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微观力学分析

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  • OPTON的微观世界|第4期 食物中的力学知识 不同品质大米的微观力学分析

    OPTON的微观世界|第4期 食物中的力学知识 不同品质大米的微观力学分析

    一、前期回顾上期我们发现纸币防伪条之所以呈现不同色彩和形貌是因为特殊的微观结构所导致（详细情形见第三期文章），材料的微观结构对宏观的光学性能巨大的改变。由于大部分读者在上期投票中选择【B选项：1元/斤的大米和10元/斤的大米在显微镜下有何区别。】那么今天笔者带领大家来一起探索优质大米（吃起来劲道的新米）和劣质大米（口感较差的陈米）在显微结构上有什么不一样。二、序 言金属的强度、韧性、脆性与它的微观组织结构有很大的联系：韧性强的金属材料会发生韧性断裂，在断口的断面会观察到有典型“韧窝”特征的韧性断裂区；脆性大的金属会发生脆性断裂，在断口的断面会观察到有典型“台阶”特征的解理断裂区。这些不同的断口形貌是由微小的热处理工艺或材料成分的微小差别所引起的，不同的微观组织形貌代表了不同的金属材料生产工艺。那么我们猜想：是否可以通过显微形貌分析来判断生长周期不一样、或者营养成分/化学物质不一样的农作物呢？三、大米断面显微形貌分析，大米淀粉形貌及淀粉复粒形貌本期选择同种大米的两个不同时期（新米10元/斤、存放半年的陈米6元/斤）的样本进行微观形貌的拍摄，来研究放置时间长的大米除了靠气味和口感上的差异来区分外，是否可以通过材料显微分析的手段来进行辨别。01大米断口分析http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/02/201702241444_02_3001042_3.jpg 大米断口显微形貌图如上图A所示，我们把大米粒掰断后可以看到大米粒断口是有形貌特征的。放大到100倍下如图B我们可以看到有类似金属沿晶断口及窝韧形貌特征的存在。图C是窝韧特征的细节放大图，可以发现是由10μm左右的一粒粒大米淀粉微粒组成的、断口高低起伏且小一点的淀粉微粒棱角分明。图D是大米内部淀粉复粒组成的，大米复粒表面比较光滑，复粒淀粉之间的交界面都很平滑，且复粒内不光有淀粉微粒，微粒之间还会有蛋白质存在（表面黑色条纹部位）。从上图我们可以看出大米颗粒是由一粒粒淀粉微粒所组成的复粒淀粉粒所组成，当断裂部位是沿复粒淀粉截面扩展时，断口呈现平滑的沿晶裂纹特征；当断裂部位穿过复粒淀粉而扩展时，断口呈现穿晶断裂。不同大米由于生长周期及成分都有差别，导致了淀粉微粒、淀粉复粒的形貌及它们之间的结合力各不相同，因此不同大米的断口形貌也完全不一样。02复粒淀粉沿晶/穿晶断口形貌分析http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/02/201702241444_03_3001042_3.jpg 复粒淀粉穿晶断裂（左）和沿晶断裂（右）形貌差异对比上图左是复粒淀粉断裂时的断口形貌，可以发现中间的淀粉微粒周围暗色的部分是大米内部的蛋白质，一个个淀粉微粒是由蛋白质连接起来的，其中画红圈的部分是大米内部的脂质颗粒，该颗粒在新大米断口处几乎没有，而在陈旧大米内部有很多，推测该脂质的析出导致了连接淀粉微粒的蛋白质发生了变化，导致大米复粒内部黏合力发生改变。上图右是大米淀粉复粒表明断口图，可以看出断口处非常平滑，正常情况下淀粉复粒间的结合能是远低于淀粉粒间内部结合能的，所以断裂一般都发生在淀粉复粒平滑处。03新米与陈米断口微观形貌结构对比http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/02/201702241444_04_3001042_3.jpg陈米（左）与新米（右）断口显微形貌差别在显微镜下我们可以看到陈米断口（上图左）相较于新米断口（上图右）呈现更多的“窝韧”形貌特征，断裂面穿过了大米复粒淀粉。而新米大部分断口为“沿晶”解理，断裂面沿淀粉复粒扩展。拍摄结果表明正常新米内部的结合是复粒淀粉内部大于复粒淀粉边界的。随着大米放置时间的增长，米粒内部的化学物质发生了变化，导致复粒淀粉内部的微粒间键合减弱结合力变差，断裂裂纹面主要由从复粒淀粉边界扩展变为从复粒淀粉穿过后断裂。四、后 记“天空没有翅膀的痕迹，但是鸟儿却飞过”。不同于鸟儿在天空飞过没留下痕迹，任何材料的生产和合成所经过的工艺都会在材料内部留下显微痕迹，通过显微技术来辨别材料的显微形貌/结构的特征，可以轻易的判断出材料的生产工艺及历程。例如现阶段人们已经开始利用显微镜来鉴别区分不同植物、动物的品种，从而为原材料把控、溯源、生产过程质控提供了重要指导依据。

