1、Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 第四章第四章 材料現(xiàn)代分析方法概述材料現(xiàn)代分析方法概述 Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineerin

2、g DepartmentMaterial modern analysis method 材料現(xiàn)代分析方法是關(guān)于材料成分、結(jié)構(gòu)、微觀形貌與缺陷等的現(xiàn)代分析、測試技術(shù)及其有關(guān)理論基礎(chǔ)的科學(xué)。 包括材料（整體）成分、結(jié)構(gòu)分析，也包括材料表面、微區(qū)分析、形貌分析等諸多內(nèi)容。 材料分析是通過表征材料的物理性質(zhì)或物理化學(xué)性質(zhì)參數(shù)及其變化（測量信號或特征信息）的檢測實現(xiàn)的。Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering Dep

3、artmentMaterial modern analysis method 基于電磁輻射及運(yùn)動粒子與物質(zhì)相互作用的各種性質(zhì)建立的各種方法已成為材料現(xiàn)代分析方法的重要組成部分，大體可以分為光譜分析、電子能譜分析、衍射分析與電子顯微鏡分析等四大類方法。 基于其它物理性質(zhì)或電化學(xué)性質(zhì)與材料的特征關(guān)系，可大體分為色譜分析、質(zhì)譜分析、電化學(xué)分析及熱分析等方法Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering Departme

4、ntMaterial modern analysis method 各種方法的分析、檢測過程均可大體分為信號發(fā)生、信號檢測、信號處理及信號讀出等幾個步驟。相應(yīng)的分析檢測儀器有信號發(fā)生器、檢測器、信號處理器與讀出裝置等幾個部分。 信號發(fā)生器是使樣品產(chǎn)生（原始）分析信號，檢測器則將原始信號轉(zhuǎn)換為更易于測量的信號（如光電管將光信號轉(zhuǎn)換為電信號）并加以檢測，被檢測信號經(jīng)信號處理器放大、運(yùn)算、比較等后有讀出裝置轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀蝗俗x出的信號被記錄或顯示出來。 依據(jù)檢測信號與材料的特征關(guān)系，分析、處理讀出信號，即可實現(xiàn)材料分析的目的。Huaihua University Chemistry and chemica

5、l egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 衍射分析方法概述衍射分析方法概述 光譜分析方法概述光譜分析方法概述 電子能譜分析方法概述電子能譜分析方法概述 電子顯微分析方法概述電子顯微分析方法概述 色譜、質(zhì)譜及電化學(xué)分析方法概述色譜、質(zhì)譜及電化學(xué)分析方法概述 Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua Univ

6、ersity Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 第一節(jié)第一節(jié) 衍射分析方法概述衍射分析方法概述 X射線衍射分析射線衍射分析XRD 衍射分析衍射分析 電子衍射分析電子衍射分析ED 中子衍射分析中子衍射分析 電磁輻射或運(yùn)動電子束、中子束等與材料相互作用產(chǎn)生相干散射（彈性散射），相干散射相長干涉的結(jié)果-衍射是材料衍射分析方法的技術(shù)基礎(chǔ)。Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua Univ

7、ersity Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 一、一、X射線衍射分析（射線衍射分析（XRD） 德拜法（德拜德拜法（德拜-謝樂法）謝樂法） 照相法照相法 聚焦法聚焦法 多晶體衍射方法多晶體衍射方法 針孔法針孔法 衍射儀法衍射儀法 勞埃法勞埃法 單晶體衍射方法單晶體衍射方法 周轉(zhuǎn)晶體法周轉(zhuǎn)晶體法 四圓衍射儀法四圓衍射儀法 Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua Universit

8、y Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 德拜相機(jī)與實驗技術(shù)德拜相機(jī)與實驗技術(shù)圖圖 給出了德拜相機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖給出了德拜相機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method Huaihua Universi

9、ty Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method (a)透射法透射法(b)背射法背射法勞厄?qū)嶒炑b置圖及衍射花樣勞厄?qū)嶒炑b置圖及衍射花樣過底片過底片中心的中心的橢圓上橢圓上，每個，每個橢圓屬橢圓屬同一晶同一晶帶帶分布在分布在雙曲線雙曲線上，每上，每條雙曲條雙曲線同一線同一晶帶晶帶Huaihua University Chemistry and chemical eg

