表面结构与表面分析-引言北京大学.ppt

课程介绍,表面结构与表面分析 主讲解人：吴 凯,时 间：每周一12节课，周四 56节课 持续时间：2003. 2 2003. 7 共18周 地 点： 理科大楼114房间 考查方式：闭卷考试 材料索取: ftp:/student26 或化学院主页教师FTP 文件夹名：E: 2003表面结构 密 码：2003bmjg 办公地点：化学南区S111A 联系方式：62754005；,多余的话,课程目的：了解基本的表面科学概念，分析方法；表面科学技术在 交叉学科中的运用；能够基本看懂专业文献。 学习方法：讲解加评论，自我提高。 观念改变：科研中没有112那么简单、直接； 对于u = f(x,y,z) ，教学中给定初值和函数关系，求U； 研究中，只有一系列的XYZ数据，自己找可能的初值条 件，可能的函数关系，再求出可能的答案；常常没有唯 一的答案，只有更合理的答案；,上课具体措施,本课程没有教材，请参看参考书，讲解的实例主要是最近的学术研究结果。 不点名，来去自由。 关掉手机和BP机。 没有测验，没有作业，只有期末考试。 随时可以提问。 材料全部放在网上，没有计算机的同学可以要求复印件，但希望有计算机的同学能够帮忙，尽量不复印。 选一位联络人，以便平时或突发事情时联系 其它的想到随时规定,1 引言 表面化学简史 表界面的类型及作用 表面的基本特征与基本参数 表面原子弛豫和结构变化 表面吸附与基本过程 表面检测中的问题 现代表面科学技术的发展与概况,上课提纲,2 真空的获得与测量 真空分类 气体分子运动理论回顾 真空的获得原理和媒介：膜片泵、机械泵、扩散泵、低温吸附 泵、离子溅射泵、分子泵、钛升华泵 真空的测量原理与手段：水银压力计、麦氏真空计、电阻真空 计、电离真空计（B-A规）等 分子束外延生长 真空系统的设计与维护,上课提纲,3 现代表面分析技术概况 表面检测的技术要求 电子与固体表面的相互作用与检测 离子与固体表面的相互作用与检测 光子与固体表面的相互作用与检测 中性原子或分子与固体表面的相互作用与检测 常用现代表面分析技术：AES、XPS、UPS、LEED、 RHEED、STM、AFM、HREELS、 IRAS、SERS、SIMS、ISS、TPD 、Kelvin Probe等等 表面分析技术的分类 真空系统与样品清洁、预处理和制备,上课提纲,4 俄歇电子能谱（AES） Auger电子的产生及原理 Auger电子的捕捉和测量 能量分析器及谱仪简介 元素的指纹识别 数据分析及应用 实例介绍,上课提纲,5 低能电子衍射（LEED）之一：二维晶体学 一般原理介绍 样品预处理制备 仪器的构成与数据采集 二维晶体学基本介绍 单晶表面命名法：Miller指数、台阶命名、Wood记号、 向量表示、矩阵表示 表面晶胞的面积及其它参数 简单结构、复合结构的矩阵表示实例 畴区与岛的概念,上课提纲,6 低能电子衍射（LEED）之二：倒易点阵 倒易点阵概念的引入 倒易点阵元胞的形状和大小与实空间点阵元胞的关系 倒易空间向量与实空间向量的关系 倒易点阵与晶体衍射方向的关系 Ewald球的引入及衍射花样和方向的确定,上课提纲,7 低能电子衍射（LEED）之三：衍射花样 LEED的平面波理论 倒易点阵与平面波理论阐释的对比 LEED花样的标记 清洁表面和吸附质覆盖的表面的结构与LEED花样关系举例 表面结构与LEED花样关系的矩阵表示实例,上课提纲,8低能电子衍射（LEED）之四：I-V曲线 LEED花样的衍射点强度分析：I-V曲线 运动学理论简介 几个基本概念： 干涉函数、结构因子、Pendry判断因子 多重散射或动态理论 LEED实例分析：表面重构与弛豫、典型表面结构的LEED花样 不完善结构的LEED分析：背景增强、斑点弥散、多畴结构、台 阶花样等,上课提纲,9 高能电子衍射（RHEED） 基本理论与实验技术 RHEED与LEED的异同点和协同分析 RHEED的研究实例及其应用介绍,上课提纲,11 光电子能谱：XPSUPS 基本理论：Einstein光电效应方程 几个概念：费米能级、原子能级、电子结合能、化学位移、伴线 仪器构造和原理 XPS定性与定量分析 XPS与微区分析和深度剖析 XPS的广泛应用 UPS与表面和吸附物种的价带及电子态密度 UPS在气相离子研究中的应用 纳米材料的电性能研究 当前热点研究的实例分析,上课提纲,10 扫描探针显微镜（SPM） 扫描隧道显微镜（STM）的工作原理 仪器构造和数据采集 图像和数据分析 简单实例介绍 原子力显微镜（AFM）的工作原理 仪器构造和数据分析 简单实例介绍 SPM在固体表面结构和纳米材料研究中的应用 SPM与纳米器件的微加工 SPM与单分子吸附和反应的研究 SPM在生物研究中的应用,上课提纲,12 高分辨电子能量损失谱（HREELS） 原理 仪器设计与构造 分辨率与灵敏度的平衡 表面与对称性破坏 介质理论 HREELS的应用范围 实例分析,上课提纲,13 表面反射红外（IRAS）与表面增强激光拉曼（SERS）光谱 红外和拉曼光谱的理论 分子对称性、振动选律与红外、拉曼活性的关系 红外与拉曼的应用范围 仪器介绍 表面反射红外光谱（IRAS） 表面增强激光拉曼光谱（SERS） 表面吸附物种与反应过渡态的光谱研究 拉曼分析与纳米材料研究介绍,上课提纲,14 离子散射谱（ISS）和二次离子质谱（SIMS） ISS原理与实验技术 离子溅射与样品制备、深度成分分析 离子散射谱的高表面灵敏性 阴影效应（shadow effect） SIMS的原理与实验设备 SIMS的数据分析 ISS和SIMS研究实例介绍,上课提纲,15 程序升温脱附（TPD） 表面键的断裂与碎片飞离取向 实验设备 数据分析：定性与定量 动力学数据的取得：脱附活化能、反应级数、指前因子的测量 TPD形貌的分析理论 研究实例介绍,上课提纲,16 功函数的测量 功函数的概念 各种测量方法的简介 Kelvin探针的特别介绍及其特点 功函数的信息：Helmholz方程 功函数与表面吸附、反应及电性能的关系 实例分析,上课提纲,17 非单晶固体表面的研究技术简介 外延X射线精细结构（EXAFS）理论 技术 数据分析 应用,上课提纲,1