現(xiàn)代儀器分析及材料研究方法(緒論)課件

現(xiàn)代儀器分析及材料研究方法第一章緒論1

材料Materials

Material：材料科學(xué)（工科）物質(zhì)科學(xué)（理科）Webster編著的“NewInternationalDictionary（1971年）”中關(guān)于材料（Materials）的定義為：材料是指用來(lái)制造某些有形物體（如：機(jī)械、工具、建材、織物等的整體或部分）的基本物質(zhì)（如金屬、木料、塑料、纖維、陶瓷等）材料是指具有滿(mǎn)足指定工作條件下使用要求的形態(tài)和物理性狀的物質(zhì)。（一）材料的定義(Definition)※材料可由一種或多種物質(zhì)組成?！晃镔|(zhì)由于制備方法或加工方法不同可以得到用途各異、類(lèi)型不同的材料。原料（RawMaterials）與材料由原料到材料※原料一般不是為獲得產(chǎn)品，而是生產(chǎn)材料，往往伴隨化學(xué)變化。※材料的特點(diǎn)往往是為獲得產(chǎn)品，一般從材料到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變過(guò)程不發(fā)生化學(xué)變化。材料與物質(zhì)(MaterialsandMatter)（1）黑色金屬材料化學(xué)成分——碳素鋼、合金鋼品質(zhì)——普通、優(yōu)質(zhì)、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼鋼---金相組織或組織結(jié)構(gòu)——珠光體、貝氏體、馬氏體和奧氏體

Stell用途——建筑工程、結(jié)構(gòu)、工具、特殊性能、專(zhuān)業(yè)用鋼冶煉方法——平爐、轉(zhuǎn)爐、電爐、沸騰爐鋼

灰鑄鐵可鍛鑄鐵鑄鐵—球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵特殊性能鑄鐵1、金屬材料（metals）

五大類(lèi)

輕金屬（<4.5g/cm2）鋁、鎂、納、鈣

重金屬（>4.58/cm2）銅、鎳、鉛、鋅

貴金屬金、銀、鉑、銠

類(lèi)金屬（半）硅、硒、砷、硼

稀有金屬鈦、鋰、鎢、鉬、鐳常用的稀有金屬材料有：Al、Cu、Zn、Sn、Pb、Mg、Ni……（2）有色金屬a.

金屬鍵，常規(guī)法生產(chǎn)的為晶體結(jié)構(gòu)；b.

常溫下固體熔點(diǎn)較高；c.

金屬光澤；d.

純金屬范性大、展性、延性大；e.

強(qiáng)度較高；f.

導(dǎo)熱、導(dǎo)電性好；g.

空氣中易氧化，如鋼、鐵等生成氧化膜，合金可改性，抗氧化性。（3）基本特性（PrincipalProperties）a.

結(jié)構(gòu)材料:如機(jī)床,建筑機(jī)械設(shè)備、工程交通工具；

b.

導(dǎo)體材料，電線芯（銅）

c.

工具（4）

用途（Application）（1）分類(lèi)（按成分，化學(xué)結(jié)構(gòu)和用途分四大類(lèi)）

混凝土（水泥）

玻璃

Glass

硅及耐火材料

Silane

陶瓷（器）

Ceramics傳統(tǒng)陶瓷（天然硅酸鹽礦）：各中粘土燒制而成。(SilicateCeramics)特種陶瓷（人工化合物：氧化物、氮化物、硼化物、碳化物）。2、無(wú)機(jī)非金屬材料（Inorganicnonmetals）

(1)分類(lèi)碳鏈–C–C–C按主鏈結(jié)構(gòu)雜鏈–C–N–C=O–C–O–C–

backebone元素Si、P、B

塑料Plastics通用塑料、工程塑料；熱塑性、熱固性橡膠Ruber天然、合成

按使用性質(zhì)纖維Fiber人造、合成粘合劑Adhesive涂料Coating3.高分子材料

（polymers,Marcomolecules）結(jié)構(gòu)材料：電視機(jī)殼體、冰箱殼體、軸承、機(jī)械零件絕緣材料：漆包線、電纜、絕緣版、電器零件建筑材料：貼面板、地貼包裝材料：塑料袋、薄膜、泡沫塑料涂裝：涂料粘合劑：粘合劑日用：織物（衣服）膠鞋運(yùn)輸：輪胎，傳送帶（3）用途

a.

