無(wú)機(jī)非金屬材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料。是除有機(jī)高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱。

材料性能不是簡(jiǎn)單地由其元素或離子團(tuán)的成分所決定，而是由這些成分所組成的物相、各物相的相對(duì)含量、晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)缺陷及分布情況等因素所決定的。為了研究材料的相組成、相結(jié)構(gòu)、相變及結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響，確定最佳的配方與生產(chǎn)工藝，必須借助各種檢測(cè)設(shè)備。本文將以檢測(cè)方法為切入點(diǎn)，介紹每種方法在無(wú)機(jī)非金屬材料的組成與性能研究中的應(yīng)用。

XRD--物相組成及含量

X射線晶體照射到晶體所產(chǎn)生的衍射具有一定的特征，可用衍射線的方向及強(qiáng)度表征，根據(jù)衍射特征來(lái)鑒定晶體物相的方法稱為物相分析法。

四種典型聚集態(tài)衍射譜圖的特征示意圖

變溫XRD觀察ZrO2的晶型變化過(guò)程

XRD樣品制備XRD試樣的制備應(yīng)考慮晶粒大小、試樣的大小及厚度、擇優(yōu)取向、加工應(yīng)變和表面平整度。

粉末樣品的制備一般要求粉末樣品的顆粒度大小在0.1~10μm范圍。將樣品研磨成適合衍射實(shí)驗(yàn)用的粉末，再把樣品粉末制成有一個(gè)十分平整平面的試片。

薄膜樣品的制備在薄膜樣品制備時(shí)，要求樣品具備比較大的面積，薄膜比較平整以及表面粗糙度要小。對(duì)于薄膜樣品，可將其鋸成與窗孔大小一致，然后用橡皮泥直接將其固定在窗孔內(nèi)，應(yīng)注意將固定在窗孔內(nèi)的樣品表面與樣品板齊平。

特殊樣品分散在膠帶紙上黏結(jié)，形成石蠟糊，或鋸成與窗孔大小一致，用石蠟固定在窗孔內(nèi)。

XRD的應(yīng)用

 

ICP--物質(zhì)元素

ICP是電感耦合等離子譜儀。根據(jù)檢測(cè)器的不同分為ICP-OES（電感耦合等離子發(fā)射光譜儀，也稱ICP-AES）和ICP-MS（電感耦合等離子質(zhì)譜儀）。兩者均能測(cè)元素周期表中的絕大部分元素，但能測(cè)得元素稍微有異，檢測(cè)能力上后者要比前者高。因?yàn)镮CP光源具有良好的原子化、激發(fā)和電離能力，所以它具有很好的檢出限。對(duì)于多數(shù)元素，其檢出限一般為0.1～100ng/ml，可以同時(shí)測(cè)試多種元素，靈敏度高，檢測(cè)限低，測(cè)試范圍寬（低含量成分和高含量成分能夠同時(shí)測(cè)試）。

ICP-OES可同時(shí)分析常量和痕量組分，無(wú)需繁復(fù)的雙向觀測(cè)，還能同時(shí)讀出、無(wú)任何譜線缺失的全譜、直讀等離子體發(fā)射光譜儀，具有檢出限極低、重現(xiàn)性好，分析元素多等顯著特點(diǎn)，ICP-OES大部份元素的檢出限為1～10ppb，一些元素也可得到亞ppb級(jí)的檢出限。ICP-OES的檢測(cè)元素如下圖：

ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)譜儀以質(zhì)譜儀作為檢測(cè)器，通過(guò)將樣品轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)的氣態(tài)離子并按質(zhì)荷比（M/Z）大小進(jìn)行分離并記錄其信息來(lái)分析。若其所得結(jié)果以圖譜表達(dá)，即所謂的質(zhì)譜圖。ICP-MS的進(jìn)樣部分及等離子體和ICP-AES的是極其相似的。但I(xiàn)CP-MS測(cè)量的是離子質(zhì)譜，提供在3～250amu范圍內(nèi)每一個(gè)原子質(zhì)量單位（amu）的信息。還可進(jìn)行同位素測(cè)定。

ICP-MS具有極低的檢出限，其溶液的檢出限大部分為ppt級(jí)，石墨爐AAS的檢出限為亞ppb級(jí)，但由于ICP-MS的耐鹽量較差，ICP-MS的檢出限實(shí)際上會(huì)變差多達(dá)50倍，一些輕元素（如S、Ca、Fe、K、Se）在ICP-MS中有嚴(yán)重的干擾，其實(shí)際檢出限也很差。ICP-MS的檢測(cè)元素和檢測(cè)極限如下圖：

XRF--物質(zhì)元素，定量、定性分析

XRF指的是X射線熒光光譜儀，可以快速同時(shí)對(duì)多元素進(jìn)行測(cè)定的儀器。在X射線激發(fā)下，被測(cè)元素原子的內(nèi)層電子發(fā)生能級(jí)躍遷而發(fā)出次級(jí)X射線（X-熒光）。只能測(cè)元素單質(zhì)和氧化物形式。但由于XRF是表面化學(xué)分析，故測(cè)得的樣品必須滿足很多條件，比如表面光滑、成分均勻。如果成分不均勻，只能說(shuō)明在XRF測(cè)量的那個(gè)微區(qū)的成分如此，其他的不能表示。

XRF的優(yōu)點(diǎn)：分析速度高、非破壞性、分析精密度高，固體、粉末、液體樣品等都可以進(jìn)行分析。測(cè)試元素范圍大、可定量分析材料元素組成、分辨率高。

XRF和ICP常用作成分的定量分析，其中XRF用物理方法檢測(cè)而ICP用化學(xué)方法進(jìn)行測(cè)試。相對(duì)XRF，ICP的檢測(cè)范圍更寬，檢測(cè)極限更低，檢測(cè)出的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。EDS和WDS常用作電鏡的附件進(jìn)行成分分析，但多作為半定量分析，僅可以看出各個(gè)元素的比值和大概分布情況及含量，準(zhǔn)確性不如XRF和ICP。

XPS--表面分析

XPS, 全稱為X-ray Photoelectron Spectroscopy（X射線光電子能譜），是一種使用電子譜儀測(cè)量X-射線光子輻照時(shí)樣品表面所發(fā)射出的光電子和俄歇電子能量分布的方法。

XPS可分析什么信息

元素的定性分析：可以根據(jù)能譜圖中出現(xiàn)的特征譜線的位置鑒定除H、He 以外的所有元素。 

元素的定量分析：根據(jù)能譜圖中光電子譜線強(qiáng)度（光電子峰的面積）反應(yīng)原子的含量或相對(duì)濃度。

固體表面分析：包括表面的化學(xué)組成或元素組成，原子價(jià)態(tài)，表面能態(tài)分布，測(cè)定表面電子的電子云分布和能級(jí)結(jié)構(gòu)等。

化合物的結(jié)構(gòu)：可以對(duì)內(nèi)層電子結(jié)合能的化學(xué)位移精確測(cè)量，提供化學(xué)鍵和電荷分布方面的信息。

分子生物學(xué)中的應(yīng)用：利用XPS鑒定維生素B12中的少量的Co。

膜表面深度分析：用Ar+離子束對(duì)清除材料表面污染層，對(duì)材料進(jìn)行深度剖析。

XPS定性分析規(guī)律：氧化作用使內(nèi)層電子結(jié)合能上升，氧化中失電子愈多，上升幅度愈大；還原作用使內(nèi)層電子結(jié)合能下降，還原中得電子愈多，下降幅度愈大；對(duì)于給定價(jià)殼層結(jié)構(gòu)的原子，所有內(nèi)層電子結(jié)合能的位移幾乎相同。

XPS定性分析鑒定順序：鑒別總是存在的元素譜線，如C、O的譜線；鑒別樣品中主要元素的強(qiáng)譜線和有關(guān)的次強(qiáng)譜線；鑒別剩余的弱譜線假設(shè)它們是未知元素的最強(qiáng)譜線。

 

EDS--微區(qū)成分分析

EDS是能量色散X射線譜儀，簡(jiǎn)稱能譜儀，常用作掃描電鏡或透射電鏡的微區(qū)成分分析。利用發(fā)射出來(lái)的特征X射線能量不同而進(jìn)行的元素分析，稱為能量色散法。X射線能譜儀的主要構(gòu)成單元是Si（Li）半導(dǎo)體檢測(cè)器，即鋰飄移硅半導(dǎo)體檢測(cè)器和多道脈沖分析器。目前還不能用于分析超輕元素（O、N、C等）。由于能譜儀中Si（Li）檢測(cè)器的Be窗口吸收超輕元素的X射線，故只能分析Na以后的元素。能譜儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和重現(xiàn)性較好。

