8第十章 表面分析和性能测试.ppt

上一次课主要内容 前 言 第一节 表面分析 第一节 表面分析 第一节 表面分析 第一节 表面分析 第一节 表面分析 第一节 表面分析 第一节 表面分析 第二节 表面分析仪器和测试技术简介 第二节 表面分析仪器和测试技术简介 第二节 表面分析仪器和测试技术简介 第二节 表面分析仪器和测试技术简介 第二节 表面分析仪器和测试技术简介 第二节 表面分析仪器和测试技术简介 第二节 表面分析仪器和测试技术简介 第二节 表面分析仪器和测试技术简介 第三节 表面检测 本次课小结 授课专业：材料物理071-2 开课单位：材料物理系 任课老师： 韩治德 2010.10 第十章 表面分析和性能测试 复合表面工程技术的概念和特点 列举8种以上不同类别复合表面工程技术 纳米表面工程的概念和实现方法 纳米涂料和金属表面自身纳米化的概念 摩擦学的概念和摩擦转移膜的四种类型 要全面描述固体材料表面状态，阐明和利用各种表面特性，需从宏观到微观按不同层次对表面进行分析研究。 分析仪器和技术可大致分为显微镜和分析谱仪两大类。 加强表面分析、测试技术的研究和使用，是发展表面技术的重要基础。 本次课先介绍表面分析的类别、特点和功能，然后介绍某些重要的表面分析技术，最后举例介绍表面检测的类别、项目、内容和方法。 一、表面形貌和显微组织结构分析： 原因——材料、构件、零部件和元器件在经历各种加工处理后或在外界条件下使用一段时间之后，其表面或表层的几何轮廓及显微组织会有一定的变化 。 手段——肉眼、放大镜和显微镜 目的——观察分析加工处理的质量以及失效原因，用各种显微镜可在宽广的范围内观察表面形貌和显微组织 金相照片 金相照片 扫描电镜蚊子复眼 扫描电镜 二、表面成分分析： 手段——物理、化学和物理化学分 析方法 特征吸收光谱分析——微量元素 X射线荧光分析——含量较高元素 药粉内混入铁粉的样品 紫外可见分光光度计 二、表面成分分析： 电子探针—— 用来分析的表层厚度为1μm的数量级，微区分析 莫来石晶须的SEM像和电子探针能谱图 电子探针 二、表面成分分析： 分析谱仪——对一个或几个原子厚度的表面成分分析； 利用各种探针激发源（入射粒子）与材料表面物质相互作用以产生各种发射谱（出射粒子），然后进行记录、处理和分析。 入射粒子：电子、离子、光子、中性粒子、热、电场、磁场和声波等八种 出射粒子：电子、离子、中子和光子四种 用分析谱仪检测出射线粒子的能量、动量、荷质比、束流强度等特征，或出射波的频率、方向、强度以及偏振等情况 分析表面元素组成、化学态以及元素在表面的横向分布和纵向分布 分析表面原子排列结构、表面原子动态和受激态、表面电子结构等 三、表面原子排列结构分析： 原因—— 表面层的结构跟内部不一样 测定表面结构，对于阐明许多表面现象和材料表面性质是重要的 手段—— 常用的X射线衍射和中子衍射 其他一些谱仪如离子散射谱、分子束散射谱 更加先进的显微镜来直接观察材料表面原子排列和缺陷情况：如高压 电子显微镜（HVEM）、分析电子显微镜（AEM）、场离子显微镜（FIM）、 扫描隧道显微镜（STM）等。 水泥材料X射线衍射分析和扫描电镜分析 石榴石的中子衍射谱拟合 四、表面原子动态和受激态分析： 内容——包括表面原子在吸附（或脱附）、振动、扩散等过程中能量或势态的测量 手段——热脱附谱 、电子诱导脱附谱、光子诱导脱附谱 全自动热脱附仪 五、表面电子结构分析： 原因——表面电子所处的势场与体内不同，因而表面电子能级分布和空间分布与体内有区别（研究电子附加能态） 手段——紫外光电子谱、角分解光电子谱、场电子发射能量分布、离子中和谱 表面态——本征表面态和外来表面态 不同分子和原子的角分辨电子能量密度分布 中国石油大学（华东校区）仪器分析中心 一、电子显微镜：（EM，electron microscope） 1、透射式电子显微镜（TEM，Transmission Electron Microscope）（150万以上） 分辨率——0.2nm 原理——用一种高聚焦的单色电子束轰击样品，利用一系列电磁透射将穿过试样的电子信号放大成像 组成——电子枪、电磁透镜、样品室和观察屏等部分组成 过滤式透射电子显微镜 一、电子显微镜：（EM，electron microscope） 2、扫描电子显微镜（SEM，Scanning Electron Microscope） （60万-100多万） 分辨率——7-10nm 原理——电子枪发射电子束，经透镜 聚焦，投射到样品上，在电子束的轰击下， 试样表面被激发而产生各种信号，利用适当 的探测器接受信号，经放大并转换为电压脉 冲，再经放大形成图像。 蜜蜂的头部 热带毛毛虫的头部 黄粪