材料分析方法復(fù)習(xí)專用課件

1、時(shí)間：待定地點(diǎn)：待定考試有關(guān)事宜安排：材料分析技術(shù)復(fù) 習(xí)一、判斷題（對(duì)的打“”，錯(cuò)的打“” ，每小題1分，共10分）二、填空題 (每空1分，共10分)三、名詞解釋（共4小題，每小題6分，共24分）四、簡(jiǎn)答題（共5小題，共56分）考試題型：第一章 X射線物理學(xué)基礎(chǔ)第二章 X射線衍射方向第三章 X射線衍射強(qiáng)度第四章 多晶體分析方法第五章 物相分析及點(diǎn)陣參數(shù)精確測(cè)定第六章 宏觀殘余應(yīng)力的測(cè)定第七章 X射線光電子能譜第八章 電子光學(xué)基礎(chǔ)第九章 透射電子顯微鏡第十章 掃描電子顯微鏡第十一章 電子探針顯微分析第一章 X射線物理學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) X射線的性質(zhì)第二節(jié) X射線的產(chǎn)生及X射線譜第三節(jié) X射線與物質(zhì)的相

2、互作用 第一節(jié) X射線的性質(zhì)X射線的波長(zhǎng)： 0.0110 nm用于衍射分析的X射線：0.050.25 nm1、X射線波長(zhǎng)X射線的本質(zhì)是電磁波，是由高速帶電粒子與物質(zhì)原子中的內(nèi)層電子作用而產(chǎn)生的。X射線的特征：波長(zhǎng)短，能量大，穿透物質(zhì)的能力強(qiáng)。波長(zhǎng)長(zhǎng)的X射線（1 ），能量較低，稱為軟X射線；波長(zhǎng)短的X射線，能量大，稱為硬X射線。第二節(jié) X射線的產(chǎn)生及X射線譜 1、產(chǎn)生原理 高速運(yùn)動(dòng)的電子與物體(靶)碰撞時(shí)，發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，電子的運(yùn)動(dòng)受阻失去動(dòng)能，其中一小部分（1%左右）能量轉(zhuǎn)變成X射線，而絕大部分（99%左右）能量轉(zhuǎn)變成熱能使物體溫度升高。高速運(yùn)動(dòng)的電子被突然減速時(shí)，就能產(chǎn)生X射線。2、X射線產(chǎn)生

3、的基本條件產(chǎn)生自由電子；使電子作定向的高速運(yùn)動(dòng);在其運(yùn)動(dòng)的路徑上設(shè)置一個(gè)障礙物使電子突然減速或停止。第三節(jié) X射線與物質(zhì)相互作用 X射線與物質(zhì)相互作用，就其能量轉(zhuǎn)換而言，一束X射線通過物質(zhì)時(shí)，可分為三部分：一部分透過物質(zhì)繼續(xù)沿原來的方向傳播 （波長(zhǎng)改變和不改變部分）一部分被吸收（真吸收光電效應(yīng)、俄歇效應(yīng)、 熒光X射線、正電子吸收、熱散能量）一部分被散射（相干散射和非相干散射） 俄歇（Auger）效應(yīng)K層電子被光量子擊出后，L層電子躍入K層，此時(shí)多余的能量（EL-EK）不以輻射X光量子的方式放出，而是被另一L層電子吸收而逸出L層， 這樣，一個(gè)K層空位造成兩個(gè)L層空位，這一過程稱為俄歇效應(yīng)。躍出L

4、層的電子稱為俄歇電子。俄歇電子E（ElEk）俄歇電子的能量與激發(fā)源（光或電子）的能量無關(guān)，只取決于物質(zhì)的能級(jí)結(jié)構(gòu)，是元素的特征值。俄歇效應(yīng)特別適合做表面輕元素的分析。如果以表示熒光產(chǎn)額，A表示俄歇電子的幾率，則A和之間的關(guān)系應(yīng)為：重元素：較大，主要發(fā)射熒光X射線；輕元素：A較大，主要發(fā)射俄歇電子。A和與原子序數(shù)有關(guān)A和隨原子序數(shù)變化的曲線33110.5X射線熒光光譜分析俄歇電子能譜分析第二章 X射線衍射方向第一節(jié) 晶體幾何學(xué)簡(jiǎn)介第二節(jié) 布拉格方程第三節(jié) X射線衍射方法從布拉格方程可以看出，在波長(zhǎng)一定的情況下，衍射線的方向()是晶面間距d的函數(shù)。如果將各晶系的d值代入布拉格方程，可得不同晶系如下

5、公式：立方晶系:正方晶系:斜方晶系:六方晶系: 即：衍射束的方向決定于晶胞的大小和形狀，也就是通過衍射束方向，可以測(cè)出晶胞的形狀和尺寸。三、衍射花樣和晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系不同晶系的晶體，或同一晶系而晶胞大小不同的晶體，其衍射花樣是不同的，其衍射方向sin2不同。四、晶體衍射花樣的特點(diǎn)（1）單晶體衍射花樣（2）多晶體衍射花樣(用垂直于入射線的底片記錄)是一系列的同心衍射環(huán)。由規(guī)則排列的衍射斑點(diǎn)組成。第三章 X射線衍射強(qiáng)度第一節(jié) 多晶體衍射圖相的形成第二節(jié) 單位晶胞對(duì)X射線的散射與結(jié)構(gòu)因數(shù)第三節(jié) 洛倫茲因數(shù)第四節(jié) 影響衍射強(qiáng)度的其他因數(shù)第五節(jié) 多晶體衍射的積分強(qiáng)度公式散射因數(shù) f 與原子序數(shù)Z有關(guān)，Z

6、越大，f 越大。故：重原子對(duì)X射線散射的能力比輕原子要強(qiáng)。 第二節(jié) 單位晶胞對(duì)X射線的散射與結(jié)構(gòu)因數(shù)FHKL2稱結(jié)構(gòu)因數(shù)，表征了單胞的衍射強(qiáng)度，反映了單胞中原子種類、數(shù)目及原子位置對(duì)(HKL)晶面衍射方向上衍射強(qiáng)度的影響。第五節(jié) 多晶體衍射的積分強(qiáng)度公式第四節(jié) 影響衍射強(qiáng)度的其他因數(shù)第三節(jié) 洛倫茲因數(shù)多重性因數(shù)結(jié)構(gòu)因數(shù)吸收因數(shù)溫度因數(shù)角因數(shù)(洛倫茲-偏振因數(shù))第四章 多晶體分析方法第一節(jié) 德拜-謝樂法第二節(jié) 其他照相法簡(jiǎn)介第三節(jié) X射線衍射儀 或針孔法第五章 物相分析及點(diǎn)陣參數(shù)精確測(cè)定 第一節(jié) 定性分析第二節(jié) 定量分析第三節(jié) 點(diǎn)陣參數(shù)的精確測(cè)定第四節(jié) 非晶態(tài)物質(zhì)及其晶化過程的X射線衍射分析第二

