纳米材料形貌分析p-形貌分析.ppt

纳米材料基础特性测试纳米材料基础特性测试形貌观察与分析形貌观察与分析 ? 材料的形貌尤其是纳米材料的形貌是材料分析的重要组成部分,材料的很多物理化学性能是由其形貌特征所决定的。对于纳米材料,其性能不仅与材料颗粒大小还与材料的形貌有重要关系。因此,纳米材料的形貌分析是纳米材料的重要研究内容。形貌分析主要内容是分析材料的几何形貌、材料的颗粒度、颗粒的分布以及形貌微区的成分和物相结构等方面。 :扫描电子显微镜(SEM) 、透射电子显微镜(TEM) 、扫描隧道显微镜(STM) 、原子力显微镜(AFM) 。扫描电镜和透射电镜形貌分析不仅可以分析纳米粉体材料,还可分析块体材料的形貌。其提供的信息主要有材料的几何形貌、粉体的分散状态、纳米颗粒的大小、分布、特定形貌区域的元素组成和物相结构。扫描电镜分析可以提供从数纳米到毫米范围内的形貌像,观察视野大,其分辨率一般为 6nm ,对于场发射扫描电子显微镜,其空间分辨率可以达到 量级。透射电镜具有很高的空间分辨能力,特别适合粉体材料的分析。其特点是样品使用量少,不仅可以获得样品的形貌、颗粒大小、分布,还可以获得特定区域的元素组成及物相结构信息。透射电镜比较适合纳米粉体样品的形貌分析,但颗粒大小应小于 300 nm , 否则电子束就不能穿透了。对块体样品的分析,透射电镜一般需要对样品需要进行减薄处理。扫描隧道显微镜主要针对一些特殊导电固体样品的形貌分析,可以达到原子量级的分辨率,仅适合具有导电性的薄膜材料的形貌分析和表面原子结构分布分析,对纳米粉体材料不能分析。扫描原子力显微镜可以对纳米薄膜进行形貌分析,分辨率可以达到几十纳米,比扫描隧道显微镜差,但适合导体和非导体样品, 不适合纳米粉体的形貌分析。总之,这四种形貌分析方法各有特点, 电镜分析具有更多优势,但扫描隧道显微镜和原子力显微镜具有可以在气氛下进行原位形貌分析的特点。人的眼睛的分辨本领为 左右。显微镜的分辨本领,可以用 d= λ/(nsin α) 公式来表达,由此可见显微镜的分辨本领与光的波长成正比。光学显微镜的分辨范围 150 ~ μ,利用电子束作为提高显微镜分辨率的新光源,即电子显微镜。目前,电子显微镜的放大倍数已达到 150 万倍,这是光学显微镜所无法达到的。第二节扫描电镜原理及相关知识 、细聚焦的电子束沿一定方向入射到固体样品时,在样品物质原子的库仑电场作用下,入射电子和样品物质将发生强烈的相互作用,发生弹性散射和非弹性散射。伴随着散射过程,相互作用的区域中将产生多种与样品性质有关的物理信息。扫描电镜、电子探针及其它许多相关的显微分析仪器通过检测这些信号对样品的微观形貌、微区成分及结构等方面进行分析。 ,经过多次弹性散射和非弹性散射后,在其相互作用区内将有多种电子信号与电磁波信号产生。这些信号包括二次电子、背反射电子、吸收电子、透射电子以及俄歇电子、特征 X 射线等。它们分别从不同侧面反映了样品的形貌、结构及成分等微观特征。图电子束与样品物质交互作用产生的各种物理信息图电子束作用下固体样品发射的电子能谱 、加速,在栅极与阳极之间形成一个笔尖状的具有很高能量的电子束斑(交叉斑),称之为电子源。这个电子束斑再经聚光镜(磁透镜)压缩, 会聚成极细的电子束聚焦在样品表面上,这个高能量细聚焦的电子束在扫描线圈作用下, 在样品表面上扫描,与样品相互作用,激发产生各种物理信号。各种信号的强度与样品的表面特征(形貌、成分、结构等)相关,可以用不同的探测器分别对其检测、放大、成像,用于各种微观分析,扫描电子显微镜主要收集的信号是二次电子和背散射电子。