  • 【原创大赛】OPTON的微观世界之 食物中的力学知识 不同品质大米的微观力学分析

    今天笔者带领大家来一起探索优质大米（吃起来劲道的新米）和劣质大米（口感较差的陈米）在显微结构上有什么不一样。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201702/uepic/c6d3363f-8511-415e-bbaf-a7ad6ffc16c6.jpg[/img][/align][b]二、序 言[/b]金属的强度、韧性、脆性与它的微观组织结构有很大的联系：韧性强的金属材料会发生韧性断裂，在断口的断面会观察到有典型“韧窝”特征的韧性断裂区；脆性大的金属会发生脆性断裂，在断口的断面会观察到有典型“台阶”特征的解理断裂区。这些不同的断口形貌是由微小的热处理工艺或材料成分的微小差别所引起的，不同的微观组织形貌代表了不同的金属材料生产工艺。那么我们猜想：是否可以通过显微形貌分析来判断生长周期不一样、或者营养成分/化学物质不一样的农作物呢？[b]三、大米断面显微形貌分析，大米淀粉形貌及淀粉复粒形貌[/b]本期选择同种大米的两个不同时期（新米10元/斤、存放半年的陈米6元/斤）的样本进行微观形貌的拍摄，来研究放置时间长的大米除了靠气味和口感上的差异来区分外，是否可以通过材料显微分析的手段来进行辨别。1. 大米断口分析[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201702/uepic/e8e499bc-32b2-4660-829b-92c695d32232.jpg[/img][/align][align=center]大米断口显微形貌图[/align] 如上图A所示，我们把大米粒掰断后可以看到大米粒断口是有形貌特征的。放大到100倍下如图B我们可以看到有类似金属沿晶断口及窝韧形貌特征的存在。图C是窝韧特征的细节放大图，可以发现是由10μm左右的一粒粒大米淀粉微粒组成的、断口高低起伏且小一点的淀粉微粒棱角分明。图D是大米内部淀粉复粒组成的，大米复粒表面比较光滑，复粒淀粉之间的交界面都很平滑，且复粒内不光有淀粉微粒，微粒之间还会有蛋白质存在（表面黑色条纹部位）。 从上图我们可以看出大米颗粒是由一粒粒淀粉微粒所组成的复粒淀粉粒所组成，当断裂部位是沿复粒淀粉截面扩展时，断口呈现平滑的沿晶裂纹特征；当断裂部位穿过复粒淀粉而扩展时，断口呈现穿晶断裂。[b] 不同大米由于生长周期及成分都有差别，导致了淀粉微粒、淀粉复粒的形貌及它们之间的结合力各不相同，因此不同大米的断口形貌也完全不一样。[/b]2. 复粒淀粉沿晶/穿晶断口形貌分析[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201702/uepic/fad7b762-e709-4534-93e8-4709c72ba61c.jpg[/img][/align][align=center]复粒淀粉穿晶断裂（左）和沿晶断裂（右）形貌差异对比[/align][align=center] [/align]上图左是复粒淀粉断裂时的断口形貌，可以发现中间的淀粉微粒周围暗色的部分是大米内部的蛋白质，一个个淀粉微粒是由蛋白质连接起来的，其中画红圈的部分是大米内部的脂质颗粒，该颗粒在新大米断口处几乎没有，而在陈旧大米内部有很多，推测该脂质的析出导致了连接淀粉微粒的蛋白质发生了变化，导致大米复粒内部黏合力发生改变。上图右是大米淀粉复粒表明断口图，可以看出断口处非常平滑，正常情况下淀粉复粒间的结合能是远低于淀粉粒间内部结合能的，所以断裂一般都发生在淀粉复粒平滑处。3. 新米与陈米断口微观形貌结构对比[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201702/uepic/90277f42-65c6-48e8-97a9-58e8810c6ce2.jpg[/img][/align][align=center]陈米（左）与新米（右）断口显微形貌差别[/align][align=center] [/align]在显微镜下我们可以看到陈米断口（上图左）相较于新米断口（上图右）呈现更多的“窝韧”形貌特征，断裂面穿过了大米复粒淀粉。而新米大部分断口为“沿晶”解理，断裂面沿淀粉复粒扩展。拍摄结果表明正常新米内部的结合是复粒淀粉内部大于复粒淀粉边界的。随着大米放置时间的增长，米粒内部的化学物质发生了变化，导致复粒淀粉内部的微粒间键合减弱结合力变差，断裂裂纹面主要由从复粒淀粉边界扩展变为从复粒淀粉穿过后断裂。[b]四、后 记[/b]“天空没有翅膀的痕迹，但是鸟儿却飞过”。不同于鸟儿在天空飞过没留下痕迹，任何材料的生产和合成所经过的工艺都会在材料内部留下显微痕迹，通过显微技术来辨别材料的显微形貌/结构的特征，可以轻易的判断出材料的生产工艺及历程。例如现阶段人们已经开始利用显微镜来鉴别区分不同植物、动物的品种，从而为原材料把控、溯源、生产过程质控提供了重要指导依据。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201702/uepic/d922e167-43b6-4cd9-a896-3f2bf372e804.jpg[/img][/align]