EPMA--微區(qū)成分分析

電子探針顯微分析儀（EPMA）是掃描成像和成分分析一體化的強(qiáng)大的微區(qū)分析工具。

EPMA屬于無(wú)損分析，應(yīng)用廣泛。對(duì)任何一種在真空中穩(wěn)定的固體，均可以用電子探針進(jìn)行成分分析和形貌觀察，例如金屬、硅酸鹽材料、醫(yī)學(xué)試樣、纖維、氧化膜、涂層、廢氣顆粒、文物等。尤其在材料科學(xué)、地學(xué)、礦物學(xué)及冶金學(xué)等應(yīng)用最為廣泛。

EPMA的特點(diǎn)及應(yīng)用：

精確定量分析（含超輕元素和微量元素）：電子探針是目前微區(qū)元素定量分析最準(zhǔn)確的儀器。電子探針的檢測(cè)極限（能檢測(cè)到的元素最低濃度）一般為100-500ppm，不同測(cè)量條件和不同物質(zhì)/元素有不同的檢測(cè)極限。在作了基體修正以后，大多數(shù)情況下測(cè)試結(jié)果優(yōu)于2%。

以硅酸鹽玻璃的定量分析為例，定量分析結(jié)果如下，所有的分析結(jié)果均在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的誤差范圍內(nèi)。

定性分析：主要確定所分析的樣品組成，以硅酸鹽玻璃為例，典型的定性分析結(jié)果如下，包括譜圖和歸一化的半定量結(jié)果。

線分析：電子束沿一條分析線進(jìn)行掃描時(shí)，能獲得元素及其含量變化的線分布曲線。如果和樣品形貌像對(duì)照分析，能直觀地獲得不同元素在不同相或者區(qū)域內(nèi)的分布及變化趨勢(shì)。Cu/Cr/Ni/Cu多層結(jié)構(gòu)的線掃描結(jié)果如下。

EPMA是微區(qū)形貌和成分一體化分析最有效的工具之一，廣泛應(yīng)用于金屬及合金、半導(dǎo)體、地質(zhì)、化工、能源、環(huán)境、陶瓷、玻璃、稀土氧化物、高分子、生物、醫(yī)學(xué)、考古、刑偵等各領(lǐng)域。

超高分辨率和超高靈敏度面分析（BES電子像和元素分布圖）：EPMA能夠得到納米顆粒、低含量元素和輕元素的面分布圖。對(duì)材料晶界、析出相、沉淀物和夾雜相等成分分析有突出優(yōu)勢(shì)，靈敏度和分辨率明顯優(yōu)于能譜儀。

BSE電子像樣品中的W元素分布圖

BSE電子像樣品中的Sb元素分布圖

EDS和EPMA上WDS的比較：WDS和EDS對(duì)鈦鋁合金中的C元素面分布的測(cè)試對(duì)比，相同的區(qū)域、相同的加速電壓和相同的測(cè)試時(shí)間：

EPMA上WDS測(cè)試結(jié)果

EDS測(cè)試結(jié)果

紅外光譜--官能團(tuán)、化學(xué)組成

光譜分析是一種根據(jù)物質(zhì)的光譜來(lái)鑒別物質(zhì)及確定它的化學(xué)組成，結(jié)構(gòu)或者相對(duì)含量的方法。按照分析原理，光譜技術(shù)主要分為吸收光譜，發(fā)射光譜和散射光譜三種；按照被測(cè)位置的形態(tài)來(lái)分類，光譜技術(shù)主要有原子光譜和分子光譜兩種。紅外光譜屬于分子光譜，有紅外發(fā)射和紅外吸收光譜兩種，常用的一般為紅外吸收光譜。

紅外吸收光譜是由分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷所引起的， 組成化學(xué)鍵或官能團(tuán)的原子處于不斷振動(dòng)（或轉(zhuǎn)動(dòng)）的狀態(tài)，其振動(dòng)頻率與紅外光的振動(dòng)頻率相當(dāng)。所以，用紅外光照射分子時(shí)，分子中的化學(xué)鍵或官能團(tuán)可發(fā)生振動(dòng)吸收，不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)吸收頻率不同，在紅外光譜上將處于不同位置，從而可獲得分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。

紅外光譜法實(shí)質(zhì)上是一種根據(jù)分子內(nèi)部原子間的相對(duì)振動(dòng)和分子轉(zhuǎn)動(dòng)等信息來(lái)確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和鑒別化合物的分析方法。只有當(dāng)振動(dòng)時(shí)，分子的偶極矩發(fā)生變化時(shí)，該振動(dòng)才具有紅外活性。

分子的主要振動(dòng)類型

在中紅外區(qū)，分子中的基團(tuán)主要有兩種振動(dòng)模式，伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)。伸縮振動(dòng)指基團(tuán)中的原子沿著價(jià)鍵方向來(lái)回運(yùn)動(dòng)（有對(duì)稱和反對(duì)稱兩種），而彎曲振動(dòng)指垂直于價(jià)鍵方向的運(yùn)動(dòng)（搖擺，扭曲，剪式等）。

紅外光譜和紅外譜圖的分區(qū)

通常將紅外光譜分為三個(gè)區(qū)域：近紅外區(qū)（0.75~2.5 μm）、中紅外區(qū)（2.5~25 μm）和遠(yuǎn)紅外區(qū)（25~300 μm）。一般說(shuō)來(lái)，近紅外光譜是由分子的倍頻、合頻產(chǎn)生的；中紅外光譜屬于分子的基頻振動(dòng)光譜；遠(yuǎn)紅外光譜則屬于分子的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜和某些基團(tuán)的振動(dòng)光譜。（注：由于絕大多數(shù)有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的基頻吸收帶都出現(xiàn)在中紅外區(qū)，因此紅外光譜儀研究和應(yīng)用最多的區(qū)域是中紅外區(qū)，積累的資料也最多，儀器技術(shù)最為成熟。通常所說(shuō)的紅外光譜即指中紅外光譜。

按吸收峰的來(lái)源，可以將中紅外光譜圖（2.5~25 μm）大體上分為特征頻率區(qū)（2.5~7.7 μm，即4000-1330 cm-1）以及指紋區(qū)（7.7~16.7μm,即1330-400 cm-1）兩個(gè)區(qū)域。其中特征頻率區(qū)中的吸收峰基本是由基團(tuán)的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生，數(shù)目不是很多，但具有很強(qiáng)的特征性，因此在基團(tuán)鑒定工作上很有價(jià)值，主要用于鑒定官能團(tuán)。如羰基，不論是在酮、酸、酯或酰胺等類化合物中，其伸縮振動(dòng)總是在5.9μm左右出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)吸收峰，如譜圖中5.9μm左右有一個(gè)強(qiáng)吸收峰，則大致可以斷定分子中有羰基。

指紋區(qū)的情況不同，該區(qū)峰多而復(fù)雜，沒(méi)有強(qiáng)的特征性，主要是由一些單鍵C-O、C-N和C-X（鹵素原子）等的伸縮振動(dòng)及C-H、O-H等含氫基團(tuán)的彎曲振動(dòng)以及C-C骨架振動(dòng)產(chǎn)生。當(dāng)分子結(jié)構(gòu)稍有不同時(shí)，該區(qū)的吸收就有細(xì)微的差異。這種情況就像每個(gè)人都有不同的指紋一樣，因而稱為指紋區(qū)。指紋區(qū)對(duì)于區(qū)別結(jié)構(gòu)類似的化合物很有幫助。

紅外吸收光譜主要用于定性分析分子中的官能團(tuán)，也可以用于定量分析（較少使用，特別是多組分時(shí)定量分析存在困難）。紅外光譜對(duì)樣品的適用性相當(dāng)廣泛，固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)樣品都能應(yīng)用，無(wú)機(jī)、有機(jī)、高分子化合物都可檢測(cè)。

紅外光譜是分子振動(dòng)光譜，所以萬(wàn)變不離其宗，紅外光譜測(cè)試無(wú)機(jī)物和有機(jī)物是一樣的，都是研究在振動(dòng)中伴隨有偶極矩變化的基團(tuán)。常見(jiàn)的所研究的無(wú)機(jī)物主要包括H2O, CO, 氧化物，無(wú)機(jī)鹽中的陰離子，配位化合物等。對(duì)于無(wú)機(jī)鹽而言，陽(yáng)離子類型不同會(huì)影響到其陰離子的振動(dòng)頻率。例如，對(duì)于無(wú)水堿性氫氧化物而言，OH-的伸縮振動(dòng)頻率都在3550-3720 cm-1范圍內(nèi)。其中，KOH為3678 cm-1，NaOH在3637 cm-1, Mg（OH）2為3698 cm-1，Ca（OH）2為3644 cm-1。

常見(jiàn)無(wú)機(jī)物中陰離子在紅外區(qū)的吸收頻率如下表所示：

 

拉曼光譜

光照射到物質(zhì)上發(fā)生彈性散射和非彈性散射。彈性散射的散射光是與激發(fā)光波長(zhǎng)相同的成分。非彈性散射的散射光有比激發(fā)光波長(zhǎng)長(zhǎng)的和短的成分， 統(tǒng)稱為拉曼效應(yīng)。

