材料研究方法 引言

第一章引言1．2材料科學(xué)研究方法

現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法1.2.1性能檢測(cè)1.2.2顯微組織分析原理1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征1.2.4從材料出發(fā)的綜合分析現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征顯微結(jié)構(gòu)表征包括觀察組織的形貌、確定其原子排列方式和分析化學(xué)組分。分析方法可按觀察形貌的顯微鏡，測(cè)定結(jié)構(gòu)的衍射儀及分析成分的各種譜儀進(jìn)行分類(lèi)?，F(xiàn)在是3頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征A形貌觀察光學(xué)顯微術(shù)和金相學(xué)是在微米尺度觀察材料組織結(jié)構(gòu)的最常用的方法?，F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征掃描式和透射式電子顯微鏡把觀察顯微組織的尺度推進(jìn)到納米層次。掃描電鏡已成為材料斷口形貌分析的主要工具，由于分辨率改進(jìn)到納米尺寸，近年來(lái)已經(jīng)作為質(zhì)量監(jiān)控設(shè)備安裝在大規(guī)模集成電路器件的生產(chǎn)線上?，F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征透射電鏡加上X射線能譜儀，電子能量損失譜儀和高亮度、高相干性的場(chǎng)發(fā)射槍電子源，使它成為能在納米尺度給出材料組織形貌、結(jié)構(gòu)和成分的綜合儀器，功能強(qiáng)大。場(chǎng)離子顯微鏡利用針尖端表面原子層輪廓邊緣的電場(chǎng)不同，借助惰性氣體離子轟擊熒光屏可以得到針尖正面原子排布的投影像，達(dá)到0.2nm的分辨率。可以直觀顯示晶界或位錯(cuò)露頭處原子排列及氣體原子在表面的吸附行為?，F(xiàn)在是6頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來(lái)的掃描隧道顯微鏡，借助一根針尖與表面之間的隧道效應(yīng)電流的調(diào)控，在表面作X，Y方向掃描的同時(shí)，在保持隧道效應(yīng)電流恒定的電路控制下，針尖將依表面原子的起伏而在Z方向游動(dòng)。這種移動(dòng)經(jīng)電信號(hào)放大并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理，可以得到表面原子分布的圖像。其縱、橫向分辨率分別達(dá)到0.01nm及0.2nm，為材料表面表征及納米結(jié)構(gòu)制備技術(shù)開(kāi)拓了嶄新的領(lǐng)域?，F(xiàn)在是7頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征在此技術(shù)有關(guān)的利用近程作用力而發(fā)展出來(lái)的原子力顯微鏡也日益擴(kuò)展其應(yīng)用。此外基于掃描探針近場(chǎng)技術(shù)發(fā)展的顯微鏡還有：研究磁性樣品表面磁疇和磁場(chǎng)分布的磁力顯微鏡；觀察微電路上電特性的靜電力顯微鏡；近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡和光學(xué)掃描隧道顯微鏡；測(cè)量樣品表面微區(qū)溫度變化的掃描熱顯微鏡；可用于探測(cè)金屬與半導(dǎo)體次表面電子性質(zhì)的彈道電子發(fā)射顯微鏡等?，F(xiàn)在是8頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征B結(jié)構(gòu)測(cè)定材料的結(jié)構(gòu)測(cè)定仍以X射線衍射為主。這一技術(shù)包括粉末照相相分析，高溫、常溫、低溫衍射儀，背反射譜和透射勞厄照相，測(cè)定單晶結(jié)構(gòu)的四聯(lián)衍射，織構(gòu)的極圖測(cè)定等。由于X射線在晶體中衍射基本上是運(yùn)動(dòng)學(xué)衍射，因此衍射束的振幅與晶體單胞的結(jié)構(gòu)因子有線性關(guān)系。這樣從X射線衍射圖的幾何分布可確定晶體材料的點(diǎn)陣類(lèi)型和單胞大小，從衍射強(qiáng)度可反推出晶體單胞內(nèi)各原子的位置?，F(xiàn)在是9頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征在計(jì)算機(jī)的幫助下，只要提供試樣的尺寸及完整性滿(mǎn)足一定要求，X射線單晶衍射儀就可以打印出測(cè)定晶體樣品的晶體結(jié)構(gòu)詳盡資料。