材料表面仪器教程.ppt

第1章 表面科学的研究方法（2学时） 表面与表面科学、表面分析方法概述 第2章 电子与样品的相互作用（1学时） 第3章 X射线荧光光谱分析（3学时） 基础理论 仪器的结构与分析条件的选择 定量分析方法和基体效应 第4章 表面电子能谱（3学时）XPS、AES 第5章 表面离子谱（3学时）SIMS、FIM 第6章 扫描探针技术 （3学时） 扫描隧道显微镜（STM）的基本原理、应用以及样品制备 原子力显微镜（AFM）的基本原理、成像模式和样品准备 第7章 电子显微分析（3学时） 扫描电子显微镜（SEM）的基本原理、应用以及样品制备 透射电子显微镜（TEM）的基本原理、成像模式和样品准备;表面分析;传统与现代表面分析;成分分析;分析结果;第1章 绪论;1.1 什么是表面;1.1 表面与体内;1.1 表面与体内的差别;由A、B两种原子组成的固体表面附近的情况，C为外来原子;表面缺陷示意图;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;1.2 常用表面分析技术;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）;1.2 表面分析技术（Ⅱ）;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。;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；;（1） 基片清洗工艺的检查 （2） 掺杂和扩散过程研究 （3） 外延生长 （4） 薄膜工艺 （5） 图象刻蚀 （6） 连接;（1）表面偏析 在形成凝聚态物质或加热固体时，固体内部某些表面自由能较低的组分或杂质将扩散并聚集在表面以降低表面的自由能，因此表面的组分和内部常常不同，这个现象叫表面偏析。 （2）腐蚀氧化 研究被蚀表面的组分及深度分布。 （3）粘着和粘接 用表面分析工具研究连接面或断裂面的形貌和化学成分。因为原材料的处理、粘连的化学处理、粘连时的杂质扩散、以及以后的处理及储存等过程都会影响粘连强度。;（4） 磨擦、磨损、润滑 用FIM，LEED可研究摩擦过程的物质转移及粘着磨损。 用AES可研究相对运动表面的组分及其分布，动态磨损的表面组分的变化。 用XPS可研究表面组分及润滑膜的化学态。 （5） 晶界脆断 材料的许多机械性质和腐蚀现象都与晶界化学有关 。;用途： 分析实用催化剂的失效原因； 研究气体在催化剂表面的吸附，跟踪反应过程，推测催化机理以及研究提高产额的途径； 确定催化剂再生时间； 研究催化剂中毒的机理及延长催化剂寿命的办法； 研究催化剂在不同制备方法和焙烧条件下的表面组分和化学态等。;举例： 用AES，XPS，SIMS研究有活性的和失去活性的催化剂的表面化学组分和化学态的差别，研究催化剂在催化反应前后表面性质的差别； 用LEED研究表面吸附结构及吸附位； 用UPS研究催化剂表面的电子态； 用综合表面分析技术研究重大催化反应的机理等等。;第2章 电子束与样品的作用; 背散射电子是被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子，包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。 弹性背散射电子是指被样品中原子核反弹回来的，散射角大于90o的那些入射电子，其能量没有损失(或基本上没有损失)。由于入射电子的能量很高，所以弹性背散射电子的能量能达到数千到数万电子伏。;非弹性背散射电子是入射电子和样品核外电子撞击后产生的非弹性散射，不仅方向改变，能量也有不同程度的损失。如果有些电子经多次散射后仍能反弹出样品表面，这就形成非弹性背散射电子。 背散射电子来自样品表层几百纳米的深度