无机膜的表征(精选)
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无机膜及其过程
* 单位：cm3.cm-2.s-1.(cmHg)-1
§6.2 无机膜的制备
3、焙烧过程
成型后粉体的堆积方式决定了颗 粒三维几何空间的排列。烧结温 度是影响膜性能的最重要因素。 烧结过程的推动力主要取决于坯 体表面能和晶粒界面能。 高纯－Al2O3要在1750度以上才 能完全烧结。这样高的温度在实 际操作过程中有困难，能源消耗 大，需添加烧结助剂来降低烧结 温度，如高岭土、钾长石、玻璃、 磷酸铝等，使它们在1000～1100 度下形成熔融液相，将氧化铝颗 粒粘结起来。
§6.2 无机膜的制备
粘合剂 无机膜的制备方法很多，应 无机材料 水 表面活性剂 根据制膜材料、膜、载体的 结构、膜孔径大小、孔隙率 和膜厚度不同而选择不同的 粉碎 筛分 制备悬浮液 制膜方法。 有工业应用前景的制膜方法 成型 有：固态粒子烧结法、溶胶 干燥 焙烧 －凝胶法、薄膜沉积法、阳 极氧化法、热分解法、水热 法等。 成品 一、固态粒子烧结法
§6.1 概述
3、进入90年代，由于无机膜优 异的性能及材料科学的发展， 应用领域不断扩大，引起了 世界各国的重视，相继有许 多研究机构建立。无机膜的 发展进入一个新的阶段，新 的膜材料、新的制膜技术日 益得到发展。此时进入了膜 反应研究的高速发展期。
我国的无机膜研究始于八十 年代末，在国家自然科学基 金以及各部委的支持下，南 京化工大学、中科院大连化 学物理研究所、中国科学技 术大学、华南理工大学等单 位比较系统地开始了无机膜 的制备应用研究，目前已能 生产出片状、管式和多通道 陶瓷膜，陶瓷膜的工业化应 用也正在日益扩展。
商品无机膜 制造商 Alcoa/SCT Anotec/Alca n SFEC Carbosep 商标名 Membralox Anopore 应用领域 UF MF UF MF UF MF Norton Union Carbide Osmonic TDK NGK Ceram filters Fuji Filters Mott 南京化工大 学 久吾高科 UF MF MF UF、MF Glass Glass Ni,Ag,Pt,Au TiO2,ZrO2, -Al2O3 -Al2O3 4~90nm 0.25~1.2m 0.5m 0.8,0.2, 0.05m 管式 管式、 多通道 管式 Ceraflo Ucarbosep Hytrex Dynaceram MF UF MF UF MF MF 膜材料 -Al2O3 -Al2O3 -Al2O3 -Al2O3 ZrO2 ZrO2 -Al2O3 ZrO2 Ag ZrO2 -Al2O3 SiC -Al2O3 -Al2O3 SiC 支撑体材 料 -Al2O3 -Al2O3 -Al2O3 -Al2O3 C C -Al2O3 C 4-100nm 0.2-5m 20nm 0.2m 4nm 0.080.14m 0.2-1.0m 3nm 0.2~5m 50nm 0.2~5m 0.2~8m 管式/ 多通道 管式 管式/ 平板 管式 管式/ 多通道 管式 管式 管式/ 多通道 平板式 膜孔径 膜构型
第五章 薄膜的表征(2)
*
电子计算机的引入，使Auger电子能谱仪的功
能更趋完善。目前， Auger电子能谱已成为许 多科学领域和工业应用中的最重要的表面分析 手段之一。
第五章 薄膜的表征（2）
薄膜材料与薄膜技术
俄歇电子能谱基本原理
入射电子束和物质作用，可以激发出原子的内层电 子。外层电子向内层跃迁过程中所释放的能量，可能以 X光的形式放出，即产生特征X射线，也可能又使核外 另一电子激发成为自由电子，这种自由电子就是俄歇电 子。对于一个原子来说,激发态原子在释放能量时只能进 行一种发射：特征X射线或俄歇电子。原子序数大的元 素，特征X射线的发射几率较大，原子序数小的元素， 俄歇电子发射几率较大，当原子序数为33时，两种发射 几率大致相等。因此，俄歇电子能谱适用于轻元素的分 析。
第五章 薄膜的表征（2） 薄膜材料与薄膜技术
Auger跃迁
