表面實驗筆記

實驗一：掃描電子顯微鏡注意事項粉末狀樣品要吹干，側(cè)樣時距離鏡頭要遠一點，大約8mm。導(dǎo)電膠盡量減小一下，減少抽真空時間。樣品臺在上升過程中，要確保其不會觸碰到探頭。測試完畢必須關(guān)閉高壓EHT，鎖上搖桿控制器，點擊stage-joystickDisable。掃描電子顯微鏡的基本構(gòu)造？J-IJ111L_k4-jJE-fr/ClHT|y ■掃描電鏡主要有真空系統(tǒng)，電子束系統(tǒng)以及成像系統(tǒng)。真空系統(tǒng)主要包括真空泵和真空柱兩部分。電子束系統(tǒng)由電子槍和電磁透鏡兩部分組成，主要用于產(chǎn)生一束能量分布極窄的、電子能量確定的電子束用以掃描成像。電磁透鏡：熱發(fā)射電子需要電磁透鏡來成束，所以在用熱發(fā)射電子槍的掃描電鏡上，電磁透鏡必不可少。通常會裝配兩組：匯聚透鏡、物鏡（物鏡為真空柱中最下方的一個電磁透鏡，它負(fù)責(zé)將電子束的焦點匯聚到樣品表）。電子束入射樣品會產(chǎn)生二次電子、吸收電子、背散射電子以及X射線等一系列信號。所以需要不同的探測器來區(qū)分這些信號以獲得所需要的信息掃描電子顯微鏡的工作原理及應(yīng)用？JBrLJJJLK-卩啊hTGH-J—L*|廠MJ%ZA./bfJJ■由最上邊電子槍發(fā)射出來的電子束，經(jīng)柵極聚焦后，在加速電壓作用下，經(jīng)過二至三個電磁透鏡所組成的電子光學(xué)系統(tǒng)，電子束會聚成一個細(xì)的電子束聚焦在樣品表面。在末級透鏡上邊裝有掃描線圈，在它的作用下使電子束在樣品表面掃描。由于高能電子束與樣品物質(zhì)的交互作用，結(jié)果產(chǎn)生了各種信息：二次電子、背散射電子、吸收電子、X射線、俄歇電子、陰極發(fā)光和透射電子等。這些信號被相應(yīng)的接收器接收，經(jīng)放大后送到顯像管的柵極上，調(diào)制顯像管的亮度。由于經(jīng)過掃描線圈上的電流是與顯像管相應(yīng)的亮度一一對應(yīng)，也就是說，電子束打到樣品上一點時，在顯像管熒光屏上就出現(xiàn)一個亮點。掃描電鏡就是這樣采用逐點成像的方法，把樣品表面不同的特征，按順序，成比例地轉(zhuǎn)換為視頻信號，完成一幀圖像，從而使我們在熒光屏上觀察到樣品表面的各種特征圖像。對比光學(xué)顯微鏡和透射電鏡，掃描電鏡有何優(yōu)勢和劣勢？從結(jié)構(gòu)看，三者有什么異同？優(yōu)勢：1?分辨率較高。2?試樣制備簡單3?放大倍數(shù)高且連續(xù)可調(diào)4?景深大，成像有立體感5?多功能化」 L..* 1劣勢：分辨率及放大倍數(shù)較透鏡差一些，造價及維護費用貴一些。相同點：都有相應(yīng)的照明源、放大系統(tǒng)、樣品臺或試樣架以及圖像觀察記錄設(shè)備。不同點：光學(xué)顯微鏡以光作為照明源，而透射電鏡和掃描電鏡用高速的電子做照明源：光學(xué)顯微鏡用玻璃做透鏡，而掃描電鏡用電磁作透鏡。光學(xué)顯微鏡鏡介質(zhì)為空氣，而掃描電鏡用的是高真空。光學(xué)顯微鏡可以通過物鏡直接觀察，而掃描電鏡需要將電子信號投到熒光屏上。實驗二：透射電子顯微鏡操作步驟1、 打開操作軟件2、 檢查電鏡狀態(tài)3、 裝載樣品：4、 插入樣品桿：5、 加高壓和燈絲電流6、 開始掃圖注意事項1、 勿用透射電鏡觀察磁性樣品，會損壞儀器。2、 嚴(yán)禁用手觸摸樣品桿0圈至樣品桿頂端的任何部位。3、 樣品臺紅燈亮?xí)r不要插入或者拔出樣品桿。4、 插入或者拔出樣品桿時要確定樣品臺已歸零。5、 鏡筒部分真空Column數(shù)值降到20以下才可以打開Col,Valves。6、計算機指示燈為紅色時禁止使用儀器。7、使用CCD相機拍照時，電子束一定要散開（至少與熒光屏一樣大）8、數(shù)據(jù)拷貝的方式一定是光盤，禁止使用U盤。電子束入射固體樣品表面會激發(fā)哪些信號，它們有哪'O11J1J」」些特點和用途？'Tj1J]耳hIrrIJq』二』％MFa二次電子:在入射電子束作用下被轟擊出來并離開樣品表面的核外電子。特點：能量較低；表面形貌敏感性：一般在表層5-1Onm深度范圍激發(fā)的口用途；它對試樣表面狀態(tài)非常敏感，能有效地顯示試樣表面的微觀形貌。