7、節(jié) 定量分析 定量分析的原理設(shè)樣品中任意一相為j，某(HKL)衍射線強(qiáng)度為Ij，其體積分?jǐn)?shù)為fj，樣品線吸收系數(shù)為l。Ij隨fj的增加而增高；但由于樣品對(duì)X射線的吸收，Ij亦不正比于fj，而是依賴于Ij與fj及l(fā)之間的關(guān)系:物相定量分析的依據(jù)是：各相衍射線的強(qiáng)度隨該相含量的增加而提高。令試樣被照射的體積V為單位體積，則:物相定量分析的基本方程對(duì)立方晶系物質(zhì)： 關(guān)鍵點(diǎn)：衍射譜中有多條衍射線，怎樣選擇衍射線？誤差來源是什么，如何消去誤差？ 1、X射線衍射法測(cè)點(diǎn)陣參數(shù)的原理若測(cè)量出某衍射線的 ，就可求出晶格常數(shù) a。第三節(jié) 點(diǎn)陣參數(shù)的精確測(cè)定3、X射線衍射法測(cè)點(diǎn)陣參數(shù)的步驟用步進(jìn)掃描獲得一系列 50

8、的衍射峰；標(biāo)定各反射面指數(shù)，測(cè)量各衍射線的峰位 ，并計(jì)算cos2 值；通過布拉格方程求出面間距dHKL；根據(jù)晶面間距的公式求出點(diǎn)陣常數(shù)a；畫acos2 關(guān)系圖，外推至 90，得到晶體精確的點(diǎn)陣參數(shù)。例：求金屬鋁的晶格常數(shù)：以下是用衍射儀法測(cè)得的X射線衍射數(shù)據(jù)（采用CuK輻射, k1=1.5405 ） ()55.48657.71467.76378.793外推后， a4.0781 acos2關(guān)系圖0.3230.2830.1430.037HKL3314204223334.074644.074644.075664.07778畫acos2 關(guān)系圖cos2a ()5、點(diǎn)陣參數(shù)精確測(cè)定的應(yīng)用（1）固溶體類型

9、與組分測(cè)量（2）鋼中馬氏體和奧氏體的含碳量（3）外延層和表面膜厚度的測(cè)定（4）宏觀應(yīng)力的測(cè)定第四節(jié) 非晶態(tài)物質(zhì)及其晶化過程的X射線衍射分析由少數(shù)寬的散射峰組成由尖銳的衍射峰組成第六章 宏觀殘余應(yīng)力的測(cè)定第一節(jié) 物體內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生和分類第二節(jié) X射線殘余應(yīng)力測(cè)定的基本原理第三節(jié) 宏觀應(yīng)力測(cè)定方法第四節(jié) X射線宏觀應(yīng)力測(cè)定中的一些問題1) 第類內(nèi)應(yīng)力() 指在物體宏觀體積內(nèi)存在并平衡的內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)其被釋放后，物體的宏觀體積或形狀將會(huì)變化。2) 第類內(nèi)應(yīng)力( ) 指在數(shù)個(gè)晶粒范圍內(nèi)存在并平衡的內(nèi)應(yīng)力。這種平衡被破壞時(shí)也會(huì)出現(xiàn)尺寸變化。3) 第類內(nèi)應(yīng)力( ) 指在若干個(gè)原子范圍內(nèi)存在并平衡的內(nèi)應(yīng)力。如各種

10、晶體缺陷(空位、間隙原子、位錯(cuò)等)，這種平衡被破壞時(shí)不會(huì)產(chǎn)生尺寸的變化。一、內(nèi)應(yīng)力的分類第一節(jié) 物體內(nèi)應(yīng)力的分類及其衍射效應(yīng)1) 第類內(nèi)應(yīng)力又稱宏觀應(yīng)力或殘余應(yīng)力，其衍射效應(yīng)使衍射線位移。2) 第類內(nèi)應(yīng)力又稱微觀應(yīng)力。其衍射效應(yīng)主要引起衍射線線形變化。3) 第類內(nèi)應(yīng)力又稱晶格畸變應(yīng)力或超微觀應(yīng)力等，其衍射效應(yīng)使衍射強(qiáng)度降低。本章內(nèi)容二、內(nèi)應(yīng)力的衍射效應(yīng)第二節(jié) X射線宏觀應(yīng)力測(cè)定的基本原理對(duì)于理想的多晶體，在無應(yīng)力狀態(tài)下，不同方位的同族晶面間距相等； 用X射線衍射法測(cè)定殘余應(yīng)力，首先測(cè)量應(yīng)變，再借助材料的彈性特征參量(彈性模量、泊松比)求得應(yīng)力。圖6-4 應(yīng)力與不同方位同族晶面間距的關(guān)系當(dāng)承受一

11、定宏觀應(yīng)力 時(shí)，同族晶面間距隨晶面方位及應(yīng)力大小發(fā)生有規(guī)律的變化，導(dǎo)致衍射線向某方向位移(2變化) 。晶面間距隨方位的變化率與作用應(yīng)力 之間存在一定函數(shù)關(guān)系X射線測(cè)量宏觀應(yīng)力的基礎(chǔ)(0為無應(yīng)力時(shí)的衍射角)把轉(zhuǎn)化為用衍射角表達(dá)的形式，即：KM =K稱應(yīng)力常數(shù)，它決定于待測(cè)材料的彈性性質(zhì)及所選衍射晶面的衍射角(即晶面間距 d 及光源波長(zhǎng) )。 圖6-5 測(cè)定宏觀應(yīng)力的坐標(biāo)系應(yīng)變待測(cè)應(yīng)力宏觀應(yīng)力測(cè)定的基本關(guān)系式(E為彈性模量, 為泊松比; 是方位角, 即衍射晶面法線ON與試樣表面法線ON間的夾角)根據(jù)彈性力學(xué)原理，在一定的平面應(yīng)力狀態(tài)下，與sin2呈線性關(guān)系： 由前述的測(cè)定原理可知，欲測(cè)定試樣表面某

12、確定方向的殘余應(yīng)力 = KM，需按如下步驟進(jìn)行：1) 在測(cè)定方向平面內(nèi)至少測(cè)出兩個(gè)不同方位的衍射角2 ；2) 求出2 - sin2直線的斜率M；3) 根據(jù)測(cè)試條件取應(yīng)力常數(shù)K；4) 將M和K代入 = KM，計(jì)算殘余應(yīng)力 。第三節(jié) 宏觀應(yīng)力測(cè)定方法M =第三篇 其他顯微結(jié)構(gòu)分析方法第十二章 原子光譜及分子光譜分析 第十三章 熱分析技術(shù)第十二章 原子光譜及分子光譜分析第一節(jié) 光分析基礎(chǔ)第二節(jié) 原子光譜分析第三節(jié) 分子光譜分析一、光分析法及其特點(diǎn)光分析法：基于電磁輻射能量與待測(cè)物質(zhì)相互作用后所產(chǎn)生的輻射信號(hào)與物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)關(guān)系所建立起來的分析方法。光分析法在研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)表征、表面分析等方面具有

13、其他方法不可取代的地位。吸收、發(fā)射、散射、折射、反射、干涉、衍射、偏振等。第一節(jié) 光分析基礎(chǔ)第二節(jié) 原子光譜分析第三節(jié) 分子光譜分析 (1)原子發(fā)射光譜分析(2)原子吸收光譜分析第二節(jié) 原子光譜分析原子光譜分析只能用于元素分析，不能確定元素在樣品中存在的狀態(tài)，不適用于大多數(shù)非金屬元素的測(cè)定！原子發(fā)射光譜分析法是以火焰、電弧、等離子炬等作為光源，使氣態(tài)原子的外層電子受激發(fā)射出特征光譜進(jìn)行定性、定量分析的方法。一、原子發(fā)射光譜分析(Atomic Emission Spectrometry, AES)電感耦合等離子原子發(fā)射光譜儀（ICP-AES） 多元素同時(shí)檢測(cè)：各元素同時(shí)發(fā)射各自的特征光譜； 分析

