现代材料分析测试方法（全集）精品课件

材料近代测试方法材料现代研究方法在材料科学与工程中的位置材料科学与工程中的三大基本问题：制备加工组织性能表征Knowwhat(组成、结构)Knowwhy(组织与结构)Knowhow(制备、加工)材料研究方法本课程涉及的范围物理的方法X射线衍射；电子显微镜(透射、扫描)；电子探针；俄歇电子能谱；化学的方法热分析技术（DSC、DTA、TG）；动态力学分析技术；红外光谱X射线与电子束关于考试1、晶体学基础

2、射线衍射的基础第一讲复习人们通过对天然矿物外部形态的观察发现，绝大多数天然矿物常具有独特的规则几何多面体的外形，即其外表多为平整的面所包围，同时还具有由二个面相交的直线和直线会聚的夹角。人们将这种天然生成的固体称为晶体，称其平面为晶面，称其直线为晶棱，称晶棱会聚的夹角为角顶。

晶体并非局限于天然生成的固体。金属和合金在一般条件下都是晶体，一些陶瓷材料是晶体，高聚物在某些条件下也是晶体。石盐(NaCl)的晶体结构一切晶体的内部质点(分子、原子或离子等)都是在空间有规则地排列着。晶体是由原子或分子按照一定的周期性规律在空间重复排列而成的固体物质。绚丽多姿的晶体FeCu3Au如何在千姿百态的晶体中发现其内在规律？原子、分子是如何排列的？测试方法原子、分子排列的规律性？晶体学晶体结构及晶体学

晶体结构概论

固体无机物质分晶态和非晶态两种。

如：铁、金刚石、玻璃、水晶晶态：构成固体物质的分子或原子在三维空间有规律的周期性排列。

特点：长程有序，主要是周期有序或准周期性。非晶态：构成物质的分子或原子不具有周期性排列。特点：短程有序，长程无序晶体结构与非晶结构比较晶体非晶体

根据晶体的对称特点,可分为7个晶系：1)三斜晶系(triclinic或anorthic)a≠b≠c；α≠β≠γ≠90˚。2)单斜晶系(monoclinic)a≠b≠c；α＝γ＝90˚≠β(第二种定向,晶体学常用)。a≠b≠c；α＝β＝90˚≠γ(第一种定向)。3)正交晶系(orthorhombic)a≠b≠c；α＝β＝γ＝90˚(又称斜方晶系)。4)菱方晶系(rhombohedral)a＝b＝c；α＝β＝γ≠90˚(又称三方晶系)。5)正方晶系(tetragonal)a＝b≠c；α＝β＝γ＝90˚(又称四方晶系)。6)六方晶系(hexagonal)a＝b≠c；α＝β＝90˚；γ＝120°。7)立方晶系(cubic)

a＝b＝c；α＝β＝γ＝90˚；(又称等轴晶系)。7大晶系的形成1.三斜(P)；2.简单单斜(P);3.底心单斜(C);4.简单正方(P);5.底心正方(C);6.体心正方(I);7.面心正方(F);8.简单斜方(P);9.体心斜方(I)10.简单立方(P);11.体心立方(I);12.面心立方(F);13.六方(P);14.菱方(R)14种空间点阵(Bravais点阵)晶体结构的对称性对称元素及对称操作

范畴对称元素对称操作微观宏观镜面(反映面)旋转轴对称中心反轴反映旋转倒反(反演)旋转倒反平移轴螺旋轴滑移轴

平移旋转+平移(螺旋旋转)

反映+平移(滑移反映)晶体的宏观对称元素只有以下八种是基本的，即：1，2，3，4，6，1，m，4晶体的微观对称性晶体结构中的微观对称具有下列三个特点：(1)在晶体结构中任何一种微观对称元素不仅具有方向性，而且具有严格的位置。完全相同的对称元素在空间按照晶体的空间点阵规律互相平行排列，数目无限。(2)微观对称操作中，除了操作具有在宏观对称操作中的旋转、反映、倒反外，还有平移操作。由平移操作与其它对称操作联合操作的结果，将产生无限图形所特有的微观对称元素：平移轴、螺旋轴和滑移面。(3)当平移距离为零时，微观对称元素为同类型的宏观对称元素，因此，晶体外形上的宏观对称元素在晶体结构的对称中必然存在。倒易点阵

