Характеристика (материаловедение)

Микрофотография бронзы, на которой видна литая дендритная структура. — Методика определения характеристик оптической микроскопии, показывающая микроструктуру микронного масштаба дендритную бронзового сплава.

Характеристика , когда она используется в материаловедении , относится к широкому и общему процессу, с помощью которого исследуется и измеряется структура и свойства материала. Это фундаментальный процесс в области материаловедения, без которого невозможно достичь научного понимания технических материалов. ^[1]^[2] Объем этого термина часто различается; некоторые определения ограничивают использование этого термина методами, изучающими микроскопическую структуру и свойства материалов. ^[2] в то время как другие используют этот 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 ангстрем , например, при визуализации отдельных атомов и химических связей, до сантиметров, например, при визуализации крупнозернистых структур в металлах.

Хотя многие методы определения характеристик, такие как базовая оптическая микроскопия, практиковались на протяжении веков, постоянно появляются новые методы и методологии. В частности, появление электронного микроскопа и вторичной ионной масс-спектрометрии в 20-м веке произвело революцию в этой области, позволив получать изображения и анализировать структуры и композиции в гораздо меньших масштабах, чем это было возможно раньше, что привело к огромному повышению уровня понимания. относительно того, почему разные материалы обладают разными свойствами и поведением. ^[4] Совсем недавно атомно-силовая микроскопия еще больше увеличила максимально возможное разрешение для анализа некоторых образцов за последние 30 лет. ^[5]

Микроскопия [ править ]

Микроскопия — это категория методов определения характеристик, которые исследуют и отображают поверхностную и подповерхностную структуру материала. Эти методы могут использовать фотоны , электроны , ионы или физические кантилеверы для сбора данных о структуре образца в диапазоне масштабов длины. Некоторые распространенные примеры методов микроскопии включают:

Спектроскопия [ править ]

Спектроскопия — это категория методов определения характеристик, в которых используется ряд принципов для выявления химического состава, изменений состава, кристаллической структуры и фотоэлектрических свойств материалов. Некоторые распространенные примеры методов спектроскопии включают:

Оптическое излучение [ править ]

Ультрафиолетово-видимая спектроскопия (УФ-видимая)
Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR)
Термолюминесценция (ТЛ)
Фотолюминесценция (ФЛ)

рентген [ править ]

Первое рентгеновское дифракционное изображение марсианской почвы – анализ CheMin выявил полевой шпат, пироксены, оливин и многое другое (марсоход Curiosity в «Рокнесте», 17 октября 2012 г.). ^[6]

Порошковая рентгеновская дифракция Y ₂ Cu ₂ O ₅ и уточнение по Ритвельду с двумя фазами, показывающая 1% примеси оксида иттрия (красные тикеры)

Масс-спектрометрия [ править ]

Режимы масс-спектрометрии:
Масс-спектрометрия вторичных ионов (ВИМС)

Ядерная спектроскопия

PAC исследует локальную структуру с помощью радиоактивных ядер. По картине получают градиенты электрического поля, разрешающие структуру вокруг радиоактивного атома, с целью изучения фазовых переходов, дефектов, диффузии.

Другое [ править ]

Фотонная корреляционная спектроскопия / Динамическое рассеяние света (ДРС)
Терагерцовая спектроскопия (ТГц)
Электронный парамагнитный/спиновый резонанс (ЭПР, ЭПР)
Малоугловое рассеяние нейтронов (МУРН)
Спектрометрия резерфордовского обратного рассеяния (RBS)
Акустическая спектроскопия с пространственным разрешением ( SRAS )

Макроскопическое исследование [ править ]

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

Механические испытания , включая испытания на растяжение, сжатие, кручение, ползучесть, усталость, ударную вязкость и твердость.
Дифференциальный термический анализ (ДТА)
Диэлектрический термический анализ (ДЭА, ДЭТА)
Термогравиметрический анализ (ТГА)
Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)
Метод импульсного возбуждения (ИЭТ)
Ультразвуковые методы, включая резонансную ультразвуковую спектроскопию и ультразвукового контроля во временной области. методы ^[8]