  • 【分享】金属和合金的微观分析

    【分享】金属和合金的微观分析

    金属和合金的微观分析 microanalysis of metals and alloys 　　金属与合金的各种相的形貌(形状、大小和分布等)、晶体结构、化学组成等微观的研究,统称微观分析。金属与合金的性能与其显微组织密切相关。随着微束分析仪器的不断发展,对金属与合金的分析也逐渐深入,由过去的毫米、微米尺度正在进入到纳米(1nm＝10-9m＝10┱)尺度。在某些特殊情况下,甚至可以直接观察单个原子,并确定其原子序数。根据微束源不同，微观分析仪器可分光子、电子和离子束三大类（图1）。此外中子衍射也有所应用。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/11/200611292123_34034_1634962_3.jpg[/img]光束微观分析 人们最早是使用光学显微镜观察钢的相变及各种相的形貌，在此基础上形成了金相学这门学科(见光学金相显微术)。后来又用 X射线衍射研究晶体结构(见X射线衍射)，曾以此证明 β-Fe与铁素体相同，不是一种新相。到了30年代，这种晶体结构研究阐明了电子化合物的晶体结构类型与电子浓度间的关系，发现了固溶体在预沉淀阶段中溶质原子偏聚成的GP区，确定了金属晶体在范性形变中的滑移面与滑移方向，并在此基础上发展出位错概念和其几何模型（见晶体缺陷）等等。这种X射线金相研究的建立为金属学奠定了基础。 　　过去，合金中的第二相颗粒的化学成分，主要是用化学或电化学方法,先将它们从基体中分离出来,再用常规化学分析方法测定，如过渡族金属在铝合金中与铝形成的化合物和在合金钢中与碳形成的合金碳化物等（见合金相）。应用激光技术，在光学显微镜中安装激光源，使激光通过透镜中心孔射到金相试样上选好的第二相颗粒上，测定所含各元素的发射光谱，可以测定微区成分，但是激光束的直径在10μm以上，因此这种激光探针只适用于分析如钢中夹杂物、矿物及炉渣中较粗大的颗粒。 　　电子束微观分析 电子显微镜的问世把放大倍率由光学显微镜的一千多倍提高到扫描电子显微镜(SEM)的几万倍或透射电子显微镜(TEM)的几十万倍（见电子显微学）。不仅如此，电子显微镜还发展成为一个全面的微束分析仪器，既能观察几个埃(┱)的微观细节,还能进行几十埃范围的晶体结构分析(选区或微束电子衍射)和成分分析（X射线谱或电子能量损失谱）。 　　X射线波谱和电子探针 聚焦的电子束照射到试样上，使其中的原子失掉核外电子而处于激发的电离态（图2a），这是不稳定的，外层电子会迅速填补内层电子空位而使能量降低（图2b）。4释放出来的能量(在图中是EK-EL2)可以产生该元素的具有特征波长或能量的标识X射线谱。根据这些X射线的波长不同，经分析晶体展谱(X射线波谱，wave dispersive spectroscopy，简写为 WDS)或根据X射线光子能量不同由半导体探测器等展谱(X射线能谱,energy dispersive spectroscopy,简写为EDS)。X射线波谱仪的构造原理与X射线荧光谱仪基本相同，只不过是用电子而不是用X射线作为激发源。X射线波谱仪的特点是分辨率高，因此分析的精度高而检测极限低，此外，根据布喇格定理2dsinθ＝λ,采用晶面间距d 大的分光晶体，可以分析标识X射线波长为λ的硼、碳、氮、氧等轻元素。它的缺点是分光晶体接受X射线的立体角小，X射线的利用率低；此外,试样要求象金相试样那样表面平正光洁，不能分析凸凹不平的试样。电子探针(electron microprobe,简写为EMP)就是由几个电磁透镜组成的照明系统与 X射线波谱仪结合在一起的微束分析仪器，电子束焦斑直径一般是0.1～1μm。将金相试样置于电子探针仪中，用静止的电子束可以得到定点的分析结果，也可以用扫描电子束得到一些元素在一条直线上的一维分布或一个面上的二维分布。电子探针在分析合金中第二相的成分、偏析、晶界与表层成分方面用途很广。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/11/200611292123_34035_1634962_3.jpg[/img]X射线能谱仪 主要由半导体探测器及多道分析器或微处理机组成（图3），用以将在电子束作用下产生的待测元素的标识 X射线按能量展谱(图4)。X射线光子由硅渗锂 Si(Li)探测器接收后给出电脉冲信号。由于X射线光子能量不同,产生脉冲的高度也不同，经放大整形后送入多道脉冲高度分析器，在这里，按脉冲高度也就是按能量大小分别入不同的记数道，然后在X-Y记录仪或显像管上把脉冲数-脉冲高度（即能量）的曲线显示出来。图4就是一个含钒、镁的硅酸铁矿物的 X射线能谱图，纵坐标是脉冲数,横坐标的道数表示脉冲高度或X射线光子的能量。X射线能谱仪的分辨率及分析的精度不如根据波长经晶体分析的波谱仪,但是它没有运动部件,适于装配到电子显微镜中，而且探测器可以直接插到试样附近，接受X射线的效率很高，适于很弱的X射线的检测。此外，它可以在一、二分钟内将所有元素的 X射线谱同时记录或显示出来。X射线能谱仪配到扫描电子显微镜上,可以分析表面凸凹不平的断口上的第二相的成分；配到透射电子显微镜上可以分析薄膜试样里几十埃范围内的化学成分,如相界、晶界或微小的第二相粒子。因此X射线能谱仪目前已在电子显微学中得到广泛应用。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/11/200611292124_34036_1634962_3.jpg[/img][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/11/200611292124_34037_1634962_3.jpg[/img]X 射线能谱分析的一个较大弱点是目前尚不能分析原子序数为11(Na)以下的轻元素，因为这些元素的标识X射线波长较长,容易为半导体探测器上的铍窗所吸收。目前正在试制无铍窗及薄铍窗的探测器，目的是检测碳、氮、氧等轻元素。 　　电子能量损失谱(electron energy loss spectro- scopy,简写为EELS) 能量为E的入射电子与试样中原子的非弹性碰撞使后者电离而处于较高能量的激发态（图2a中是K激发态、能量为EK）,入射电子损失的能量为EK＋ΔE,ΔE为二次电子的逸出功。由此可见，对于不同元素，电子能量损失有不同的特征值。使透射电子显微镜中的成像电子经过一个静电或电磁能量分析器，按电子能量不同分散开来。除了有一个很强的无能量损失的弹性电子能量峰外，还会出现一些与试样中各元素相对应的较弱的具有特征能量损失的峰。尽管这些峰不很明锐（较好的水平是2～3eV），定量分析还存在一定困难，但是由于它有下列两个显著优点而在透射电子显微术中逐渐得到广泛应用：一是可以分析B、C、N、O等轻元素；二是将电子束聚焦到几十埃就可以测出微小区域的组成。显然,入射电子由于产生标识X射线而损失一定能量（图2a、b）,可见电子能量损失谱和X射线能谱有着密切关系。