b.背散射電子：背散射電于是指被固體樣品中的原子核反彈回來的一部分入射電子。特點：具有較高能量，作用深度大；原子序數(shù)敏感性：產(chǎn)額隨樣品原子序數(shù)增大而增大。用途：形貌分析、定性成分分析:吸收電子：入射電子能量被吸收殆盡’吸收電子信號與二次電子或背散色電子信號互補’強度相反’圖象襯度相反.用途：吸收電流像可以反映原子序數(shù)対度.同樣也可以用來進行定性的徹區(qū)成分分析.d,透射電子：一部分入射電子穿過薄樣品而成為透射電子"透射電子信號由微區(qū)的厚度、成分和晶體結(jié)構(gòu)來決定*因此，可以用特征能屋損失電子配合電子能童分析器來進行微區(qū)咸分分析B禹特征x射線當(dāng)?shù)t品原子的內(nèi)層電子激發(fā)或電離時，原子就會處于能圣較高的激岌狀態(tài)，此時外層電子將向內(nèi)層麻遷已填補內(nèi)層電子前空缺，從而無放特ilEX射域，用途：宦性或定量微區(qū)成分分析?￡俄歇電子：能級躍遷，當(dāng)眾多能量不足以輻射X光，空位層的一個電子會發(fā)射出去；這個躍出的電子為俄歇電子-特點：能量具有特征值，近表層性質(zhì)，能量很低口用途：表面層成分分析橫向擴展降低信號成像分辨率：俄歇電子，二次電子，背散射電子，特征X射線，連續(xù)X射線可見光波長透射電子顯微鏡由幾大系統(tǒng)構(gòu)成，各系統(tǒng)之間關(guān)系如何？（1） 透射電鏡由電子光學(xué)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電子學(xué)系統(tǒng)三大部分組成。（2） 關(guān)系：電子光學(xué)系統(tǒng)是投射電鏡的核心，為電鏡提供射線源，保證成像和完成觀察記錄。電子學(xué)系統(tǒng)主要用于提供電子槍加速電子用的小電流高壓電源和透鏡磁極用的大電流低壓電源。真空系統(tǒng)是為了保證光學(xué)系統(tǒng)為真空，防止樣品在觀察時被污染，使觀察像清晰準(zhǔn)確。電子光學(xué)系統(tǒng)的工作過程要求在真空條件下進行。透射電子顯微鏡為什么要在真空狀態(tài)下工作？■AXJ刀Jf{Jj,J IMA/才I區(qū)鼻 vI■才—J「 ■'1?空氣中的水蒸氣會導(dǎo)致燈絲腐蝕；2電磁感應(yīng)線圈里含有鐵鎳等元素容易腐蝕。?空氣中的氣體分子會干擾電子的路徑。4?空氣中的氣體會污染被觀察樣品。實驗三：X射線衍射分析操作步驟1?打開冷卻水循環(huán)裝置，此機器設(shè)置溫度在26°C,—般溫度不超過28°C即可正常工作。打開儀器控制軟件樣品的制備。塊狀樣品要求磨成一個平面，面積不小于10x10mm，用橡皮泥粘在樣品槽內(nèi)，表面應(yīng)與樣品槽邊緣同高。粉末樣品：要求磨成300目左右，粉末要求在3克左右，將粉末樣品放入粉末樣品槽中，用玻璃片壓平壓實表面與樣品槽邊緣同高，清理邊緣遺留的粉末。將樣品槽裝入樣品臺中并調(diào)整好位置。4?測量及物相分析、注意事項1?保證要在測量完成之后再開門更換樣品，安裝或拆卸樣品槽之后應(yīng)立即關(guān)門。安裝拆卸樣品槽時要輕拿輕放，避免樣品灑落。數(shù)據(jù)拷貝的方式一定是光盤，禁止使用U盤。X射線衍射儀的基本結(jié)構(gòu)和工作原理？X射線衍射儀的基本結(jié)構(gòu)主要包括4部分：（1） 高穩(wěn)定度X射線源：提供測量所需的X射線，改變X射線管陽極靶材質(zhì)可改變X射線的波長，調(diào)節(jié)陽極電壓可控制X射線源的強度。（2） |樣品及樣品位置取向的調(diào)整機構(gòu)系統(tǒng)：樣品須是單晶、粉末、多晶或微晶的固體塊。（3） 射線檢測器：檢測衍射強度或同時檢測衍射方向，通過儀器測量記錄系統(tǒng)或計算機處理系統(tǒng)可以得到多晶衍射圖譜數(shù)據(jù)。（4） 衍射圖的處理分析系統(tǒng)：現(xiàn)代X射線衍射儀都附帶安裝有專用衍射圖處理分析軟件的計算機系統(tǒng)，它們的特點是自動化和智能化。