این روش‌ها شامل موارد زیر است
الف: پراش پرتو ایکس ^[۳۲](XRD).
ب: طیف‌سنجی فتوالکترونی پرتو ایکس ^[۳۳](XPS) .
۲-۱۴-۱-۱ پراش پرتو X (XRD)
XRD یا همان پراش اشعه ایکس تکنیکی قدیمی و پرکابرد در بررسی خصوصیات کریستال‌ها می‌باشد. در این روش از پراش اشعه ایکس توسط نمونه جهت بررسی ویژگی های نمونه استفاده می شود XRD .برای تعیین عموم کمیات ساختار کریستالی از قبیل ثابت شبکه، هندسه شبکه، تعیین کیفی مواد ناشناس، تعیین فاز کریستال‌ها، تعیین اندازه کریستا‌ل‌ها، جهت گیری تک کریستال وغیره، قابل استفاده می‌باشد. [۴۲،۴۳].

۲-۱۴-۱-۱-۱ مزایای پرتو ایکس ( XRD)
(تکنیکی کم هزینه و پر کاربرد ( به علت اصول فیزیکی ساده این روش -
تکنیکی غیر تماسی و غیر مخرب -
نمونه نیاز به آماده سازی سخت و مشکل ندارد -
- نسبت به تکنیک های الکترونی هزینه های ساخت آن کمتر است
۲-۱۴-۱-۱-۲ معایب پرتو ایکس( XRD)
تفکیک پایین و شدت کم اشعه پراشیده نسبت به شدت اشعه الکترونی -
نیاز به استفاده نمونه بزرگ تر نسبت به پراش الکترونی-
- شدت اشعه پراشیده شده در این تکنیک وابسته به عدد اتمی می باشد. برای عناصر سبک تر این شدت کمتر بوده و کار را مشکل می کند. به عنوان مثال هنگامی که نمونه از یک اتم سنگین در کنار اتمی سبک تشکیل شده باشد XDR به خوبی تفکیک این دو را ندارد. تکنیک پراش نوترونی راه جایگزینی برای این مشکل می باشد. هم چنین اگر نمونه مجهول دارای فازها یا ترکیبات زیاد باشد، به علت تداخل پیک های مربوط به فاز ها، شناسایی فازها با اطمینان بالا همراه نخواهد بود [۴۴ ].
۲-۱۴-۱-۱-۳ کاربردهای پرتو ایکس (XRD)
، تهیه طیف و الگوی پراش ، تعیین تدوین اندیس های میلر XRD انالیز به روش-
شناسایی فاز یا هرنوع کانی و سنگ، خاک، مواد معدنی-
تعیین آمورف یا کریستاله بودن ترکیبات مختلف -
مطالعه ساختار بلوری -
قابلیت اندازه گیری کیفی و کمی عناصر -
قابلیت دادن نتایج به صورت اکسیدی-
اندازه گیری ضخامت فیلم های نازک و چندلایه-
تعیین درصدفاز به صورت نیمه کمی -
- تعیین آزبستی بودن یا نبودن ترکیبات
۲-۱۴-۲ میکروسکوپ الکترونی
میکروسکوپ‌های الکترونی شامل دو نوع زیر است:
الف: میکروسکوپ الکترونی عبوری^[۳۴](TEM).
ب: میکروسکوپ الکترونی روبشی ^[۳۵](SEM).
میکروسکوپ‌های الکترونی از بهترین ابزار برای بررسی اندازه و شکل نانومواد می‌باشند. این نوع از میکروسکوپ‌ها نیز همانند میکروسکوپ‌های نوری، تصویری از سطح ماده را به ما می‌دهند. با این تفاوت که دقت میکروسکوپ‌های الکترونی بسیار بیشتر از میکروسکوپ‌های نوری است و همچنین، در میکروسکوپ‌های الکترونی به جای نور از الکترون‌هایی استفاده می‌کنند که انرژی زیادی در حد چند هزار الکترون ولت دارند. این انرژی هزاران بار بیشتر از انرژی یک فوتون (۲ تا ۳ الکترون ولت) می‌باشد [۴۵].