  • 【原创】香港城市大学材料微观分析及性能测试专业服务

    香港城市大学材料微观分析及性能测试专业服务Materials Micro-analytical Characterization and Testing Services( M2CTS )香港城市大学深圳研究院材料微观分析与性能测试专业服务地址：深圳市南山区科技园虚拟大学园A-413电话：0755-26712113传真：0755-26017717 邮箱：indshuogong@cityu.org.cn联系人：龚硕 先生http://www.cityu.org.cnhttp://www.cityu.org.cn/service/demo_file.pdfhttp://www.cityu.org.cn/service/introduction_file.doc主要实验室一、金相实验室• Leica DM/RM 光学显微镜主要特性：用于金相显微分析，可直观检测金属材料的微观组织，如原材料缺陷、偏析、初生碳化物、脱碳层、氮化层及焊接、冷加工、铸造、锻造、热处理等等不同状态下的组织组成，从而判断材质优劣。须进行样品制备工作，最大放大倍数约1400倍。• Leica 体视显微镜主要特性：1、用于观察材料的表面低倍形貌，初步判断材质缺陷；2、观察断口的宏观断裂形貌，初步判断裂纹起源。• 热振光模拟显微镜• 图象分析仪• 莱卡DM/RM 显微镜附 CCD数码 照相装置二、电子显微镜实验室• 扫描电子显微镜(附电子探针) (JEOL JSM5200，JOEL JSM820，JEOL JSM6335)主要特性：1、用于断裂分析、断口的高倍显微形貌分析，如解理断裂、疲劳断裂（疲劳辉纹）、晶间断裂（氢脆、应力腐蚀、蠕变、高温回火脆性、起源于晶界的脆性物、析出物等）、侵蚀形貌、侵蚀产物分析及焊缝分析。2、附带能谱，用于微区成分分析及较小样品的成分分析、晶体学分析，测量点阵参数/合金相、夹杂物分析、浓度梯度测定等。3、用于金属、半导体、电子陶瓷、电容器的失效分析及材质检验、放大倍率：10X—300,000X；样品尺寸：0.1mm—10cm；分辩率:1—50nm。• 透射电子显微镜（菲利蒲 CM-20,CM-200）主要特性：1、需进行试样制备为金属薄膜，试样厚度须200nm。用于薄膜表面科学分析，带能谱，可进行化学成分分析。2、有三种衍射花样：斑点花样、菊池线花样、会聚束花样。斑点花样用于确定第二相、孪晶、有序化、调幅结构、取向关系、成象衍射条件。菊池线花样用于衬度分析、结构分析、相变分析以及晶体精确取向、布拉格位移矢量、电子波长测定。会聚束花样用于测定晶体试样厚度、强度分布、取向、点群、空间群及晶体缺陷。三、X射线衍射实验室• XRD-Siemens500—X射线衍射仪 主要特性：1、专用于测定粉末样品的晶体结构（如密排六方，体心立方，面心立方等），晶型，点阵类型，晶面指数，衍射角，布拉格位移矢量，已及用于各组成相的含量及类型的测定。测试时间约需1小时。2、可升温（加热）使用。• XRD-Philips X’Pert MRD—X射线衍射仪主要特性：1、分辨率衍射仪，主要用于材料科学的研究工作，如半导体材料等，其重现性精度达万分之一度。2、具备物相分析（定性、定量、物相晶粒度测定；点阵参数测定），残余应力及织构的测定；薄膜物相鉴定、薄膜厚度、粗糙度测定；非平整样品物相分析、小角度散射分析等功能。3、用于快速定性定量测定各类材料（包括金属、陶瓷、半导体材料）的化学成分组成及元素含量。如：Si、P、S 、Mn、Cr、Mo、Ni、V、Fe、Co、W等等，精确度为0.1%。4、同时可观察样品的显微形貌，进行显微选区成分分析。5、可测尺寸由φ 10 × 10mm至φ280×120mm；最大探测深度：10μm• XRD-Bruker—X射线衍射仪主要特点 ：1、有二维探测系统，用于快速测定金属及粉末样品的晶体结构（如密排六方、体心立方、面心立方等）、晶型、点阵类型、晶面指数、衍射角、布拉格位移矢量。2、用于表面的残余应力测定、相变分析、晶体织构及各组成相的含量及类型的测定。3、测试样品的最大尺寸为100×100×10(mm)。• 能量散射X-射线荧光光谱仪 (EDXRF)主要特点：1、用于快速定性定量测定各类材料（包括金属、陶瓷、半导体材料）的化学成分组成及元素含量。如：Si、P、 S 、Mn、Cr、Mo、Ni、V、Fe、Co、W等等。2、同时可观察样品的显微形貌，进行显微选区成分分析。3、最大可测尺寸为：φ280×120mm目标• 领导技术服务发展潮流，在珠江三角洲地区为广大厂家包括制造业，能源业，建筑及建材业等提供高水平的材料微观分析和性能测试专业服务。• 通过提供服务，促进城大与广大工业厂商之间的专业技术合作交流，推动科技成果转化。适用客户半导体，建筑业，轻金属业，新材料，包装业，模具业，科研机构，高校，电镀，化工，能源，生物制药，光电子，显示器。