倒易点阵是晶体学中极为重要的概念，也是衍射理论的基础。晶体点阵：－－实空间

由晶体的周期性直接抽象出的点阵(正点阵)；倒易点阵：－－倒易空间

根据空间点阵虚构的一种点阵。ShklP及Q⊥以为新的三个基矢，引入另一个点阵，显然该点阵中的点阵矢量的方向就是晶面(hkl)的法线方向，该矢量指向的点阵点指数即为hkl。倒易点阵的一个结点对应空间点阵的一个晶面

二维问题一维化处理

2、射线衍射的基础

X射线的性质--X射线的发现WilhelmRöntgen(1845-1923)Nov.8,1895，星期五，W.Röntgen在研究阴极射线时发现荧光板上有光亮；进一步的研究发现：

1、可使照相底片感光；

2、激发荧光；

3、以直线方式传播；

4、有很高的穿透能力Dec.28,1895.

W.Röntgen报道了这一现象。由于不清楚该射线的本质，所以命名“X”射线。X射线的发现，为材料科学与工程研究提供了全新的分析测试方法。1901年，Röntgen获诺贝尔物理学奖；1914年，MaxvonLaue获诺贝尔物理学奖（discoveryofthediffractionofX-raysbycrystals）1915年，Bragg父子获诺贝尔物理学奖；

（theanalysisofcrystalstructurebymeansofXrays）

1921年，AlbertEinstein获诺贝尔物理学奖；

(TheoreticalPhysics,andespeciallyforhisdiscoveryofthelawofthephotoelectriceffect)1927年，A.H.Compton

获诺贝尔物理学奖；

(discoveryoftheComptoneffect)

Laue的设想：

X射线是波长很短的电磁波；晶体是原子有规则的三维排列。

X射线的性质---波动性

只要X射线的波长与晶体中原子的间距具有相同的数量级，那么当用X射线照射晶体时就应能观察到干涉现象。波长(cm)X射线的吸收---吸收限的利用滤波：选择吸收限介于X射线中的Kα和Kβ的波长之间的物质。选靶：X射线的波长要大于被研究物质的K系吸收限，或选择远小于K系吸收限的波长。X射线精细吸收结构样品吸收EXAFS透射X射线电子光电子反冲电子俄歇电子

散射X射线XRD入射X射线XPS荧光X射线探伤X射线与物质的相互作用荧光分析1924年，徳布罗意获巴黎大学博士学位，在博士论文中提出了“物质波”的概念：两年后，薛定谔根据“物质波”理论提出了著名的薛定谔方程：1927年，汤姆逊通过电子衍射实验，证实了电子确实具有波动性电子与物质的相互作用在测试方法上的应用阴极发光轫致辐射X射线透射电子样品俄歇电子衍射电子二次电子反射电子吸收电子电子探针扫描电镜透射电镜俄歇电子谱仪入射电子束电子束与物质的相互作用射线衍射的基本原理Laue衍射斑点布拉格父子的假设劳埃(Laue)斑点可以看作是由于晶体中原子富集面对Ｘ射线的反射形成的。布拉格方程命题：1、满足布拉格方程，是否衍射线强度一定不为零；2、不满足布拉格方程，是否衍射线强度一定为零。结构因数：在X射线衍射中单位晶胞中各个原子散射波的合波，用F表示：若单胞含N个原子，坐标各为x1y1z1，x2y2z2，…XNYNZN，原子散射因数为f1，f2…fn，则hkl反射的结构因数为：相应的衍射波强度I为：布拉格方程命题：1、满足布拉格方程，是否衍射线强度一定不为零；2、不满足布拉格方程，是否衍射线强度一定为零。X射线的散射散射：一束单色X射线通过晶体物质时将能量传给原子中的电子，电子获得能量后产生一定的加速度。具有加速度的电子将向外散射电磁波，其频率与电子振动的频率相同，即与入射X射线的频率相同。前提：原子中受束缚力比较大的电子（内层电子）