10、ineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 采用單色采用單色X射線束照射轉(zhuǎn)動著的單晶，由晶體產(chǎn)生的衍射線束射線束照射轉(zhuǎn)動著的單晶，由晶體產(chǎn)生的衍射線束在照相底片上形成分立的衍射斑點，構(gòu)成轉(zhuǎn)晶相機(jī)。在照相底片上形成分立的衍射斑點，構(gòu)成轉(zhuǎn)晶相機(jī)。 Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chem

11、istry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 四圓：四圓： 、 、 、2 圓圓：圍繞安置晶體的軸旋轉(zhuǎn)的圓； 圓圓：安裝測角頭的垂直圓，測角頭可在此圓上運(yùn)動； 圓圓：使垂直圓繞垂直軸轉(zhuǎn)動的圓即晶體繞垂直軸轉(zhuǎn)動的圓； 四圓衍射儀是近年來在綜合衍射儀法與周轉(zhuǎn)晶體法基礎(chǔ)上發(fā)展四圓衍射儀是近年來在綜合衍射儀法與周轉(zhuǎn)晶體法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的單晶體衍射方法，已成為單晶體結(jié)構(gòu)分析的最有效方法起來的單晶體衍射方法，已成為單晶體結(jié)構(gòu)分析的最有效方法。四圓衍射儀由。四圓衍射儀由光源、樣品臺、檢測器等部件構(gòu)成光源、樣品臺、

12、檢測器等部件構(gòu)成，其，其特點特點是是實現(xiàn)樣品在空間實現(xiàn)樣品在空間3個方向的圓運(yùn)動（轉(zhuǎn)動）以及檢測器的圓運(yùn)動個方向的圓運(yùn)動（轉(zhuǎn)動）以及檢測器的圓運(yùn)動（轉(zhuǎn)動），前（轉(zhuǎn)動），前3個圓運(yùn)動共同調(diào)節(jié)晶體樣品的取向，后者保證衍個圓運(yùn)動共同調(diào)節(jié)晶體樣品的取向，后者保證衍射線進(jìn)入檢測器射線進(jìn)入檢測器。 Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis metho

13、d Intensity強(qiáng)度強(qiáng)度 counts計數(shù)計數(shù)樣品編號縱坐標(biāo)衍射強(qiáng)度縱坐標(biāo)衍射強(qiáng)度CPS（counts per second) 或或a.u. (arbitrary unit)橫坐標(biāo)橫坐標(biāo)2 衍射方向（衍射線在空間分布的方位）衍射方向（衍射線在空間分布的方位）Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 2 隨著隨著2角的增

14、大，物相衍射峰的強(qiáng)角的增大，物相衍射峰的強(qiáng)度整體下降。度整體下降。 Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method XRD的應(yīng)用的應(yīng)用 單一物相的鑒定或驗證單一物相的鑒定或驗證 物相定性分析物相定性分析 物相分析物相分析 （物相鑒定）（物相鑒定） 混合物相的鑒定混合物相的鑒定 物相定量分析物相定量分析 點陣常數(shù)（晶胞參數(shù)）測定點陣

15、常數(shù)（晶胞參數(shù)）測定 晶體結(jié)構(gòu)分析晶體結(jié)構(gòu)分析 晶體對稱性（空間群）的測定晶體對稱性（空間群）的測定 等效點系的測定等效點系的測定 晶體定向晶體定向 非晶體結(jié)構(gòu)分析非晶體結(jié)構(gòu)分析 晶粒度測定晶粒度測定 宏觀應(yīng)力分析宏觀應(yīng)力分析 固溶體研究等等固溶體研究等等Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 二、電子衍射分析二、電子衍射

16、分析 高能電子衍射高能電子衍射 依據(jù)入射電子的能量大小依據(jù)入射電子的能量大小 低能電子衍射低能電子衍射 透射式電子衍射透射式電子衍射 依據(jù)電子束是否穿透樣品依據(jù)電子束是否穿透樣品 反射式電子衍射反射式電子衍射 常見的三種電子衍射方法：常見的三種電子衍射方法： 電子衍射（透射電鏡上進(jìn)行，屬高能透射電子衍射）（電子衍射（透射電鏡上進(jìn)行，屬高能透射電子衍射）（ED） 反射高能電子衍射（反射高能電子衍射（RHEED） 低能電子衍射（低能電子衍射（LEED） Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua Un