但X射線不能在電磁場(chǎng)作用下會(huì)聚，所以通過(guò)狹縫或準(zhǔn)直的方法使X射線束變小同時(shí)也就削弱了強(qiáng)度。要分析微米大小的單晶材料需要更強(qiáng)的X射線源，例如同步輻射X射線源?，F(xiàn)在是10頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征由于電子與物質(zhì)相互作用比X射線強(qiáng)4個(gè)數(shù)量級(jí)，而且電子束又可以會(huì)聚得很小，所以電子衍射特別適用于測(cè)定微細(xì)晶體或材料的亞微米尺度結(jié)構(gòu)。在透射電鏡中進(jìn)行電子衍射試驗(yàn)，除了有結(jié)合形貌觀察以鑒別微細(xì)物相的有利條件外，還可以作結(jié)構(gòu)的直接觀察，或稱(chēng)高分辨像?，F(xiàn)在是11頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征將晶體置于電子透鏡的前焦面，通常透射電鏡樣品就是放在這個(gè)位置，則電子經(jīng)晶體的衍射圖就在電子透鏡的后焦面上形成，而且進(jìn)一步在像平面上呈現(xiàn)晶體的點(diǎn)陣像?，F(xiàn)代電子透鏡的分辨率已達(dá)0.2nm甚至更高，完全可以在有利的取向下將晶體的投影原子柱之間的距離清楚分開(kāi)。因此只要將晶體試樣制備得足夠薄，使電子穿過(guò)晶體是一種運(yùn)動(dòng)學(xué)相互作用，這樣在X射線中通常需要從衍射強(qiáng)度反推原子排列的過(guò)程可以自動(dòng)由電子透鏡完成，將晶體沿電子束投影方向的原子排列成像于像平面?，F(xiàn)在是12頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征下面以新型高溫結(jié)構(gòu)陶瓷Ti3SiC2的高分辨結(jié)構(gòu)像為例作一說(shuō)明。碳化物陶瓷熔點(diǎn)、硬度都很高，碳化鈦、碳化硅是兩種典型的高溫結(jié)構(gòu)材料和耐磨材料。但它們的可加工性很差，要將它們成型為合用的部件要較長(zhǎng)的工藝過(guò)程。它們的復(fù)相陶瓷對(duì)韌性有所改善。近年發(fā)現(xiàn)碳硅鈦三元陶瓷有室溫可切削性，而且其電子結(jié)構(gòu)也很有特點(diǎn)，有望用于功能性材料?，F(xiàn)在是13頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征Ti3SiC2的結(jié)構(gòu)可描述為三類(lèi)原子分別以平面六角密堆排布，面與面之間按密堆積結(jié)構(gòu)的三個(gè)球形成的凹陷堆垛。由于一個(gè)六角密堆面上的凹陷有兩種，如果將形成凹陷的原子平面記為A的話，則兩種凹陷位置分別記為B，C。圖1-4(a)、(b)的結(jié)構(gòu)模型圖給出了三類(lèi)原子的分布，而且標(biāo)注了各原子平面在密堆垛中的記號(hào)?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四圖1-4Ti-Si-C三元系化合物晶體結(jié)構(gòu)的高分辨像(a)Ti3SiC2單胞原子排列；(b)沿[110]取向的結(jié)構(gòu)投影圖，旁邊A、B、C標(biāo)注密堆積平面的位置；(c)[110]取向高分辨像，元素符號(hào)標(biāo)注原子種類(lèi)，折線表示原子面堆積順序現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征從圖可以盾出，Ti-C之間是ABCABC堆垛，即原來(lái)TiC面心立方結(jié)構(gòu)。Ti-Si之間則是ACA堆垛，相當(dāng)于原來(lái)SiC的六角密堆垛，不過(guò)這里的C原子由Ti原子置換了。由于沿[110]方向投影看過(guò)去，Ti-C原子間距僅為0.16nm，在0.2nm分辨率的電鏡中不可分辨，加上碳原子的散射能力弱，故碳原子在圖1-4(c)的高分辨像中不能單獨(dú)成像。在高分辨像中鈦、硅原子均可單獨(dú)成像，在圖中與白亮像點(diǎn)對(duì)應(yīng)?，F(xiàn)在是16頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征如以Si原子面為A位置，則Ti原子在Si原子面上下兩側(cè)的排布分別為BCA，呈鏡面對(duì)稱(chēng)，在圖中已用線條勾勒出來(lái)。高分辨原子像對(duì)研究晶體結(jié)構(gòu)而言不僅有直觀性的優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)于局域的結(jié)構(gòu)變異或缺陷的揭示，更顯示它的長(zhǎng)處?，F(xiàn)在是17頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征

