi)的電爐上加熱至沸騰。滾沸5 min后，關(guān)閉電源。將殘余溶液導入廢液缸，用去離子水淋洗石英燒杯和石英清洗架上的基片3遍。（3）將酸性清洗劑倒入石英燒杯中，重復(fù)上面的步驟，進行酸洗。（4）將去離子水導入石英燒杯中，重復(fù)煮沸的步驟2遍，每次3min。（5）最后將清洗干凈的基片放入紅外快速烘箱中烘干，待甩膜用。2. 前體溶液配制（1）異辛酸鑭的合成：將乙酸鑭榮譽去離子水，然后緩緩加入異辛酸的氨水溶液，并不斷攪拌，即有白

16、色泡沫狀固體不斷析出，過濾后用去離子水多次淋洗，得到異辛酸鑭固體，干燥待用。（2）異辛酸鎳的合成：將乙酸鎳溶于去離子水，然后緩緩加入異辛酸的氨水溶液，并不斷攪拌，即有黏稠的綠色異辛酸鎳生成，用乙酸丁酯將異辛酸鎳萃取出來，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑，即得到異辛酸鎳。（3）前體溶液配制：將異辛酸鑭和異辛酸鎳按照1:1化學計量比溶解于乙酸丁酯中，配制成濃度為0.1 mol/L的溶液。3. 薄膜沉積與熱處理（1）接通熱臺電源，溫度升到150 °C穩(wěn)定。（2）用鑷子夾著清洗好的基片一角浸漬在前體溶液中，待充分浸潤后，去除，用濾紙吸去襯底背面的溶液，放在熱臺上烘烤5 min，然后放入石英舟中。（3）高溫熱

17、處理：將管式爐升溫到600 °C，將放置了薄膜樣品的石英舟，用帶鉤子的石英玻璃桿推入管式爐，在流動的氧氣分為中，恒溫半小時，取出石英舟，（測量方塊電阻）。然后重復(fù)浸漬、干燥和高溫熱處理過程35次，獲得所需樣品。4*. 測量方塊電阻使用方塊電阻測試儀測量不同層數(shù)薄膜表面的方塊電阻，記下電阻值的波動范圍。四、思考與討論1. 金屬有機物分解法和溶膠凝膠法制備薄膜有何異同？2. 甩膜前，基片為什么必須進行清洗？酸、堿清洗液各起什么作用？3. 浸漬法和甩膠法有何異同？4*. 隨著LaNiO3沉積層數(shù)的增加，薄膜的方塊電阻會怎樣變化？為什么？實驗四 醇鹽水解法制備納米二氧化硅微粒及表征一、實驗內(nèi)

18、容與目的 1. 掌握溶膠-凝膠法制備納米二氧化硅的基本原理和方法。2. 通過納米二氧化硅實驗制備過程，了解溶膠-凝膠法制備過程中的溶劑、催化劑及溫度對所得產(chǎn)物的影響。3. 掌握激光光散射測定納米微粒粒徑的方法。二、實驗原理概述正硅酸乙酯（TEOS）的水解是利用濕化學方法制備新型玻璃、陶瓷及其他無機功能材料的嶄新方法，也被稱為溶膠-凝膠方法。所謂溶膠-凝膠法是指金屬有機或無機化合物經(jīng)水解形成溶膠，然后溶膠中溶質(zhì)再進一步聚合凝膠化得到濕凝膠，再將凝膠干燥、焙燒去除有機成分，最后得到無機材料。納米SiO2是一種無毒、無味、無污染的無機非金屬材料，是目前工業(yè)化產(chǎn)量最大和應(yīng)用最為廣泛的無機納米材料，其分

19、子狀態(tài)呈三維鏈狀結(jié)構(gòu)，初級粒子粒徑一般在1060 nm，相對密度2.3192.653，熔點1750 °C。由于其具有小尺寸效應(yīng)、表面界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀兩字隧道效應(yīng)，納米二氧化硅顯示出卓越的性能和功能，可廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。在本實驗中，通過TEOS的水解與縮合來制備納米SiO2，氨水的加入起催化作用。當TEOS在極稀濃度中水解時，其水解反應(yīng)是一級反應(yīng)，水解速率取決于TEOS的濃度。但當TEOS濃度增大時，此反應(yīng)變成了復(fù)雜的二級房源。堿催化水解的反應(yīng)歷程，可用親核取代反應(yīng)機理解釋：TEOS分子中的硅原子周圍有4個烷氧基-OR(-OC2H5)與之結(jié)合，在堿性催化劑（NH4OH）參

