2016级材料科学研究方法

2016级材料科学研究方法Ⅱ复习攻略

考试时间及地点：6月27日星期一13:50-15:30

第二公共教学楼A区A215材料1303-4

答疑时间：6月23日星期四

答疑地点：李伟老师科研中心B110（电子显微分析）

李先锋老师科研中心B108（X射线衍射技术）

付维贵老师科研中心B201（热分析）

题型及形式：闭卷考试；填空20分20题；判断10分10题；简答40分；名词解释6题，每题5分，共30分。

正确的打开方式：下划线部分或加粗体部分为老师上课反复强调内容、课堂测验题或课后作业题。

一、X射线技术应用

1.X射线的本质：X射线本质上是一种具有较短波长的高能电磁波，具有波粒二象性。

波动性：具有一定的频率和波长。粒子性：光子数可计。

2.X射线的产生和发现

发现：1895年11月8日伦琴在实验中发现：当克鲁克斯管接高压电源，会放射出一种穿透力极强的射线，他命名为X射线。

产生：高速运动的带电粒子撞击到任何物质时，电子的运动突然受阻失去动能，发生能量交换，从而产生X射线(产生条件：a.产生自由电子；b.使电子作定向的高速运动?c.在其运动的路径上设置一个障碍物，使电子突然减速或停止)

3.X射线的类型：

①连续X射线(多色X射线):具有连续波长X射线，构成连续X射线谱，它和可见光相似.产生机理：能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一次产生一个能量为hv的光子，这样的光子流即为X射线。单位时间内到达阳极靶面的电子数目是极大量的，绝大多数电子要经历多次碰撞，由此产生连续X 射线谱。

②标识X射线（特征X射线，单色X射线）：是在连续谱的基础上叠加若干条具有一定波长的谱线

产生机理：与阳极物质的原子内部结构紧密相关的。原子系统内的电子按泡利不相容原理和能量最低原理分布于各个能级。在电子轰击阳极的过程中，当某个具有足够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出时，于是在低能级上出现空位，系统能量升高，处于不稳定激发态。较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁，并以光子的形式释放多余的能量辐射

出标识X射线谱。

4.X射线与物质的相互作用（重点）

X射线与物质相互作用时，产生各种不同和复杂的过程。就其能量转换而言，一束X射线通过物质时，可分为三部分：一部分被散射，一部分被吸收，一部分透过物质继续沿原来的方向传播。X射线散射分为相干散射，非相干散射；X射线透射后因光子数减少而强度减弱

X射线吸收产生光电效应，荧光效应，俄歇效应等并产生热能。

本质：X射线与原子的相互作用

基本原理：原子中受束缚的电子被X射线电磁波的震荡电场加速，产生散射，激发和吸收等多种效果

5.相干散射和非相干散射（名词解释）

相干散射：物质中的电子在X射线电场的作用下，产生强迫振动。这样每个电子在各方向产生与入射X射线同频率的电磁波。由于散射线与入射线的频率和波长一致，位相固定，在相同的方向上各个散射波符合干涉条件，因此称为相干散射。

非相干散射：X射线光子与束缚力不大的外层电子或自由电子碰撞时电子获得一部分动能成为反冲电子，X射线光子离开原来方向，能量减小，波长增加的现象

6.XRD

①XRD的基础：相干散射

②衍射的本质：相干散射发生干涉加强的结果

③晶体衍射两要素：

（1）衍射方向，即衍射线在空间的分布规律，由晶胞大小、类别和位向决定（hkl）。（2）衍射强度，即衍射线束的强度，取决于原子的种类和它们在晶胞中的相对位置。

④布拉格方程

θn

λ

sin

d2hkl=

n—衍射技术，取1.2.3…整数

θ—衍射角或布拉格角度

λ—入射X射线的波长，单位埃

⑤物相分析

利用X射线衍射的方法对试样中由各种元素形成的具有确定结构的化合物（物相），进行定性(由试样测得的d-I数据组与已知结构物质的标准d-I数据组（PDF卡片）进行对比，以鉴定出试样中存在的物相)和定量分析（单线条法，外标法，内标法，K值法和绝热法，直接比较法，联立方程法）。X射线物相分析给出的结果是由各种元素组成的具有固定结构的物相。

物相分析基本原理（重点）

任何一种结晶物质都具有特定的晶体结构，在一定波长的X射线照射下，每种晶体物质都给出自己特有的衍射花样。每一种晶体物质和它的衍射花样都是一一对应的。多相试样的衍射花样是由它和所含物质的衍射花样机械叠加而成。通常用d（晶面间距表征衍射线位置）和I（衍射线相对强度）的数据代表衍射花样。用d-I数据作为定性相分析基本判据。

⑥衍射实验方法

a.劳尔法：用连续X射线谱作为入射光源，单晶固定不动，入射面与各衍射面的夹角也固定不动，靠衍射面选择不同波长的X射线来满足布拉格方程

b.旋转晶体法：用单色X射线作为入射光源，单晶体绕一晶轴（通常垂直入射方向）旋转，靠连续改变各衍射面与入射线的夹角来满足布拉格方程。

c.粉末晶体法：用单色X射线作为入射光源，入射线以固定方向射到多晶粉末或多晶块状样

品上，靠粉晶中各晶粒取向不同的衍射面来满足布拉格方程。

⑦各种典型的X 射线衍射图（重点识记）

(a)为无择优取向多晶试样的底片，呈现分明的同心衍射圆环；（无取向多晶）

(b)为部分择优取向的多晶试样底片，呈若干对衍射对称弧；（部分取向多晶）

(c)为完全取向（高度取向）多晶试样底片，呈若干对称斑；（完全去向多晶）

(d)为非晶态试样底片，呈一弥漫散射环。（非晶）

7.X射线光电子能谱XPS

①XPS：以X 射线为激发光源，通过检测由固体物质表面逸出的光电子能量、强度、角分布等来获取物质表面元素组成及化学环境等信息的一种技术。

②化学位移（名词解释）：原子因所处化学环境不同而引起的内层电子结合能变化在谱图上表现为谱峰的位移这种现象称为化学位移。

③电子结合能（名词解释）：电子结合能是体系的初态原子有n个电子和终态原子有n-1个电子(离子)和一自由光电子间能量的简单差代表了原子中电子与核电荷(Z)之间的相互作用强度n

1-n b -E E E ④XPS特点：①能够分析除了氢，氦以外的所有元素。②测定精确到0.1at%③空间分辨率为100um分析深度在1.5nm左右④样品一般是5mm*5mm*1mm⑤XPS分析室的真空度可以达到<10E-9Pa,因此样品要干燥，不能释放气体。

⑤XPS 应用

a 元素定性分析：测定谱中不同元素内层光电子峰的结合能直接进行元素定性分析1）全谱扫描2）窄谱扫描主要依据是组成元素的光电子的特征能量值具唯一性。

b 元素定量分折：关键是要把所观测到的信号强度转变成元素的含量即将谱峰面积（定义谱峰下所属面积为谱线强度）转变成相应元素的含量。

c 化学结构分析：测定内层电子能级谱的化学位移，推知原子结合状态和电子分布状态。一定元素的内层电子结合能会随原子的化学态(氧化态晶格位和分子环境等)发生变化(典型值可达几eV)—即化学位移，这一化学位移信息是元素状态分析与相关结构分析主要依据。⑥XPS 样品制备方法：

a.压片法：对疏松软散的样品可用此法。

b.溶解法：将样品溶解于易挥发的有机溶剂中，然后将其滴在样品托上让其晾干或吹干后再进行测量。

c.研压法：对不易溶于具有挥发性有机溶剂的样品，可将其少量研压在金箔上，使其成一薄层，再进行测量。

8.X 射线荧光光谱仪（XRF）

原理：当能量高于原子内层电子结合能的高能X 射线与原子发生碰撞时，驱逐一个内层电子而出现一个空穴。当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐

射形式放出，便产生X 射线荧光，其能量等于两能级之间的能量差。

特点：X 射线荧光的能量或波长是特征性的，与元素有一一对应的关系。

二、电子显微分析

名词解释：分辨能力（分辨率、分辨本领）：我们把刚好能分辨屏幕上是两个点光源的像的距离d 称为显微镜的分辨率。磁透镜：轴对称的非均匀磁场对电子束有聚焦成像作用，产生这种轴对称磁场的线圈装置即为磁透镜像散：是由于电磁透镜的周向磁场非旋转对称引起的。

有效放大倍数：指恰好能够分辨样品上两个质点的放大倍数焦长：固定样品的条件下（物距不变），象平面沿透镜主轴移动时仍能保持物像清晰的距离范围景深：当像平面固定时(像距不变),能维持物像清晰的范围内,允许物平面(样品)沿透镜主轴移动的最大距离D f 。像差：光学成像相对近轴成像的偏离球差：球差即球面像差，是磁透镜中心区和边沿对电子的折射能力不同引起的色差：色差是由于电磁透镜磁场对不同波长的电子的会聚能力不同而造成的

