Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
См. Также: инструментальная химия
Микрофотография бронзы, на которой видна литая дендритная структура.
Методика характеристика оптической микроскопии , показывающий микронный масштаб дендритной микроструктуры бронзового сплава.

Характеристика , при использовании в науке материалов , относится к широкому и общему процессу , с помощью которого структура и свойство материала в зондировании и измерены. Это фундаментальный процесс в области материаловедения, без которого невозможно получить научное понимание технических материалов. [1] [2] Объем термина часто различается; некоторые определения ограничивают использование термина методами, которые изучают микроскопическую структуру и свойства материалов [2], в то время как другие используют термин для обозначения любого процесса анализа материалов, включая макроскопические методы, такие как механические испытания, термический анализ и расчет плотности. [3]Масштаб структур, наблюдаемых при характеристике материалов, варьируется от ангстремов , например, при отображении отдельных атомов и химических связей, до сантиметров, например, при отображении крупнозернистых структур в металлах.

Хотя многие методы определения характеристик применялись на практике веками, например, базовая оптическая микроскопия, постоянно появляются новые методы и методологии. В частности, появление электронного микроскопа и масс-спектрометрии вторичных ионов в 20-м веке произвело революцию в этой области, позволив получать изображения и анализ структур и составов в гораздо меньших масштабах, чем было возможно ранее, что привело к огромному повышению уровня понимания относительно того, почему разные материалы проявляют разные свойства и поведение. [4] В последнее время атомно-силовая микроскопия еще больше повысила максимально возможное разрешение для анализа определенных образцов за последние 30 лет. [5]

Микроскопия [ править ]

Изображение поверхности графита на атомном уровне, полученное с помощью СТМ.
Первый рентгеновский снимок марсианской почвы - CheMin-анализ показывает полевой шпат, пироксены, оливин и многое другое (марсоход Curiosity на «Рокнесте», 17 октября 2012 г.) [65]

Микроскопия - это категория методов определения характеристик, которые исследуют и картируют поверхностную и подповерхностную структуру материала. Эти методы могут использовать фотоны , электроны , ионы или физические зонды с кантилеверами для сбора данных о структуре образца в различных масштабах длины. Вот некоторые распространенные примеры инструментов для микроскопии:

Спектроскопия [ править ]

Эта группа методов использует ряд принципов для выявления химического состава, вариаций состава, кристаллической структуры и фотоэлектрических свойств материалов. Некоторые распространенные инструменты включают:

Оптическое излучение [ править ]

  • Ультрафиолетовая и видимая спектроскопия (УФ-видимая область)
  • Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR)
  • Термолюминесценция (ТЛ)
  • Фотолюминесценция (ФЛ)

Рентген [ править ]

Дифракция рентгеновских лучей на порошке Y 2 Cu 2 O 5 и уточнение по Ритвельду с двумя фазами, показывающая 1% примеси оксида иттрия (красные линии).
  • Рентгеновская дифракция (XRD)
  • Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей (МУРР)
  • Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDX, EDS)
  • Рентгеновская спектроскопия с дисперсией по длине волны (WDX, WDS)
  • Спектроскопия потерь энергии электронов (EELS)
  • Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS)
  • Электронная оже-спектроскопия (AES)
  • Рентгеновская фотонная корреляционная спектроскопия (XPCS) [6]

Масс-спектрометрия [ править ]

  • режимы МС:
    • Электронная ионизация (ЭИ)
    • Масс-спектрометрия с термической ионизацией (TI-MS)
    • МАЛДИ-ТОФ
  • Масс-спектрометрия вторичных ионов (ВИМС)

Ядерная спектроскопия [ править ]

Возмущенная угловая корреляция (PAC), исследующая локальную структуру с помощью радиоактивных ядер. Из рисунка получены градиенты электрического поля, которые разрешают структуру вокруг радиоактивного атома, с целью изучения фазовых переходов, дефектов, диффузии.
  • Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР)
  • Мессбауэровская спектроскопия (МБС)
  • Возмущенная угловая корреляция (PAC)

Другое [ править ]

  • Фотонная корреляционная спектроскопия / Динамическое рассеяние света (ДРС)
  • Терагерцовая спектроскопия (ТГц)
  • электронный парамагнитный / спиновой резонанс (ЭПР, ЭПР)
  • Малоугловое рассеяние нейтронов (МУРН)
  • Спектрометрия резерфордского обратного рассеяния (RBS)

Макроскопическое тестирование [ править ]

Для характеристики различных макроскопических свойств материалов используется огромный набор методов, в том числе:

  • Механические испытания, включая испытания на растяжение, сжатие, скручивание, ползучесть, усталость, ударную вязкость и твердость
  • Дифференциальный термический анализ (ДТА)
  • Диэлектрический термический анализ (DEA, DETA)
  • Термогравиметрический анализ (ТГА)
  • Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)
  • Метод импульсного возбуждения (ИЭТ)
  • Ультразвуковые методы, включая резонансную ультразвуковую спектроскопию и методы ультразвукового контроля во временной области [7]
(а) эффективные показатели преломления и (б) коэффициенты поглощения электронных чипов. [8]

См. Также [ править ]

  • Аналитическая химия
  • Методы определения характеристик полупроводников
  • Характеристики межфланцевого соединения
  • Характеристики полимеров
  • Характеристика липидного бислоя
  • Характеристика лигнина
  • МЭМС для определения механических характеристик на месте
  • Минатек
  • Характеристика наночастиц

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Kumar, Sam Zhang, Lin Li, Ashok (2009). Методы характеризации материалов . Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 978-1420042948.
  2. ^ а б Ленг, Ян (2009). Характеристика материалов: Введение в микроскопические и спектроскопические методы . Вайли. ISBN 978-0-470-82299-9.
  3. ^ Чжан, Сэм (2008). Методы характеризации материалов . CRC Press. ISBN 978-1420042948.
  4. ^ Mathys, Даниил, Zentrum für Mikroskopie, Базельский университет : Die Entwicklung дер Elektronenmikroskopie фом Bild über умереть Анализ Цум Nanolabor , стр. 8
  5. ^ Патент US4724318 - Атомно-силовой микроскоп и метод визуализации поверхностей с атомным разрешением - Google Patents
  6. ^ "Что такое рентгеновская фотонная корреляционная спектроскопия (XPCS)?" . сектор7.xray.aps.anl.gov . Архивировано из оригинала на 2018-08-22 . Проверено 29 октября 2016 .
  7. ^ Р. Труэлл, К. Эльбаум и С. Б. Чик., Ультразвуковые методы в физике твердого тела, Нью-Йорк, Academic Press Inc., 1969.
  8. ^ Ахи, Киараш; Шахбазмохамади, Сина; Асадизанджани, Навид (2018). «Контроль качества и аутентификация корпусных интегральных схем с использованием терагерцовой спектроскопии во временной области с улучшенным пространственным разрешением и визуализации» . Оптика и лазеры в технике . 104 : 274–284. Bibcode : 2018OptLE.104..274A . DOI : 10.1016 / j.optlaseng.2017.07.007 .