拉曼散射光譜的特征：拉曼散射譜線的波數(shù)雖然隨入射光的波數(shù)而不同，但對(duì)同一樣品，同一拉曼譜線的位移與入射光的波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，只和樣品的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)。在以波數(shù)為變量的拉曼光譜圖上，斯托克斯線和反斯托克斯線對(duì)稱地分布在瑞利散射線兩側(cè)， 這是由于在上述兩種情況下分別相應(yīng)于得到或失去了一個(gè)振動(dòng)量子的能量。一般情況下，斯托克斯線比反斯托克斯線的強(qiáng)度大。這是由于Boltzmann分布，處于振動(dòng)基態(tài)上的粒子數(shù)遠(yuǎn)大于處于振動(dòng)激發(fā)態(tài)上的粒子數(shù)。

拉曼光譜的應(yīng)用方向：

拉曼光譜分析技術(shù)是以拉曼效應(yīng)為基礎(chǔ)建立起來(lái)的分子結(jié)構(gòu)表征技術(shù)，其信號(hào)來(lái)源與分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。拉曼光譜的分析方向有：

定性分析：不同的物質(zhì)具有不同的特征光譜，因此可以通過(guò)光譜進(jìn)行定性分析。

結(jié)構(gòu)分析：對(duì)光譜譜帶的分析，又是進(jìn)行物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。

定量分析：根據(jù)物質(zhì)對(duì)光譜的吸光度的特點(diǎn)，可以對(duì)物質(zhì)的量有很好的分析能力。

紅外光譜與拉曼光譜的異同點(diǎn)

相同點(diǎn)：對(duì)于一個(gè)給定的化學(xué)鍵，其紅外吸收頻率與拉曼位移相等，均代表第一振動(dòng)能級(jí)的能量。因此，對(duì)某一給定的化合物，某些峰的紅外吸收波數(shù)和拉曼位移完全相同，紅外吸收波數(shù)與拉曼位移均在紅外光區(qū)，兩者都反映分子的結(jié)構(gòu)信息。拉曼光譜和紅外光譜一樣，也是用來(lái)檢測(cè)物質(zhì)分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)。

紅外光譜圖

石墨烯基材料的拉曼

區(qū)別：

 

紫外光譜--鑒別、雜質(zhì)檢查和定量測(cè)定

光照射樣品分子或原子時(shí)，外層電子吸收一定波長(zhǎng)紫外光，由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)而產(chǎn)生的光譜。

紫外光譜中的特征吸收峰：1、生色基：分子中能夠產(chǎn)生電子吸收的不飽和共價(jià)基團(tuán)，成為生色基，產(chǎn)生n->π*、π→π*躍遷電子體系，如：C=C、C=O、-NO2 等；2、助色基：本身是飽和基團(tuán)（常含雜原子），當(dāng)連接一個(gè)生色團(tuán)后，則使生色團(tuán)的吸收波長(zhǎng)變長(zhǎng)或吸收強(qiáng)度增加（或同時(shí)兩者兼有），一般為帶有孤對(duì)電子的原子或原子團(tuán) 。如-OH ， -NH2，-Cl等。3、增色與減色效應(yīng)、紅移與藍(lán)移、溶劑效應(yīng)：使吸收帶峰的吸收強(qiáng)度增加的效應(yīng)，為增色效應(yīng)；反之，使吸收帶峰的吸收強(qiáng)度減弱的效應(yīng)，為減色效應(yīng)。由于取代基或溶劑的影響使吸收峰向長(zhǎng)波或短波方向移動(dòng)，最大吸收峰向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)為紅移，最大吸收峰向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)為藍(lán)移。溶劑極性不同會(huì)引起化合物吸收峰產(chǎn)生紅移或藍(lán)移，稱為溶劑效應(yīng)。

紫外光譜的分析應(yīng)用：主要應(yīng)用于共軛體系（共軛烯烴、不飽和羰基化合物）以及芳香族化合物的分析。吸收譜帶少，吸收譜帶寬。一般來(lái)說(shuō)，利用紫外吸收光譜進(jìn)行定性分析信號(hào)較少。

熒光光譜--光電檢測(cè)

分子的激發(fā)與失活過(guò)程

任何熒光化合物都具有兩個(gè)特征光譜：激發(fā)光譜和發(fā)射光譜。激發(fā)光譜反映了某一固定的發(fā)射波長(zhǎng)下所測(cè)量的熒光強(qiáng)度對(duì)激發(fā)波長(zhǎng)的依賴關(guān)系；發(fā)射光譜反映了某一固定激發(fā)波長(zhǎng)下所測(cè)量的熒光的波長(zhǎng)分布。

室溫下菲的乙醇溶液的激發(fā)光譜和熒（磷）光光譜

熒光光譜能夠提供激發(fā)譜、發(fā)射譜、峰位、峰強(qiáng)度、量子產(chǎn)率、熒光壽命、熒光偏振度等信息，熒光分析定性和定量的基礎(chǔ)。

熒光光譜的特點(diǎn)：Stokes位移，激發(fā)光譜與發(fā)射光譜之間有波長(zhǎng)差，發(fā)射光譜波長(zhǎng)比激發(fā)光譜波長(zhǎng)長(zhǎng)。發(fā)射光譜的形狀與激發(fā)波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。鏡像規(guī)則，熒光發(fā)射光譜與它的吸收光譜成鏡像對(duì)稱關(guān)系。

熒光物質(zhì)具有兩個(gè)重要的發(fā)光參數(shù)：熒光壽命和熒光量子產(chǎn)率。熒光壽命（τ）是指當(dāng)激發(fā)停止后，分子的熒光強(qiáng)度降到激發(fā)時(shí)最大強(qiáng)度的1/e所需的時(shí)間，它表示粒子在激發(fā)態(tài)存在的平均時(shí)間，通常稱為激發(fā)態(tài)的熒光壽命。與穩(wěn)態(tài)熒光提供一個(gè)平均信號(hào)不同，熒光壽命提供的是激發(fā)態(tài)分子的信息，前者可以告訴你事情發(fā)生了，而后者可以告訴你為什么發(fā)生。

熒光分析就是基于物質(zhì)的光致發(fā)光現(xiàn)象而產(chǎn)生的熒光的特性及其強(qiáng)度進(jìn)行物質(zhì)的定性和定量的分析方法。目前，也廣泛地作為一種表征技術(shù)來(lái)研究體系的物理、化學(xué)性質(zhì)及其變化情況，例如生物大分子構(gòu)象及性質(zhì)的研究。

熒光光譜適用于固體粉末、晶體、薄膜、液體等樣品的分析。根據(jù)樣品分別選配石英池（液體樣品）或固體樣品架（粉末或片狀樣品）。

熒光分析的優(yōu)點(diǎn)：

（1）靈敏度高；

（2）選擇性強(qiáng)；

（3）試樣量少、方法簡(jiǎn)單；

（4）提供較多的物理參數(shù)。但是也存在應(yīng)用范圍不夠廣泛、對(duì)環(huán)境敏感（干擾因素多）等缺點(diǎn)。

熒光光譜定性分析依據(jù)？

不同結(jié)構(gòu)熒光化合物都有特征的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜，因此可以將熒光物質(zhì)的激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的形狀、峰位與標(biāo)準(zhǔn)溶液的光譜圖進(jìn)行比較，從而達(dá)到定性分析的目的。

熒光光譜定量分析原理？

在低濃度時(shí)，溶液的熒光強(qiáng)度與熒光物質(zhì)的濃度成正比：F=Kc。其中，F(xiàn)為熒光強(qiáng)度，c為熒光物質(zhì)濃度，K為比例系數(shù)。這就是熒光光譜定量分析的依據(jù)。

應(yīng)用領(lǐng)域：熒光光譜分析可與顯微鏡耦合，獲得微區(qū)分析結(jié)果。熒光是無(wú)損傷、非接觸的分析技術(shù)，還可用于自動(dòng)檢驗(yàn)、批量篩分、遠(yuǎn)程原位分析和活體分析。熒光光譜已應(yīng)用于很多不同領(lǐng)域，特別是需要無(wú)損、顯微、化學(xué)分析、成像分析的場(chǎng)合。無(wú)論是需要定性還是定量的數(shù)據(jù)，熒光分析都能快速、簡(jiǎn)便地提供重要信息。

熒光光譜的應(yīng)用領(lǐng)域

工業(yè)分析--水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳

GB/T 212-2008由中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布，是煤的工業(yè)分析方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了煤和水煤漿的水分、灰分和揮發(fā)分的測(cè)定方法和固定碳的計(jì)算方法。在此進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