中子衍射也是結(jié)構(gòu)分析的手段之一。中子受物質(zhì)中原子核散射，輕重原子核對(duì)中子的散射能力差別不大。中子衍射有利于測(cè)定輕原子的位置，是上述兩種主要結(jié)構(gòu)分析方法的有力補(bǔ)充?，F(xiàn)在是18頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征C化學(xué)組分分析材料的化學(xué)成分分析除傳統(tǒng)的分析化學(xué)技術(shù)外，還包括質(zhì)譜、紫外、可見(jiàn)光、紅外光譜分析，氣、液相色譜，光發(fā)射與吸收譜，X射線熒光分析譜，俄歇與X射線光電子譜，二次離子質(zhì)譜，拉曼譜，電子探針，原子探針(與場(chǎng)離子顯微鏡聯(lián)用)，激光探針等等。適用于各種不同情況的分析方法，在這里不能一一敘述?，F(xiàn)在是19頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征另有一類(lèi)譜儀是基于材料受激發(fā)的發(fā)射譜，專(zhuān)為研究晶體缺陷附近的原子排列狀態(tài)而設(shè)計(jì)的，如核磁共振譜儀、電子自旋共振譜儀、穆斯堡爾譜儀、正電子湮沒(méi)等等。現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征掃描探針顯微鏡的主要功能雖然是形貌觀察，但控制探針的隧道電流、近程力等，除與探針跟試樣之間的距離有關(guān)外，還與試樣表面的化學(xué)元素、電子態(tài)、自旋態(tài)等有關(guān)。所以這類(lèi)儀器從原理上說(shuō)，也有探測(cè)表面化學(xué)狀態(tài)的潛力。有些掃描探針顯微鏡也已開(kāi)發(fā)出這種功能。現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征就各種方法的適用層次而言，一方面要知道需探測(cè)組織的尺度，另方面需要知道各種分析方法自身具備的能力。圖22—4是幾種典型的顯微組織表征設(shè)備分析空間分辨極限和靈敏度的綜合示意圖，圖中各分析技術(shù)英文縮寫(xiě)含意如下：

現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.3顯微結(jié)構(gòu)表征RM拉曼譜；TEM透射電子顯微術(shù)；FESEM場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微術(shù)；AFM原子力顯微術(shù)；AES俄歇電子能譜；原子發(fā)射光譜；EDSX射線微區(qū)分析能譜；FTIR傅里葉變換紅外光譜；ESCA化學(xué)分析電子能譜；RBS盧瑟福背散射；XRFX射線熒光光譜；SIMS次離子質(zhì)譜；MS質(zhì)譜?，F(xiàn)在是23頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四圖1-5各種分析手段的分辨率與靈敏度縱坐標(biāo)為檢測(cè)范圍(左)／每立方厘米原子數(shù)(右)，橫坐標(biāo)是分析束斑大小。圖上方表示成像模式的分辨率，右方表示對(duì)塊體而言。圖內(nèi)三根斜線分別表示對(duì)于0.3nm，3nm，30nm的樣品深度進(jìn)行成分分析的物理極限現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.4從材料出發(fā)的綜合分析1.2.4從材料出發(fā)的綜合分析為了說(shuō)明從材料研制的需要及從測(cè)試技術(shù)提供的可能兩方面的結(jié)合，以納米碳管和氮化鎵棒這類(lèi)一維材料為例，介紹所涉及的多種性能測(cè)試技術(shù)及顯微分析手段。同時(shí)也說(shuō)明材料向低維方向延伸對(duì)表征技術(shù)的促進(jìn)。按表征的要求分類(lèi)，這些測(cè)試技術(shù)有以下幾種?，F(xiàn)在是25頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.4從材料出發(fā)的綜合分析

