材料表征XRFSEMTEM比表面積

材料表征XRFSEMTEM比表面積傳統(tǒng)化學(xué)分析技術(shù)現(xiàn)代化學(xué)分析技術(shù)(等離子發(fā)射光譜、質(zhì)譜、紫外、可見光、紅外光譜分析、拉曼光譜、氣/液相色譜、核磁共振、電子自旋共振、X射線熒光、俄歇與X射線光電子能譜、二次離子質(zhì)譜、電子探針、原子探針、激光探針等)材料的化學(xué)成分分析材料表征XRFSEMTEM比表面積材料的成分是其組成原子種類和數(shù)量。材料的結(jié)構(gòu)可按尺寸分為不同層次；最基本的是原子-電子層次為尺度，原子團(tuán)簇)，其次是以大量原子、電子運動為基礎(chǔ)的微觀結(jié)構(gòu)(納米、亞微米、微米)。材料表征的基本方法材料表征XRFSEMTEM比表面積1mm100m10m1m100nm10nm1nm掃描隧道顯微鏡表面形貌原子探針、場離子顯微鏡透射電鏡顯微組織X射線結(jié)構(gòu)分析掃描電鏡形貌光學(xué)顯微鏡材料中組織的尺度與檢測儀器分辨率對比圖材料表征XRFSEMTEM比表面積圖電子與試樣作用產(chǎn)生的信息

Sample134987651）感應(yīng)電動勢

2）光電效應(yīng)3）熒光

4）特征X射線

5）二次電子

6）背散射電子

7）俄歇電子

8）吸收電子9）透射電子

2材料表征XRFSEMTEM比表面積特征X射線入射電子與試樣作用，被入射電子激發(fā)的電子空位由高能級的電子填充時，其能量以輻射形式放出，產(chǎn)生X射線（連續(xù)X射線與特征X射線）。各元素都具有自己的特征X射線，因此可用來進(jìn)行微區(qū)成分分析。材料表征XRFSEMTEM比表面積二次電子入射電子照射到試樣以后，使表面物質(zhì)發(fā)生電離，被激發(fā)的電子離開試樣表面而形成二次電子。二次電子的能量較低。在電場的作用下可呈曲線運動翻越障礙進(jìn)入檢測器，因而能使試樣表面凹凸的各個部分都能清晰成像。二次電子的強度與試樣表面的幾何形狀、物理和化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。材料表征XRFSEMTEM比表面積背散射電子入射電子與試樣作用，產(chǎn)生彈性或非彈性散射后離開試樣表面的電子稱為背散射電子。通常背散射電子的能量較高，基本上不受電場的作用而呈直線運動進(jìn)入檢測器。背散射電子的強度與試樣表面形貌和組成元素有關(guān)。材料表征XRFSEMTEM比表面積透射電子當(dāng)試樣很薄時，入射電子與試樣作用引起彈性或非彈性散射透過試樣的電子稱為透射電子。材料表征XRFSEMTEM比表面積主要依靠顯微鏡光學(xué)顯微鏡(OM)(微米尺度)掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)(亞微米和微米以下的層次)掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)和場離子顯微鏡(FIM)(納米層次)材料的形貌觀察材料表征XRFSEMTEM比表面積M.Knoll于1935年提出利用掃描電子束從固體表面得到圖相的原理。M.V.Ardenne于1938年第一臺掃描電鏡（薄樣品，透射電鏡）。于1942年得到掃描像（厚樣品）。于1953年制成較好的掃描電鏡。1965年形成商品。目前分辨率：1nm。掃描電子顯微鏡