۲-۱۴-۲-۱ میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)
میکروسکوپ الکترونی روبشی که به آن Scanning Elecron Microscope ، یا به اختصار SEM گویند، یکی از ابزارهای مورد استفاده در فناوری نانو است که با کمک بمباران الکترونی تصاویر اجسامی به کوچکی ۱۰ نانومتر را برای مطالعه تهیه می کند. ساخت SEM سبب شد تا محققان بتوانند نمونه های بزرگتر را به سادگی و با وضوح بیشتر مطالعه کنند. بمباران نمونه سبب می شود تا الکترونهایی از نمونه به سمت صفحه دارای بار مثبت رها شود که این الکترون ها در آنجا تبدیل به سیگنال می شوند. حرکت پرتو بر روی نمونه، مجموعه ای از سیگنال ها را فراهم می کند که بر این اساس میکروسکوپ می تواند تصویری از سطح نمونه را بر صفحه کامپیوتر نمایش دهد.SEM ، اطلاعات زیر را در خصوص نمونه در اختیار می‌گذارد.
- توپوگرافی نمونه: خصوصیات سطوح
- مورفولوژی: شکل ، اندازه و نحوه قرارگیری ذرات در سطح جسم
- ترکیب: اجزایی که نمونه را می سازند
SEM وسیله ای است که به کمک آن می توان تصویر بزرگتر از نمونه را با کمک الکترون های (به جای نور) خلق کرد. پرتویی از الکترون ها با کمک تفنگ الکترونی میکروسکوپ تولید می شود.
شکل (۲-۳) تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی
پرتوی الکترونی در خلاء به صورت عمودی از میکروسکوپ عبور می کند. سپس با عبور از میدان های الکترومغناطیسی و لنزهای ویژه به صورت متمرکز به نمونه تابانده می شوند. به محض برخورد پرتو با نمونه، الکترون ها و اشعه های ایکس از نمونه خارج می شوند.
سپس آشکارسازهای پرتوهای ایکس، الکترونهای اولیه و الکترونهای ناشی از برخورد الکترونهای اولیه با جسم را جمع آوری می کنند و آنها را به سیگنال تبدیل کرده و به صفحه نمایش (مانند صفحه تلویزیون) منتقل می کنند و به این طریق تصویر نهایی تهیه می شود.
برای کار با میکروسکوپ الکترونی به محیط خلأ نیاز است. به همین دلیل پس از قرار دادن نمونه در محفظه، اتمسفر داخل ستون میکروسکوپ به کمک پمپ های موجود به خلأ مناسب می رسد. وقتی که خلأ موردنیاز حاصل شد، پرتوی الکترونی تولید و توسط لنزهای‌الکترومغناطیسی باریک و روی نمونه متمرکز می شود. در حقیقت پرتوی الکترونی بر روی نمونه روبش می شود (scan) تا از نقاط مختلف آن اطلاعات به دست آید. در نتیجه ی برخورد پرتوی الکترونی با نمونه، سیگنال های مناسب تولید می شوند که توسط آشکارسازها دریافت و در نهایت به تصویر یا دیگر اطلاعات موردنظر تبدیل می شوند. با توجه به این خلاصه ی عملکرد، درمی یابیم که یک میکروسکوپ SEM از اجزای زیر تشکیل یافته است:

شکل (۲-۴) شماتیک دستگاه SEM
۲-۱۴-۲-۱-۱ اجزای دستگاه SEM
۱- تفنگ الکترونی
۲- لنزهای ‌الکترومغناطیسی
۳- سیستم روبش
۴- آشکارسازها (سیستم جمع آوری و تقویت سیگنال)
۵- سیستم نمایش تصویر
۶- سیستم خلأ [۴۶،۴۷].
۲-۱۴-۳ میکروسکوپ پروبی روبشی