水分測(cè)試：稱取一定量的一般分析試驗(yàn)煤樣，置于（105-110）℃干燥箱中，在干燥氣流中干燥到質(zhì)量恒定。根據(jù)煤樣的質(zhì)量損失計(jì)算出水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。根據(jù)氣流的不同（氮?dú)饣蚩諝猓┧譁y(cè)試可以分為通氮干燥法和空氣干燥法。其中，通氮干燥法應(yīng)用于所有煤種；空氣干燥法僅適用于煙煤和無(wú)煙煤。 

灰分測(cè)試--無(wú)機(jī)物含量

灰分是指食品經(jīng)高溫灼燒后殘留下來(lái)的無(wú)機(jī)物又稱礦物質(zhì)（氧化物或無(wú)機(jī)鹽類）。

樣品在灰化時(shí)發(fā)生了一系列的變化：（1）水分、揮發(fā)元素如Cl、I、Pb等揮發(fā)散失P、S等以含氧酸的形式揮發(fā)散失使無(wú)機(jī)成分減少。（2）某些金屬氧化物會(huì)吸收有機(jī)物分解產(chǎn)生的二氧化碳形成碳酸鹽，又使無(wú)機(jī)成分增多。因此，將灼燒后的殘留物稱為粗灰分。

總灰分的測(cè)定原理：把一定量的樣品經(jīng)碳化后放入高溫爐內(nèi)灼燒，使有機(jī)物被氧化分解，以二氧化碳、氮的氧化物及水等形式逸出，而無(wú)機(jī)物質(zhì)以硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、氯化物等無(wú)機(jī)鹽和金屬氧化物的形式殘留下來(lái)，這些殘留物即為灰分，稱量殘留物的重量即可計(jì)算出樣品中總灰分的含量。

國(guó)標(biāo)中的方法：稱取一定量的一般分析試驗(yàn)煤樣品，放入馬弗爐中，以一定的速度加熱到（815±10℃），灰化并灼燒到質(zhì)量恒定。以殘留物的質(zhì)量占煤質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為煤樣的灰分。

揮發(fā)分：

揮發(fā)分（V）：煤在高溫和隔絕空氣的條件下加熱時(shí)，所排出的氣體液體狀態(tài)的產(chǎn)物稱為揮發(fā)分。焦炭揮發(fā)分是評(píng)價(jià)焦炭成熟的標(biāo)志。揮發(fā)分的主要成分是甲烷、氫及其他碳?xì)浠衔锏取Ｋ氰b別煤炭類別和質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。一般來(lái)講，隨著煤炭變質(zhì)程度的增加，煤炭揮發(fā)分降低。褐煤、氣煤揮發(fā)分較高，瘦煤、無(wú)煙煤揮發(fā)分較低。

揮發(fā)分坩堝

水分測(cè)試

卡爾費(fèi)休法簡(jiǎn)稱費(fèi)休法，是1935年卡爾費(fèi)休（KarlFischer）提出的測(cè)定水分的容量分拆方法。費(fèi)休法是測(cè)定物質(zhì)水分的各類化學(xué)方法中，對(duì)水最為專一、最為準(zhǔn)確的方法。雖屬經(jīng)典方法但經(jīng)過(guò)近年改進(jìn)，提高了準(zhǔn)確度，擴(kuò)大了測(cè)量范圍，已被列為許多物質(zhì)中水分測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法，主要用于測(cè)試物料含水率。

卡爾費(fèi)休法原理：

費(fèi)休法屬碘量法，其基本原理是利用碘氧化二氧化硫時(shí)，需要-定量的水參加反應(yīng)。

卡爾費(fèi)休法基本原理為式（1），即碘將二氧化硫氧化為三氧化硫過(guò)程需要水分的參與。

注意，式（1）反應(yīng)為可逆反應(yīng)，為使其向正反應(yīng)方向進(jìn)行完全，在卡氏液中加入無(wú)水吡啶，使得式（1）反應(yīng)產(chǎn)物HI與SO3被定量吸收，形成氫碘酸吡啶和硫酸酐吡啶，如式（2）。

然而，式（2）反應(yīng)產(chǎn)物硫酸酐吡啶不穩(wěn)定，可與水發(fā)生副反應(yīng)，因此加入無(wú)水甲醇，形成穩(wěn)定的甲基硫酸氫吡啶，如式（3）。吡啶和甲醇還可作為反應(yīng)溶劑。

卡式滴定分類：

卡爾滴定的終點(diǎn)指示方法

溶液顏色變化：

（1）淺黃色變?yōu)榧t棕色；

（2）電化學(xué)方法

終點(diǎn)前，卡式試劑中的I2與水反應(yīng)消耗掉；；到達(dá)終點(diǎn)后，碘過(guò)量。指示電極間發(fā)生下述電極反應(yīng)而產(chǎn)生電流：I2=2I--2e（可逆電對(duì)）

卡爾費(fèi)休法優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：分析快速，單次測(cè)定通常在5min以內(nèi)；適用范圍廣；專屬性良好；精度高。

缺點(diǎn)：對(duì)環(huán)境要求較高，一般要求環(huán)境溫度為25℃，濕度不超過(guò)60%；卡式液含有吡啶等有毒試劑。

卡式水分儀測(cè)定法適用范圍：液體、氣體、固體

適用于各種形態(tài)的樣品，可加入適當(dāng)?shù)剌腿∪軇┘铀偎值尼尫拧?/span>

一般要求加入的樣品消耗卡氏滴定儀滴定管體積的10%~90%的滴定液，測(cè)量結(jié)果較為準(zhǔn)確。

卡氏滴定過(guò)程最佳pH范圍為5~7，若因強(qiáng)酸強(qiáng)堿性化合物的加入使得滴定液pH發(fā)生顯著改變，可通過(guò)加入緩沖鹽改善。若樣品與卡氏液中的碘等化合物發(fā)生副反應(yīng)，可通過(guò)干燥爐加熱間接將水分帶入滴定液中，避免樣品直接加入到滴定液。

樣品要求：

液體最好10 ml；固體最好0.2 g以上，建議干燥成粉末測(cè)試。

SEM--形貌觀察

掃描電鏡（SEM）是利用聚焦的高能電子束對(duì)樣品進(jìn)行掃描檢測(cè)，二次電子激發(fā)出高能電子信號(hào)，通過(guò)對(duì)這些高能電子信號(hào)的接受、放大和顯示成像，最終獲得試樣表面清晰的組織形貌。

掃描電鏡主要應(yīng)用：能夠觀察納米結(jié)構(gòu)材料。所謂納米結(jié)構(gòu)材料就是指組成材料的顆粒或結(jié)構(gòu)在0.1～100nm范圍內(nèi)，在保持表面潔凈的條件下加壓成型而得到的固體材料。

能夠直接觀察大試樣的表面形態(tài)。試樣的觀察尺寸可以達(dá)到直徑100mm×高50mm，或更大尺寸的試樣，而且對(duì)試樣的形狀沒(méi)有任何限制。

在觀察厚試樣時(shí)，能得到高的分辨率和真實(shí)的表面形貌。能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察。在掃描電鏡中成像的信息主要是電子信息，根據(jù)近代電子工業(yè)技術(shù)水平，即使高速變化的電子信息，也能毫不困難的及時(shí)接收、處理和儲(chǔ)存，故可進(jìn)行一些動(dòng)態(tài)過(guò)程的觀察。從試樣表面形貌能夠獲得多方面信息。

掃描電鏡除了觀察表面形貌外，還能進(jìn)行成分和元素的分析，以及通過(guò)電子通道花樣進(jìn)行結(jié)晶學(xué)分析，選區(qū)尺寸可以從10μm到3μm。

TEM形貌觀察

在最近的十幾年中，透射電子顯微鏡（TEM）對(duì)材料學(xué)科的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。許多新型的納米材料、材料結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)聯(lián)、材料物理化學(xué)反應(yīng)機(jī)理等研究成果不斷涌現(xiàn)。這一方面歸功于透射電鏡分辨率（能量分辨率、空間分辨率等）的不斷提升，另一方面則受益于原位電鏡、冷凍電鏡、球差校正電鏡等新技術(shù)的相繼出現(xiàn)。

催化材料：一般TEM樣品只能在真空環(huán)境下進(jìn)行表征，無(wú)法直接觀察多相催化體系中催化材料的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。通過(guò)原位氣氛TEM技術(shù)實(shí)現(xiàn)的環(huán)境透射電子顯微鏡（ETEM）則可以直接觀察暴露在液體或者氣體環(huán)境下的材料結(jié)構(gòu)，這為開(kāi)發(fā)高性能的多相催化材料、提高催化材料的使用壽命、研究催化反應(yīng)機(jī)理提供了巨大便利。

圖1. 利用TEM觀察Rh/TiO2催化劑

新材料結(jié)構(gòu)表征：TEM最廣泛的用途是對(duì)材料結(jié)構(gòu)的表征，但是二維圖像不能直觀反映材料三維空間構(gòu)造。三維透射電鏡（3D-TEM）是將透射電子衍射與計(jì)算機(jī)圖像處理相結(jié)合而形成的一種材料三維重構(gòu)方法。應(yīng)用3D-TEM可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜自組裝納米結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確表征。