①形貌觀察。一維管、棒生長(zhǎng)得完整與否，雜質(zhì)多少，缺陷分布，在電子顯微鏡均可清楚顯示。但有些特殊形貌，如納米碳管的手性特征，則尚未能直接成像。②結(jié)構(gòu)測(cè)定。碳對(duì)X射線散射能力很弱，所以納米碳管多用電子衍射分析。電子衍射對(duì)碳管的手性特征分析有其獨(dú)到之處?，F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.4從材料出發(fā)的綜合分析③化學(xué)成分。當(dāng)碳管綴飾人元素或化合物，需要在非常特定的區(qū)域作鑒定時(shí)，場(chǎng)發(fā)射槍透射電子顯微鏡所提供的納米尺度電子束適合于此類(lèi)分析。④光學(xué)性質(zhì)。氮化鎵是正在研制中的發(fā)光材料，當(dāng)其二維尺寸受限后的發(fā)光特性是大家感興趣的課題?，F(xiàn)在是27頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.4從材料出發(fā)的綜合分析⑤電學(xué)性質(zhì)。納米碳管的場(chǎng)發(fā)射特性近年來(lái)頗受關(guān)注，它作為量子線也提到研究日程。納米碳管依其螺旋度及管徑，可以表現(xiàn)出金屬性或半導(dǎo)體性的導(dǎo)電特性。所以相關(guān)的電測(cè)量也日益精細(xì)化?，F(xiàn)在是28頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.4從材料出發(fā)的綜合分析⑥力學(xué)性能。石墨纖維的高模量和高強(qiáng)度已經(jīng)很吸引人，而納米碳管的力學(xué)性能更為誘人。已經(jīng)在電子顯微鏡觀察的范疇內(nèi)提出通過(guò)一維管或棒受力彎曲的程度來(lái)測(cè)量其基本力學(xué)參數(shù)的電子秤概念。⑦化學(xué)性能。如穩(wěn)定性，特別是在特殊環(huán)境中的穩(wěn)定性，如太空。還有如吸放氫特性，也很吸引人?，F(xiàn)在是29頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四圖1-6氧化鋯納米粒子包覆著氮化硼膜的高分辨像

圖1-6是一種納米復(fù)合粒子的高分辨像。中心的二維點(diǎn)陣像給出這是ZrO2，相應(yīng)的微衍射圖也可以給出同樣的信息。包覆在粒子外層的膜有明顯的層狀結(jié)構(gòu)，但因?yàn)橹挥幸粋€(gè)參數(shù)，難以作判斷?，F(xiàn)在是30頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四圖1-7氧化鋯-氮化硼復(fù)合粒子的電子能量損失譜

(a)電子束輻照整個(gè)復(fù)合粒子所得的電子能量損失譜；

(b)電子束只輻照表面膜的電子能量損失譜

圖1-7(a)給出從粒子中心得出的電子能量損失譜，可以確定它是氧化鋯。在200—450eV區(qū)可以察覺(jué)到B和N的存在。由于粒子是近似球形的，入射電子在進(jìn)入及離開(kāi)氧化鋯時(shí)都必然令穿過(guò)表面覆蓋層，所以表層為BN的可能性很大?，F(xiàn)在是31頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四圖1-7氧化鋯-氮化硼復(fù)合粒子的電子能量損失譜