20、與下，OH-對硅原子核發(fā)動親核進攻，使硅原子帶負電，并導致電子眼向另一側(cè)的OR-基團偏移，使該基團的Si-O鍵被削弱而斷裂，發(fā)生水解，水解單體在Si-OH基之間，以及Si-OH基與Si-OR基發(fā)生脫水或脫醇聚合反應(yīng)，形成Si-O-Si鏈，Si-O-Si鏈之間不斷交聯(lián)，最終形成顆粒狀聚集體。在TEOS的反應(yīng)過程中，第一步水解反應(yīng)和第二步縮合反應(yīng)是同時進行的，所以稱這兩步生成的混合物為溶解，第三步聚合反應(yīng)生成的三位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成為凝膠。在TEOS水解過程中，溶劑的存在起了重要作用。由于TEOS在常溫下與水不共溶，而其水解反應(yīng)必須有水參與，所以，為例使反應(yīng)在均相體系中進行，必須選擇一個共溶的溶劑，醇類是

21、最常用的共溶溶劑，研究表明，使用甲醇或乙醇作溶劑，對TEOS水解反應(yīng)的性質(zhì)影響不明顯，但對最后凝膠的結(jié)構(gòu)、孔徑的大小有影響。除了甲醇、乙醇外，還可以使用其他溶劑如二氧六環(huán)、乙二醇、丙三醇、DMF、丙酮、四氫呋喃等。三、實驗方法與步驟1. 樣品的制備實驗（1）在一個250 mL的三口瓶上，裝上磁力攪拌器、球形冷凝管、溫度計和恒壓滴液漏斗，開冷凝水。（2）量取30 mL乙醇、30 mL蒸餾水加入到圓底燒瓶中，再向起哄加入5.4 mL25%的氨水。（3）量取7 mL正硅酸乙酯，加入到恒壓滴液漏斗中，油浴加熱到40 °C，攪拌條件下滴加到圓底燒瓶中，約15 min滴加完畢，再反應(yīng)1 h后，停

22、止加熱。（4）將所得產(chǎn)物靜置，沉降，得到納米二氧化硅膠體，洗滌，分離，干燥后得到產(chǎn)物。2. 實驗樣品的表征測試（1）取1 mL上述膠體溶液，在離心機上8000 r/min離心分離5 min，棄去上層清液，沉淀用誰洗滌，再離心分離，重復(fù)3次，用蒸餾水、超聲分散后，激光粒度儀測定粒徑的大小和分布。（2）取2 mL納米二氧化硅混合溶液，加入到光散射比色皿中，測定粒徑。納米微粒的粒徑和粒徑分布在Brookhaven的90 Plus Particle Size Analyzer動態(tài)光散射儀上測定。激光的波長為633 nm，入射角是90°，每個樣品平均測定3次，每次掃描60 s，溫度為25

23、76;C。所得的粒徑是三次測量的平均值。四、思考與討論1. 試說明制得的納米二氧化硅離心分離和洗滌的目的是什么？2. 試查閱文獻，簡述常用的制備納米二氧化硅的方法及其優(yōu)缺點。3. 簡述采用動態(tài)光散射測定納米微粒粒徑的影響因素。實驗五 粉末X射線衍射及物相定性分析一、實驗內(nèi)容與目的 1. 掌握X射線衍射的基本原理。2. 通過X射線衍射儀的構(gòu)造及操作步驟。3. 掌握粉末X射線衍射測定及物相定性分析方法。二、實驗原理概述（一）X射線衍射基本原理1. 布拉格方程式中，dhkl為在簡化布拉格方程中稱衍射面間距或面網(wǎng)間距；q為布拉格角或掠射角；l為入射X射線波長。2. 粉晶X射線衍射原理用特征X射線射到多

24、晶粉末（或塊狀）上獲得衍射圖譜或數(shù)據(jù)的方法稱為粉晶法或粉末法。當單色X射線以一定的入射角射向粉晶時，無規(guī)排列的粉晶中，總有許多小晶粒的某些面網(wǎng)處于滿足布拉格方程的位置，因而產(chǎn)生衍射。所以，粉晶衍射圖譜是由無數(shù)小晶粒各衍射面產(chǎn)生衍射疊加的結(jié)果。當單色X射線照射到粉晶樣品上，若其中一個晶粒的一組面網(wǎng)（hkl）取向和入射光X射線夾角為q，滿足衍射條件，則在衍射角2q（衍射線與入射X射線的延長線的夾角）處產(chǎn)生衍射。由于晶粒的取向機遇，因而與入射線夾角為2q的衍射線不止一條，而是頂角為2q*2的衍射圓錐面，如圖5.1所示。圖5.1 衍射圓錐面晶體中有許多面網(wǎng)組，其衍射線相應(yīng)地形成許多以樣品為中心、入射線

25、為軸、張角不同的衍射圓錐面，即粉晶X射線衍射形成中心角不同的系列圓錐面。通常稱這種同心圓為德拜環(huán)。如果使粉晶衍射儀的探測器以一定的角度繞樣品旋轉(zhuǎn)，則可接收到粉晶中不同面網(wǎng)、不同取向的全部衍射線，獲得相應(yīng)的衍射譜圖。（二）X射線衍射儀構(gòu)造與原理X射線衍射儀主要有X射線發(fā)生器、測角儀、X射線輻射探測器、射線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和各種電氣系統(tǒng)、保護系統(tǒng)組成，其過程為X射線管發(fā)出單色X射線照射到樣品上，所產(chǎn)生的衍射線光子用輻射探測器接收，經(jīng)檢測電路放大處理后在顯示或記錄裝置上給出衍射數(shù)據(jù)和譜線，如圖5.2所示。圖5.2 X射線衍射儀結(jié)構(gòu)示意圖（三）X射線物相分析原理和方法（1）譜圖直接對比法（2）數(shù)據(jù)對比法（

