材料现代分析方法

金相样品制备：取样镶嵌粗磨精磨粗抛细抛浸蚀试样连续X射线的强度随管电流、阳极靶原子序数和管电压的增加而增大特征X射线波长与靶材料原子序数有关：原子序数越大，核对内层电子引力上升，下降为什么X射线衍射可以用来分析表征晶体的结构问题？ 衍射线束的方向一一晶胞的形状大小衍射线束的强度一一晶胞中原子的位置和种类决定衍射线束的形状大小与晶体的形状大小相关用波长为的x射线照射晶体时，晶体中只有面间距d>A/2的晶面才能产生衍射。当干涉指数是广义的晶面指数，当它互为质数时，就代表一组真实的晶面所有能发生反射的晶面，其倒易点都应落在以0’为球心，以1/入为半径的球面上一束X射线照射一个原子列，凡是符合劳埃方程（一绝二维\三维）方向的都有可能产生衍射线。德拜相机圆筒常常设计为内圆周长为180mm和360mm，对应的圆直径为q57.3mm和q114.6mm。这样的设计目的是使底片在长度方向上每毫米对应圆心角2°和1°，为将底片上测量的弧形线对距离2L折算成2。角提供方便德拜法衍射仪法比较入射光束单色类似样品形状细圆柱平板状成像原理Bragg方程相同衍射线记录方式静态圆形底片感光旋转辐射探测器衍射花样衍射弧（对）I-20曲线样品吸收同时接收衍射逐一接收衍射衍射强度吸收项不一样衍射装备德拜相机衍射仪应用强度测量花样标定物相分析类似衍射仪法的特点：-存在两个圆（测角仪圆，聚焦圆）-衍射是那些平行于试样表面的平面提供的-相对强度计算公式不同-接收射线是辐射探测器（正比计数器）-测角仪圆的工作特点:试样与探测器以1:2的角速度转动;射线源，试样和探测器三者应始终位于聚焦圆上电子衍射的基本公式：Rd=Ld=衍射镜面间距在满足衍射矢量方程规律，厄瓦尔德图解近似处理下得出多晶电子衍射花样：单晶电子衍射在空间叠加而成（由各晶粒同名面倒易点集合而成的倒易球与反射球相交部分形成）特征：形成一系列以入射电子束为轴，2。为半锥角的衍射圆锥，在荧光屏上则显示出一系列同心圆应用：根据Rd=L,适用于多晶电子衍射分析，可以确定花样中各衍射晶面间距电磁透镜的结构：由软磁材料制成的中心穿孔的柱体对称芯子一一极靴，分为上极靴和下极靴；环绕极靴的铜线圈选区电子衍射原理：是通过在物镜像平面上插入选区光栏实现的。其作用如同在物镜的物平面内插入一选区光栏，使虚光栏孔以外的照明电子束被挡掉。当电镜在成像模式时，中间镜的物平面与物镜的像平面重合，插入选区光栏便可以选择感兴趣的区域。调节中间镜电流使其物平面与物镜背焦面重合，将电镜置于衍射模式，便可以获得与所选区域对应的电子衍射谱。步骤：使选区光栏以下的透镜系统聚焦；使物镜精确聚焦；获得衍射谱。明场像：采用物镜光栏挡住所有的衍射线，只让透射光束通过的成像。透过取向位置满足布拉格关系的晶粒的电子束强度弱；透过取向位置不满足布拉格关系的晶粒的电子束强度强暗场像：采用物镜光栏挡住透射光束，只让一束衍射光通过的成像。透过取向位置满足布拉格关系的晶粒的电子束强度强；透过取向位置不满足布拉格关系的晶粒的电子束强度弱复型样品成像原理：将样品表面的浮凸复制于某种薄膜而获得。倾斜一一增加衬度。衍射衬度与质厚衬度的区别：

衍射衬度质厚衬度概念样品各处衍射线强度差异形成的衬度样品不同微区间存在原子序数或厚度的差异形成的衬度范围晶体样品非晶体样品影响因素晶体取向和结构振幅，对没有成分差异的单向材料，衍射衬度是由样品各处布拉格条件程度的差异造成的TEM物镜光栏孔径和加速电压成像为获得高衬度高质量的图像，总是通过倾斜样品台获得“双束条件”一一在选区衍射谱上除强的直射束外只有一个强衍射束可利用任意的散射电子SEM结构：由电子光学系统、信号收集及显示系统、真空系统及电源系统组成。工作原理：细电子束扫描样品表面,激发样品产生各种物理信号，其强度随样品表面特征而变.扫描电镜的分辨率和信号种类有关——信号来源于不同的位置，且强度随样品的表面特征而改变，故在空间的扩展程度不一样，扩展程度轻的，分辨率高；扩展程度深的，分辨率低。信号分辨率由高到低：俄歇电子二次电子背散射电子特征X射线吸收电子透射电子信号名称来源俄歇电子原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量不以X射线的形式释放，而是用该能量将核外另一电子打出，脱离原子变为二次电子，这种二次电子叫做俄歇电子。二次电子被入射原子轰击出来的核外电子背散射电子固体样品中的原子核反弹回来的一部分电子特征X射线原子的内层电子受到激发以后，在能级跃迁过程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电磁波辐射。吸收电子入射电子进入样品中，经多次非弹性散射。能量损失殆尽，最终被样品吸收透射电子如果样品厚度小于入射电子的有效穿透深度，那么就会有相当数量的入射电子能够穿过薄样品而成为透射电子其他：阴极荧光电子束感生效应和电动势等信号