1.通常认为显微镜发展到现在经历了三个阶段是什么？

光学显微镜、电子显微镜、扫描探针显微镜这三个阶段。

2.透射电镜的图像衬度有哪三个？

质厚衬度、衍射衬度、相位衬度

3.电磁透镜的焦距与加速电压、与线圈匝数的平方以及与线圈电流的平方成各是什么关系？2

o )(f NI RV A 与加速电压成正比，线圈匝数的平方成反比，线圈电流的平方成反比。4.透射电子显微镜的像差主要包括哪几项？可以消除的是什么？

球差、像散和色差。可以消除的是像散和色差

5.原子力显微镜有几种操作模式？聚合物材料的表征中，由于聚合物材料通常较软，常用其中的是哪一种模式？

接触式、非接触式、间歇接触模式（轻敲成像模式），最常用为轻敲模式。

6.扫描电子显微镜、透射电子显微镜、扫描隧道显微镜及原子力显微镜的英文全称及简称分别是？

SEM（Scanning Electron Microscope）、TEM（Transmission Electron Microscope）、STM （Scanning Tunneling Microscope）、AFM（Atomic Force Microscope）

7.电子束与样品相互作用能产生哪些信号？

背散射电子、二次电子、吸收电子、投射电子、特征X 射线、俄歇电子、阴极荧光

8.原子力显微镜检测微悬臂偏转的方式有很多种，其精度将直接影响到AFM 的原子分辨率。最常用的有四种？

(1)隧道电流检测法；(2)光学干涉测量法；(3)光束偏转测量法；(4)电容测量法。

9.二次电子和背散射电子的相同点和不同点

二次电子是在入射作用下被轰击出来并离开样品表面的样品原子的核外电子，能量小于50eV。当原子的核外电子从入射电子获得了大于结合能的能量后，可离开原子变成自由电子。如果这种散射过程发生在比较接近样品的表层，那些能量尚大于材料逸出功的自由

电子可能从样品表面逸出，变成真空中的自由电子，即二次电子。背散射电子是被固体样品中的原子核或核外电子反弹回来的一部分入射电子，能量一般大于50eV。它包括弹射散射和非弹射散射电子。有的电子经一次散射就逸出表面，有的电子经过多次散射才能反射出来。

10.二次电子像和背散射电子像在显示表面相貌衬度时有什么相同和不同之处？

相同：均利用电子信号的强弱来行成形貌衬度

不同：二次电子像：凸出的尖棱，小粒子以及比较陡的斜面处SE产额较多，在荧光屏上这部分的亮度较大；平面上的SE产额较小，亮度较低；在深的凹槽底部尽管能产生较多二次电子，使其不易被控制到，因此相应衬度也较暗。

在原子序数小于40的范围内，背散射电子的产额对原子序数十分敏感，因此，从试样中原子序数高的区域得到的背散射电子高于原子序数低的区域的背散射电子，即原子序数高的区域更亮。

二次电子像主要对形貌敏感，背散射电子像主要对原子序数敏感；背散射电子像进行形貌分析时，分辨率远比SE像低；图像衬度很强，以致失去细节的层次。

11.扫描电镜的分辨率受哪些因素的影响？用不同的信号成像时，其分辨率有何不同？

影响SEM分辨率的因素有三个：电子束斑的大小、检测信号类型、信噪比

成像分辨率（nm）：二次电子5-10，背散射电子50-200，吸收电子100-1000特征X射线100-1000，俄歇电子5-10

12.简述透射电子显微镜中粉末样品的制样方法？

粉末样品采用液滴法

1、纳米粒子用乙醇等分散剂超声分散10—30分钟，浓度在0.2-2%左右。颗粒尺寸越大，所用分散液浓度越高。

2、用滴管、毛细管滴加1-2滴到铜网上，或者用镊子夹了铜网到分散好的悬浊液里面提拉一下，就应该能保证有足够的粒子挂上。

3、对于易挥发的样品，可直接放在样品盒里自然干燥。对于难挥发的样品液可用红外灯烘烤一下，尽量除去溶剂，易保护机械泵的油不被污染。对于一些烘烤会损毁其形貌的样品，就需要长时间的晾干，或者用反向镊子夹住，用电吹风的冷风吹干。

13.点分辨率和晶格分辨率有何不同？同一电镜的这两种分辨率哪个高？为什么？（重点）

①点分辨率：透射电镜刚能分清的两个独立颗粒的间隙或中心距离。在非相干照明条件下，点分辨率是振幅衬度。②晶格分辨率：当电子束射入样品后，通过样品的透射束和衍射束间存在位相差。由于透射和衍射束间的位相不同，它们间通过动力学干涉在相平面上形成能反映晶面间距大小和晶面方向的条纹像，即晶格条纹像。晶格分辨率与点分辨率是不同的，点分辨率就是实际分辨率，晶格分辨率的晶格条纹像是因位相差引起的干涉条纹，实际是晶面间距的比例图像。晶格分辨率更高。

14.与光学显微镜及透射电镜相比，扫描电子显微镜的特点是什么？

①放大倍率可高达200万倍，并且连续可调②分辨率：Conventional SEM:3-6nm；

FE-SEM(STEM):0.4-1.5nm③景深大、适于粗糙表面和断口，图像富有立体感④可用电子学方法、控制和改善图像质量⑤可多功能分析（微区成分、阴极荧光图像和阴极荧光⑥光谱、晶体管或集成电路的PN结及缺陷）；⑦可动态分析（加热、冷却、拉伸等）⑧制样简单，尺寸可大于100mm

15.电子束入射固体样品表面会激发哪些信号?它们有哪些特点和用途?

电子束入射固体表面样品主要会激发背散射电子，二次电子，吸收电子，透射电子，特征X 射线，俄歇电子，阴极荧光七种。

（1）背散射电子是固体样品中的原子核反弹回来的部分入射电子，它来自样品表层几百纳

米的深度范围，能量一般大于50eV。由于它的产额能随样品原子序数增大而增大，所以不仅能用做形貌分析，而且还可以用来显示原子序数的衬度，定性地用做成分分析

（2）二次电子是在入射电子束作用下背轰击出来离开样品表面的核外电子，能量小于50eV。当原子的核外电子从入射电子获得了大于相应的结合能的能量后，可离开原子变成自由电子。如果这种散射过程发生在比较接近样品的表层，哪些能量尚大于材料逸出功的自由电子可能从样品表面逸出，变成真空的自由电子，即二次电子。它来自表层5~10nm的深度范围内，它对样品表面形貌十分敏感，能用来非常有效的显示样品的便面形貌。

（3）吸收电子是非散射电子经多次弹性散射只有被样品吸收的部分，它能产生原子序数衬度，同样也可以用来进行定性的微区成分分析。

（4）透射电子是入射电子穿过薄样品的部分，它的信号由微区的厚度，成分和晶体结构来决定。可以利用特征能量损失电子配合电子能量分析器进行微区的成分分析

（5）特征X射线有样品原子内层电子被入射电子激发或电离而成，可以用来判断微区存在的元素

（6）俄歇电子是由内层电子能级跃迁所释放的能量将空位层的外层电子发射出去而产生的，平均自由程很小，只有1nm左右，可以用作表面层成分分析

（7）半导体、磷光体和一些绝缘体在高能电子作用下发射的可见光信号，它可用来表征发光物质的特征性质。

16.电磁透镜的像差是怎样产生的?如何来消除和减少像差?

像差包括球差、色差、像散。球差，是磁透镜中心区和边沿对电子的折射能力不同引起的。色差是由于电磁透镜磁场对不同波长的电子的会聚能力不同而造成的。像散是由于电磁透镜的周向磁场非旋转对称引起的。在几种像差中球差对电镜分辨率影响最大，且无简便方法消除。20世纪末，发展了球差校正技术，可大大减少球差。电镜中有消像散器，把像散校正到容许程度。

17.说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素是什么?如何提高电磁透镜的分辨

率？

影响光学显微镜的分辨率的是照明光源的波长，影响电磁透镜的分辨率的主要因素是像差中的球差。

18.试说明TEM的基本构造

电子光学系统（电子枪、聚光镜、光阑、物镜、中间镜、投影镜、消像散器等），真空系统，供电控制系统，附加仪器系统。

19.扫描电子显微镜主要有哪些成像衬度？

形貌衬度、原子序数衬度、电压衬度。

20.透射电镜主要由几大系统构成?各系统之间关系如何?

