文档介绍：结构和性能的表征
结构包括:材料的形貌(morphology)、化学组成(position)、相(phase)组成、晶体结构(crystal structure)、缺陷(defects)等
表征材料形貌的仪器:
光学显微镜(Optical microscopy)
扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy, ab. SEM)
原子力显微镜( Atom force microscopy, ab. AFM)
扫描隧道显微镜( Scanning tunnel microscopy, ab. STM)
透射电子显微镜(Transmission electron microscopy, TEM)
高分辨率透射电子显微镜(High resolution transmission electron microscopy, ab. HRTEM)
材料表面与界面的表征
检测化学组成的仪器:
X-Ray 光电子能谱(X-ray photoelectron spectra, ab. XPS), 测组成和价态
红外光谱( Infra-red spectra, ab. IR)
核磁共振谱(NMR)
相组成、晶体结构:
X-ray 衍射(X-ray diffraction, ab. XRD)
拉曼光谱(Raman spectra)
精细X-ray 衍射谱(Extend X-ray Fine Spectra, ab. EXAFS)
表面、界面、薄墨中的偏析、吸附扩散、粘附等特性用俄歇电子谱(Auger electron spetra, ab. AES); 二次离子质谱(Second ion mass spectra, ab. SIMS);
离子散射谱(ISS)
第一代为光学显微镜
;它使人类“看”到了致病的细菌、微生物和微米级的微小物体,对社会的发展起了巨大的促进作用,至今仍是主要的显微工具.
表面结构分析现代仪器历史
第二代为电子显微镜
20世纪三十年代早期卢斯卡()发明了电子显微镜,使人类能”看”到病毒等亚微米的物体,它与光学显微镜一起成了微电子技术的基本工具。
表征材料形貌的仪器
第三代为扫描探针显微镜
也可简称为纳米显微镜。瑞士苏黎世研究实验室的宾尼格()和罗赫()发明的扫描隧道显微镜(简称STM),在技术上实现了对单个原子的控制与操作。 1985年比尼格应奎特()发明了可适用于非导电样品的原子力显微镜(AFM),也具有原子分辨率,与扫描隧道显微镜一起构建了扫描探针显微镜(SPM)系列。
表征材料形貌的仪器
宾尼格()和罗赫()显微镜发明人鲁斯卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。
This STM image shows the direct observation of standing-wave patterns in the local density of states of the Cu(111) surface
三代显微镜的观察范围及典型物体
电磁波
X-ray, -ray
仪器表征的基础
仪器表征的基础
肉眼可见()——宏观形态
光镜(LM)可见(,大于200nm)——微观形态
光镜不可见(小于200nm )——超微观形态: a)透射电镜(TEM)
b)扫描电镜(SEM)
光镜的分辨本领的限制
为什么光镜的分辨本领只能达到200nm ?这是由于光波的衍射现象所限制的。
根据“瑞利”判据,当A、B两点靠近到使像斑的重叠部分达到各自的一半时,则认为此两点的距离即是透镜的分辨本领;由此得出显微镜的分辨本领公式(阿贝公式)为:
d=/(Nsin)
:物镜的接收角
Nsin是透镜的孔径数(简写为N A ),常于镜头上标明,。因此,上式可近似化简为:d=
光镜采用的可见光的波长为400~760nm。