X射线的散射相干散射：由于入射线与散射线的波长与频率一致，位相固定，各散射波之间以及与入射波可以发生干涉，固称相干散射（弹性散射）。干涉的结果：散射波在某些方向上相互加强，在另一些方向上相互减弱或抵消。

－晶体中发生衍射的基础非相干散射Compton-Wu散射---X射线粒子性的证明命题：1、满足布拉格方程，是否衍射线强度一定不为零；2、不满足布拉格方程，是否衍射线强度一定为零。布拉格方程月晕是由高空中的冰晶（很微小的水粒冷冻而形成的一种固体）折射月光而产生的光圈。日晕、月晕都是由冰晶折射而成的，与彩虹产生的原理一样。X射线小角散射

SmallAngleX-rayScattering(Reflectivity)Introduction前提：假定一束严格平行的单色X射线照射到无穷大（晶体尺寸大于入射线的横截面积）的理想完整晶体上。

小晶体时？11’11’

33’22’22’S0S

X射线衍射方向：

计算模型假定：小晶体的形状为平行六面体三个棱边为：N1a、N2b、N3c,N1为晶轴a方向上的晶胞数。

N2为晶轴b方向上的晶胞数。

N3为晶轴c方向上的晶胞数。

N1·N2·N3=晶胞的总数N

小晶体完全浸浴在入射线束之中计算模型（HKL）上图表示一个晶胞内两个原子散射波相干的情况。其中s0表示入射波方向的单位矢量，s表示所讨论的（hkl）面的衍射波方向的单位矢量，rj为第j个原子的位置矢量两波位相差为：O原子散射波2’第j个原子A散射波1’1’与2’之间的光程差δj晶胞间的相干散射和原子间的相干散射类似。其相位差可表示为：计算模型m、n、p――晶胞坐标，为整数；ξηζ

――倒易点阵的流动坐标，可为任意连续变数。――晶胞的坐标矢量；――倒易点阵中的流动矢量；

原理对简单点阵而言，一个晶胞的相干散射振幅等于一个原子的相干散射振幅Aefa，对于复杂晶胞，一个晶胞的相干散射振幅应为AeFHKL。所以，一个小晶体的相干散射波的振幅为：｜G｜2―干涉函数

原理根据级数的求和公式：根据欧拉公式：干涉函数：球形粒子的小角散射花样小角区的散射峰强度由此可见，在主光束附近的小角区有不易观察的散射峰存在。对于形状相同、大小一样的稀薄体系，由于各粒子相距甚远，可以忽略其间的相互干涉:对于M个形状、大小都一样的稀薄体系的粒子，若粒子无规则排列，则总散射强度I为：小角散射的应用如果X射线波长为0.1nm量级，散射粒子的最大尺寸约为100nm量级，因此，可以用来研究亚微观粒子测定亚微观粒子的大小与分布；研究反应粒子的体积和表面积；研究颗粒、纤维、微生物的截面形状与分布；测定分子平均距离；区别非完整晶体的点阵畸变与电子密度不均匀效应；研究固溶体的时效；精确测定液体的密度；测定高分子的分子量。

长周期效应：当角为2~40时

长周期效应：当角为2~40时区别非完整晶体的点阵畸变与电子密度不均匀效应命题：1、满足布拉格方程，是否衍射线强度一定不为零；2、不满足布拉格方程，是否衍射线强度一定为零。布拉格方程月晕是由高空中的冰晶（很微小的水粒冷冻而形成的一种固体）折射月光而产生的光圈。日晕、月晕都是由冰晶折射而成的，与彩虹产生的原理一样。X射线小角散射

