第六部分其它分析方法

第六部分其它分析方法演示文稿當前1頁，總共40頁。優(yōu)選第六部分其它分析方法當前2頁，總共40頁。3一、核磁共振(NMR)

1．核磁共振原理

核磁共振原理示意圖當前3頁，總共40頁。4一、核磁共振(NMR)

2．核磁共振譜特征

對于一個特定的核來說，它只對應一個共振頻率，但試樣中的核所處的環(huán)境略有不同，所以產生的共振不是一個頻率，而是一個頻帶。此外，由于不同頻率所激發(fā)共振的核數(shù)不同，共振吸收強度按洛侖茨線型分布。主要特征：線型、線寬、線的強度、線的位置。當前4頁，總共40頁。5一、核磁共振(NMR)

2．核磁共振譜特征

a)共振譜b)四極分裂c)磁位移d)超精細結構當前5頁，總共40頁。6一、核磁共振(NMR)

3．化學位移

同一種類原子核，但處在不同的化合物中（如63CuCl和63Cu），或是雖在同一種化合物中，但所處的化學環(huán)境不同（如乙醇CH3CH2OH中的質子），其共振頻率也稍有不同。當前6頁，總共40頁。7一、核磁共振(NMR)

3．化學位移

乙醇的質子NMR譜圖當前7頁，總共40頁。8一、核磁共振(NMR)

4．核磁共振的應用

（1）測量超精細場分析材料的超精細場能夠找出材料微觀結構的變化和成分、工藝、溫度、壓力和磁場之間的關系。當前8頁，總共40頁。9一、核磁共振(NMR)

4．核磁共振的應用

（2）研究局域環(huán)境和有序結構（3）沉淀現(xiàn)象的研究

合金在沉淀過程中，隨著時效處理工藝條件的變化，溶質原子的分布及變化情況可以根據(jù)超精細場的分析確定出來。當前9頁，總共40頁。10一、核磁共振(NMR)

4．核磁共振的應用

（4）缺陷的研究位錯應變場能使核周圍的電場梯度增大，從而使NMR譜峰加寬。當前10頁，總共40頁。11二、穆斯堡爾效應（ME）

1．穆斯堡爾效應

穆斯堡爾效應是利用無反沖核γ射線發(fā)射和共振吸收現(xiàn)象，獲得原子核周圍的物理和化學環(huán)境的微觀結構信息，從而對材料研究分析。當前11頁，總共40頁。12二、穆斯堡爾效應（ME）

1．穆斯堡爾效應

（1）核共振吸收

原子核處于不同狀態(tài)具有不同的能級。設想用一個處于激發(fā)態(tài)的核作為γ射線源，由它放射出γ光子，再以同種元素處于基態(tài)的核做為吸收體，吸收γ光子的能量。由于同是一種核，退激和激發(fā)躍遷能相等，于是吸收體的原子核吸收γ光子能量便會躍遷到激發(fā)態(tài)，這便是原子核共振吸收。

當前12頁，總共40頁。13二、穆斯堡爾效應（ME）

1．穆斯堡爾效應

（2）反沖能的影響由于反沖作用，產生共振吸收過程所需要的能量應為E0+ER。發(fā)射體的核發(fā)射的γ光子所具有的實際能量要比共振吸收過程所需要的能量小2ER。

當前13頁，總共40頁。14二、穆斯堡爾效應（ME）

1．穆斯堡爾效應

（2）反沖能的影響

E0表示核的躍遷能；ER為反沖能當前14頁，總共40頁。15二、穆斯堡爾效應（ME）

1．穆斯堡爾效應

（3）無反沖核γ發(fā)射和共振吸收的實現(xiàn)

為了消除核的反沖效應，采用固體放射源和吸收體。原子核在發(fā)射和吸收γ光子時都不能從晶位上離開。參與反沖的不再是單個原子，而是整個放射源或吸收體的質量。因此，產生反沖的速度變得極其微小，反沖能趨向于零，放射線和吸收線大部分重疊，于是便實現(xiàn)了無反沖核γ發(fā)射和共振吸收。當前15頁，總共40頁。16二、穆斯堡爾效應（ME）