抗疲勞性能良好；b.

結(jié)構(gòu)件減震性好；c.

比強(qiáng)度和比量高；d.

耐燒能性和耐高溫性能好e.

具有良好的減摩、耐摩和耐潤(rùn)滑性能（2）基本性質(zhì)無(wú)機(jī)—高分子玻璃纖維增強(qiáng)塑料(玻璃鋼)——汽車(chē),游艇，碳纖維增強(qiáng)塑料——飛機(jī)機(jī)翼、高爾夫球棍、撐桿跳桿金屬—陶瓷飛機(jī)螺旋槳葉綜合金屬韌性，陶瓷耐高溫性高分子—高分子橡膠增韌塑料抗沖PSABS樹(shù)脂減震材料（3）

用途（三）材料研究的內(nèi)容物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)取決于材料的制備和使用條件。在材料的制備和使用過(guò)程中，物質(zhì)經(jīng)歷了一系列物理、化學(xué)或物理化學(xué)變化。因此，材料的制備工藝和使用過(guò)程，特別是前者直接決定了材料的組成和結(jié)構(gòu)，從而決定了材料的性能和使用效能。材料科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)1、從簡(jiǎn)單物質(zhì)到復(fù)雜物質(zhì)；隨著對(duì)材料功能化要求的不斷提高，構(gòu)成材料的基本物質(zhì)也越來(lái)越傾向于從簡(jiǎn)單物質(zhì)到復(fù)雜物質(zhì)。2、從簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)到結(jié)構(gòu)控制；對(duì)于同種材料，結(jié)構(gòu)上的改變可以帶來(lái)許多嶄新的功能，而對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)加以調(diào)控，才可能使功能得到優(yōu)化。3、從粉體材料到器件材料；相對(duì)于粉體材料而言，當(dāng)材料制備成器件后會(huì)具有更為優(yōu)良的功能。如在電子技術(shù)方面，涉及到半導(dǎo)體、電介質(zhì)、超導(dǎo)體等材料。4、從塊體材料到薄膜材料；納米薄膜是一類(lèi)具有廣泛應(yīng)用前景的新材料，如Fe2P薄膜具有優(yōu)良的磁性能。5、從純物質(zhì)到復(fù)合、摻雜材料；如：僅具有紫外線活性的納米TiO2經(jīng)N摻雜后，具備了可見(jiàn)光的活性。7、從單功能到多功能和智能材料；（1）泡沫鋁是一種在鋁基體中均勻分布著大量連通或不連通孔洞的新型輕質(zhì)多功能材料，它兼有連續(xù)金屬相和分散空氣相的特點(diǎn)，是集多種優(yōu)良性能于一體的新型結(jié)構(gòu)功能泡沫材料。（2）智能材料是具有傳感、反饋、自診斷、自修復(fù)、自適應(yīng)、信息識(shí)別與積累、響應(yīng)等功能，如：形狀記憶材料、電（磁）流變材料等。8、從單層次到立體多層次材料；如：在高分子材料領(lǐng)域，借改變高分子材料顆粒與不同粒徑可溶性顆粒的混合重量比例，依據(jù)不同需要將原料顆粒依序填入模具中形成所需要的層次，制得包括有不同孔徑、不同孔隙率或不同材料組成的雙層或多層高分子材料，以滿(mǎn)足組織工程的不同需求。6、從宏觀到微觀的納米材料；如：納米Al2O3顆粒加入到橡膠中，可以大大增強(qiáng)其介電性能和耐磨性能。3、材料的物相結(jié)構(gòu)分析；物相分析包括定性分析和定量分析。X-射線之所以能用于物相分析是因?yàn)榭梢杂筛餮苌浞宓慕嵌任恢脕?lái)確定物質(zhì)固有特性的晶面間距以及它們的相對(duì)強(qiáng)度。材料結(jié)構(gòu)分析的目的在于解析物質(zhì)的體相結(jié)構(gòu)，表面相結(jié)構(gòu)，原子排列和物相等。4、材料的表觀形貌分析；材料的很多重要物理化學(xué)性能是由其形貌特征所決定的。形貌分析的主要內(nèi)容包括分析材料的幾何形貌，材料的顆粒度及顆粒度的分布，形貌微區(qū)的成分和物相結(jié)構(gòu)等方面。5、材料的鍵合分析；材料的性質(zhì)不僅與構(gòu)成材料的元素、結(jié)構(gòu)、價(jià)態(tài)等因素有關(guān)，還與其價(jià)鍵狀態(tài)有關(guān)。