电子显微学作业

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1、基于EELS的Ni-p非金合晶粉的晶化机理研究超细Ni-p合金粉由于具有极人的体积效应和表面效应，在催化剂、导电浆料、吸波材料、微孔过滤器、粉末冶金等领域显示出许多特界功能。作为一种新型材料，超细Ni-P合金粉在化工、能源、环保、军事、航空航天等领域的应用越来越受到关注。关于Ni-P合金粉体的催化性能和磁性能研究，以及Ni・P合金粉体的晶化过程研究道，但是Ni・P合金粉体的品化机理研究目前却尚未有统一认识。本文意在讨论利用EELS(电子能量损失谱)研究Ni-P合金粉的晶化机理，即为原位测定Ni-P-1h晶合金粉体在晶化过程中的化学位和

2、配位结构的变化。由液相脉冲还原法制备的Ni-P非晶合金粉体，在300°C时，开始结晶化。经XRD检测，Ni・P非晶合金粉的晶化过程包含“非晶一亚稳相一稳定相”三个阶段，真空退火处理后Ni-P合金粉的相组成分别为：亚稳相+非品、稳定相+亚稳相、稳定和，其中亚稳相为同步析出的NdPs和Ni5P2，稳定相为M3P和Ni,如图2。而另一研究却认为合金粉体在晶化过程屮依次出现的相为Ni3P>Ni5(P,N)2及Ni,其屮Ni5(P,N)2为亚稳相，如图2,3。2030405060708020(deg)图1不同温度热处理后Ni-P合金粉的XRD图

3、谱1#hctu加它I550^735()7300250•，r•-TFT・■ViW'If-•r»«ww»F»•艸51'iMMwtiMW*I&»WHWEwim性疊毗*5—”LbUiillIF304050607080901002rhela(Deg.)(Fl・3A=m=•MP0»

4、MiPXb图2不同温度热处理后Ni-P合金粉的XRD图谱2#AmorphousUNijP.Ni)、^^Ni^^Ni.P)00200300400500600700800T(°C)图3不同热处理温度下样品屮相成分的变化综合上述两者关于晶化过程的和纟R成，可以认为有图1得

5、到的结果可信度低于图2,3的结果，主要是退火温度较低，未能展现出整个晶化过程，未能检测到稳定相M3P和Ni。确定Ni・P合金粉体的晶化机理，除了XRD实验手段表征退火晶化过程的相组成外，还可以用XAFS分析，获収其最近邻结构信息；而通过本课程的学习，发现EELS也具有获収原子最近邻结构的能力，那么也可以采取EELS实验以确定Ni・P合金粉体的晶化机理。入射电了穿透样品时，与样品发生非弹性相互作用，电了将损失一部分能量。如果对出射电子按其损失的能量进行统计记数，便得到电子的能量损失谱。电子能量损失谱的精细结构可以提供元素的化学键态，最近

6、邻分布等结构信息。图4电子能量损失谱仪构造原理a)扇形磁场的色散和聚焦作用;b)并列检测电子能量损失谱仪tt;c)Castaing一Henry能量过滤器扇形磁场中心电子的回旋半径为r0=Ymov/eB(1)谱仪的色散度为AY/AE=(2r/E)(l+E/E0)/(l+E/2E。)(2)约化分布函数*(s)=J72r[p(r,s)-p0]sin(27rrs)dr⑶对eG)傅里叶变换导出反映近邻原子间距的约化密度函数为G(r)=8k©(s)sin(27?rs)ds原子的配位数CN为CN弋G(M+沁°(RJ-/?/)(5)在电子能量损失谱的

7、高能损失区(>50eV),由于内壳层电子激发，损失能量较高。电子能量损失谱的高能损失区山迅速下降的光滑背景和一般呈三角形状的电离吸收边二儿成。吸收边是样品屮所含元索的一种表征，卅于元索的定性、定量分析及吸收边的精细结构分析。电了能量损失谱吸收边精细结构包括近边吸收精细结构ELNES(Energylossnear-edgestructure)和扩展边吸收精细结构EXELFS(Energylossnear-edgestructure)o图5Core-loss高能损失范围谱图近边吸收精细结构为吸收边后侧50eV能量范围内出现两到三个清晰的峰

8、，与X射线吸收近边结构XANES相似，与费密能级上态密度的起伏以及引起电离吸收边的原子配位有关，因此它能反映出固体的能带结构、元索的化学状态。扩展边吸收精细结构为吸收边后侧50-300eV范围内存在的微弱振荡，与X射线吸收扩展边吸收精细结构EXAFS相似，是电离电子波和从近邻原子反射回來的波的一种相互干涉效应，通过把强度从振荡中分离，并进行傅里叶变换，得到约化密度函数RDF,町以估算原子的近邻原子间距和配位原子的个数。因此可通过电了能量损失谱分析原了的键合状态(ELNES)和近邻的原了配位情况(EXELFS)o鎳的K■吸收边及L・吸收

9、边和磷的K■吸收边附近范围能谱为感兴趣的频谱范围。400-60080010001200linerRy-I^oss(eV)图6过度金属的近边电了能蜃损失谱在Ni・P合金粉的晶化过程中，存在的相分别为Ni3P>Ni5(P,N