17、iversity Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method X射線衍射儀射線衍射儀 電子探針儀電子探針儀 掃描電鏡掃描電鏡X 射射 線線 二次電子二次電子韌致輻射韌致輻射 入射電子入射電子 背散射電子背散射電子陰極熒光陰極熒光 吸收吸收 俄歇電子俄歇電子 試試 樣樣 透射電子透射電子 衍射電子衍射電子 俄歇電鏡俄歇電鏡 透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡 電子衍射儀電子衍射儀電子與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的信息及相應(yīng)儀器電子與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的信息及相應(yīng)儀器電子與固體物質(zhì)的電子與固體物質(zhì)的相互作用相

18、互作用 Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 電子槍電子槍聚光鏡聚光鏡物鏡物鏡樣品室樣品室放大鏡放大鏡電子電子光學(xué)光學(xué)系統(tǒng)系統(tǒng)觀察室觀察室p通常，通常，TEM由電子光學(xué)由電子光學(xué)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、循環(huán)冷卻系統(tǒng)和系統(tǒng)、循環(huán)冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)組成，其中電子，其中電子光學(xué)系統(tǒng)是主要組成部

19、分。光學(xué)系統(tǒng)是主要組成部分。為保證機(jī)械穩(wěn)定性，各部為保證機(jī)械穩(wěn)定性，各部分以直立積木式結(jié)構(gòu)搭建。分以直立積木式結(jié)構(gòu)搭建。Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 照明部分示意圖照明部分示意圖陰極（接陰極（接負(fù)高壓）負(fù)高壓）控制極（比陰極控制極（比陰極負(fù)負(fù)1001000伏）伏）陽極陽極電子束電子束聚光鏡聚光鏡試樣試樣Huaih

20、ua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 上圖是一個選區(qū)電子衍射的實例，其中圖上圖是一個選區(qū)電子衍射的實例，其中圖a是一個簡單的明場像，圖是一個簡單的明場像，圖b、c和和d是對圖是對圖a中的不同區(qū)域進(jìn)行選區(qū)電子衍射操作以后得到的結(jié)果。中的不同區(qū)域進(jìn)行選區(qū)電子衍射操作以后得到的結(jié)果。Huaihua University Chemistr

21、y and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method X射線衍射與電子衍射射線衍射與電子衍射TEM上上分析方法的比較分析方法的比較Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMater

22、ial modern analysis method 電子衍射與電子衍射與X射線衍射的區(qū)別及特點射線衍射的區(qū)別及特點電子衍射與電子衍射與X射線衍射的主要區(qū)別在于電子波的波長射線衍射的主要區(qū)別在于電子波的波長短，受物質(zhì)的散射強(qiáng)（原子對電子的散射能力比短，受物質(zhì)的散射強(qiáng)（原子對電子的散射能力比X射線射線高一萬倍）。高一萬倍）。 電子波長短，決定了電子衍射的幾何特點，它使電子波長短，決定了電子衍射的幾何特點，它使單單晶的電子衍射譜和晶體倒易點陣的二維截面完全相晶的電子衍射譜和晶體倒易點陣的二維截面完全相似似，從而使晶體幾何關(guān)系的研究變得方便多了。，從而使晶體幾何關(guān)系的研究變得方便多了。 散射強(qiáng)散射強(qiáng)

23、Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 電子衍射分析（重要）電子衍射分析（重要） 電子衍射與電子衍射與X射線衍射的基本原理是完全一樣的，兩種技射線衍射的基本原理是完全一樣的，兩種技術(shù)所得到的晶體衍射花樣在幾何特征上也大致相似，電子衍術(shù)所得到的晶體衍射花樣在幾何特征上也大致相似，電子衍射與射與X射線衍射相比的突出特點為：射線

24、衍射相比的突出特點為： 在同一試樣上把物相的形貌觀察與結(jié)構(gòu)分析結(jié)合起來；在同一試樣上把物相的形貌觀察與結(jié)構(gòu)分析結(jié)合起來； 物質(zhì)對電子的散射更強(qiáng)，約為物質(zhì)對電子的散射更強(qiáng)，約為X射線的一百萬倍，且衍射射線的一百萬倍，且衍射強(qiáng)度大，所需時間短，只需幾秒鐘。強(qiáng)度大，所需時間短，只需幾秒鐘。Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method

25、電子衍射分析方法的應(yīng)用電子衍射分析方法的應(yīng)用常常集成在薄膜制備設(shè)備上常常集成在薄膜制備設(shè)備上Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 25 第三節(jié)第三節(jié) 光譜分析方法概述光譜分析方法概述 原子發(fā)射光譜分析原子發(fā)射光譜分析(AES） 原子吸收光譜分析原子吸收光譜分析(AAS) 原子熒光光譜分析原子熒光光譜分析(AFS) 紫外、