  • 【资料】什么叫物理力学

    物理力学physical mechanics　　从物质的微观结构及其运动规律出发 ，运用近代物理、物理化学和量子化学等学科的成就，通过分析研究和数值计算阐明介质和材料的宏观性质，并对介质和材料的宏观现象及其运动规律作出微观解释的力学分支。物理力学的基础是量子力学、统计力学和原子、分子物理学。　　物理力学是20世纪 50 年代末出现的 。首先提出这一名称并做了开创性工作的是中国学者钱学森。物理力学产生的背景是：①出现了极端条件下的工程技术问题，所涉及的温度可高达几千至几百万开，压力达几万到几百万大气压(1大气压等于101325帕)，应变率达106～108秒-1等 。在上述条件下，介质和材料的性质很难用实验方法直接测定，而需用微观分析的方法来阐明。②出现了特征尺度与微观结构的特征尺度可比拟的情况，因而必须从微观结构分析入手处理宏观问题。③出现一些远离平衡态的力学问题，必须从微观分析出发，以求了解耗散过程的高阶项。④由于对新材料的需求以及大批新型材料的出现，要求寻找一种以微观理论为依据合成具有特殊性能材料的“配方”或预见新型材料力学性能的计算方法。　　物理力学之所以出现，一方面是迫切要求能有一种有效的手段，预知介质和材料在极端条件下的性质及其随状态参量变化的规律；另一方面是近代科学的发展，特别是原子分子物理和统计力学的建立和发展，物质的微观结构及其运动规律已比较清楚，为从微观状态推算出宏观特性提供了基础和可能。　　其特点是：①注重机理分析。着重分析问题的机理，并借助建立理论模型来解决具体问题；只在作机理分析的资料不足时，才求助于新的实验。②注重运算手段。不满足于问题的原则解决，要求直接利用物理力学的成果作彻底的数值计算，力求采用高效率的运算方法和现代化的电子运算工具。③注重从微观到宏观。物理力学建立在近代物理和近代化学成就之上，运用这些成就建立起物质宏观性质的微观理论 ，是物理力学建立的主导思想和根本目的。　　虽然物理力学引用了近代物理和近代化学的许多结果 ，但它并不完全是统计物理或物理化学的一个分支，因为无论是近代物理还是近代化学，都不能完全解决工程技术中提出的各种具体问题。物理力学面临的问题要比基础学科中提出的问题复杂得多，它不能只靠简单的推演方法或只借助于某一学科的成就，而必须尽可能结合实验和运用多学科的成果。　　研究内容主要有平衡现象和非平衡现象。平衡现象包括气体、液体、固体的状态方程，各种热力学平衡性质和化学平衡等；解决这类问题主要借助于统计力学方法。非平衡现象包括4个方面：①趋向于平衡态的过程 ，如各种化学反应和驰豫现象(包括能量驰豫和化学驰豫)。②偏离平衡状态较小的稳定的非平衡过程，如物质的扩散、热传导、粘性以及热辐射输运等。③远离平衡态的问题，如开放系统中遇到的各种能量耗散过程。④平衡和非平衡状态下发生的突变过程，如相变等。解决这些问题要借助于非平衡统计力学和不可逆过程热力学理论。　　物理力学的研究工作 ，目前主要集 中在以下 3 个方面：①高温气体性质：研究气体在高温下的热力学平衡性质（包括状态方程）、输运性质、辐射性质以及与各种动力学过程有关的驰豫现象。②稠密流体性质：主要研究高压气体和各种液体的热力学平衡性质(包括状态方程)、输运性质以及相变行为等。③固体材料性质：利用微观理论研究材料的弹性、塑性、强度以及本构关系等。

