纳米材料与制备09.pdf

第三章 纳米材料的表征 第一节纳米材料的形貌分析 第二节纳米材料的成分分析 第三节纳米材料的粒度分析 第四节纳米材料的表面与界面分析 第一节纳米材料的形貌分析 对于纳米材料，其性能不仅与材料颗粒大小有关，还与 材料的几何形貌有重要关系。如颗粒状纳米材料与纳米 线和纳米管的物理化学性能有很大差异，因此纳米材料 的形貌分析是纳米材料研究的重要内容。 纳米材料形貌分析的主要内容是分析材料的几何形貌、 材料的颗粒度、粒径的分布以及微区的成分和物相结构 等方面。 纳米材料常用的形貌分析方法主要有： 1.1 透射电子显微镜(transmission electron microscope; TEM) 1.2 扫描电子显微镜(scanning electron microscope; SEM) 1.3 扫描隧道显微镜(scanning tunnel microscope; STM) 1.4 原子力显微镜(atomic force microscope; AFM) 探索纳米世界的“眼”和“手” 显微镜的发展历史 第一代 光学显微镜1676年 10-7m 第二代 电子显微镜1938年 10-9m 第三代 扫描探针显微镜1982年 10-10m 人眼分辨率10-4m 1.1 透射电子显微镜(TEM) 1.1.1 电子显微镜 1.1.2 TEM的结构及成像原理 1.1.3 TEM的样品制备 1.1.4 电子衍射 1.1.5 TEM分析纳米材料实例 1.1.1 电子显微镜 什么是显微镜？ 显微镜是用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。 显微镜是一种借助物理方法产生物体放大影象的仪器。 (a)第一台复式显微镜 (b)列文·胡克显微镜 (d)现代的显微镜 (c)十九世纪的显微镜 可以分辨的两个点之间的最短距离称为分辨率 人眼睛的分辨率为0.1 mm 普通光学显微镜分辨率为0.2 µm 显微镜的分辨率由什么因素决定？ 如何提高显微镜的分辨率？ 显微镜的最小分辨率由瑞利公式给出： Δr ：最小可分辨距离即分辨率； 0 λ：光源的波长； n：物点和透镜之间的折射率； α：孔径半角，即透镜对物点的张角的一半； 上面的公式可以看出，显微镜的分辨率与人的眼睛和其 它记录装置没有任何关系。而仅仅取决于公式中的三个 参数，对于光学显微镜而言，孔径半角一般最大可以做 到70~75度，n的值也不可能很大，因此分辨率不超过所 用光源波长的二分之一。光学显微镜中，可见光的波长 在390~760nm之间，因此我们认为普通光学显微镜的分 辨率不会超过200nm （0.2 μm ）。 由瑞利公式可见显微镜的分辨率与光的波长成正比，只有 采用波长比较短的光源，才能获得较高的放大倍数，电子 波正是这样一种理想的光源。利用电子束作为光源的显微 镜称为电子显微镜，其分辨率可以达到0.1nm 。 电子显微镜与光学显微镜的比较 电子显微镜 光学显微镜 射线源 电子束 可见光 波长 0.0589(20kv)~0.00687(1Mv) 7600(可见光)~2000(紫外线) 介质 真空 大气 透镜