表征

当用于材料科学时，表征是指探测和测量材料的结构和特性的广泛而普遍的过程。 它是材料科学领域的一个基本过程，没有它就无法确定对工程材料的科学理解。 该术语的范围通常不同； 一些定义将该术语的使用限制在研究材料的微观结构和特性的技术，而其他定义则使用该术语来指代任何材料分析过程，包括机械测试、热分析和密度计算等宏观技术。 在材料表征中观察到的结构尺度从埃（例如在单个原子和化学键的成像中）到厘米（例如在金属中的粗晶粒结构成像中）不等。

虽然许多表征技术已经实践了几个世纪，例如基本的光学显微镜，但新技术和方法不断涌现。 特别是 20 世纪电子显微镜和二次离子质谱仪的出现彻底改变了该领域，允许在比以前更小的尺度上对结构和成分进行成像和分析，从而xxx提高了理解水平 至于为什么不同的材料表现出不同的特性和行为。 最近，原子力显微镜在过去 30 年中进一步提高了某些样品分析的xxx可能分辨率。

显微镜是一类表征技术，可探测和绘制材料的表面和亚表面结构。 这些技术可以使用光子、电子、离子或物理悬臂梁探针在一定长度范围内收集有关样品结构的数据。 显微镜技术的一些常见示例包括：

• 光学显微镜
• 扫描电子显微镜 (SEM)
• 透射电子显微镜 (TEM)
• 场离子显微镜 (FIM)
• 扫描探针显微镜 (SPM)
  • 原子力显微镜 (AFM)
  • 扫描隧道显微镜 (STM)
• X 射线衍射形貌 (XRT)

光谱学是一类表征技术，它使用一系列原理来揭示材料的化学成分、成分变化、晶体结构和光电特性。 光谱技术的一些常见示例包括：

• 紫外-可见光谱（UV-vis）
• 傅立叶变换红外光谱 (FTIR)
• 热致发光 (TL)
• 光致发光 (PL)

• X 射线衍射 (XRD)
• 小角 X 射线散射 (SAXS)
• 能量色散 X 射线光谱（EDX、EDS）
• 波长色散 X 射线光谱（WDX、WDS）
• 电子能量损失谱 (EELS)
• X 射线光电子能谱 (XPS)
• 俄歇电子能谱 (AES)
• X 射线光子相关光谱 (XPCS)

• 质谱分析模式：
  • 电子电离 (EI)
  • 热电离质谱 (TI-MS)
  • 质谱飞行时间
• 二次离子质谱 (SIMS)

• 核磁共振波谱 (NMR)
• 穆斯堡尔谱 (MBS)
• 扰动角相关 (PAC)

• 光子相关光谱/动态光散射 (DLS)
• 太赫兹光谱 (THz)
• 电子顺磁/自旋共振（EPR、ESR）
• 小角中子散射 (SANS)
• 卢瑟福背散射光谱法 (RBS)

大量技术用于表征材料的各种宏观特性，包括：

• 机械测试，包括拉伸、压缩、扭转、蠕变、疲劳、韧性和硬度测试
• 差热分析 (DTA)
• 介电热分析（DEA、DETA）
• 热重分析 (TGA)
• 差示扫描量热法 (DSC)
• 脉冲激励技术 (IET)
• 超声技术，包括共振超声光谱和时域超声检测方法