  • 【原创大赛】SA738GrB板GMAW焊接工艺接头微观组织分析

    【原创大赛】SA738GrB板GMAW焊接工艺接头微观组织分析

    SA738GrB板GMAW焊接工艺接头微观组织分析摘要：通过对三代核电AP1000 CV筒体SA738板纵缝自动气保焊焊接接头微观组织分析，探讨大尺寸焊接接头微观组织分析方法，微观组织下辨别贝氏体和马氏体方法以及魏氏组织对焊接接头性能影响。试验结果表明焊缝组织以细小均匀的针状铁素体为主、热影响区为贝氏体。魏氏组织对焊接接头力学性能影响不大。关键词：AP1000; SA738Gr.B；ER90S-G；针状铁素体；贝氏体；马氏体；魏氏组织1 前言 三代核电AP1000 CV筒体在设计上采用45mm厚的低合金SA738Gr.B型钢板，其纵向拼装采用自动气保焊，填充ER90S-G焊丝进行焊接，具有生产效率高、操作简便等优点。但不同的工艺参数对接头力学性能及组织有较大影响，对接头的显微组织进行分析，是判断接头力学性能的重要依据。受焊接热循环、热输入、冷却速度、化学成分偏析等因素影响，焊接接头各个区域获得单一的典型显微组织比较困难，多为混合组织，微观形貌难以辨别；另外，对于厚板类大尺寸焊接接头如何选择检验部位，对结果的正确评定也有较大影响。2 母材材质、热处理工艺 显微组织分析第一步是确认母材平衡态组织。这就需要确定母材种类、化学成分、热处理工艺。SA738Gr.B属于美标ASTM A738，B级钢板，若对此类美标材料不熟悉，但通过分析其化学成分（见表1）和力学性能（见表2），可以与国标材料进行对应，从而初步判断其平衡态组织。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2015092217413570_01_2593418_3.png 通过分析对比，可以得出SA738Gr.B属于低合金高强度钢，相当于国内Q460等级钢。通过查阅出厂材质书，确定热处理工艺为调质（淬火+回火）。至此，可以初步判断其平衡态组织为回火贝氏体。目前，SA738Gr.B钢板已经国产化，其最佳热处理工艺为920℃淬火+630℃回火，得到平衡态组织为细小均匀的板条贝氏体，见图1。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2015092217450166_01_2593418_3.png 母材平衡态组织决定接头热影响区组织。但不等于说平衡态组织就是热影响区组织。因为热影响区组织受到焊接热作用与工厂热处理相差巨大。只能在母材平衡态组织基础上结合热影响区显微组织形貌进行具体分析。3 冷却对组织的影响 在对组织进行显微分析时，可能会碰到由于组织复杂，组织形貌难以辨别的情况，或者一些组织的微观形貌在显微镜下很相似，增加了辨认难度。而不同的组织转变温度不同，如果分析出冷却过程对组织析出的这种影响，则有利于对显微形貌进行正确辨认。冷却过程对转变产物的影响可在准确的在“CCT”曲线上体现。CCT曲线即过冷奥氏体连续冷却转变曲线，反映的是过冷奥氏体在不断地降温过程中发生的相变。每个钢种均对应相应的CCT曲线。如果知道该钢种CCT曲线，就能知道在不同冷速下对应的组织产物。影响CCT曲线因素很多，如C元素含量、合金元素含量，且绘制CCT曲线较为复杂，这里不做深入讨论。但应掌握几类常见钢种CCT曲线，有利于分析几中基本相的形成区间。如马氏体需要通过快冷的方式获得。在CCT曲线反映是，（见图2，为共析钢CCT曲线，）以大于临界冷速的冷却速度，如水淬，过冷奥氏体不经过珠光体（P）转变区，而直接过冷到马氏体（M）转变区（Ms—Mf）。掌握这一理论，有利于后面分析热影响区是否存在马氏体。 低合金钢焊接冷却一般为空冷，但要注意接头的焊后热处理方式。不同的热处理方式对接头的微观组织有较大影响。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2015092217474369_01_2593418_3.png4微观组织分析4.1 检验点的选择 对于焊接接头，原则上选择接头最薄弱部位且能有代表性地反映该钢种，并在现行施焊工艺条件下所获得的焊接接头区域的典型显微组织形貌。生产实践得出如下原则： （1）、对于空淬性小的低碳钢，焊缝金属应选择盖面的最后焊道并未受重结晶热作用焊道中心部位，或封底最后焊道中心部位。热影响区通常选取盖面或封底最后焊道最差的过热重结晶区的显微组织作为热影响区组织。 （2）、对于空淬性较强的焊接接头，则选择第一条焊道的焊缝金属未受重结晶热作用的焊缝中心作为焊缝金属显微组织的检验部位。 （3） 对于有高韧性要求的焊接接头，通常也都是空淬性较强的低合金钢。除了按（2）要求选择显微检验点外，还要加上最后焊道及其母材热影响区的检验点。 除按以上原则选择检查区域外，还应沿着接头熔合线扫查，因为熔合线处最易产生微裂纹和紧挨熔合线的母材热影响过热区是整个接头性能最薄弱的区域。 SA738 Gr.B钢板具有较强的淬透性（其化学成分中添加Mo等合金元素就是提高其淬透性），另有还要求其具有高的低温冲击韧性。所以按照以上原则，选择了以下重点检查区域（见图3，SA738 Gr.B GMAW焊接工艺接头微观组织检查区域）：区域1：盖面焊道融合线；区域2：盖面焊道中心至接头厚度1/4；区域3：接头厚度1/4处至接头中心。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2015092217501796_01_2593418_3.png4.2 显微组织分析 显微镜检查前，首先应对整个接头进行目测，对有怀疑缺陷的区域应在显微镜下确认。目测未发现异常，则用低倍镜头（宜为200~250倍）沿熔合线进行扫查。之所以用低倍镜头，一方面是低倍镜头可视区域更大，特别是针对从下方观察试样的老式金相显微镜，有利于快速找到熔合线；另一方面，可以清晰的观察熔合线及两侧区域（母材过热影响区和焊缝区）。 如图4，为200倍下盖面焊道熔合线区域（区域1）。该视域下，熔合线清晰可见，其左侧为焊缝组织，大量的均匀细小的针状铁素体+少量先共析铁素体（白色呈网状）之所以为网状是先共析铁素体沿奥氏体晶粒析出的原因。200视域下不宜清楚观察到针状铁素体形态。选用500~800倍镜头进行进一步观察与确认。如图6,800倍视域下，针状铁素体清晰可见。值得注意的是，倍数越高，对制样要求越高。 熔合线右侧为母材热影响区过热组织。200倍视域下，可以看见条状、块状组织。结合第2章的分析，母材平衡态组织为板条贝氏体。板条贝氏体属于下贝氏体，具有高的强度，同时具有良好的塑性和韧性的综合机械性能。由于受到焊接热影响，母材细小均匀的板条变成条状、块状。所以，可以初步判断热影响区为下贝氏体。为了进一步确认，在800倍显微镜下观察母材热影响过热区，见图5，块状贝氏体形貌更明显。可对比图1，母材平衡态板条贝氏体进行观察，由于受焊接热作用，块状贝氏体尺寸更大。 对区域2进行分析，从盖面焊道中心至接头厚度1/4区域进行扫查。仍然采用低倍+高倍配合的方式。低倍进行扫查，不能确认的组织，用高倍进行确认。此区域由细小均匀针状铁素体组成，组织形态与图6相同。 对区域3进行分析，从接头厚度1/4处至焊缝中心由细小的块状铁素体组成，尺寸较图6中铁素体稍大，有大量碳化物析出，见图7。大量碳化物析出跟焊接热作用循环有关。 按照以上方法对另一侧焊缝进行分析，得出相同结论。整个接头区域未发现微裂纹及影响接头力学性能的非正常组织。影响接头力学性能的非常组织包括非金属夹杂物、网状渗碳体等。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2015092217522946

  • 询问这儿有没有做热动力学分析的？交流一下经验

    呵呵，本人是做催化剂还原的动力学分析的一小菜研究生。关于热动力学分析方法的问题，想和做者方面工作交流一下经验。我先把我做的有关工作表述一下。如有不对的地方还请指点。我做的反应体系是： A-------》B + C (g）可能每个人不同的体系用的方法不一样。我用的是比较法. 第一步是利用ozawa法和kissinger法求出反应的活化能.(利用TG数据，计算出da/dT。) 第二步 利用Achar method and Coats method 代入所选取的n种机理函数（一般是18种 31种，41种）。计算出不同机理函数的Ea和A。 和第一步计算出的活能值进行比较。选取出和ozawa法计算出的活化能值 相接近且线性系数较好的机理函数。即为反应的机理函数。 这是我所用的动力学方法，其中有什么不足之处请之处。不知道各位用的动力学方法是什么，说一下大家可以相互交流一下。