(a)電子束輻照整個(gè)復(fù)合粒子所得的電子能量損失譜；

(b)電子束只輻照表面膜的電子能量損失譜將電子束只集中在覆蓋層采集電子能量損失譜，如圖1-7(b)所示，可以清楚看到BN的兩個(gè)元素峰?，F(xiàn)在是32頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1.2.4從材料出發(fā)的綜合分析透射電鏡將電子束會(huì)聚到納米大小，在試樣的納米區(qū)域提供結(jié)構(gòu)、形貌、組分的綜合信息，這個(gè)例子是很好的說(shuō)明?，F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1．2．5材料性能與組織表征技術(shù)發(fā)展展望1．2．5材料性能與組織表征技術(shù)發(fā)展展望A分析技術(shù)的交叉與綜合分析表征技術(shù)各有專(zhuān)長(zhǎng)。技術(shù)發(fā)展的第一趨向總是將技術(shù)的特長(zhǎng)指標(biāo)步步推向極致。如分析成分的技術(shù)把定量化做得更精確，把在材料內(nèi)單一成分的檢測(cè)極限一再降低等。對(duì)于新材料的研制，如能在一個(gè)設(shè)備中收集到多種信息，能從多方面反映材料的性能及組織特征，是材料工作者所希望的。因此分析技術(shù)的發(fā)展有下述兩種趨勢(shì)?，F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1．2．5材料性能與組織表征技術(shù)發(fā)展展望一是發(fā)展綜合分析技術(shù)。以透射電子顯微鏡為例，電子束經(jīng)過(guò)樣品后，由電子透鏡在后焦面上形成衍射圖，提供樣品物相晶體結(jié)構(gòu)與缺陷的信息；透鏡還進(jìn)一步在像平面顯現(xiàn)樣品的放大像，在有利情況下，甚或可以顯示原子排列的直觀像。通過(guò)收集相關(guān)特征X射線和電子能量損失譜，可以得到試樣的化學(xué)組分信息?，F(xiàn)在是35頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1．2．5材料性能與組織表征技術(shù)發(fā)展展望20世紀(jì)末期裝備有場(chǎng)發(fā)射槍電子源的透射電子顯微鏡已逐漸成為商品透射電鏡的主流，這種電子源能提供束斑尺寸在納米量級(jí)、亮度又足夠進(jìn)行成分分析的入射電子束，使樣品在納米范圍內(nèi)進(jìn)行形貌、結(jié)構(gòu)、成分的綜合分析成為可能，有力地促進(jìn)了材料界面、納米結(jié)構(gòu)、微電子器件的表征研究。現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1．2．5材料性能與組織表征技術(shù)發(fā)展展望二是性能測(cè)試與顯微組織表征同步進(jìn)行。為驗(yàn)證金屬多列原子作為量子線的電導(dǎo)性能，可以將金的針尖與平面試樣接觸后再慢慢拉開(kāi)，從透射電鏡中可以清楚看到隨著拉開(kāi)的過(guò)程，聯(lián)接針尖與平面的原子列從數(shù)列一列一列地減少到單列直至斷開(kāi)。這樣從多列到單列的原子線模型材料是實(shí)現(xiàn)了，但還要同時(shí)測(cè)量金多列原子的電導(dǎo)性質(zhì)?，F(xiàn)在是37頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1．2．5材料性能與組織表征技術(shù)發(fā)展展望單壁納米碳管也有作為量子線的潛力。為了考察這一點(diǎn)，已有人設(shè)計(jì)出這樣的實(shí)驗(yàn)，將定向生長(zhǎng)在某基體的長(zhǎng)度參差不齊的單壁納米碳管倒置過(guò)來(lái)，逐漸浸入汞液中，在電子顯微鏡可看到最長(zhǎng)的一根管與汞液相接觸。這時(shí)接連基體與汞液的電路測(cè)量到一個(gè)相當(dāng)于量子電導(dǎo)的電流。當(dāng)這根最長(zhǎng)的管繼續(xù)浸入汞液時(shí)，電流保持不變，意味著碳管在汞液的浸入長(zhǎng)度對(duì)電流沒(méi)有影響。僅當(dāng)?shù)诙伍L(zhǎng)的碳管與汞液接觸時(shí)，電路電流跳躍到另一個(gè)平臺(tái)。這能確定了單壁納米碳管作為電導(dǎo)量子線的性質(zhì)。現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1．2．5材料性能與組織表征技術(shù)發(fā)展展望B分析結(jié)果的定量化與可視化計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展在多方面促進(jìn)材料檢測(cè)與評(píng)價(jià)分析技術(shù)。首先是數(shù)據(jù)處理能力的提高使分析定量化。自然所有分析數(shù)據(jù)的處理都能從計(jì)算能力的提高中得到好處。例如一條曲線，如果需要的話，可以畫(huà)出其微分或積分曲線；在沖擊或硬度試驗(yàn)中，過(guò)去只能簡(jiǎn)單記錄結(jié)果的沖擊值或硬度值，現(xiàn)在則可從擺錘或頂頭接觸試樣的一刻開(kāi)始記錄受力與位移曲線，從中分析出其他力學(xué)量，如模量、屈服強(qiáng)度、加工硬化率等等。

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1．2材料科學(xué)研究方法

1．2．5材料性能與組織表征技術(shù)發(fā)展展望分析定量化還可以從透射電子顯微鏡的高分辨像定量分析作為例子進(jìn)行說(shuō)明。首先是像點(diǎn)幾何位置的定量化。在有利條件下，高分辨像的像點(diǎn)排列可被認(rèn)為是樣品中投影方向原子柱的排列。對(duì)于完整晶體，人們從原子像中看原子排列的周期性、對(duì)稱(chēng)性就可以了。然而對(duì)于局部缺陷區(qū)域，如界面、層錯(cuò)、位錯(cuò)、空位等等，如果想了解原子排列位置的畸變，僅憑肉眼只能有定性的印象?，F(xiàn)在是40頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1．2．5材料性能與組織表征技術(shù)發(fā)展展望現(xiàn)在可以首先將每個(gè)像點(diǎn)求出他們的“重心”，作為其幾何位置。進(jìn)一步將完整區(qū)的像點(diǎn)位置在幾何上平均為一個(gè)網(wǎng)格，然后將這個(gè)網(wǎng)格與局域缺陷區(qū)的取樣網(wǎng)格對(duì)照，將缺陷區(qū)的像點(diǎn)位移一一測(cè)量出來(lái)。這就是缺陷區(qū)的位移場(chǎng)。如果有足夠的力學(xué)參數(shù)，還可從進(jìn)一步推導(dǎo)缺陷區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)等等。