26、3）計算機自動檢索鑒定法三、實驗方法與步驟（一）樣品制備方法1. 粉晶樣品的制備（1）將被測試試樣在瑪瑙研缽中研成尺寸15m的細粉。（2）取適量的粉末填入樣品框中，用載玻片把粉末壓緊、壓實、壓平，把多余凸出的粉末削去，固定與衍射儀樣品室的樣品臺上。2. 特殊樣品的制備對于金屬、陶瓷、玻璃等一些不易研成粉末的樣品，可先將其鋸成窗孔大小，磨平一面，再用橡皮泥或石蠟將其固定在窗口內(nèi)。對于片狀、纖維狀或薄膜樣品也可取窗孔大小直接嵌固在窗孔內(nèi)，但固定在窗孔內(nèi)的樣品其平整表面必須與樣品板平齊，并對著入射X射線。（二）實驗內(nèi)容與步驟1. 儀器設(shè)備：國產(chǎn)X射線粉末衍射儀。2. 操作步驟：（1）開電源：打開水冷

27、機電源開關(guān)，打開衍射儀電源開關(guān)、開關(guān)CP1、CP2，打開電腦電源。（2）設(shè)定管亞、管流：點擊桌面衍射儀控制軟件，逐級將X射線光管工作電壓設(shè)為40 kV，工作電流為40 mA。（3）設(shè)定測試參數(shù)：設(shè)定文件存盤路徑、文件名以及測試參數(shù)（起始角、終止角、步長、掃描速率、狹縫大小）。（4）測試：放置樣品，點擊圖標進行測試（注意：在放置樣品前后，開關(guān)門一定要輕）。3. 分析數(shù)據(jù)，做出衍射圖。四、思考與討論1. 簡述X射線衍射的基本原理。2. 寫出布拉格方程的兩種表達式，并說明布拉格方程的物理意義。3. 簡述粉晶物相定性分析原理及分析方法。實驗六 固體材料紅外透射光譜測量與分析一、實驗內(nèi)容與目的 1. 了

28、解紅外光譜的基礎(chǔ)知識。2. 了解傅里葉變換紅外光譜儀的基本結(jié)構(gòu)及基本原理。3. 掌握應(yīng)用傅里葉變換紅外光譜儀測量固體材料的紅外透射光譜，并能對譜圖進行定性分析。二、實驗原理概述（一）紅外光譜光是一種電磁波，具有一定的輻射能量。在電磁波譜中，比可見光洪外端波長更長至1000 m的范圍屬于紅外輻射波段。任何溫度高于0K的物體都要向周圍發(fā)射紅外輻射，知識輻射特性會隨溫度的不同而發(fā)生變化。當分子受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時，分子吸收默寫頻率的輻射，引起振動和轉(zhuǎn)動能級的躍遷，使相應(yīng)于這些吸收區(qū)域的透射光強度減弱，將分子吸收紅外輻射的情況記錄下來，便得到紅外光譜。紅外光譜由分子振動能級的躍遷而產(chǎn)生，但并

29、不是所有的振動能級躍遷都能在紅外光譜中產(chǎn)生吸收峰，物質(zhì)吸收紅外光發(fā)生振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷必須滿足兩個基本條件：一是紅外輻射光量子具有的能力等于分子振動能級的能量差；二是分子振動時，偶極矩的大小或方向必須有一定的變化，即具有偶極矩變化的分子振動時紅外活性振動，否則是非紅外活性振動。紅外光譜的波長為0.751000 m，通常紅外光譜劃分為三個區(qū)域：遠紅外：25100 m（40010 cm-1），一般對應(yīng)分子的純轉(zhuǎn)動以及晶格振動的能級躍遷；中紅外：2.525m（4000400 cm-1），一般對應(yīng)分子振動能級，絕大多數(shù)有機化合物和許多無機化合物的基頻都出現(xiàn)在這個區(qū)域；近紅外：0.782.5m（128214000 cm-1），一般對應(yīng)化合物吸收基頻的倍頻與合頻振動。紅外光譜多以波長l或波數(shù)s為橫坐標，表示吸收峰的位置，波長與波數(shù)的關(guān)系為s(cm-1)= 10000/l(m)；以透過率T為縱坐標，表示吸收強度。紅外光譜主要應(yīng)用于研究分子的結(jié)構(gòu)，根據(jù)譜線的形狀、吸收峰的位置以及特征吸收峰的強度等進行化學、物理的定性或定量分析，從而