14、速度快：試樣不需處理，同時(shí)對(duì)幾十種元素進(jìn)行定量分析； 選擇性好：各元素具有不同的特征光譜(鈮和鉭、鋯和鉿、稀土元素)； 靈敏度高：10-0.1g/g(g/mL); ICP-AES可達(dá)ng/mL級(jí); 準(zhǔn)確度高：相對(duì)誤差一般5-10%，ICP可達(dá)1%以下; 試樣用量較少：毫克級(jí)，適用于微量樣品和痕量無機(jī)物組分分析； ICP-AES性能優(yōu)越，線性范圍寬：46個(gè)數(shù)量級(jí)，可測(cè)高、中、低 不同含量試樣。 1.4 AES特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)不足：非金屬元素不能檢測(cè)或靈敏度低。AES儀器由光源、單色系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)三部分組成。2、AES儀器3、定性定量分析方法3.1 AES定性分析原理由于各元素的原子結(jié)構(gòu)不同，在光源激發(fā)下

15、，試樣中各元素都發(fā)射各自的特征光譜（譜線有多有少），通過識(shí)別元素的一條或數(shù)條特征譜線的波長(zhǎng)，可以進(jìn)行元素定性分析。定性分析原理常用的光譜定性分析方法有標(biāo)樣光譜比較法和鐵光譜比較法。(Iij 電子在 i, j 能級(jí)間躍遷產(chǎn)生的譜線強(qiáng)度， a 與試樣的蒸發(fā)、激發(fā)過程及試樣組成有關(guān)的參數(shù)。)考慮到發(fā)射光譜中存在自吸現(xiàn)象，需要引入自吸常數(shù) b：以 logI 對(duì) logc 作圖，得校正曲線。3.2 AES定量分析原理原子發(fā)射光譜的譜線強(qiáng)度I與試樣中被測(cè)組分的濃度c成正比。發(fā)射光譜分析的基本關(guān)系式：賽伯-羅馬金公式自吸常數(shù) b 隨濃度c增加而減小。當(dāng)濃度很小，自吸消失時(shí)，b=1；當(dāng)試樣濃度高時(shí)，b80 C

16、)一般都可直接夾在兩塊NaCl鹽窗片之間形成液膜進(jìn)行測(cè)定。該法不適合于水或其他對(duì)NaCl鹽片有溶蝕作用的液體。把固體試樣溶解在適當(dāng)?shù)牡娜軇┲?，把溶液倒在玻璃片上或KBr窗片上，待溶劑揮發(fā)后生成均勻薄膜。把固體粉末分散或懸浮于石蠟油等糊劑中，然后將糊狀物夾于兩片KBr等窗片間測(cè)繪其光譜。 把固體樣品的細(xì)粉，均勻地分散在KBr中并壓成透明薄片。將試樣溶解在合適的溶劑(常用CCl4 ，CS2)中，然后用注射器注入固定液體池中進(jìn)行測(cè)試。 紅外光譜的作用(1) 可以確定化合物(尤其是有機(jī)化合物)的類別；(2) 利用基團(tuán)的特征吸收頻率，確定官能團(tuán)： 例：CO，CC，CC；(3) 推測(cè)分子結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)單化合物)

17、；(4) 利用特征峰的強(qiáng)度進(jìn)行定量分析。二、拉曼光譜分析(Raman Spectra)拉曼光譜分析法是基于印度科學(xué)家C.V. 拉曼所發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應(yīng)，對(duì)與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析，以得到分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)方面信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。傅立葉變換顯微紅外/拉曼光譜儀(VERTEX 70, Bruker)拉曼散射光譜斯托克斯與反斯托克斯散射光的頻率與激發(fā)光源頻率之差統(tǒng)稱為拉曼位移。拉曼位移取決于分子振動(dòng)能級(jí)的變化，不同的化學(xué)鍵或基態(tài)有不同的振動(dòng)方式，決定了其能級(jí)間的能量變化，因此對(duì)應(yīng)的拉曼位移是特征的。 拉曼光譜進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)定性分析的理論依據(jù)1.2 拉曼光譜定性分析原理2.

18、拉曼光譜儀器拉曼光譜儀器由光源、外光路、色散系統(tǒng)、接收系統(tǒng)和信息處理與顯示系統(tǒng)五部分組成。激光光源第十三章 熱分析技術(shù)第一節(jié) 熱分析基礎(chǔ)第二節(jié) 差熱分析法第三節(jié) 差示掃描量熱法第四節(jié) 熱重法1977年在日本京都召開的國(guó)際熱分析協(xié)會(huì)(International Conference on Thermal Analysis，ICTA)第七次會(huì)議所下的定義：熱分析是在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度之間關(guān)系的一類技術(shù)。這里所說的“程序控制溫度”一般指線性升溫或線性降溫，也包括恒溫、循環(huán)或非線性升溫、降溫。這里的“物質(zhì)”指試樣本身和(或)試樣的反應(yīng)產(chǎn)物，包括中間產(chǎn)物。第一節(jié) 熱分析基礎(chǔ)1.熱分

19、析定義廣義上講，熱分析技術(shù)包括許多與溫度有關(guān)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法。第二節(jié) 差熱分析法一、定義差熱分析法是在程序控制溫度條件下，測(cè)量樣品與參比物之間的溫度差與溫度關(guān)系的一種熱分析方法。參比物（或基準(zhǔn)物，中性體）：在測(cè)量溫度范圍內(nèi)不發(fā)生任何變化和熱效應(yīng)的惰性物質(zhì)，如-Al2O3、MgO等。在實(shí)驗(yàn)過程中，將樣品與參比物的溫差作為溫度或時(shí)間的函數(shù)連續(xù)記錄下來，就得到了差熱分析曲線。用于差熱分析的裝置稱為差熱分析儀。(Differential Thermal Analysis, DTA)差熱曲線是由差熱分析得到的記錄曲線。縱坐標(biāo)是試樣與參比物的溫度差T，向上表示放熱反應(yīng)，向下表示吸熱反應(yīng)，橫坐標(biāo)為T（或t）。

20、二、差熱曲線圖中基線相當(dāng)于T=0，樣品無熱效應(yīng)發(fā)生，向上和向下的峰反映了樣品的放熱、吸熱過程。峰的位置可以確定發(fā)生熱效應(yīng)的溫度，峰的面積可以確定熱效應(yīng)的大小，峰的形狀可以了解有關(guān)過程的動(dòng)力學(xué)特征。1. 材料的鑒別與成分分析應(yīng)用差熱分析對(duì)材料進(jìn)行鑒別主要是根據(jù)物質(zhì)的相變（包括熔融、升華和晶型轉(zhuǎn)變等）和化學(xué)反應(yīng)（包括脫水、分解和氧化還原等）所產(chǎn)生的特征吸熱或放熱峰。三、應(yīng)用 2. 凝膠材料的燒結(jié)進(jìn)程研究DTATG典型的凝膠材料差熱-熱重曲線凡是在加熱（或冷卻）過程中，因物理-化學(xué)變化而產(chǎn)生吸熱或者放熱效應(yīng)的物質(zhì)，均可以用差熱分析法加以鑒定。其主要應(yīng)用范圍如下： 含水化合物對(duì)于含吸附水、結(jié)晶水或者結(jié)