特点二次电子像衬度1立体感强，可较清晰地反映出样品背对检测器区域的细节；2最小衬度限制着分辨率，同时与样品处的信噪比有关背散射电子像衬度1分辨率低；2背散射电子能量较高，离开样品表面后沿直线轨迹运动，因此检测器检测到的背散射电子信号强度要比二次电子信号强度低的多，所以粗糙表面的原子序数衬度往往会被形貌衬度所掩盖优缺点波谱仪波谱仪分析的元素范围广、探测极限小、分辨率高，适用于精确的定量分析。其缺点是要求试样表面平整光滑，分析速度较慢，X射线信号利用率低，需要用较大的束流，从而容易引起样品和镜筒的污染。能谱仪能谱仪分析速度快，灵敏度高，谱线重复性好，可用较小的束流和微细的电子束，对试样表面要求不如波谱仪那样严格，因此特别适合于与扫描电子显微镜配合使用。缺点是能量分辨率低，工作条件要求严格原子发射光谱的产生：将被测样品置于一点，用适当的激发光源激发，样品中原子就会辐射出特征光，经外光路照明系统聚焦在入射狭缝上，再经准直系统使之成为平行光，经色散元件把光源发出的复合光按波长顺序色散成光谱，暗箱物镜系统把色散后的各光谱线聚焦在感光板上，最后把感光板进行暗室处理就得到了样品的原子发射光谱。应用范围特点紫外光电子能谱法鉴定同分异构体；固体表面状态分析，可应用于表面能带结构分析，表面原子排列与电子结构分析及表面化学研究等方面优点：具有分子“指纹”性质；能精确测量物质的电离电位缺点:不适用于进行元素定性分析工作;难以准确进行元素的定量分析工作X射线光电子能谱法以表面元素定性分析、定量分析、表面化学结构分析等基本应用为基础，可广泛应用于表面科学与工程领域的分析研究工作，如表面能带结构分析，表面涂层，表面催化机理的研究优点：无损分析方法；超微量分析技术；痕量分析方法缺点：相对灵敏度不高；X射线光电子谱仪价格昂贵，不便于普及差热分析法的原理：DTA是在程序控制温度条件下，测量样品与参比物之间温度差与温度关系的一种热分析方法应用范围：根据差热分析曲线特征，如各种放热峰与吸热峰的个数、形状及相应的温度等，可定性分析物质的物理或化学变化过程，还可根据峰面积半定量地测定反应热物理原因化学原因放热峰结晶转变吸附化学吸附分解氧化还原反应氧化（气体中）氧化度降低吸热峰结晶转变吸收脱附熔融气化升华分解氧化还原反应还原（气体中）析出脱水差示扫描量热法VS差热分析法：DSC是在程序控制温度条件下，测量输入给样品与参比物的功率差与温度关系的一种热分析方法（功率补偿式DSC&热流式DSC）优越性：功能有许多相似之处，但由于DSC克服了DTA以AT间接表达物质热效应的缺陷，具有分辨率高，灵敏度高等优点，因而能定量测定多种热力学和动力学参数，且可进行晶体微细结构分析等工作拉曼散射：单色光照射物体时有一少部分散射光的频率与入射光的频率不同，这样的散射即为〜拉曼位移：频率低于入射光频的散射线称为斯托克斯线\高\反DorG的量即为~应用特点：扫描范围宽；适宜于测试水溶液体系；选择性高；待测样品可以是不透明的粉末或薄片;可用玻璃作为光学材料;从拉曼光谱的退偏比能够给出分子振动对称性的明显信息；二者选律不一样，在分子振动光谱的研究中可以互为补充隧道效应一一两个平板导体靠的很近，通常小于Inm时，两金属表面电子云将相互渗透，即为〜 若在两金属板中加上偏压，则就会产生隧道电流，且其是随着间距减小而指数上升的STM基本原理：在样品和针尖间加一个电压，调整二者之间的距离使之产生隧道电流，隧道电流表征样品表面和针尖处原子的电子波重叠程度，在一定程度上反映样品表面的高低起伏轮廓。恒电流模式（CCI）工作原理：当针尖在表面扫描时，反馈电流会调节针尖与表面的高度，使得在针尖与样品之间的隧道电流守恒。应用范围：一般用于样品表面起伏较大时，如进行组织结构分析时其缺点在于反馈电路的反应时间是一定的，这就限制了扫描速度与数据采集时间恒高度模式（CHI）工作原理：针尖在表面扫描，直接探测隧道电流，再将其转化为表面形状的图象。 它仅适用于表面非常平滑的材料。AFM基本原理：AFM是使用一个一端固定而另一端装有针尖的弹性微悬来检测样品表面形貌的。当样品在针尖下面扫描时，同距离有关的针尖一样品相互作用力（既可能是吸引的，也可能是排斥的），就会引起微悬臂的形变，也就是说，微悬臂的形变是对样品一针尖相互作用的直接测量；控制针尖或样品的