(a) KL1L3 Auger 跃迁 (b) K1 辐射跃迁第五章Βιβλιοθήκη 薄膜的表征（2） 薄膜材料与薄膜技术
AES的应用
AES最主要的应用是进行表面元素的定性分析。AES谱 的范围可以收集到20-1700eV。因为俄歇电子强度很弱，用 记录微分峰的办法可以从大的背景中分辨出俄歇电子峰，得 到的微分峰十分明锐，很容易识别。对俄歇电子能谱，利用 微分谱上负峰的位置可以进行元素定性分析。在分析AES谱 时，要考虑绝缘薄膜的荷电位移效应和相邻峰的干扰影响。 与XPS相似，AES也能给出半定量的分析结果。这种半定量 结果是深度为1-3nm表面的原子数百分比。 AES法也可以利用化学位移分析元素的价态。但是由于很 难找到化学位移的标准数据，因此，谱图的解释比较困难。 要判断价态,必须依靠自制的标样进行 。
第五章 薄膜的表征（2） 薄膜材料与薄膜技术
薄膜材料的表征方法
详细描述
紫外-可见光谱法利用紫外-可见光波段的光子能量与材料中价电子的跃迁能量相匹配的特性，通过测量材料对不 同波长光的吸收程度，得到吸收光谱。通过对光谱的分析，可以了解材料的电子结构和分子组成，从而推断材料 的性质和结构。
红外光谱法
总结词
通过测量材料在红外光波段的吸收光谱，分析材料中分子的振动和转动模式。
俄歇电子能谱法
总结词
俄歇电子能谱法是一种高灵敏度、高分辨率的表面分析技术，用于检测薄膜材 料表面的元素组成和化学状态。
详细描述
该方法利用高能电子束轰击薄膜表面，使表面原子发射出俄歇电子，通过测量 俄歇电子的能量分布，可以推断出薄膜表面的元素组成、化学键合状态以及元 素化合物的存在形式。
红外光谱法
详细描述
红外光谱法利用红外光波段的光子能量与材料中分子振动和转动能量相匹配的特性，通过测量材料对 不同波长光的吸收程度，得到吸收光谱。通过对光谱的分析，可以了解材料中分子的振动和转动模式 ，进一步推断材料的结构和性质。
拉曼光谱法
总结词
通过测量材料在拉曼散射过程中的光谱 ，分析材料中分子的振动和旋转模式。
剪切韧性测试
通过测量材料在剪切载荷下的剪切位移或剪切强度，评估材料的 韧性。
感谢您的观看
THANKS
各种类型的薄膜材料。
原子力显微镜
总结词
原子力显微镜是一种高分辨率的表面形貌表征技术，可以用来观察薄膜表面的微观结构 和形貌特征。
详细描述
原子力显微镜利用微悬臂探针在薄膜表面扫描，通过测量探针与薄膜表面之间的相互作 用力，可以实时获得薄膜表面的形貌信息。该方法具有极高的分辨率，能够观察到薄膜
表面的原子级结构，适用于各种类型的薄膜材料。
05 化学性能表征方法
紫外-可见光谱法利用紫外-可见光波段的光子能量与材料中价电子的跃迁能量相匹配的特性，通过测量材料对不 同波长光的吸收程度，得到吸收光谱。通过对光谱的分析，可以了解材料的电子结构和分子组成，从而推断材料 的性质和结构。
红外光谱法
总结词
通过测量材料在红外光波段的吸收光谱，分析材料中分子的振动和转动模式。
俄歇电子能谱法
总结词
俄歇电子能谱法是一种高灵敏度、高分辨率的表面分析技术，用于检测薄膜材 料表面的元素组成和化学状态。
详细描述
该方法利用高能电子束轰击薄膜表面，使表面原子发射出俄歇电子，通过测量 俄歇电子的能量分布，可以推断出薄膜表面的元素组成、化学键合状态以及元 素化合物的存在形式。
红外光谱法
详细描述
红外光谱法利用红外光波段的光子能量与材料中分子振动和转动能量相匹配的特性，通过测量材料对 不同波长光的吸收程度，得到吸收光谱。通过对光谱的分析，可以了解材料中分子的振动和转动模式 ，进一步推断材料的结构和性质。
拉曼光谱法
总结词
通过测量材料在拉曼散射过程中的光谱 ，分析材料中分子的振动和旋转模式。
剪切韧性测试
通过测量材料在剪切载荷下的剪切位移或剪切强度，评估材料的 韧性。
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各种类型的薄膜材料。
原子力显微镜
总结词
原子力显微镜是一种高分辨率的表面形貌表征技术，可以用来观察薄膜表面的微观结构 和形貌特征。
详细描述
原子力显微镜利用微悬臂探针在薄膜表面扫描，通过测量探针与薄膜表面之间的相互作 用力，可以实时获得薄膜表面的形貌信息。该方法具有极高的分辨率，能够观察到薄膜
