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1、,咨询管理部,穆斯堡尔谱法及其应用,主讲：张秀芳20094546 班级：应化09级2班 导师：赵艳芳,主讲内容,穆斯堡尔效应,1956 年 ,27 岁的德国学者穆斯堡尔在研究 射线共振吸收问题 ,他在总结、 吸收前人的研究基础上指出: 将发射和吸收光子的原子核置于晶格束缚之中 ,当发射和吸收光子时 ,由所在晶格来承担全部反冲 ,而原子核本身不受反冲的影响.这时所观察到的就是无反冲共振吸收. 所以 把这种原子核无反冲发射和共振吸收射线的现象称为 穆斯堡尔效应.,穆斯堡尔谱的产生,固体中的原子 ,可以实现光子的无反冲共吸收. 当无反冲射线经过一吸收体时 ,如果入射光子能量与吸收体中的某原子核的能级

2、间跃迁能量相等 ,这种能量的光子就会被吸收体共振吸收. 若要测出共振吸收的能量大小 ,必须发射一系列不同能量的光子. 与穆斯堡尔原子核跃迁能量相应的光子显著地被共振吸收 ,透过后为计数器所接收的光子数明显减少;而能量相差较大的光子 ,则不被共振吸收 ,透射光子计数较大. 这种经吸收后所测得的 光子数随入射光子的能量的变化关系 ,就称为 穆斯堡尔谱.,穆斯堡尔效应的应用,目前已广泛地应于物理学、 化学、 材料科学、 物理冶金学、 生物学和医学、 地质学、 矿物和考古等 许多领域 , 已发展成为一门独立的波谱学 穆斯堡尔谱学.,穆斯堡尔效应涉及固体中核激发态和基态能 级间的共振跃迁 ,因此核的能级

3、结构决定着谱形 状及诸参量 ,而共振核的能级结构又决定于核所 处的化学环境 ,所以穆斯堡尔谱能极为灵敏地反 映共振原子核周围化学环境的变化;并可以获得 共振原子核周围化学环境的变化 ,由它可以获得 共振原子的氧化态、 自旋态、 化学键的性质等 有关固体微观结构的信息.,穆斯堡尔效应的应用,穆斯堡尔效应的应用,穆斯堡尔谱能方便地确定某种固体(含穆斯堡尔核)是否为非晶态. 因为晶态固体的穆斯堡尔谱参量都有确定的值 ,共振谱线很尖锐 , 而非晶态固体 ,由于穆斯堡尔谱参量是连续或准连续分布的 ,因而共振谱线较宽.,穆斯堡尔效应的应用,穆斯堡尔谱可用于固体的相变研究 ,确定相变温度;对复杂物相可以进行

4、定性或定量的相分析;对未知物相 ,可作为 “指纹” 技术进行鉴别 ,含有同一穆斯堡尔原子的不同物相 ,一般说来它们的谱不同 ,只要它们的超精细参量中有一个显著不同 ,就可很容易地将它们区分开. 当有了一系列已知物相的谱参数以后 ,就可以将穆斯堡尔谱作为 “指纹” ,鉴定复合物中含有哪些物相. 由它们各自的共振谱线的积分强度 ,可定量或半定量地确定它们在复合物相中的比例;单一物相在发生相变时 ,若其中含有穆斯堡尔原子 ,则穆斯堡尔参数在相变点将有不连续的变化 ,据此可确定相变温度.,穆斯堡尔谱在固体的磁性研究中 ,可用来确定磁有序化温度、 磁有序化类型 ,即固体是铁磁性的还是反铁磁性的或亚铁磁性

5、的 ,分析磁性离子在各亚晶格间的布居 ,研究磁结构或自旋结构. 在微晶和非晶态固体的研究中 ,它特别有用 ,因为在这些情况下 ,研究固体的结构常用的 X 射线衍射技术已不敏感 ,在微晶研究方面 ,穆斯堡尔谱可以提供磁性微晶的弛豫过程、 磁各向异性能常数、 微晶的大小及其分布等方面的信息,穆斯堡尔效应的应用,穆斯堡尔谱方法在研究固态表面、 界面、 薄膜及超细小颗粒中发挥了重要作用 ,由谱中表面原子贡献的分量 ,可以获得表面原子的振动、 表面原 子的磁性等多方面的信息. 例如 ,在表面和界面的 磁性研究中 ,由谱超精细磁场的测量和分析得知 , 在 295K,表面原子的磁化强度的热无序大于体内 热无

6、序. 人们还发现 ,对于由 10 多个原子层组成 的磁性超薄膜 ,磁化强度随温度的变化近似为线 性的 ,而不是通常的 T3/ 2的关系. 这些结果均与理 论所预言的相符.,. 曾利用穆斯堡尔效应等方法研 究了中国古代北方著名的陕西耀州窑的唐三彩 , 由实验的观测研究可以推断在空气的氧化气氛中烧制 ,烧成温度约为 1000 . 又曾利用穆斯堡尔效 应等实验研究了陕西秦始皇兵马俑的原料、 河南宝丰著名汝瓷官窑遗址粘土、 河南巩县唐三彩窑 遗址粘土 , 由此比较未烧粘土和古陶瓷的谱参数 等 ,可以判断古陶瓷的原料来源、 烧制气氛和烧成 温度等等.,穆斯堡尔谱方法的优缺点,优点: (1) 设备和测量简单; (2) 可同时提供 多种物理和化学信息; (3) 分辨率高 ,灵敏度高 , 抗扰能力强 ,对试样无破坏; (4) 所研究的对象可 以是导体、 半导体或绝缘体 ,试样可以是晶态或非 晶态的材料 ,薄膜或固体的表层 ,也可以是粉末、 超细小颗粒 ,甚至是冷冻的溶液.,该方法局限性: 只有有限数量的核有穆斯堡 尔效应 ,且许多还必须在低温下进行. 这