26、可見紫外、可見(分子分子)吸收光譜分析吸收光譜分析(UV、VIS) 紅外紅外(分子分子)吸收光譜分析吸收光譜分析(IR) 分子熒光光譜分析分子熒光光譜分析(FS) 分子磷光光譜分析分子磷光光譜分析 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析(XFS，XRF，F(xiàn)XS) 核磁共振波譜分析核磁共振波譜分析(NMR) 拉曼拉曼(Raman)光譜分析光譜分析Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMat

27、erial modern analysis method 光分析法光分析法光譜分析法光譜分析法非光譜分析法非光譜分析法原子光譜分析法原子光譜分析法分子光譜分析法分子光譜分析法原原子子吸吸收收光光譜譜原原子子發(fā)發(fā)射射光光譜譜原原子子熒熒光光光光譜譜X射射線線熒熒光光光光譜譜折折射射法法圓圓二二色色性性法法X射射線線衍衍射射法法干干涉涉法法旋旋光光法法紫紫外外光光譜譜法法紅紅外外光光譜譜法法分分子子熒熒光光光光譜譜法法分分子子磷磷光光光光譜譜法法核核磁磁共共振振波波譜譜法法p光譜方法，主要研究不同波長光譜方法，主要研究不同波長的電磁波與被測物質(zhì)相互作用的電磁波與被測物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的吸收或發(fā)射現(xiàn)

28、象，獲而產(chǎn)生的吸收或發(fā)射現(xiàn)象，獲得原子或分子能級特性方面的得原子或分子能級特性方面的信息。信息。Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 光譜分析法光譜分析法吸收光譜法吸收光譜法發(fā)射光譜法發(fā)射光譜法原子光譜法原子光譜法分子光譜法分子光譜法原原子子發(fā)發(fā)射射原原子子吸吸收收原原子子熒熒光光X射射線線熒熒光光原原子子吸吸收收紫紫外

29、外可可見見紅紅外外可可見見核核磁磁共共振振紫紫外外可可見見紅紅外外可可見見分分子子熒熒光光分分子子磷磷光光核核磁磁共共振振化化學(xué)學(xué)發(fā)發(fā)光光原原子子發(fā)發(fā)射射原原子子熒熒光光分分子子熒熒光光分分子子磷磷光光X射射線線熒熒光光化化學(xué)學(xué)發(fā)發(fā)光光Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method Huaihua University Chemi

30、stry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 光源或光源或熾熱固體熾熱固體樣品容器樣品容器分光系統(tǒng)分光系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換信號處理器信號處理器光源燈或光源燈或激光激光樣品容器樣品容器分光系統(tǒng)分光系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換信號處理器信號處理器光源光源+ +樣品樣品分光系統(tǒng)分光系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換信號處理器信號處理器吸收吸收熒光熒光發(fā)射發(fā)射組成：光源，單色器，樣品容器，檢測器（光電轉(zhuǎn)換

31、器、電組成：光源，單色器，樣品容器，檢測器（光電轉(zhuǎn)換器、電子讀出、數(shù)據(jù)處理及記錄）。子讀出、數(shù)據(jù)處理及記錄）。Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 發(fā)射光譜發(fā)射光譜電子或者其它電子或者其它基本粒子基本粒子原子原子,離子離子,分子分子轟擊轟擊原子原子*, 離離子子*,分子分子*原子原子,離子離子,分子分子X激發(fā)激發(fā)激發(fā)態(tài)激

32、發(fā)態(tài)基態(tài)基態(tài)基態(tài)基態(tài)能量能量發(fā)射發(fā)射電弧電弧,火花火花,火火焰焰, ICP原子原子,離子離子,分子分子原子原子*,離子離子*,分子分子*原子原子,離子離子,分子分子UV,VIS,IR激發(fā)激發(fā)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)基態(tài)基態(tài)基態(tài)基態(tài)能量能量發(fā)射發(fā)射電磁輻射或者電磁輻射或者化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)原子原子,離子離子,分子分子光（一次光）光（一次光）原子原子*, 離離子子*,分子分子*原子、離原子、離子、分子子、分子熒光（二次光）熒光（二次光）激發(fā)激發(fā)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)基態(tài)基態(tài)基態(tài)基態(tài)能量能量發(fā)射發(fā)射AESX-rayAFS,MFS,XFS 產(chǎn)生的輻射通稱為發(fā)射光譜，以輻射產(chǎn)生的輻射通稱為發(fā)射光譜，以輻射能對輻射頻率或波長作圖

