材料分析化学

章节摘录

插图：第2章 材料的成分分析2.1 元素成分分析方法简介2.1.1 材料性能与元素成分的关系材料的性能与其元素成分有着极为密切的关系，通过改变材料的元素组成可以实现材料性能的调控。许多材料中微量元素的改变就有可能造成其性能的巨大变化：例如，半导体的电导率对于其纯度的依赖极为敏感，百万分之一的硼含量就能使纯硅的电导率成万倍地增加。再如金属材料中，以碳素钢为例，碳含量越低它的强度/硬度越低，而塑性韧性越好；随碳含量的增加，钢的组织也发生变化：平衡组织中珠光体的量增加，钢的强度/硬度也增加，而塑性韧性会随之降低。因此对于材料研究者来说，材料的元素成分分析具有十分重要的意义，是进行材料设计、加工和性能研究的基础。2.1.2 元素成分分析技术种类材料的元素成分分析就是分析材料中各种元素的组成，即检测材料中的元素种类及其相对含量的过程。元素成分分析可以分为多个技术种类，包括微量常规分析、痕量常规分析、固相分析、微区分析以及表面分析等。

前言

从材料科学研究的角度来看，材料最终的性能由原材料以及制备工艺决定，实质上是由材料的成分、结构及其微观形貌所决定，因而对于这些基本性能的表征和分析是材料科学研究中的重要内容。传统的材料科学是一门着重于现象学研究的学科，而随着材料分析方法的巨大进步，特别是现代分析仪器的长足发展已使得材料科学逐渐走上真正的科学之路。目前，现代分析仪器从尺度上已经达到纳米甚至是原子级尺度的表征；同时，其较快的分析速度和高的分析精度，以及多功能化和较好的易用性，都使得现代分析仪器在材料科学研究中具有越来越重要的地位。在与材料相关的科学研究中，我们应该知道哪些信息对于充分了解材料性能是必需的，同时我们还应该知道如何更有效地来获得这些信息。目前由于分析仪器种类繁多，各专业往往根据本专业特点选取不同的仪器设备进行学习，并且由于传统的仪器分析课程在讲解时往往以设备为主线，分门别类地讲解不同设备的基本原理、结构及其使用，因此使得实际的教学与科学研究思路脱节，学生在完成现代仪器课程后在科研中仍然需要自己重新总结各种实验方法。为适应材料科学研究交叉性的特点，本书以获得的信息作为分类标准，分别介绍了材料成分、结构、形貌、价键、价态以及性能的研究方法。由于对于同一种信息的获得往往可以利用不同的测试手段，把各种方法集中在一起进行介绍，便于分析比较各种分析方法的特点及局限性，再结合科研中的实例讲解，这就使得学生能够在科研中根据实际情况选取最佳的测试手段，同时本书也可以作为科研工作者在解决具体问题上时的参考书。本书共分为7章，按照材料表征过程中获得的信息进行介绍。第1章简单介绍了材料科学及材料分析方法的发展趋势；第2章介绍了各类元素成分分析方法，主要包括体相元素分析方法（原子光谱法、ICPMS法、X射线荧光法）和微区元素分析方法（电镜能谱法、电子探针法以及电镜中的能量损失谱法）；第３章介绍了价键分析方法，主要包括红外光谱法和拉曼光谱法；第４章介绍了结构分析方法，主要包括用于体相结构分析的X射线衍射技术，用于微区结构分析的透射电镜的选区衍射分析、高分辨电镜技术以及激光拉曼光谱法；第5章介绍了材料微观形貌分析，主要包括扫描电子显微镜、透射电镜、原子力显微镜以及扫描隧道显微镜技术；第6章介绍了价态及表面分析，主要包括用于价态研究的X射线光电子能谱法和用于表面成分分析的俄歇电子能谱法和二次离子质谱法；第7章介绍了材料的物理性能表征主要侧重于催化剂材料相关性能的研究及其评价方法，主要包括材料的光学性能、电学性能、光电性能和催化性能的评价，以及颗粒状材料的粒度和比表面积等物理性能的评价。本书是在清华大学研究生“仪器分析”课程基础上经过多年的教学实践形成的，同时大量实例来自本研究组近十年来的科研工作积累。本书得以顺利出版要感谢华夏英才出版基金的鼎立资助和化学工业出版社的大力支持。由于编者的学识水平所限，书中难免出现不妥之处，望广大专家和读者批评指正。

书籍目录

第1章  绪论  1.1  材料科学的发展趋势  1.2  材料科学涉及的领域  1.3  材料分析的重要性  1.4  材料分析的内容  1.5  本书的主要内容第2章  材料的成分分析  2.1  元素成分分析方法简介    2.1.1  材料性能与元素成分的关系    2.1.2  元素成分分析技术种类  2.2  原子吸收光谱    2.2.1  简介    2.2.2  原子吸收光谱工作原理    2.2.3  原子吸收仪器装置    2.2.4  样品制备    2.2.5  原子吸收分析方法    2.2.6  典型分析实例  2.3  原子发射光谱    2.3.1  简介    2.3.2  原子发射光谱基本原理    2.3.3  原子发射光谱的仪器装置    2.3.4  光谱定性分析    2.3.5  光谱定量分析    2.3.6  ICP-MS分析    2.3.7  应用分析实例  2.4  X射线荧光光谱法    2.4.1  简介    2.4.2  X射线荧光光谱仪工作原理    2.4.3  仪器结构    2.4.4  样品制备    2.4.5  分析方法    2.4.6  全反射XRF及其环境分析    2.4.7  应用举例  2.5  微区成分分析方法    2.5.1  简介    2.5.2  电镜能谱分析法    2.5.3  电子探针分析方法    2.5.4  电子能量损失谱分析方法    2.5.5  应用举例  2.6  本章小结  参考文献第3章  材料的价键分析  3.1  简介  3.2  红外光谱    3.2.1  基础知识    3.2.2  红外光谱的原理    3.2.3  仪器装置    3.2.4  样品的制备    3.2.5  镜面反射红外光谱    3.2.6  衰减全反射红外光谱    3.2.7  漫反射红外光谱    3.2.8  显微红外光谱    3.2.9  红外光谱的应用  3.3  拉曼光谱    3.3.1  简介    3.3.2  拉曼光谱的原理    3.3.3  仪器装置    3.3.4  样品制备    3.3.5  紫外拉曼光谱    3.3.6  共振拉曼光谱    3.3.7  显微共聚焦拉曼光谱    3.3.8  表面增强拉曼光谱    3.3.9  拉曼光谱的应用  3.4  综合应用实例  3.5  本章小结  参考文献第4章  材料的结构分析  4.1  X射线衍射物相结构分析    4.1.1  X射线衍射分析历史    4.1.2  X射线    4.1.3  X射线衍射的基本原理    4.1.4  X射线衍射法    4.1.5  多晶衍射仪的组成    4.1.6  样品的制备    4.1.7  X射线衍射的物相分析    4.1.8  XRD的应用  4.2  电子衍射分析    4.2.1  简介    4.2.2  电子衍射方法基础    4.2.3  电子衍射花样的获得    4.2.4  电子衍射花样的标定    4.2.5  高分辨电子显微术用于材料结构的分析    4.2.6  电子衍射方法应用  4.3  激光拉曼物相结构分析    4.3.1  简介    4.3.2  拉曼散射    4.3.3  拉曼散射的用途    4.3.4  拉曼光谱测定    4.3.5  拉曼光谱法于物相结构分析的应用实例  参考文献第5章  材料的形貌分析  5.1  概述  5.2  扫描电子显微镜    5.2.1  简介    5.2.2  扫描电子显微镜的成像原理    5.2.3  扫描电子显微镜的仪器结构    5.2.4  扫描电子显微镜的图像信息    5.2.5  限制和影响扫描电镜分辨本领的主要因素    5.2.6  扫描电子显微镜样品制备    5.2.7  优质扫描电子像的获得    5.2.8  扫描电子显微镜的新进展    5.2.9  应用实例  5.3  透射电子显微分析    5.3.1  简介    5.3.2  透射电镜的结构    5.3.3  透射电镜的成像原理    5.3.4  透射电子显微镜的样品制备    5.3.5  透射电镜在材料分析上的应用实例  5.4  扫描探针显微分析    5.4.1  扫描隧道显微镜    5.4.2  原子力显微镜  参考文献第6章  材料的价态分析和表面分析  6.1  简介  6.2  X射线光电子能谱分析    6.2.1  概述    6.2.2  X射线光电子能谱基本原理    6.2.3  X射线光电子能谱仪的结构    6.2.4  X射线光电子能谱的分析方法    6.2.5  XPS指纹峰分析技术    6.2.6  俄歇参数信息  6.3  俄歇电子能谱分析    6.3.1  概述    6.3.2  俄歇电子能谱基本原理    6.3.3  俄歇电子能谱仪的结构    6.3.4  俄歇电子能谱分析方法  6.4  材料的二次离子质谱分析    6.4.1  概述    6.4.2  原理    6.4.3  仪器    6.4.4  分析方法    6.4.5  应用举例  6.5  综合实例    6.5.1  实验方法    6.5.2  实验结果  6.6  实验技术    6.6.1  样品制备    6.6.2  样品荷电的校准  参考文献第7章  材料的物理性能表征  7.1  材料光学性能    7.1.1  紫外-可见光谱分析    7.1.2  吸光度测定    7.1.3  半导体能带间隙检测    7.1.4  荧光性能  7.2  材料电学性能    7.2.1  材料的导电性    7.2.2  半导体性    7.2.3  电容性能  7.3  材料光电性质    7.3.1  表面光电压谱    7.3.2  光电流研究    7.3.3  交流阻抗谱法    7.3.4  时间分辨光电导谱(TRPC)  7.4  催化性能检测    7.4.1  气相光催化评价装置    7.4.2  液相光催化评价装置    7.4.3  光催化反应器的设计    7.4.4  矿化度和中间产物检测  7.5  物理结构性能    7.5.1  颗粒度分析    7.5.2  比表面积和孔结构  参考文献

编辑推荐

《材料分析化学》是由化学工业出版社出版的。

作者简介

《材料分析化学》突破传统仪器分析图书的结构，以材料表征时获得的信息作为分类标准，分别介绍了材料成分、结构、形貌、价键、价态以及性能的分析方法。《材料分析化学》的主要内容包括元素成分分析（AAS，AESICP，XRF，EDX，ICPMS，EELS分析等），化学价键分析（IR，LRS），结构分析（XRD，ED，LRS），形貌分析（SEM,TEM,AFM,STM），价态和表面分析（XPS，AES，SIMS）以及物理性能分析（光学、电学、光电、催化性能，物理结构性能）。突出各种现象的物理本质和分析测试技术的实际应用，内容循序渐进，简明扼要。在编写上力求深入浅出，通俗易懂。对每一类测试技术，都尽量列举出具体的应用实例，并进行较详细地说明，使读者在基本掌握材料分析测试技术原理的基础上，能利用这些方法解决本专业的实际问题。 

《材料分析化学》适于材料相关领域的科研人员参考使用,也可作为材料相关专业的研究生教材。

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