SmallAngleX-rayScattering(Reflectivity)Introduction前提：假定一束严格平行的单色X射线照射到无穷大（晶体尺寸大于入射线的横截面积）的理想完整晶体上。

小晶体时？11’11’

33’22’22’S0S

X射线衍射方向：

计算模型假定：小晶体的形状为平行六面体三个棱边为：N1a、N2b、N3c,N1为晶轴a方向上的晶胞数。

N2为晶轴b方向上的晶胞数。

N3为晶轴c方向上的晶胞数。

N1·N2·N3=晶胞的总数N

小晶体完全浸浴在入射线束之中计算模型（HKL）晶胞间的相干散射和原子间的相干散射类似。其相位差可表示为：计算模型m、n、p――晶胞坐标，为整数；ξηζ

――倒易点阵的流动坐标，可为任意连续变数。――晶胞的坐标矢量；――倒易点阵中的流动矢量；

原理对简单点阵而言，一个晶胞的相干散射振幅等于一个原子的相干散射振幅Aefa，对于复杂晶胞，一个晶胞的相干散射振幅应为AeFHKL。所以，一个小晶体的相干散射波的振幅为：｜G｜2―干涉函数

原理根据级数的求和公式：根据欧拉公式：干涉函数：球形粒子的小角散射花样小角区的散射峰强度由此可见，在主光束附近的小角区有不易观察的散射峰存在。对于形状相同、大小一样的稀薄体系，由于各粒子相距甚远，可以忽略其间的相互干涉:对于M个形状、大小都一样的稀薄体系的粒子，若粒子无规则排列，则总散射强度I为：小角散射的应用如果X射线波长为0.1nm量级，散射粒子的最大尺寸约为100nm量级，因此，可以用来研究亚微观粒子测定亚微观粒子的大小与分布；研究反应粒子的体积和表面积；研究颗粒、纤维、微生物的截面形状与分布；测定分子平均距离；区别非完整晶体的点阵畸变与电子密度不均匀效应；研究固溶体的时效；精确测定液体的密度；测定高分子的分子量。

长周期效应：当角为2~40时

长周期效应：当角为2~40时区别非完整晶体的点阵畸变与电子密度不均匀效应扩展X射线吸收谱精细结构

ExtendedX-rayAbsorptionFineStructure(EXAFS)

Introduction扩展X射线吸收谱精细结构（ExtendedX-rayabsorptionfinestructure,EXAFS）是X射线吸收限高能侧30eV至约1000eV范围内吸收系数随入射X光子能量增加而起伏振荡的现象，近年来它被广泛应用于测定多原子气体和凝聚态物质吸收原子周围的局域结构，成为结构分析的一种新技术。

原理一般教科书中给出的X射线吸收系数随波长变化的曲线除在K、L1、L11、L111等吸收限处吸收发生突变外，其余部分是平滑的；这平滑部分可用Victoreen公式来表述：μλ吸收系数与波长的关系K吸收边可是实际上更精确的测量表明，在吸收限高能侧附近，随样品的成分和状态不同会显示不同的振荡现象。对于单原子气体，只在极靠近吸收限处有振荡；对于多原子气体、液体和固体，振荡扩展到约1000eV左右。

原理μλ30eV以内的振荡称为吸收谱近限结构（X-rayabsorptionnearstructure）30～1000eV的振荡称为扩展X射线吸收谱精细结构（ExtendedX-rayAbsorptionFineStructureEXAFS）。两者都是吸收原子周围的邻原子对出射光电子散射引起的，但理论细节不完全相同。

原理出射光电子波受到周围近邻原子的背散射：背散射光电子波峰将与出射光电子波发生干涉：相长干涉使吸收增加，相消干涉使吸收下降。这样就使吸收曲线出现振荡EXAFS的产生原理

增加入射X光子的能量将使光电子波长变短，出射与散射光电子波之间的干涉结果也就不同；当散射原子的种类、数量及其与吸收原子的距离不同时，EXAFS细节也将出现差异，因此它包含着吸收原子周围近邻原子短程结构信息。