美國(guó)康奈爾大學(xué)Ulrich Wiesner研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合冷凍電鏡和3D-TEM，實(shí)現(xiàn)了高度對(duì)稱、超小尺寸、十二面體無(wú)機(jī)納米籠的普適性自組裝。結(jié)果如圖6所示，該工作確認(rèn)了十二面體無(wú)機(jī)納米籠結(jié)構(gòu)的存在。這項(xiàng)研究為硅基無(wú)機(jī)納米材料的構(gòu)筑提供了全新的思路。

圖6. 十二面體SiO2納米籠的TEM表征與3D重構(gòu)

當(dāng)然，TEM所應(yīng)用的領(lǐng)域遠(yuǎn)不只以上幾種：TEM與能譜儀結(jié)合（電子能量損失譜等）可以表征出晶格元素價(jià)態(tài)；原位拉伸TEM可實(shí)現(xiàn)對(duì)材料力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)關(guān)系的表征；通過(guò)TEM可實(shí)現(xiàn)原位納米器件的加工，TEM已成為材料學(xué)研究中不可或缺的重要手段。

透射電鏡的樣品制備對(duì)之后樣品的分析觀察起著至關(guān)重要的作用。透射電鏡是利用樣品對(duì)入射電子的散射能力的差異而形成襯度，這要求制備出對(duì)電子束“透明”的樣品，并要求保持高的分辨率和不失真。對(duì)于100～200kV的透射電鏡，要求樣品的厚度為50～100nm，做透射電鏡高分辨率，樣品厚度要求約15nm。

這種方法比上述無(wú)機(jī)材料樣品的超薄切片法復(fù)雜，但是可用于觀察生物的精細(xì)結(jié)構(gòu)。需要經(jīng)過(guò)取材、固定、漂洗、脫水、浸透、包埋、切片及染色等多個(gè)步驟。

（球差）TEM--原子像

不完美透鏡導(dǎo)致的直接結(jié)果就是引入了讓顯微學(xué)者最頭疼的球差。電子的聚集是靠洛倫茲力來(lái)完結(jié)的，在洛倫茲力的效果下，電子以旋進(jìn)的方法聚集。在TEM里有一條光軸，就和光學(xué)顯微鏡中的光軸一樣，違背光軸時(shí)，透鏡對(duì)光的聚集才能和靠近光軸的聚集才能是不同的。

簡(jiǎn)單的說(shuō)就是磁透鏡在聚集違背光軸的電子時(shí)聚集的太厲害了，導(dǎo)致違背光軸的電子束提前在光軸上完結(jié)聚集，也就是說(shuō)實(shí)踐聚集點(diǎn)在光軸上面連成了一條線，當(dāng)這些聚集的電子束在散開(kāi)去像平面成像的時(shí)分，原本應(yīng)該是一個(gè)很小的斑，此時(shí)變成了一個(gè)很大的斑。無(wú)論是在TEM還是在SEM中，尋求更小的聚光斑是永久的方針。尤其是在STEM中，試想，要構(gòu)成原子像，你總不會(huì)期望用一個(gè)比原子大的斑去照原子吧？?jī)蓚€(gè)原子之間的間隔大概0.25nm，你一個(gè)斑就0.8nm，那么在不考慮衍射的情況下，相鄰的兩個(gè)斑都會(huì)重合了，更不要說(shuō)加上衍射了。

球差電鏡還配有EDX和EELS

EDX（Energy-dispersive X-ray spectroscopy）可以用于元素分析，尤其善于重元素的分析。與EDX相比，EELS對(duì)于輕元素分辨效果更好，能量分辨率也好出1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。由于電子能量損失譜電子伏甚至亞電子伏的分辨率，它可以用于元素價(jià)態(tài)分析。電子能量損失譜（EELS）也許最適合從碳到3d過(guò)渡金屬（從鈧到鋅）的元素分析。

STEM與EELS的結(jié)合進(jìn)行原子級(jí)別的結(jié)構(gòu)分析

AFM

原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope，AFM）：是一種可以用來(lái)研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。它將一個(gè)對(duì)微弱力極敏感的微懸臂一端固定，另一端有一微小針尖，使之與樣品表面輕輕接觸。通過(guò)檢測(cè)出偏轉(zhuǎn)量并作用反饋控制其排斥力的恒定，就可以獲得微懸臂對(duì)應(yīng)于各點(diǎn)的位置變化，從而獲得樣品表面形貌的圖像。

原子力顯微鏡在無(wú)機(jī)非金屬材料的應(yīng)用：

三維形貌觀測(cè)

通過(guò)檢測(cè)探針與樣品間的作用力可表征樣品表面的三維形貌，這是AFM最基本的功能。AFM 在水平方向具有0.1-0.2nm 的高分辨率，在垂直方向的分辨率約為0.01nm。盡管AFM 和掃描電子顯微鏡（SEM）的橫向分辨率是相似的，但AFM 和SEM 兩種技術(shù)的最基本的區(qū)別在于處理試樣深度變化時(shí)有不同的表征。由于表面的高低起伏狀態(tài)能夠準(zhǔn)確地以數(shù)值的形式獲取，AFM 對(duì)表面整體圖像進(jìn)行分析可得到樣品表面的粗糙度、顆粒度、平均梯度、孔結(jié)構(gòu)和孔徑分布等參數(shù)，也可對(duì)樣品的形貌進(jìn)行豐富的三維模擬顯示，使圖像更適合于人的直觀視覺(jué)。下圖就是接觸式下得到的二氧化硅增透薄膜原子力圖像，同時(shí)還可以逼真的看到其表面的三維形貌。

二氧化硅增透薄膜AFM圖

在半導(dǎo)體加工過(guò)程中通常需要測(cè)量高縱比結(jié)構(gòu)，像溝槽和孔洞，以確定刻蝕的深度和寬度。這些在SEM 下只有將樣品沿截面切開(kāi)才能測(cè)量。AFM 可以無(wú)損的進(jìn)行測(cè)量后即返回生產(chǎn)線。下圖為光柵的AFM 圖像，掃描范圍為4×4μm。根據(jù)圖的結(jié)果，通過(guò)profile 功能就可以定量測(cè)量刻槽的深度及寬度。

光柵的AFM 圖

AFM 是利用樣品表面與探針之間力的相互作用這一物理現(xiàn)象，因此不受STM 等要求樣品表面能夠?qū)щ姷南拗疲蓪?duì)導(dǎo)體進(jìn)行探測(cè)，對(duì)于不具有導(dǎo)電性的組織、生物材料和有機(jī)材料等絕緣體，AFM 同樣可得到高分辨率的表面形貌圖像，從而使它更具有適應(yīng)性，更具有廣闊的應(yīng)用空間。AFM 可以在真空、超高真空、氣體、溶液、電化學(xué)環(huán)境、常溫和低溫等環(huán)境下工作，可供研究時(shí)選擇適當(dāng)?shù)沫h(huán)境，其基底可以是云母、硅、高取向熱解石墨、玻璃等。AFM 已被廣泛地應(yīng)用于表面分析的各個(gè)領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)表面形貌的分析、歸納、總結(jié)，以獲得更深層次的信息。

TG

熱重分析法（Thermogravimetry Analysis，簡(jiǎn)稱TG或TGA）為使樣品處于一定的溫度程序（升/降/恒溫）控制下，觀察樣品的質(zhì)量隨溫度或時(shí)間的變化過(guò)程，獲取失重比例、失重溫度（起始點(diǎn)，峰值，終止點(diǎn)…）、以及分解殘留量等相關(guān)信息。

TG方法廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、涂料、藥品、催化劑、無(wú)機(jī)材料、金屬材料與復(fù)合材料等各領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)、工藝優(yōu)化與質(zhì)量監(jiān)控。可以測(cè)定材料在不同氣氛下的熱穩(wěn)定性與氧化穩(wěn)定性，可對(duì)分解、吸附、解吸附、氧化、還原等物化過(guò)程進(jìn)行分析，包括利用TG測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步作表觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究。可對(duì)物質(zhì)進(jìn)行成分的定量計(jì)算，測(cè)定水分、揮發(fā)成分及各種添加劑與填充劑的含量。

熱分析的基本原理：

頂部裝樣式的熱重分析儀結(jié)構(gòu)示意圖

爐體為加熱體，在一定的溫度程序下運(yùn)作，爐內(nèi)可通以不同的動(dòng)態(tài)氣氛（如N2、Ar、He等保護(hù)性氣氛，O2、air等氧化性氣氛及其他特殊氣氛等），或在真空或靜態(tài)氣氛下進(jìn)行測(cè)試。

