材料科学与工程基础实验样本文档格式.docx
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这里简单介绍一下天津港东
UV-3501S单光束型的紫外可见分光光度计的结构,如图1-1所示。
图1-1紫外可见分光光度计的结构
其中：
光源提供能量激发被测物质；
单色器将来自光源的连续光谱按波长顺序色散，并从中分离出一定宽度的谱带，获得所需单色光；
吸收池用于盛放溶液并提供一定吸光厚度；
检测器负责检测光讯号，并将光讯号转变为电讯号讯号处理及显示器：
迅号放大、数学换算。
（二）朗伯-比尔定律
当一束平行单色光经过含有吸光物质的稀溶液时，溶液的吸光度与吸光物质浓度、液层厚度乘积成正比，即
A=kCL
式中比例常数K与吸光物质的本性，入射光波长及温度等因素有关。
C吸光物质浓度，L透光液层厚度。
朗伯-比尔定律是紫外-可见分光光度法的理论基础。
设入射光强度为丨0,吸收光强度为la,透射光强度为It,反射光强度为Ir,
则I0=Ia+It+Ir
由于反射光强度基本为零，上式可简化为：
I0=Ia+It
透光度为透过光的强度It与入射光强度I。
之比，用T表示：
即T=It/Io
吸光度为透光度倒数的对数，用A表示，即A=lg（1/T）=lgl。
/1t
当L的单位为cm,C以g/L为单位，k称为吸光系数，用a表示。
a的单位为L/（g.cm）。
（三）拉曼光谱的基本原理
一束单色光入射于试样后有三个可能去向:
一部分被透射;
一部分被吸收;
还有一部分光则被散射。
拉曼光谱为散射光谱。
当一束频率为V0的入射光照
射到气体、液体或透明晶体样品上时,绝大部分能够透过,大约有0.1％的入射光与样品分子之间发生非弹性碰撞,即在碰撞时有能量交换,这种光散射称为拉曼散射;
反之,若发生弹性碰撞,即两者之间没有能量交换,这种光散射,称为瑞利散射。
在拉曼散射中,若光子把一部分能量给样品分子,得到的散射光能量减少，在垂直方向测量到的散射光中，能够检测频率为（V0-△曰h）的线,称为斯托克斯（Stokes）线,如图1-2所示,如果它是红外活性的话,△E/h的测量值与激发该振动的红外频率一致。
相反,若光子从样品分子中获得能量,在大于入射光频率处接收到散射光线,则称为反斯托克斯线。
处于基态的分子与光子发生非弹性碰撞,获得能量到激发态可得到斯托克斯线,反之,如果分子处于激发态,与光子发生非弹性碰撞就会释放能量而回到基态,得到反斯托斯线。
斯托克斯线或反斯托克斯线与入射光频率之差称为拉曼位移。
拉曼位移的大小和分子的跃迁能级差一样。
因此,对应于同一分子能级,斯托克斯线与反斯托克斯线的拉曼位移应该相等,而且跃迁的几率也应相等。
但在正常情况下,由于分子大多数是处于基态,测量到的斯托克斯线强度比反斯托克斯线强得多,因此在一般拉曼光谱分析中,都采用斯托克斯线研究拉曼位移。
拉曼位移的大小与入射光的频率无关,只与分子的能级结构有关,其范围为25〜4000cm-1,因此入射光的能量应大于分子振动跃迁所需能量,小于电子能级跃迁的能量。
+V
⑹
图1-2散射效应示意图
（a）瑞利和拉曼散射的能级图（b）散射谱线
拉曼光谱是分子的非弹性光散射现象产生的，拉曼光谱也是用来研究分子的转动和振动能级的。
拉曼活性需要分子有极化率的变化。
这与红外光谱不同。
因此，红外和拉曼光谱研究分子结构及振动模式是相互补充的。
拉曼光谱的应用非常广泛，包括聚合物、复合材料、碳、矿物质、半导体以及生物医学和药物学。
就本专业而言，拉曼光谱是半导体表征的强有力工具，其应用主要有下列几方面：
成分鉴别；
结晶结构和结晶取向的测定；
温度和应利的测量；
掺杂的表征和合金半导体界面特性的研究。
对已有光学薄膜进行紫外-可见光谱谱仪和拉曼光谱测试，并对数据进行整理与分析四、实验报告要求
记录实验参数及实验步骤，绘出透过率曲线和拉曼光谱曲线。
并查阅相关文献对结果进行分析
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实验二材料的摩擦磨损性能
1.掌握材料摩擦磨损性能测试的基本原理与方法。
2.掌握往复摩擦试验试验机和旋转式摩擦磨损试验机的使用方法。
长久以来,材料表面的应用研究涉及了工业、农业、国防、科技等多方面领域,特别近十多年来是离子镀涂层在工具、模具、仪器部件、装饰等方面的应用,收到了很大的经济效益和社会效益。
而任何涂层的摩擦性能和耐磨强度是评价其优劣的重要指标。
本实验采用往复摩擦试验模式和旋转摩擦试验模式分别对材料的摩擦磨损性能进行测试。
往复摩擦试验模式:
用来检测材料表面或涂层的摩擦系数和磨损率（耐磨强度）。
运用球-盘摩擦原理,将砝码或可变加载机构加至磨球上,材料试样随试验台以设定的速度、频率,实现动态加载或固定加载下摩擦副的往复匀速直线运动,经过传感器获取摩擦时的摩擦力信号,经过计算机运算得到材料表面在特定条件（不同载荷、不同速度）下的摩擦系数曲线。
旋转摩擦试验模式:
运用球-盘摩擦原理,将砝码或可变加载机构加至磨球上,材料试样随试验台以设定的转速旋转,实现动态加载或固定加载下摩擦副的旋转摩擦,经过传感器获取摩擦时的摩擦力信号,经过计算机运算得到材料表面在特定条件（不同载荷、不同速度）下的摩擦系数曲线,再经过轮廓仪测量其磨损深度,即可得到材料表面的耐磨强度;
当材料表面为涂层时,摩擦系数曲线发生跳变,表明球已摩擦到另一种材料上,此时即可得到涂层在特定条件下的耐磨强度。
1、
砝码定位杆
8
、基座
2、
砝码托盘
9
、前后移动手轮
3、
加载梁
10
、加载梁平衡调整螺钉
4、
压头连接架及声发射传感器
11、加载梁固定旋钮
5、
压头
12
、加载梁升降调整手轮
6、
试样固定夹具
13
、升降架定位螺钉
7、
左右移动手轮
图2-1主机总体结构
三、操作步骤
打开计算机机箱后面板电源开关,开启计算机电源,进入WINDOW面,预热十分钟。
然后双击多功能材料表面性能试验机图标，进入主界面。
点击往复摩擦试验，进入往复摩擦试验界面。
1.电器调零
开机预热20分钟后，按”试样调整”操作菜单中的”上”键，使磨头完全离开试样表面。
调整”加载调零”旋钮，使”加载力”栏显示为”0”。
鼠标单击”参数设定”，弹出”参数设定”对话框。
单击”载荷”按钮，弹出”载荷设定”窗口，选择”砝码”加载模式，在”初始载荷”及”载荷”栏内输入”10”，”时间”栏输入任意时间，点”确定”按钮单击”速度”按钮,输入”5”,点”确定”。
单击”长度”设定试验长度。
点击”退出”,退出”参数设定”。
在”试验控制”栏里,点击”开始”按钮,在仪器控制箱前面板调整”摩擦力调零”旋钮,待”摩擦力”栏中显示的数字为”0”即可,点”结束按钮”。
2.试样放置:
松开加载梁固定旋钮,将悬梁顺时针转动45°
将试样固定在夹具上（磨头离开试样表面）,再将悬梁复位,并拧紧加载梁固定旋钮。
3.试验步骤:
1）输入样片编号、材料名称