X射線衍射儀的工作原理：x射線的波長和晶體內(nèi)部原子面之間的間距相近，晶體可以作為X射線的空間衍射光柵，即一束X射線照射到物體上時，受到物體中原子的散射，每個原子都產(chǎn)生散射波，這些波互相干涉，結(jié)果就產(chǎn)生衍射。衍射波疊加的結(jié)果使射線的強度在某些方向上加強，在其他方向上減弱。分析衍射結(jié)果，便可獲得晶體結(jié)構(gòu)。對于晶體材料，當(dāng)待測晶體與入射束呈不同角度時，那些滿足布拉格衍射的晶面就會被檢測出來，體現(xiàn)在XRD圖譜上就是具有不同的衍射強度的衍射峰。對于非晶體材料，由于其結(jié)構(gòu)不存在晶體結(jié)構(gòu)中原子排列的長程有序，只是在幾個原子范圍內(nèi)存在著短程有序，故非晶體材料的XRD圖譜為一些漫散射饅頭峰。每一種結(jié)晶物質(zhì)都有各自獨特的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)，沒有任何兩種物質(zhì)，他們的晶胞大小、質(zhì)點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，每一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己獨特的衍射花樣，只要將測得的衍射譜與標(biāo)準(zhǔn)譜進行對比，就能定性的知道樣品中含有哪些相，多相樣品的衍射譜是其中的各相的衍射譜的簡單疊加，互不干擾，對比標(biāo)準(zhǔn)圖譜可以得到全部物相。X射線衍射分析是利用晶體形成的X射線衍射，對物質(zhì)進行內(nèi)部原子在空間分布狀況的結(jié)構(gòu)分析方法。將具有一定波長的X射線照射到結(jié)晶性物質(zhì)上時，X射線因在結(jié)晶內(nèi)遇到規(guī)則排列的原子或離子而發(fā)生散射，散射的X射線在某些方向上相位得到加強。從而顯示與結(jié)晶結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的特有的衍射現(xiàn)象。衍射X射線滿足布拉格（W.L.Bragg）方程：2dsinG二n入式中：入是X射線的波長；*是衍射角；d是結(jié)晶面間隔；n是整數(shù)。波長入可用已知的X射線衍射角測定，進而求得面間隔，即結(jié)晶內(nèi)原子或離子的規(guī)則排列狀態(tài)。將求出的衍射X射線強度和面間隔與已知的表對照，即可確定試樣結(jié)晶的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，此即定性分析。從衍射X射線強度的比較，可進行定量分析。為何X射線管的窗口有Be制成，而其屏蔽裝置由Pb制成？Be的原子序數(shù)是4,對X射線的吸收較少（主要吸收波長較長的X射線），XRD，XRF都希望使用特征X譜線（波長較小的），所以用鈹做窗口，而且鈹?shù)臋C械強度大，延展性好可以做到很薄，一般材料達不到！鉛是重金屬，外層電子有很多層，所以有很多能級，可以吸收X射線，所以用來屏蔽X射線,PS：鉛比較容易得到。實驗四：X射線光電子能譜分析注意事項將樣品放入腔室中時務(wù)必帶手套，以免污染部件易揮發(fā)樣品要去除揮發(fā)性物質(zhì)后才能測試.XPS表面分析為什么需要超高真空？■AFO<<IllJ7JplZv]I厶而/tHR1!I.”在X射線光電子能譜儀中必須采用超高真空系統(tǒng)，主要是出于兩方面的原因。首先，XPS是一種表面分析技術(shù)，如果分析室的真空度很差，在很短的時間內(nèi)試樣的清潔表面就可以被真空中的殘余氣體分子所覆蓋。其次，由于光電子的信號和能量都非常弱，如果真空度較差，光電子很容易與真空中的殘余氣體分子發(fā)生碰撞作用而損失能量，最后不能到達檢測器。XPS表面分析可應(yīng)用于那些表面性質(zhì)的分析？光電子能譜(XSP)是利用軟X射線激發(fā)樣品電子能量譜，主要用于分析樣品表面元素及其價態(tài)。它是表面分析中最有效、應(yīng)用最廣的分析技術(shù)之一。這是因為它表面靈敏度高；可同時提供元素定性定量和化學(xué)態(tài)信息；與俄歇電子能譜(AES)相比更便于分析元素的化學(xué)態(tài)。