原理EXAFS函数通常EXAFS用一参量表示，它表示X射线吸收系数μ的归一化的振荡部分。式中：k是出射光电子的波矢的模，，

λe为光电子波长；为的平滑变化部分，在物理上相当于孤立原子的吸收系数；为扣除背底以后的K吸收限高能侧吸收系数。根据EXAFS的产生机理，可以预计将与下列因素有关：1、与吸收原子周围的第j近邻原子壳层中的同种原子数Nj、距离Rj及原子散射因数fj(2k)有关。这一部分可表示为：

EXAFS函数EXAFS函数2、与散射光电子的位相改变有关。位相改变包含两部分：光程差引起的位相差及出射和散射引起的相移。这一部分可表示为：EXAFS函数3、与第j壳层原子的漫散分布程度有关。它包含热振动和原子无序分布的影响。设σj为对Rj的均方根偏离，这个影响可表示为Debye-Waller温度因数型的项EXAFS函数4、与出射光电子保持原状态的传播距离有关。这个因数为：吸收原子周围的第j近邻原子壳层中的同种原子数。原子散射因数吸收原子的距离RjDebye-Waller因子出射光电子平均自由程光程差引起的位相差及出射和散射引起的相移EXAFS的数据采集与处理（1）求

-

E曲线（2）扣除背景（3）拟合（4）E→k转换（5）求（6）获得结构参数其它原子的吸收，通过Victoreen公式拟合。EXAFS的数据采集与处理（1）求

-

E曲线（2）扣除背景（3）拟合（4）E→k转换（5）求（6）获得结构参数

是自由原子的吸收，一般取中线。EXAFS的数据采集与处理（1）求

-

E曲线（2）扣除背景（3）拟合（4）E→k转换（5）求（6）获得结构参数EXAFS的数据采集与处理（1）求

-

E曲线（2）扣除背景（3）拟合（4）E→k转换（5）求（6）获得结构参数理论计算拟合法：先拟定被研究物质的结构模型，给出结构参数，然后根据理论公式计算相应的EXAFS谱。将理论计算与实验测定的EXAFS谱进行比较，获得结构参数。标样法：用结构已知并与待定结构相近的一种物质作为标样，通过测定试样和标样的EXAFS谱来确定未知结构。应用举例（在玻璃中的应用）20GaF3-15InF3-20CdF2-15ZnF2-20PbF2-10SnF2晶化前后样品及三方相GaF3的Ga-K吸收边的XAFS应用举例（在玻璃中的应用）应用举例（在玻璃中的应用）晶化前后样品及三方相GaF3的k3

以及径向分布函数晶化前后玻璃样品中Ga的配位情况没有发生明显变化应用举例（在玻璃中的应用）晶化前后样品及三方相ZnF2的Zn-K吸收边的XAFS应用举例（在玻璃中的应用）晶化前后样品及四方相ZnF2的k3

以及径向分布函数晶化前后玻璃样品中Zn的配位情况发生明显变化，结构的无序度增大EXAFS谱方法的特点局域性：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、溶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。EXAFS谱方法的特点元素选择性：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，可以分别是测量不同元素的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。EXAFS谱方法的特点敏感性：利用高强度的同步辐射光源及荧光XAFS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。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。

EXAFS谱方法的特点广泛性：除常规的EXAFS技术（透射法和荧光法）以外，还衍生出许多相关的EXAFS技术。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，又可用于研究非晶、多晶、单晶及准晶。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。X射线光电子谱(XPS)

X-rayPhotoelectronSpectroscopyX射线光电子谱

引言X射线光电子谱(XPS)是重要的表面分析技术之一。它不仅能探测表面的化学组成，而且可以确定各元素的化学状态，因此，在化学、材料科学及表面科学中得以广泛地应用。XPS是瑞典Uppsala大学K.Siegbahn及其同事经过近20年的潜心研究而建立的一种分析方法。他们发现了内层电子结合能的位移现象，解决了电子能量分析等技术问题，测定了元素周期表中各元素轨道结合能，并成功地应用于许多实际的化学体系。KaiSeigbahn:Developmentof

X-rayPhotoelectronSpectroscopyNobelPrizeinPhysics1981(Hisfather,ManneSiegbahn,wontheNobelPrizeinPhysicsin1924forthedevelopmentofX-rayspectroscopy)C.NordlingE.SokolowskiandK.Siegbahn,Phys.Rev.

