現(xiàn)代測(cè)試與分析技術(shù)緒論

現(xiàn)代測(cè)試與分析技術(shù)緒論第一頁(yè)，共46頁(yè)。內(nèi)容提要一、概述

常見(jiàn)物質(zhì)世界屬性現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)主要關(guān)心什么二、內(nèi)容提綱第一部分材料晶體結(jié)構(gòu)第二部分材料表面形貌顯微結(jié)構(gòu)第三部分電子結(jié)構(gòu)第四部分官能團(tuán)價(jià)鍵結(jié)構(gòu)第五部分材料、器件光電性能三、課程安排與組織理論部分實(shí)驗(yàn)觀摩分組與考查第二頁(yè)，共46頁(yè)。一、概述物質(zhì)世界基本屬性宏觀屬性照度計(jì)阿伏伽德羅電磁光通量物質(zhì)的量溫度時(shí)間質(zhì)量長(zhǎng)度第三頁(yè)，共46頁(yè)。一、概述現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)主要關(guān)心什么?觀察、加工尺度越來(lái)越小第四頁(yè)，共46頁(yè)。一、概述晶體結(jié)構(gòu)化學(xué)組成電子結(jié)構(gòu)形態(tài)形貌材料微觀屬性電學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)材料功能屬性化學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)熱學(xué)性質(zhì)聲學(xué)性質(zhì)光能電能器件功能屬性光能熱能電能熱能機(jī)械能電能化學(xué)能電能現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)主要關(guān)心什么?第五頁(yè)，共46頁(yè)。一、概述晶體結(jié)構(gòu)化學(xué)組成電子結(jié)構(gòu)形態(tài)形貌材料微觀屬性電學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)材料功能屬性化學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)熱學(xué)性質(zhì)聲學(xué)性質(zhì)光能電能器件功能屬性光熱轉(zhuǎn)換電熱轉(zhuǎn)換機(jī)械電轉(zhuǎn)換化學(xué)能電能現(xiàn)代測(cè)試與分析技術(shù)主要關(guān)心什么第六頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第一部分晶體結(jié)構(gòu)分析晶體是指物質(zhì)內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)(原子、離子、分子團(tuán))按照一定的重復(fù)規(guī)律在三維空間有序排列而組成空間格子構(gòu)造的固體物質(zhì)。晶體通常具有規(guī)則的多面體外形。晶體第七頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第一部分晶體結(jié)構(gòu)分析技術(shù)1X-射線衍射將晶體視為光柵，X射線經(jīng)過(guò)光柵發(fā)生衍射行為Δ=2dSinθ=nλn=1，2，3…布拉格公式n=1

一級(jí)反射n=2二級(jí)反射第八頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第一部分晶體結(jié)構(gòu)分析1,X-射線基礎(chǔ)知識(shí)2,晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)3,X-射線與晶體作用4,X-射線粉晶衍射儀結(jié)構(gòu)5,X-射線衍射應(yīng)用技術(shù)1X-射線衍射第九頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第一部分晶體結(jié)構(gòu)分析技術(shù)2選區(qū)電子束衍射(SelectedAreaElectronDiffraction)TiO2孿晶形貌與電子衍射圖象第十頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第一部分晶體結(jié)構(gòu)分析技術(shù)2選區(qū)電子束衍射(SelectedAreaElectronDiffraction)1,電子波動(dòng)性2,晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)3,透射電子顯微鏡暗場(chǎng)成像特點(diǎn)4,SAED應(yīng)用第十一頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第二部分表面形貌分析列文虎克植物細(xì)胞顯微照片光學(xué)顯微鏡第十二頁(yè)，共46頁(yè)。局限性！二、內(nèi)容提綱第二部分表面形貌分析

當(dāng)用可見(jiàn)光作光源，采用組合透鏡、大的孔徑角、高折射率介質(zhì)浸沒(méi)物鏡時(shí)，N.A值可提高到1.6。最佳情況的透鏡分辨極限是200nm。阿貝根據(jù)衍射理論光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)第十三頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第二部分表面形貌分析如何提高顯微鏡的分辨本領(lǐng)？X射線波長(zhǎng)很短，在0.05~10nm范圍，但難以聚焦。電子，物質(zhì)波波長(zhǎng)第十四頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第二部分表面形貌分析技術(shù)1電子顯微鏡電子束物質(zhì)波，替代光波作為探測(cè)媒介，以獲得高分辨率2,掃描電子顯微鏡1,透射電子顯微鏡二維形貌（照片）第十五頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第二部分表面形貌分析3,掃描電子顯微鏡結(jié)構(gòu)與工作原理2,透射電子顯微鏡結(jié)構(gòu)與工作原理1,電子與物質(zhì)相互作用技術(shù)1電子顯微鏡4,樣品要求與制備第十六頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第二部分表面形貌分析技術(shù)2掃描探針顯微鏡