在測(cè)試進(jìn)程中樣品支架下部連接的高精度天平隨時(shí)感知到樣品當(dāng)前的重量，并將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)畫出樣品重量對(duì)溫度／時(shí)間的曲線（TG曲線）。當(dāng)樣品發(fā)生重量變化（其原因包括分解、氧化、還原、吸附與解吸附等）時(shí)，會(huì)在TG曲線上體現(xiàn)為失重（或增重）臺(tái)階，由此可以得知該失/增重過(guò)程所發(fā)生的溫度區(qū)域，并定量計(jì)算失/增重比例。若對(duì)TG曲線進(jìn)行一次微分計(jì)算，得到熱重微分曲線（DTG曲線），可以進(jìn)一步得到重量變化速率等更多信息。典型的熱重曲線如下圖所示：

DTG曲線峰值：質(zhì)量變化速率最大的溫度/時(shí)間點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于TG曲線上的拐點(diǎn)。

質(zhì)量變化：分析TG曲線上任意兩點(diǎn)間的質(zhì)量差，用來(lái)表示一個(gè)失重（或增重）步驟所導(dǎo)致的樣品的質(zhì)量變化。

殘余質(zhì)量：測(cè)量結(jié)束時(shí)樣品所殘余的質(zhì)量。

另外，在軟件中還可對(duì)TG曲線的拐點(diǎn)（與DTG峰溫等同）、DTG曲線外推起始點(diǎn)（更接近于真正意義上的反應(yīng)起始溫度）、DTG曲線外推終止點(diǎn)（更接近于真正意義上的反應(yīng)結(jié)束溫度）等特征參數(shù)進(jìn)行標(biāo)示。

DSC

DSC基本原理與經(jīng)典應(yīng)用：在程序溫度（升／降／恒溫及其組合）過(guò)程中，測(cè)量樣品與參考物之間的熱流差，以表征所有與熱效應(yīng)有關(guān)的物理變化和化學(xué)變化。

典型應(yīng)用：

差熱分析（DTA）

原理：在程序控溫條件下，測(cè)量試樣與參比基準(zhǔn)物質(zhì)之間的溫度差與環(huán)境溫度的函數(shù)關(guān)系。

操作方法：用兩個(gè)尺寸完全相同的白金坩堝，一個(gè)裝參比物，另一個(gè)裝待測(cè)樣品；將兩只坩堝放在同一條件下受熱，熱量通過(guò)試樣容器傳導(dǎo)到試樣內(nèi)，使其溫度升高，在試樣內(nèi)會(huì)形成溫度梯度；溫度的變化方式會(huì)依溫度差熱電偶接點(diǎn)處的位置而不同；溫點(diǎn)插入試樣和參比物中，或坩堝外的底部。

差熱分析曲線

DTA曲線：以溫度為橫坐標(biāo)、試樣和參比物的溫差ΔT為縱坐標(biāo)，以不同的吸熱和放熱峰顯示樣品受熱時(shí)的不同熱轉(zhuǎn)變狀態(tài)。

DTA的應(yīng)用

凡是在加熱（或冷卻）過(guò)程中，因物理-化學(xué)變化而產(chǎn)生吸熱或者放熱效應(yīng)的物質(zhì)，均可以用差熱分析法進(jìn)行分析。其主要應(yīng)用范圍如下：

水：對(duì)于含吸附水、結(jié)晶水或者結(jié)構(gòu)水的物質(zhì)，在加熱過(guò)程中失水時(shí)，發(fā)生吸熱作用，在差熱曲線上形成吸熱峰。

氣體：碳酸鹽、硫酸鹽及硫化物等，在加熱過(guò)程中由于CO2、SO2等氣體的放出而形成吸熱峰。不同類物質(zhì)放出氣體的溫度不同，差熱曲線的形態(tài)也不同，利用這種特征就可以對(duì)不同類物質(zhì)進(jìn)行區(qū)分鑒定。

價(jià)態(tài)變化材料中含有變價(jià)元素，在高溫下由低價(jià)態(tài)變?yōu)楦邇r(jià)態(tài)而放出熱量，形成放熱峰。變價(jià)元素不同，以及在晶格結(jié)構(gòu)中的情況不同，則因氧化而產(chǎn)生放熱效應(yīng)的溫度也不同。如Fe2+在340~450 ℃變成Fe3+

重結(jié)晶某些非晶態(tài)物質(zhì)在加熱過(guò)程中會(huì)發(fā)生重結(jié)晶而放出熱量，在差熱曲線上形成放熱峰；晶態(tài)物質(zhì)在加熱過(guò)程中晶格結(jié)構(gòu)被破壞，變?yōu)榉蔷B(tài)物質(zhì)發(fā)生晶格重構(gòu)，則也形成放熱峰。

晶型轉(zhuǎn)變有些物質(zhì)在加熱過(guò)程中由于晶型轉(zhuǎn)變而吸收熱量，在差熱曲線上形成吸熱峰。

DSC和DTA的區(qū)別：DSC的前身是差熱分析DTA，DTA只能測(cè)試△T信號(hào)，無(wú)法建立△H與△T之間的聯(lián)系；而DSC測(cè)試△T信號(hào)，并建立△H與△T之間的聯(lián)系。兩種方法的物理含義不一樣，DTA僅可以測(cè)試相變溫度等溫度特征點(diǎn)，DSC不僅可以測(cè)相變溫度點(diǎn)，而且可以測(cè)相變時(shí)的熱量變化。DTA曲線上的放熱峰和吸熱峰無(wú)確定物理含義，而DSC曲線上的放熱峰和吸熱峰分別代表放出熱量和吸收熱量。DTA曲線上凸表示樣品的溫度比參比樣品的溫度高，下凹表示樣品的溫度比參比樣品的溫度低。DSC曲線上凸表示有熱量釋放出來(lái)，下凹表示有熱量吸收，兩者的趨勢(shì)應(yīng)該是大致一樣。

 

熱導(dǎo)分析

導(dǎo)熱系數(shù)是表示材料熱傳導(dǎo)能力大小的物理量。導(dǎo)熱系數(shù)也叫導(dǎo)熱率，是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K，℃），在1秒鐘內(nèi)（1S），通過(guò)1平方米面積傳遞的熱量，單位為瓦/米·度 （W/（m·K），此處為K可用℃代替）。

熱擴(kuò)散系數(shù)是表示材質(zhì)均溫能力大小的物理量。熱擴(kuò)散系數(shù)又叫導(dǎo)溫系數(shù)，它表示物體在加熱或冷卻中，溫度趨于均勻一致的能力，單位為平方米/秒（ m2/s） 。在導(dǎo)熱系數(shù)高的物質(zhì)中熱能擴(kuò)散的很快，而導(dǎo)熱系數(shù)低的物質(zhì)中熱能則擴(kuò)散的較慢。這個(gè)綜合物性參數(shù)對(duì)穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱沒(méi)有影響，但是在非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程中，它是一個(gè)非常重要的參數(shù)。

導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試方法-測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)材料導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試，除了需要有對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備，還需要有對(duì)用的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范測(cè)試方法、測(cè)試過(guò)程、測(cè)試條件、測(cè)試樣品、測(cè)試范圍等信息。

在材料導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試領(lǐng)域，常用的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)主要采用美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）的 ASTM-D5470，ASTM-E1461，ASTM-E1530，ASTM C518-04等。

熱膨脹分析

熱膨脹系數(shù)

物體的體積或長(zhǎng)度隨溫度的變化而膨脹的現(xiàn)象稱為熱膨脹。其變化能力以等壓（p一定）下，單位溫度變化所導(dǎo)致的長(zhǎng)度、面積或體積的變化，即熱膨脹系數(shù)表示。熱膨脹的本質(zhì)是晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)間的平均距離隨溫度變化而變化。材料的熱膨脹通常用線膨脹系數(shù)或者體膨脹系數(shù)來(lái)表述。

熱膨脹系數(shù)檢測(cè)意義熱膨脹系數(shù)是材料的主要物理性質(zhì)之一，它是衡量材料的熱穩(wěn)定性好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。

熱膨脹系數(shù)的影響因素

化學(xué)礦物組成：熱膨脹系數(shù)與材料的化學(xué)組成、結(jié)晶狀態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)、鍵的強(qiáng)度有關(guān)。組成相同，結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)，膨脹系數(shù)不相同。通常情況下，結(jié)構(gòu)緊密的晶體，膨脹系數(shù)較大；而類似于無(wú)定形的玻璃，往往有較小的膨脹系數(shù)。鍵強(qiáng)度高的材料一般會(huì)有低的膨脹系數(shù)。

相變：材料發(fā)生相變時(shí)，其熱膨脹系數(shù)也要變化。純金屬同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)重排伴隨著金屬比容突變，導(dǎo)致線膨脹系數(shù)發(fā)生不連續(xù)變化。

合金元素對(duì)合金熱膨脹有影響簡(jiǎn)單金屬與非鐵磁性金屬組成的單相均勻固溶體合金的膨脹系數(shù)介于內(nèi)組元膨脹系數(shù)之間。而多相合金膨脹系數(shù)取決于組成相之間的性質(zhì)和數(shù)量，可以近似按照各相所占的體積百分比，利用混合定則粗略計(jì)算得到。