电子光学系统、真空系统，供电控制系统，附加仪器系统。电子光学系统是核心，其余的为辅助系统

三、热分析

1.定义及概念（名词解释）

热分析：热分析是测量在受控程序温度条件下，物质的物理性质随温度变化的函数关系的一组技术

TGA（热重分析）：热重分析是在程序温度控制下，测量物质质量与温度关系的一种技术，简称TG(或TGA)。

DTA（差热分析）：差热分析是在程序温度控制下，测量试样和参比物的温度差与温度的函数关系的一种技术。

DSC（差热扫描量热分析）：是在程序控制温度下,测量输入到物质和参比物的功率差(或热流率)与温度的关系的一种技术。

TMA（静态热机械分析）：在程序温度控制下，对一物质施加非振荡负载，测量物质的尺寸变化(形变)、应力与温度的函数关系的技术

DMA（动态热机械分析）：是研究在程序升温条件下测定动态模量和阻尼随温度的变化一种技术。

2.TG

曲线分析：

增重原因：①样品与氧化性气氛产生作用②吸附

失重原因：①化学键断裂②高温下挥发份的损失③样品与还原性气氛相互作用④脱附

高聚物失重曲线：第一个失重台阶多发生在100℃以下，原因是试样的吸附水或者试样内残留的溶剂挥发所致。第二个台阶往往是试样内添加的小分子助剂的挥发，第三个台阶发生在高温，是试样本体的分解造成的

分析仪器——热天平：

①天平式或弹簧秤式热重分析器：变位法（根据天平横梁的倾斜度或弹簧的伸长与质量的比例关系，用差动变压器等检测横梁的倾斜度或弹簧的伸长来称量物质的质量。）

②电磁式微量热天平：零位法（线圈转动所施加的力与质量变化成比例，该力又与线圈中的电流成比例，因此只需测量电流的变化，便可得到质量变化的曲线。）

影响热重曲线的的因素

1.仪器因素：气体的浮力与对流，挥发物的再凝聚，样品与样品盘的反应

2.实验因素：升温速率，环境气氛

3.试样因素：试样的用量，试样的粒度

应用：

①利用热重分析法评价聚合物的热稳定性（重点）

从TG曲线上可以看出失重最剧烈的温度和分解速率的大小，对于分解速率相近，即曲线斜率相差不大的两组聚合物，失重最剧烈的温度，即分解温度越高，热稳定性越好；对于分解温度相近的两组聚合物，分解速率越大，即TG曲线台阶越陡，热稳定性越差。

②进行高聚物的剖析与鉴定

③研究高聚物裂解反应动力学和测定活化能

3.DTA

基本原理：如果样品温度为T S，参比物温度为T R，

则我们所得到的DTA曲线纵坐标为ΔT=T S-T R。Δ

T为正表示放热反应，ΔT为负表示吸热反应。由此

可显示出与热量相伴的物理或化学变化。

DTA影响因素（注意判断分辨力和灵敏度）

A升温速率：升温速率影响峰的形状、位置和相邻峰分辨力。升温速率高，分辨率低。升温

速率慢，灵敏度低。

B试样的预处理及粒度：样用量大，易使相邻两峰重叠，

降低了分辨力。一般尽可能减少用量，最多大至毫克。

颗粒小可以改善导热条件，但太细可能会破坏样品的结

晶度。对易分解产生气体的样品，颗粒应大一些。试样

量越大，差热峰越宽，越圆滑。

4.DSC

分析仪器:

(1)功率补偿型DSC：(2)热流型DSC(热通量型)：

DSC与DTA的比较

DSC是在控制温度变化情况下，以温度（或时间）为横

坐标，以样品与参比物间温差为零所需供给的热量为纵

坐标所得的扫描曲线。

DTA是测量?T-T的关系，而DSC是保持?T=0，测定?H-T的关系。两者最大的差别是DTA只能定性或半定量，而DSC的结果可用于定量分析。DSC灵敏度和精确度更高，试样用量更少，定量方便易于测定结晶度，结晶动力学以及聚合、固化、交联、氧化、分解等反应的反应热及研究反应动力学，量程窄，-175~600℃DTA精确度不高，只能得到近似值，需要使用较多的试样，在发生热效应时试样的温度与程序温度间有明显的偏差，试样内部温度均匀性较差，量程宽-180~2400℃

DSC曲线分析

①玻璃化转变温度Tg的测定

升温速率将会对Tg值有影响，所以为了

对比起见，测定的Tg值应当注意升温速度

条件或用不同升温速度测定Tg，然后再外

推至升温速率为零时的Tg。

②熔点Tm的测定

③结晶度/%=(熔融峰面积-冷结晶峰面积)／100%结晶材料的理论熔融热焓)

如上图所示，冷结晶峰面积-29.13J/g，熔融峰面积45.05J/g，而100%结晶PET的理论熔融热焓为140J/g，则结晶度=(45.05–29.13）/140=11.37%

影响因素:主要有样品特性和实验条件的影响：

(1)样品质量；(2)样品几何形状?(3)样品盘种类的影响；(4)样品的纯度；(5)样品热历史；需要用标准物质来校正测定的温度和能量的准确性，常用的标准物质有铟、锡、铅等；(6)程序控温的线性和速度；(7)气氛的影响（氧化/还原、惰性，热导性，静态/动态）；(8)反应中的挥发物发生二次反应

应用：如何用DSC曲线方法检测聚合物共混物的相容性？（重点）

共混高聚物的Tg基本上由两种相混的均聚物的互溶性决定。如果两种均聚物彼此完全互溶，则共混物的性质几乎与相同的无规共聚物的相同，即Tg介于相应的均聚物的Tg之间。如果两种高聚物是互不相溶的。则共聚高聚物的内部有两相存在。对于每一相都可观察到各自的Tg。

5.TMA

特点：就一个方法的单性功能而言，TMA曲线的“指纹”性优于DTA或DSC。

2.TMA曲线测得的各种性质，如线膨胀系数（CTE）、热收缩率(ST)和收缩力(SFT)正是纤维应用时所涉及的重要性质。

3.高聚物支化度的测定

4.一个重要的应用是收缩动力学和收缩力现象的研究。它是纤维TMA理论研究中的主要内容。

6.DMA

动态热机械分析仪的种主要测量方法有：1.扭摆法（TPA）2.扭辫法（TBA）3.强迫共振法——振簧法4.强迫非共振法——粘弹谱仪

应用：1.T g的测定(灵敏度比DSC高2～3个数量级)

2.共混高聚物相容性的测定

共混高聚物的T g基本上由两种相混的均聚物的互溶性决定。如果两种均聚物彼此完全互溶，则共混物的性质几乎与相同的无规共聚物的相同，即T g介于相应的均聚物的T g 之间。

3.增塑对高聚物DMA曲线的影响

4.DMA法研究高聚物在T g以下的分子松弛运动

5.用DMA方法测定热固性树脂的固化过程

判断高聚物共混物的相容性的常用热分析方法是什么？

DTA、DSC、TMA、DMA

强迫非共振法DMA的主要测量模式是什么？

单悬臂梁；拉伸；剪切；双悬臂梁；压缩；三点弯曲；

材料科学研究方法 江苏大学

2013材料科学与研究方法复习题 一、名词解释(5题，15%) 材料、材料是指具有指定工作条件下使用要求的形态和物理状态的物质。 材料科学与工程、材料科学与工程学科以数学、力学及物理、化学等自然科学为基础，以工程学科为服务和支撑对象，是一个理工结合、多学科交叉的新兴学科，其研究领域涉及自然科学、应用科学和工程科学。 移植法、指讲某学科的原理，方法或技术等应用于研究和解决同一学科内的分支科学或其他学科和技术或方法问题，又称转域创造法。 原型启发法、对自然现象进行观察、探索受到启发来进行科学研究和创造发明的。起启发作用的事物称为原型 耗散结构、指从环境中输入能量或（和）物质，使系统转变为新型的有序状态，即这种形态依靠不断地耗散能量或（和)物质来维持。 蠕变是指金属在恒定应力作用下，随着时间的延长发生的缓慢而持续的形变( 非弹性变形). 超塑性、材料在特定的组织状态(如超细晶或复合材料) ，在一定温度和形变速率下表现出极高塑性的现象。 仿生学、指原型启发法中的原型为自然界的动植物或自然现象，从材料的观点研究生物材料的结构和功能特点，并用以设计和制造先进复合材料 材料设计、是依据积累的经验，归纳的实验规律和总结的科学原理制备预先确定目标性能材料的科学 多尺度材料模型、一般是由三个不同尺度的模型组成，即连续介质和介观层次，微观层次及原子层次材料模型。 材料设计专家系统、具有相当数量的各种背景知识，并能运用这些知识解决材料设计中有关问题的计算机程序系统 有限元法、有限元的基本思想是将结构物质看成是由有限个划分的单元组成的整体，以单元节点的位移或结点力作为基本未知量求解。 物理模型、对具有相同物理本质特征事物的抽象。在工程技术中，就是利用物理模型模拟实际系统的行为和过程的方法。 数值模拟、数值模拟是以实际系统和模型之间数学方程式的相似性为基础的