（ScanningElectronMicroscopy）材料表征XRFSEMTEM比表面積掃描電鏡形貌分析

1.工作原理

2.儀器裝置

3.實驗方法

4.樣品制備

5.應(yīng)用舉例材料表征XRFSEMTEM比表面積SEM是利用細(xì)聚焦電子束在樣品表面掃描時激發(fā)出來的二次電子經(jīng)物理信號而調(diào)制成像(類似于電視攝影顯像)SEM材料表征XRFSEMTEM比表面積樣品面積在顯示屏上的放大材料表征XRFSEMTEM比表面積由電子槍發(fā)射出來的電子束，在加速電壓作用下，經(jīng)過2-3個電子透鏡聚焦后，在樣品表面按順序逐行進(jìn)行掃描，激發(fā)樣品產(chǎn)生各種物理信號，如二次電子、背散射電子、吸收電子、X射線、俄歇電子等。這些物理信號的強度隨樣品表面特征而變。它們分別被相應(yīng)的收集器接受，經(jīng)放大器按順序、成比例地放大后，送到顯像管的柵極上，用來同步地調(diào)制顯像管的電子束強度，即顯像管熒光屏上的亮度。畫面上亮度的疏密程度表示該信息的強弱分布。材料表征XRFSEMTEM比表面積SEM的結(jié)構(gòu)電子光學(xué)系統(tǒng)，產(chǎn)生細(xì)電子束照射到試樣表面（電子槍、三級磁聚焦透鏡、掃描系統(tǒng)和試樣室）。檢測系統(tǒng)，檢測二次電子流，信號增強，獲得圖像（柵網(wǎng)、聚焦環(huán)、閃爍體、光導(dǎo)管、光電倍增管、視頻放大器）。顯示系統(tǒng)，記錄成像（長余輝/短余輝熒光屏）。真空系統(tǒng)，超高真空避免電子與氣體分子的碰撞（油擴散泵）。材料表征XRFSEMTEM比表面積SEM工作示意圖材料表征XRFSEMTEM比表面積SEM的特點焦深大（100m，立體感）成像范圍廣、分辨率高（2-6nm;TEM-0.1nm;OM-200nm).制樣簡單（導(dǎo)電率底的材料要真空鍍膜）。試樣損傷小。表面真實反映。亮度與襯度可調(diào)。微區(qū)成分分析及晶體結(jié)構(gòu)分析。材料表征XRFSEMTEM比表面積SEM的襯度襯度（不透明厚樣品的二次電子和背散射電子所形成的對比度）。襯度影響因素有：表面形貌、原子序數(shù)、電場、磁場等；如二次電子的能量分布、二次電子的產(chǎn)率、電子束的入射角、樣品性質(zhì)、檢測器的收集。材料表征XRFSEMTEM比表面積SEM的分辨率分辨率是指樣品上兩個特征物之間可以分辨的最小距離。影響因素：電子束斑點的直徑入射電子束在樣品中的散射信號對比度與襯度材料表征XRFSEMTEM比表面積掃描電鏡的樣品制備掃描電鏡的固體樣品制備一般是非常方便的，只要樣品尺寸適合，就可以直接放到儀器中去觀察。樣品的直徑和厚度一般從幾毫米至幾厘米，視樣品的性質(zhì)和電鏡的樣品室空間而定。對于絕緣體或?qū)щ娦圆畹牟牧蟻碚f，則需要預(yù)先在分析表面上蒸鍍一層厚度為10～20nm的導(dǎo)電層。否則，在電子束照射到該樣品上時，會形成電子堆積，阻擋入射電子束進(jìn)入和樣品內(nèi)電子射出樣品表面。導(dǎo)電層一般是二次電子發(fā)射系數(shù)比較高的金、銀、碳和鋁等真空蒸鍍層。對在真空中有失水、放氣、收縮變形等現(xiàn)象的樣品以及在對生物樣品或有機樣品作觀察時，為了獲得具有良好襯度的圖像，均需適當(dāng)處理。在某些情況下掃描電鏡也可采用復(fù)型樣品。材料表征XRFSEMTEM比表面積SEM的應(yīng)用1)粉末（顆粒）片狀纖維表面斷口

2)截面（表面與內(nèi)部結(jié)構(gòu)）電極材料電極膜材料表征XRFSEMTEM比表面積LiCoO2-湖南長遠(yuǎn)鋰科有限公司材料表征XRFSEMTEM比表面積材料表征XRFSEMTEM比表面積SEM橫截面分析模板法制備的高分子/氧化硅球Xiaetal.JACS2001材料表征XRFSEMTEM比表面積多孔SiC陶瓷的二次電子像

-由于景深大可以觀察到孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料表征XRFSEMTEM比表面積典型的功能陶瓷沿晶斷口的二次電子像，斷裂均沿晶界發(fā)生，有晶粒拔出現(xiàn)象，晶粒表面光滑，還可以看到明顯的晶界相。材料表征XRFSEMTEM比表面積SEM中的X射線顯微分析X射線能譜儀（EDS,EnergyDispersiveX-raySpectroscopy）原理：產(chǎn)生的X射線被Si(Li)半導(dǎo)體檢測結(jié)構(gòu)：X射線探測器[Si(Li)半導(dǎo)體、場效應(yīng)管與放大器、低溫裝置]、脈沖處理/轉(zhuǎn)換器及分析器大束流、線/面分析、精度高、分辨率低材料表征XRFSEMTEM比表面積透射電鏡形貌分析