1957,105,1676.K.Siegbahn给这种谱仪取名为化学分析电子能谱(ElectronSpectroscopyforChemicalAnalysis)，简称为“ESCA”，这个名词强调在X射线电子能谱中既有光电子峰也包含了俄歇峰，在分析领域内广泛使用。随着科学技术的发展，XPS也在不断地完善。目前，已开发出的小面积X射线光电子能谱，大大提高了XPS的空间分辨能力。X射线光电子谱

引言XPS

X射线光电子谱仪X射线激发源样品室能量分析器样品引进系统抽真空系统电子倍增器显示、记录XPS--X射线光电子谱仪（激发源）在一般的X射线光电子谱仪中，没有X射线单色器，只是用一很薄(1〜2m)的铝箔窗将样品和激发源分开，以防止X射线源中的散射电子进入样品室，同时可滤去相当部分的轫致辐射所形成的X射线本底。将X射线用石英晶体的(1010)面沿Bragg反射方向衍射后便可使X射线单色化。X射线的单色性越高，谱仪的能量分辨率也越高。同步辐射源是十分理想的激发源，具有良好的单色性，且可提供10eV〜10keV连续可调的偏振光。N7N6N5N4N3N2N14f7/24f5/24d5/24d3/24p3/24p1/24s1/2M5M4M3M2M1L3L2L1K

3d5/23d3/23p3/23p1/23s1/22p3/22p1/22s1/21s1/2电子能级、X射线能级和电子数典型XPS谱MOCVD制备的HgCdTe膜典型XPS谱Fe的清洁表面XPS

XPS中的化学位移

化学位移由于原子所处的化学环境不同而引起的内层电子结合能的变化，在谱图上表现为谱峰的位移，这一现象称为化学位移。化学位移的分析、测定，是XPS分析中的一项主要内容，是判定原子化合态的重要依据。

XPS

XPS中的化学位移XPS

XPS中的化学位移XPS

XPS分析方法

定性分析同AES定性分析一样，XPS分析也是利用已出版的XPS手册。XPS

XPS分析方法化合态识别

在XPS的应用中，化合态的识别是最主要的用途之一。识别化合态的主要方法就是测量X射线光电子谱的峰位位移。对于半导体、绝缘体，在测量化学位移前应首先决定荷电效应对峰位位移的影响。

XPS

X射线光电子谱仪的能量校准荷电效应用XPS测定绝缘体或半导体时，由于光电子的连续发射而得不到足够的电子补充，使得样品表面出现电子“亏损”，这种现象称为“荷电效应”。荷电效应将使样品出现一稳定的表面电势VS，它对光电子逃离有束缚作用。XPS

XPS分析方法化合态识别-光电子峰

由于元素所处的化学环境不同，它们的内层电子的轨道结合能也不同，即存在所谓的化学位移。其次，化学环境的变化将使一些元素的光电子谱双峰间的距离发生变化，这也是判定化学状态的重要依据之一。元素化学状态的变化有时还将引起谱峰半峰高宽的变化。XPS

XPS分析方法化合态识别-光电子峰

S的2p峰在不同化学状态下的结合能值XPS

XPS分析方法化合态识别-光电子峰

Ti及TiO2中2p3/2峰的峰位及2p1/2和2p3/2之间的距离XPS

XPS分析方法化合态识别-光电子峰

CF4C6H6COCH4半峰高宽(eV)0.520.570.650.72C1s在不同化学状态下半峰高宽的变化XPS

XPS分析方法深度剖析(1)利用逃逸深度与角度的关系：

λ=λmcosθ(2)利用离子溅射技术XPS

XPS分析方法小面积XPS分析

小面积XPS是近几年出现的一种新型技术。由于X射线源产生的X射线的线度小至0.01mm左右，使XPS的空间分辨能力大大增加，使得XPS也可以成像，并有利于深度剖面分析。

