第八章纳米固体材料的微观结构.ppt

　8.11.2 三叉晶界 　　三叉晶界在纳米材料界面中体积分数高于常规的多晶材料，因而它对材料的性质，特别是力学性质影响是很大的。如图8.37所示，这里需要指出的是他们把整个界面分成两部分，一是三叉晶界区，二是晶界区。这两个部分的体积总和称为晶间区体积。 8.11.3 空位、空位团和孔洞 单空位主要在晶界，这主要对第一类纳米固体在颗粒压制成块体时形成的。 空位团主要分布在三叉晶界上。它的形成一部分可归结为单空位的扩散凝聚，也有一部分在压制成块状试样时形成的。 空洞一般处于晶界上。空洞存在的数量（空洞率）决定了纳米材料的致密程度。 　　测量X射线或γ射线的康普顿散射是研究物质电子动量分布的一种直接手段，它被广泛地用于研究多晶、单晶、非晶和合金等的电子状态。用这种方法研究纳米材料的电子动量分布是一种新的尝试，并已经取得了一些有意义的结果。 8.12 康普顿轮廓法 1.康普顿轮廓与电子动量密度分布的关系 :当γ光子与物质中的电子发生康普顿散射时，由于电子处于运动状态使散射到一定角度的光子的能量产生多普勒展宽。图8.38示出的是光子与运动电子散射的示意图。 2. 实验装置和数据处理 测量康普顿轮廓的一个典型实验装置示于图8.39，它的工作原理是：准直的γ射线入射到散射体上，在固定的θ角方向利用散射线探测器测量散射后的γ光子的能量，从探测器输出的电脉冲信号经过前置放大器、主放大器放大后，由多道脉冲幅度分析器记录，最后送计算机处理。 8.12.3 纳米材料的康普顿轮廓 目前已经用康普顿轮廓方法研究了多种纳米材的电子动量分布，并与相应的多晶大块材料进行了比较。现以碳和三氧化二铝为例作一介绍。 纳米碳粉是将光谱纯的石墨粉用球磨机球磨8h制备的，其平均颗粒度为2.3nm，用透射电子显微镜观测到的粒径分布示于图8.40。 分别将这种纳米碳粉和多晶石墨粉在0.25GPa的压力下压成直径为13mm，厚度为5mm的薄片，利用图8.39所示的装置测量由241Am放出59.54keV的射线经165。角散射后的射线能谱，经一系列的修正和处理后，得到纳米碳和石墨的康普顿轮廓J(q)值，见表8.10和图8.41。 用同样的方法研究了纳米Al2O3的电子动量分布。实验结果如图8.43和表8.11所示；理论计算结果如图8.44所示 结论： 到目前为止，所有的实验结果都显示：在低动量区纳米固体的J(q)值均比同种材料的大块多晶固体的J(q)值高，电子动量密度分布I(p)曲线也向低动量方向移动，对于不同的纳米材料或相同材料但不同颗粒度的纳米固体，J(q)和I(p)改变的数值不同。这些结果显示了纳米材料的电子状态与大块固体材料的电子状态不同，这是纳米材料具有一些特殊性质的重要原因之一。 一、纳米固体的结构特点 二、纳米固体界面的结构模型 三、有关纳米固体各种实验 1.纳米固体界面的X光实验研究 2.界面结构的电镜观察 3.穆斯堡尔谱研究 4.纳米固体结构的内耗研究 5.正电子湮没研究 6.纳米材料结构的核磁共振研究 7.拉曼光谱 8.电子自旋共振的研究 9.纳米材料结构中的缺陷 10.康普顿轮廓法 本章小结 1.类气态模型 2.有序模型 3.结构特征分布模型 化学位移:试样表面某原子因其所处的化学环境与纯元素不同，会引起内层轨道结合能大小（数值）的变化，表现为XPS(X射线光电子能谱)谱峰的相应轨道结合能在坐标上向高或向低结合能方向的位移，这种现象称为化学位移（chemical shift）; 某一物质吸收峰的位置与标准质子吸收峰位置之间的差异称为该物质的化学位移（chemical shift），常以δ表示：　　 化学位移（δ）=【υ样品—υTMS/υ0（核磁共振仪所用频率）】*1000000　　 式中，υ样品为样品吸收峰的频率，υTMS为四甲基硅烷吸收峰的频率。由于所得的数据很小，一般只有百万分之几，故乘以1000000。 康普顿轮廓（Compton profile）：康普顿方程是假定电子是自由的、静止的，实际上电子不是静止不动的。康普顿散射中散射的X射线谱的轮廓随元素Z而变化，反映了不同元素中电子运动状态是不一样的。这种X射线谱的轮廓称康普顿轮廓，它直接反映了物质内部的电子动量分布。 屈服强度是材料屈服的临界应力值。 断裂强度是指材料发生断裂的应力。 超塑性：凡金属在适当的温度下（大约相当于金属熔点温度的一半）变得像软糖一样柔软，而应变速度10毫米秒时产生本身长度三倍以上的延伸率，均属于超塑性。 同质异能移： 对于一个特定的跃迁，同质异能移与原子核外的电子密度直接相关，它表现为