纳米材料的表征

纳米材料的表征
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第4节 纳米材料的表征

纳米表征的概念




表征技术是指物质结构与性质及其应用的有关分 析、测试方法,也包括测试、测量工具的研究与 制造。 具体而言,是在假设或未知材料特性的参数情况 下,实施测试得到相关特性参数。

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表征的内容包括材料的组成、结构和性质等。 材料的组成就是指构成材料的化学元素及其相关关系; 材料的结构就是材料的几何学、相组成和相形态等; 材料的性质就是指材料的力学、热学、磁学、化学等 组成与结构没有因果关系,但组成与结构决定了材料的 性质,设计的性质目标。 同时三者是材料设计的基础,是选择和改造已有材料、 合成新材料的基础。



所谓的纳米表征学:就是描述纳米结构、 纳米尺度、物质的组成、性质及其相互 关系的一门测量技术学科,组分的测定 、 性质性能的检测和结构的确定通称为纳 米表征。

1.1 纳米材料的表征手段 1.1.1 电子显微镜


定义
用聚的很细的电子束照 射被检测的试样表面,由于 电子束与样品的相互作用, 产生各种电子或X射线、光 子等信息,然后将这些信息 通过不同方式的收集与处理, 显示出试样的各种特性(形 貌、微结构、成分、晶面等)

1 透射电子显微镜 (TEM)
透射电子显微镜为突破光学显微镜分辨率的极限,人们以电子作 为照明束,于20世纪30年代研制出了第一台透射电子显微镜. 1925年,德布依发现电子的波粒二象性; 1926年, 汝斯卡指出具有轴对称的磁场对电子束起着透射的作用, 有可能使电子束聚焦成像. 1931年,汝斯卡等人制造了带双透射的电子源,获得了放大12— 17倍的电子光学系统的像. 同年,他们提出了电子显微镜的概念, 并制造出了世界上第一台电子显微镜. 1936年,英国制造出第一台商用TEM. 为此汝斯卡获得了1986 年诺贝尔物理奖.

透射电子显微镜的成像原理图


由电子枪发射出的电子,在阳 极加速电压的作用下,经过聚 光镜(多个电磁透镜)会聚为 电子束照射样品.电子的穿透 能力很弱(比X射线弱的多), 样品很薄(一般小于200nm). 穿过样品的电子携带了样品 本身的结构信息,经物镜,中 间镜和投影镜的接力聚焦放 大最终以图像或衍射谱的形 式显示在荧光屏上.

照明电源

聚光镜 样品

物镜

投影镜

荧光屏




透射电子显微镜在成像原理上与光学显微镜类似. 光学显微镜与电子显微镜的区别
电子显微镜
电子束 加速电压80 kV时,波长为0.0042 nm 0.2 nm 100万倍 电磁透镜 1.33×10-4 Pa以上的真空 调整物像,改变磁场强度,调整焦距 50-100 nm超薄切片 具有支持膜载网

项目
照明源 照明波长 分辨率 放大倍数 成像透镜 照明介质 焦距调整

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