Ni2P1/2线的高分辨XPS谱XPS

XPS分析总结基本原理：光电效应基本组成：真空室、X射线源、电子能量分析器辅助组成：离子枪主要功能：成分分析、化学态分析采谱方法：全谱、高分辨率谱分析方法：定性分析、定量分析XPS

X射线光电子谱仪的能量校准荷电效应考虑荷电效应有：其中ES=VSe为荷电效应引起的能量位移，使得正常谱线向低动能端偏移，即所测结合能值偏高。荷电效应还会使谱锋展宽、畸变，对分析结果产生一定的影响。

XPS

X射线光电子谱仪的能量校准荷电效应-中和法

制备超薄样品；测试时用低能电子束中和试样表面的电荷，使Ec<0.1eV，这种方法一方面需要在设备上配置电子中和枪，另一方面荷电效应的消除要靠使用者的经验。荷电效应-内标法

在实验条件下，根据试样表面吸附或沉积元素谱线的结合能，测出表面荷电电势，然后确定其它元素的结合能。这种方法的缺点是对溅射处理后的样品不适用。另外，金可能会与某些材料反应，公布的C1s谱线的结合能也有一定的差异。

分析测试方法SAXSRDFEXAFS光学SEMEDS/WDSAES/XPS微结构分析表面分析内部原子排列与缺陷？光学显微镜光学显微镜分辨本领爱瑞（Airy）斑：由于衍射效应，一个发光物点的像是一个一定尺寸的亮斑和周围几个亮环。一般将亮环忽略不计，中央亮斑为物点的像，称为爱瑞斑。光学显微镜分辨本领L：透镜；D：光阑；α：透镜对物点张角的一半瑞利(Rayleigh)判据：O1和O2逐渐接近时，B1和B2之间的亮度约为亮度最大值的80％，人们仍然能分辨是两个像。以这种条件作为光学系统能分辨两物点的最小距离

-----瑞利判据。电子光学基础——

光学显微镜的局限性两个发光点的分辨距离为：－物镜与物体之间介质的折射率－半孔径角，不能大于90°

－显微镜的数值孔径－光线的波长电子光学基础——

光学显微镜的局限性提高显微镜分辨本领的方法：采用高折射率介质增大角利用短波长的射线1924年，徳布罗意获巴黎大学博士学位，在博士论文中提出了“物质波”的概念：两年后，薛定谔根据“物质波”理论提出了著名的薛定谔方程：1927年，汤姆逊通过电子衍射实验，证实了电子确实具有波动性1927年，C.J.戴维孙和L.H.革末在观察镍单晶表面对能量为100电子伏的电子束进行散射时,发现了散射束强度随空间分布的不连续性，即晶体对电子的衍射现象。几乎与此同时，G.P.汤姆孙和A.里德用能量为2万电子伏的电子束透过多晶薄膜做实验时,也观察到衍射图样。电子衍射的发现证实了L.V.德布罗意提出的电子具有波动性的设想，构成了量子力学的实验基础。电子波动性被发现后，很快被利用来作为提高显微镜分辨率的新光源——即出现了电子显微镜。1932年，德国E.Ruska教授发明的第一台电子显微镜电子波动性被发现后，很快被利用来作为提高显微镜分辨率的新光源——即出现了电子显微镜。电子的粒子性

质量：9.1095×10-23

克；电量：－1.602×10-10

库仑；在电子显微镜中，电子的加速电压一般在几十千伏以上，根据相对论，电子的质量随速度的增加而增大。电子的波动性

(Å)电子波长不同加速电压下的电子波长和速度

U/kVλ/nmv/(1011mm·s-1)400.006011.1216600.004371.338800.004181.5061000.003701.6442000.002512.0795000.001422.58710000.000