《材料表面界面和微结构分析表征》复习提纲1
材料表界面知识点总结
第九章玻璃表界面4 玻璃的表面反应玻璃成型后一段时间就容易被周围环境介质所侵蚀,侵蚀情况主要取决于玻璃的本质(组成)和介质的种类。
4.1 水对玻璃的侵蚀开始于水中的H+和玻璃中的Na+进行离子交换:离子交换反应停止的真正原因:•Na+含量的降低;R n+(n>1)抑制效应4.2酸对玻璃的侵蚀除氢氟酸外,一般酸并不直接与玻璃起反应,而是通过水的作用侵蚀玻璃。
浓酸对玻璃的侵蚀能力低于稀酸。
酸对玻璃的作用与水对玻璃作用又有所不同。
高碱玻璃的耐酸性小于耐水性,高硅玻璃的耐酸性大于耐水性。
4.3 碱对玻璃的侵蚀硅酸盐玻璃一般不耐碱。
碱对玻璃的侵蚀是通过OH-破坏硅氧骨架(≡Si-O-Si≡),使Si-O键断裂,SiO2溶解在碱液中。
碱的大量存在使得中和反应能够不断进行,所以,侵蚀不是形成硅酸凝胶薄膜,而是玻璃表面层不断脱落。
碱对玻璃的侵蚀程度与下列因素有关:侵蚀时间OH-离子的浓度阳离子的种类侵蚀后玻璃表面的硅酸盐在碱溶液中的溶解度玻璃受碱侵蚀分为以下三个阶段:⏹第一阶段,碱溶液中的阳离子首先吸附在玻璃表面;⏹第二阶段,阳离子束缚周围的OH-离子,OH-离子攻击玻璃表面的硅氧键。
⏹第三阶段,硅氧骨架破坏后变成硅酸离子,和吸附在玻璃表面的阳离子形成硅酸盐,并逐渐溶解在碱溶液中。
碱性溶液对玻璃的侵蚀机理与水或酸不同⏹水或酸(包括中性盐或酸性盐)对玻璃的侵蚀只是改变、破坏或溶解(沥滤)玻璃结构组成中R2O、RO等网络外体物质。
⏹碱性溶液不仅对网络外体氧化物起作用,而且也对玻璃结构中的硅氧骨架起溶蚀作用。
大气对玻璃的侵蚀先是以离子交换为主的释碱过程后逐步过渡到以破坏网络为主的溶蚀过程。
4.41) 化学组成的影响硅酸盐玻璃的耐水性和耐酸性主要取决于硅氧和碱金属氧化物的含量。
玻璃中同时存在两种碱金属氧化物时,由于“混合碱效应”使玻璃的化学稳定性出现极值。
2) 热处理的影响一般来说,退火玻璃比淬火玻璃化学稳定性高。
材料表面工程复习大纲
材料表面工程复习大纲一、绪论1、表面工程技术:是利用各种物理、化学和机械的方法,改变基材表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况而使其具有某种特殊性能,从而满足特定的使用要求的技术。
2、表面工程技术是表面工程学的核心和实质,其内涵为:①表面涂镀技术;②表面薄膜技术;③表面改性技术;④复合表面工程技术。
3、零件在服役过程中,主要失效的形式为:腐蚀、磨损、疲劳、断裂。
二、固体表面的物理化学特征1、界面指两相接触的约几个分子厚度的过渡区,或两种不同相之间的交界区称为界面。
若其中一相为气体,这种界面通常称为表面。
表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面,但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。
2、固体材料的界面有三种:表面、晶界和相界。
3、实际表面?清洁表面?理想表面?实际表面:一是所谓“内表面层”,它包括基体材料和加工硬化层;另一部分是所谓“外表面层”,它包括吸附层、氧化层等。
清洁表面:清洁表面是经过特殊处理(即保证组成上的确定性)后,保持在超高真空下的表面(即保证表面不随时间而改变)。
理想表面:是一种理论上的结构完整的二维点阵平面。
4、理想表面的前提条件:忽略了晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响;忽略了表面原子的热运动、热扩散和热缺陷等;忽略了外界对表面的物理化学作用等。
5、清洁表面偏离三维周期性结构的主要特征应该是:表面台阶、表面弛豫、表面重构。
6、台阶表面:台阶表面不是一个平面,它是由有规则的或不规则的台阶所组成。
7、最常见的表面重构有两种类型:缺列型重构和重组型重构。
8、表面粗糙度:指加工表面上具有的较小间距的波峰和波谷所组成的微观几何形状误差,也称微观粗糙度。
表面粗糙度主要是由加工过程中刀具与工件表面间的摩擦、切削分离工件表面层材料的塑性变形、工艺系统的高频振动以及刀尖轮廓痕迹等原因形成。
9、残余应力按其作用范围分为:宏观内应力和微观内应力两类。
宏观内应力:由于材料各部分变形不均匀而造成的宏观范围内的内应力。
材料表界面期末复习
一、绪论二、1、表界面的定义及其种类。
定义;表界面是由一个相过渡到另一个相的过渡区域。
若其中一相为气体,这种界面通常称为表面。
种类:表界面通常有五类:气-液界面(表面),气-固界面(表面),液-液界面,液-固界面,固-固界面。
二、液体表面1、表面张力定义及表面自由能定义答:表面张力是单位长度上的作用力,单位是N/m,是功的单位或能的单位。
所以σ也可以理解为表面自由能,简称表面能。
表界面张力的热力学定义为:由能量守恒定律,外界所消耗的功存储于表面,成为表面分子所具有的一种额外的势能,也称为表面能。
广义表面自由能的定义:保持相应的特征变量不变,每增加单位表面积时,相应热力学函数的增值。
狭义的表面自由能定义:保持温度、压力和组成不变,每增加单位表面积时,Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能,或简称表面自由能或表面能,用符号σ表示,单位为J·m-2。
(1J·m-2=1 N·m ·m-2=1 N·m-1)BnTpAG,,)/(∂∂=σσ的物理意义——(1)表面自由能(2)表面张力由于分子在体相内部与界面上所处的环境是不同的,产生了净吸力。
而净吸力会在界面σ表示.2、计算:A、例:20℃时汞的表面张力为4.85×10-1 Jm-2,求在此温度及101.325 kPa 的压力下,将半径1mm的汞滴分散成半径10-5 mm的微小汞滴,至少需要消耗多少功?解:σ=4.85×10-1 Jm-2r1=1mm, r2=10-5 mmB 、试求25℃,质量m =1g 的水形成一个球形水滴时的表面能E1。
若将该水滴分散成直径2nm 的微小水滴,其总表面能E2又是多少?(已知25℃时水的比表面自由焓Gs 为72×10-3 J*m-2)解:设1g 水滴的体积为V ,半径为r1,表面积为A1,密度为ρ,则:3、Laplace 方程表达式就是Laplace 方程,是表面化学的基本定律之一。
材料表面界面考试知识点整理2023年修改整理
1.原子间的键合方式及性能特点原子间的键合方式包括化学键和物理键,其中化学键又分为离子键,共价键和金属键,物理键又包括分子键和氢键.结合方式 晶体特性离子键 电子转移,结合力大,无方向性和饱和性 硬度高,脆性大,熔点高,导电性差共价键 电子共用,结合力大,有方向性和饱和性 强度高,硬度高,熔点低,脆性大,导电性差金属键 依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静导电性,导热性,延展性好,熔点较高 电引力使原子结合,电子逸出共有,结合力较大,无方向性和饱和性分子键 电子云偏移,结合力很小,无方向性和饱和性熔点低,硬度低氢键 氢原子同时与两个负电性很大而原子半径很小的原子结合而产生的具有比一般次价键大的键力,具有饱和性和方向性2.原子的外层电子结构,晶体的能带结构。
3.晶体(单晶、多晶)的基本概念,晶体与非晶体的区别。
单晶:质点按同一取向排列,由一个核心(晶核)生长而成的晶体;多晶:由许多不同位向的小晶体(晶粒)所组成的晶体.晶体 非晶体原子排列 规则排布 紊乱分布熔点 有固定的熔点 没有明显的熔点性能 各向异性 各向同性4.空间点阵与晶胞、晶面指数、晶面间距的概念,原子的堆积方式和典型的晶体结构。
空间点阵:呈周期性的规律排列的阵点所形成的具有等同的四周环境的三维阵列;晶胞:在空间点阵中,能代表空间点阵结构特点的最小平行六面体,反应晶格特性的最小几何单元;晶面指数: 在晶格中,通过任意三个不在同一直线上的格点作一平面,称为晶面,描写晶面方位的一组数称为晶面指数.一般选取晶面在三个坐标轴上的截距,取倒数作为晶面指数;晶面间距:两近邻晶面间的垂直距离;原子的堆积方式:六角堆积和立方堆积;典型的晶体结构:面心立方结构,体心立方结构,密排六方结构.5.表面信息猎取的要紧方式及基本原理能够通过光子,电子,离子,声,热,电场和磁场等与材料表面作用,来猎取表面的各种信息,或者利用原子线度的极细探针与被测材料的表面近距离接近,探测探针与材料之间的信号,来猎取表面信息.电子束技术原理:离子束技术原理:离子比光子电子都重,它轰击表面时产生的效应特别明显.离子不但具有电荷还有电子结构和原子结构,当离子与表面接近时,除具有静电场和接触电势差作用外,它本身还能够处于不同的激发电离态,离子还能够与表面产生各种化学反应,总之,离子与表面作用后,提供的信息特别丰富.光电子能谱原理:扫描探针显微镜技术原理:6.为什么XPS可获得表面信息,而X射线衍射只能获得体信息?[略]X射线衍射(XRD)是利用晶体形成X射线衍射,对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法.将具有一定波长的X射线照耀到晶体上时,X射线因在晶体内遇到规则排列的原子或离子而发生散射,散射的X射线在某些方向上加强,从而显示与晶体结构相应的特有衍射现象.7.利用光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(Auger)进行表面分析的基本原理和应用范围。
材料的表面与界面第一章 表面与界面的基础知识
表面张力和表面自由能是对同一表面现象从 力学和热力学角度所做的描述。
表面张力的力学概念直观、易应用,在分析 各种界面同时存在的各界面张力的平衡关 系时容易理解。
表面自由能的概念反映现象的本质,讨论表 面现象的各种热力学关系时应用表面自由 能概念更贴切和方便。
在采用适宜的单位时(如表面张力用mN.m-1, 表面自由能用mJ.m-2),同一体系的表面 张力和表面自由能数值相同。
的高度h服从washburn方程:h2=ctrcos/2η 和η为液体的表面张力和黏度;c为毛细管因子,r为与粉体
柱相当的毛细管平均半径,一般将cr作为仪器常数。
五. 浮选与接触角
测定接触角后可以用来计算固体的表面能, 润湿热,吸附量等有用的数据。
在工业上接触角的研究的最大应用在泡沫浮 选:在矿浆中加入起泡剂等后通入空气形 成泡沫,由于水对矿石粉不同组成的润湿 性质不同,有用矿粉体附着在泡沫上并上 浮分离,无用的矿粉体则沉入水底。每年 全世界用浮选法分离的矿石达到10亿吨以 上。
材料表面与界面研究的意义 材料的表面与其内部本体,无论在结构上还是在化学组成上都有明显
的差别,这是因为材料内部原子受到周围原子的相互作用是相同的, 而处在材料表面的原子所受到的力场却是不平衡的,因此产生了表面 能。对于有不同组分构成的材料,组分与组分之间可形成界面,某一 组分也可能富集在材料的表界面上。即使是单组分的材料,由于内部 存在的缺陷,如位错等,或者晶态的不同形成晶界,也可能在内部产 生界面。材料的表界面对材料整体性能具有决定性的影响,材料的腐 蚀、老化、硬化、破坏、印刷,涂膜、粘结、复合等等,无不与材料 的表界面密切有关。因此研究材料的表界面现象具有重要的意义。
-GS=sg - lg - sl = S
材料结构表征及应用知识点总结
第一章绪论材料研究的四大要素:材料的固有性质、材料的结构、材料的使用性能、材料的合成与加工。
材料的固有性质大都取决于物质的电子结构、原子结构和化学键结构。
材料结构表征的三大任务及主要测试技术:1、化学成分分析:除了传统的化学分析技术外,还包括质谱(MC)、紫外(UV)、可见光、红外(IR)光谱分析、气、液相色谱、核磁共振、电子自旋共振、二次离子色谱、X射线荧光光谱、俄歇与X射线光电子谱、电子探针等。
如质谱已经是鉴定未知有机化合物的基本手段;IR在高分子材料的表征上有着特殊重要地位;X射线光电子能谱(XPS)是用单色的X射线轰击样品导致电子的逸出,通过测定逸出的光电子可以无标样直接确定元素及元素含量。
2、结构测定:主要以衍射方法为主。
衍射方法主要有X射线衍射、电子衍射、中子衍射、穆斯堡谱等,应用最多最普遍的是X射线衍射。
在材料结构测定方法中,值得一提的是热分析技术。
3、形貌观察:光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜。
第二章X射线衍射分析1、X射线的本质是电磁辐射,具有波粒二像性。
X射线的波长范围:0.01~100 Å 或者10-8-10-12 m 1 Å=10-10m(1)波动性(在晶体作衍射光栅观察到的X射线的衍射现象,即证明了X射线的波动性);(2)粒子性(特征表现为以光子(光量子)形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量)。
2、X射线的特征:①X射线对物质有很强的穿透能力,可用于无损检测等。
②X射线的波长正好与物质微观结构中的原子、离子间的距离相当,使它能被晶体衍射。
晶体衍射波的方向与强度与晶体结构有关,这是X射线衍射分析的基础。
③X射线光子的能量与原子内层电子的激发能量相当,这使物质的X射线发射谱与吸收谱在物质的成分分析中有重要的应用。
一、X射线的产生1.产生原理高速运动的电子与物体碰撞时,发生能量转换,电子的运动受阻失去动能,其中一小部分(1%左右)能量转变为X射线,而绝大部分(99%左右)能量转变成热能使物体温度升高。
材料表界面复习资料1
复习资料
复合材料界面的分析表征方法
• 界面浸润性的分析表征
A. 接触角———— 单丝浸润法 单丝浸润力法 毛细浸润法
B. 表面张力———— 采用固体聚合物表面张力的测定方法
• 增强纤维表面形貌的分析表征
高性能纤维表面处理后的形态 表面接枝聚合物后的表面形态 复合材料破坏断面的纤维形貌
SEM
2、细胞与材料表面之间的相互作用的影响因素
材料表面化学性质; 材料表面蛋白吸附能力; 表面自由能;
表面亲水和疏水能力;
表面电荷性能; 表面生物活性及表面拓扑结构等
简答题:
3、生物材料表面修饰方法
(1)表面固定蛋白质对生物材料进行表面修饰 (2)表面固定氨基酸及其衍生物对生物材料 进行表面修饰 (3)表面固定多肽对生物材料进行表面修饰 (4)表面固定细胞生长因子对生物材料进行表面修饰 (5)表面固定酶类对生物材料进行表面修饰
2,2'-二苯基-1-三 硝基苯肼自由基
名词解释:
• 生物医用材料(一般定义):
是一种能对机体的细胞、组织和器官进行诊 断、治疗、替代、修复、诱导再生或增进其功能 的材料。 • 接触引导:
细胞是根据其接触的下层材料表面的拓扑形貌而
取向生长的——即接触引导
填空题:
1.生物材料表界面表征的方法: 接触角分析; X射线电子谱; 原子力显微镜(AFM); 二次离子质谱;
• 来自系统因素包括:
• 植入组织附件、操作技术、感染情况等
简答题:
1、生物医用材料的基本性能:
具有良好的生物相容性;
与生物组织亲和性好; 具有与天然组织相适应的力学性能; 在生物体内材料的物理、化学性能稳定; 耐消毒、杀菌;
材料结构与表征-金属部分复习大纲2014-答案
《材料结构与表征》考试大纲金属部分:1.钢铁热处理有何特点及其适用范围是什么?定义:热处理是指将钢在固态下加热、保温和冷却。
以改变钢的组织结构,获得所需要性能的一种工艺;特点:热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能,而不改变其形状;适用范围:只适用于固态下发生相变的材料,不发生固态相变的材料不能用热处理强化。
2.典型钢的普通热处理有哪些方法,适用范围如何?1、退火:将钢加热至适当温度保温,然后缓慢冷却(炉冷)的热处理工艺。
如a、完全退火:细化组织和降低硬度提高塑性,去除内应力,主要用于亚共析钢铸、锻件;b、不完全退火:细化组织,降低硬度,主要用于中、高碳钢及低合金钢内的锻、轧件,组织细化程度低于完全退火;c、去应力退火:消除内应力,使之达到稳定状态,主要用于铸件、焊接件、锻轧件及机加工件。
对于过共析钢,必须采用正火消除网状渗碳体及其他组织缺陷后,才可采用这种退火法;2、正火:将亚共析钢加热到Ac3+30-50度,共析钢加热到Ac1+30-50度,过共析钢加热到Accm+30-50度保温后空冷的工艺。
适用范围:①低碳钢:提高硬度,改善加工性能,防止机加工粘刀,降低表面粗造度值;②中碳钢和合金钢:细化晶粒,均匀组织,为淬火做好准备;③高碳钢和高合金钢:消除网状碳化物,为球化退火作准备;④渗碳钢:消除渗层中的网状碳化物;⑤锻件和铸件:消除不正常组织(如粗晶等);⑥要求不高的碳钢:消除不正常组织(如粗晶等);3、淬火:将钢加热到临界点以上,保温后以大于Vk速度冷却,使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。
如a、单介质淬火:在单一冷却介质(如水、油、空气等)中淬火,达到硬度、强度等要求,为最常用的方法;b、双介质淬火:在两种淬火介质(如水—油、水—空气、油—空气等)中淬火,保证足够的淬硬层,避免淬裂,减少变形,适用于中、高碳钢零件和合金钢大型零件;c、分级淬火:先淬入浴槽中,使零件内外温度都达到浴槽介质的温度,然后再淬入另一种冷却较缓慢的介质,减少变形和开裂,适用于形状复杂、变形要求严格的零件,包括尺寸较小的合金钢、碳钢零件,尺寸较大零件或淬透性差的钢种;d、固溶处理:将其他相充分溶解到固溶体中,适用于沉淀硬化不锈钢、马氏体时效钢。
材料分析与表征教学大纲
材料分析与表征教学大纲材料分析与表征教学大纲材料分析与表征是材料科学与工程领域中的一门重要课程,旨在培养学生对材料性质的理解和分析能力。
本文将对材料分析与表征教学大纲进行探讨,介绍其内容和重点,并探讨其在材料科学教育中的意义。
一、引言材料分析与表征是一门综合性课程,涉及材料的结构、性质和性能等方面。
通过学习该课程,学生能够掌握各种分析和表征方法,从而全面了解材料的组成、结构和性质,为材料设计和工程应用提供科学依据。
二、教学内容1. 材料的基本性质和分类本部分主要介绍材料的基本性质,如密度、热导率、电导率等,以及材料的分类方法,如金属材料、陶瓷材料、聚合物材料等。
学生需要了解不同材料的特点和应用领域。
2. 材料的结构与组成分析这一部分重点介绍材料的结构和组成分析方法,如X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱分析等。
学生需要学会运用这些方法来确定材料的晶体结构、元素组成和相变行为。
3. 材料的物理性能测试本部分主要介绍材料的物理性能测试方法,如力学性能测试、热性能测试、电性能测试等。
学生需要学会使用相应的仪器和设备,对材料的强度、硬度、热膨胀系数等性能进行测试和分析。
4. 材料的化学性能测试这一部分重点介绍材料的化学性能测试方法,如腐蚀性能测试、溶解性测试等。
学生需要了解材料在不同环境条件下的化学反应和性能变化,以及如何进行相应的测试和分析。
5. 材料的表面和界面分析本部分主要介绍材料的表面和界面分析方法,如扫描电子显微镜、原子力显微镜、表面拉曼光谱等。
学生需要学会观察和分析材料的表面形貌、粗糙度、化学成分等信息。
三、教学重点1. 理论与实践结合在教学过程中,应注重理论与实践相结合,通过实验操作和实际案例分析,帮助学生将理论知识应用到实际问题中。
只有理论与实践相结合,学生才能更好地理解和掌握材料分析与表征的方法和技术。
2. 培养分析思维能力材料分析与表征的过程需要学生具备良好的分析思维能力,能够从实验数据和观察结果中推断材料的性质和结构。
材料表界面_复习课
2 ls M RT ln C0 r C
温度一定时,晶体颗粒越小,则 1/r 越大,溶解度也越大。 所以当溶液在恒温下浓缩时,溶质的浓度逐渐增大,达到普通晶体 的饱和浓度时,对微小晶体却仍未达到饱和状态,因而不可能析出 微小晶体,从而形成过饱和溶液。若要自动生成微小晶体,还需进 一步蒸发,达到一定的过饱和程度时,小晶体才可能不断析出。
材料表界面的基本性能
表面张力
影响表面张力的因素: 2. 温度的影响 随温度升高,分子间的距离增大,分子间的相互作用力 减弱,表面张力就会下降。当温度升高到临界温度时, 液体与气体的界面消失,表面张力趋于零。
材料表界面的基本性能
表面张力
第六章 高分子材料的表面张力 1 2 3 4 5 6 7 表面张力与温度的关系 表面形态对表面张力的影响 表面张力与相对分子质量的关系 表面张力与分子结构的关系 表面张力与内聚能密度 共聚和共混对表面张力的影响 固体聚合物表面张力的测定方法
材料表界面的四大定理?
1. Laplace方程
2. Kelvin公式 3. Gibbs 吸附等温式 4. Young方程
1. Laplace方程
弯曲表面上的附加压力 A B ps A B
ps
由于液面是弯曲的,沿AB的周界上的表面张力不能抵 消,作用于边界的力有一指向曲率中心的合力。所有 的点产生的合力和为 Ps ,称为附加压力。
HLB 亲水基部分分子量 100 亲水基分子量 100 表面活性剂分子量 5 疏水基分子量 亲水基分子量 5
(2)其他类型表面活性剂HLB值的计算
HLB H L 7
(3)混合表面活性剂HLB值的计算
(2-4)
mA HLBA mB HLBB HLB mA mB
材料结构表征及应用复习资料.
2.7激光拉曼光谱
1.几个基本概念?
1拉曼散射当一束频率为υ0的入射光照射到气体、液体或透明晶体样品上时,绝大部分可以通过,大约有0.1%的入射光子与样品发生碰撞后向各个方向散射。若入射光子与样品分子之间发生碰撞有能量交换,即称为非弹性碰撞,这种光的散射称为拉曼散射。
3肯定法这种分析方法主要针对谱图上强的吸收带,确定是属于什么官能团,然后再分析具有较强特征性的吸收带。
3.影响谱图质量的因素?
1仪器参数的影响光通量、增益、扫描次数等直接影响信噪比S/N.
2环境的影响光谱中的吸收带并非都是由样品本身产生的,潮湿的空气、样品的污染、残留溶剂、由玛瑙研钵或玻璃器皿所带入的二氧化硅,溴化钾压片时吸附的水等原因均可产生附加的吸收带,故在光谱解析时应特别注意。
材料结构表征及应用复习资料
--2013材料化学
第一章绪论
1.材料研究的四大要素:材料的固有性质、材料的结构、材料的使用性能、材料的合成与加工;
2.材料的固有性质大都取决于物质的电子结构、原子结构和化学键结构。
3.材料结构表征的三大任务及主要测试技术:
1化学成分分析:传统的化学分析技术、质谱、色谱、红外光谱、核磁共振、X射线光电子能谱;
2结构测定:X射线衍射、电子衍射、中子衍射、热分析;
3形貌观察:光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜;
第二章红外光谱及激光拉曼光谱
2.1红外光谱的基本原理
1.红外光谱定义:当用一束具有连续波长的红外光照射物质时,该物质的分子就要吸收一定波长的红外光的光能,并将其转变为分子的振动能和转动能,从而引起分子振动—转动能级的跃迁。通过仪器记录下不同波长的透过率(或吸光度)的变化曲线,即是该物质的红外吸收光谱。
材料表面与界面 第1章 概论
图1.5高能离子和固体相互作用及其溅射过程示意
分析条件在一次离子的电流密度在为 1mA· -2左右时的SIMS,称动态SIMS。与之 cm 相反,分析条件在一次离子的电流密度在 10nA· -2之下时,称为静态 SIMS。动态适用 cm 于金属及半导体的表面及深度分布的分析,静 态SIMS主要用于聚合物材料的表面分析。 二次离子质谱仪有四个主要部分组成:一 次离子源和束流调节系统、样品定位器和二次 离子引出透镜、用作质量-电荷分析的质谱仪以 及高灵敏度的离子探测系统。
反射红外光特别是衰减全反射红外光谱是
最常见的表面分析方法。尤其是在表层厚度大, 而底层信号弱又单纯时是相当有效的方法,对 于聚合物材料,其广泛用于涂膜及层压薄膜的 分析。可它在红外区域的测定深度一般是2μm 左右,由于测定深度较深,所以与其说是得到 表面信号,还不如说是得到了本体信号。 使用傅里叶变换红外光谱时,灵敏度提高 很多,所以能够对各种典型表面进行高灵敏度 的测定。其核心部分是一台双光束干涉仪,由 两个互相成为直角的平面镜和一个与平面镜成 45°角的分光束板组成。
高聚物的表面表征研究
高聚物的表面改性
高聚物共混体系及复合材料的界面
固体表面与界面
热力学因素
表面能与表面张力 浸润
动力学因素
浸润速度
红外光谱(FTIR)
红外光谱基本原理 红外光谱简称IR。通过红外光照射到物质 分子只能激发分子内原子核之间的振动和转动 能级的跃迁,因此红外光谱是通过测定这两种 能级跃迁的信息来研究分子结构。在红外光谱 中,以波长或波数为横坐标,以强度或其他随 波长变化的性质为纵坐标。红外辐射光的波数 可分为近红外区(10000—4000cm-1)中红外区 (4000—400cm-1)和远红外区(400—10 cm-1)。中 红外区是红外光谱应用最广的部分,有机化合 物的红外吸收光谱都在此范围。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
《材料表面界面和微结构分析表征》复习提纲
绪论
掌握现代分析技术的原理、特点和分类。
作业与思考: 试述体分析,表面分析和微区分析的概念并举例.
第一章表面科学与表面分
1. 了解表面分析仪的组成、各部分的功能和要求;
2. 掌握X-射线发射机理、命名、谱线波长和相对强度变化规律。
3. 掌握电子能量分析器工作原理以及表述方法。
作业与思考:
1. 画图并通过数学推导详述CHA电子能量分析的工作原理;
2. 画图并说明特征X-射线发射机理;
3. 画图并说明特征X-射线的命名、谱线波长和相对强度的变化规律。
第二章俄歇电子能谱
1. 掌握Auger效应,Auger 跃迁的过程和Auger 电子的命名
2. 了解Auger电子能谱的认识
3. 掌握决定Auger 峰能量的因素
4. 了解Auger峰精细结构与化学状态分析
5. 掌握Auger信号强度与AES 定量分析(概念、方法和公式等)。
作业与思考:
1.分别画图并说明电子和X-射线与物质相互作用产生Auger 电子跃迁的过程;
2.决定Auger 信号强度的主要因素有哪些?
(1)元素电离几率;(2)Auger跃迁几率;(3)Auger的逃逸深度。
入射电流强度IP
电离几率σax (1+γm )
俄歇跃迁几率PA
仪器因素T & D
原子浓度NA
信息深度Z
3 AES 定性分析的依据是什么?
(1)峰位(能量) ,由特定元素原子结构确定;
(2)元素的峰数,由特定元素原子结构确定(可由量子力学估计);
(3)各峰相对强度大小也是该元素特征;
以上三条是俄歇能谱定性分析的依据,这些数据均有手册可查。
4. AES 定量分析方法和对应公式是什么?
标样法
灵敏度因素法
5.根据不锈钢样品的AES谱图,量得Cr529(eV)、Fe703(eV) 和Ni848(eV)的Auger 峰高分别为4.6、9.8 和1.6,查表得Cr、Fe和Ni对应的灵敏度因子分别为0.28、0.19 和0.26,试计算该不锈钢样品表面的Fe、Cr 和Ni 的含量(%)。
第三章X 射线光电子谱
1.XPS 和AES 分析的特点对比
2.掌握XPS 基本X 光电子产生和能量关系
3.掌握XPS 谱图认识:主结构和产生机理
4.化学位移及化学状态分析
5.掌握灵敏度因子法XPS 定量分析(概念、方法和公式等)。
作业与思考:
1. Auger 电子和X光电子的动能各由哪些因素决定?
Auger 电子能量只与激发过程中涉及的原子轨道有关,X光电子的能量还与入射源的能量有关。
2. 如何区别Auger 电子和X光电子峰?
饿歇e峰位与入射源能量无关
X光e峰位与入射源能量有关
因此,换入射源后,峰位不变的是Auger电子峰,而峰位移动的是X光电子峰。
3. AES 定量分析中的相对灵敏度因子与XPS 中的灵敏度因子有何区别?
I sAg351 为纯元素Ag在能量351eV处的最强Auger峰的强度,可见SA表示A 元素相对于纯Ag的灵敏度。
Sj = f σθνλA T 称为元素j的灵敏度因子,则Ij =nj·Sj 一般定义元素氟的灵敏度因子SF =1,并对各元素的Sj进行行归一化理。
4. AES和XPS中的强度分别指什么?(提示:一个是峰的积分面积,另一个是正峰减负峰的峰高度)
5. 画出并解释MgK 激发Ag 的XPS 图的主结构. 从该图中可以获得哪些信息?
第四章扫描电子显微镜
1. 了解扫描电镜的工作原理;
2. 掌握电子激发信息的种类及深度(液滴模型);
3. 掌握扫描电镜中图像的衬度分析;重点掌握二次电子、背散射电子成像
特点。
4.了解电子探针的工作原理,掌握点线面分析模式的用途;
5.通过对比分析了解波谱仪和能谱仪的特点。
作业与思考
1、简述二次电子、背散射电子成像特点。
①由于SE的产额δ∝cosθ与表面形态一一对应,二次电子的强度对表面形貌的变化敏感,故可以用以形成形貌衬度像。
②SE主要来自于样品表层50—100A的深度范围, 电子束未向横向扩展,所以SE 的分辨率相当于束斑直径,分辨率高,适于显示形貌细节特征。
①样品表面平均原子序数Z较高的区域,产生较强的BSE信号,图像较亮,而Z 较低的区域,图像较暗,形成成分衬度或称原子序数衬度像。
②BSE出射的区域比SE深且宽, 所以分辨能力比SE差,一般为150 A。
2.画图说明背散射电子成像时如何获得形貌衬度像和原子序数衬度像。
3 通过液滴模型分析扫描电镜各种图像的分辨率的差异。
俄歇电子的发射深度最浅<20 A,二次e次之<100 A;背散射e 较深,而特征X射线的发射体积和深度均最大,分辨率最低。
4 一镀金的铜引线横断面如图所示。
以入射电子束照射,用新型(对偶)半导体探测器检测背散射电子信号。
要求:
(1)说明用对偶半导体探测器检测信号有什么好处?
粗糙表面的原子序数衬度往往被形貌衬度所掩盖, 为了区别BSE像中的形貌衬度和原子序数衬度, 采用新型半导体电子探测器。
它是由装在样品上方的一对硅半导体组成, 对原子序数而言, 两侧检测器接收的BSE信号强度是一样的, 对形貌来说则是互补的, 利用电路上的加法处理可使原子序数信号放大、消除形貌信号, 减法处理, 则能使形貌信号放大, 消除原子序数的影响。
(2)试画图分析背散射电子成分像的衬度来源。
(加法)
铜引线横断面图
第五章扫描探针显微镜
1. 了解隧道效应、STM的工作原理以及工作模式;
根据量子力学中电子隧道效应,当具有原子尺寸的探针尖足够接近试样表面时,二者之间的电子波函数产生交叠作用。
恒流模式:保持针尖——样品表面电流恒定,针尖在式样表面扫描的同时同步采集针尖运动数据→成像→形貌图;
恒高模式:保持针尖高度不变,试样表面起伏使针尖——样品表面距离改变,导
致隧道电流急剧改变,针尖扫描的同时记录电流数据→成像→形貌图。
2. 了解SFM工作原理以及工作模式
接触模式缺点①针尖和样品表面间的粘附力有可能使样品产生变形,使图像中出现假象;
②针尖和样品表面可能会有损伤。
非接触模式缺点:在空气和液体中较为困难(针尖表面气体吸附:)
轻敲式、间歇接触式,动态模式特点:综合了接触非接和触式了的优势,分辨好,间隙接触时间短而对样品损伤小,是较好的模式
SFM要求样品导电,金属样品较好,半导体效果差。
绝缘体无法观察。
(原子显微镜(AFM)可以克服此缺点)。