當用于材料科學時，表征是指探測和測量材料的結構和特性的廣泛而普遍的過程。 它是材料科學領域的一個基本過程，沒有它就無法確定對工程材料的科學理解。 該術語的范圍通常不同； 一些定義將該術語的使用限制在研究材料的微觀結構和特性的技術，而其他定義則使用該術語來指代任何材料分析過程，包括機械測試、熱分析和密度計算等宏觀技術。 在材料表征中觀察到的結構尺度從埃（例如在單個原子和化學鍵的成像中）到厘米（例如在金屬中的粗晶粒結構成像中）不等。

雖然許多表征技術已經實踐了幾個世紀，例如基本的光學顯微鏡，但新技術和方法不斷涌現。 特別是 20 世紀電子顯微鏡和二次離子質譜儀的出現徹底改變了該領域，允許在比以前更小的尺度上對結構和成分進行成像和分析，從而xxx提高了理解水平 至于為什么不同的材料表現出不同的特性和行為。 最近，原子力顯微鏡在過去 30 年中進一步提高了某些樣品分析的xxx可能分辨率。

顯微鏡是一類表征技術，可探測和繪制材料的表面和亞表面結構。 這些技術可以使用光子、電子、離子或物理懸臂梁探針在一定長度范圍內收集有關樣品結構的數據。 顯微鏡技術的一些常見示例包括：

• 光學顯微鏡
• 掃描電子顯微鏡 (SEM)
• 透射電子顯微鏡 (TEM)
• 場離子顯微鏡 (FIM)
• 掃描探針顯微鏡 (SPM)
  • 原子力顯微鏡 (AFM)
  • 掃描隧道顯微鏡 (STM)
• X 射線衍射形貌 (XRT)

光譜學是一類表征技術，它使用一系列原理來揭示材料的化學成分、成分變化、晶體結構和光電特性。 光譜技術的一些常見示例包括：

• 紫外-可見光譜（UV-vis）
• 傅立葉變換紅外光譜 (FTIR)
• 熱致發光 (TL)
• 光致發光 (PL)

• X 射線衍射 (XRD)
• 小角 X 射線散射 (SAXS)
• 能量色散 X 射線光譜（EDX、EDS）
• 波長色散 X 射線光譜（WDX、WDS）
• 電子能量損失譜 (EELS)
• X 射線光電子能譜 (XPS)
• 俄歇電子能譜 (AES)
• X 射線光子相關光譜 (XPCS)

• 質譜分析模式：
  • 電子電離 (EI)
  • 熱電離質譜 (TI-MS)
  • 質譜飛行時間
• 二次離子質譜 (SIMS)

• 核磁共振波譜 (NMR)
• 穆斯堡爾譜 (MBS)
• 擾動角相關 (PAC)

• 光子相關光譜/動態光散射 (DLS)
• 太赫茲光譜 (THz)
• 電子順磁/自旋共振（EPR、ESR）
• 小角中子散射 (SANS)
• 盧瑟福背散射光譜法 (RBS)

大量技術用于表征材料的各種宏觀特性，包括：

• 機械測試，包括拉伸、壓縮、扭轉、蠕變、疲勞、韌性和硬度測試
• 差熱分析 (DTA)
• 介電熱分析（DEA、DETA）
• 熱重分析 (TGA)
• 差示掃描量熱法 (DSC)
• 脈沖激勵技術 (IET)
• 超聲技術，包括共振超聲光譜和時域超聲檢測方法