--原子力顯微鏡三維形貌鉑/鈦雙層金屬薄膜表面形貌圖對(duì)比：左：電子顯微鏡圖(SEM)右：掃描探針顯微鏡(AFM)第十七頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第二部分表面形貌分析氫化SiC表面外延生長(zhǎng)1層、2層、3層石墨烯STM圖像技術(shù)2掃描探針顯微鏡

--掃描隧道顯微鏡表面原子成像第十八頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第二部分表面形貌分析技術(shù)2掃描探針顯微鏡1,原子力顯微鏡工作原理2,掃描隧道顯微鏡工作原理3,樣品要求與制備第十九頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第三部分電子結(jié)構(gòu)光電子能譜儀一定能量X射線或紫外光作用樣品，把樣品表面原子中不同能級(jí)的電子激發(fā)成自由電子，研究這些自由電子的能量分布就是光電子能譜分析。

光電子能譜又分為

1，X光電子能譜(XPS,X-rayPowerSpectroscopy)2，紫外光電子能譜(UPS,UltravioletPowerSpectroscopy)光電效應(yīng)，愛(ài)因斯坦第二十頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱X光電子能譜(XPS)，用于元素成分、化合價(jià)態(tài)分析典型XPS能譜圖第三部分電子結(jié)構(gòu)第二十一頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱紫外光電子能譜(UPS)，用于價(jià)帶能級(jí)密度分布研究第三部分電子結(jié)構(gòu)第二十二頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱紅外吸收光譜：一、材料結(jié)構(gòu)分析化學(xué)基團(tuán)或者價(jià)鍵具有相對(duì)固定的振動(dòng)頻率，紅外光通過(guò)時(shí)，可以發(fā)生共振吸收。因此可用紅外吸收吸收光譜進(jìn)行基團(tuán)的定性鑒定。紅外光：波長(zhǎng)>700nm拉曼（頻移）光譜：光通過(guò)物質(zhì)時(shí)，與分子發(fā)生非彈性碰撞，使光子頻率發(fā)生改變（位移），該位移與入射光頻率無(wú)關(guān)，僅與分子有關(guān)。因此該位移來(lái)進(jìn)行基團(tuán)的定性鑒定?？梢?jiàn)光，激光材料合成時(shí)，需要明確參與作用材料的化學(xué)官能團(tuán)，找出其潛在相互作用機(jī)制。第四部分材料化學(xué)結(jié)構(gòu)第二十三頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第四部分材料化學(xué)結(jié)構(gòu)紅外吸收光譜：分子間化學(xué)反應(yīng)的確定第二十四頁(yè)，共46頁(yè)。DLCDiamond二、內(nèi)容提綱第四部分材料化學(xué)結(jié)構(gòu)拉曼（頻移）光譜：碳素材料結(jié)構(gòu)輔助確定第二十五頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第四部分材料化學(xué)結(jié)構(gòu)二、材料熱化學(xué)分析溫度是影響材料結(jié)構(gòu)的重要因素。為獲得確定材料結(jié)構(gòu)，需要對(duì)溫度進(jìn)行合理控制。為此需要進(jìn)行熱分析。熱重分析(TG/DTG)：