1．穆斯堡爾效應

（3）無反沖核γ發(fā)射和共振吸收的實現(xiàn)

原子核發(fā)射譜線和吸收譜線能量分布當前16頁，總共40頁。17二、穆斯堡爾效應（ME）

2．穆斯堡爾效應的測量

測量穆斯堡爾效應最常用的是透射法，所用的儀器為透射譜儀。為了將無反沖共振吸收的情況在圖譜上清晰地顯示出來，在測量時常利用多普勒效應對γ射線的能量進行調制。所謂多普勒效應是指發(fā)射體運動引起γ光子能量改變的現(xiàn)象。

當前17頁，總共40頁。18二、穆斯堡爾效應（ME）

2．穆斯堡爾效應的測量

透射譜儀測量原理

1為放射源；2為試樣；3為γ射線探測器當前18頁，總共40頁。19二、穆斯堡爾效應（ME）

2．穆斯堡爾效應的測量利用多普勒效應的措施是將射線源安放在一個做恒加速度運動的振子上，γ光子的能量可隨著振動方向和速度大小在一定范圍內進行調制。當速度為零時，γ光子的能量不變，核共振吸收達到最大值。當振子的速度增大時，核共振吸收減少，速度達到1mm/s時，共振吸收遭到完全破壞，當速度為負時，也會有同樣的結果。

當前19頁，總共40頁。20二、穆斯堡爾效應（ME）

2．穆斯堡爾效應的測量

多普勒速度譜

當前20頁，總共40頁。21二、穆斯堡爾效應（ME）

2．穆斯堡爾效應的測量

穆斯堡爾譜（多普勒速度譜）：以放射源的運動速度為橫坐標，以吸收計數(shù)為縱坐標。對放射源的主要要求是發(fā)出沒有能級分裂的γ射線，現(xiàn)在用得最多的源是5727Co；吸收體即所要研究的樣品。樣品的厚度必須合適，一般對鐵及鐵合金樣品厚度取15~20μm為宜，直徑取10~20mm。多晶粉末樣品需要粘結和壓制而成薄片狀。

當前21頁，總共40頁。22二、穆斯堡爾效應（ME）

2．穆斯堡爾效應的測量

多普勒速度譜

當前22頁，總共40頁。23二、穆斯堡爾效應（ME）

3．穆斯堡爾參數(shù)

（1）同質異能移位

同質異能移位也稱中心移位，是由核電荷與核外電子電荷相互作用引起的，用δ表示。一般將放射源的譜線位置作為標準參考位置，如標準線中心位置是υ0，吸收體中心位置是υa，則δ=υa-υ0，中心在正速度一側，δ為正，在負速度一側，δ為負。當前23頁，總共40頁。24二、穆斯堡爾效應（ME）

3．穆斯堡爾參數(shù)

（1）同質異能移位

吸收體核能級的躍遷與速度譜當前24頁，總共40頁。25二、穆斯堡爾效應（ME）

3．穆斯堡爾參數(shù)

（2）四極分裂當I＞1/2時，原子核具有電四極矩。這時如核處電場是立方對稱的，它對受激態(tài)的能量沒有影響。但當原子核處的電場由于某種原因發(fā)生畸變時，電場與電四極矩相互作用，使核能級發(fā)生分裂。當前25頁，總共40頁。26二、穆斯堡爾效應（ME）

3．穆斯堡爾參數(shù)

（2）四極分裂

吸收體核能級的四極分裂與速度譜當前26頁，總共40頁。27二、穆斯堡爾效應（ME）

3．穆斯堡爾參數(shù)

（3）磁超精細場自旋不為零的原子核具有磁矩，如果核處在磁場之中，核磁矩和磁場相互作用，使核能級發(fā)生分裂。當前27頁，總共40頁。28二、穆斯堡爾效應（ME）

3．穆斯堡爾參數(shù)

（3）磁超精細場

57Fe的磁超精細分裂當前28頁，總共40頁。29二、穆斯堡爾效應（ME）

4．穆斯堡爾效應的應用現(xiàn)已有40余種元素觀察到穆斯堡爾效應，其中有實際應用價值的元素僅15~20種。穆斯堡爾核作為試探原子，能獲得原子尺度內微觀結構的信息，是研究鋼的淬火、回火，有序-無序轉變、時效析出、固溶體分解等過程的動力學、晶體學和相結構等問題的有效工具。

