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1、几种表面分析技术在材料研究中的应用一薛群基等种表很汀么全析技术在材料祠汗究中的应用中国科学院兰州化学物理研究所薛群基阎逢元固体润滑开放研究实验室,,很重摘要从材料及所处的体系综合考虑材料的物理化学性能不仅取决于材料的本征特性和环境条件要的一个方面就是材料与环境的交接面的特性。因此,材料的表面界面研究一直是材料研究的重点。本文简要地讨论了几种表面界面分析技术的特点及其在材料研究中的应用情况。作者认为,只有充分了解各种表面分析技术的特点,综合运用多种表面分析技术,才能实现对材料表面更深入、更全面的认识。关键词材料研究表面分析技术应用前言析和研究提供了可
2、能。用不仅可以获得高,而且可以研究固体界质量的表面结构信息面相一一。人们往往把气固和气液交界面称为表互作用问题,一一。】,首先研究了面液固和固固交界面称为界面但从物理相等利用技术的角度去理解,表面和界面实际上都是一种相界磁记录系统中磁盘与弹性固体间的相互作用,。。,面而且两者并不存在着本质的差别最初对表力研究发现当磁盘表面涂有厚度大于,,面界面的理解是从二维结构开始的随着研究和的润滑液膜它与钨针半径为林间,,认识的深入现已将表面界面的概念扩展成三维的粘着相互作用力主要来自于液膜表面张力体相结构卜。材料表面的结构和物理化学性质而液膜厚度为几个纳米时其
3、相互作用值变得很,,不同于其基体材料的表面分析实际上也包括小特别是当液膜厚度为时具有最低的相界面分析技术在材料科学研究中一直占有举足互作用力,仅为无膜时的十分之一左右如图‘,。。,轻重的地位近十几年来得到了迅速的发展在所示系统的研究还表明体系的静摩擦力依,。常规表面分析技术应用领域不断扩大的同时还赖于盘与针头间的相互作用力出现,了许多新的研究方法特别是核分析技术成功地用‘,于材料表面的研究领域体并取得了重红外谱。,要的结果本文只对近年来发展较快的几种表面,分析技术及其应用做一简单介绍而常规分析方法,红外技术主要是研究分子基团的振动特和一些大家熟悉的
4、先进技术如光电子能谱。,,、俄歇能谱等,在此不再赘述。性近几年随着仪器设备的不断发展具有高稳定性、低噪音、高灵敏度探测器以及宽频率范围的红外谱仪相继出现,从而使得该项技术成功原子力显微镜,,地用于研究材料的表面或界面特性可灵敏地获得材料表面及表面吸附物的结构及化学信息,而且在一定条件下还能够实现动态监测。年由等人研制出了世界上,反射红外可第一台扫描隧道显微镜从光学原理上来讲以实现表面,’峪,,,分析的目的但是必须克服两个主要问题】首在此基础上于年又,开发出原子力显微镜。的出现极大地推动先要能够获得质量尽可能高的红外谱图这对于,,已成为表面界面研究的
5、超薄膜来讲通常存在着一定的难度其次要能了表面科学研究的发展,最为先进的手段,它为材料表面结构更彻底地分够正确地解释实验谱图这是因为光反射效应中国表面工程年第期总第期如偏光效应使得反射红外与透射,红外存在着强度随层状填料含量的增加而增加该谱峰与。一、较大的差异因此用反射红外研究材料的表面需反对称伸缩振动谱峰相互叠加如图。要采取一定的实验技巧发明了一所示,从而造成一反对称伸缩振动谱峰逐了,,。,种金刚石反射槽图所示渐向低波数方向位移的现象研究表明这一现、“”,“成功地动态研究了二烷基二硫代磷酸锌象与液体的溶剂效应相同表现为固体溶、”,在高温高压剪切条件
6、下的边界润滑剂效应其原因在于层状填料在共混过程中优。,,问题研究表明的降解主要是由压力先向聚合物表面发生转移或吸附从而造成了表,。增加而引起的而不是由摩擦热致降解所决定面聚合物分子周围的化学环境发生了变化这一的此外还发现,伴随着对磨材料的磨损,在表研究结果在擦涂实验中得到证实如图所面上将形成一层较厚的无机保护膜。示,而且这一现象在大多数聚合物一一层状填料的共混过程中普遍存在。里田无润滑图金刚石反射槽的结构示意图低能光子辐射,吟一一目材料两相界面处的化学键合通常伴随着双,匆电层的形成因此静电力对界面的结合来讲是十分重要的。用具有几个能量的低能光子辐射
7、技术,并结合计算法有液态功能润滑剂研究了金属一聚合物界面区域的静电力问题。由、,图半径为林的金刚石针尖与有无于该能量范围与双电层的能量宽度相接近因此润滑的基体间相互作用力的分布比较界面荷电效应将直接受到快二次电子的影响。图一给出了界面的电荷分布随光子能量的和”〕在研究层状填料与聚四氟乙烯。,变化研究表明界面结合特性与光子能量以及,共混物的反射红外光谱时发现随层状填料含量材料的原子序数具有相关性。的增加,一反对称伸缩振动谱峰向低波数方向,一。位移而对称伸缩振动谱峰保持相对稳定正电子湮没谱。他们采用变角反射红外技术研究了这一现象研,究发现,谱峰位移的原
8、因在于一反对称伸缩振,动与对称伸缩振动之间出现了新的谱峰而且其,正电子湮没作为一种先进的核分析技术其几种表面分析技术在材料