表面的原子级结构，适用于各种类型的薄膜材料。
05 化学性能表征方法
薄膜材料的表征与测量方法PPT(55张)
隧道效应电流是电子 波函数重叠的量度， 它与两金属电极之间 的距离以及衰减常数 有关。
38
隧道效应
由于电子具有波动性，在金
属中的电子并非仅存在于表
面边界以内，即电子刻度并
不是在表面边界上突然降低
为零，而是在表面边界以外
按指数规律衰减，衰减长度 约1nm。这样，如果两块金 属表面互相靠近到间隙小于 1nm时，它们的表面电子云 将发生重叠。如果将探针极
为简单起见，可先假设在第二个界面上，光全 部被反射回来并到达薄膜表面的C点，在该点 处，光束又会发生发射和折射。
要想在P点观察到光的干涉极大，其条件是直 接反射回来的光束与折射后又反射回来的光束 之间的光程差为波长的整数倍。
6
7
不透明薄膜厚度测量的等厚干涉 （FET）和等色干涉（FECO）法
40
优点
有原子量级的极高分辨率，能够分辨出单个原子。
直接观测到单原子层表面的局部结构，如表面缺 陷、表面重构、表面吸附体的形态和位置等。
能够实时地得到表面的三维图像，可测量具有周 期性和不具备周期性的表面结构。特别有利于对 表面摩擦磨损行为和性能变化等动态过程研究。
可以在不同环境条件下工作，包括真空、大气、 低温，甚至试样浸湿在水或电解液中。适用于研 究环境因素对试样表面的影响。
原理：基于石英晶体片的固有振动频率随其质 量的变化而变化的物理现象。
16
17
§6.2 薄膜结构的表征方法
薄膜结构的研究可以依所研究的 尺度范围划分为以下三个层次:
薄膜的宏观形貌,包括薄膜尺寸、形状、厚度、 均匀性等；
薄膜的微观形貌，如晶粒及物相的尺寸大小 和分布、孔洞和裂纹、界面扩散层及薄膜织 构等；
膜与膜过程_第三章_膜的表征(1)
流量计 电磁阀 减压阀 进气阀 平衡罐 氮气瓶 电磁阀 气体样品
测试片
(3)滤速法， 该法基于Hagen-Poiseuille定律
nr 4 APt Q nr 4 p Q ,J 8d At 8d Vr nr 2 , r 8 Jd Vr P
Q：渗透流量cm3；n：孔密度；r：孔径；A：膜 有效面积；P：使用压力, t：时间；η：粘度；d： 毛细孔长（膜厚）；J：通量 步骤为：将膜浸润后装入测定池中，逐渐加压力， 使纯水通过被测定的膜，在排除所有的气泡后， 使压力升至所需的值，并收集一定时间内流出的 水量，记录温度，从各测定的值，以及据温度查 表的值，可计算平均孔径r。
气体流速
干膜流速 湿膜流速
半干膜流速(计算) 平均流速(平均孔径) 泡点(取大孔径) 气体压力
3.3.3 孔隙率测定
(1)干湿膜差重法：分别测定干、湿膜的重量，按下式计算Vr:
Vr
( w1 w2 ) / d H 2O V
100
w1和w2分别为湿干膜的重量，dH2O为水的密度，V为膜的 表观体积。 (2)据膜的表观密度和膜材料的求孔隙率
压紧螺帽 0-1000kg/cm3 密封盖 检流计 恒温室 高压简体 测孔室 膨胀计 惠斯登电桥 恒温水 高压阀 油杯 0-600 0-100 0-16 泄放阀 进油阀 手揿泵 倍加器
(2)泡压法：
原理和基本方程同压汞 法 具体方法是将合适大小 的膜浸后法，装入测定 池中，再在膜上注入一 定高度的水，从下面通 入N2，使其压力缓缓上 升，当水面出现第一个 气泡，并连续不断地出 泡时，这时的压力P， 可用来计算最大孔径的 值。一般从基本方程得 的理论值要比实测的值 高。
功能无机材料完整 材料的表征精选ppt
整理
18
7/3/2020 10:01 PM
材料结构分析—结果
硅纳米线的不同形貌 (a)呈直线或弯曲状态，(b)呈螺旋结构，
(c)呈辫子结构
整理
19
7/3/2020 10:01 PM
材料结构分析-直接法
硅纳米线的显微结构 高分辨电子显微像（HTEM）
(a)［111］带轴的硅纳米线的单晶 结构，它的生长方向为［112］
整理
3
材料结构与材料性能的关系
现代材料科学的发展在很大程度上依赖对材 料性能和其成分结构及微观组织关系的理解
什么是材料测试方法？
材料测试 ＝ 材料分析 ＝ 材料表征