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Кумар, Сэм Чжан, Линь Ли, Ашок (2009). Методы определения характеристик материалов . Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 978-1420042948 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Ленг, Ян (2009). Характеристика материалов: введение в микроскопические и спектроскопические методы . Уайли. ISBN 978-0-470-82299-9 .
^ Чжан, Сэм (2008). Методы определения характеристик материалов . ЦРК Пресс. ISBN 978-1420042948 .
^ Матис, Дэниел, Центр микроскопии Базельского университета : Развитие электронной микроскопии от изображения к анализу и нанолаборатории , с. 8
^ Патент US4724318 - Атомно-силовой микроскоп и метод получения изображений поверхностей с атомным разрешением - Патенты Google.
^ Браун, Дуэйн (30 октября 2012 г.). «Первые исследования почвы марсоходом НАСА помогли отследить марсианские минералы» . НАСА . Проверено 31 октября 2012 г.
^ «Что такое рентгеновская фотонная корреляционная спектроскопия (XPCS)?» . сектор7.xray.aps.anl.gov . Архивировано из оригинала 22 августа 2018 г. Проверено 29 октября 2016 г.
^ Р. Труэлл, К. Эльбаум и CB Чик., Ультразвуковые методы в физике твердого тела, Нью-Йорк, Academic Press Inc., 1969.
^ Ахи, Киараш; Шахбазмохамади, Сина; Асадизанджани, Навид (2018). «Контроль качества и аутентификация корпусированных интегральных схем с использованием терагерцовой спектроскопии и визуализации во временной области с повышенным пространственным разрешением» . Оптика и лазеры в технике . 104 : 274–284. Бибкод : 2018OptLE.104..274A . дои : 10.1016/j.optlaseng.2017.07.007 .

[1] Кумар, Сэм Чжан, Линь Ли, Ашок (2009). Методы определения характеристик материалов . Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 978-1420042948 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[Leng2009-2] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Ленг, Ян (2009). Характеристика материалов: введение в микроскопические и спектроскопические методы . Уайли. ISBN 978-0-470-82299-9 .

[Materials_Characterization_Techniques-3] Чжан, Сэм (2008). Методы определения характеристик материалов . ЦРК Пресс. ISBN 978-1420042948 .

[EM-4] Матис, Дэниел, Центр микроскопии Базельского университета : Развитие электронной микроскопии от изображения к анализу и нанолаборатории , с. 8

[5] Патент US4724318 - Атомно-силовой микроскоп и метод получения изображений поверхностей с атомным разрешением - Патенты Google.

[NASA-20121030-6] Браун, Дуэйн (30 октября 2012 г.). «Первые исследования почвы марсоходом НАСА помогли отследить марсианские минералы» . НАСА . Проверено 31 октября 2012 г.

[7] «Что такое рентгеновская фотонная корреляционная спектроскопия (XPCS)?» . сектор7.xray.aps.anl.gov . Архивировано из оригинала 22 августа 2018 г. Проверено 29 октября 2016 г.

[8] Р. Труэлл, К. Эльбаум и CB Чик., Ультразвуковые методы в физике твердого тела, Нью-Йорк, Academic Press Inc., 1969.

[9] Ахи, Киараш; Шахбазмохамади, Сина; Асадизанджани, Навид (2018). «Контроль качества и аутентификация корпусированных интегральных схем с использованием терагерцовой спектроскопии и визуализации во временной области с повышенным пространственным разрешением» . Оптика и лазеры в технике . 104 : 274–284. Бибкод : 2018OptLE.104..274A . дои : 10.1016/j.optlaseng.2017.07.007 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

v т и Отрасли химии
Glossary of chemical formulae List of biomolecules List of inorganic compounds Periodic table
Analytical	Instrumental chemistry Electroanalytical methods Spectroscopy IR Raman UV-Vis NMR Mass spectrometry EI ICP MALDI Separation process Chromatography GC HPLC Crystallography Characterization Titration Wet chemistry Calorimetry Elemental analysis
Theoretical	Quantum chemistry Computational chemistry Mathematical chemistry Molecular modelling Molecular mechanics Molecular dynamics Molecular geometry VSEPR theory
Physical	Electrochemistry Spectroelectrochemistry Photoelectrochemistry Thermochemistry Chemical thermodynamics Surface science Interface and colloid science Micromeritics Cryochemistry Sonochemistry Structural chemistry Chemical physics Molecular physics Femtochemistry Chemical kinetics Spectroscopy Photochemistry Spin chemistry Microwave chemistry Equilibrium chemistry Mechanochemistry
Inorganic	Coordination chemistry Magnetochemistry Organometallic chemistry Organolanthanide chemistry Cluster chemistry Solid-state chemistry Ceramic chemistry
Organic	Stereochemistry Alkane stereochemistry Physical organic chemistry Organic reactions Organic synthesis Retrosynthetic analysis Enantioselective synthesis Total synthesis / Semisynthesis Fullerene chemistry Polymer chemistry Petrochemistry Dynamic covalent chemistry
Biological	Biochemistry Molecular biology Cell biology Chemical biology Bioorthogonal chemistry Medicinal chemistry Pharmacology Clinical chemistry Neurochemistry Bioorganic chemistry Bioorganometallic chemistry Bioinorganic chemistry Biophysical chemistry
Interdisciplinarity	Nuclear chemistry Radiochemistry Radiation chemistry Actinide chemistry Cosmochemistry / Astrochemistry / Stellar chemistry Geochemistry Biogeochemistry Photogeochemistry Environmental chemistry Atmospheric chemistry Ocean chemistry Clay chemistry Carbochemistry Food chemistry Carbohydrate chemistry Food physical chemistry Agricultural chemistry Soil chemistry Chemistry education Amateur chemistry General chemistry Clandestine chemistry Forensic chemistry Forensic toxicology Post-mortem chemistry Nanochemistry Supramolecular chemistry Chemical synthesis Green chemistry Click chemistry Combinatorial chemistry Biosynthesis Chemical engineering Stoichiometry Materials science Metallurgy Ceramic engineering Polymer science
See also	History of chemistry Nobel Prize in Chemistry Timeline of chemistry of element discoveries "The central science" Chemical reaction Catalysis Chemical element Chemical compound Atom Molecule Ion Chemical substance Chemical bond Alchemy Quantum mechanics
Category Commons Portal WikiProject

v т и Отрасли материаловедения
Main classes	Metallurgy Ceramic engineering Polymer science and Polymer engineering
Material independent	Characterization Computational Informatics
Domains	Crystallography Surface science Tribology Microelectronics
Interdisciplinary	Chemistry Solid-state chemistry Polymer chemistry Mineralogy Mining engineering Nuclear engineering Physics Condensed-matter physics Polymer physics Soft-matter physics Solid-state physics
Category Common

v т и Масс-спектрометрия
Mass m/z Mass spectrum MS software Acronyms
Ion source	APCI APLI APPI CI DAPPI DART DESI DIOS EESI EI ESI FAB FD GD IA ICP LAESI MALDI MALDESI MIP PTR SESI SIMS SS SSI SELDI TI TS
Mass analyzer	Sector Wien filter Time-of-flight Quadrupole mass filter Quadrupole ion trap Penning trap FT-ICR Orbitrap
Detector	Electron multiplier Microchannel plate detector Daly detector Faraday cup Langmuir–Taylor detector
MS combination	MS/MS QqQ AMS Hybrid MS GC/MS LC/MS IMS/MS CE-MS
Fragmentation	BIRD CID ECD EDD ETD HCD IRMPD NETD SID
Category Commons WikiProject