33、可得到發(fā)射光能對輻射頻率或波長作圖可得到發(fā)射光譜圖譜圖：Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 吸收光譜吸收光譜 現(xiàn)象：當(dāng)電磁輻射通過固體、液體或氣體時，具一定頻率現(xiàn)象：當(dāng)電磁輻射通過固體、液體或氣體時，具一定頻率(能量能量)的輻的輻射將能量轉(zhuǎn)移給處于基態(tài)的原子、分子或離子，并躍遷至高能態(tài)，從射將能量轉(zhuǎn)移給處于基態(tài)的原子、

34、分子或離子，并躍遷至高能態(tài)，從而使這些輻射被而使這些輻射被選擇性地選擇性地吸收。吸收。原子吸收：原子吸收光譜分析原子吸收：原子吸收光譜分析(AAS);分子吸收：紫外可見光度分析分子吸收：紫外可見光度分析(UV-Vis)；分子吸收：紅外光譜分析分子吸收：紅外光譜分析(IR)及拉曼光譜及拉曼光譜(Raman) ；核吸收：核磁共振光譜核吸收：核磁共振光譜(NMR)。電磁輻射電磁輻射原子、離原子、離子、分子子、分子光光原子原子*、離、離子子*、分子、分子*原子、離原子、離子、分子子、分子激發(fā)激發(fā)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)基態(tài)基態(tài)基態(tài)基態(tài)能量能量吸收吸收Huaihua University Chemistry and

35、 chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 美國熱電美國熱電Nicolet5700型傅里葉變換紅外吸收光譜儀型傅里葉變換紅外吸收光譜儀 5700FT-IRHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering Dep

36、artmentMaterial modern analysis method MRI is used for imaging of all organs in the bodyHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 34 光譜分析方法的應(yīng)用光譜分析方法的應(yīng)用Huaihua University Chemistry and

37、chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method （或（或XRF）Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 固體樣品固體樣品也

38、可直接也可直接分析分析發(fā)光材料、納米材料、光電子材料發(fā)光材料、納米材料、光電子材料、半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體材料固體能帶結(jié)構(gòu)分析固體能帶結(jié)構(gòu)分析現(xiàn)在加上特殊附件可直現(xiàn)在加上特殊附件可直接分析接分析發(fā)光材料、納米材料、光電子材料發(fā)光材料、納米材料、光電子材料、半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體材料固體樣品固體樣品也可直接也可直接分析分析Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern a

39、nalysis method 37 固體樣品固體樣品也可直接也可直接分析分析Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 第四節(jié)第四節(jié) 電子能譜分析方法概述電子能譜分析方法概述 X射線光電子能譜射線光電子能譜(XPS) 光電子能譜光電子能譜 紫外光電子能譜紫外光電子能譜(UPS) X射線激發(fā)俄歇電子能譜射線激發(fā)俄歇電子能譜(XA

40、ES) 俄歇電子能譜俄歇電子能譜 電子激發(fā)電子激發(fā)俄歇電子能譜俄歇電子能譜(AES) 因最初以化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用為主因最初以化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用為主要目標(biāo)，故又稱為要目標(biāo)，故又稱為化學(xué)分析化學(xué)分析用電子能譜法用電子能譜法(ESCA)。 Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 電子能譜分析方法電子能譜分析方法Huaihua Univers

41、ity Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 光電子能譜與俄歇電子能譜分析方法的應(yīng)用光電子能譜與俄歇電子能譜分析方法的應(yīng)用Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering Dep

42、artmentMaterial modern analysis method 電子能譜分析可使用電子能譜分析可使用固體樣品固體樣品、氣體樣品氣體樣品和和液體樣品液體樣品液體液體樣品應(yīng)蒸發(fā)為氣體或沸騰或做成載體樣品應(yīng)蒸發(fā)為氣體或沸騰或做成載體(線線)上的液體膜等上的液體膜等。Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method X射線光電

43、子能譜儀（射線光電子能譜儀（XPS）/ 俄歇能譜儀（俄歇能譜儀（AES） Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 光電子能譜儀的結(jié)構(gòu) 電子能譜儀主要由激發(fā)源、電子能量分析器、探測電子的監(jiān)測器和真空系統(tǒng)等幾個部分組成。Huaihua University Chemistry and chemical egineering D