获取有关材料的组成，结构 和性能等相关信息
整理
4
7/3/2020 10:01 PM
分子结构与聚集态结构 (XRD、 IR、XPS、 ASS)
立体结构
晶体结构 空隙度
整理
抗冲击性
压缩性
动态力学性质
模量
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7/3/2020 10:01 PM
结构与性能的关系
电子结构，原子结构和化学键决定了材料的固有性质
传统的“炒菜”法
新材料 开发方法
发展方向 材料设计
所谓材料设计，就是根据对材料的组成、微结构与性能关系 的认识（“炒菜”经验＋材料微观分析），按指定性能“定
合成与加工
结
构
固
和
有
成
性
分
质
使用性能
整理
10
7/3/2020 10:01 PM
材料的性质
化学组成
拉伸性
微观结构 相结构
化 晶粒尺寸 物
学
及分布
理
性 耐腐蚀性 性
第19章-无机膜制备化学-幻灯片
引言
美国官方文件曾说：“18世纪电器改变了整个工业过程， 而20世纪的膜技术将改变整个面貌，目前没有一项技术能 像膜一样广泛地应用”。
日本把膜技术作为21世纪基础技术进行研究与开发，早在 1987年东京国际膜会议上，明确指出：“21世纪的多数 工业中，膜分离技术扮演着战略角色”。
国际上有一种流行的说法，即“谁掌握了膜技术，谁就掌 握了化工的未来”。
19.1.3 无机膜制备技术
膜的传质分离性能取决于膜材料的物 理、化学和结构参数，这可以通过适当的 制备工艺及其参数调整，达到优化性能的 目的。
目前的制备方法有：粉体干压成型烧 结法、流延法、轧辊法、注浆成型法、挤 压成型法、溶胶-凝胶法等十多种方法。
表19-1无机膜结构与性能表征方法
表19-2 无机膜材料的制备方法一览表
H
M-OH+ M-OH →M-O-M-OH →M-O-M+H2O
2.无机聚合物溶胶的形成
应用聚合物溶胶制备溶胶-凝胶膜，其方式 与粒子溶胶颇为不同，在这类溶胶中，分 散相是由有机金属前驱体在有机介质中水 解缩合得到，大多数情况下，该过程涉及 到金属烷氧基化合物在醇中的聚合作用。
硅的烷氧化合物的水解与缩合反应速率比 较慢，因此需要碱或算催化剂
1.水溶液中粒子溶胶的形成
采用金属盐（或醇盐）为前驱体，溶于水后，在水介质中 的基本反应有以下三类：
（1）溶剂化 金属阳离子Mz+溶于水中，常为极性水分子所 包围，形成水（溶剂）合离子： Mz++:OH2→[M←OH2]z+
（2）水解反应 水合离子发生水解反应，相应发生电荷转移， 给出质子H+，其水解平衡式可写作： [MOH2]z+↔ [MOH]z-1+ H+ ↔ [M=O]z-2+2H+ 从上式看，水解平衡存在着三种类型的配位基：水合基 （MOH2）；羟基MOH和氧化剂M=O。
美国官方文件曾说：“18世纪电器改变了整个工业过程， 而20世纪的膜技术将改变整个面貌，目前没有一项技术能 像膜一样广泛地应用”。
日本把膜技术作为21世纪基础技术进行研究与开发，早在 1987年东京国际膜会议上，明确指出：“21世纪的多数 工业中，膜分离技术扮演着战略角色”。
国际上有一种流行的说法，即“谁掌握了膜技术，谁就掌 握了化工的未来”。
19.1.3 无机膜制备技术
膜的传质分离性能取决于膜材料的物 理、化学和结构参数，这可以通过适当的 制备工艺及其参数调整，达到优化性能的 目的。
目前的制备方法有：粉体干压成型烧 结法、流延法、轧辊法、注浆成型法、挤 压成型法、溶胶-凝胶法等十多种方法。
表19-1无机膜结构与性能表征方法
表19-2 无机膜材料的制备方法一览表
H
M-OH+ M-OH →M-O-M-OH →M-O-M+H2O
2.无机聚合物溶胶的形成
应用聚合物溶胶制备溶胶-凝胶膜，其方式 与粒子溶胶颇为不同，在这类溶胶中，分 散相是由有机金属前驱体在有机介质中水 解缩合得到，大多数情况下，该过程涉及 到金属烷氧基化合物在醇中的聚合作用。
硅的烷氧化合物的水解与缩合反应速率比 较慢，因此需要碱或算催化剂
1.水溶液中粒子溶胶的形成
采用金属盐（或醇盐）为前驱体，溶于水后，在水介质中 的基本反应有以下三类：
