铁电体电畴结构的观测方法课件

电畴的观测方法

MethodsforObservation

ofDomains 观察电畴结构的方法有许多种，其中常见的有以下几种：

光学技术、电子显微镜观察、化学腐蚀技术、粉末沉淀法、液晶显示技术、热电技术、x射线技术和凝雾法等粉末沉淀法利用绝缘液中某些有颜色的带电粒子的沉淀位置来显示出畴结构。比如，黄色的硫和红色的氧化铅（Pb3O4）粉末在乙烷中将分别沉积在畴的负端和正端，从而显示出畴结构。这是一种相对较为原始的方法。光学技术：偏光法：常用的方法是利用铁电晶体的双折射性质把晶片置于正交偏振片之间，用偏光显微镜直接观察电畴结构。这是静态畴结构和研究畴壁运动动力学的最简单方法。但它一般不适用观察反平行畴，因为在畴反转后折射率不变。旋光法：对于具有旋光性的晶体，如Pb5Ge3O11，还可以利用其旋光性观察180畴。当一束偏振光沿晶体C轴传播时，一组畴在检偏器后显示出黑暗。另一组畴显示出光亮。光学法观察电畴的尺寸只能到m量级。液晶显示技术将一薄层向列型液晶覆盖在铁电晶体表面，由于电畴极性的影响，液晶分子会形成一个与畴结构相应的图案，可用偏光显微镜直接观察。一种液晶分子相对于铁电畴的排列如图所示。这种方法优于酸腐蚀法和粉末沉淀法。特点是方便而且快，能迅速响应畴结构的快速变化，并具有十分高的分辨率。此方法的主要优点是比较容易实时观测畴在电场作用下的运动。

电子显微镜观察电子显微术是目前用来观察电畴的主要方法，其优点是分辨率高，而且可观测电场作用下电畴的变化。扫描电子显微镜（SEM）透射电子显微镜（TEM）扫描探针显微镜（SPM）扫描电子显微镜（SEM） SEM主要用于观察表面形貌,为了观测电畴需借用腐蚀技术。由于不同极性的畴被腐蚀的程度不一样,利用腐蚀剂可在铁电体表面形成凹凸不平的区域从而可在显微镜中进行观察。透射电子显微镜(TEM) 透射电子显微术是目前用来观测电畴的主要方法，其优点是分辨率高，而且可观测电场作用下的畴的变化，同时也能观测晶体中的缺陷及其与电畴的相互作用。电子显微术理论成熟，结合其中的电子衍射图谱、衍射衬度像和高分辨像，能够严格的区分不同类型的畴界，从而在此基础上对不同类型的畴结构进行分析。透射电子显微镜的基本结构五部分►照明系统►成像系统►观察记录系统►真空系统►供电系统后焦面成像面物平面O1O2O3I3I2I1GO-G物镜透射电镜成像光学基础-阿贝成像理论透射电镜两种的工作模式SpecimenSADapertureObjectivelensIntermediateimageBackfocalplaneObjectiveaperture2ndIntermediate‘image’FinalimageProjectorlensScreenDiffractionpatternIntermediatelens单晶衍射花样多晶衍射花样非晶衍射模式扫描探针显微镜(SPM)近年来出现的扫描探针显微镜（SPM）是研究电畴的一种有力手段，其优点是适合于各种材料，不需要真空，而且可观测到纳米量级的精细结构。扫描隧道显微镜ScanningTunnelingMicroscope(STM)扫描力显微镜ScanningForceMicroscope(SFM)原子力显微镜AtomicForceMicroscope(AFM)摩擦力显微镜LateralForceMicroscope(LFM)磁力显微镜MagneticForceMicroscope(MFM静电力显微镜ElectricForceMicroscope(EFM)扫描近场光学显微镜ScanningNear-FieldOptical Microscope(SNOM)扫描探针显微镜的分类扫描力显微镜是将一个尖锐针尖装在一个对微弱力非常敏感的微悬臂上，并使之与待测样品表面有某种形式的力接触，通过压电陶瓷三维扫描控制器驱动针尖或样品进行相对扫描。作用在样品与针尖间的各种各样的作用力会使得微悬臂发生形变，这些形变可通过光学或电学的方法检测得出。扫描力显微镜(SFM)通常条件下，有多种力可以引起悬臂梁的形变。对原子力显微镜来说最常见的力是分子间的范德华力。左图给出了范德华力与针尖和样品之间距离的关系。图中标出了两个距离区：（1）接触区；（2）非接触区。在接触区中样品与针尖的距离在几个Å左右，针尖和样品之间的力是斥力。在非接触区。针尖样品间距为几十到到几百个Å，样品与针尖之间的力为引力。根据探针同样品作用力性质的不同，SFM仪器主要有三种成像模式，接触式(contactmode)，非接触式(noncontactmode)和半接触式(semicontactmode)（即轻敲式(tappingmode)）。原子力显微镜(AFM)原子力显微镜的原理是基于样品表面与探针的相互作用，如图所示。探测原子力的悬臂是显著影响AFM分辨率的基本因素。为了获取样品表面微观结构的高分辨率，悬臂上的针尖要足够尖。目前广泛使用Si或Si3N4为悬臂。有三种成像模式：接触、振动和非接触AFM操作模式针尖与样品表面之间距离及其相互作用力关系

接触模式非接触模式轻敲模式

接触模式（contactmode）:恒力模式：适用于物质的表面分析恒高模式：适用于分子、原子的图像的观察非接触模式（non-contactmode）：灵敏度高于接触模式,但不适于液体中成像轻敲模式(tappingmode)：在高分子聚合物和生

物大分子的结构研究中应用广泛各种模式的特点：压电力显微镜(PFM)BaTiO3单晶扫描电声显微镜(SEAM)扫描电声显微镜(SEAM)是融现代电子光学技术、电声技术、压电传感技术、弱信号检测和脉冲图像处理，以及计算机技术为一体的一种新型无损分析和显微成像工具。其成像机理是基于材料的微观热弹性能或者电学性能的变化，获取目前其他手段无法得到的信息。它可以原位（insitu）同时观察试样的二次电子像和电声像（SEAM），兼有声学显微术非破坏性内部成像和电子显微术高分辨率快速成像的特点。SEAM原理 当一束能量受调制的电子束入射在样品表面上时,