21、構(gòu)水的物質(zhì)，在加熱過程中失水時(shí)，發(fā)生吸熱作用，在差熱曲線上形成吸熱峰。 高溫下有氣體放出的物質(zhì)一些化學(xué)物質(zhì)，如碳酸鹽、硫酸鹽及硫化物等，在加熱過程中由于CO2、SO2等氣體的放出，而產(chǎn)生吸熱效應(yīng)，在差熱曲線上表現(xiàn)為吸熱峰。不同類物質(zhì)放出氣體的溫度不同，差熱曲線的形態(tài)也不同，利用這種特征就可以對(duì)不同類物質(zhì)進(jìn)行區(qū)分鑒定。 礦物中含有變價(jià)元素礦物中含有變價(jià)元素，在高溫下發(fā)生氧化，由低價(jià)元素變?yōu)楦邇r(jià)元素而放出熱量，在差熱曲線上表現(xiàn)為放熱峰。變價(jià)元素不同，以及在晶格結(jié)構(gòu)中的情況不同，則因氧化而產(chǎn)生放熱效應(yīng)的溫度也不同。如Fe2+在340450變成Fe3+。 非晶態(tài)物質(zhì)的重結(jié)晶有些非晶態(tài)物質(zhì)在加熱過程中伴

22、隨有重結(jié)晶的現(xiàn)象發(fā)生，放出熱量，在差熱曲線上形成放熱峰。此外，如果物質(zhì)在加熱過程中晶格結(jié)構(gòu)被破壞，變?yōu)榉蔷B(tài)物質(zhì)后發(fā)生晶格重構(gòu)，也形成放熱峰。 晶型轉(zhuǎn)變有些物質(zhì)在加熱過程中由于晶型轉(zhuǎn)變而吸收熱量，在差熱曲線上形成吸熱峰。因而適合對(duì)金屬或者合金、一些無機(jī)礦物進(jìn)行分析鑒定。 3. 其它應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：方便快速、樣品用量少(一般515 mg，甚至16 mg)及適用范圍廣；缺點(diǎn)：重復(fù)性差和分辨率不夠高；而且由于差熱分析與試樣內(nèi)的熱傳導(dǎo)有關(guān)，導(dǎo)熱系數(shù)（儀器常數(shù)）K又不斷隨溫度變化（該法則假定試樣和參比物與金屬塊之間的K與溫度無關(guān)），因此，要用DTA進(jìn)行定量分析比較困難，一般誤差較大。 總之，DTA的影響因素是

23、多方面的、復(fù)雜的，有的因素也是較難控制的。如果只作定性分析(主要依據(jù)是峰形和要求不很嚴(yán)格的溫差T)，則很多影響因素可以忽略，只有樣品量和升溫速率是主要因素。為了保持DTA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，克服DTA定量分析靈敏度不高的缺點(diǎn)而發(fā)展出差示掃描量熱法。六、DTA技術(shù)的特點(diǎn)差示掃描量熱分析法是在程序控制溫度下，通過對(duì)試樣因熱效應(yīng)而發(fā)生的能量變化進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)償，以保持試樣與參比物之間溫度始終相同(無溫差、無熱傳遞)，測(cè)量輸入到試樣和參比物的功率差與溫度或時(shí)間關(guān)系的一種技術(shù)。第三節(jié) 差示掃描量熱法一、定義(Differential Scanning Calorimetry, DSC)根據(jù)測(cè)量方法不同，分為功率補(bǔ)償

24、型差示掃描量熱法和熱流型差示掃描量熱法。該方法靈敏度和精度大，可進(jìn)行定量分析。曲線離開基線的位移即代表樣品吸熱或放熱的速率(mJs-1)，而曲線中峰或谷包圍的面積即代表熱量的變化。DSC曲線二、DSC曲線 差示掃描量熱儀記錄到的曲線稱DSC曲線。DSC曲線的縱坐標(biāo)為試樣與參比物的功率差dH/dt(亦稱熱流率)，單位為mJ/s；橫坐標(biāo)是時(shí)間(t)或溫度(T)。 因而差示掃描量熱法可以直接測(cè)量樣品在發(fā)生物理或化學(xué)變化時(shí)的熱效應(yīng)。DSC(DTA)廣泛應(yīng)用于金屬、非金屬、高分子材料以及藥物等眾多領(lǐng)域：研究物質(zhì)的相轉(zhuǎn)變：測(cè)定各類材料的相轉(zhuǎn)變溫度(如：熔點(diǎn)Tm)、相變熱焓H；以及高分子材料的結(jié)晶溫度TC、

25、結(jié)晶度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg等。測(cè)定金屬及合金的相圖；測(cè)定物質(zhì)的比熱容；DTA可測(cè)定物質(zhì)的分解溫度，從而研究物質(zhì)的熱穩(wěn)定性；測(cè)定物質(zhì)的反應(yīng)溫度和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)等。六、應(yīng)用第四節(jié) 熱重法一、定義 熱重法是在程序溫度控制下，測(cè)量物質(zhì)的質(zhì)量(m)與溫度(T)關(guān)系的一種技術(shù)。 (Thermogravimetry, TG)熱重分析儀需要一臺(tái)熱天平來連續(xù)、自動(dòng)地記錄試樣質(zhì)量隨溫度變化的曲線。熱天平示意圖 熱重法(TG，Thermogravimetry） 在程序控溫下，測(cè)量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度（或時(shí)間）關(guān)系。熱重分析的結(jié)果用熱重曲線或微分熱重曲線表示。熱重和微商熱重曲線 A(固體) B(固體) + C(氣體)A(

26、固體)B(固體)微商熱重法(DTG, Derivative Thermogravimetry ) 將所得到的TG曲線對(duì)溫度或時(shí)間取一階導(dǎo)數(shù)(或在程序溫度控制下，測(cè)量物質(zhì)的質(zhì)量變化率隨溫度或時(shí)間的關(guān)系)。TG曲線形狀圖TG曲線可得到的信息：（1）開始失重的溫度； （2）失重結(jié)束時(shí)的溫度； （3）失重的量； （4）失重是單階段還是多階段； （5）失重的速率；TG曲線形狀圖DTG曲線形狀圖DTG曲線也能得到上述結(jié)果，它是反映失重速率的。 熱重試驗(yàn)的曲線解析TG曲線測(cè)量的是物質(zhì)的質(zhì)量與溫度（或時(shí)間）關(guān)系，表示加熱過程中樣品失重累積量；DTG曲線是TG曲線對(duì)溫度或時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)，即質(zhì)量變化率，dW/dT