織構(gòu)的影響：?jiǎn)尉Щ蚨嗑Т嬖诳棙?gòu)，導(dǎo)致晶體在各晶向上原子排列密度有差異，導(dǎo)致熱膨脹各向異性，平行晶體主軸方向熱膨脹系數(shù)大， 垂直方向熱膨脹系數(shù)小。

內(nèi)部裂紋及缺陷也會(huì)對(duì)熱膨脹產(chǎn)生影響

熱膨脹系數(shù)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T 34183-2017 建筑設(shè)備及工業(yè)裝置用絕熱制品 熱膨脹系數(shù)的測(cè)定

GB/T 3074.4-2016 石墨電極熱膨脹系數(shù)（CTE）測(cè)定方法

GB/T 16920-2015 玻璃 平均線熱膨脹系數(shù)的測(cè)定

GB/T 28194-2011 玻璃 雙線法線熱膨脹系數(shù)的測(cè)定

GB/T 25144-2010 搪玻璃釉平均線熱膨脹系數(shù)的測(cè)定方法

GB/T 16535-2008 精細(xì)陶瓷線熱膨脹系數(shù)試驗(yàn)方法 頂桿法

密度測(cè)試

真密度（True Density）是相對(duì)于顆粒群的表觀密度和堆密度而言的，指材料在絕對(duì)密實(shí)的狀態(tài)下單位體積的固體物質(zhì)的實(shí)際質(zhì)量，即去除內(nèi)部孔隙或者顆粒間的空隙后的密度。真密度是粉體材料最基本物理參數(shù)，也是測(cè)定微粉顆粒分布等其他物理性質(zhì)必須用到的參數(shù)。真密度數(shù)值大小決定于材料化學(xué)組成及純度，其值直接影響材料質(zhì)量、性能及用途，對(duì)其測(cè)定有重要意義。 

真密度測(cè)試的方法：常用的測(cè)定真密度的方法主要是氣體容積法（加壓法）和浸液法（比重瓶法）兩種。所謂氣體容積法是根據(jù)氣體在密閉容器中遵守質(zhì)量守恒定律，由測(cè)得的壓力來(lái)確定待測(cè)樣品（粉體）的體積，再由樣品的質(zhì)量來(lái)最終測(cè)量樣品的密度。所謂浸液法，是根據(jù)阿基米德原理，測(cè)定粉體的真體積，再由粉體的質(zhì)量計(jì)算其真密度。

浸漬法（比重瓶法）：適用：適用于粉料，片料，粒料或制品部件的小切此。原理：該法測(cè)定粉體真密度基于阿基米德原理。方法：將待測(cè)粉末浸人對(duì)其潤(rùn)濕而不溶解的浸液中，抽真空除氣泡，求出粉末試樣從已知容量的容器中排出已知密度的液體，就可計(jì)算所測(cè)粉末的真密度。

氣體容積法（氦氣加壓置換法）：適用：適用于各類粉體、片狀、塊狀材料，尤其適合于多孔材料。原理：以氣體取代液體測(cè)定樣品所排出的體積。氣體能滲入樣品中極小的孔隙和表面的不規(guī)則空陷，因此測(cè)出的樣品體積更接近樣品的真實(shí)體積，從而可以用來(lái)計(jì)算樣品的密度，測(cè)試值更接近樣品的真實(shí)密度。方法：將試料置于真密度測(cè)試儀中，用氦氣作介質(zhì)，在測(cè)量室逐漸加壓到一個(gè)規(guī)定值，然后氦氣膨脹進(jìn)入膨脹室內(nèi)，兩個(gè)過(guò)程的平衡壓力由儀器自動(dòng)記錄，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)球校準(zhǔn)測(cè)量室和膨脹室的體積后，再確定試料的體積，計(jì)算出真密度。

其他密度測(cè)試方法：排水法測(cè)密度--阿基米德原理、振實(shí)密度（堆密度）、松裝密度。

粒度測(cè)試--Zeta、激光粒度

粒度分析的基本概念

顆粒：具有一定尺寸和形狀的微小物體，是組成粉體的基本單元。它宏觀很小，但微觀卻包含大量的分子和原子。

粒度：顆粒的大小。

粒度分布：用一定的方法反映出一系列不同粒徑顆粒分別占粉體總量的百分比。

粒度分布的表示方法：表格法（區(qū)間分布和累積分布）、圖形法、函數(shù)法，常見(jiàn)的有R-R分布，正態(tài)分布等。

粒徑：顆粒的直徑，一般以微米為單位。

等效粒徑：指當(dāng)一個(gè)顆粒的某一物理特性與同質(zhì)球形顆粒相同或相近時(shí)，我們就用該球形顆粒的直徑來(lái)代表這個(gè)實(shí)際顆粒的直徑。

D10，累計(jì)分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到10% 所對(duì)應(yīng)的粒徑值；  D50，累計(jì)分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑值；又稱中位徑或中值粒徑；  D90，累計(jì)分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到90%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑值。

測(cè)試方法：激光粒度儀和Zeta電位分析儀。

激光粒度儀：根據(jù)顆粒的衍射或者散射光的空間分布分析顆粒粒度的儀器，采用Furanhofer衍射及Mie散射理論，測(cè)試過(guò)程不受溫度變化、環(huán)境介質(zhì)年度表面狀態(tài)等因素的影響。

Zeta電位儀：采用光子相關(guān)光譜法、電泳光散射及最新FST技術(shù)來(lái)分析的一款納米粒度儀和zeta電位一體機(jī)，并可測(cè)定固體以及高濃度懸浮液的zeta電位。該儀器采用了高靈敏度測(cè)量技術(shù)，同時(shí)滿足低濃度和高濃度樣品納米粒度與zeta電位分析的要求，可檢測(cè)的粒徑范圍為0.6nm-10?m、濃度范圍為0.00001%-40%的粒徑。

激光粒度和Zeta粒度測(cè)試的區(qū)別：

激光粒度適用于微米級(jí)粒徑的樣品；Zeta粒度（納米粒度）適用于納米級(jí)粒徑樣品。激光粒度所需樣品量多，需要將樣品分散到150ml溶劑中，而且測(cè)試需要達(dá)到一定遮光度，就要求樣品量多一些；而Zeta只需要分散在3ml的溶劑中，很低的濃度就可以。

其他粒度測(cè)量方法

篩分法按照被測(cè)試樣的粒徑大小及分布范圍，將大小不同篩孔的篩子疊放在一起進(jìn)行篩分，收集各個(gè)篩子的篩余量，稱量求得被測(cè)試樣以重量計(jì)的顆粒粒徑分布。

沉降法（重力沉降法、離心沉降法）根據(jù)不同粒徑的顆粒在液體中的沉降速度不同測(cè)量粒度分布的一種方法。它的基本過(guò)程是把樣品放到某種液體中制成一定濃度的懸浮液，懸浮液中的顆粒在重力或離心力作用下將發(fā)生沉降。大顆粒的沉降速度較快，小顆粒的沉降速度較慢。斯托克斯Stokes 定律是沉降法粒度測(cè)試的基本理論依據(jù)。

電阻法（庫(kù)爾特顆粒計(jì)數(shù)器）根據(jù)小孔電阻原理，又稱庫(kù)爾特原理，測(cè)量顆粒大小的。

電鏡法：SEM、TEM；1nm～5μm范圍。適合納米材料的粒度大小和形貌分析。

超聲波法超聲波發(fā)生端（RF Generator）發(fā)出一定頻率和強(qiáng)度的超聲波，經(jīng)過(guò)測(cè)試區(qū)域，到達(dá)信號(hào)接收端（RF Detector）。當(dāng)顆粒通過(guò)測(cè)試區(qū)域時(shí)，由于不同大小的顆粒對(duì)聲波的吸收程度不同，在接收端上得到的聲波的衰減程度也就不一樣，根據(jù)顆粒大小同超聲波強(qiáng)度衰減之間的關(guān)系，得到顆粒的粒度分布。

透氣法粉末樣品的氣體透過(guò)能力與粉末的比表面有關(guān)，籍此求出樣品的比表面積并由此得到顆粒的平均粒度。

孔徑、開(kāi)孔率及比表面積 

BET測(cè)試

BET比表面積就是：Brunauer、Emmett和Teller三位科學(xué)家的首字母組合為BET。BET吸附指的是多層吸附，這也是材料的實(shí)際吸附過(guò)程。BET比表面積測(cè)試可用于測(cè)顆粒的比表面積、孔容、孔徑分布以及氮?dú)馕矫摳角€。

P: 氮?dú)夥謮篜0: 吸附溫度下，氮?dú)獾娘柡驼羝麎篤: 樣品表面氮?dú)獾膶?shí)際吸附量Vm: 氮?dú)鈫螌语柡臀搅緾 : 與樣品吸附能力相關(guān)的常數(shù)