（1）溶剂化 金属阳离子Mz+溶于水中，常为极性水分子所 包围，形成水（溶剂）合离子： Mz++:OH2→[M←OH2]z+
（2）水解反应 水合离子发生水解反应，相应发生电荷转移， 给出质子H+，其水解平衡式可写作： [MOH2]z+↔ [MOH]z-1+ H+ ↔ [M=O]z-2+2H+ 从上式看，水解平衡存在着三种类型的配位基：水合基 （MOH2）；羟基MOH和氧化剂M=O。
无机膜的表征
各种测定孔径和孔径分布方法的特点 （四）
• 对于具有透过、过滤作用的多孔膜，死端孔没有 •
•
意义，真正有用的是活性孔。只有活性孔对膜的 传质行为产生作用，具有意义。 活性孔----就是在膜的顶层允许流体通过的那些微 孔。 泡点法、液体驱除法、液-液置换法、渗透孔度计 法及溶质截去法测定是活性孔的孔径及其分布， 不包括死孔。
第一节 无机膜的形貌 及元素组成的表征
• 多孔无机膜微观结构的表征 • 表征膜形貌的同时进行元素分析 • 无机膜的分形表征（略）
一、多孔无机膜微观结构的表征
扫描电镜
• 扫描电镜原理 • 扫描电镜的分辨率 • 扫描电镜的样品制备 • 扫描电镜的样品观察
扫描电镜的原理
• 利用扫描电子束从固体试样表面获得放大图像的
•
无机膜孔径和孔径分布的测定
• • • • • • • • •
扫描和透射电子显微镜 压汞法 大孔 气体吸附脱附法（3~60nm）中孔和微孔 热孔度计法 泡点法 液体驱除法（100~100000nm） 液-液置换法 渗透孔度计法（1~100nm） 溶质截去法
各种测定孔径和孔径分布方法的特点 （一）
• 开尔文方程：
Vm 2 p V cos ln p0 rk RT
气体吸附脱附法测定孔径及孔径分布的原理
• 在测定过程中常用氮作为吸附质。对无机膜一般
•
是润湿的。 rk愈小，则p愈小，说明毛细孔愈小凝聚时所需的 气体压力愈低。在凝聚过程中压力逐步增加，开 始小孔先凝聚，而后大孔才凝聚。rk有临界孔半 径的性质，即在压力p时所有小于的毛细孔均发生 凝聚。而解凝脱附过程则正好相反，孔愈大，愈 容易发生解凝，即脱附时在较高的压力下大孔先 发生解凝，压力进一步降低小孔才发生解凝。
第六章薄膜材料的表征方法
第六章 薄膜材料的 表征方法
薄膜厚度的测量
薄膜厚度的测量，根据薄膜的不同，其测量方法也是多种多样。多数方法
只能在薄膜制备完成后使用，只有少数的方法属于实时的测量技术。
1、薄膜厚度的光学测量方法 薄膜厚度的测量广泛用到了各种光学方法。这是由于光学方法不仅可被用
于透明薄膜，还可被用于不透明薄膜；不仅使用简便，而且测量精度较高。这
优点：景深长、图像富有立体感；图像的放大倍率可在大范围内
连续改变，而且分辨率高；样品制备方法简单，可动范围大，便 于观察；样品的辐照损伤及污染程度较小；可实现多功能分析。
构成：电子光学系统，包括电子枪、电磁透镜和扫描线圈等；
机械系统，包括支撑部分、样品室；真空系统；样品所产生信 号的收集、处理和显示系统。
薄膜厚度的测量
通过实验测出和之后， 利用上图便可查出n2，再由 测出的在—曲线上查出 的值，便可求出薄膜的厚度。
薄膜厚度的测量 2、薄膜厚度的机械测量方法 （1)表面粗糙度仪法 用直径很小的触针划过被测薄膜的表面，同时记录下触针在垂 直方向的移动情况并画出薄膜表面轮廓的方法称为粗糙度仪法。这 种方法不仅可以用来测量表面粗糙度，也可以用来测量特意制备的 薄膜台阶高度，以得到薄膜厚度的信息。 应用表面粗糙度仪可测量得出的薄膜表面形貌曲线，由此可得 出许多表面粗糙度的信息，其中最为重要的信息包括：
（5）
由此看来，光在单层膜上的总反射系数可视为光在一等效界面
上的反射系数，如果把它沿P和S分量分解（6）式便可写成
薄膜厚度的测量
RP
r1 p r2 p e i 2 1 r1 p r2 p e i 2
r1s r2 s e i 2 Rs 1 r1s r2 s e i 2
类方法多利用光的干涉现象作为测量的物理基础。 （1)光的干涉条件
薄膜厚度的测量
薄膜厚度的测量，根据薄膜的不同，其测量方法也是多种多样。多数方法
只能在薄膜制备完成后使用，只有少数的方法属于实时的测量技术。
1、薄膜厚度的光学测量方法 薄膜厚度的测量广泛用到了各种光学方法。这是由于光学方法不仅可被用