當前29頁，總共40頁。30三、掃描隧道顯微鏡與原子力顯微鏡

(STM與AFM）

80年代初，G.Binnig和H.Rohrer等人發(fā)明了一種新型表面分析儀器—掃描隧道顯微鏡（STM），使原位觀察固體表面單個原子的排列狀況成為可能。該發(fā)明于1986年獲諾貝爾獎。以掃描隧道電子顯微鏡為基礎，G.Binnig發(fā)明了可用于絕緣體檢測、分析的原子力顯微鏡（AFM）。當前30頁，總共40頁。31三、掃描隧道顯微鏡與原子力顯微鏡

(STM與AFM）方法分辨本領工作環(huán)境工作溫度對樣品的破壞程度檢測深度STM可直接觀察原子橫向分辨率：0.1nm縱向分辨率：0.01nm大氣、溶液、真空均可低溫室溫高溫無1~2原子層TEM橫向點分辨率0.3~0.5nm橫向晶格分辨率0.1~0.2nm縱向分辨率：無高真空低溫室溫高溫中等于樣品厚度（＜100nm）SEM采用二次電子成像橫向分辨率：1~3nm縱向分辨率：低高真空低溫室溫高溫小1μmFIM橫向分辨率：0.2nm縱向分辨率：低超高真空30~80k大原子厚度AES橫向分辨率：6~10nm縱向分辨率：0.5nm超高真空室溫低溫大2~3原子層STM、SEM、TEM、FIM及AES分析測試儀器的特點及分辨本領當前31頁，總共40頁。32(一)掃描隧道顯微鏡(STM）掃描隧道顯微鏡以原子尺度的極細探針（針尖）及樣品（表面）作為電極，當針尖與樣品表面非常接近（約1nm）時，在偏壓作用下產生隧道電流。隧道電流（強度）隨針尖與樣品間距（s）成指數(shù)規(guī)律變化；s減小0.1nm，則隧道電流（根據(jù)材料不同）增大10~1000倍。

1．工作原理當前32頁，總共40頁。33(一)掃描隧道顯微鏡(STM）根據(jù)掃描過程中針尖與樣品間相對運動的不同，將STM工作原理分為恒電流模式和恒高度模式。

恒電流模式是適合于觀察表面起伏較大的樣品；恒高度模式適合于觀察表面起伏較小的樣品，一般不能用于觀察表面起伏大于1nm的樣品。

1．工作原理當前33頁，總共40頁。34(一)掃描隧道顯微鏡(STM）

1．工作原理a)恒電流模式；b)恒高度模式當前34頁，總共40頁。35(一)掃描隧道顯微鏡(STM）（1）具有原子級高分辨率。掃描隧道顯微鏡在平行和垂直于樣品表面方向（橫向和縱向）分辨率分別為0.1≤nm和0.01≤nm，可分辨出單個原子。（2）可實時得到樣品表面三維（結構）圖像。（3）可在真空、大氣，常溫、高溫等不同環(huán)境下工作，甚至可將樣品浸在水或其它溶液中。

2．分析特點當前35頁，總共40頁。(一)掃描隧道顯微鏡(STM）STM顯微形貌圖當前36頁，總共40頁。37(一)掃描隧道顯微鏡(STM）掃描隧道顯微鏡主要用于金屬、半導體和超導體等的表面幾何結構與電子結構及表面形貌分析。掃描隧道顯微鏡可直接觀測樣品具有周期性和不具有周期性特征的表面結構、表面重構和結構缺陷等。掃描隧道顯微鏡的局限性：不能探測樣品的深層信息，無法直接觀測絕緣體等。

3．基本應用當前37頁，總共40頁。38（二）原子力顯微鏡(AFM）

1．基本原理

AFM的原理接近指針輪廓儀，但采用STM技術，利用針尖（指針），通過杠桿或彈性元件把針尖輕輕壓在待測表面上，使