Характеризация , когда используется в материаловедении , относится к широкому и общему процессу, с помощью которого исследуются и измеряются структура и свойства материала. Это фундаментальный процесс в области материаловедения, без которого невозможно установить научное понимание конструкционных материалов. [1] [2] Область применения термина часто различается; некоторые определения ограничивают использование термина методами, которые изучают микроскопическую структуру и свойства материалов, [2] в то время как другие используют термин для обозначения любого процесса анализа материалов, включая макроскопические методы, такие как механические испытания, термический анализ и расчет плотности. [3] Масштаб структур, наблюдаемых при характеризации материалов, варьируется от ангстремов , например, при визуализации отдельных атомов и химических связей, до сантиметров, например, при визуализации крупнозернистых структур в металлах.
Хотя многие методы характеризации практиковались на протяжении столетий, такие как базовая оптическая микроскопия, постоянно появляются новые методы и методики. В частности, появление электронного микроскопа и вторичной ионной масс-спектрометрии в 20 веке произвело революцию в этой области, позволив получать изображения и анализировать структуры и составы в гораздо меньших масштабах, чем это было возможно ранее, что привело к огромному повышению уровня понимания того, почему разные материалы демонстрируют разные свойства и поведение. [4] Совсем недавно атомно-силовая микроскопия еще больше увеличила максимально возможное разрешение для анализа определенных образцов за последние 30 лет. [5]
Микроскопия
Изображение алюминия, полученное с помощью оптического микроскопаИзображение поверхности графита на атомном уровне, полученное с помощью СТМ
Микроскопия — это категория методов характеризации, которые исследуют и отображают поверхностную и подповерхностную структуру материала. Эти методы могут использовать фотоны , электроны , ионы или физические зонды кантилевера для сбора данных о структуре образца в диапазоне масштабов длины. Некоторые распространенные примеры методов микроскопии включают:
Спектроскопия — это категория методов характеризации, которые используют ряд принципов для выявления химического состава, изменения состава, кристаллической структуры и фотоэлектрических свойств материалов. Некоторые общие примеры методов спектроскопии включают:
Первое рентгеновское дифракционное изображение марсианского грунта — анализ CheMin выявил полевой шпат, пироксены, оливин и многое другое (марсоход Curiosity в «Рокнесте», 17 октября 2012 г.) [6]Рентгеновская порошковая дифракция Y 2 Cu 2 O 5 и очистка по Ритвельду с двумя фазами, показывающая 1% примеси оксида иттрия (красные тикеры)
PAC зондирует локальную структуру с помощью радиоактивных ядер. Из рисунка получаются градиенты электрического поля, которые разрешают структуру вокруг радиоактивного атома, чтобы изучать фазовые переходы, дефекты, диффузию.
^ Кумар, Сэм Чжан, Линь Ли, Ашок (2009). Методы характеристики материалов . Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 978-1420042948.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ ab Leng, Yang (2009). Характеристика материалов: Введение в микроскопические и спектроскопические методы . Wiley. ISBN978-0-470-82299-9.
^ Чжан, Сэм (2008). Методы характеристики материалов . CRC Press. ISBN978-1420042948.
^ Матис, Даниэль, Zentrum für Mikroskopie, Базельский университет : Die Entwicklung der Elektronenmikroskopie vom Bild über die Analyse zum Nanolabor , p. 8
^ Патент US4724318 – Атомно-силовой микроскоп и метод получения изображений поверхностей с атомным разрешением – Google Patents
↑ Браун, Дуэйн (30 октября 2012 г.). «Первые исследования почвы марсоходом НАСА помогли идентифицировать марсианские минералы». НАСА . Получено 31 октября 2012 г.
^ "Что такое рентгеновская фотонная корреляционная спектроскопия (XPCS)?". sector7.xray.aps.anl.gov . Архивировано из оригинала 2018-08-22 . Получено 2016-10-29 .
^ Р. Труэлл, К. Элбаум и К. Б. 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 во временной области с улучшенным пространственным разрешением и визуализацией». Оптика и лазеры в машиностроении . 104 : 274–284. Bibcode : 2018OptLE.104..274A. doi : 10.1016/j.optlaseng.2017.07.007.
_effective_refractive_indexes_and_(b)_absorption_coefficients_of_the_electronic_chips.jpg/1280px-(a)_effective_refractive_indexes_and_(b)_absorption_coefficients_of_the_electronic_chips.jpg)