表面涂层与处理 .pptx
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1、2023/3/211 表表面面性性貌貌分分析析:主主要要由由各各种种放放大大率率和和分分辨辨率率极极高高的的显显微微镜镜来完成。来完成。表表面面成成分分分分析析:包包括括测测定定表表面面元元素素组组成成及及元元素素在在表表面面与与沿沿纵向深度分布、表面元素的化学态。纵向深度分布、表面元素的化学态。表表面面结结构构分分析析:探探知知表表面面晶晶体体的的原原子子排排列列、晶晶体体大大小小、晶晶体取向、结晶对称性等晶体结构信息。体取向、结晶对称性等晶体结构信息。表表面面电电子子态态分分析析:表表面面电电子子能能级级分分布布和和空空间间分分布布不不同同于于体体内。内。表表面面原原子子态态分分布布:主主
2、要要对对表表面面原原子子或或吸吸附附粒粒子子的的吸吸附附能能、振动状态及其在表面的扩散运动的能量或势态分析。振动状态及其在表面的扩散运动的能量或势态分析。一、表面分析一、表面分析第1页/共24页2023/3/212 二、表面分析仪器:表面分析仪器:1 1 1 1、显微分析仪器、显微分析仪器 光光学学显显微微镜镜由由于于受受到到波波长长的的限限制制,其其分分辨辨率率和和放放大大倍倍数数已已不不能能满满足足现现代代科科技技发发展展的的要要求求。为为此此相相继继出出现现了了一一系系列列高高分分辨辨本本领领的的的的显显微微分分析析仪仪器器,其其分分辨辨率率大大大大提提高高,可可以以达达到到原原子子尺尺
3、度度水水平平(约约0.1nm0.1nm0.1nm0.1nm),更更值值得得一一提提的的是是,他他们们在在获获得得高高分分辨辨图图像像的的同同时时还还可可以以获获得得物物质质图图像像的的其其它它信信息息(如如图图像像显显示示、结结构构分分析析和和成成分分析等)。分分析等)。第2页/共24页2023/3/213(1)透射式电子显微镜()透射式电子显微镜(TEM)电子被加速到电子被加速到100kev时,其波长仅为时,其波长仅为0.37nm,为可见光的十,为可见光的十万分之一左右,因此用电子束。成像,分辨本领大大提高。万分之一左右,因此用电子束。成像,分辨本领大大提高。现在电子显微镜的分辨本领可高达现
4、在电子显微镜的分辨本领可高达0.2nm。(2)扫描电子显微镜)扫描电子显微镜(SEM)扫描电子显微镜是扫描电子显微镜是1965年发明的较现代的细胞生物学研究年发明的较现代的细胞生物学研究工具,主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态,工具,主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态,即用极狭窄的电子束去扫描样品,通过电子束与样品的相互即用极狭窄的电子束去扫描样品,通过电子束与样品的相互作用产生各种效应,其中主要是样品的二次电子发射。二次作用产生各种效应,其中主要是样品的二次电子发射。二次电子能够产生样品表面放大的形貌像,这个像是在样品被扫电子能够产生样品表面放大的形貌像,这个像是在样
5、品被扫描时按时序建立起来的,即使用逐点成像的方法获得放大像。描时按时序建立起来的,即使用逐点成像的方法获得放大像。第3页/共24页2023/3/214(3)扫描隧道显微镜()扫描隧道显微镜(STM)它作为一种扫描探针显微术工具,扫描隧道显微镜可以让它作为一种扫描探针显微术工具,扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子,它具有比它的同类原子力显微镜科学家观察和定位单个原子,它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外,扫描隧道显微镜在低温下(更加高的分辨率。此外,扫描隧道显微镜在低温下(4K)可以)可以利用探针尖端精确操利用探针尖端精确操 纵原子,因此它在纳米科技既是重要的测纵原子,因此