于透明薄膜，还可被用于不透明薄膜；不仅使用简便，而且测量精度较高。这
优点：景深长、图像富有立体感；图像的放大倍率可在大范围内
连续改变，而且分辨率高；样品制备方法简单，可动范围大，便 于观察；样品的辐照损伤及污染程度较小；可实现多功能分析。
构成：电子光学系统，包括电子枪、电磁透镜和扫描线圈等；
机械系统，包括支撑部分、样品室；真空系统；样品所产生信 号的收集、处理和显示系统。
薄膜厚度的测量
通过实验测出和之后， 利用上图便可查出n2，再由 测出的在—曲线上查出 的值，便可求出薄膜的厚度。
薄膜厚度的测量 2、薄膜厚度的机械测量方法 （1)表面粗糙度仪法 用直径很小的触针划过被测薄膜的表面，同时记录下触针在垂 直方向的移动情况并画出薄膜表面轮廓的方法称为粗糙度仪法。这 种方法不仅可以用来测量表面粗糙度，也可以用来测量特意制备的 薄膜台阶高度，以得到薄膜厚度的信息。 应用表面粗糙度仪可测量得出的薄膜表面形貌曲线，由此可得 出许多表面粗糙度的信息，其中最为重要的信息包括：
（5）
由此看来，光在单层膜上的总反射系数可视为光在一等效界面
上的反射系数，如果把它沿P和S分量分解（6）式便可写成
薄膜厚度的测量
RP
r1 p r2 p e i 2 1 r1 p r2 p e i 2
r1s r2 s e i 2 Rs 1 r1s r2 s e i 2
类方法多利用光的干涉现象作为测量的物理基础。 （1)光的干涉条件
薄膜材料的表征方法
d=(2pn1d/l)cosj0 式中，d和n1是薄膜厚度和折射率，r01、r12、t01、t12分别
是0、1和1、2介质（0、1、2分别代表空气、薄膜和衬底） 界面上的反射率和透射率，它们可以分别是p分量和s分量 的不同菲涅耳公式计算出来。因此，s分量和p分量的R值 可以从对应的界面上的s分量和p分量计算得到。
来观测表面形貌。特别是
二次电子因它来自样品本
身而且动能小，最能反映
样品表面层形貌信息。一
般都用它观测样品形貌。
图3－2 电子束与表面原子相互 特征X射线可供分析样品
作用图
的化学组分。
在扫描电子显微镜中，将样品发射的特征X射线 送入X射线色谱仪或X射线能谱仪可进行化学成 份分析。
当样品的厚度小于入射电子穿透的深度时，一部 分入射电子穿透样品从下表面射出。将这一系列 信号分别接受处理后，即可得到样品表层的各种 信息。SEM技术是在试样表面的微小区域形成影 像的。下表列出了扫描电子显微镜可提供的样品 表层信息。
见：吴思诚,王祖铨.近代物理实验[M].北京:北京大学出版 社,1986.
膜厚d 的计算
通常,光波的偏振状态由两个参数描述:振幅和相位。为方便 起见,在椭偏仪法中,采用Ψ 和△这两个参数描述光波反射时 偏振态的变化,它们的取值范围为: 0 ≤Ψ ≤π/ 2 ,0≤△< 2π。 (Ψ , △) 和( Rp , Rs) 的关系定义为总反射系数的比值,如下 式所示 Rp/Rs＝tanyexp（iΔ）
3.1 薄膜厚度的测量
薄膜厚度的测量方法主要有光学测量法和机械测 量法两种。
光学测量法不仅可以测量透明薄膜, 还可以测量 不透明的薄膜; 不仅使用方便, 而且测量精度较高, 因此得到广泛的应用。
是0、1和1、2介质（0、1、2分别代表空气、薄膜和衬底） 界面上的反射率和透射率，它们可以分别是p分量和s分量 的不同菲涅耳公式计算出来。因此，s分量和p分量的R值 可以从对应的界面上的s分量和p分量计算得到。
来观测表面形貌。特别是
二次电子因它来自样品本
身而且动能小，最能反映
样品表面层形貌信息。一
般都用它观测样品形貌。
图3－2 电子束与表面原子相互 特征X射线可供分析样品
作用图
的化学组分。
在扫描电子显微镜中，将样品发射的特征X射线 送入X射线色谱仪或X射线能谱仪可进行化学成 份分析。
当样品的厚度小于入射电子穿透的深度时，一部 分入射电子穿透样品从下表面射出。将这一系列 信号分别接受处理后，即可得到样品表层的各种 信息。SEM技术是在试样表面的微小区域形成影 像的。下表列出了扫描电子显微镜可提供的样品 表层信息。
见：吴思诚,王祖铨.近代物理实验[M].北京:北京大学出版 社,1986.