請了解XPS儀器的兩項重要性能指標(biāo)靈敏度'分辨率及相互關(guān)系。用較高的掃描電壓靈敏度高，但分辨率低；反之，掃描電壓低，靈敏度低，但分辨率高。實驗五：紫外光電子能譜分析注意事項紫外光電子能譜儀不能開離子中和系統(tǒng)，也不能進行序列測試的設(shè)置將樣品放入腔室中時務(wù)必帶手套，以免污染部件含有揮發(fā)性物質(zhì)的樣品要去掉揮發(fā)性物質(zhì)后才能測試UPS分析和XPS分析有哪些共同點和不同？UPS的工作原理和XPS—樣，但是能量遠遠小于X光，因此有比較好的能量分辨率來研究價帶的電子結(jié)構(gòu)，是XPS手段的一個重要補充。XPS探測的是芯能級的電子信息，反映的是對應(yīng)元素的本征線性，由此來對材料的元素組成，元素價態(tài)情況等進行分析。而UPS探測的是價帶電子的結(jié)構(gòu)信息，價帶電子在材料中比較巡游，到處運動，反應(yīng)的是整個材料的關(guān)聯(lián)電子結(jié)構(gòu)。一般的UPS光源通過對惰性氣體放電來實現(xiàn)，He、Ne、Ar、Kr、Xe等，能量一般在幾十個eV左右。?UPS分析可應(yīng)用于哪些性質(zhì)的分析？紫外光電子能譜主要用于考察氣相原子、分子以及吸附分子的價電子結(jié)構(gòu)。它的分辨率高，可以分辨分子的振動精細(xì)結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)在光電子能譜上為距離很近的雙峰。紫外光電子能譜的橫坐標(biāo)為光電子的動能或結(jié)合能。紫外光電子能譜還能反映出分子的外殼層分子軌道的特性。實驗六：激光共焦顯微拉曼光譜儀、注意事項1） 開機順序：主機在前，計算機在後。2） 關(guān)機順序：計算機在前，主機在后。514nm激光器要充分冷卻后才能關(guān)閉主電源。3） 自檢：一定要等自檢完成（大約10min）再做其他動作。不能取消（Cancel）。4） 硅片：514nm，自然解理線與橫向線45度信號最強。785nm自然解理線與橫向線基本平行時信號最強。分別從量子力學(xué)理論和經(jīng)典電磁場理論來解釋拉曼效應(yīng)。從經(jīng)典電磁理論的觀點看，分子在光的作用下發(fā)生極化，激化率的大小因分子熱運動產(chǎn)生變化，引起介質(zhì)折射率的起伏，使光學(xué)均勻性受到破壞，從而產(chǎn)生光的散射。由于散射光的頻率是入射光頻率fo與分子振動固有頻率的聯(lián)合，故拉曼散射又稱聯(lián)合散射從量子力學(xué)解釋：光子作用于分子，發(fā)生非彈性散射，光子不僅改變方向，還從分子得到能量，頻率改變。分別從激光，共焦，顯微等方面來說明激光共焦顯微拉曼光譜儀的優(yōu)點。$ |IIJL-J-Jb1*澈光*入射光采用激光，具有強度高、單色性好、方向性好以及偏振性能優(yōu)良等優(yōu)點，應(yīng)用于拉曼光譜儀的激光線的波長已覆蓋紫外到近紅外區(qū)域。共焦g為了更有效的激發(fā)樣品，收集散射光，外光路常包括聚光、集光、濾光、樣品架和偏振等部件。聚光：聚光的目的是增強入射光在樣品上的功率密度。通過使用幾塊焦距合適的會聚透鏡，可使入射光的輻照功率增強約105倍。集光：為了更多地收集散射光，通常要求收集透鏡的相對孔徑較大，一般數(shù)值在1左右。對某些實驗樣品可在收集鏡對面或者照明光傳播方向上添加反射鏡，從而進一步提高收集散射光的效率。濾光：在樣品前面和后面均可安置合適的濾光元件。前置的單色器或干涉濾光片，可以濾去光源中非激光頻率的大部分光能，從而進一步提高激光的單色性。在樣品后面放置的干涉濾光片或吸收盒可以濾去瑞利線的大部分能量，從而提高拉曼散射的相對強度。安置濾光部件的主要目的是為了抑制雜散光以提高拉曼散射的信噪比。顯微弱信號的處理方法包括相干信號的鎖相處理，重復(fù)信號時域平均處理，離散信號的統(tǒng)計處理以及計算機處理。目前主要通用的是采用后兩種方法相結(jié)合。最后通過記錄儀或者計算機接口軟件輸出圖譜。請說明拉曼光譜分析中的定性三要素，并做簡要解拉鼻光譜和址外光常均?于分于4M動和轉(zhuǎn)動制h紅外光析中的定性三要素(?