現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1．2．5材料性能與組織表征技術(shù)發(fā)展展望其次是像點(diǎn)強(qiáng)度的定量化。高分辨像每個(gè)像點(diǎn)強(qiáng)度與真實(shí)投影原子柱的原子序之間的關(guān)系目前還沒(méi)有嚴(yán)格的定量關(guān)系。但在一些特定情況下，可以作一些類(lèi)比。例如先將像點(diǎn)的強(qiáng)度定量化，分成若干個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。然后設(shè)計(jì)模型，根據(jù)可能的原子排布進(jìn)行像模擬。從模擬圖中的像點(diǎn)強(qiáng)度也進(jìn)行等級(jí)分類(lèi)。實(shí)驗(yàn)圖與計(jì)算圖強(qiáng)度等級(jí)如能從基體(或絕大多數(shù))原子中找出一個(gè)可比較的認(rèn)定值，即作為參照物。進(jìn)而把其他少量原子的像點(diǎn)強(qiáng)度區(qū)分出來(lái)。這種能對(duì)像中像點(diǎn)的原子類(lèi)別作辨認(rèn)的定量分析法還在發(fā)展中?，F(xiàn)在是42頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1．2．5材料性能與組織表征技術(shù)發(fā)展展望其次是分析結(jié)果的可視化。在人們與客觀世界交流信息的手段中，視覺(jué)具有接受信息量大、直觀性強(qiáng)的特點(diǎn)。如果分析結(jié)果只是一堆數(shù)字，雖然很精確，但失之枯燥?，F(xiàn)在計(jì)算機(jī)的介入將這些數(shù)據(jù)作處理，變成圖表、曲線甚至生動(dòng)的圖像?，F(xiàn)在是43頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1．2．5材料性能與組織表征技術(shù)發(fā)展展望掃描隧道顯微鏡的表面拓?fù)湎竦脑紨?shù)據(jù)是掃描針尖在X、Y方向掃描過(guò)程中沿Z方向上下位移的記錄。初步的可視化是一根根沿X或Y方向的起伏線，再把這族線沿Y或X方向疊起來(lái)。進(jìn)一步可以將它們處理成表面拓?fù)湎?，如我們常看到的Si表面重構(gòu)圖，把一個(gè)個(gè)原子形象地用圓球表示出來(lái)。如果按時(shí)間順序把各幅畫(huà)面作動(dòng)畫(huà)播放，就能把表面重構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程清楚地顯示出來(lái)。

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1．2材料科學(xué)研究方法

1．2．5材料性能與組織表征技術(shù)發(fā)展展望C低維材料制備與分析測(cè)試結(jié)合在傳統(tǒng)意義上，材料的分析測(cè)試都是在制備與加工后，截取部分試樣進(jìn)行檢查。由于納米科技日趨成熟，許多新材料研制是在微米－納米尺度進(jìn)行的。這與材料顯微組織表征的尺度正好相近。這就產(chǎn)生了雙重效應(yīng)：一是在制備過(guò)程中進(jìn)行檢測(cè)表征，另一是利用顯微組織表征設(shè)備作為納米結(jié)構(gòu)的制備手段。下面以透射電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡為例作一說(shuō)明。現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期四第一章引言

1．2材料科學(xué)研究方法

1．2．5材料性能與組織表征技術(shù)發(fā)展展望透射電鏡兼有顯微組織表征中的形貌、結(jié)構(gòu)和成分分析的綜合功能。為了制備與檢查功能材料的需要，可以在透射電子顯微鏡的鏡筒一側(cè)，并行放置離子注入設(shè)備、聚焦離子束設(shè)備和分子束外延生長(zhǎng)設(shè)備。這些樣品制備工具可以與鏡子分立，通過(guò)真空管道作樣品傳輸，也可以與鏡筒接通后將離子束引入鏡筒，直接對(duì)正受電鏡觀察的試樣進(jìn)行加工。另一方面，電子束在半導(dǎo)體器件光刻技術(shù)中本身就是加工源。在場(chǎng)發(fā)射槍源及電子聚光鏡的幫助下可將電子束會(huì)聚到納米大小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光刻技術(shù)的束斑尺寸，可以制備量子點(diǎn)和量子線的模型材料。

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1．2材料