  • 【求助】微观分析仪器调研

    公司有采购微观分析仪器SEM+EDS+WDS+EBSD的需求，有意向的可通过email:huangwenzh@tom.com联系。同时欢迎各位前辈和同行对所使用的上述仪器发表你们的见解以供我们参考，在此先衷心感谢你们的支持。

  • 这种的图片如何做微观组织分析

    这种的图片如何做微观组织分析

    http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/01/201201090944_344733_2439064_3.jpg刚接触扫描电镜这方面，以前也不是学这方面的，微观组织分析这方面知识一片空白，想请懂这方面的人士帮忙分析下这幅图片，不甚感激！（这幅图片是金刚石层表面的拍摄，白色物质是金属钴，黑色物质是金刚石）

  • 【原创】【申请精华】化学分析/实验室的仪器配置与建设情况

    1、实验室简介化学分析/实验室平时主要进行原料的进厂检验、钢材及其副产品的中间检验、出厂检验等2、仪器配置自动量热仪 5E-2AC/PⅡ 检验灰分、挥发分、水分。CS-800 CS-2000 进厂煤及钢铁工艺中C、S的检验 理学Simultix12 高炉渣、转炉渣、精练渣生铁等进行检验SPECTROM8、M9 对炼钢工艺进行控制TC-436氧氮分析仪 对钢铁的O、N进行控制NIKON显微镜 生产的线材、棒材，板材的金相检 GALDABINI Sun 20 对板材力学性能检验MTS SINAtech 65/G 对线材、棒材，板材的力学性能检验X射线荧光光谱仪 S4 对高炉渣等进行检验透射电子显微镜及辅助设备 Tecnai G2 20 微观结构[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url] [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]4000A 煤炭有机成分X射线衍射仪 D8 矿物物相粉末的定性分析X射线荧光光谱仪 S4 矿物物相定量分析3、实验室的配套建设气源：专设气瓶库。内有氮气，氧气，氢气若干。减震台： 天平室专用独立的天平室干燥室化学分析室滴定室通风橱超声波清洗机洗眼器空调（配备给所有大型仪器、海尔）等。

  • 热膨胀仪DIL,热机械分析仪TMA,动态力学分析仪DMA 之间不同？

    我对热膨胀仪DIL、热机械分析仪TMA、动态力学分析仪DMA 之间界定不是很清楚，如果只用来测热膨胀系数的话好像三者都可以，但具体的测量原理有什么不同呢？ 尤其是DIL和TMA总感觉两个仪器的功能差不多，DMA还可以加上力的作用那个可以测阻尼运动等等，那DIL和TMA有什么区别啊？ 希望清楚的坛友帮我解答下？谢谢。

  • 【转帖】物理力学

    物理力学是力学的一个新分支，它从物质的微观结构及其运动规律出发，运用近代物理学、物理化学和量子化学等学科的成就，通过分析研究和数值计算，阐明介质和材料的宏观性质，并对介质和材料的宏观现象及其运动规律作出微观解释。物理力学的产生物理力学作为力学的一个分支，是20世纪50年代末出现的。首先提出这一名称并对这个学科做了开创性工作的是中国学者钱学森。在20世纪50年代，出现了一些极端条件下的工程技术问题，所涉及的温度高达几千度到几百万度，压力达几万到几百万大气压，应变率达百万分之一～亿分之一秒等。在这样的条件下，介质和材料的性质很难用实验方法来直接测定。为了减少耗时费钱的实验工作，需要用微观分析的方法阐明介质和材料的性质；在一些力学问题中，出现了特征尺度与微观结构的特征尺度可比拟的情况，因而必须从微观结构分析入手处理宏观问题；出现一些远离平衡态的力学问题，必须从微观分析出发，以求了解耗散过程的高阶项；由于对新材料的需求以及大批新型材料的出现，要求寻找一种从微观理论出发合成具有特殊性能材料的“配方”或预见新型材料力学性能的计算方法。在这样的背景条件下，促使了物理力学的建立。物理力学之所以出现，一方面是迫切要求能有一种有效的手段，预知介质和材料在极端条件下的性质及其随状态参量变化的规律；另一方面是近代科学的发展，特别是原子分子物理和统计力学的建立和发展，物质的微观结构及其运动规律已经比较清楚，为从微观状态推算出宏观特性提供了基础和可能。物理力学虽然还处在萌芽阶段，很不成熟，而且继承有关老学科的地方较多，但作为力学的一个新分支，确有一些独具的特点。物理力学着重于分析问题的机理，并借助建立理论模型来解决具体问题。只有在进行机理分析而感到资料不够时，才求助于新的实验。物理力学注重运算手段，不满足于问题的原则解决，要求作彻底的数值计算。因此，物理力学的研究力求采用高效率的运算方法和现代化的电子运算工具。物理力学注重从微观到宏观。以往的技术科学和绝大多数的基础科学，都是或从宏观到宏观，或从宏观到微观，或从微观到微观，而物理力学则建立在近代物理和近代化学成就之上，运用这些成就，建立起物质宏观性质的微观理论，这也是物理力学建立的主导思想和根本目的。虽然物理力学引用了近代物理和近代化学的许多结果，但它并不完全是统计物理或者物理化学的一个分支，因为无论是近代物理还是近代化学，都不能完全解决工程技术里所提出的各种具体问题。物理力学所面临的问题往往要比基础学科里所提出的问题复杂得多，它不能单靠简单的推演方法或者只借助于某一单一学科的成就，而必须尽可能结合实验和运用多学科的成果。物理力学的主要内容物理力学主要研究平衡现象，如气体、液体、固体的状态方程，各种热力学平衡性质和化学平衡的研究等。对于这类问题，物理力学主要借助统计力学的方法。

