材料表征研究必备设备:显微镜和光谱仪
材料表征使研究人员能够识别材料的结构,这种结构如何指代其宏观特性,以及它将如何在某些技术应用中发挥作用。
构成“材料特性”的定义可能会有所不同。虽然有些人使用该术语来指代分析材料的任何过程,包括体热分析和密度测试,但本文概述了在材料微观特性研究中应用的材料表征技术。
这些材料表征技术中的大多数可以分为两大类:显微镜或光谱学。
显微技术
显微镜是指应用显微镜研究各种材料和表面,是材料表征和科学研究的主要方法之一。显微镜采用多种不同的方法来生成材料和表面的放大图像。
光学显微镜
光学显微镜是世界上最知名的科学设备之一,几乎随处可见,从高中科学教室到高级研究实验室。
光学显微镜利用透镜和反射镜的组件使用可见光生成放大图像。虽然对于广泛的应用非常有用,但光学显微镜最终受到光子波长和能量之间关系的限制,使其最大可能的放大倍率约为 1,000 倍。
存在许多光学显微镜的变体,包括许多使用荧光来增强成像能力的变体(例如,荧光、共焦和双光子显微镜)。
电子显微镜
有许多类型的电子显微镜,特别是 扫描电子显微镜 (SEM)、透射电子显微镜(TEM)和扫描隧道显微镜(STM)。这些方法中的每一种都依赖于电子束而不是光束来进行材料表征。
电子显微镜是世界领先的显微镜之一,能够以高达 50,000,000 倍的放大倍率进行成像,使其成为最强大的显微镜。
其他显微镜技术
许多替代类型的显微镜可用于材料表征;这些包括:
- 原子力显微镜 (AFM)
- 紫外线 (UV) 显微镜
- X 射线显微镜
光谱技术
光谱技术范围广泛且多种多样,但都需要测量材料对各种频率的电磁辐射的响应。
根据所选择的技术,可以通过测量样品对入射能量的吸收、发射、阻抗或反射来确定材料特性。
光谱学是一个广泛的领域,存在大量不同的技术。一些最常用的包括红外 (IR) 光谱、核磁共振光谱 (NMR)、拉曼光谱和 X 射线光谱,
其他材料表征技术
还有许多其他技术用于材料表征,这些技术不属于显微镜和光谱学的范畴。一些最流行的例子是:
- 包括 X 射线衍射在内的衍射技术通常用于识别晶体结构。
- 电学和磁学技术,例如阻抗谱。
- 纳米压痕,由此可以根据材料对称为纳米压痕的微小、精确机械探针的纳米级响应来进行材料表征。
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