材料科学研究方法复习大纲参考答案

2012级《材料科学研究方法Ⅰ》复习大纲 一、 本学期各章所留作业的习题； 二、 补充思考题: 1.在UV-VIS 范围内，从原理上比较分子荧光、磷光的异同点，并比较它们的吸收现象。 电子从最低激发单线态S1回到单线态S0时，发射出光子称为荧光。 当电子从最低激发单线态S1进行间窜越到最低激发三线态T1,再从T1回到单线态S0时，发射出光子称为磷光。 2.什么是荧光淬灭？举例说明怎样利用荧光淬灭来进行化学分析？ 荧光分子与溶剂或其他溶质分子之间的相互作用，使荧光强度减弱的作用称为荧光淬灭。 3.在实际中，怎样区分荧光和磷光？ 荧光物质的荧光寿命一般为106 10~10 --s 。最长为610-s 。停止光照射荧光即熄灭；磷光波长较长，可达数秒至 数十秒，停止光照射后还会在短时间内发射。 4.比较荧光光谱法和紫外光谱法的仪器特点。 1、荧光有两个单色器，在样品池前设一激发单色器，光经激发单色器滤光后照射样品池，样品产生的荧光经过第二个单色器——发色光单色期后进入检测器； 2、为避免激发单色器的辐射光被检测，在垂直与入射光的方向测定荧光或磷光的相对强度。因此，发射单色器与激光单色器互成直角。 5.分子结构对分子荧光的影响主要主要有几个表现。环境对分子荧光的影响主要主要有几个表现。 分子结构：跃迁类型、共轭效应、取代基效应、结构刚性效应。 环境因素：溶剂效应、温度的影响、ph 的影响。 6. 苯甲醛能发生几种类型的电子跃迁？在近紫外区能出现哪几种吸收带？溶剂极性对紫外光谱有何影响 ？ 7.解释下列名词 （1）拉曼效应 在光的散射现象中的一种特殊效应，和X 射线散射的康普顿效应类似，光的频率在散射后会发生变化，频率的变化决定于散射物质的特性。 （2）拉曼位移 拉曼位移，当激发光与样品分子作用时，如果光子与分子碰撞后发生了能量交换，光子将一部分能量传递给了样品分子或从样品分子获得一部分能量，从而改变了光的频率。 （3）拉曼光谱 拉曼散射的光谱。 （拉曼散射：散射光的频率与入射光的之差ν?是相同的，都等于分子振动跃迁能，这样的散射叫做拉曼散射） （4）斯托克斯线 在拉曼散射中频率低于入射光的射线称为斯托克斯线 （5）反斯托克斯线 在拉曼散射中频率高于入射光的射线成为反斯托克斯线

新材料业2018年投资策略较全

新材料业2011年投资策略：产业升级材料先行 摘要： 新材料：有序发展的战略性先导产业。国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》确定“十二五”期间重点发展的七大战略性新兴产业，新材料产业被定性为“国民经济的先导产业。针对不同新材料的发展水平，《决定》部署的发展规划可以概括为：1)大力发展新型功能材料；2)积极发展结构材料；3)提升高性能纤维及其复合材料水平；4)开展共性基础材料研究。发展新材料产业，中国赢得全球竞争的必然选择。作为承载人类物质文明的基础，主导材料经历了从石器到硅器的转变，新型材料成为新时代的起点。目前发达国家均已制定发展新材料产业的政策规划，作为全球竞争的参与者，中国不能忽视新材料的重要性。另一方面中国转变经济发展模式，大力发展节能环保、新能源等战略性新兴产业离不开新材料的开发和应用。 新材料子行业的三围：“技术、市场、政策”。新材料作为创新产品，技术解决存在问题，市场解决生存问题，政策解决速度问题，因此技术相对成熟，能够实现产业化，市场空间巨大，且符合国家产业政策方向的新材料子行业更具有吸引力。我们建议重点关注新能源材料中的稀土材料、锂电池材料；节能环保材料中的节能材料、净化材料、化工新材料中的高性能纤维等。 投资策略：“选择重点子行业，优中选优”。不管是应用创新还是材料创新，在实现产业化之前都存在不确定性，合适的标的将能有效降低风险，提高收益。重点子行业中的优势公司确定性更高，投资价值更大。新材料类公司的竞争优势主要集中在技术和资源两方面，技术的独有性能够建立进入壁垒，资源的垄断性能够带来超额收益，此外具有明确政策扶持，

符合国家产业发展方向的新材料子行业的发展步伐会更快。基于以上标准，我们建议投资者重点关注：中科三环[23.25 -2.11% 股吧研报](000970.SZ)、赣锋锂业[24.601.23%股吧研报](002460.SZ)、钢研高纳[16.22 -0.80% 股吧研报](300034.SZ)、江苏国泰[13.30 0.15%股吧研报](002091.SZ)、双象股份[19.950.50%股吧研报](002395.SZ)等。 引言： 2008年的一场的金融危机诱发国人对中国传统经济发展模式的思考，旧有的以固定资产投资为主发展路径在中国已不具可持续性，以消费、创新为主导的发展模式成为经济转型必然选择，由此引出发展战略性新兴产业国家定位。国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》指出节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料和新能源汽车七个产业作为重点领域将集中力量加快推进，并详细规划了节能环保等七大产业的未来发展重点。 《决定》指出到2015年，我国战略性新兴产业增加值占国内生产总值比重力争达到8%左右；到2020年，战略性新兴产业增加值占国内生产总值的比重力争达到15%。其中新材料产业作为国民经济的先导产业，在政策的支持下，将迎来高速发展时期。 1.种类繁多的新材料 1.1新材料定义 新材料是指新出现的或正在发展中的具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料；或指在传统材料基础上通过新技术(工艺、装备)处理所获得的性能明显提高或产生了

设计方法论

玄关门厅的设计方法 玄关原指佛教的入道之门，现在泛指厅堂的外门，也就是居室人口的一个区域。设玄关的目的有三: 1.是为了保持主人的私密性。避免客人一进门就对整个居室一览无余，也就是在进门处用木质或玻璃作隔断，划出一块区域，在视觉上遮挡一下。 2.是为了起装饰作用。进门第一眼看到的就是玄关，这是客人从繁杂的外界进入这个家庭的最初感觉。可以说，玄关设计是设计师整体设计思想的浓缩，它在房间装饰中起到画龙点睛的作用。 3.是方便客人脱衣换鞋挂帽。最好把鞋柜、衣帽架、大衣镜等设置在玄关内、鞋柜可做成隐蔽式，衣帽架和大衣镜的造型应美观大方，和整个玄关风格协调。玄关的装饰应与整套住宅装饰风格协调，起到承上启下的作用。 首先，在装潢前要对玄关的设计及形式有所认识，从玄关与房子的关系上，玄关装潢可分为以下几种： （1）独立式：一般玄关狭长，是进门通向厅堂的必经之路。可以选择多种装潢形式进行处理。 （2）邻接式：与厅堂相连，没有较明显的独立区域。可使其形式独特，或与其他房间风格相融。 （3）包含式：玄关包含于进厅之中，稍加修饰，就会成为整个厅堂的亮点，既能起分隔作用，又能增加空间的装饰效果。 由此可见，玄关的设计应依据房型和形式的不同而定。可以是圆弧型的，也可以是直角型的，有的房型入口还可以设计成玄关关走廊。式样有木制的、玻璃的、屏风式的、镂空的等。 总的来说，由于玄关的面积一般都不大，所需费用也就不太高。因此，主人尽可以多花些工夫装饰玄关，能起到花钱不多、事半功倍的理想效果。 居室的大门入口，是开门后给人第一印象的重要场所，也是平时家人出入的必经之地，不宜把插花、盆栽、盆花、观叶植物等并陈，既阻塞通路，也容易碰伤植物。若是门厅比较阔大，可在此配置一些观叶植物，叶部要向高处发展，使之不阻碍视线和出入。摆放小巧玲珑的植物，会给人以一种明朗的感觉，如果利用壁面和门背后的柜面，放置数盆观叶植物，或利用天花板悬吊抽叶藤（黄金菖）、吊兰、羊齿类植物、鸭跖草等，也是较好的构思。 玄关设计形式要素