膜厚d 的计算
通常,光波的偏振状态由两个参数描述:振幅和相位。为方便 起见,在椭偏仪法中,采用Ψ 和△这两个参数描述光波反射时 偏振态的变化,它们的取值范围为: 0 ≤Ψ ≤π/ 2 ,0≤△< 2π。 (Ψ , △) 和( Rp , Rs) 的关系定义为总反射系数的比值,如下 式所示 Rp/Rs＝tanyexp（iΔ）
3.1 薄膜厚度的测量
薄膜厚度的测量方法主要有光学测量法和机械测 量法两种。
光学测量法不仅可以测量透明薄膜, 还可以测量 不透明的薄膜; 不仅使用方便, 而且测量精度较高, 因此得到广泛的应用。
第5章 2无机膜材料及制备-修改
5.3膜的性能表征
制备出一张膜后，需要对其进行简单评价以 了解它的基本性能。膜的性能通常包括分离、透 过特性、物化稳定性及经济性，这是商品分离膜 所应共同具备的4个最基本的条件。 由于单一的膜材料很难同时具有良好的成膜性、 热稳定性、化学稳定性、耐酸碱性、耐微生物性 侵蚀、耐氧化性和较好的机械强度等优点。因此 常采用膜材料改性或膜表面改性的方法，来提高 膜的性能，以满足不同的要求。
5-1 膜的分类
膜技术的核心是膜。膜的化学性质 和结构对膜分离的性质起着决定性影响， 故要求膜材料应具有良好的成膜性能， 化学稳定性，耐酸、碱、氧化剂和微生 物侵蚀等。
比较通用的膜的分类方法主要有4种。
按膜的材料分类，天然膜和人工合成膜。 按膜的结构，可分为对称膜和非对称膜。对称 膜，又称均质膜，指各向均质的致密或多孔膜， 物质在膜中各处的渗透速率相同。非对称膜由 一个极薄的致密皮层和一个多孔支撑层组成。 按膜的性质分类，膜固态膜、液膜、气膜。目 前主要为固膜，制备固膜的材料一般为有机高 分子； 按用途和膜的作用机理分类，主要是液体分离 膜。它一般用于进行液体混合物的分离。选择 渗透膜，也有文献称之为致密被动膜。
(3)有机聚合物热分解
在惰性气体保护或真空条件下，将热固性 聚合物高温热分解碳化，也可以将有机膜制成 多孔无机膜。 例如，用纤维素、酚醛树脂、聚丙烯腈(PAN) 等有机物可以制备碳分子筛膜，用硅橡胶可以 得到硅基质多孔无机膜。 由于有机膜在热分解过程中的收缩率很大，如 硅橡胶膜分解时收缩率在10％以上，从而导致 膜出现缺陷，因此采用有机聚合物热分解法制 备非对称膜较为困难。
2．多孔膜
薄膜材料的表征方法
优点：简单，测量直观； 缺点：（1）容易划伤较软的薄膜并引起测量误差；
（2）对于表面粗糙的薄膜，并测量误差较大。
2、称重法 如果薄膜的面积A、密度ρ和质量m可以被精确测定的话，由公式
d m
A
就可以计算出薄膜的厚度d。 缺点：它的精度依赖于薄膜的密度ρ以及面积A的测量精度。
3 石英晶体振荡器法 将石英晶体沿其线膨胀系数最小的方向切割成片，并在两端面上沉积上金属 电极。由于石英晶体具有压电特性，因而在电路匹配的情况下，石英片上将产生 固有频率的电压振荡。将这样一只石英振荡器放在沉积室内的衬底附近，通过与 另一振荡电路频率的比较，可以很精确地测量出石英晶体振荡器固有频率的微小 变化。在薄膜沉积的过程中，沉积物质不断地沉积到晶片的一个端面上，监测振 荡频率随着沉积过程的变化，就可以知道相应物质的沉积质量或薄膜的沉积厚度。
右图是Au薄膜的高分辨率点阵 像，从其中已可以分辨出一个 个Au原子的空间排列。
返回
四、X射线衍射方法
特定波长的X射线束与晶体学平面发生相互作用时会发生X射线的衍射，衍射 现象发生的条件即是布拉格公式
2d sin n
其中，λ为入射的X射线波长，d为相应晶体学面的面 间距，θ为入射X射线与相应晶面的夹角，如图所示， 而n为任意自然数。上式表明，当晶面与X射线之间满 足上述几何关系时，X射线的衍射强度将相互加强。 因此，采取收集入射和衍射X射线的角度信息及强度 分布的方法，可以获得晶体点阵类型、点阵常数、晶 体取向、缺陷和应力等一系列有关的材料结构信息。