IUPAC提出的吸附等溫線分類

BET公式的使用范圍

通常情況下，BET公式只適用于處理相對(duì)壓力（p/p0）約為0.05~0.35之間的吸附數(shù)據(jù)。這是因?yàn)锽ET理論的多層物理吸附模型限制所致。當(dāng)相對(duì)壓力小于0.05時(shí)，不能形成多層物理吸附，甚至連單分子物理吸附層也遠(yuǎn)未建立，表面的不均勻性就顯得突出；而當(dāng)相對(duì)壓力大于0.35時(shí)，毛細(xì)凝聚現(xiàn)象的出現(xiàn)又破壞了多層物理吸附。

壓汞測(cè)試

壓汞法（Mercury intrusion method）是指用來(lái)測(cè)定樣品中的過(guò)渡氣孔和宏觀氣孔的孔徑和它們的分布。壓汞法是依靠外加的壓力使汞克服表面張力進(jìn)入樣品氣孔來(lái)測(cè)定樣品的氣孔孔徑和氣孔分布。外加壓力增大，可使汞進(jìn)入更小的氣孔，進(jìn)入樣品氣孔的汞量也就愈多。當(dāng)假設(shè)樣品氣孔為柱形時(shí)，根據(jù)汞在氣孔中的表面張力與外加壓力平衡的原理，可以得到樣品孔徑的計(jì)算方法。

原理：假設(shè)多孔材料是由大小不同的圓桶形毛細(xì)管所組成，根據(jù)毛管內(nèi)液體生姜原理，水銀所受壓力P和毛管半徑r的關(guān)系如下：（根據(jù)施加壓力，即可得到對(duì)應(yīng)的孔徑尺寸）

應(yīng)用：主要針對(duì)中孔和大孔材料，測(cè)試顆粒的分布、顆粒間及顆粒內(nèi)部的孔隙率、孔彎曲率、滲透性、孔喉比、分形特性和可壓縮性能等；結(jié)合BET法可對(duì)樣品孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析。

壓電測(cè)試--壓電常數(shù)、彈性常數(shù)、介電常數(shù)、機(jī)械耦合系數(shù)

壓電檢測(cè)法是一種利用石英晶體微天平（QCM）進(jìn)行測(cè)量的電化學(xué)檢測(cè)法。QCM是通過(guò)測(cè)定振子的基頻共振頻率的變化來(lái)檢測(cè)微小的質(zhì)量變化，檢測(cè)靈敏度可以達(dá)到“納克”級(jí)且受實(shí)驗(yàn)條件的干擾較小，在檢測(cè)DNA的固定、雜交等方面有廣泛的應(yīng)用前景。

以寡核苷酸包覆的金納米粒子為放大探針，通過(guò)靶標(biāo)分子與固定在QCM電極上的探針形成探針-靶-金納米粒子探針的三明治結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)。與核酸堿基相比，金納米粒子的質(zhì)量較大，因此得到的振蕩頻率的變化也較大，從而提高了QCM檢測(cè)的靈敏度。采用這種方法可簡(jiǎn)便、快捷地檢測(cè)濃度在nmol/L級(jí)以下的靶標(biāo)核苷酸。

霍爾效應(yīng)、UPS--半導(dǎo)體參數(shù)

霍爾效應(yīng)測(cè)試

在一個(gè)磁場(chǎng)中放置一塊導(dǎo)體，在垂直于磁場(chǎng)的方向上施加一個(gè)電流時(shí)，載流的帶電粒子會(huì)在磁場(chǎng)力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)體橫向兩側(cè)的電荷會(huì)重新分布，從而產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部的電場(chǎng)。這個(gè)現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)，由此產(chǎn)生的導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差通常稱為霍爾電壓（Hall voltage）。這一現(xiàn)象于1879年由美國(guó)科學(xué)家 Edwin Hall 發(fā)現(xiàn)，由此得名。

自旋霍爾效應(yīng)的神奇之處在于，它甚至不需要外界磁場(chǎng)的幫助。這給了科學(xué)家一個(gè)不需通過(guò)磁場(chǎng)、只通過(guò)電流就能控制電子自旋的新思路。電子形成電流的過(guò)程中，很容易經(jīng)歷隨機(jī)碰撞從而耗散能量。利用電子自旋和電流的規(guī)律，我們也許能夠指揮電子進(jìn)行有序的運(yùn)動(dòng)，從而減低能耗。自旋霍爾效應(yīng)有可能會(huì)在不久的將來(lái)應(yīng)用到計(jì)算機(jī)的芯片制造中，設(shè)計(jì)出下一代的性能更優(yōu)越的芯片。

應(yīng)用：霍爾效應(yīng)測(cè)試儀，是用于測(cè)量半導(dǎo)體材料的載流子濃度、遷移率、電阻率、霍爾系數(shù)等重要參數(shù)，而這些參數(shù)是了解半導(dǎo)體材料電學(xué)特性必須預(yù)先掌控的，因此是理解和研究半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體材料電學(xué)特性必備的工具。

UPS測(cè)試

紫外光電子能譜（UltravioletPhotoelectron Spectroscopy，簡(jiǎn)稱UPS）兩個(gè)分支體系。Tunner 等人所發(fā)展的紫外光電子能譜，它的激發(fā)源在屬于真空紫外能量范圍，可以在高能量分辨率（10~20meV）水平上探測(cè)價(jià)層電子能級(jí)的亞結(jié)構(gòu)和分子振動(dòng)能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)，是研究材料價(jià)電子結(jié)構(gòu)的有效方法。

紫外光電子能譜的測(cè)量原理：UPS測(cè)量的基本原理與XPS相同，都是基于愛(ài)因斯坦光電定律。

紫外光電子能譜的分析方法

紫外光電子能譜通過(guò)測(cè)量?jī)r(jià)層電子的能量分布從中獲得有關(guān)價(jià)電子結(jié)構(gòu)的各種信息，包括材料的價(jià)帶譜、逸出功、VB/HOMO位置以及態(tài)密度分布等。

我們知道，在分析XPS譜圖時(shí)確定譜峰的位置至關(guān)重要。待測(cè)樣品中所含元素以何種化學(xué)態(tài)的形式存在，最主要的判據(jù)是化學(xué)位移，然而對(duì)以能帶結(jié)構(gòu)為主要研究對(duì)象的UPS譜圖來(lái)說(shuō)，除了需要對(duì)譜結(jié)構(gòu)本身進(jìn)行仔細(xì)辨識(shí)外，還要對(duì)譜的端邊進(jìn)行精確標(biāo)定。通常，半導(dǎo)體材料的 EF位于帶隙之間，它與價(jià)電子所能填充的最高能量位置-價(jià)帶頂（VBM）之間有一個(gè)未知的能量差。對(duì)于p型半導(dǎo)體材料，該能量差可以非常小，而對(duì)于n型半導(dǎo)體材料則可以大到與禁帶寬度Eg相當(dāng)。而且由于半導(dǎo)體材料受表面態(tài)影響會(huì)在近表面處發(fā)生能帶彎曲，因此EF相對(duì)于 VBM的位置會(huì)隨表面處理?xiàng)l件的改變而變化，這在解析譜圖時(shí)需要考慮。

紫外光電子能譜的應(yīng)用

最初，高分辨的UPS能譜儀主要用來(lái)測(cè)量氣態(tài)分子的電離電位，研究分子軌道的鍵合性質(zhì)以及定性鑒定化合物種類。后來(lái)UPS越來(lái)越多地應(yīng)用于廣延固體表面研究。固體的物理和化學(xué)性質(zhì)與它們的能帶結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，廣延固體中的價(jià)電子結(jié)構(gòu)較分子材料中單個(gè)原子或分子的價(jià)電子結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多。

目前，紫外光電子能譜是研究固體能帶結(jié)構(gòu)最主要的技術(shù)手段之一。采用UPS研究固體表面時(shí)，由于固體的價(jià)電子能級(jí)被離域的或成鍵分子軌道的電子所占有，從價(jià)層能級(jí)發(fā)射的光電子譜線相互緊靠，因價(jià)電子能級(jí)的亞結(jié)構(gòu)、分子振動(dòng)能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)等疊加成帶狀結(jié)構(gòu)，因此得到的光電子能量分布并不直接代表價(jià)帶電子的態(tài)密度，而應(yīng)包括未占有態(tài)結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)，即受電子躍遷的終態(tài)效應(yīng)影響，如自旋-軌道耦合，離子的離解作用，Jahn-Teller效應(yīng)，交換分裂和多重分裂等。

未來(lái)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)各種無(wú)機(jī)非金屬材料，尤其是對(duì)特種新型材料提出更多更高的要求。材料學(xué)科有廣闊的發(fā)展前景，復(fù)合材料、定向結(jié)晶材料、增韌陶瓷以及各種類型的表面處理和涂層的使用，將使材料的效能得到更大發(fā)揮。