材料分析測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、材料科學(xué)與工程學(xué)院教學(xué)文件材料分析測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書部門：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料實(shí)驗(yàn)中心2014.09目 錄前 言 1實(shí)驗(yàn)一 綜合熱分析實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)二 X射線衍射法進(jìn)行物相分析4實(shí)驗(yàn)三 激光粒度分析實(shí)驗(yàn)11實(shí)驗(yàn)四 掃描電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)14實(shí)驗(yàn)五 苯甲酸的紅外光譜測(cè)定及結(jié)構(gòu)分析19實(shí)驗(yàn)六 透射電子顯微分析21實(shí)驗(yàn)七 薄層色譜實(shí)驗(yàn)28實(shí)驗(yàn)八 硅片表面SiO2自然氧化層超薄薄膜的AES分析3133前 言材料分析測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖庆柟?，?yàn)證和加深對(duì)課程主要原理的理解，提高對(duì)課程知識(shí)靈活運(yùn)用的能力。培養(yǎng)獨(dú)立工作和研究能力。鍛煉使用儀器、觀察現(xiàn)象、正確記錄數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。

2、一、預(yù)習(xí)學(xué)生實(shí)驗(yàn)前認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)講義，熟知實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，試?yàn)原理，操作步驟，測(cè)量數(shù)據(jù)種類及記錄數(shù)據(jù)要求，并寫出實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，教師應(yīng)檢查同學(xué)的預(yù)習(xí)報(bào)告，并進(jìn)行必要的講解和提問(wèn)，達(dá)到預(yù)習(xí)的要求以后，方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。二、實(shí)驗(yàn)過(guò)程要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度學(xué)生開(kāi)始實(shí)驗(yàn)前要檢查實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的種類和數(shù)量是否符合要求。記錄實(shí)驗(yàn)條件做好實(shí)驗(yàn)前的各種準(zhǔn)備工作（包括放置樣品，裝置儀器和聯(lián)結(jié)線路等）。準(zhǔn)備完畢，須經(jīng)教師或?qū)嶒?yàn)員檢查無(wú)誤后，方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要細(xì)心認(rèn)真地控制實(shí)驗(yàn)條件，觀察現(xiàn)象，正確進(jìn)行每一步操作，記錄原始數(shù)據(jù)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程做到整齊清潔，有條有理，積極思考，發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象和問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)完畢

3、后，對(duì)實(shí)驗(yàn)所用到的儀器、藥品進(jìn)行處理和對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行清潔，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室老師查收后，方可離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。三、對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求每次實(shí)驗(yàn)后都應(yīng)該寫出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，試驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容包括：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理，儀器裝置，操作步驟，原始數(shù)據(jù)記錄，數(shù)據(jù)處理及討論和回答思考題。在原始數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理的項(xiàng)目中必須盡可能列出一些簡(jiǎn)單明了的表格把它們表示出來(lái)。不要零零散散地寫在報(bào)告紙上。與此同時(shí)更重要的是嚴(yán)格的科學(xué)態(tài)度，即在原始數(shù)據(jù)上絕不允許涂改湊數(shù)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是學(xué)習(xí)過(guò)程中極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)今后工作，尤其是科研及工廠的新產(chǎn)品研制等是一項(xiàng)基本功訓(xùn)練。堅(jiān)決反對(duì)粗枝大葉，錯(cuò)誤百出，字跡潦草，要求同學(xué)們動(dòng)腦筋，仔細(xì)認(rèn)真寫作。實(shí)驗(yàn)一 綜合

4、熱分析實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饩C合熱分析儀工作的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，了解儀器的操作方法和注意事項(xiàng)，了解熱析對(duì)樣品的要求，熟悉影響熱分析曲線的影響因素。二、實(shí)驗(yàn)原理差熱分析的基本原理是由于試樣在加熱或冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的熱變化而導(dǎo)致樣品和參比物間的溫度差，差熱電偶的閉合回路中便有溫差電動(dòng)勢(shì)，其大小為：EAB=k/e（T1-T2）ln(nEa/mEB)式中：EAB由A、B兩種金屬絲組成閉合回路中的溫差電動(dòng)勢(shì)（eV）；K波爾茲曼常數(shù)；e電子電荷；T1、T2差熱電偶兩個(gè)焊點(diǎn)的溫度（K）；nEa金屬A中的自由電子數(shù)；mEB金屬B中的自由電子數(shù)；差熱電偶兩個(gè)焊點(diǎn)的溫度差（T1-T2）由置于兩者中的熱電偶反映出來(lái)，

5、 由上式可知，閉合回路中的溫差電動(dòng)勢(shì)的大小與差熱電偶兩個(gè)焊點(diǎn)的溫度差（T1-T2）成正比，其大小主要決定于試樣本身的特性，通過(guò)信號(hào)放大系統(tǒng)和記錄儀記下的差熱曲線，便能如實(shí)的反應(yīng)出試樣本身的特性。通過(guò)對(duì)差熱曲線的判讀，有可能達(dá)到物相鑒定的目的。 三、實(shí)驗(yàn)儀器儀器名稱：綜合熱分析儀儀器型號(hào)：STA449C生產(chǎn)廠家：德國(guó)耐馳儀器公司四、儀器主要部件介紹1、主機(jī)、2、電源 3、控制器 4、電腦 5、水浴 6、高壓鋼瓶五、實(shí)驗(yàn)樣品要求以及實(shí)驗(yàn)影響因數(shù)5.1、熱析對(duì)樣品的要求1、 顆粒均一、混合均一的粉體2、 液體3、 纖維5.2、影響熱分析曲線的影響因素1、內(nèi)因：晶體結(jié)構(gòu)的影響；陽(yáng)離子電負(fù)性、離子半徑及

6、電價(jià)的影響；氫氧根離子濃度的影響2、外因：升溫速率：推薦升溫速率20/min；試樣的形狀、用量以及填充方式的影響；壓力和氣氛的影響六、操作步驟1、打開(kāi)儀器、控制器和計(jì)算機(jī)電源。2、開(kāi)啟恒溫水浴，設(shè)定好水浴溫度高于室溫3-5，預(yù)熱儀器10-15分鐘。3、校正儀器（并非每次測(cè)試都需要）。4、打開(kāi)爐子，將裝好樣品的待測(cè)坩堝和參比分別放入支架上，并關(guān)好爐子。5、根據(jù)樣品性質(zhì)選擇測(cè)試氣氛，開(kāi)啟氣流閥，調(diào)試好氣體流量，通入所需氣體。6、打開(kāi)測(cè)試程序，根據(jù)測(cè)試向?qū)В瑢?duì)測(cè)試過(guò)程的程序進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。7、按下測(cè)試程序的“開(kāi)始”鍵，進(jìn)行測(cè)試。8、測(cè)試結(jié)束后，讓爐子自然降溫，開(kāi)啟分析程序，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。9、待

7、爐子溫度降回室溫時(shí)，打開(kāi)爐子，取出坩堝，并對(duì)坩堝進(jìn)行清洗。注意事項(xiàng)：1、 在測(cè)量過(guò)程中，請(qǐng)勿振動(dòng)儀器臺(tái)。2、 放置樣品坩堝時(shí)，勿將樣品沾到樣品支架上。3、 在爐子溫度高于50時(shí)，不能打開(kāi)爐子。參考文獻(xiàn)1、無(wú)機(jī)非金屬材料測(cè)試方法。楊南如，武漢理工大學(xué)出版社，第二版。2、儀器分析。趙藻藩等，高等教育出版社，第一版。實(shí)驗(yàn)二 X射線衍射法進(jìn)行物相分析一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?、了解X射線衍射儀的結(jié)構(gòu)和工作原理；2、掌握無(wú)機(jī)非金屬材料X射線衍射分析的制樣方法；3、掌握X射線衍射物相定性分析的方法和步驟；二、 實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)晶體對(duì)X射線的衍射特征衍射線的位置、強(qiáng)度及數(shù)量來(lái)鑒定結(jié)晶物質(zhì)之物相的方法，就是X射線物相

8、分析法。每一種結(jié)晶物質(zhì)都有各自獨(dú)特的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)。沒(méi)有任何兩種物質(zhì)，它們的晶胞大小、質(zhì)點(diǎn)種類及其在晶胞中的排列方式是完全一致的。因此，當(dāng)X射線被晶體衍射時(shí)，每一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己獨(dú)特的衍射花樣，它們的特征可以用各個(gè)衍射晶面間距d和衍射線的相對(duì)強(qiáng)度II0來(lái)表征。其中晶面間距d與晶胞的形狀和大小有關(guān)，相對(duì)強(qiáng)度則與質(zhì)點(diǎn)的種類及其在晶胞中的位置有關(guān)。所以任何一種結(jié)晶物質(zhì)的衍射數(shù)據(jù)d和II0是其晶體結(jié)構(gòu)的必然反映，因而可以根據(jù)它們來(lái)鑒別結(jié)晶物質(zhì)的物相。三、 實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)使用的X射線衍射儀是D/Max-RB型(日本理學(xué)),功率為12 KW。構(gòu)造如圖一所示。主要由X射線發(fā)生器（X射線管）、測(cè)角儀、X

9、射線探測(cè)器、計(jì)算機(jī)控制處理系統(tǒng)等組成。圖1、D/Max-RB型X射線衍射儀構(gòu)造示意圖1、X射線管X射線管采用轉(zhuǎn)靶式管這種管采用一種特殊的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)以大大增強(qiáng)靶面的冷卻，即所謂旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X射線管，是目前最實(shí)用的高強(qiáng)度X射線發(fā)生裝置。管子的陽(yáng)極設(shè)計(jì)成圓柱體形，柱面作為靶面，陽(yáng)極需要用水冷卻。工作時(shí)陽(yáng)極圓柱以高速旋轉(zhuǎn)，這樣靶面受電子束轟擊的部位不再是一個(gè)點(diǎn)或一條線段而是被延展成陽(yáng)極柱體上的一段柱面，使受熱面積展開(kāi)，從而有效地加強(qiáng)了熱量的散發(fā)。所以，這種管的功率能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)密封式管。對(duì)于銅或鉬靶管，密封式管的額定功率，目前只能達(dá)到2 KW左右，而轉(zhuǎn)靶式管最高可達(dá)90 KW。選擇陽(yáng)極靶的基本要求：盡可能避免靶

10、材產(chǎn)生的特征X射線激發(fā)樣品的熒光輻射，以降低衍射花樣的背底，使圖樣清晰。不同靶材的使用范圍見(jiàn)表一。表1、不同靶材的使用范圍2、測(cè)角儀測(cè)角儀是粉末X射線衍射儀的核心部件，主要由索拉光闌、發(fā)散狹縫、接收狹縫、防散射狹縫、樣品座及閃爍探測(cè)器等組成。圖二表示的是測(cè)角儀的光路。X射線源使用線焦點(diǎn)光源，線焦點(diǎn)與測(cè)角儀軸平行。測(cè)角儀的中央是樣品臺(tái)，樣品臺(tái)上有一個(gè)作為放置樣品時(shí)使樣品平面定位的基準(zhǔn)面，用以保證樣品平面與樣品臺(tái)轉(zhuǎn)軸重合。樣品臺(tái)與檢測(cè)器的支臂圍繞同一轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，即圖二的O軸。圖2、測(cè)角儀的光路系統(tǒng) 測(cè)角儀光路上配有一套狹縫系統(tǒng)：（1）Sollar狹縫：即圖二中的S1、S2，分別設(shè)在射線源與樣品和樣品

11、與檢測(cè)器之間。Sollar狹縫是一組平行薄片光闌，實(shí)際上是由一組平行等間距的、平面與射線源焦線垂直的金屬簿片組成，用來(lái)限制X射線在測(cè)角儀軸向方向的發(fā)散，使X射線束可以近似的看作僅在掃描圓平面上發(fā)散的發(fā)散束。（2）發(fā)散狹縫：即FS，用來(lái)限制發(fā)散光束的寬度。（3）接收狹縫：即JS，用來(lái)限制所接收的衍射光束的寬度。（4）防散射狹縫：即FSS，用來(lái)防止一些附加散射（如各狹縫光闌邊緣的散射，光路上其它金屬附件的散射）進(jìn)入檢測(cè)器，有助于減低背景。3、X射線探測(cè)記錄裝置衍射儀中采用的探測(cè)器是閃爍計(jì)數(shù)器(SC)，它是利用X射線能在某些固體物質(zhì)(磷光體)中產(chǎn)生的波長(zhǎng)在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的熒光，這種熒光再轉(zhuǎn)換為能夠測(cè)量

12、的電流。由于輸出的電流和計(jì)數(shù)器吸收的X光子能量成正比，因此可以用來(lái)測(cè)量衍射線的強(qiáng)度。閃爍計(jì)數(shù)管的發(fā)光體一般是用微量鉈活化的碘化鈉(NaI)單晶體。這種晶體經(jīng)X射線激發(fā)后發(fā)出藍(lán)紫色的光。將這種微弱的光用光電倍增管來(lái)放大，發(fā)光體的藍(lán)紫色光激發(fā)光電倍增管的光電面(光陰極)而發(fā)出光電子(一次電子)，光電倍增管電極由10個(gè)左右的聯(lián)極構(gòu)成，由于一次電子在聯(lián)極表面上激發(fā)二次電子，經(jīng)聯(lián)極放大后電子數(shù)目按幾何級(jí)數(shù)劇增(約106倍)，最后輸出幾個(gè)毫伏的脈沖。4、計(jì)算機(jī)控制、處理裝置D/Max-RB型衍射儀主要操作都由計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)完成，掃描操作完成后，衍射原始數(shù)據(jù)自動(dòng)存入計(jì)算機(jī)硬盤中供數(shù)據(jù)分析處理。數(shù)據(jù)分析處理包

13、括平滑點(diǎn)的選擇、背底扣除、自動(dòng)尋峰、d值計(jì)算，衍射峰強(qiáng)度計(jì)算等。三、實(shí)驗(yàn)步驟1、樣品制備 X射線衍射分析的樣品主要有粉末樣品、塊狀樣品、薄膜樣品、纖維樣品等。樣品不同，分析目的不同（定性分析或定量分析），則樣品制備方法也不同。但都要求樣品試片的表面是十分平整的平面且都需要滿足一個(gè)前提條件在制成樣品試片直至衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)束的整個(gè)過(guò)程中，必須保證試片上樣品的組成及其物理化學(xué)性質(zhì)和原樣品相同，必須確保樣品的可靠性。（1）粉末樣品X射線衍射分析的粉末試樣必需滿足這樣兩個(gè)條件：晶粒要細(xì)小，試樣無(wú)擇優(yōu)取向(取向排列混亂)。所以，通常將試樣研細(xì)后使用，可用瑪瑙研缽研細(xì)。定性分析時(shí)粒度應(yīng)小于44微米(350目)，

14、定量分析時(shí)應(yīng)將試樣研細(xì)至10微米左右。較方便地確定10微米粒度的方法是，用拇指和中指捏住少量粉末，并碾動(dòng)，兩手指間沒(méi)有顆粒感覺(jué)的粒度大致為10微米。常用的粉末樣品架有金屬試樣架和玻璃試樣架。金屬試樣架的填充區(qū)為20×18平方毫米，主要用于粉末試樣較多時(shí)；玻璃試樣架是在玻璃板上蝕刻出來(lái)的試樣填充區(qū)為20×18平方毫米，主要用于粉末試樣較少時(shí)(約少于500立方毫米)使用。充填時(shí)，將試樣粉末-點(diǎn)一點(diǎn)地放進(jìn)試樣填充區(qū)，重復(fù)這種操作，使粉末試樣在試樣架里均勻分布并用玻璃板壓平實(shí)，要求試樣面與玻璃表面齊平。如果試樣的量少到不能充分填滿試樣填充區(qū)，可在玻璃試樣架凹槽里先滴一薄層用醋酸戊酯

15、稀釋的火棉膠溶液，然后將粉末試樣撒在上面，待干燥后測(cè)試。（2）塊狀樣品先將塊狀樣品表面研磨拋光，大小不超過(guò)20×18平方毫米,然后用橡皮泥將樣品粘在金屬試樣架上，要求樣品表面與金屬試樣架表面平。（3）微量樣品取微量樣品放入瑪瑙研缽中將其研細(xì)，然后將研細(xì)的樣品放在單晶硅試樣架上（切割單晶硅試樣架時(shí)使其表面不滿足衍射條件），滴數(shù)滴無(wú)水乙醇使微量樣品在單晶硅片上分散均勻，待乙醇完全揮發(fā)后即可測(cè)試。（4）薄膜樣品制備將薄膜樣品剪成合適大小，用膠帶紙粘在玻璃試樣架上即可。2、樣品測(cè)試(1)開(kāi)總電源；通渦輪泵冷卻水；啟動(dòng)高真空機(jī)組：當(dāng)真空度優(yōu)于10-5 X射線發(fā)生器即可工作。開(kāi)靶和高壓油箱的冷卻

16、水，按下TRev 轉(zhuǎn)動(dòng)靶，再按X-ray面板上的“On”按鈕, 然后把kV、mA升到需要的數(shù)值。（2）將制備好的試樣插入衍射儀樣品臺(tái)。啟動(dòng)計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。輸入文件名。根據(jù)需要設(shè)置參數(shù)：掃描方式、掃描范圍 、掃描速度、測(cè)角儀轉(zhuǎn)動(dòng)方式等。（3）測(cè)量完畢，關(guān)閉X射線衍射儀應(yīng)用軟件，取出試樣；將管流管壓分別降到最低，按下X-ray面板上的“Off”按鈕，停止X射線發(fā)生器的工作。關(guān)閉真空機(jī)組.。15分鐘后關(guān)閉循環(huán)水泵，關(guān)閉水源；關(guān)閉衍射儀總電源及線路總電源。3、數(shù)據(jù)處理測(cè)試完畢后，將樣品測(cè)試數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)，用數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)可對(duì)其進(jìn)行圖譜處理、尋峰、求面積、重心、積分寬、減背景、衍射圖比較（多重

17、衍射圖的疊合顯示）、平滑處理、 格式轉(zhuǎn)換（可以把本機(jī)采集的衍射數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成其他數(shù)據(jù)處理程序能接受的文本格式文件）等處理。四、物相定性分析X射線衍射物相定性分析有以下幾種方法：1.三強(qiáng)線法（1）從前反射區(qū)（290)中選取強(qiáng)度最大的三根線，見(jiàn)圖三所示，使其d值按強(qiáng)度遞減的次序排列。圖3、衍射譜中的三強(qiáng)線（2）在數(shù)字索引中找到對(duì)應(yīng)的d1(最強(qiáng)線的面間距）組。（3）按次強(qiáng)線的面間距d2找到接近的幾列。（4）檢查這幾列數(shù)據(jù)中的第三個(gè)d值是否與待測(cè)樣的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)，再查看第四至第八強(qiáng)線數(shù)據(jù)并進(jìn)行對(duì)照，最后從中找出最可能的物相及其卡片號(hào)。如圖四所示。（5）找出可能的標(biāo)準(zhǔn)卡片，將實(shí)驗(yàn)所得d及I/I1跟卡片上的數(shù)

18、據(jù)詳細(xì)對(duì)照，如果完全符合，物相鑒定即告完成。如果待測(cè)樣的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)不符，則須重新排列組合并重復(fù)（2）（5）的檢索手續(xù)。如為多相物質(zhì)，當(dāng)找出第一物相之后，可將其線條剔出，并將留下線條的強(qiáng)度重新歸一化，再按過(guò)程（1）（5）進(jìn)行檢索，直到得出正確答案。圖4、標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片樣片2.特征峰法對(duì)于經(jīng)常使用的樣品，其衍射譜圖應(yīng)該充分了解掌握，可根據(jù)其譜圖特征進(jìn)行初步判斷，例如在26.5度左右有一強(qiáng)峰，在68度左右有五指峰出現(xiàn)，則可初步判定樣品含SiO2。圖五 SiO2樣品的X射線衍射譜五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及要求1.實(shí)驗(yàn)課前必須預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)講義和教材，掌握實(shí)驗(yàn)原理等必需知識(shí)。2.根據(jù)教師給定實(shí)驗(yàn)樣品，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選

19、擇樣品制備方法、儀器條件參數(shù)等。3.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求寫出：實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)方案步驟(包括樣品制備、實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇、測(cè)試、數(shù)據(jù)處理等)，選擇定性分析方法，物相鑒定結(jié)果分析等。4.鑒定結(jié)果要求寫出樣品名稱（中英文）、卡片號(hào)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)三強(qiáng)線的d值、相對(duì)強(qiáng)度及（HKL），并進(jìn)行簡(jiǎn)單誤差分析。六、討論（思考）題1、簡(jiǎn)述連續(xù)X射線譜、特征X射線譜產(chǎn)生原理及特點(diǎn)；2、簡(jiǎn)述X射線衍射分析的特點(diǎn)和應(yīng)用；3、簡(jiǎn)述X射線衍射儀的結(jié)構(gòu)和工作原理；4、粉末樣品制備有幾種方法，應(yīng)注意什么問(wèn)題？5、X射線譜圖分析鑒定應(yīng)注意什么問(wèn)題？七、參考資料1、教材：左演聲等編，材料現(xiàn)代分析方法，北京工業(yè)大學(xué)出版社，2000年12月2

20、、材料近代分析測(cè)試方法常鐵軍哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，19993、儀器分析朱明華高等教育出版社20004、互聯(lián)網(wǎng)查詢相關(guān)資料實(shí)驗(yàn)三 激光粒度分析實(shí)驗(yàn)引言1、超細(xì)粉體的概念：3微米以下的，稱為超細(xì)粉體;2、超細(xì)粉體的的測(cè)試方法：比表面（N2吸附法），沉降法，庫(kù)爾特法等，最直接最精確的為激光衍射法。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解激光粒度分析儀的基本組成，工作原理和操作規(guī)程；2、了解激光粒度分析儀的主要測(cè)試功能和用途；3、掌握激光粒度分析儀的樣品處理，送樣要求和分析注意事項(xiàng)。二、基本原理（激光衍射法）激光照射在顆粒上時(shí)將產(chǎn)生光散射，光散射的角度與顆粒的直徑成反比，而散射光的強(qiáng)度隨散射角的增加呈對(duì)數(shù)衰減。散射光強(qiáng)度

21、的計(jì)算應(yīng)用瑞利散射公式式中，N為單位體積粒子數(shù)；V為單個(gè)粒子體積；l為波長(zhǎng)；n1和n2分別為分散相（固體顆粒）和分散介質(zhì)的折射率；I0為入射光強(qiáng)度。根據(jù)瑞利散射定律，測(cè)定了散射光的強(qiáng)度I，即可求得顆粒的直徑D。激光粒度分析儀的工作原理示意圖以瑞利散射定律作為基本原理，目前有兩種數(shù)學(xué)模型的設(shè)備：弗朗霍夫散射模型和米氏光散射模型。介紹兩者的優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)進(jìn)樣的不同，可分為干法測(cè)試設(shè)備和濕法測(cè)試設(shè)備。兩者的特點(diǎn)。三 設(shè)備簡(jiǎn)介1、生產(chǎn)廠家：英國(guó)馬爾文公司2、主要特點(diǎn)：粒度測(cè)試范圍：0.022000mm 掃描速度：1000次/秒3、主要功能：超細(xì)粉體的粒度分布測(cè)定激光粒度分析儀實(shí)物圖四、操作規(guī)程1、 打開(kāi)

22、儀器的主電源開(kāi)關(guān)，預(yù)熱1520分鐘后，開(kāi)啟計(jì)算機(jī)的設(shè)備程序。2、 打開(kāi)泵機(jī)和超聲波振動(dòng)儀開(kāi)關(guān)，檢查儀器設(shè)備是否運(yùn)行正常。3、 根據(jù)樣品的不同性質(zhì)，設(shè)置不同的泵機(jī)速度。4、 根據(jù)樣品的需要，確定是否開(kāi)啟超聲波儀。如需開(kāi)啟，確定超聲波振動(dòng)儀的強(qiáng)度。5、 設(shè)定測(cè)試樣品的光學(xué)參數(shù)，樣品編號(hào)，然后采用二次水測(cè)定樣品背景。6、 背景測(cè)定后，加入分散好的樣品，控制其濃度在測(cè)試范圍內(nèi)，當(dāng)分散體系的濃度穩(wěn)定后開(kāi)始測(cè)定。7、 收集數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理。8、 測(cè)試結(jié)束后，將管道和樣品槽中的溶液全部排除，同時(shí)用二次水對(duì)樣品槽、管道進(jìn)行清洗，以便下次測(cè)量；9、 測(cè)試結(jié)束后，關(guān)閉電源，并將攪拌器用二次水浸泡。五、結(jié)

23、果分析d(0.1)=1.824 mm d(0.5)= 4.320 mm d(0.9)=9.961mm激光粒度分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖激光粒度分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)六、送樣要求1必須提供所需測(cè)試樣品的光學(xué)參數(shù)（折射率、吸收率）或主要成分；2 必須提供樣品的分散條件。七、分析與思考1、影響粒度分析的準(zhǔn)確度的主要因素有哪些？2、樣品的粒度分析對(duì)分散有什么要求？在粒度分析中，分散劑可分為那幾類？3、在粒度分析測(cè)試報(bào)告表上，d0.1、d0.5、d0.9各代表什么？4、在粒度分析測(cè)試報(bào)告表上的粒度分布曲線的縱橫坐標(biāo)的含義？5、為什么粒度分析需要知道樣品的光學(xué)參數(shù)？6、在對(duì)水泥的粒度分析中，可以采用水做分散劑嗎？為什么？實(shí)

24、驗(yàn)四 掃描電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)一目的意義1了解電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)組成及工作原理；2掌握TM-1000掃描電子顯微鏡的操作方法；3掌握電子掃描分析對(duì)樣品的要求；4掌握實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)處理與分析方法；5熟悉實(shí)驗(yàn)的分析測(cè)試技術(shù)的主要用途。二基本原理（一）、掃描電子顯微鏡的工作原理掃描電鏡是用聚焦電子束在試樣表面逐點(diǎn)掃描成像。試樣為塊狀或粉末顆粒，成像信號(hào)可以是二次電子、背散射電子或吸收電子。其中二次電子是最主要的成像信號(hào)。下面以二次電子像的成像過(guò)程來(lái)說(shuō)明掃描電鏡的工作原理。由電子槍發(fā)射的能量為535keV的電子，以其交叉斑作為電子源，經(jīng)二級(jí)聚光鏡及物鏡的縮小形成具有一定能量、一定束流強(qiáng)度和束斑直徑的微細(xì)電子束

25、，在掃描線圈驅(qū)動(dòng)下，于試樣表面按一定時(shí)間、空間順序作柵網(wǎng)式掃描。聚焦電子束與試樣相互作用，產(chǎn)生二次電子發(fā)射（以及其它物理信號(hào)），二次電子發(fā)射量隨試樣表面形貌而變化。二次電子信號(hào)被探測(cè)器收集轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)，經(jīng)視頻放大后輸入到顯像管柵極，調(diào)制與入射電子束同步掃描的顯像管亮度，得到反映試樣表面形貌的二次電子像。（二）、掃描電鏡的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，掃描電子顯微鏡由電子光學(xué)系統(tǒng)(鏡筒)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)放大系統(tǒng)、圖像顯示和記錄系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和真空系統(tǒng)等部分組成。1、電子光學(xué)系統(tǒng)：電子槍、聚光鏡、物鏡、物鏡光闌和樣品室等部件組成。作用：獲得掃描電子束，作為使樣品產(chǎn)生各種物理信號(hào)的激發(fā)源。2、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：由

26、掃描信號(hào)發(fā)生器、掃描放大控制器、掃描偏轉(zhuǎn)線圈等組成。使電子束產(chǎn)生橫向偏轉(zhuǎn)，包括用于形成光柵狀掃描的掃描系統(tǒng)，以及使樣品上的電子束間斷性消隱或截?cái)嗟钠D(zhuǎn)系統(tǒng)。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以采用橫向靜電場(chǎng)，也可采用橫向磁場(chǎng)。3、信號(hào)探測(cè)放大系統(tǒng)：收集(探測(cè))樣品在入射電子束作用下產(chǎn)生的各種物理信號(hào)，然后經(jīng)視頻放大，作為顯像系統(tǒng)的調(diào)制信號(hào)。探測(cè)二次電子、背散射電子等電子信號(hào)。不同的物理信號(hào)，要用不同類型的收集系統(tǒng)。4、圖象顯示和記錄系統(tǒng)：將信號(hào)檢測(cè)放大系統(tǒng)輸出的調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換為能顯示在陰極射線管熒光屏上的圖像，供觀察或記錄。早期SEM采用顯象管、照相機(jī)等。數(shù)字式SEM采用電腦系統(tǒng)進(jìn)行圖象顯示和記錄管理。掃描電子顯微鏡原

27、理示意圖5.真空系統(tǒng)：真空度高于 10 -4 Torr 。常用：機(jī)械真空泵、擴(kuò)散泵、渦輪分子泵。確保電子光學(xué)系統(tǒng)正常工作、防止樣品污染、保證燈絲的工作壽命等。6.電源系統(tǒng)：由穩(wěn)壓、穩(wěn)流及相應(yīng)的安全保護(hù)電路組成，為掃描電子顯做鏡各部分提供所需的電源。（三）掃描電鏡具有以下的特點(diǎn)(1) 可以觀察直徑為030mm的大塊試樣(在半導(dǎo)體工業(yè)可以觀察更大直徑)，制樣方法簡(jiǎn)單。(2) 場(chǎng)深大、三百倍于光學(xué)顯微鏡，適用于粗糙表面和斷口的分析觀察；圖像富有立體感、真實(shí)感、易于識(shí)別和解釋。 (3) 放大倍數(shù)變化范圍大，一般為15200,000倍，對(duì)于多相、多組成的非均勻材料便于低倍下的普查和高倍下的觀察分析。(4

28、) 具有相當(dāng)高的分辨率，一般為 3.56nm。(5) 可以通過(guò)電子學(xué)方法有效地控制和改善圖像的質(zhì)量，如通過(guò)調(diào)制可改善圖像反差的寬容度，使圖像各部分亮暗適中。采用雙放大倍數(shù)裝置或圖像選擇器，可在熒光屏上同時(shí)觀察不同放大倍數(shù)的圖像或不同形式的圖像。(6) 可進(jìn)行多種功能的分析。與X射線譜儀配接，可在觀察形貌的同時(shí)進(jìn)行微區(qū)成分分析；配有光學(xué)顯微鏡和單色儀等附件時(shí)，可觀察陰極熒光圖像和進(jìn)行陰極熒光光譜分析等。(7) 可使用加熱、冷卻和拉伸等樣品臺(tái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，觀察在不同環(huán)境條件下的相變及形態(tài)變化等。（四）、試樣制備1、對(duì)試樣的要求：試樣可以是塊狀或粉末顆粒，在真空中能保持穩(wěn)定，含有水分的試樣應(yīng)先烘干除

29、去水分，或使用臨界點(diǎn)干燥設(shè)備進(jìn)行處理。表面受到污染的試樣，要在不破壞試樣表面結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行適當(dāng)清洗，然后烘干。新斷開(kāi)的斷口或斷面，一般不需要進(jìn)行處理，以免破壞斷口或表面的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。有些試樣的表面、斷口需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)那治g，才能暴露某些結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，則在侵蝕后應(yīng)將表面或斷口清洗干凈，然后烘干。對(duì)磁性試樣要預(yù)先去磁，以免觀察時(shí)電子束受到磁場(chǎng)的影響。試樣大小要適合儀器專用樣品座的尺寸，不能過(guò)大，樣品座尺寸各儀器不均相同，一般小的樣品座為35mm，大的樣品座為3050mm，以分別用來(lái)放置不同大小的試樣，樣品的高度也有一定的限制，一般在510mm左右。2、掃描電鏡的塊狀試樣制備是比較簡(jiǎn)便的。對(duì)于塊狀導(dǎo)電材料

30、，除了大小要適合儀器樣品座尺寸外，基本上不需進(jìn)行什么制備，用導(dǎo)電膠把試樣粘結(jié)在樣品座上，即可放在掃描電鏡中觀察。對(duì)于塊狀的非導(dǎo)電或?qū)щ娦暂^差的材料，要先進(jìn)行鍍膜處理，在材料表面形成一層導(dǎo)電膜。以避免電荷積累，影響圖象質(zhì)量；并可防止試樣的熱損傷。 3、粉末試樣的制備：先將導(dǎo)電膠或雙面膠紙粘結(jié)在樣品座上，再均勻地把粉末樣撒在上面，用吸耳球吹去未粘住的粉末，再鍍上一層導(dǎo)電膜，即可上電鏡觀察。4、鍍膜：鍍膜的方法有兩種，一是真空鍍膜，另一種是離子濺射鍍膜。離子濺射鍍膜的原理是：在低氣壓系統(tǒng)中，氣體分子在相隔一定距離的陽(yáng)極和陰極之間的強(qiáng)電場(chǎng)作用下電離成正離子和電子，正離子飛向陰極，電子飛向陽(yáng)極，二電極間

31、形成輝光放電，在輝光放電過(guò)程中，具有一定動(dòng)量的正離子撞擊陰極，使陰極表面的原子被逐出，稱為濺射，如果陰極表面為用來(lái)鍍膜的材料（靶材），需要鍍膜的樣品放在作為陽(yáng)極的樣品臺(tái)上，則被正離子轟擊而濺射出來(lái)的靶材原子沉積在試樣上，形成一定厚度的鍍膜層。 離子濺射時(shí)常用的氣體為惰性氣體氬，要求不高時(shí)，也可以用空氣，氣壓約為 5×10 -2 Torr 。離子濺射鍍膜與真空鍍膜相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，濺射一次只需幾分鐘，而真空鍍膜則要半個(gè)小時(shí)以上。（2）消耗貴金屬少，每次僅約幾毫克。（3）對(duì)同一種鍍膜材料，離子濺射鍍膜質(zhì)量好，能形成顆粒更細(xì)、更致密、更均勻、附著力更強(qiáng)的膜。

32、三實(shí)驗(yàn)器材TM-1000臺(tái)式掃描電子顯微鏡；導(dǎo)電雙面膠；鑷子；剪刀；洗耳球； SBC-12小型離子濺射儀（中科科儀 KYKY）；刀片；紙巾；無(wú)水乙醇及所測(cè)試的樣品xxx。四測(cè)試步驟 1、開(kāi)機(jī)。先打開(kāi)變壓穩(wěn)壓器電源開(kāi)關(guān)，然后打開(kāi)儀器左下角控制單元電源開(kāi)關(guān)“POWER”（開(kāi)啟后顯示燈“AIR”亮紅燈），最后開(kāi)啟電腦并雙擊打開(kāi)電腦桌面上的“TM-1000”軟件。2、制樣。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求將樣品在樣品托上裝好（注意：對(duì)于不導(dǎo)電樣品應(yīng)先在玻片上貼好作表面噴金處理和用高度調(diào)節(jié)具進(jìn)行粘有樣品的樣品托的高度調(diào)節(jié)）；3、打開(kāi)掃描電子顯微鏡樣品室，將粘好樣品且已調(diào)好高度的樣品托安裝在樣品座上；4、輕輕關(guān)閉樣品室，并按

33、一下儀器右下角的“EXCHANGE”按鈕對(duì)樣品室抽真空；5、真空抽好以后，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊軟件界面左上角的“Start”給燈絲加高壓，待自動(dòng)聚焦完畢后進(jìn)行樣品觀察。6、樣品觀察并存圖。在“fast”狀態(tài)下，先將放大倍數(shù)選到最小，通過(guò)旋轉(zhuǎn)上下、左右旋鈕找到所需觀察的樣品，然后在合適的倍數(shù)下調(diào)焦并保存圖片（圖片保存時(shí)：姓名 樣品名）。7、觀察結(jié)束以后，關(guān)閉燈絲電壓（即在“fast”狀態(tài)下，先將放大倍數(shù)選到“x100”后用鼠標(biāo)點(diǎn)擊軟件界面左上角的“Stop”），然后用食指按一下儀器右下角的“EXCHANGE”按鈕對(duì)樣品室放氣；8、放氣結(jié)束，待3-5分鐘后樣品室內(nèi)外氣壓一致時(shí)打開(kāi)樣品室取出樣品，儀器回復(fù)到初

34、始狀態(tài)，關(guān)閉電腦，儀器電壓。五實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析根據(jù)需要對(duì)圖片進(jìn)行裁剪處理，就圖片內(nèi)容進(jìn)行分析。六思考題1、 試比較光學(xué)顯微鏡、X光繞射分析儀及電子顯微鏡之功能特性差異。（自選）2、 掃描電子顯微鏡觀察材料之表面形貌時(shí)，其主要成像信號(hào)有那幾種？（自選）3、 應(yīng)用掃描電子顯微鏡可以做那些工作？（自選）4、 掃描電子顯微鏡對(duì)樣品制備有何要求？（必做）5、 掃描電子顯微鏡對(duì)樣品形貌分析（觀察）有何優(yōu)點(diǎn)？（自選）6、 日立TM-1000掃描電子顯微鏡的主要特點(diǎn)及注意事項(xiàng)有哪些？（必做）注意：1、作四道思考題（必做2題、自選2題），思考題回答時(shí)請(qǐng)先寫問(wèn)題再作答。2、書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)要求包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掃描電鏡的基

35、本原理及結(jié)構(gòu)組成、實(shí)驗(yàn)器材、測(cè)試步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、思考題回答等六項(xiàng)內(nèi)容。3、圖片編輯時(shí)必須保證原始信息完整。實(shí)驗(yàn)五 苯甲酸的紅外光譜測(cè)定及結(jié)構(gòu)分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解傅立葉變換紅外分光光譜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理，學(xué)習(xí)使用方法。2. 掌握固體及液體樣品的制備技術(shù)。3. 了解紅外光譜定性分析法的基本原理，學(xué)會(huì)紅外光譜圖的解析方法。二、實(shí)驗(yàn)原理利用物質(zhì)對(duì)紅外光區(qū)電磁輻射的選擇性吸收的特性來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、定性和定量的分析方法，稱為紅外吸收光譜法。紅外光譜具有鮮明的特征性，其譜帶的數(shù)目、位置、形狀和強(qiáng)度都隨化合物不同而各不相同。紅外光譜儀主要有兩大部分組成：光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。光學(xué)檢測(cè)主要元件是M

36、ichelson干涉儀，主要包括紅外光源、光柵、干涉儀、激光器、檢測(cè)器和幾個(gè)紅外反射鏡。工作原理如下：紅外光譜儀原理示意圖紅外光源的輻射光經(jīng)M1反射為平行光束，投射到45°放置的分束器P（KBr）上，分束器將光等分為兩部分：一部分反射到固定鏡再反射回來(lái)，復(fù)透過(guò)P，經(jīng)M3聚焦射向樣品池和檢測(cè)器（DTGS- KBr）；另一部分透過(guò)P，經(jīng)動(dòng)鏡反射也射向樣品池和檢測(cè)器。動(dòng)鏡以速度v作勻速往復(fù)移動(dòng)，經(jīng)M4和M3的兩束光相互干涉而增強(qiáng)，檢測(cè)器輸出的信號(hào)增大；光程差等于入射光波長(zhǎng)的半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，兩束光因干涉相抵消，輸出的信號(hào)減小，這樣由干涉儀輸出的為干涉圖。當(dāng)將有紅外吸收的樣品放在干涉的光路中

37、，由于樣品吸收掉某些頻率范圍的能量，所得干涉圖的強(qiáng)度曲線即表現(xiàn)相應(yīng)的變化，這種變化了的干涉圖包含了整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)樣品吸收的全部信息。計(jì)算機(jī)的作用是將接受由Michelson干涉儀輸出的經(jīng)過(guò)紅外吸收的干涉圖，進(jìn)行FT數(shù)學(xué)處理，將干涉圖還原為我們熟悉的光譜圖。紅外光譜法是定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析的有力工具。對(duì)試樣的要求：試樣純度應(yīng)大于98%；試樣不應(yīng)含水（結(jié)晶水或游離水），水有紅外吸收，與羥基峰干擾，所以試樣應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)干燥處理；試樣濃度和厚度要適當(dāng)，是最強(qiáng)吸收透光度在520 %之間。對(duì)于固體樣品，常用的制樣方法有：壓片法、糊狀法、薄膜法和切片法等。本實(shí)驗(yàn)采用的是壓片法，即將固體樣品與溴化鉀混合研細(xì)，并壓成

38、透明片狀，然后放到紅外光譜儀上進(jìn)行分析。溴化鉀背景吸收很小，且無(wú)選擇性，但易吸潮，很難消除吸附水的影響，所以壓片法所用的溴化鉀必須純凈和干燥。三、主要儀器與試劑1、儀器傅立葉變換紅外分光光譜儀，壓片模具，壓片機(jī)，瑪瑙研缽，烘箱，紅外烤燈。2、試劑溴化鉀（分析純），苯甲酸（分析純）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、試樣制備。苯甲酸試樣的制備：取12mg的樣品粉末放入瑪瑙研缽中磨細(xì)，直至無(wú)顆粒感為止。將100200mg左右的溴化鉀放入研缽中與樣品一起混合研磨至2m細(xì)粉。將磨好的樣品裝入壓片磨具中，置于壓片機(jī)上，加812MPa左右的壓力，保持30s左右，減壓，取出壓膜，將壓好的KBr樣片放入樣品支架里備用。2、樣品

39、測(cè)試將上步壓好的樣片放入紅外光譜儀中進(jìn)行測(cè)試，得到樣品的紅外光譜圖。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理分別解析苯甲酸紅外光譜圖中的各官能團(tuán)的特征吸收峰，并作出標(biāo)記。六、思考題1、傅立葉變換紅外分光光譜儀的工作原理是什么？2、如何解析已知物和未知物的紅外光譜圖？3、影響紅外光譜圖質(zhì)量的因素有哪些？如何避免？實(shí)驗(yàn)六 透射電子顯微分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?、了解透射電子顯微鏡的基本構(gòu)造和工作原理；2、掌握透射電子顯微鏡樣品的制樣方法；3、了解透射電子顯微鏡中的各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法；4、掌握電子衍射圖譜的分析方法。二、實(shí)驗(yàn)原理將匯聚電子束照射到樣品上，利用透過(guò)樣品的電子進(jìn)行成像，透射成像主要有質(zhì)厚襯度像、衍射襯度像以及相位

40、襯度像。電子衍射的基本原理和X射線衍射原理是一致的，都遵循布拉格衍射方程： 或 只有在d、同時(shí)滿足方程式時(shí)，面網(wǎng)才會(huì)產(chǎn)生電子衍射。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、設(shè)備主要結(jié)構(gòu)組成本實(shí)驗(yàn)使用的透射電子顯微鏡由照明系統(tǒng)、樣品室、成像系統(tǒng)、觀察記錄系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電源及控制系統(tǒng)等部分組成，圖1是透射電子顯微鏡的剖面示意圖。圖1 Libra200FE透射電鏡構(gòu)造示意圖（1）照明系統(tǒng)透射電鏡照明系統(tǒng)主要由電子槍、聚光鏡光闌、電磁偏轉(zhuǎn)線圈組成。當(dāng)電子槍產(chǎn)生的電子經(jīng)過(guò)高壓加速以后，經(jīng)過(guò)第一、第二聚光鏡的匯聚形成電子束。透射電鏡中電子槍的加速電壓為120KV-200KV，可以根據(jù)不同的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，主要有120、160、20

41、0KV幾檔。（2）樣品室位于聚光鏡和物鏡之間，隨著樣品桿轉(zhuǎn)動(dòng)，樣品可以轉(zhuǎn)動(dòng)到需要的晶體平面。，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為±30°。（3）成像系統(tǒng)透射電鏡成像系統(tǒng)包括物鏡、物鏡光闌、選區(qū)光闌、中間鏡、投影鏡等，透射成像主要包括成像和衍射兩種模式，光路圖分別如圖2所示圖2 透射電鏡成像模式（左：成像模式；右：衍射模式）（4）觀察與記錄系統(tǒng)：包括熒光屏、信號(hào)放大器、及數(shù)據(jù)輸出設(shè)備等部分。（5）真空系統(tǒng)：主要為電子槍、鏡筒、樣品室等部分提供各種真空條件。（6）電源及控制系統(tǒng)：包括電鏡供電系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制等。2、能量過(guò)濾成像高能電子束與樣品中的原子發(fā)生相互作用時(shí)，將產(chǎn)生彈性散射和損失某些特

42、征能量的非彈性散射。彈性散射電子用來(lái)形成電子顯微像或電子衍射圖，對(duì)非彈性散射電于按其能量分布予以展示即電子能量損失譜（Electron energy loss spectroscopy，EELS）。如圖3所示，電子束在穿透樣品過(guò)程中，由于與物質(zhì)發(fā)生相互作用，電子的能量將發(fā)生改變，透射電子的能量主要有零損耗、價(jià)損耗、元素的核殼電離損耗等幾種形式。能量過(guò)濾成像技術(shù)就是在電子能量損失譜的基礎(chǔ)上，選擇具有一定能量損失范圍的電子束，使之成像的技術(shù)。運(yùn)用該技術(shù)可在納米尺度范圍內(nèi)給出樣品的化學(xué)成分信息，再配合現(xiàn)代分析電子顯微鏡的高分辨成像功能，即可同時(shí)獲得樣品的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分信息。選擇零損失電子成像時(shí)，像的

43、襯度得到明顯地改善。在能量過(guò)濾成像技術(shù)中，最為重要的應(yīng)用還是通過(guò)能量過(guò)濾成像技術(shù)獲得特定元素的分布圖，即在501000eV之間的電子能量損失范圍內(nèi)，通過(guò)記錄樣品中某種元素內(nèi)殼層電子的特征電離損失峰處的能量過(guò)濾像，并采用數(shù)值化圖像處理的方法獲得該元素的分布圖。圖3 能量損耗示意圖3、電子能量損失譜高能入射電子與試樣發(fā)生非彈性相互作用損失部分能量，非彈性散射電子的動(dòng)能損失的機(jī)理有很多，包括：電子-聲子相互作用，帶內(nèi)或帶間散射，電子-等離子體相互作用，內(nèi)殼層電子電離，及切連科夫輻射等，通過(guò)磁棱鏡的作用將沿入射束方向上的彈性和非彈性散射電子按能量大小展開(kāi)，形成電子損失能量大小及其強(qiáng)度的譜圖，就是電子能

44、量損失譜。內(nèi)殼層電子電離引起的非彈性散射對(duì)于分析材料的元素構(gòu)成尤為有用，通過(guò)電子能量損失譜，可以分析樣品成分構(gòu)成，元素狀態(tài)、樣品厚度等信息，尤其適用于輕元素的測(cè)定。圖4為電子束在磁棱鏡作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并按能量大小展開(kāi)示意圖。圖4 電子偏轉(zhuǎn)示意圖4、高角環(huán)形暗場(chǎng)像在TEM中，入射電子與試樣中原子之間發(fā)生多種相互作用。其中彈性散射電子分布在比較大的散射角范圍內(nèi)，而非彈性散射電子分布在較小的散射角范圍內(nèi)，因此，如果只探測(cè)高角度散射電子則意味著主要探測(cè)的是彈性散射電子。這種方式并沒(méi)有利用中心部分的透射電子，所以觀察到的是暗場(chǎng)像。把這種方式與掃描透射電子顯微方法(STEM)結(jié)合，就能得到暗場(chǎng)STEM像。

45、除晶體試樣產(chǎn)生的布拉格反射外，電子散射是軸對(duì)稱的，所以為了實(shí)現(xiàn)高探測(cè)效率，使用了環(huán)狀探測(cè)器。這種方法稱為高角度環(huán)形暗場(chǎng)(High Angle Annular Dark Field)方法，或稱為HAADFZ襯度方法。如圖5所示，在HAADF方法中，用一個(gè)具有大的中心圓孔的環(huán)形探測(cè)器，只接收高角Rutherford散射電子，盡管高角度環(huán)型探測(cè)器接收的信號(hào)有所減少，但由于它排除了高亮度的低角散射電子，避免了相干衍射信號(hào)的進(jìn)入，特別是由于高角度的未屏蔽Rutherford散射與原子序數(shù)的平方(Z2)成正比，因此襯度得到明顯提高。這種像具有在原子尺度直接評(píng)估其化學(xué)性質(zhì)和成分變化的能力。因此，Z襯度像具有

46、較高的組成(成分)敏感性，也就是說(shuō)，樣品中不同原子序數(shù)的元素將顯示出不同的亮度，因此，可以在Z襯度像上可以直接觀察夾雜物的析出，化學(xué)有序和無(wú)序以及原子柱的排列方式等。圖5 高角環(huán)形暗場(chǎng)像示意圖三、實(shí)驗(yàn)步驟1、樣品制備 一般要求透射電鏡樣品的厚度小于100nm。針對(duì)粉末和大塊樣品，有不同的制樣方法：（1）粉末樣品 先用研缽把樣品磨到100nm以下，然后將樣品放入在無(wú)水乙醇或別的分散液中，通過(guò)超聲使樣品盡量分散后，用支持網(wǎng)撈起、干燥即可。（2）塊狀樣品 制備塊狀的透射樣品分四個(gè)步驟：A、將樣品切成薄片：主要利用金剛石絲鋸或圓盤鋸將樣品切割成小于200微米的薄片。B切割成3mm的圓片用超聲鉆或pun

47、cher將3mm薄圓片從材料薄片上切下來(lái)。C預(yù)減?。菏褂檬止し椒ɑ蛘吣テ瑱C(jī)將圓片磨至20um厚。D終減?。簩?duì)于金屬樣品，可以采用電解拋光減薄的方法；或者通過(guò)離子減薄儀在樣品中間區(qū)域得到小于100nm的薄區(qū)。2、樣品測(cè)試1）打開(kāi)TEM程序，查看電鏡真空狀態(tài)。2）將樣品固定在樣品桿上。3）將樣品桿插入樣品室，并查看電鏡各級(jí)真空狀態(tài)。4）真空達(dá)到要求后，開(kāi)啟電子槍與樣品室的真空閥。5）移動(dòng)樣品桿，找到樣品區(qū)域，通過(guò)調(diào)節(jié)Z軸高度聚焦，找到感興趣樣品區(qū)域，調(diào)節(jié)樣品的聚焦?fàn)顟B(tài)，并拍攝照片。6）關(guān)閉電子槍與樣品室真空閥，將樣品桿復(fù)位，取出樣品桿，取下樣品，填寫儀器使用登記本，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。3、數(shù)據(jù)處理測(cè)試完畢后

48、，將樣品測(cè)試數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)，用數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)可對(duì)其進(jìn)行圖譜處理、尋峰、求面積、重心、積分寬、減背景、衍射圖比較（多重衍射圖的疊合顯示）、平滑處理、 格式轉(zhuǎn)換（可以把本機(jī)采集的衍射數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成其他數(shù)據(jù)處理程序能接受的文本格式文件）等處理。四、物相定性分析圖6 電子衍射幾何示意圖如電子衍射幾何構(gòu)圖知，在下方垂直于電子入射方向放一張底片，就可以O(shè)1O方向記錄一個(gè)透射斑點(diǎn) O（中心班點(diǎn)），在 O1G 方向記錄一個(gè)衍射班點(diǎn)G。電子衍射譜上中心斑點(diǎn)到衍射斑點(diǎn)的距離為R，電子衍射儀中樣品到底片的距離L為相機(jī)長(zhǎng)度。因?yàn)镺1OG 與O1OG' 相似，所以因?yàn)殡娮硬ㄩL(zhǎng)短，掠射角很小，tgsin，G&#

49、39;與G很近，則O''G'O''G'= R所以Rd = L。這是電子衍射幾何分析基本公式，L,R由實(shí)驗(yàn)條件確定，L稱為相機(jī)常數(shù)。因?yàn)镚''是G的投影，所以 O''G''可視為OG的投影，R則為1/d的投影長(zhǎng)度。由此可知：電子衍射譜是一個(gè)二維倒易點(diǎn)陣的投影，它代表倒易點(diǎn)陣的二維截面。由上式變換 R= L1/d 即 R = L g所以，電子衍射譜是一個(gè)放大的二維倒易點(diǎn)陣，放大倍數(shù)L為相機(jī)常數(shù)。電子衍射圖的標(biāo)定：直接測(cè)量透射斑周圍三個(gè)不同的衍射點(diǎn)到透射斑的距離R，然后根據(jù)Rd = L計(jì)算出相應(yīng)的R1、R

50、2、R3；結(jié)合樣品的成分，通過(guò)對(duì)比物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)譜線，找到每個(gè)衍射點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的晶面系，計(jì)算面夾角確定衍射點(diǎn)的所對(duì)應(yīng)的晶面，根據(jù)晶帶定律算出所屬的晶帶。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及要求1、實(shí)驗(yàn)課前必須預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)講義和教材，掌握實(shí)驗(yàn)原理等必需知識(shí)。2、根據(jù)教師給定實(shí)驗(yàn)樣品，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇樣品制備方法、儀器條件參數(shù)等。3、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求寫出：實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)方案步驟(包括樣品制備、實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇、測(cè)試、數(shù)據(jù)處理等)，選擇定性分析方法，物相鑒定結(jié)果分析等。六、討論（思考）題1、簡(jiǎn)述電子衍射的產(chǎn)生原理及特點(diǎn)；2、簡(jiǎn)述透射電鏡分析的特點(diǎn)和應(yīng)用；3、簡(jiǎn)述透射電鏡的結(jié)構(gòu)和工作原理；4、透射電鏡樣品制備有幾種方法。七、參考資料1、章曉

51、中編著，電子顯微分析，北京：清華大學(xué)出版社，2006.2、David B. Williams and C. Barry Carter, Transmission Electron Microscopy, Plenum Press 1996.3、戎詠華編著，分析電子顯微鏡導(dǎo)論，北京：高等教育出版社，2006。實(shí)驗(yàn)七 薄層色譜實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解薄層色譜的基本原理和應(yīng)用。2、掌握薄層色譜的操作技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理：1、原理薄層色譜(Thin Layer Chromatography)常用TLC表示，又稱薄層層析，屬于固液吸附色譜。樣品在薄層板上的吸附劑（固定相）和溶劑（移動(dòng)相）之間進(jìn)行分離。由于各種化合物的吸附能力各不相同，在展開(kāi)劑上移時(shí)，它們進(jìn)行不同程度的解吸，從而達(dá)到分離的目的。2、薄層色譜的用途 1）化合物的定性檢驗(yàn)。（通過(guò)與已知標(biāo)準(zhǔn)物對(duì)比的方法進(jìn)行未知物的鑒定）在條件完全一致的情況，純碎的化合物在薄層色譜中呈現(xiàn)一定的移動(dòng)距離，稱比移值（Rf值），所以利用薄層色譜法可以鑒定化合物的純度或確定兩種性質(zhì)相似的化合物是否為同一物質(zhì)。但影響比移值的因素