TEM在材料科学研究中应用的最新进展

TEM在材料科学研究中应用的最新进展 【摘要】本文主要介绍透射电镜在材料研究中中的应用与进展，通过目前TEN 的应用的范围确定其发展趋势，主要通过在材料领域的研究分析取得成果论述TEM的进展和重要作用，通过课堂学习和资料的收集对TEM的发展和应用进行简单总结和展望。 【关键词】透射电镜；材料研究；发展方向； 引言 材料是现代文明的三大支柱之一。在材料的开发研究的过程中，科研人员有了很多突破，也遇到很多困难。开发了新材料就需要分析它的结构和性能，这就离不开材料分析测试技术。从过去的成分分析和一般的结构分析, 发展到从微观和亚微观结构这两个层次上去寻找物质的功能与物质结构之间的内在关系, 寻找物质分子间相互作用的微观反应规律，这样。的发展对于材料的结构和功能的分析非常有利。 正文 有了透射电子显微技术（TEM）我们就能分析样品内部的精细结构，更加深入的观察和分析物质的结构和性能；有了扫描电子显微技术(SEM)我们的表面分析取得了突破性进展，电子束与物质作用产生的各种信号帮助我们进行不同方面的分析：原子衬度、表面形貌，微区分析，这些信号都有各自偏重方面的优势；有了X射线光电子能谱分析(XPS)，不仅能分析成分，还能分析化学态；有了扫描隧道显微技术(STM)，可直接观察样品表面发生的物理或化学反应的动态过程及反应中院子的迁移过程……我结合课堂说所了解的知识和网上的资料对近年来的TEM在材料科学中研究应用的最新进展进行简要的汇总和展望。 透射电子显教分析方法是通过透射电子显微镜(TEM-Transmissim Eleetron Microscope)进行的。透射电镜具有最高的分辨率，如H一8O0透射电镜，分辨率可达1.4?，所以它是最微分析的重要手段之一。 TEM在材料科学研究中的6个常见用途。 (a)利用质厚衬度(又称吸收衬度)像,对样品进行一般形貌观察; 纳米材料的形貌观测 文献①用控制沉淀法制备了不同形貌的碳酸钙微粉，用SEM和TEM分别对其进行了表征，并在此基础上讨论了影响产品晶形和形貌的主要因素，以期能更好地理解碳酸钙微粉的成核与生长机理。文献②报道了利用脉冲激光

材料科学研究方法概述

材料科学研究方法概述 一．材料的定义、特点与分类 1.定义 物质经材料合成或材料化后才成为材料，材料具有指定工作条件下使用要求的形态和物理状态的物质。 2.分类 材料按物理化学属性可分为：金属、无机非金属、高分子材料、复合材料； 按来源可分为：天然材料和人造材料； 按用途可分为：功能材料和结构材料； 按状态可分为：气态、固态和液态。 3.材料的几大效应 （1）材料的界面效应 材料的界面有晶界、相界、亚晶界、孪晶界等。材料的力学性能、物理性能及化学、电化学性能都与材料的各种界面有着非常密切的关系。材料的形变、断裂与失效过程，起源于各种界面的占了大部分，材料加工过程中的各种变化也基本上都与界面有关。界面的研究在材料科学中有着重要的地位。不同材料的界面有以下几种效应。 A.分割效应。是指一个连续体被分割成许多小区域，其尺寸大小、中断程度、分散情况等对基体力学性能及力学行为的影响； B.不连续效应。界面上引起的结构、物理、化学等性质的不连续和界面摩擦出现的现象，如电阻、介电特性、耐热性、尺寸稳定性等； C.散射和吸收效应。界面处对声波、光波、热弹性波、冲击波等各种波产生的散射和吸收，影响材料的透光性、隔热性、隔音性、耐冲击性等； D.感应效应。界面产生的感应效应，特别是应变、内部应力及由此产生的某些现象，如高的弹性、低的热膨胀性、耐热性等。 界面问题涉及界面两侧原子的对势、电子态和电子结构、界面原子键合的性质、结合能、界面两侧晶体结构和界面晶体结构的关系、界面切变模量、界面位错形核与反应、环境对界面过程的影响等多方面的问题。界面的热力学、界面偏析、界面扩散、界面化学反应等都是材料科学中的重要问题，特别是纳米材料的界面及其新的效应、复合材料的界面更是现代材料科学研究中的热点。（2）材料的表面效应 晶体表面也是材料界面的一种，只是材料的固体表面和周围介质（气体、液体）的界面。材料表面的原子、分子或离子具有未饱和键，并且由于结构的不对称而造成晶格畸变，所以材料表面都具有很高的反应活性和表面能，而且具有强烈降低其表面能，力求处于更稳定能量状态的倾向。（3）材料的复合效应 复合材料具有的复合效应主要有线性效应和非线性效应。线性效应有平均效应、平行效应、相补效应、相抵效应等；非线性效应有相乘效应、诱导效应、共振效应、系统效应等。一般结构复合材料具有线性效应，但很多功能复合材料则可利用非线性效应创造出来，最明显的是相乘效应。（4）材料的形状记忆效应 具有一定形状的固体材料，在某一低温状态下经过塑性变形后，通过加热到这种材料固有的某一临界温度以上时，材料又恢复到初始形状的现象，称为形状记忆效应。具有形状记忆效应的材料称为形状记忆材料。 （5）材料的动态效应 各类材料的失效大都是由量变到质变的动态过程。加强对失效动态过程的分析研究，才能更深刻地揭示材料的失效机理及其控制因素。 （6）材料的环境效应

浅析科学方法论在物理科学学习中的作用

浅析科学技术方法论在材料科学中的作用 摘要：科学方法论是“自然科学方法论”的简称。它既是马克思主义认识论的具体体现，又是对各门自然科学的认识方法的概括和总结。它所涉及到的观察、实验、测定、数据处理、分类、提出假说、验证假说、得出结论等步骤，正体现了材料研究方法的一般规律。所以，科学方法论是正确认识材料的重要理论依据，又是培养解决实际问题能力的基本途径和步骤。 关键词：科学技术方法论材料实验方法 所谓科学技术方法论就是关于科学技术研究中常用的一般方法的理论体系，是关于科学研究和工程技术研究一般方法的性质、特点、内在联系和变化发展的理论体系。这与研究材料性能的方法极为符合。因此，在材料研究的学习中，科学技术方法论给我们提供了研究材料科学的方法依据以及理论依据，就如前进的道路上有了一盏明灯照耀。 一、认识科学技术方法论 1、诞生条件 亚里士多德在《形而上学》一书中说：“哲学和科学的诞生有三个条件。第一是‘惊异’，是人们对自然现象和社会现象所表现出来的困惑和惊奇。有了惊异也就感受到了自己的无知，自知其无知者为了摆脱无知就追求知识，求知并非为了实用的目的，而是纯粹是一种对智慧的热爱。第二个条件是‘闲暇’。知识阶层不用为着生活而奔波劳碌，因为，整天从事繁重体力劳动没有闲暇的人，是无法从事求知这种脑力劳动的。第三个条件是‘自由’。哲学知识是自足的，它不以别的什么目的而存在。它是一门自由的学问，它要求自由地思考、自由地发表意见，不受他种目的和利益支配。”由此可见，科学技术方法论最初是因好奇而起，经过无数前辈们的无数次实验总结而来的。它涵盖了社会各个领域，它既是马克思主义认识论的具体体现，又是对各门自然科学的认识方法的概括和总结。 2、主要内容 方法论，就是人们认识世界、改造世界的一般方法，是人们用什么样的方式、方法来观察事物和处理问题。概括地说，世界观主要解决世界“是什么”的问题，方法论主要解决“怎么办”的问题。科学方法的定义是指：人们在认识和改造世界中遵循或运用的、符合科学一般原则的各种途径和手段，包括在理论研究、应用研究、开发推广等科学活动过程中采用的思路、程序、规则、技巧和模式。简单地说，科学方法就是人类在所有认识和实践活动中所运用的全部正确方法。科学方法论是关于科学的一般研究方法的理论，探索方法的一般结构，阐述它们的发展趋势和方向，以及科学研究中各种方法的相互关系问题。 科学方法论有广义狭义之分。狭义的仅指自然科学方法论即研究自然科学中的一般方法，如观察法、实验法、数学方法等。广义的则指所有正确的方法论，

研究生材料科学研究与分析方法电镜部分复习重点

电镜部分重点复习内容： 1．根据衍射分辨率的公式，并给出各参数物理意义？分别说明提高光学显微镜和透射电子显微镜的方法和途径？ 答： 衍射分辨率的公式为：α λsin 61.00n r ≈?，其中λ为入射光的波长；n 为样品与物镜之间介质的折射率；α为孔径半角。 对于具体某一光学显微镜来说：其λ不能改变，故提高其分辨率可以增大n 和α的值。 对于具体某一透射电子显微镜来说：其n 值不能改变，故提高其分辨率可以减小λ以及增大α值，不过α值的改变量很小。 2．解释景深和焦长，并说明电磁透镜景深和焦长主要受哪些因素影响? 答： 景深定义：当像平面固定时(像距不变),能维持物像清晰的范围内, 允许物平面(样品)沿透镜主轴移动的最大距离Df 。 焦长定义：固定样品的条件下（物距不变），象平面沿透镜主轴移动时仍能保持物像清晰的距离范围，用DL 表示。 景深ααr r D f ??≈=0 02tan 2，因此影响景深的因素是电磁透镜的分辨率 r ?0和孔径半角α。焦长M r D L 202α?=，因此影响焦长的因素是电磁 透镜的分辨率r ?0，放大倍数M 以及孔径半角α。

