材料结构和性能的测试技术简介

表面结构和性能的测试技术,2012年3月15日,表面的测试技术多种多样，但按照分析测试原理可以大致分为五类： 光学显微测试技术 X射线衍射测试技术 电子显微测试技术 电子能谱分析测试技术 光谱分析测试技术 热分析测试法,虔诚治学，豁达处世，修剪自我，耀我六班。,光学显微技术与电子显微技术虽然两者的技术原理不同，但都能观察材料表面的结构，从而分析其表面的性能特征。但电子显微技术能够对材料表面进行成分分析，而光学显微技术不能。,虔诚治学，豁达处世，修剪自我，耀我六班。,电子能谱技术与光谱分析测试技术主要是通过对材料表面的物质化学成分分析，测定其中各物质含量与物质种类，也可在一定程度上对材料（主要是高分子材料）的结构分析和性能测试。,虔诚治学，豁达处世，修剪自我，耀我六班。,热分析测试技术则是通过控制温度变化时材料表面的各种成分变化来测定表面的性能。,虔诚治学，豁达处世，修剪自我，耀我六班。,EXAFS 原理 EXAFS解释为：吸收原子的出射光电子波受到近邻原子的散射而形成入射光电子波，出射光电子波和入射光电子波在吸收原子处相互干涉，使吸收系数发生变化当两者位相相同时，出现干涉极大，而当两者位相相差时，出现干涉极小，从而形成了XAFS谱的振荡结构，谱峰和谷相应于光电子波的干涉极大和极小。,图 XAFS原理示意图 (a)光电子岀射波与散射波位相相同 (b)光电子岀射波与散射波位相相反,虔诚治学，豁达处世，修剪自我，耀我六班。,技术的特点 近三十年来，EXAFS谱技术被广泛应用于研究各种物质的原子近邻结构，其独到之处弥补了其他实验方法的不足归纳起来，EXAFS谱方法具有如下特点： (1)EXAFS的局域性 (2)EXAFS的元素选择性 (3)EXAFS的敏感性 (4)EXAFS的取向性 (5)EXAFS的广泛性,虔诚治学，豁达处世，修剪自我，耀我六班。,(1)EXAFS的局域性 由于XAFS对应着原子的近邻结构，它不要求被研究的物质具有晶格周期性，因而它除了用于研究晶态物质的原子近邻结构外，对非长程有序的物质，例如；非晶、气态、熔态及熔态物质的原子近邻结构研究同样有效，较之常规x射线衍射的应用范围要广阔得多。,虔诚治学，豁达处世，修剪自我，耀我六班。,（2）EXAFS的元素选择性 由于不同元素吸收边的位置不同，因此通过调节入射X射 线的能量，可以分别测量不同元素的K或L吸收边，从而可以选择性地研究多元样品中不同元素的近邻环境另外，由于不同元素背散射振幅的差别，原则上可以用来区分背散射原子的种类。,虔诚治学，豁达处世，修剪自我，耀我六班。,虔诚治学，豁达处世，修剪自我，耀我六班。,(3)EXAFS的敏感性 利用高强度的同步辐射光源及荧光EXAFS技术，可以测定样品中含量很低的元素的近邻结构因而很适用于掺杂物质中，杂质原子的近邻环境研究。,虔诚治学，豁达处世，修剪自我，耀我六班。,(4)EXAFS的取向性 利用偏振的X射线源并考虑多重散射效应，可以研究样品中原子的配位键角及原子排列的空间取向。在某些情况下，能够获得远配位层的原子结构信息或配位键角信息。,虔诚治学，豁达处世，修剪自我，耀我六班。,(5)EXAFS的广泛性 EXAFS技术作为一种探测原子近邻结构的手段已被广泛地应用于多学科的结构研究。既可用以研究固态、液态、气态、熔态的表面状态，又可用于研究非晶、多晶，单晶及准晶等各类物质的表面结构和性能既可以研究稀薄样品、浓聚物质，又可以研究表面结构结合各种EXAFS技术，原则上可以测量周期表中各种元素，用表面EXAFS技术已可以获得C、O等轻元素的K吸收近边谱。,EXAFS技术不仅仅是对于材料表面的结构的显微分析，它还能测试出材料表面的成分。它涉及到各类物质的结构和性能检测，包括：晶体、非晶、单晶、高分子物质表面以及复合材料表面的结构和性能特点，甚至是液体表面的结构、状态和性能都能测试。,EXAFS的主要应用,虔诚治学，豁达处世，修剪自我，耀我六班。,上图为硫化钼的表面结构,虔诚治学，豁达处世，修剪自我，耀我六班。,未来主要发展方向： 要尽快找到以实验精确修订热无序的办法，从而实现较高温度乃至反应条件下的原位EXAFS 实现全谱的采集，由此实现EXAFS的动态检测或时间分辨,虔诚治学，豁达处世，修剪自我，耀我六班。,参与制作人员： 万文辉、万文耀、温浩、吴帅、肖金华、张强、章升、 郑子明、钟吉良、周矩森、朱江、 庄超明、秦鹤、任先亮 参考文献： 谷亦杰 宫声凯 材料分析检测