27、或 dW/dt(測(cè)量的是物質(zhì)的質(zhì)量變化率隨溫度或時(shí)間的關(guān)系) 。起始水分可燃燒物填料及灰分填充尼龍的TG曲線終了110400TGDTGTG和DTG主要是測(cè)定物質(zhì)的分解溫度，測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量的變化率dm/dt隨溫度或時(shí)間的關(guān)系，從而研究物質(zhì)的熱穩(wěn)定性。四、應(yīng)用TG、DTG廣泛應(yīng)用于高聚物的研究并作為常規(guī)表征手段。 以高分子材料為例，介紹TG和DTG的應(yīng)用(1)對(duì)塑料、橡膠、纖維進(jìn)行定性或定量鑒定；(2)測(cè)量它們中的各種添加劑，如增塑劑、抗氧劑、阻燃劑、紫外線吸收劑、填料（白炭黑、碳黑）；(3)評(píng)價(jià)它們的熱穩(wěn)定性，研究熱解動(dòng)力學(xué)，老化性能；(4)研究阻燃材料；(5)測(cè)定固化反應(yīng)；(6)確定平衡溶劑溶脹

28、的交聯(lián)密度等。第一節(jié) 基本原理第二節(jié) 儀器簡(jiǎn)介第三節(jié) 能譜分析及應(yīng)用第七章 X射線光電子能譜第一節(jié) 基本原理XPS分析是一種研究物質(zhì)表層元素組成與離子狀態(tài)的表面分析技術(shù)。其基本原理是利用單色X射線照射樣品，使樣品中原子或者分子的電子受激發(fā)射，然后測(cè)量這些電子的能量分布。 XPS分析基本原理通過與已知元素的原子或者離子的不同殼層的電子的能量相比較，就可以確定未知樣品中原子或者離子的組成和狀態(tài)。X射線電子電子被測(cè)樣品橫坐標(biāo)：電子束縛能(能直接反映電子殼層/能級(jí)結(jié)構(gòu))或動(dòng)能, eV；縱坐標(biāo)：cps (counts per second)，相對(duì)光電子流強(qiáng)度； 或a.u. (arbitrary unit

29、)譜 峰：原子軌道的結(jié)合能。XPS譜圖的基本特征Figure XPS spectra of LFP/(C+CdO) composite.(1) XPS譜圖的主線最強(qiáng)的光電子線常常是譜圖中強(qiáng)度最大、峰寬最小、對(duì)稱性最好的譜峰，稱為XPS的主線。每一種元素都有自己最強(qiáng)的、具有表征作用的光電子線，它是元素定性分析的主要依據(jù)。二氧化鈦涂層玻璃（溶膠-凝膠）(4) 伴峰或伴線能譜中出現(xiàn)的非光電子峰稱為伴峰。俄歇線XPS衛(wèi)星線振激線和振離線多重分裂線能量損失線鬼峰原子中的一個(gè)內(nèi)層電子光致電離射出后，內(nèi)層留下一空穴，原子處于激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)離子要向低能轉(zhuǎn)化而發(fā)生馳豫；馳豫通過輻射躍遷釋放能量。A、俄歇線輻射出

30、熒光X射線(熒光產(chǎn)額)躍遷使另一電子激發(fā)成自由電子俄歇電子多以譜線群方式出現(xiàn)KLL: 左邊代表起始空穴的電子層， 中間代表填補(bǔ)起始空穴的電子所屬的電子層， 右邊代表發(fā)射俄歇電子的電子層。在XPS譜圖中可以觀察到KLL、LMM、MNN和NOO四個(gè)內(nèi)層型俄歇線系列。主要組成部分：X射線光源(激發(fā)源)、樣品室、電子能量分析器、信息放大器、記錄(顯示)系統(tǒng)。XPS能譜儀示意圖第二節(jié) 儀器簡(jiǎn)介X射線光電子能譜儀(VG Multilab 2000, Britain) 表面全元素分析全譜分析，確定組成及其化學(xué)狀態(tài)(定性分析)。方法：以實(shí)測(cè)光電子譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖相對(duì)照，根據(jù)元素特征峰位置（及其化學(xué)位移）確定樣品

31、（固態(tài)樣品表面）中存在哪些元素（及這些元素存在于何種化合物中）。常用Perkin-Elmer公司的X射線光電子譜手冊(cè)。定性分析原則上可以鑒定除氫、氦以外的所有元素。分析時(shí)首先通過對(duì)樣品（在整個(gè)光電子能量范圍）進(jìn)行全掃描，以確定樣品中存在的元素；然后再對(duì)所選擇的峰進(jìn)行窄掃描，以確定化學(xué)狀態(tài)。第三節(jié) 能譜分析及應(yīng)用一、能譜分析 深度成分分析在XPS分析中，一般用能量較低的軟X射線激發(fā)光電子（如：Al和Mg的K線）。雖然軟X射線的能量不高，但是仍然可以穿透10nm厚的固體表層，并引起那里的原子軌道上的電子光電離。如果利用深度剖析技術(shù)如Ar離子束濺射等，可以對(duì)樣品進(jìn)行深度分析。當(dāng)某元素的原子處于不同的

32、氧化態(tài)時(shí)，它的結(jié)合能也會(huì)發(fā)生變化。 價(jià)態(tài)分析這說明，Be氧化為BeO后，Be的1s結(jié)合能變大。如果Be與F結(jié)合為BeF2，由于F的電負(fù)性大于O的電負(fù)性，則BeF2中Be的1s結(jié)合能的位移更大。Be1s的XPS譜圖以金屬鈹?shù)难趸^程為例：金屬鈹?shù)?s電子結(jié)合能為110eV。BeO的1s峰比Be的1s峰強(qiáng)。在空氣中將Be氧化，得到(b)，只有BeO的1s峰。如果在真空下利用Zr作為還原劑阻止Be的氧化，得到(c)。Be的1s峰比BeO的1s峰強(qiáng)。通過譜峰化學(xué)位移的分析不僅可以確定元素原子存在于何種化合物中，還可以研究樣品的化學(xué)結(jié)構(gòu)。 化學(xué)結(jié)構(gòu)分析兩種聚合物的C1s電子譜圖:(a)聚乙烯, (b)聚

33、氟乙烯.例：與聚乙烯相比，聚氟乙烯C1s對(duì)應(yīng)于不同的基團(tuán)，CFH-與-CH2-成為兩個(gè)部分分開且等面積的峰。由于在一定條件下譜峰強(qiáng)度與其含量成正比，因而可以采用標(biāo)樣法(與標(biāo)準(zhǔn)樣品譜峰相比較的方法)進(jìn)行定量分析，精確度可達(dá)1%2%。 定量分析但由于標(biāo)樣制備困難費(fèi)時(shí)，且應(yīng)用具有一定的局限性，故標(biāo)樣法尚未得到廣泛采用。第二篇 材料電子顯微分析第 八 章 電子光學(xué)基礎(chǔ) 第 九 章 透射電子顯微鏡 第 十 章 掃描電子顯微鏡 第十一章 電子探針顯微分析第八章 電子光學(xué)基礎(chǔ) 第一節(jié) 電子波與電磁透鏡第二節(jié) 電磁透鏡的像差與分辨率第三節(jié) 電磁透鏡的景深和焦長(zhǎng) 兩個(gè)埃利斑明顯可分辨出兩個(gè)埃利斑剛好可分辨出兩個(gè)