6、它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。量工具又是加工工具。(4)原子力显微镜)原子力显微镜(AFM)根据扫描隧道显微镜的原理设计的高速拍摄三维图像的显根据扫描隧道显微镜的原理设计的高速拍摄三维图像的显微镜。可观察大分子在体内的活动变化。微镜。可观察大分子在体内的活动变化。第4页/共24页2023/3/215(5)扫描透射电镜(扫描透射电镜(STEM)和分析电子显微镜()和分析电子显微镜(AEM)将扫描电子技术应用到透射电子显微镜形成了扫描将扫描电子技术应用到透射电子显微镜形成了扫描透射电镜,在此基础上结合能量分析和各种能谱仪就构透射电镜,在此基础上结合能量分析和各种能谱仪就构成了分析电子
7、显微镜。成了分析电子显微镜。第5页/共24页2023/3/2162、衍射分析方法、衍射分析方法衍射分析方法是以结构分析为目的的分析方法。衍射分析方法是以结构分析为目的的分析方法。(1)X射线衍射(射线衍射(XD)用用X射线衍射分析已知化学组成物质的晶体结构时,可用射线衍射分析已知化学组成物质的晶体结构时,可用X射线衍射峰的掠射角,求出晶面间距,对照射线衍射峰的掠射角,求出晶面间距,对照PDF卡,分析卡,分析出被测物质的晶体结构。出被测物质的晶体结构。(2)电子衍射()电子衍射(ED)电子衍射技术能使电子衍射技术能使X射线射入固体较深,一般用于三维晶体射线射入固体较深,一般用于三维晶体和表面结构
8、分析。和表面结构分析。第6页/共24页2023/3/2173、X射线光谱仪和电子探针射线光谱仪和电子探针(1)X射线光谱仪射线光谱仪在在X射线分析仪器中,除了主要用于晶体结构分析的射线分析仪器中,除了主要用于晶体结构分析的X射线射线衍射仪之外,还有用于成分分析的衍射仪之外,还有用于成分分析的X射线荧光分析仪。所谓射线荧光分析仪。所谓X射线荧光分析仪就是用射线荧光分析仪就是用X射线作为一种外来能量打击样品,射线作为一种外来能量打击样品,使试样产生波长大于入射使试样产生波长大于入射X射线的特征射线的特征X射线,而后经分光射线,而后经分光作定性和定量分析。作定性和定量分析。(2)电子探针)电子探针电
9、子探针具有分析区域小,灵敏度高,可直接观察选区,电子探针具有分析区域小,灵敏度高,可直接观察选区,制样方便,不损坏试样以及可作多重分析等特点,是一种有制样方便,不损坏试样以及可作多重分析等特点,是一种有力的分析工具。力的分析工具。第7页/共24页2023/3/2184、电子能谱分析方法、电子能谱分析方法(1)俄歇电子能谱分析仪()俄歇电子能谱分析仪(AES)俄歇电子能谱分析仪主要用于固体表面几个原子层内的成分俄歇电子能谱分析仪主要用于固体表面几个原子层内的成分、几何结构和价态的分析。分析灵敏度高,数据收集速度快、几何结构和价态的分析。分析灵敏度高,数据收集速度快,能测出,能测出He以后的所有元
10、素,目前已成为表面分析领域中应以后的所有元素,目前已成为表面分析领域中应用最广泛的工具之一。用最广泛的工具之一。(2)光电子能谱)光电子能谱以一定能量的以一定能量的X射线和光照射固体表面时,被束缚于原子各射线和光照射固体表面时,被束缚于原子各种深度的量子化能级上的电子被激发而产生光电子发射。所种深度的量子化能级上的电子被激发而产生光电子发射。所发射电子的动能随电子原所在能级的不同而异,形成所谓光发射电子的动能随电子原所在能级的不同而异,形成所谓光电子能谱。电子能谱。第8页/共24页2023/3/2195、二次离子质谱分析(、二次离子质谱分析(SIMS)当一束加速的离子束轰击真空中的待分析样品表
11、面时,会当一束加速的离子束轰击真空中的待分析样品表面时,会引起表面的原子或分子溅射,其中带电离子称为二次离子。引起表面的原子或分子溅射,其中带电离子称为二次离子。将二次离子按质荷比分开并采用探测器将其记录,便得到将二次离子按质荷比分开并采用探测器将其记录,便得到二次离子强度按质量分布的二次离子质谱。可鉴别包括氢二次离子强度按质量分布的二次离子质谱。可鉴别包括氢在内的所有元素。在内的所有元素。6、红外吸收光谱和拉曼光谱、红外吸收光谱和拉曼光谱红外吸收光谱和拉曼光谱的测定是基于分子振动的的振动谱。红外吸收光谱和拉曼光谱的测定是基于分子振动的的振动谱。第9页/共24页2023/3/2110三、表面性
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