測(cè)量由分解、揮發(fā)、氣固反應(yīng)等過(guò)程造成的樣品質(zhì)量隨溫度／時(shí)間的變化如體系的脫水反應(yīng)，膠體（水泥）等。質(zhì)量Vs.溫度差熱/差示掃描量熱分析(DTA/DSC)：測(cè)量物理與化學(xué)過(guò)程（相轉(zhuǎn)變，化學(xué)反應(yīng)等）產(chǎn)生的熱效應(yīng);比熱測(cè)量。如晶體的相變、非晶態(tài)材料的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變等。熱量Vs.溫度第二十六頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第四部分材料化學(xué)結(jié)構(gòu)熱重分析：五水硫酸銅的熱重與微分熱重曲線第二十七頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第四部分材料化學(xué)結(jié)構(gòu)差熱/差示掃描量熱分析：PbO-ZnO-B2O3系列焊接玻璃的DTA曲線°C第二十八頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第四部分材料化學(xué)結(jié)構(gòu)技術(shù)總結(jié)1紅外吸收光譜2拉曼（頻移）光譜3熱重分析4差熱/差示掃描量熱分析掌握測(cè)試原理，各自特性第二十九頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第五部分材料、器件光電性能表征1材料光電性能表征1紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)(UV-Vis)2四探針?lè)y(cè)試薄膜方塊電阻3霍爾效應(yīng)測(cè)試儀4電滯回線與磁滯回線第三十頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第五部分材料、器件光電性能表征紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)(UV-Vis)紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)鉑/鈦雙層金屬薄膜反射率圖譜第三十一頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第五部分材料、器件光電性能表征四探針測(cè)試儀方塊電阻測(cè)試示意圖四探針?lè)y(cè)試薄膜方塊電阻dIl第三十二頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第五部分材料、器件光電性能表征霍爾效應(yīng)測(cè)試儀霍爾效應(yīng)測(cè)試示意圖霍爾效應(yīng)測(cè)試儀第三十三頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第五部分材料、器件光電性能表征電滯回線加外場(chǎng)、極化：poling極化之后第三十四頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第五部分材料、器件光電性能表征電滯回線磁滯回線原理與此類似第三十五頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第五部分材料、器件光電性能表征2器件光電性能表征光電能量轉(zhuǎn)換效率測(cè)試電化學(xué)分析方法單色光量子轉(zhuǎn)換效率測(cè)試半導(dǎo)體器件性能測(cè)試第三十六頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第五部分材料、器件光電性能表征光電能量轉(zhuǎn)換效率測(cè)試太陽(yáng)模擬器(91160，美國(guó)Newport)DSC典型伏安曲線第三十七頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第五部分材料、器件光電性能表征單色光量子轉(zhuǎn)換效率測(cè)試第三十八頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第五部分材料、器件光電性能表征電化學(xué)工作站(CHI660D，上海辰華)電化學(xué)分析方法：循環(huán)伏安法典型循環(huán)伏安曲線研究氧化/還原電勢(shì)高低,判斷分子被氧化/還原性能，用于器件研究第三十九頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第五部分材料、器件光電性能表征Pt/Ti雙層薄膜電極電解質(zhì)電化學(xué)分析方法：交流阻抗圖譜研究器件內(nèi)阻、界面阻抗、界面電容等特性，廣泛用于器件研究典型交流阻抗圖譜(Nyquist圖)交流阻抗圖譜實(shí)驗(yàn)裝置及等效電路第四十頁(yè)，共46頁(yè)。二、內(nèi)容提綱第五部分材料、器件光電性能表征1紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)2四探針?lè)y(cè)試薄膜方塊電阻3霍爾效應(yīng)測(cè)試儀4電滯回線磁滯回線5光電能量轉(zhuǎn)換效率測(cè)試6單色光量子轉(zhuǎn)換效率測(cè)試7電化學(xué)分析方法8半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試掌握測(cè)試原理技術(shù)總結(jié)第四十一頁(yè)，共46頁(yè)。三、課程安排與組織第1講X射線衍射技術(shù)第2講光電子能譜技術(shù)第3講透射電子顯微鏡第4講掃描電子顯微鏡第5講掃描探針顯微鏡第6講傅立葉紅外光譜第7講拉曼光譜第8講熱分析技術(shù)第9講材料光電性能測(cè)試第10講電滯回線與磁滯回線第11講電化學(xué)分析第12講半導(dǎo)體器件性能測(cè)試第13講太陽(yáng)能電池性能測(cè)試?yán)碚摬糠值谒氖?yè)，共46頁(yè)。三、課程安排與組織實(shí)驗(yàn)1

X射線衍射技術(shù)物理樓實(shí)驗(yàn)2雙超所參觀學(xué)習(xí)雙超所實(shí)驗(yàn)3掃描探針顯微鏡雙超所實(shí)驗(yàn)4材料光電性能測(cè)試雙超所實(shí)驗(yàn)5伏安性能測(cè)試雙超所實(shí)驗(yàn)6太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率測(cè)試雙超所實(shí)驗(yàn)觀摩鼓勵(lì)同學(xué)來(lái)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手準(zhǔn)備樣品第四十三頁(yè)，共46頁(yè)。三、課程安排與組織考試期末成績(jī)：70%

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