34、埃利斑分辨不出第一節(jié) 電子波與電磁透鏡一、光學(xué)顯微鏡的分辨率極限分辨率是指成像物體(試樣)上能分辨出來的兩個(gè)物點(diǎn)間的最小距離。 光學(xué)顯微鏡的局限性最小分辨距離可按瑞利公式進(jìn)行計(jì)算:式中：是照明束波長(zhǎng)；是透鏡孔徑半角，即透鏡孔徑角的一半； N 是介質(zhì)相對(duì)折射率；Nsin或NA稱為數(shù)值孔徑。 一個(gè)世紀(jì)以來，人們一直用光學(xué)顯微鏡來揭示金屬材料的顯微組織，借以弄清楚組織、成分、性能的內(nèi)在聯(lián)系。但光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)有限，對(duì)諸如合金中的G.P. 區(qū)(溶質(zhì)原子的偏聚區(qū)，僅幾十)無能為力。在物方介質(zhì)為空氣的情況下，任何光學(xué)透鏡系統(tǒng)的NA值小于1，所以：光學(xué)顯微鏡的分辨率取決于照明光源的波長(zhǎng)在可見光波長(zhǎng)(40

35、0760nm)范圍，光學(xué)顯微鏡分辨率的極限是200nm。最小分辨距離計(jì)算公式:式中：是照明束波長(zhǎng)，是透鏡孔徑半角，N 是介質(zhì)相對(duì)折射率， Nsin或NA稱為數(shù)值孔徑。對(duì)于光學(xué)顯微鏡，NA的值均小于1，油浸透鏡也只有1.51.6，而可見光的波長(zhǎng)有限，因此，光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)不能再次提高。提高透鏡的分辨本領(lǐng)：增大數(shù)值孔徑是困難的和有限的，唯有尋找比可見光波長(zhǎng)更短的光線才能解決這個(gè)問題。要提高顯微鏡分辨率，關(guān)鍵是要有波長(zhǎng)短，又能聚焦成像的照明光源。二、電子波的波長(zhǎng)特性電子的速度與其加速電壓有關(guān)： h Planck 常數(shù)，等于6.62610-34 J s; m 電子質(zhì)量; v 電子速度。根據(jù)德布羅意

36、物質(zhì)波的假設(shè)，即電子具有微粒性，也具有波動(dòng)性。所以電子波的波長(zhǎng)為： v 越大，越小。U / kV / nmU / kV / nmU / kV / nm200.00859800.004182000.00251400.006011000.003715000.00142600.004871200.0033410000.00087表8-1 不同加速電壓下電子波的波長(zhǎng)(經(jīng)相對(duì)論校正)電子波波長(zhǎng)與加速電壓的關(guān)系式h= 6.62610-34 J se=1.60210-19 Cm =9.110-31 kg改變線圈中的勵(lì)磁電流可很方便地控制電磁透鏡的焦距和放大倍數(shù)。區(qū)別于光學(xué)玻璃透鏡的一個(gè)特點(diǎn)：電磁透鏡是變焦距

37、或變倍率的會(huì)聚透鏡三、電磁透鏡透射電子顯微鏡中利用磁場(chǎng)使電子波聚焦成像的裝置。第二節(jié) 電磁透鏡的像差與分辨率控制電子束的運(yùn)動(dòng)在電子光學(xué)領(lǐng)域中主要使用電磁透鏡裝置。像差分類幾何像差色差球差像散一、像差：由于透鏡磁場(chǎng)幾何形狀上 的缺陷而造成的像差。：由于電子波的波長(zhǎng)或能量發(fā)生一定幅度的改變 而造成的像差。電磁透鏡也存在缺陷，使得實(shí)際分辨距離遠(yuǎn)小于理論分辨距離，在成像時(shí)會(huì)產(chǎn)生像差。（1）衍射效應(yīng)對(duì)分辨本領(lǐng)的影響由衍射效應(yīng)所限定的分辨率在理論上可由瑞利公式計(jì)算，即：(是照明束波長(zhǎng)，是透鏡孔徑半角，N 是介質(zhì)相對(duì)折射率，Nsin稱為數(shù)值孔徑。)若只考慮衍射效應(yīng)，在照明光源和介質(zhì)一定的條件下，孔徑半角越大

38、，透鏡的分辨本領(lǐng)越高！二、分辨率衍射效應(yīng)透鏡的像差由于電子透鏡只有會(huì)聚透鏡，沒有發(fā)散透鏡，所以球差rS是限制透鏡分辨率的最主要因素。光學(xué)透鏡已經(jīng)可以采用凸透鏡和凹透鏡的組合等辦法來矯正像差，使之對(duì)分辨本領(lǐng)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于衍射效應(yīng)的影響。（2）像差對(duì)分辨本領(lǐng)的影響球差、像散和色差通過消像散器來校正通過穩(wěn)定加速電壓，使用薄試樣和小孔徑光闌可減小色差。至今還沒有找到一種能矯正球差的辦法。所以，像差對(duì)電子透鏡分辨本領(lǐng)的限制就不容忽略了。通過減小孔徑半角可使球差rS變小，但 減小卻使r0變大，分辨率下降?？梢?，關(guān)鍵在于確定最佳的孔徑半角0 ，使衍射效應(yīng)和球差對(duì)分辨率的影響相等，即 r0 = rS ，求得：

39、提高電磁透鏡分辨率的主要途徑是減小電子束波長(zhǎng) (提高加速電壓)和減小球差系數(shù)。所以，電磁透鏡分辨率為：(A 0.40.55)電磁透鏡的分辨本領(lǐng)！電磁透鏡的另一特點(diǎn)是：景深(場(chǎng)深)大，焦長(zhǎng)很長(zhǎng)。第三節(jié) 電磁透鏡的景深和焦長(zhǎng)圖8-9 電磁透鏡景深圖8-10 電磁透鏡焦長(zhǎng)第九章 透射電子顯微鏡9.1 引言9.2 TEM的工作原理、結(jié)構(gòu)及主要性能指標(biāo)9.3 電子衍射9.4 TEM基本成像操作及像襯度9.5 TEM樣品的制備9.6 TEM的應(yīng)用舉例9.1 引言透射電子顯微鏡(簡(jiǎn)稱透射電鏡, TEM)是以波長(zhǎng)極短的電子束作為照明源，用電磁透鏡聚焦成像的一種高分辨本領(lǐng)、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器。9.2 TE

40、M的工作原理、結(jié)構(gòu)及主要性能指標(biāo)透射電子顯微鏡成像原理與光學(xué)顯微鏡類似。它們的根本不同點(diǎn)在于：光學(xué)顯微鏡以可見光作照明源，透射電子顯微鏡則以波長(zhǎng)極短的電子束為照明源。在光學(xué)顯微鏡中將可見光聚焦成像的是玻璃透鏡，在電子顯微鏡中則為電磁透鏡。一、工作原理由于電子波長(zhǎng)極短，同時(shí)與物質(zhì)作用遵從Bragg方程，產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，使得透射電鏡自身在具有高的像分辨本領(lǐng)的同時(shí)兼有結(jié)構(gòu)分析的功能。透射電鏡結(jié)構(gòu)電子光學(xué)系統(tǒng)電源與控制系統(tǒng)真空系統(tǒng)照明系統(tǒng)成像系統(tǒng)觀察記錄系統(tǒng)電子槍聚光鏡平移對(duì)中、傾斜調(diào)節(jié)裝置物鏡中間鏡投影鏡熒光屏照相系統(tǒng)（即“鏡筒”）TEM的核心二、結(jié)構(gòu) TEM工作原理透射電鏡(TEM)是以波長(zhǎng)極短的電

