第1-2章 表面分析创新.ppt

表面分析技术简介 胡会利 应用化学系 课程说明 学时：20 学分: 1 课程性质：公共选修课 开课学期：秋季学期 开课形式：课堂讲授（18）+考试（2） 表面分析 人类天生具有用双眸洞察微观世界的渴望，并且始终是通过唯一的途径--视觉来捕捉尽可能详细的信息。 在自然认知领域已形成了两种基本观点： 其一认为感知就是消极接受外部信息，仅此而已；但另一种观点认为所接受的外来信息实际上都经过积极和创造性的加工而转化为一种新的信息，而此观点更被人们广泛接受。 神奇的眼睛 传统与现代表面分析 （1）传统表面分析理论主要建立在经典物理的基础上，依靠光学原理或机械方法对物体表面进行观察和测量，如光学显微镜，摩擦测试仪等等；只能对物体表面进行定性或者半定量分析； （2）现代表面分析理论主要建立在量子物理基础上，依靠微观原子和电子之间的相互作用，结合计算机技术；能够对物体表面进行微观和成分分析，甚至实现无损分析； 关于头发的问题 成分分析 1、传统分析：滴定分析；（耗费量太大） 2、现代分析：仪器分析；XRF和XDS分析；（无损，微量分析） 分析结果 1、XRF检验发现：头发中金属铅和铝含量严重超标，其中铅为正常人的6倍以上，铝为4倍左右；其它轻金属未检出；其它金属仅检出铜和铁，含量均在正常人范围之内；无机物中仅检出碳、磷、氧和硅； 2、XPS半定量检验结果同上，其中铅为正二价，铝为正三价，说明此两种金属以氧化态存在于头发中； 微观世界 电化学扫描探针显微镜Electrochemical Scanning Probe Microscope (ECSPM) Si（111）7×7重构是在30年前发现的，但原子重构后的空间排列细节一直没有定论。1983年初，宾尼发表了Si（111）7×7的STM像，得到了重构后表面原子排列的细节。7×7菱形单胞网格顶层有12个吸附原子“突起”；菱角处原子“下陷”，不存在吸附原子。STM像还揭示顶层原子下存在不均匀的波纹结构。 表面加工——原子搬运及组合 第1章 绪论 表面 表面分析 常用的表面分析技术 表面分析技术的应用 1.1 什么是表面 1.1 表面与体内 1.1 表面与体内的差别 表面组分不同 1.1 表面与体内的差别 表面的原子排列与体内不同 1.1 表面与体内的差别 表面的原子排列与体内不同 1.2 表面科学 1.2 表面分析技术 1.2 表面分析相关的几个名词 表面的形貌指表面的“宏观”外形； 表面的组分分析包括测定表面的元素组成、表面元素的化学态及元素在表层的分布； 表面的结构分析研究表面的原子排列； 表面的原子态分析包括测量表面原子或吸附粒子的吸附能、振动状态以及它们在表面的扩散运动； 表面的电子态包括表面能级的性质、表面态密度分布，表面电荷密度分和及能量分布等。 1.2 常用表面分析技术 AEAPS、AES、APFIM、APS 、ARPES 、ARUPS 、DAPS 、EDAX 、EELS 、ELL 、EPMA 、ESCA 、ESD 、EXAFS 、FDS 、FEM 、EIM 、HREELS 、IEAES 、ILS、IMMA、INS、IPES、IRRAS、ISS、LEED、LEELS、LEIS、MEED、NIIR、NEXAFS、 PDMS、 PIAES、 PIXE、PYS、RBS、RHEED、RPAPS、SAM、SEELFS、SIMS、SNMS 、SXAPS 、UPS 、XPAPS 、XPS 、STM、AFM 1.2 表面分析技术分类（Ⅰ） 1.2 表面分析技术分类（Ⅰ） 1.2 表面分析技术（Ⅱ） 组分分析方法 1.2 表面分析技术（Ⅱ） 组分分析方法 1.2 几种常用表面成分分析技术比较 单晶表面原子的二维排列规律可通过LEED、REEED进行探测。 LEED装置十分简单，研究气体或外来原子在单晶表面的吸附现象时十分方便。 REEED尤适合于在分子束外延过程监视晶体的生长。 单晶及其吸附面表层原子的三维排列是较难确定的。 FIM＆APFIM：研究针尖状样品的原子排列、晶体缺陷、晶粒边界、相变及原子在表面的扩散运动。能微观(一个个原子)地观察和研究问题，包括观察外来原子在单晶表面的随机移动。 1.2 表面分析技术（Ⅱ） TEM：分辨率已达到0.3～1nm，可看到薄样品的原子结构像。 SEM：利用背散射电子，使用方便，分辨率已达1～5nm。 STM：横向分辨达0.5～2nm；深度分辨达0.01nm，可帮助确定原子排列结构 AFM：横向0.1nm，纵向0.01nm ，可以应用于绝缘体的表面形貌观察和纳米级微加工； 第2章 电子束