由于电子流的波长远短于光波波长，故电镜的
放大及分辨率显著地高于光镜
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光学显微镜（Optical Microscope, OM)
Ni-Cr合金的铸造组织
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扫描电子显微镜（scanning electron microscope， SEM)
扫描电子显微镜是继透射电子显微镜后 发展起来的
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1.材料现代分析方法
材料分析是通过对表征材料的物理性质或 物理化学性质参数及其变化(称为测量信号或 表征信息)的检测实现的。即材料分析的基本 原理（或称技术基础）是指测量信号与材料成 分、结构等的特征关系。采用各种不同的测量 信号形成了各种不同的材料分析方法。
材料结构的表征（或材料的分析方法）就 其任务来说，主要有三个，即成分分析、结构 测定和形貌观察。
材料结构分析
内蒙古科技大学
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第一章 绪论
材料研究的基本内容
材料的制备工艺研究 材料的各种处理工艺研究（热处理、表面处理……） 材料的各种性能分析方法及测试（力学、电学、磁学、光 学……） 材料的组成表征方法及分析研究（成分、微观结构、显微组 织……）
归纳——材料的制备与处理工艺、材料的组成（成分、结构） 及材料的性能。 材料研究工作，不管具体干什么，总离不开这几个方面内容。
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SEM应用
4.纳米结构材料形态观察
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扫描电子显微镜
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扫描探针显微镜（scanning probe microscopy，SPM）
扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope， SPM）是在扫描隧道显微镜的基础上发展起来 的各种新型探针显微镜（原子力显微镜AFM,激 光力显微镜LFM，磁力显微镜MFM等等）的统 称，是国际上近年发展起来的表面分析仪器， 它是利用带有超细针尖的探针逼近样品，并利 用反馈回路控制探针在距表面纳米量级位置扫 描，获得其原子以及纳米级的有关信息图像
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1.材料现代分析方法
材料的现代分析方法是关于材料的成分、 结构、微观形貌与缺陷等的现代分析、测试技 术及相关的理论基础的科学。
成分、结构、加工和性能是材料科学与工 程的四个基本要素，成分和结构从根本上决定 了材料的性能，对材料的成分和结构的进行精 确表征是材料研究的基本要求，也是实现性能 控制的前提。
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2.材料分析的内容
化学成分和价键（电子）结构。包括宏观和微 区化学成份（不同相的成份、基体与析出相的 成份）、同种元素的不同价键类型和化学环境。
有机物的分子结构和官能团。
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3.材料分析的理论依据
尽管材料分析手段纷繁复杂，但它们也具有共同 之处。
除了个别研究手段（如扫描探针显微镜，SPM） 以外，基本上是利用入射电磁波或物质波（X射 线、电子束、可见光、红外光）与材料作用，产 生携带样品信息的各种出射电磁波或物质波（X 射线、电子束、可见光、红外光），探测这些出 射的信号，进行分析处理，即可获得材料的组织、 结构、成分、价键信息。
×10
分辨率
1000 0 10
1000 1
100
10
1
0.1 ｎｍ
0.1 0.01 0.001 0.0001 μｍ
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光学和电子显微镜
光学显微镜是利用光学原理，把人眼所不能分 辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结 构信息的光学仪器
电子显微镜是以电子束为照明源，通过电子流 对样品的透射或反射及电磁透镜的多级放大后 在荧光屏上成像的大型仪器，而光学显微镜则 是利用可见光照明，将微小物体形成放大影像 的光学仪器。
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1.材料现代分析方法
材料现代分析、测试技术的发展，使得材料分 析不仅包括材料（整体）成分、结构分析，也 包括材料表面与界面分析、微区分析、形貌分 析等诸多内容。材料分析方法也不仅是以材料 成分、结构等分析、测试为唯一目的，而是成 为材料科学的重要手段，广泛应用于研究和解 决材料理论和工程实际问题。
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2.材料分析的内容
表面和内部组织形貌。包括材料的外观形貌 （如断口、裂纹等）、晶粒大小与形态、各种 相的尺寸与形态、含量与分布、界面（表面、 相界、晶界）、位向关系（新相与母相、孪生 相）、晶体缺陷（点缺陷、位错、层错）、夹 杂物、内应力。
晶体的相结构。各种相的结构，即晶体结构类 型和晶体常数。
表面形貌分析技术经历了光学显微镜(OM)、
电子显微镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)
的发展过程，现在已经可以直接观测到原
子的图像。
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三种组织分析手段的比较
扫描探针显微镜 扫描电子显微镜
观察倍率 ×10000000 ×1000000
×100000
×10000
光学显微镜
×1000
×100
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Байду номын сангаас 4.材料分析方法
材料分析方法分可以分为为形貌分析、物 相分析、成分与价键分析与分子结构分析 四大类方法。
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4.1组织形貌分析
微观结构的观察和分析对于理解材料的本 质至关重要，组织形貌分析借助各种显微
技术，认识材料的微观结构。形貌观察和 分析主要采用扫描电子显微镜和透射电 子显微镜。
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SPM特点
首先，SPM具有极高的分辨率。它可以轻易的“看到” 原子，这是一般显微镜甚至电子显微镜所难以达到的。
其次，SPM得到的是实时的、真实的样品表面的高分 辨率图像。而不同于某些分析仪器是通过间接的或计 算的方法来推算样品的表面结构。也就是说，SPM是 真正看到了原子。
再次，SPM的使用环境宽松。电子显微镜等仪器对工 作环境要求比较苛刻，样品必须安放在高真空条件下 才能进行测试。而SPM既可以在真空中工作，又可以 在大气中、低温、常温、高温，甚至在溶液中使用。 因此SPM适用于各种工作环境下的科学实验。
SEM是聚焦电子束在试样表面逐点扫描 成像，试样为块状或粉末颗粒
理想中的SEM分析：保持样品原有形态； 得到样品真实表面形貌；最简单的处理 方法；实时观察样品的变化过程
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SEM应用
1.材料表面形态观察
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SEM应用
2.断口形貌观察
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SEM应用
3.磨损表面形貌观察