隧道电流I是电子波函数重叠的量度，与针尖和样品之间距离S和平均功函数
Φ有关：
1
I Vb exp( A 2 S)
Vb是加在针尖和样品之间的偏置电压，A是常数。
（2）对于表面粗糙的薄膜，并测量误差较大。
2、称重法 如果薄膜的面积A、密度ρ和质量m可以被精确测定的话，由公式
d m
A
就可以计算出薄膜的厚度d。 缺点：它的精度依赖于薄膜的密度ρ以及面积A的测量精度。
3 石英晶体振荡器法 将石英晶体沿其线膨胀系数最小的方向切割成片，并在两端面上沉积上金属 电极。由于石英晶体具有压电特性，因而在电路匹配的情况下，石英片上将产生 固有频率的电压振荡。将这样一只石英振荡器放在沉积室内的衬底附近，通过与 另一振荡电路频率的比较，可以很精确地测量出石英晶体振荡器固有频率的微小 变化。在薄膜沉积的过程中，沉积物质不断地沉积到晶片的一个端面上，监测振 荡频率随着沉积过程的变化，就可以知道相应物质的沉积质量或薄膜的沉积厚度。
右图是Au薄膜的高分辨率点阵 像，从其中已可以分辨出一个 个Au原子的空间排列。
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四、X射线衍射方法
特定波长的X射线束与晶体学平面发生相互作用时会发生X射线的衍射，衍射 现象发生的条件即是布拉格公式
2d sin n
其中，λ为入射的X射线波长，d为相应晶体学面的面 间距，θ为入射X射线与相应晶面的夹角，如图所示， 而n为任意自然数。上式表明，当晶面与X射线之间满 足上述几何关系时，X射线的衍射强度将相互加强。 因此，采取收集入射和衍射X射线的角度信息及强度 分布的方法，可以获得晶体点阵类型、点阵常数、晶 体取向、缺陷和应力等一系列有关的材料结构信息。
隧道电流I是电子波函数重叠的量度，与针尖和样品之间距离S和平均功函数
Φ有关：
1
I Vb exp( A 2 S)
Vb是加在针尖和样品之间的偏置电压，A是常数。
无机膜技术
2. 无机膜孔径分布特征
由载体层到顶层：孔径逐渐减小，形成 不对称分布。
顶层孔径：纳米级 过渡层孔径：0.1~1 µm 载体层孔径：1~20 µm
第三十一页，编辑于星期六：十六点 十分。
3. 无机膜的表面结构特征
完整性与缺陷并存
制备： 原料组成
浸涂时间（厚薄） 干燥温度、湿度 焙烧温度 环境洁净度
第三十八页，编辑于星期六：十六点 十分。
③化学稳定性： 好。 抗微生物降解； 对有机溶剂、腐蚀性气体、微生物侵蚀，表
现出良好的稳定性；
耐高温：不易溶胀—解离。
第三十九页，编辑于星期六：十六点 十分。
③化学稳定性： 好。
抗微生物降解；
对有机溶剂、腐蚀性气体、微生物侵蚀， 表现出良好的稳定性；
二. 无机膜的发展（三阶段）
1. 1940’s—1970’s末 研究始于40’s ：军用
气体扩散分离阶 段、军工阶段
235U
天然铀矿中，以
UF6形式将铀提出
天然铀
238U
235U
99.3%，不可裂变 0.7%，可裂变
？
第八页，编辑于星期六：十六点 十分。
解决办法：
天然铀矿
气体扩散分离 UF6（可气化）
性的目的。
第十九页，编辑于星期六：十六点 十分。
✓ 优点一：兼具反应与分离双重功能，可突破 热力学限制，提高转化率。
✓ 优点二：膜材质本省的优越性。
第二十页，编辑于星期六：十六点 十分。
1.2 无机膜的类型
无机膜
表层结构 不同
多孔膜
致密膜
第二十一页，编辑于星期六：十六点 十分。
致密金属膜 Pd与Pd合金膜 Ag与Ag合金膜
孔径4~60nm的无机膜