2006～2010年教育部高等学校

材料科学与工程教学指导委员会规划教材

材料物理与化学实验教程

主  编：潘春旭

副主编：方鹏飞、汪大海

主  审：汪明朴

中南大学出版社

内容简介

本实验教程以材料物理与化学专业主干课程，如：固体物理、材料科学基础、材料物理学、材料化学、材料性能学、新型功能材料、材料近代分析测试方法、无机化学、材料制备技术等为基础，是学生在学完这些课程后的进一步实验动手能力的培养与训练。教程以材料的物理方法与化学方法制备、物理与化学性能测试、微结构表征等为主要内容，而以机械性能测试和工艺实验为辅助内容，并增加了综合性实验。除了传统和经典的实验以外，本教程主要收集整理了目前比较成熟的新的材料制备方法、新的表征与性能测试技术等共75个实验，各学校可以根据自身实验条件和学科特点有选择性地开设实验。每个实验主要包含实验目的、实验原理、实验设备和材料、实验内容与步骤、实验报告、问题与讨论，以及参考文献等内容，旨在为学生和指导教师提供尽可能完备与系统的实验指导。另外，本教程还列举了与实验内容相关的大量附录资料和数据。

本教材可作为高等院校材料物理与材料化学专业，以及物理、化学、机械等专业的本科生和研究生系列课程实验教学用书，也可供研究生在进行科学研究中作为实验手册使用，对于有关教师和工程技术人员也有参考价值。

目   录

第一章  材料的物理与化学制备 

实验一、        电子束蒸发薄膜的制备

实验二、        磁控溅射薄膜的制备

实验三、        激光脉冲沉积（PLD）薄膜的制备 

实验四、        放电等离子体烧结(SPS)样品制备

实验五、        材料的自蔓延高温合成

实验六、        材料的激光表面相变硬化处理 

实验七、        非晶薄带材料的制备 

实验八、        声子晶体的制备 

实验九、        功能陶瓷材料的制备

实验十、        巨磁电阻材料（体材、薄膜）的制备

实验十一、 ZnO纳米线的制备 

实验十二、 碳纳米管的制备 

实验十三、 电沉积纳米晶薄膜的制备 

实验十四、 阳极氧化物薄膜的制备 

实验十五、 水热法调控制备不同形貌的纳米材料

实验十六、 钛酸钡纳米粉体的水热合成法制备

实验十七、 溶胶－凝胶法薄膜的制备 

实验十八、 原位聚合法制备碳纳米管/聚合物复合材料

实验十九、 熔融法制备聚合物纳米复合材料

第二章  材料的物理与化学性能

实验二十、 材料弹性模量的测量

实验二十一、          材料的综合热分析 

实验二十二、          材料动态热力学分析 

实验二十三、          材料线膨胀系数的测量

实验二十四、          材料热电势的测量 

实验二十五、          表面接触角的测量 

实验二十六、          材料介电、压电、铁电性能的测量

实验二十七、          材料变温电导率的测量  

实验二十八、          陶瓷材料热稳定性的测量 

实验二十九、          陶瓷电容器的电化学失效实验 

实验三十、 循环伏安特性的测量 

实验三十一、          纳米线阵列的场发射性能测量 

实验三十二、          声子晶体透射系数与反射系数的测量 

实验三十三、          材料磁电阻性质的测量 

实验三十四、          金属薄膜电阻率的测量 

实验三十五、          半导体薄膜霍尔效应的测量 

实验三十六、          超导薄膜临界转变温度T_C的测量  

实验三十七、          纳米颗粒复合材料光吸收谱的测量 

实验三十八、          半导体纳米材料非线性光学性质的测量 

实验三十九、          纳米二氧化钛光催化性能的测量 

第三章  材料的机械性能 

实验四十、 材料的硬度实验

实验四十一、          材料的静拉伸实验

实验四十二、          材料断裂韧性K_Ic的测量

实验四十三、          材料的冲击实验

实验四十四、          材料的疲劳实验

实验四十五、          材料的磨损实验

实验四十六、          材料腐蚀速度的测量

实验四十七、          薄膜－基体界面结合强度的测量

第四章   材料的成分、组织与结构表征

实验四十八、          材料化学成分定量分析 

实验四十九、          材料的热处理

实验五十、 材料的金相样品制备

实验五十一、          材料的金相显微分析

实验五十二、          X射线衍射仪与物相分析 

实验五十三、          X射线衍射仪晶体点阵常数的精确测定 

实验五十四、          X－射线光电子能谱（XPS）分析 

实验五十五、          电镜样品的制备 

实验五十六、          扫描电子显微镜（SEM）分析 

实验五十七、          透射电子显微镜（TEM）分析 

实验五十八、          材料化学成分的能谱（EDS）分析 

实验五十九、          材料结构的背散射电子衍射（EBSD）分析 

实验六十、 扫描探针显微镜(SPM)分析 

实验六十一、          核磁共振波谱（NMR）分析 

实验六十二、          红外光谱分析 

实验六十三、          荧光光谱分析 

实验六十四、          激光拉曼光谱分析 

实验六十五、          小角激光光散射分析 

实验六十六、          激光粒度分析与Zeta电位测量

实验六十七、          轮廓仪法薄膜厚度的测量 

实验六十八、          BET法测定固体材料的比表面积 

实验六十九、          正电子在材料中湮没的寿命测量及分析 

第五章   综合性实验 

实验七十、 金属材料的制备、表征和性能测试综合实验 

实验七十一、          纳米材料的制备、表征和性能测试综合实验 

实验七十二、          功能陶瓷材料的制备、表征和性能测试综合实验

实验七十三、          高分子复合材料的制备、表征和性能测试综合实验

实验七十四、          薄膜材料的制备、表征和性能测试综合实验

实验七十五、          无机粉体材料的化学制备、表征和性能研究综合实验

附录

附录1  常用物理基本常数

附录2  国际单位制物理量单位

附录3  磁性的单位

附录4  20 ℃ 时常用的固体和液体密度

附录5  常用固体和液体（300 K）的比热容

附录6  热电偶的赛贝克数值

附录7  常用材料的弹性模量及泊松比

附录8  常用范围的钢材抗拉强度与维氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度的对照表

附录9  某些物质的特征温度 （Θ）

附录10 各种点阵的结构因子 (F²_HKL)

附录11 多晶体衍射的多重性因子（P_HKL）

附录12 立方系晶面间夹角

附录13 常见晶体标准电子衍射花样

附录14 红外光谱常用表

附录15 核磁共振常用表