  • 【求助】（已应助）求论文《酚醛环氧丙烯酸酯的合成及动力学分析 》等论文

    1， 酚醛环氧丙烯酸酯的合成及动力学分析【作者】 谭晓明 周亚洲 谢洪泉 黄乃瑜 【作者单位】 华中科技大学材料学院 华中科技大学 湖北武汉 【文献出处】 高分子材料科学与工程 , Polymeric Materials Science & Cngineering, 2001年 02期 2， 酚醛环氧丙烯酸树脂的合成研究 【作者】 周亮 杨卓如 【作者单位】 广东轻工职业技术学院 华南理工大学化工所 广东广州 【文献出处】 合成材料老化与应用 3，丙烯酸型F-44光敏酚醛环氧树脂的合成 【作者】 官仕龙 李世荣 【作者单位】 武汉化工学院湖北省新型反应器与绿色化学工艺省重点实验室 430074 【文献出处】 安徽化工 , Anhui Chemical Industry, 2005年 04期 4，有机胺催化丙烯酸改性酚醛环氧树脂的研究 【作者】 官仕龙 李世荣 【作者单位】 武汉化工学院湖北省新型反应器与绿色化学工艺省重点实验室 湖北武汉 【文献出处】 安徽化工 , Anhui Chemical Industry, 2006年 04期

  • 如何从原子物理微观的角度推导AAS定量分析的理论基础--Lambert Beer定律？

    如何从原子物理微观的角度推导AAS定量分析的理论基础--Lambert Beer定律？众所周知，Lambert Beer定律是通过分子吸收的实验得到的，那如何从原子物理微观的角度推导AAS定量分析的理论基础--Lambert Beer定律？为何分子及原子吸收均在一定的含量范围内均服从Lambert Beer定律？从某种意议上来说，若没有Lambert Beer定律的原子物理微观推导过程，或许也就没有今天的AAS!

  • 【求助】理化化学分析中直读光谱仪的工作原理？

    最近参加了理化培训，理化分力学性能，化学分析和金相。化学分析中材料化学分析实验是手工操作的，比如是使用滴定管进行分析。培训结束后要求写小结，内容为自己公司材料分析主要测定哪些元素？试验是手工操作还是用直读光谱仪？以测定锰为例，直读光谱仪测定锰的原理是什么？分别用手工试验和光谱仪测定的数据若结果不同，原因是什么？等等。我公司是压力容器制造单位，主要原材料为Q345R。公司没有任何设备或仪器，都是外包的，所以对小结无从下手。

  • 原子力显微镜的相图的力学分析

    原子力显微镜的相图与弹性模量的关系 已有 117 次阅读 2011-10-11 19:50 |个人分类:化学|系统分类:科研笔记|关键词:显微镜 原子力弹性模量 AFM phase 原子力显微镜（AFM）的相图(phase image)与弹性模量(Elastic_modulus)的关系以下内容来自Veeco工程师S. H. ，版权归他本人；与SEIKO工程师的答案本质一样，但是更具体，也更清楚。===========================1. 相位图是表面力学信息的综合反映，表面的弹性、粘性、电磁学性质、摩擦力等各种性质都会引起相位图的变化。2. 其定义为驱动探针振动的驱动信号的相位与检测器检测到的悬臂振动的相位差。如果探针没有任何能量损失，这两个相位应该是同步的。一旦探针与样品有相互作用，将有能量从探针转移到样品，系统需要时间给探针补充能量以维持恒定振幅，此时就会出现相位差。因此也可以说相位图反映了探针在表面各处的能量损失状况。3. 如果探针打在较硬表面上，将比打在较软表面上能量损失小，相位差一般前者较小。4. 使用相位图要当心，setpoint的设定以及外界环境会影响测量结果。5. 一般不会单独分析相位图，要与高度图一同分析。.

  • 探秘微观世界：SEM/EDS在材料科学中的应用

    [b]SEM/EDS简介[/b]首先，让我们简要了解一下SEM/EDS技术。SEM（扫描电子显微镜）通过聚焦高能电子束，可以获得高分辨率的表面形貌图像。而EDS（能谱分析）则是SEM的强大补充，能够提供样本的元素组成信息。这两者的结合，为我们打开了微观世界的大门。[b]微观视角下的材料[/b][list=1][*][color=var(--tw-prose-bold)]纳米结构的解析：[/color]SEM的高分辨率使得我们可以深入研究材料的纳米结构。从纳米颗粒到纳米管，SEM图像为我们展示了材料表面的微小细节，为纳米材料设计和改进提供了关键信息。[*][color=var(--tw-prose-bold)]腐蚀与磨损分析：[/color]对于各类材料的腐蚀与磨损问题，SEM/EDS的应用可追踪表面的微观变化。通过观察微粒的分布和元素组成，我们能够深入了解材料在使用过程中的耐久性和稳定性。[*][color=var(--tw-prose-bold)]新材料研究：[/color]在新材料的研发中，SEM/EDS技术可以帮助科学家们了解材料的成分和结构，为设计出更具性能的新材料提供支持。这对于电子、光电和生物医学领域的创新至关重要。[/list][b]SEM/EDS在生命科学中的崭新视角[/b]除了在材料科学领域的应用，SEM/EDS在生命科学研究中也发挥着越来越重要的作用。[list=1][*][color=var(--tw-prose-bold)]细胞和组织的微观观察：[/color]SEM的高分辨率使得生物学家能够深入观察细胞和组织的微观结构，为生命科学研究提供更为详尽的信息。[*][color=var(--tw-prose-bold)]病理学研究：[/color]在病理学领域，SEM/EDS技术帮助研究人员更全面地了解病变组织的微观特征，为疾病的诊断和治疗提供重要线索。[/list][b]结语[/b]SEM/EDS技术正逐渐成为材料科学和生命科学研究中不可或缺的工具。通过这一技术，我们能够深入微观世界，发现未知，解锁材料和生物之谜。如果你对微观世界充满好奇，SEM/EDS或许将是你深度探索的窗口。欢迎大家在评论区分享你对这一领域的疑问或想法，让我们一同探索微观世界的奥秘。

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