2）参数设定:
鼠标单击”参数设定”,弹出”参数设定”对话框,根据试验要求设置参数。
a.单击”载荷”按钮,选择加载模式,输入载荷、时间及初始载荷;
c.单击”速度”按钮,输入试验摩擦速度;
d.单击”长度”按钮,选择实际摩擦长度;
条件全部输入完毕,点击”退出”按钮,退出参数设定
3）完成以上步骤。
在”试验控制”栏里,点击”开始”按钮,开始试验;
参数显示栏内显示各试验参数。
4）试验完毕,保存试验数据
a.点击”保存数据”按钮
b.输入文件名,然后点”保存”按钮。
6）其它功能
a.点击”读取数据”读取试验数据。
c.叠加试验曲线:
选择读取两条或两条以上曲线,跳出此对话框（选择试验时间相同的曲线）;
c.叠加曲线编辑。
选定需要叠加的曲线后,在操作界面任意处单击鼠标右键出现此对话框。
鼠标单击”编辑曲线”,出现编辑窗口,进行编辑,改变坐标,背景颜色及曲线颜色。
d.改变量程，在操作界面任意处单击鼠标右键出现此对话框。
将光标移至所需改变的参数进行选择。
e.点击”退出”按钮,退出试验。
点击旋转摩擦试验,进入旋转摩擦试验界面。
1.试运行:
设定转速10转/分,点击开始,试验将以10转/分的速度正常运转,运转1分钟后自动停止,表示仪器运转正常。
1）松开悬梁定位悬钮,将悬梁顺时针转动45度数,将试样用固定螺钉固定在测
试台。
如试样太小,直径小于巾20mn或长X宽小于20mmK10mn则需另做特殊夹具,将试样固定在夹具上,再将夹具固定在测试台上。
2）手动旋转测试台或设定转速在10转/分,视压头是否正常在试样上运动,并轻施切向力,视压头是否碰撞紧固件及压头有无移出测试件。
3）调整加载梁平衡,在不加任何载荷的情况下,旋转调整加载梁平衡砝码,使加载梁达到平衡,锁紧加载梁平衡砝码;
3.条件输入:
1）样品编号:
按样品自行编号输入;
2）材料名称:
输入测试样品材料名及压头摩擦副材料名;
3）试验载荷:
按所加砝码值输入（载荷施加以重载低速、高速轻载为原则）;
4）试验时间:
按试样所需测试时间输入;
5）测量半径:
向下轻压加载梁平衡砝码,打开加载梁护罩顶盖,松开加载梁伸缩定位螺钉,旋动加载梁伸缩调整转轮,调整悬臂伸缩螺杆,按试样大小,选择测试半径,选定半径后,拧紧加载梁伸缩定位螺钉。
盖好悬梁顶盖,将悬梁复位,拧紧悬梁定位旋钮,调整升降摇杆,使悬梁水平（施砝码托盘下,红色标记线与悬臂梁盖重合）。
向下轻压砝码平台,旋转测试台,在试样上会得到旋转轨迹使其轨迹直径得到测量半径,输入到测量半径栏中,安放加载砝码（1000克以上砝码需加砝码定位杆,500克以下砝码将砝码定位杆取下,换成平头托盘固定螺钉）。
将所加砝码值输入到载荷栏中,手动旋转测试平台,视压头是否碰到紧固螺钉,是否滑出测试样品。
6）转速设定:
以上操作确定无误后,用鼠标滑动转速调整滑动块或点击滑动块两边空位,再按”加、减”（V、＞）指示键细调,确定设定转速值,按”开始”，仪器进入试验测试,状态栏显示”试验开始”。
4.保存数据:
试验时间到后,仪器会自动停止,跳出试验结束框,按”确定”。
b.输入文件名，然后点击”保存”按钮
c.返回主界面
d.退出
5.关机：
按WIND0操作,正常关机。
关闭计算机主电源。
四、实验报告要求
记录实验参数及实验步骤,绘出摩擦磨损曲线,查阅相关文献对结果进行分
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