1.成像原理

2.儀器裝置

3.樣品制備

4.應(yīng)用舉例HitachiH7500TEM

材料表征XRFSEMTEM比表面積透射電子顯微鏡

(TransmissionElectronMicroscopy)

透射電子顯微鏡是以波長很短的電子束做照明源，用電磁透鏡聚焦成像的一種具有高分辯、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器。其主要特點是，測試的樣品要求厚度極?。◣资{米），以便使電子束透過樣品。材料表征XRFSEMTEM比表面積電子光學(xué)系統(tǒng)（照明部分、成像部分）真空系統(tǒng)供電系統(tǒng)和附加儀器組成透射電子顯微鏡（TEM）材料表征XRFSEMTEM比表面積TEM結(jié)構(gòu)示意圖材料表征XRFSEMTEM比表面積由熱陰極電子槍發(fā)射出來的電子，在陽極加速電壓作用下，高速地穿過陽極孔，然后被聚光鏡會聚成具有一定直徑的束斑照到樣品上。這種具有一定能量的電子束與樣品發(fā)生作用，產(chǎn)生反映樣品微區(qū)的厚度、平均原子序數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)或位向差別的多種信息。透過樣品的電子束強度，其取決于這些信息，經(jīng)過物鏡聚焦放大在平面上形成一幅反映這些信息的透射電子像，經(jīng)過中間鏡和投影鏡進(jìn)一步放大，在熒光屏上得到三級放大的最終電子圖像，還可將其記錄在電子感光板或膠卷上。材料表征XRFSEMTEM比表面積光學(xué)顯微鏡與透射電鏡的比較

比較部分光學(xué)顯微鏡透射電鏡光源可見光(日光、電燈光)電子源(電子槍)照明控制玻璃聚光鏡電子聚光鏡樣本1mm厚的載玻片約10nm厚的薄膜放大成象系統(tǒng)玻璃透鏡電子透鏡介質(zhì)空氣和玻璃高度真空像的觀察直接用眼利用熒光屏聚焦方法移動透鏡改變線圈電流或電壓分辨本領(lǐng)200nm0.2~0.3nm有效放大倍數(shù)103×106×物鏡孔徑角約700＜10景深較小較大焦長較短教長像的記錄照相底板照相底板材料表征XRFSEMTEM比表面積加速電壓（V）與電子波長（nm）1101001,00010,000100,0001,000,000透射電鏡的顯著特點是分辨本領(lǐng)高。目前世界上最先進(jìn)的透射電鏡的分辨本領(lǐng)已達(dá)到，可用來直接觀察原子像。材料表征XRFSEMTEM比表面積指在保持清晰度的情況下，樣品或物體沿鏡軸可以移動的距離范圍景深焦深指在保持清晰度的前提下，像平面沿鏡軸可以移動的距離范圍材料表征XRFSEMTEM比表面積透射電鏡的樣品制備電子束的穿透能力不大，這就要求要將試樣制成很薄的薄膜樣品。電子束穿透固體樣品的能力，主要取決于加速電壓和樣品物質(zhì)的原子序數(shù)。加速電壓越高，樣品原子序數(shù)越低，電子束可以穿透的樣品厚度就越大。透射電鏡常用的50~100kV電子束來說，樣品的厚度控制在100~200nm為宜。

TEM的樣品制備方法:

支持膜法復(fù)型法

晶體薄膜法超薄切片法

高分子材料必要時還要:

染色刻蝕材料表征XRFSEMTEM比表面積TEM樣品載網(wǎng)樣品（分散、切薄）支持膜法

粉末試樣和膠凝物質(zhì)水化漿體多采用此法。一般做法是將試樣載在一層支持膜上或包在薄膜中，該薄膜再用銅網(wǎng)承載。材料表征XRFSEMTEM比表面積單晶、多晶、非晶電子衍射圖材料表征XRFSEMTEM比表面積FCC電子衍射圖材料表征XRFSEMTEM比表面積SWCN(A)andMWCN(B-C)Iijima,Nature1991&19931nm材料表征XRFSEMTEM比表面積比表面積材料表征XRFSEMTEM比表面積比表面積測試應(yīng)用納米管和電池（Nanotubes&Cells）—納米管和微孔孔隙度用來預(yù)測貯氫能力；電池的電極需要具有可控制的孔隙度的比表面來得到充足的能量密度。碳黑(CarbonBlack)—碳黑生產(chǎn)者發(fā)現(xiàn)碳黑的比表面影響輪胎的磨損壽命、摩擦等性能，特定使用的輪胎或者不同車型的輪胎需要不同材料的比表面催化劑(Catalysts)—活性的比表面和孔結(jié)構(gòu)極大地影響生產(chǎn)效率，限制孔徑允許特定的分子進(jìn)入和離開。化學(xué)吸附測試對于催化劑的選擇、催化作用的測試和使用壽命的確定等具有指導(dǎo)作用?；钚蕴?ActivatedCarbons)—在汽車油氣回收、油漆的溶劑回收和污水污染控制方面，活性炭的孔隙度和比表面必須控制在很窄的范圍內(nèi)藥品（Pharmaceuticals）—比表面和孔隙度對于藥物的凈化、加工、混合、壓片和包裝起主要作用。藥品有效期和溶解速率也依賴于材料的比表面和孔隙度。陶瓷(Ceramics)—比表面和孔隙度幫助確定陶瓷的固化和燒結(jié)過程，確保壓坯強度，得到期望的強度、質(zhì)地、表觀和密度的最終產(chǎn)品。推進(jìn)燃料醫(yī)學(xué)植入體航空航天技術(shù)材料表征XRFSEMTEM比表面積測試原理：靜態(tài)容量法材料表征XRFSEMTEM比表面積容量法測試原理定量進(jìn)氣Q1樣品管內(nèi)樣品吸附氣體達(dá)到平衡一定壓力下吸附量（Q）＝Q1－Q自由空間“Free-space”或叫死體積（deadspace）吸附氣體占據(jù)樣品管的體積Vtube-Vsample材料表征XRFSEMTEM比表面積等溫線的測定吸附脫附吸附/脫附等溫線平衡時氣體吸附量氣體壓力計算平衡點相對壓力（x軸）P/P0壓力傳感器測量絕對壓力，測定飽和壓力確定樣品管自由體積材料表征XRFSEMTEM比表面積六種典型的吸附曲線Type1是典型的具有微孔的材料。

Type2和4是典型的無孔或有較大孔的材料。Type3和5是典型的吸附分子間的親合力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子與吸附劑間的親合力，而環(huán)境對于孔和表面分析沒有影響。

Type6是無孔、表面完全均一的材料（很少）。

IIIIIIIVVIV材料表征XRFSEMTEM比表面積孔型與脫脫附曲線緊密堆積圓球體系400℃燒結(jié)氧化鋁陶瓷膜的窄分布

緊密堆積圓球體系的曲線，吸附曲線緩慢上升，脫附卻在同一相對壓力下發(fā)生，因為所有孔的孔口尺寸相同。平行片狀結(jié)構(gòu)也是這種結(jié)果。

陶瓷膜的孔徑分布很窄，這類膜的孔是由平行排列的片狀結(jié)晶構(gòu)成的，由此形成縫寬約等于片厚的縫裝孔。

材料表征XRFSEMTEM比表面積物理吸附：比表面和孔隙度分析微孔分析到BET比表面材料表征XRFSEMTEM比表面積BET比表面（P/P0在）材料表征XRFSEMTEM比表面積孔分布計算方法材料表征XRFSEMTEM比表面積比表面積測定原理--BET法對于上述五種等溫線有許多種解釋，其中最成功的是BRUMAUER-EMMETT-TELLER三人在1938年提出的多分子層吸附理論由該理論得到的方程式稱為BET公式

P1C-1PV（P0-P）=VmC+VmC*P0在P/P0為范圍內(nèi)可得一直線,通過斜率和截距可求得Vm(單層飽和吸附量)比表面積=VmN0/22400WN0為阿佛加得羅常數(shù),為一個吸附分子截面積材料表征XRFSEMTEM比表面積比表面積計算B.E.T.圖表斜率(s)=C-