3．解释电子显微镜的像差有哪些，如何减少像差？ 包括球差、像散以及色差。 答： 减小球差可以通过减小球差系数C S和电磁透镜的孔径半角 。 消除像散的方法是可以安装消像散器。 减小色差的方法是可以通过稳定加速电压和透射电流来减弱。4．AFM的工作模式及各自优缺点？ 答： 三种操作模式 1.接触模式； 针尖与样品表面距离小（＜1nm），利用原子间的极微弱的排斥力（10e-8～10e-6N ); 可获得高解析度图像; 样品变形，针尖受损; 不适合表面软的材料. 2.非接触模式; 针尖距样品表面5nm—20nm 不损伤样品表面和针尖，可测试表面柔软样品; 分辨率低;

材料科学研究的基本方法与规律

材料科学研究的基本方法与规律 摘要本文首先从广义和狭义上对材料研究方法进行了定义，从材料的组成和结构出发，根据不同的应用场合和不同的结构层次对材料进行层次划分。对非宏观层次的材料按信息形式分为图像分析法和非图像分析法，并对它们进行了阐述和讨论。 关键词材料结构层次，图像分析法，非图像分析法 Methods and Rules of Materials Science Research LIU Chensi Sochow University, Mechanical and Electrical Engineering ABSTRACT In this paper, materials research methods from the broad and narrow are defined at first, then according to different applications and different structural levels of materials the material composition and structure of the hierarchy divided. Forms of information into non-macro-level materials are divided into image analysis and image analysis, and they are elaborated and discussed. KEY WORDS l evel of the material structure, image analysis, non- image analysis 材料科学的主要任务是研究材料，而研究材料必须以正确的研究方法为前提。 研究方法从广义来讲，包括技术路线、实验技术、数据分析等。具体来说，就是充分了解研究对象所处的现状的基础上，根据具体目标，详细制定研究内容、工作步骤及所采用的实验手段，并将实验获得的数据进行数学分析和处理，最后得出规律或建立数学模型。其中，技术路线的制定是至关重要的，实验方法的选择也是非常关键的。譬如说，虽然制定出完整的技术路线，但若没有相应的实验方法或先进的测试手段与之对应，则难以达到预期的目的；反过来，若仅有先进的测试手段，而没有正确的技术路线，也同样难以达到预期目的。两者相辅相成，缺一不可。 从狭义上来说，研究方法就是某一种测试方法。如X射线衍射分析、电子显微技术、红外光谱分析等，包括实验数据（信息）获取和分析。因为每一种实验方法均需要一定的仪器，所以也可以说，研究方法指测试材料组成和结构的仪器方法。

方法论-笛卡尔

《谈谈方法》 笛卡尔 【全名为《谈谈正确引导理性在各门科学上寻找真理的方法》。文章以半自传的形式，深入浅出地介绍了作者新的哲学方法及其形成过程。作者从几何学和代数学的优缺点总结出四条原则：（一）不要把任何事物看成是真的，除非对它已经认识清楚了。（二）要用逐步分析的方法系统地解决问题。（三）思考时，由简到繁。（四）要彻底复查一切，做到确实无遗漏。在四条规则中，作者指出了三种具体的方法：怀疑的方法、分析、演绎和列举推理的方法。尤其主张普遍怀疑，认为一切都可怀疑，只有怀疑者本身不可怀疑，从而得出"我思故我在"这一哲学公式。对于作者，怀疑和怀疑的克服学说是哲学的入门途径，这种学说的锋芒是直接针对当时占统治地位的经院哲学，因此被誉为西方近代哲学的宣言。】 第一段 在世界上的一切事物中，惟有健全的理性是为人人所最均等分有的。因为每一个人都认为他已经充分地有了这种天然的禀赋，所以甚至那些在任何别的事上最难感觉满意的人，独在理性方面除了他们所已有的外，通常也更不望再有多求。？在这件事上既然不像人人都会

犯错误，这便可以证明正确的判断力和分辨真伪的能力，即所称为健全的常识或理性是人类与生俱来的共有之物。这样看来，我们彼此之所以有不同的意见，并不是因为我们当中某些人比其他的人赋有更多的理性，乃是纯粹因为我们把思想引领到不同的路线，以及各人所注意的对象并不相同。仅有一个元气充健的心性是不够的，主要的条件是要能善于运用。最大的心性可能造成最高的优德，也可能造成最大的恶行；那些行走缓慢而遵循正径的人，可以比那些飞奔疾驰而背离正道的人有更真实的进步。 至于我自己，我从来没有幻想到我的心性比其他一般人更完全。相反地，我毋宁常希望我自己跟一些别的人能够同有敏捷的思想，或清晰明了的想象力，或充沛与持久的记忆力。除了这些之外，我再也想不出有任何东西可以帮助完成心性的功能。理性或常识即是造成人之所以为人，和人之所以异于禽兽的唯一事物，我便相信它是全部为人人所同有的。在这一点上，我采纳一般哲学家共同的意见，认为程度多少的差异，仅可以在偶然的意外的事上发生，但是在同一种类之内，一切(个体)的本性或(格式)（Form）却无分别之可言。 然而我可以毫无踌躇地说，我特别幸运，早在童年时代便已踏入沉思和爱好金玉良言的途径，由此而理出了一种思想方法。藉着这种思想的方法，我认为我已经有了一个在我平凡的才能和短促年寿里可以充分地逐步增进知识，以达于最高峰的工具。因为根据我经验的成果，虽然我已经有一样不是徒劳无益的，但是我却在追求真理已经获得的进步上，得到了无上的满足，而且不自禁地怀抱着一种未来的希

首钢信息化方法论的研究样本

首钢信息化办法论研究 首钢信息化发展历程大概从到是北京地区，当时首钢重要钢铁产业在北京石景山地区，是实现了北京首钢地区钢铁产业管理信息化。第二阶段就是首钢在开始搬迁了，从-首钢钢铁产业开始向河北地区进行转移，咱们在这个阶段上了首钢迁安、秦皇岛、顺义、曹妃甸等一业四地，在搬迁过程当中首钢产品构造也得到了调节，从老式长材，向高品位板材调节，作为钢铁信息化对象来讲，长材和板材具备着完全不同特点，板材规定会更细致，更复杂，要复杂多，是这样一种阶段。 特别体当前MES，也就是生产制造执行系统当中板材产业会比长材相应系统复杂多。第三阶段是到当前结合首钢曹碑甸钢铁基地建设和咱们其她基地持续优化，咱们到当前形成这样一种阶段，大概发展是这样三个阶段。 当前首钢信息化重要成就正如这张图片所展示，在推动首钢钢铁主业信息化功能和系统功能架构图。在推动钢铁主业，首钢钢铁主业由老式管理向当代管理转变，经济增长模式由数量型向品种质量效益型，满足客户需求型转变过程中，积极适应首钢钢铁主业转移和做大做强作精需要，形成了首钢自动化、信息化一种整个管理架构和平台。上面这一排是公司资源筹划，咱们整个首钢集团强调是集中性，整个钢铁集团覆盖了三千万吨以上钢铁产能和全国各种省市，涉及河北省

为主某些地区，咱们资源筹划是集中，咱们资源业务，采购销售都相对是集中。 实体运作灵活性，由于首钢这些钢铁基地还都是独立法人，不像国外集团，实体运作灵活性。整体各某些协调性，由于在钢铁老式产业当中，专业管理划分也很清晰，各专业在信息化平台上进行协调。各实体，各专业反映高效性，尚有咱们各级决策科学性，在整个信息化平台支撑下咱们追求这几种方面性能。 下面咱们有几种体系概括出来，一种是业务流程体系，一种是咱们财务管控体系，一种是咱们产销体系。在钢铁高品位板材生产当中是按订单生产，没有订单是不能生产，因此这是产销体系。在一种是咱们物流体系，物流系统，尚有一种是咱们质监体系，质监体系和产销体系在钢铁当中是非常具备钢铁行业特点，当前钢铁高品位产业是这样，如果信息化出毛病了的确要停产，所有产线都正常也不能生产，由于你要管到每一块坯子，甚至包装出来每一包，你要生产出来也没有这个机构，也没有这个定源，也没有业务基本用人工记录，生产出来会来了一帮人，男女不懂得，政治面目也不懂得，你卖给谁去，卖派活，的确信息化非常重要，产销沟通是非常重要。 咱们质监体系，当前钢铁生产，特别是高品位板材生产对质量工作，质量设计，质量过程控制和最后质量鉴定和在线鉴定都是非常有规定。