41、子束作為照明源，用電磁透鏡聚焦成像的一種高分辨本領(lǐng)、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器。三、TEM的主要性能指標(biāo)分辨本領(lǐng)高是TEM最顯著的特點(diǎn)。目前世界上最先進(jìn)的透射電鏡的分辨本領(lǐng)已達(dá)到0.1 nm，可用來直接觀察原子像。分辨本領(lǐng)放大倍數(shù)9.3 電子衍射一、概述TEM的主要特點(diǎn)是可以進(jìn)行組織形貌與晶體結(jié)構(gòu)同位分析。成像操作:中間鏡物平面與物鏡背焦面重合；得到反映樣品晶體結(jié)構(gòu)的衍射斑點(diǎn)。中間鏡物平面與物鏡像平面重合；得到反映樣品組織形態(tài)的形貌圖像。衍射操作:單晶：一套規(guī)則排列的斑點(diǎn)；多晶：一系列不同半徑的同心圓環(huán)；非晶：一個(gè)漫散的中心斑點(diǎn)。 常見的電子衍射花樣單晶多晶非晶電子衍射方程而電子衍射2很小，有c

42、os1、cos21，設(shè)樣品至感光平面的距離為L(zhǎng)(即相機(jī)長(zhǎng)度)，O與P的距離為R，由圖可知：電子衍射方程電子衍射方程建立了電子衍射花樣與晶體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，是分析電子花樣的重要工具。透射斑點(diǎn)衍射斑點(diǎn) 單晶花樣的標(biāo)定 (2) 標(biāo)定方法 （指數(shù)化） 比值法特征平行四邊形法標(biāo)準(zhǔn)花樣對(duì)照法(1) 特征 一套斑點(diǎn)屬于同一晶帶。具有特征平行四邊形。 一套規(guī)則排列的斑點(diǎn)，b. 特征平行四邊形法* 一套單晶花樣是由一組特征平行四邊形組成； 不同的結(jié)構(gòu)有不同的特征平行四邊形； 簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的特征平行四邊形數(shù)據(jù)已由計(jì)算機(jī)算出，并已列表， 實(shí)際中，只要將測(cè)量結(jié)果與表中數(shù)據(jù)相比較，即可進(jìn)行標(biāo)定。原理：以原點(diǎn)為中心，取與原點(diǎn)

43、最近三點(diǎn)組成平行四邊形，r1，r2，r3滿足： r1, r2為平行四邊形最短邊， r3為最短對(duì)角線； r1r2r3。 特征平行四邊形的取法*r1r2r3例：標(biāo)定某淬火鋼的電子花樣若選特征平行四邊形OACB，則180不唯一性。特征平行四邊形法適合于結(jié)構(gòu)已知的花樣標(biāo)定！與Bcc第31號(hào)符合，即：A(110)，B(211)，uvw=1134. 通過向量運(yùn)算確定其他斑點(diǎn)指數(shù) 1. 取特征平行四邊形OACB2. 測(cè)量，并計(jì)算： r1=9.8mm, r2=r3=16.9mm AOB=73, r2/r1=r3/r1=1.72查表標(biāo)定指數(shù)：例：標(biāo)定某淬火鋼的電子花樣若選特征平行四邊形OACB，則180不唯一性

44、。特征平行四邊形法適合于結(jié)構(gòu)已知的花樣標(biāo)定！與第31號(hào)符合，即：A(110)，B(211)，uvw=1134. 通過向量運(yùn)算確定其他斑點(diǎn)指數(shù) 1. 取特征平行四邊形OACB2. 測(cè)量： r1=9.8mm, r2=r3=16.9mm AOB=73, r2/r1=r3/r1=1.72查表Bcc：9.4 TEM基本成像操作及像襯度一、成像操作 透射電鏡中，不僅可以選擇特定的像區(qū)進(jìn)行電子衍射(選區(qū)電子衍射)，還可以選擇成像電子束 (選擇衍射成像) 。成像操作光路圖(a)明場(chǎng)像 (b)暗場(chǎng)像 (c)中心暗場(chǎng)像明場(chǎng)像暗場(chǎng)像中心暗場(chǎng)像物鏡光闌DF:只允許衍射束通過物鏡光闌。像有畸變、分辨率低(成像電子束偏離

45、透射電鏡的光軸，造成較大的像差，成像質(zhì)量差)。CDF: 入射電子束方向傾斜2角度(通過照明系統(tǒng)的傾斜來實(shí)現(xiàn))，得到高質(zhì)量的暗場(chǎng)像。像不畸變、分辨率高。BF:只允許透射束通過物鏡光闌。像清晰。二、像襯度 透射電鏡的像襯度來源于樣品對(duì)入射電子束的散射。像襯度是圖像上不同區(qū)域間明暗程度的差別。像襯度質(zhì)厚襯度衍射襯度相位襯度（1）質(zhì)厚襯度成像非晶體樣品透射電子顯微圖像襯度是由于樣品不同微區(qū)間存在在原子序數(shù)或厚度差異而形成的，即質(zhì)厚襯度（亦稱散射襯度）。 質(zhì)厚襯度定義非晶樣品襯度的主要來源 質(zhì)厚襯度來源質(zhì)厚襯度成像光路圖電子穿過樣品時(shí)，通過與原子核的彈性作用被散射而偏離光軸，彈性散射截面是原子序數(shù)的函數(shù)

46、。此外，隨樣品厚度增加，將發(fā)生更多的彈性散射。原子核對(duì)入射電子的散射是彈性散射，而核外電子對(duì)入射電子的散射是非彈性散射。透射電鏡主要是利用彈性散射進(jìn)行成像，而非彈性散射則構(gòu)成圖像背景，降低圖像襯度，對(duì)圖像分析不利，可用電子過濾器將其除去。（2）衍射襯度成像由樣品各處衍射束強(qiáng)度的差異形成的襯度稱為衍射襯度，簡(jiǎn)稱衍襯。 衍射襯度定義 “衍襯” 是由于晶體中各部分因滿足衍射條件(Bragg方程)的程度不同而引起的襯度，它是利用電子衍射效應(yīng)來產(chǎn)生晶體樣品像襯度的一種方法。 衍射襯度來源9.5 TEM樣品的制備對(duì)透射電鏡常用的50100 kV電子束來說，樣品的厚度控制在100200 nm為宜。粉末樣品晶

47、體薄膜間接樣品（復(fù)型）直接樣品TEM樣品復(fù)型法的分辨本領(lǐng)較低，因此不能充分發(fā)揮透射電鏡高分辨率（0.20.3 nm）的效能。更重要的是，復(fù)型（除萃取復(fù)型外）只能觀察樣品表面的形貌，而不能揭示晶體內(nèi)部組織的結(jié)構(gòu)。 晶體薄膜樣品的制備通過薄膜樣品的制備方法，可以在電鏡下直接觀察分析以晶體試樣本身制成的薄膜樣品，從而可使透射電鏡得以充分發(fā)揮它極高分辨本領(lǐng)的特長(zhǎng)，并可利用電子衍射效應(yīng)來成像，不僅能顯示試樣內(nèi)部十分細(xì)小的組織形貌襯度，而且可以獲得許多與樣品晶體結(jié)構(gòu)如點(diǎn)陣類型、位向關(guān)系、缺陷組態(tài)等有關(guān)的信息。（2）直接樣品的制備晶體薄膜粉末樣品薄膜樣品的組織結(jié)構(gòu)必須和大塊樣品相同，在制備過程中，組織結(jié)構(gòu)不

