现代纳米科学与纳米材料.ppt

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1、纳米功能材料及应用金海云2010.10.21什么是材料？我们为什么要了解材料？材料研究的方法是什么？材料是宇宙间可用于制造有用物品的物质。有用指除了使用价值外，还需具有一定的性能，如物理性质，化学性质和力学性能等。物品可以是单件的器件或元件，可以是组装的机器与仪器，也可以是集成的系统。根据材料的基本性质与结构，可以将其分为四大类，即金属，陶瓷，聚合物和复合材料。Involvesthegenerationandapplicationofknowledgerelatingthecomposition,structur

2、e,andtheprocessingofmaterialstotheirpropertiesanduses.材料组成、结构、加工与材料性质、使用之间关系的发现与应用。现代纳米科学的起点费因曼博士1959年Thereplentyroomatthebottom.底部大有可为纳米材料的检测分析技术透射电子显微镜扫描电子显微镜扫描隧道显微镜（STM）原子力显微镜X光衍射仪形态结构(微纳构型)：TEM，SEM，STM，AFMMorphology(themicrostructuralornanostructuralarchi

3、tecture)晶体结构(原子排列方式)：XRD，ED，LEEDCrystalstructure(thedetailedatomicarrangementinthechemicalphasescontainedwithinthemicrostructure）化学组成(元素与分子构成)：EDS，AESChemistry(theelementsandpossiblymoleculargroupingspresent)电子结构(键)：IR，UVElectronicstructure(thenatureofthebond

4、ingbetweenatoms)电子显微镜SEM：Scanelectronmicroscope材料学院，理学院TEM：transmissionelectronmicroscope材料学院一.光学显微镜：人的眼睛:分辨极限0.1毫米(100微米)。光学显微镜:分辨极限0.2微米(细菌、细胞)。显微镜的分辨极限公式（阿贝公式）为：d=0.61/(Nsin)，Nsin是透镜的孔径数。其最大值为1.3。光镜采用的可见光的波长为400~760nm。观察更微小的物体必须利用波长更短的波作为光源。透射电子显微镜(TE

5、M)transmissionelectronmicroscopeNo.R/mmK/mm·ÅMeasuredd/ÅStandardd/ÅPlaneIndices(hkl)14.9716.503.3193.32800227.7516.502.1292.16910039.7616.501.6921.664004413.5016.501.2221.252110SAD衍射花样的分析结果SAD衍射花样的分析结果二.电子显微镜的电子光学基础1924年德布洛依提出了微观粒子具有波粒二象性的假设。1929诺贝尔物理例如100kV电

6、压下加速的电子，德布洛依波的波长为0.037埃，比可见光的波长小几十万倍。1922年，物理学家布施利用电子在磁场中的运动与光线在介质中的传播相似的性质，可以实现电子波聚焦，研究成功了电子透镜，为电镜的发明奠定了基础。电子显微镜：当高能入射电子束轰击样品表面时，入射电子束与样品间存在相互作用，有99%以上的入射电子能量转变成样品热能，而余下的约1％的入射电子能量，将从样品中激发出各种有用的信息。我们的电子显微镜利用的就是这些信息。1)二次电子：从距样品表面l00Å左右深度范围内激发出来的低能电子。<50eV---S

7、EM2)背散射电子：从距样品表面0.1—1μm深度范围内散射回来的入射电子，其能量近似入射电子能量。SEM、低能电子衍射3)透射电子：如果样品足够薄(1μm以下)。透过样品的入射电子为透射电子，其能量近似于入射电子能量。TEM4)吸收电子：残存在样品个的入射电子。吸收电子像(表面化学成份和表面形貌信息)5)俄歇电子：从距样品表面几Å深度范围内发射的并具有特征能量的二次电子。AES6)非弹性散射电子：入射电子受到原子核的吸引改变方向电子。能量损失谱。原子核(连续波长X射线)和核外电子(二次电子和特征X射线)7)X射

8、线(光子)：由于原子的激发和退激发过程，从样品的原子内部发射出来的具有一定能量的特征X射线，发射深度为0.5—5μm范围。8)阴极荧光：入射电子束发击发光材料表面时，从样中激发出来的可见光或红外光。9)感应电动势：自由载流子在半导体的局部电场作用下,各自运动到一定的区域积累起来,形成净空间电荷而产生电位差。1932—1933年间，德国Ruska和Knoll等在柏林制成了第