2016级材料科学研究方法

2016级材料科学研究方法Ⅱ复习攻略 考试时间及地点：6月27日星期一13:50-15:30 第二公共教学楼A区A215材料1303-4 答疑时间：6月23日星期四 答疑地点：李伟老师科研中心B110（电子显微分析） 李先锋老师科研中心B108（X射线衍射技术） 付维贵老师科研中心B201（热分析） 题型及形式：闭卷考试；填空20分20题；判断10分10题；简答40分；名词解释6题，每题5分，共30分。 正确的打开方式：下划线部分或加粗体部分为老师上课反复强调内容、课堂测验题或课后作业题。 一、X射线技术应用 1.X射线的本质：X射线本质上是一种具有较短波长的高能电磁波，具有波粒二象性。 波动性：具有一定的频率和波长。粒子性：光子数可计。 2.X射线的产生和发现 发现：1895年11月8日伦琴在实验中发现：当克鲁克斯管接高压电源，会放射出一种穿透力极强的射线，他命名为X射线。 产生：高速运动的带电粒子撞击到任何物质时，电子的运动突然受阻失去动能，发生能量交换，从而产生X射线(产生条件：a.产生自由电子；b.使电子作定向的高速运动?c.在其运动的路径上设置一个障碍物，使电子突然减速或停止) 3.X射线的类型： ①连续X射线(多色X射线):具有连续波长X射线，构成连续X射线谱，它和可见光相似.产生机理：能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一次产生一个能量为hv的光子，这样的光子流即为X射线。单位时间内到达阳极靶面的电子数目是极大量的，绝大多数电子要经历多次碰撞，由此产生连续X 射线谱。 ②标识X射线（特征X射线，单色X射线）：是在连续谱的基础上叠加若干条具有一定波长的谱线 产生机理：与阳极物质的原子内部结构紧密相关的。原子系统内的电子按泡利不相容原理和能量最低原理分布于各个能级。在电子轰击阳极的过程中，当某个具有足够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出时，于是在低能级上出现空位，系统能量升高，处于不稳定激发态。较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁，并以光子的形式释放多余的能量辐射

计算机在材料科学中的应用

材料与化工学院 2012级材料科学与工程一班 课程作业：计算机在材料科学中的应用学生姓名：张硕

学生学号：20120413310040 授课老师：陈大明 摘要 VASP是维也纳大学Hafner小组开发的进行电子结构计算和量子力学-分子动力学模拟软件包。它是目前材料模拟和计算物质科学研究中最流行的商用软件之一。（1）它在材料学中有广泛的运用，具有很高的使用价值。Vasp仍在不停开发中，有更多更有用的功能将会被人们开发，这会使人们对材料的研究更加透彻。 关键词 Vasp 电子结构计算和量子力学-分子动力学材料模拟物质科学 一．简介 VASP是维也纳大学Hafner小组开发的进行电子结构计算和量子力学-分子动力学模拟软件包。它是目前材料模拟和计算物质科学研究中最流行的商用软件之一。Vasp是基于castep（Cambridge Sequential Total Energy Package 的缩写是一个基于密度泛函方法的从头算量子力学程序）1989版开发的。 VASP通过近似求解Schr?dinger方程得到体系的电子态和能量，既可以在密度泛函理论（DFT）框架内求解Kohn-Sham方程(已实现了混合（hybrid）泛函计算)，也可以在Hartree-Fock（HF）的近似下求解Roothaan方程。此外，VASP也支持格林函数方法（GW准粒子近似，ACFDT-RPA）和微扰理论（二阶M?ller-Plesset）。 VASP使用平面波基组，电子与离子间的相互作用使用模守恒赝势（NCPP）、超软赝势（USPP）或投影扩充波（PAW）方法描述。 VASP使用高效的矩阵对角化技术求解电子基态。在迭代求解过程中采用了Broyden和Pulay密度混合方案加速自洽循环的收敛。VASP可以自动确定任意构型的对称性。利用对称性可方便地设定Monkhorst-Pack特殊点，可用于高效地计算体材料和对称团簇。Brillouin区的积分使用模糊方法或Bl?chl改进的四面体布点-积分方法，实现更快的k 点收敛。（2） vasp中的方法基于有限温度下的局域密度近似（用自由能作为变量）以及对每一MD 步骤用有效矩阵对角方案和有效混合求解瞬时电子基态。这些技术可以避免原始的方法存在的一切问题，而后者是基于电子、离子运动方程同时积分的方法。离子和电子的相互作用超缓Vinderbilt赝势(US-PP)或投影扩充波(PAW)方法描述。两种技术都可以相当程度地减少过渡金属或第一行元素的每个原子所必需的平面波数量。力与张量可以用很容易地计算，用于把原子衰减到其瞬时基态中。

计算材料学

计算材料学（Computational Materials Science），是材料科学与计算机科学的交叉学科，是一门正在快速发展的新兴学科，是关于材料组成、结构、性能、服役性能的计算机模拟与设计的学科，是材料科学研究里的“计算机实验”。它涉及材料、物理、计算机、数学、化学等多门学科。 计算材料学- 学科介绍 计算材料学（Computational Materials Science），是材料科学与计算机科学的交叉学科，是一门正在快速发展的新兴学科，是关于材料组成、结构、性能、服役性能的计算机模拟与设计的学科，是材料科学研究里的“计算机实验”。它涉及材料、物理、计算机、数学、化学等多门学科。计算材料学主要包括两个方面的内容：一方面是计算模拟，即从实验数据出发，通过建立数学模型及数值计算，模拟实际过程；另一方面是材料的计算机设计，即直接通过理论模型和计算，预测或设计材料结构与性能。前者使材料研究不是停留在实验结果和定性的讨论上，而是使特定材料体系的实验结果上升为一般的、定量的理论，后者则使材料的研究与开发更具方向性、前瞻性，有助于原始性创新，可以大大提高研究效率。因此，计算材料学是连接材料学理论与实验的桥梁。 计算材料学- 研究领域 材料的组成、结构、性能、服役性能是材料研究的四大要素，传统的材料研究以实验室研究为主，是一门实验科学。但是，随着对材料性能的要求不断的提高，材料学研究对象的空间尺度在不断变小，只对微米级的显微结构进行研究不能揭示材料性能的本质，纳米结构、原子像已成为材料研究的内容，对功能材料甚至要研究到电子层次。因此，材料研究越来越依赖于高端的测试技术，研究难度和成本也越来越高。另外，服役性能在材料研究中越来越受到重视，服役性能的研究就是要研究材料与服役环境的相互作用及其对材料性能的影响。随着材料应用环境的日益复杂化，材料服役性能的实验室研究也变得越来越困难。总之，仅仅依靠实验室的实验来进行材料研究已难以满足现代 新材料研究和发展的要求。然而计算机模拟技术可以根据有关的基本理论，在计算机虚拟环境下从纳观、微观、介观、宏观尺度对材料进行多层次研究，也可以模拟超高温、超高压等极端环境下的材料服役性能，模拟材料在服役条件下的性能演变规律、失效机理，进而实现材料服役性能的改善和材料设计。因此，在现代材料学领域中，计算机“实验”已成为与实验室的实验具有同样重要地位的研究 手段，而且随着计算材料学的不断发展，它的作用会越来越大。 计算材料学的发展是与计算机科学与技术的迅猛发 展密切相关的。从前，即便使用大型计算机也极为困难的一些材料计算，如材料的量子力学计算等，现在使用微机就能够完成，由此可以预见，将来计算材料学必将有更加迅速的发展。另外，随着计算材料学的不断进步与成熟，材料的计算机模拟与设计已不仅仅是材料物理以及材料 计算理论学家的热门研究课题，更将成为一般材料研究人员的一个重要研究工具。由于模型与算法的成熟，通用软件的出现，使得材料计算的广泛应用成为现实。因此，计算材料学基础知识的掌握已成为现代材料工作者必备的 技能之一。 计算材料学涉及材料的各个方面，如不同层次的结构、各种性能等等，因此，有很多相应的计算方法。在进行材料计算时，首先要根据所要计算的对象、条件、要求等因素选择适当的方法。要想做好选择，必须了解材料计算方法的分类。目前，主要有两种分类方法：一是按理论模型和方法分类，二是按材料计算的特征空间尺寸(Characterist ic space scale)分类。材料的性能在很大程度上取决于材料的微结构，材料的用途不同，决定其性能的微结构尺度会有很大的差别。例如，对结构材料来说，影响其力学性能的结构尺度在微米以上，而对于电、光、磁等功能材料来说可能要小到纳米，甚至是电子结构。因此，计算材料学的研究对象的特征空间尺度从埃到米。时间是计算材料学的另一个重要的参量。对于不同的研究对象或计算方法，材料计算的时间尺度可从10-15秒（如分子动力学方法等）到年（如对于腐蚀、蠕变、疲劳等的模拟）。对于具有不同特征空间、时间尺度的研究对象，均有相应的材料计算方法。 目前常用的计算方法包括第一原理从头计算法，分子动力学方法，蒙特卡洛方法，有限元分析等。 计算材料学是目前材料科学中发展最快的科目。随着大量的论文发表和科研材料的科学家数量的快速增加，现在已有条件检验计算材料学对材料科学的影响。可以回顾以下计算机模拟在新材料的发展上起过什么作用，或许更重要的是，总结在材料性能的基础研究方面有哪些突破应该归公与计算机模拟。 有意思的是，人们对模拟方法的期望竟产会超过实际的结果，然而这些过高的期望往往更多来自非专业认识而不是那些正在做这些工作的饿人。如果问一个从事计算材料学的人关于现在使用的方法，他回非茶馆内谨慎地回答：尽管我们的方法很可靠，但仍需要大的发展。这些方法有欠缺并不奇怪，计算材料学只有几十年的历史。因此，我们在关注它现今的地位时，必须同样关注仿镇与建模的可靠性。这门年轻的学科，已经有诸多长足的发展，涉及到许多包含多种距离尺度的现象。 也许最原始的计算材料学是计算固体的电子结构。这些计算显然已经非常成功地表述了材料的结构和性质。现在，对于许多晶体材料，预计的点阵常数和实验值仅相差百分之几。最近的弹性常数计算方法得到了与实验值非常吻合的结果，而且实行起来也比实验容易得多。多体理论的发展，使得目前已能对简单半导体禁带宽度进行预测。 但是，基于这样一些成果，电子结构计算往往表述得似乎比实验值更精确。实际上，着些计算含有很多近似，而且很容易发生误导而得到错误的结论。此外，近似法限