48、變化；樣品相對(duì)于電子束必須有足夠的“透明度”，因?yàn)橹挥袠悠纺鼙浑娮邮高^，才有可能進(jìn)行觀察和分析；薄膜樣品應(yīng)有一定強(qiáng)度和剛度，在制備、夾持和操作過程中不會(huì)引起變形和損壞；在樣品制備過程中不允許表面產(chǎn)生氧化和腐蝕。 薄膜樣品制備的要求 從實(shí)物或大塊試樣上切割厚度為0.30.5 mm的薄片(一般用砂輪片、金屬絲鋸(以酸液或磨料液體循環(huán)浸潤(rùn))或電火花切割等方法)； 預(yù)減薄從圓片的一側(cè)或兩側(cè)將圓片中心區(qū)域減薄至0.1 mm（利用機(jī)械研磨、化學(xué)拋光）； 終減薄制成 3mm，厚度小于500 nm的薄膜（雙噴電解拋光和離子減薄）。 薄膜樣品的制備過程 雙噴電解減薄適用于制備以下樣品：不易于腐蝕的裂紋端試樣；

49、非粉末冶金試樣；組織中各相電解性能相差不大的材料；不易于脆斷、不能清洗的試樣。 圖11-2 雙噴電解減薄原理示意圖(P143)是現(xiàn)今應(yīng)用最廣的最終減薄法！ 離子減薄適用于制備以下樣品：不導(dǎo)電的陶瓷樣品；要求質(zhì)量高的金屬樣品；不宜雙噴電解的金屬與合金樣品。 離子減薄就是用離子束在樣品的兩側(cè)以一定的傾角(530)轟擊樣品，使之減薄。對(duì)于要求較高的金屬薄膜樣品，在雙噴后再進(jìn)行一次離子減薄，觀察效果會(huì)更好。目前，有一種挖坑機(jī)，機(jī)械研磨后的樣品，先挖坑，使中心區(qū)厚度進(jìn)一步減薄。經(jīng)挖坑后的樣品，離子減薄的時(shí)間可大大縮短。由于陶瓷樣品硬度高，耐腐蝕，因此，離子減薄的時(shí)間長(zhǎng)，一般長(zhǎng)達(dá)十多個(gè)小時(shí)。 粉末樣品的制

50、備關(guān)鍵是如何將超細(xì)粉的顆粒分散開來，各自獨(dú)立而不團(tuán)聚。膠粉混合法支持膜（分散粉末）法在干凈玻璃片上滴火棉膠溶液，然后在玻璃片膠液上放少許粉末樣品并攪勻，再將另一玻璃片壓上，兩玻璃片對(duì)研并突然抽開，稍候，膜干。用刀片劃成小方格，將玻璃片斜插入水杯中，在水面上下空插，膜片逐漸脫落，用銅網(wǎng)將方形膜撈出，待觀察。需TEM分析的粉末顆粒一般都遠(yuǎn)小于銅網(wǎng)小孔，因此要先制備對(duì)電子束透明的支持膜。常用的支持膜有火棉膠膜和碳膜，將支持膜放在銅網(wǎng)（ 3mm ）上，再把粉末放在膜上送入電鏡分析。粉末試樣多采用支持膜法。9.6 TEM的應(yīng)用舉例 分析固體顆粒的形狀、大小、粒度分布問題； 研究由表面起伏現(xiàn)象表現(xiàn)的微觀結(jié)

51、構(gòu)問題； 研究試樣中各部分對(duì)電子散射能力有差異的微觀結(jié)構(gòu)問題； 研究金屬薄膜及其他晶態(tài)結(jié)構(gòu)薄膜中各種對(duì)電子衍射敏感的結(jié)構(gòu)問題； 電子衍射分析。TEM所研究的問題大致歸納為以下幾方面：第十章 掃描電子顯微鏡10.1 電子束與固體樣品作用時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)10.2 SEM的構(gòu)造和工作原理10.3 SEM的主要性能10.4 表面形貌襯度原理10.5 原子序數(shù)襯度原理10.6 SEM樣品的制備10.7 SEM的應(yīng)用舉例引言 表（界）面形貌分析； 配置各種附件，做表面成分分析及表層晶體學(xué)位向分析等。掃描電鏡能完成：掃描電子顯微鏡，簡(jiǎn)稱掃描電鏡(SEM, Scanning Electron Microscope

52、)，是以電子束為照明源，電子束經(jīng)聚光鏡聚焦后與試樣相互作用，產(chǎn)生二次電子等物理信號(hào)。二次電子信號(hào)被探測(cè)器收集，經(jīng)放大器放大后，送到顯像管，得到反映試樣表面形貌的二次電子像的電子光學(xué)儀器。10.1 電子束與固體樣品作用時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)具有一定能量的電子入射固體樣品時(shí)，將與樣品內(nèi)原子核和核外電子發(fā)生彈性和非彈性散射過程，激發(fā)固體樣品產(chǎn)生多種物理信號(hào)。SEM成像所用的物理信號(hào)是電子束轟擊固體樣品而激發(fā)產(chǎn)生的。被樣品原子散射，散射角大于90而散射到樣品表面以外的一部分入射電子稱為背散射電子。1、背散射電子(ib)成像分辨率較低，可用于成分分析和形貌分析。彈性背散射電子非彈性背散射電子指只受到樣品原子核單次

53、或很少幾次大角度彈性散射后即被反射回來的入射電子，能量沒有發(fā)生變化。指受樣品原子核外電子多次非彈性散射而反射回來的電子。產(chǎn)生于樣品表層50200 nm的深度范圍；能量范圍較寬，從幾十到幾萬電子伏特；產(chǎn)額隨樣品平均原子序數(shù)增大而增大，所以背散射電子像的襯度可反映對(duì)應(yīng)樣品位置的平均原子序數(shù)。在入射電子作用下，使樣品原子的外層價(jià)電子或自由電子被擊出樣品表面，稱為二次電子，又稱為次級(jí)電子。2、二次電子(is)成像分辨率高，可有效進(jìn)行形貌分析，但不能用作成分分析。產(chǎn)生于樣品表層510 nm的深度范圍；能量較低，一般小于50 eV，大多數(shù)均小于10 eV；產(chǎn)額對(duì)樣品表面形貌非常敏感，因此二次電子像可提供表面形貌襯度； 主要用于斷口分析、顯微組織分析和原始表面形貌觀察等；二次電子信號(hào)強(qiáng)度與樣品原子序數(shù)沒有確定的關(guān)系，故不能用做成分分析。3、吸收電子(ia)入射電子進(jìn)入樣品后，經(jīng)多次非彈性散射使其能量消耗殆盡，最后被樣品吸收，這部分入