44、epartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 44 第五節(jié)第五節(jié) 電子顯微分析方法概述電子顯微分析方法概述 透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡(TEM)簡稱簡稱透射電鏡透射電鏡 掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡(SEM)簡稱簡稱掃描電鏡掃描電鏡 電子探針電子探針X射線顯微分析射線顯微分析簡稱簡稱電子探針電子探針(EPA或或EPMA)：波：波譜儀譜儀(波長色散譜儀，波長色散譜儀，WDS)與與能譜儀能譜儀(能量色散譜儀，能量色散譜儀，EDS) 電子

45、激發(fā)俄歇電子能譜電子激發(fā)俄歇電子能譜簡稱簡稱俄歇電子能譜俄歇電子能譜(EAES或或AES) Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method （1） 透射電子顯微鏡（透射電子顯微鏡（TEM） 透射電子顯微鏡則是將透過薄試樣后的、帶有試樣形貌透射電子顯微鏡則是將透過薄試樣后的、帶有試樣形貌或結(jié)構(gòu)信息的彈性散射電子、經(jīng)多次聚焦放大，最后

46、在鏡簡或結(jié)構(gòu)信息的彈性散射電子、經(jīng)多次聚焦放大，最后在鏡簡下方的熒光屏上一次直接成像，成像過程示意圖如下：下方的熒光屏上一次直接成像，成像過程示意圖如下：Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method TEM的分辨率可達(dá)的分辨率可達(dá)0.1nm左右，放大倍數(shù)為左右，放大倍數(shù)為100倍倍100萬萬倍，可配備倍，可配備EDS和和EELS

47、（電子能量損失譜），能夠在原子尺（電子能量損失譜），能夠在原子尺度上直接觀察材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、相組成、相分布及晶體位錯度上直接觀察材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、相組成、相分布及晶體位錯、晶界、晶體缺陷等，這種細(xì)微物質(zhì)結(jié)構(gòu)用普通、晶界、晶體缺陷等，這種細(xì)微物質(zhì)結(jié)構(gòu)用普通SEM是不能是不能分辨的。它使用的加速電壓為分辨的。它使用的加速電壓為200KV500KV，對有機(jī)物樣品，對有機(jī)物樣品有破壞作用。有破壞作用。 TEM要求很薄試樣，厚度一般要小于要求很薄試樣，厚度一般要小于100nm, 制備這樣薄制備這樣薄的試樣較為困難，樣品制備技術(shù)要求較高，通常先將樣品減的試樣較為困難，樣品制備技術(shù)要求較高，通常先將樣品減薄到

48、薄到80m，再用離子減薄到合適厚度，再用離子減薄到合適厚度(如用離子束轟擊樣品如用離子束轟擊樣品)。它的操作維護(hù)比較復(fù)雜。它的操作維護(hù)比較復(fù)雜,分析區(qū)域小，代表性差。分析區(qū)域小，代表性差。Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method (2)掃描電子顯微鏡（掃描電子顯微鏡（SEM） 這里指使用鎢W燈絲或六硼化鑭燈絲作為陰極的掃描電

49、子顯微鏡（SEM）。它的成像原理如前圖所示。成像過程是鏡筒內(nèi)的聚焦入射電子束(簡稱電子探針)在試樣表面掃描，激發(fā)出各種信號(如二次電子)，經(jīng)檢測、放大后，最終在鏡筒外的顯示器上形成一幅反映試樣表面形貌、組成及其它物化性能的掃描圖象。Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 目前它的分辨率約36nm, 放大倍數(shù)一般為幾倍到幾十

50、萬倍，要求的真空度為10-510-6 torr，使用的加速電壓為0.2KV30KV，可以觀察固體塊、粉末樣品表面的形貌，通常與 X-射線能譜儀EDS相組合，用以分析物質(zhì)成分。它的應(yīng)用最為廣泛，發(fā)展最為迅速。 據(jù)知，目前歐洲電鏡廠家可以在SEM上配置透射電子檢測探頭，從而具有TEM的功能，不過由于受加速電壓的限制（最大40KV）,這種TEM的功能僅適于生物、有機(jī)物樣品。Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering

51、 DepartmentMaterial modern analysis method 49 電子顯微分析方法電子顯微分析方法Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 能譜探頭能譜探頭 掃描電鏡掃描電鏡 Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 現(xiàn)代固體表面分析方法，不屬于電子顯微分析方法。現(xiàn)代固體表面分析方法，不屬于電子顯微分析方法。Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis