顯微結(jié)構(gòu)分析

1、界面的電子衍射特征無(wú)機(jī)材料通常是由細(xì)小的晶粒的集合體或不同物質(zhì)的復(fù)合體，它們交接面即為界面；晶界和相界；晶界可以有多種形式，但可分為一般晶界和特殊晶界。1特殊晶界傾轉(zhuǎn)境界：傾轉(zhuǎn)軸在界面內(nèi)2晶粒1+晶粒2的衍射3存在一些特殊取向的晶界有一個(gè)共有界面，可以形成孿晶結(jié)構(gòu)，形變孿晶。4晶界位錯(cuò)晶界位錯(cuò)的模型-Burgers(1939)，Bragg(1940)Frank(1950)和Bilby(1955)完善了晶界位錯(cuò)的模型晶界位錯(cuò)的模型只適用于小角度晶界對(duì)于大角度晶界，如按照晶界位錯(cuò)的模型，位錯(cuò)密度會(huì)高到使位錯(cuò)芯區(qū)發(fā)生重疊，失去單根位錯(cuò)的意義。5小角度晶界由一組刃型位錯(cuò)組成67部分共格界面的位錯(cuò)模型若

2、兩個(gè)點(diǎn)陣對(duì)應(yīng)的晶面間距差小于15%，則可以通過(guò)原子位置的適當(dāng)調(diào)整，使彼此維持一種共格狀態(tài)，但有某種程度應(yīng)變的共格關(guān)系，界面應(yīng)變場(chǎng)提高了界面的自由能。當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)陣對(duì)應(yīng)的晶面間距差大于15%，無(wú)論如何調(diào)整界面兩側(cè)原子的位置，也不能維持完全的共格關(guān)系，這時(shí)需要每個(gè)一定距離引入一根位錯(cuò)，這就是部分共格界面。89點(diǎn)陣錯(cuò)配度兩平行晶面間距分別為a和a，=2(a- a)/(a+ a)界面失配位錯(cuò)的Burgers矢量垂直于界面兩側(cè)相平行的晶面，并在界面內(nèi)，有b= (a+ a)/2每?jī)筛湮诲e(cuò)的間距為D=b/= (a+ a)2/4(a- a)10如果位錯(cuò)密度過(guò)大，密集的位錯(cuò)分布使得它們的芯部彼此重疊，整個(gè)界面不

3、再有共格區(qū)，變成完全不共格界面。0.25，每四個(gè)晶面就有一根位錯(cuò)。如果比較適中，如面心和體心立方相111f/110b，=0.025，相應(yīng)的b=0.2nm，D=8nm，這樣的界面錯(cuò)配位錯(cuò)適合觀察。11界面多面體堆垛模型大角度晶界中在界面的一定范圍內(nèi)原子的排列形成了一定的三維多面體結(jié)構(gòu)，這種多面體是下面七種Bernal多面體之一。由于旋轉(zhuǎn)軸的不同，形成晶界時(shí)，除了多面體不同以外，多面體的排列間隙也有變化。多面體的空間體積和能量可以通過(guò)位于多面體頂點(diǎn)處原子的互作用勢(shì)計(jì)算。界面除了出現(xiàn)多面體空間外，有時(shí)還會(huì)有空洞或其它的排列結(jié)構(gòu)，當(dāng)某些元素通過(guò)偏聚的方式進(jìn)入這些空間應(yīng)是降低系統(tǒng)能量的自然方式。1213

4、1415扭轉(zhuǎn)晶界傾轉(zhuǎn)軸垂直于界面內(nèi)16重位點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)相同但取向不同的相鄰兩個(gè)晶體按各自的點(diǎn)陣周期相向擴(kuò)展，形成彼此貫穿的空間點(diǎn)陣，在這個(gè)貫穿點(diǎn)陣中兩種點(diǎn)陣的某些陣點(diǎn)將按一定規(guī)律周期性發(fā)生位置重合，將這些位置重合的陣點(diǎn)作為一個(gè)新點(diǎn)陣就得到所謂的重位點(diǎn)陣(coincident site lattice, CSL)。位置相重的陣點(diǎn)數(shù)對(duì)兩個(gè)點(diǎn)陣是相同的。1718重位點(diǎn)陣的表示方法發(fā)生位置相重的陣點(diǎn)在原點(diǎn)陣中所占的比例稱為重位位置密度，定義為1/。也可以理解為重位點(diǎn)陣單胞體積與原點(diǎn)陣單胞體積之比。=1，是單晶，沒(méi)有晶界面。越大，重位的陣點(diǎn)越少。19重位點(diǎn)陣的描述旋轉(zhuǎn)軸為uvw，轉(zhuǎn)角為。r和s是以原點(diǎn)陣坐標(biāo)

5、系表示的某重位點(diǎn)陣矢量，有=r2+s2(u2+v2+w2)，tg=(u2+v2+w2)1/2s/r如r=2, s=1, uvw=001, =5, =36.9o。原點(diǎn)陣單胞參數(shù)為a、b，CSL單胞參數(shù)為A、B，則tg(/2)=bs/ar，令M=b/a，則=2tg-1(Ms/r)代表CSL單胞與原單胞體積之比，即=AB/ab20如果CSL點(diǎn)陣是原點(diǎn)陣的放大，二者相似，有a/b=A/B，于是=AB/ab=(b/a)A2/ab=(a2r2+b2s2)/a2=r2+M2s2只要找到一個(gè)重位點(diǎn)的坐標(biāo)，又知道重位點(diǎn)陣單胞對(duì)原點(diǎn)陣單胞的邊長(zhǎng)比，就可以求得值，取奇數(shù)。如果計(jì)算得到值是偶數(shù)，則連續(xù)除以2，直到得到

6、奇數(shù)。例如=56，應(yīng)為=7。212223全位移點(diǎn)陣構(gòu)成重位點(diǎn)陣的兩個(gè)原始點(diǎn)陣的陣點(diǎn)間存在平移矢量差，以三個(gè)非共面的最短平移矢量差為平移周期矢量可以組成一個(gè)覆蓋轉(zhuǎn)動(dòng)后全部新舊陣點(diǎn)的點(diǎn)陣，稱為全位移點(diǎn)陣(Displacement Shift Completely, DSC)。DSC點(diǎn)陣的優(yōu)點(diǎn)是可以揭示境界結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。24252627電子衍射的特點(diǎn)電子束平行于界面時(shí)，得到一個(gè)單晶的兩個(gè)不同取向的電子衍射28晶粒I+II的電子衍射圖29扭轉(zhuǎn)境界的電子特點(diǎn)電子束方向平行于晶粒的共同方向時(shí)得到兩個(gè)相同單晶的電子衍射圖，但相互之間有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，與傾轉(zhuǎn)晶界的情況相似。3031扭轉(zhuǎn)晶界的晶體學(xué)特點(diǎn)有一列共有的點(diǎn)陣

7、方向，可以形成各種取向疇，或者旋轉(zhuǎn)孿晶。3233扭轉(zhuǎn)晶界的例子NaV2O5晶體中的扭轉(zhuǎn)晶界NaV2O5的點(diǎn)陣參數(shù)，34BackgroundThis oxide is of significant importance because of its fundamental quantum nature, which is unique exhibiting low-dimensional system with S=1/2 chain and a single ground state and a spin-Peierls transition at the temperature of 35K

8、.35 Experimental details V2O3, V2O5 and NaVO3 used as raw materials Raw materials melted in a platinum crucible at 1273K NaV2O5 crystal obtained at 1020K 36Results (001)Lamella with width of 1 microntwist boundary with sigma value of 235 37383940414243Conclusion The boundaries dont interrupt the cha

9、rge ordering of V4+ chain or ladder below the transition temperature, which extends along the 010 direction. 44454647484950相界面的特點(diǎn)不同成分或者不同結(jié)構(gòu)材料的界面陶瓷合金51平行于界面的電子衍射特點(diǎn)得到兩個(gè)不同單晶的電子衍射圖，兩者之間沒(méi)有確定的晶體學(xué)關(guān)系52合成的電子衍射圖53垂直于界面的電子衍射特點(diǎn)圍繞每一個(gè)衍射斑點(diǎn)都有一套另一相的單晶電子衍射圖多晶晶體電子束方向54+55垂直于界面的電子衍射特點(diǎn)當(dāng)電子束先通過(guò)非晶，在通過(guò)晶體時(shí)的電子衍射圖如何？多晶晶體電子束方向5

10、6相界面電子衍射的例子Cu/MgO界面的電子衍射；Cu面心立方結(jié)構(gòu)，點(diǎn)陣參數(shù)：0.36納米；MgO面心立方結(jié)構(gòu)，點(diǎn)陣參數(shù)：0.42納米可得到多種取向關(guān)系。5758取向關(guān)系100Cu/100MgO010Cu/010MgO001Cu/001MgO5960取向關(guān)系111Cu/111MgO-110Cu/-12-1MgO11-2Cu /10-1MgO6162取向關(guān)系1-11Cu/001MgO110Cu/110MgO1-1-2Cu /1-10MgO6364取向關(guān)系001Cu/001MgO010Cu/110MgO100Cu /1-10MgO656667取向關(guān)系0-11Cu/-1-13MgO211Cu/211

11、MgO1-1-1Cu /4-7-1MgO6869取向關(guān)系0-11Cu/0-21MgO311Cu/100MgO233Cu /012MgO707172多種取向關(guān)系產(chǎn)生的原因存在多種重位點(diǎn)陣取向，對(duì)應(yīng)的界面能量處于極小值；點(diǎn)陣參數(shù)差別大，對(duì)應(yīng)的極小值差別不多。73利用O點(diǎn)陣描述界面位錯(cuò)界面兩側(cè)各選一個(gè)重復(fù)單胞M1和M2；對(duì)M1和M2構(gòu)建兩個(gè)DSC點(diǎn)陣X1和X2，并利用X1和X2構(gòu)建兩個(gè)新的點(diǎn)陣X1和X2 ： X2 = AX1， X2 =A-1 X2， X1= A-1 X1 然后由X1和X2 ， X2和X1在組成兩個(gè)DSC點(diǎn)陣；用新的DSC點(diǎn)陣間變換矩陣T得到O點(diǎn)陣X(o)=(I-T-1)-1B74對(duì)于重位點(diǎn)陣可利用已知的旋轉(zhuǎn)矩陣和DSC點(diǎn)陣基矢量構(gòu)建O點(diǎn)陣。13111的旋轉(zhuǎn)矩陣和DSC點(diǎn)陣分別為：O點(diǎn)陣為：X(o)=(I-E-1)-1B=(1/)B其中是兩個(gè)點(diǎn)陣間的失配度，定義為：=(a2-a1)/a275界面位錯(cuò)的分布O點(diǎn)陣陣點(diǎn)之間的位置是位錯(cuò)分布的位置；近鄰O點(diǎn)陣陣點(diǎn)連線的垂線就構(gòu)成了位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。76777879均勻變形矩陣任何晶體點(diǎn)陣的均勻畸變可以分解為單純畸變和剛體轉(zhuǎn)