清华大学材料学院本科课程介绍

材料学院 00350032 材料科学与工程概论2学分32学时 Introduction to Materials Science and Engineering 随科技发展，材料科学已经成为现代科技和生活中必备的一门知识，涉及到科研和日常生活的各个方面。本课程将为所有感兴趣的大学生普及材料方面的基本知识和理论，介绍材料科学与工程学科的四个基本要素（材料的成分与组织结构、性能、工艺及使用条件下的性能）。从不同材料所具有的共性规律角度阐述以上四方面的基本知识，并着重说明他们彼此之间的本质联系及综合运用的方法。这些知识对于人们认识和使用材料是十分必要的。 00350042 环境材料学2学分32学时 Ecomaterials 环境材料是材料学科中的一个重要门类。环境材料学主要研究在材料加工和使用过程中如何减少对环境的破坏；建立定量的评价材料环境负担性的生态循环评估方法（LCA）；将环境负荷作为一个考核材料的新指标，用于指导开发具有环境意识的绿色材料和产品；把资源效率、生态平衡、环境保护、可持续发展等学科知识融入材料科学，保护自然，造福人类。通过本课程学习，理解环境材料的基本内涵，特别是材料与环境相互影响和相互制约的基本知识；了解研制和开发环境兼容性材料的基本方法及设计原则；学习如何评价材料的环境负担性的LCA方法；并对环境材料的类别和发展有所掌握。 00350052 国内外新材料的奇妙应用2学分32学时 Innovations of New Materials 材料是人类生存的物质基础，新材料技术是现代各项其他高新技术的先驱，新材料是划分时代的标志。材料科学技术，是最基础的物质科学。“天生我才必有用”！材料的科学观和方法论，是我们科学思维的重要源泉。本课程以全校理工经管各专业学生为对象，以普及材料科学的基础知识为使命，讲述材料的主要类型及其在高新技术上的应用。本课程以陶瓷材料，金属材料，高分子材料为主线，具体讲述高强度材料、半导体功能材料、智能材料、生物材料、新能源材料等，讲述材料的基本概念、分类方法、科学观点、设计思想、评价方法和关键制造技术，介绍古今中外新材料的巧妙应用，及其带来的经济社会效益。 00350062 稀土功能材料2学分32学时 Functional Rare Earth Materials 稀土具有多方面的优异性能。我国作为稀土大国，开发各种高新性能的稀土功能材料，使我国丰富的稀土资源更好地服务于国民经济。以稀土永磁、超磁致伸缩、巨磁阻、磁致冷、磁光、储氧、储氢、催化、发光、发热、超导等功能材料在汽车、计算机中的应用为例，通过讲授稀土功能材料的机理、国内外研究与应用的最新进展，展望其前景，并组织学生针对各类功能材料展开专题讨论，从而更深入地认识和掌握稀土在功能材料上的应用。 00350092 科学研究导论2学分32学时 Introduction on Scientific Research 本课程是为有志于从事科学研究的同学开设的一门研讨性课程。内容包括：现代科学研究活动的功能、方式和特点；不同领域科学家公认的具有一般性的科学研究的基本原理、准则、规范和方法；科学研究的思维过程与科学理论的发展规律；以及科学研究活动的具体内容（选题、文献调研、实验及装置的设计、实验的实施、数据处理、研究报告写作、科学学术交流等）。 00350112 航空航天材料及其应用基础2学分32学时 Aerospace Materials and Application 以材料科学的基础理论为纲讲授航空航天材料服役的环境特点，实效行为；讲授提高航空航天材料的强度韧性耐热性的原理和方法。讲授轻质高强金属，高温合金，复合材料等加工原理及其在服役期间的物理化学行为。了解航空航天材料的重要作用。 00350121 在实验中认识材料1学分32学时

计算材料学进展与趋势

计算材料学进展与趋势 计算材料学是近20年来，随着计算科学与技术的飞速发展，材料科学与物理、化学、数学、工程力学诸多学科相互交叉与渗透产生的一门新兴学科。计算材料学的内涵可以粗略概括为：根据材料科学和相关科学基本原理，通过模型化与计算实现对材料制备、加工、结构、性能和服役表现等参量或过程的定量描述，理解材料结构与性能和功能之间的关系，引导材料发现发明，缩短材料研制周期，降低材料过程成本。 根据研究对象的空间和时间尺度不同，材料计算的方法也有很大差别：研究材料的电子结构的方法有基于密度泛函理论的第一原理，常见的有计算固体材料的周期性体系的能带计算方法和孤立体系如分子簇方法，这些方法主要用于求解体系的基态电子结构和性质，近年来也发展了一些用以研究含时间的或激发态的电子结构方法。第一性原理方法由于直接基于基本的物理原理而不依赖于经验参数，因而具有很强的预测性，在未来合成材料之前先预测其可能的性质，因而对材料的设计具有很强的指导意义，近年其应用得到迅速发展，如金属中合金化效应的预测、金属间化合物中合金原子占据位置的预测、缺陷复合体的电子结构与性质的预测等，但由于其计算中考虑了电子的自由度，其运算量极大，所能研究的体系的尺度很小；在原子层次上研究材料行为常常采用原子力学或分子动力学方法，这些方法考虑原子间以一定的势函数相互作用，忽略了电子的自由度，可对更大的体系进行计算模拟，并可对静态或动态的原子机制提供了有效的途径；介观层次上对体系的模拟近年来有较快的发展，如合金中的相变微观组织演化过程可采用相场动力学或原胞自动化方法，这些方法使人们能够定量地描述不同过程中的组织变化的动力学规律，探索不同因素对微观组织形成的作用；宏观层次上的计算模拟常常采用有限元和有限差分方法，这些方法已经被广泛用语解决材料工程的实际问题，可为实际工艺的设计提供定量化的指导。对于不同的过程其发生的时间尺度也是迥然不同的，相应需要采用不同的模拟方法。对于许多材料的性质，常常由几个层次的结构来决定，因而近年来将不同方法结合起来的多尺度方法受到广泛的重视。关于近年来材料模拟的全面发展和具体研究方法可参考文献（YIP S(editor). Handbook of Materials ,New York: Springer,2005）。计算材料学的最终目标是实现新材料设计和材料制备与加工相关工艺的优化。 进展 美国 在关键材料集成设计基础研究方面，美国21世纪初启动了著名的“材料加速熟化”计划，组织了数十家产学研机构，选定喷气发动机用高温金属材料和飞机用先进复合材料两大目标，针对共性基础问题和难点问题，开展计算模拟与实验验证密切结合的集成设计与研制，其总目标是加速材料熟化，使新材料从启动研究到工程应用的周期缩短1/2，总成本降低1/3。该计划列出了需重点研究的材料集成设计相关基础问题，如1跨尺度计算模拟的关联方法；2金属—金属界面结构与物理性质及环境影响；3复杂合金体系中微观组织演化动力学4多晶体塑性与应力状态的动力学描述。 美国西北大学G.B.Olson等人采用多层次计算模拟方法，发展了由纳米晶粒计算直至结构性能预测的自下而上耦合程序，先后设计出性能优异的航天飞机轴承用耐热碳钢和新型高强度飞机起落架（OLSON G https://www.sodocs.net/doc/435215856.html,putational design of