價(jià)鍵分析是分析化學(xué)基團(tuán)以及化學(xué)鍵的性質(zhì)，主要與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，并且重點(diǎn)在于研究鍵的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。在分析方法上主要包括紅外光譜、拉曼光譜和高分辨能量損失譜三種。6、材料的表面與界面分析；材料的表面與界面性質(zhì)是非常重要的，它同新材料的研究與開(kāi)發(fā)，制造工藝的制定與修改等關(guān)系非常密切。這是由于材料的表面及本體，無(wú)論在細(xì)微結(jié)構(gòu)上還是在化學(xué)組成上都存在明顯的差別。如：固體物質(zhì)作為材料來(lái)應(yīng)用，則它的各種性能雖然與組成本體有關(guān)，但不少性能是通過(guò)表面來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如表面硬度、表面電導(dǎo)等。因此，材料的表面與界面分析已經(jīng)發(fā)展成為納米薄膜材料研究的重要分析方法，特別是對(duì)固體材料的元素化學(xué)價(jià)態(tài)分析、元素三維分布分析以及微區(qū)成分分析?，F(xiàn)代儀器分析的主要內(nèi)容分析化學(xué)是化學(xué)量測(cè)和表征的科學(xué)，儀器分析是分析化學(xué)重要的組成部分?；瘜W(xué)量測(cè)—獲取指定體系中有關(guān)物質(zhì)的質(zhì)、量、結(jié)構(gòu)等各種信息；表征——是精確地描述其成分、含量、價(jià)態(tài)、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)和分布等特征。分析方法化學(xué)分析定性分析定量分析光譜分析法電化學(xué)分析法分離法重量法容量法（酸堿、絡(luò)合、氧化-還原、沉淀等滴定法）獲取信息和進(jìn)行表征的方法很多，按方法分類(lèi)，大體上分為兩類(lèi)：儀器分析光譜分析法原子光譜法分子光譜法其它波譜法原子發(fā)射光譜法原子吸收光譜法原子熒光光譜法紫外-可見(jiàn)吸收光譜法紅外吸收光譜法分子熒光與磷光光譜法化學(xué)發(fā)光光譜法拉曼光譜法核磁共振波譜法質(zhì)譜法電化學(xué)分析法電導(dǎo)分析法電位分析法（pH與離子選擇性電極）電流分析法（庫(kù)侖分析和電重量法）伏安分析法（極譜和溶出伏安法）分離法色譜分離法電泳分離法氣相色譜法液相色譜法超臨界流體色譜法毛細(xì)管電泳法毛細(xì)管電動(dòng)色譜法按被分析物質(zhì)的含量劃分，分為三類(lèi)按被分析物質(zhì)的狀態(tài)劃分，分為三類(lèi)表面分析微區(qū)分析剝層分析常量分析（>0.01%)痕量分析(0.01-0.00001%)超痕量分析(<0.00001%)成分分析狀態(tài)分析結(jié)構(gòu)分析常量分析（>10mg,>1ml)微量分析(0.1-10mg,0.01-1ml)超微量分析(<0.1mg,<0.01ml)按取樣量劃分，分為三類(lèi)國(guó)外1.Nature周刊及相關(guān)出版物2.ScienceDirect（Elsevier）3.SpringerLINK4.ACS電子期刊數(shù)據(jù)庫(kù)RSC（RoyalSocietyofChemistry）期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)參考書(shū)（學(xué)術(shù)期刊）國(guó)內(nèi)

1.中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)

2.中國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)

3.中國(guó)學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫(kù)

4.中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)

期末