纳米材料表征课件.ppt

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1、油气田材料与应用：杨元意纳米材料表征在纳米材料研究过程中,材料测试技术同材料制备技术如同研究工作者的眼和手一样,一直是相互联系、相互支持。对纳米材料的研究离不开纳米测试技术。纳米材料的性能是由材料表面形貌、内部结构和化学组成决定。纳米材料测试技术是一项对纳米材料上述三方面性质进行测量的系统工程。引言：表征方法：1.扫描隧道显微镜(STM)2.透射电子显微镜（TEM）3.扫描电子显微镜(SEM)4.原子力显微镜(AFM)5.扫描力显微镜（SFM）扫描隧道显微镜(STM):STM的工作原理：当两个导体间存在一定的电压差时,电子便会以一定的概率从一个导体飞向另一个导体,就像穿过中间

2、的隧道一样形成电流，故称为隧道电流(IT)。STM所测量的电流信号即是探针与样品间的隧道电流。通过测量探针在样品表面近距离进行二维或三维扫描时所产生的电流信号变化及探针与样品间相对位置,实现材料表面形貌的测量。STM是由三部分即探针及扫描器、电子学控制和计算机数据处理及显示组成。STM成像应用实例1990年伊格勒和施罗德最先完成了用STM将氙原子在金属表面排列出“IBM”三个字母的工作,并发表在Nature杂志上。STM成像应用实例STM成像应用实例用STM观察到的电子波浪扫描电子显微镜(SEM)电子显微技术主要是通过电子显微镜来进行样品的形貌分析,它包括SEM和TEM。在S

3、EM的成像过程中高能电子束被聚焦到样品表面,并对样品进行扫描。由于高能电子束与试样的相互作用而产生二次电子,这些二次电子被接收和放大后送到显像管的栅极上,调制显像管的亮度。控制电子束扫描位置与显像管成像荧光屏上的亮度位置一一对应就可以进行成像分析。由于二次电子的发生量取决于样品表面的凹凸形状,因此SEM给出的样品图像具有很强的立体感。此外,SEM的放大倍数可从10倍到100万倍连续可调,即可用低倍像观察样品的全貌,用高倍像观察样品的局部细微结构,因此,它是一种实用的表面形貌测试手段。扫描电子显微镜(SEM)扫描电子显微镜(SEM)SEM焊缝组织透射电子显微镜(TEM)TEM主

4、要由电子光学部分、真空部分和电子部分。其中电子光学部分是TEM的最主要部分,它由照明系统、成像系统和像的观察记录系统组成。TEM的照明系统包括电子枪和几个聚焦镜。电子枪的工作电压越高,产生的电子束能量越大,电子束的波长就越短,显微镜的分辨率越高,目前TEM的最高空间分辨率可达0.1nm。成像系统中包括物镜、中间镜和投影镜。通过各透镜对电子束的折射作用,最终在荧光屏上得到放大的电子像和衍射谱。当一束平行光照射到具有周期性结构的物体时,便产生衍射现象。各衍射束经透镜聚焦就能在后焦面上形成衍射振幅的极大值。每个振幅极大值又可以看作是次级相干源,由它们发出的次级波在像平面上相干成像。

5、对于透射电镜,改变中间镜的电流,使中间镜的物平面从一次像平面移向物镜的后焦面,就可以得到衍射谱;反之,让中间镜的物面从后焦面向下移到一次像平面,就可以看到像。透射电镜波长为0.00613~0.00387nm,为可见光的十几万分之一，小于固体原子间的距离0.2~0.4nm和原子尺寸0.1~0.3nm，能够看到原子级别，用TEM观察物体内部显微结构时，可看到原子排列的晶格图像，并能观察到某些重金属原子的投影图像透射电子显微镜(TEM)透射电镜：冠状病毒透射电镜：血小板透射电子显微镜(TEM)原子力显微镜(AFM)原子力显微镜：是一种利用原子，分子相互作用力来观察物体表面微观形貌的

6、新型实验技术.它有一根纳米级的探针,被固定在可灵敏操控的微米级弹性悬臂上.当探针很靠近样品时，其顶端的原子与样品表面原子间的作用力会使悬臂弯曲，偏离原来的位置.根据扫描样品时探针的偏离量或振动频率重建三维图像.就能间接获得样品表面的形貌或原子成分.原子力显微镜的基本原理是：将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，通过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法或隧道电流检测法，可测得微悬臂对应于

7、扫描各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信息。原子力显微镜(AFM)在对AFM的作用机理和提高其测量分辨率的研究中发现，在进行测量工作时，针尖-试件原子间的相互作用力不仅有相互吸引的范德华力，振荡力和互相排斥的库仑力，同时还存在毛细力，摩擦力，磁力，静电力，化学力等。于是，类似于利用针尖-试样的AFM又发展了新的摩擦力显微镜FFM，磁力显微镜MFM，静电力显微镜EFM，化学力显微镜CFM。这些显微镜都是检测扫描时针尖-试件间的各种作用力，故统称为扫描力显微镜。扫描力显微镜：名称应用特点透射电镜TE