第六部分其它分析方法

第六部分其它分析方法演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)優(yōu)選第六部分其它分析方法目前二頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)3一、核磁共振(NMR)

1．核磁共振原理

核磁共振原理示意圖目前三頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)4一、核磁共振(NMR)

2．核磁共振譜特征

對(duì)于一個(gè)特定的核來(lái)說(shuō)，它只對(duì)應(yīng)一個(gè)共振頻率，但試樣中的核所處的環(huán)境略有不同，所以產(chǎn)生的共振不是一個(gè)頻率，而是一個(gè)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(qiáng)度按洛侖茨線型分布。主要特征：線型、線寬、線的強(qiáng)度、線的位置。目前四頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)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(xì)結(jié)構(gòu)目前五頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)6一、核磁共振(NMR)

3．化學(xué)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(xué)環(huán)境不同（如乙醇CH3CH2OH中的質(zhì)子），其共振頻率也稍有不同。目前六頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)7一、核磁共振(NMR)

3．化學(xué)位移

乙醇的質(zhì)子NMR譜圖目前七頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)8一、核磁共振(NMR)

4．核磁共振的應(yīng)用

（1）測(cè)量超精細(xì)場(chǎng)分析材料的超精細(xì)場(chǎng)能夠找出材料微觀結(jié)構(gòu)的變化和成分、工藝、溫度、壓力和磁場(chǎng)之間的關(guān)系。目前八頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)9一、核磁共振(NMR)

4．核磁共振的應(yīng)用

（2）研究局域環(huán)境和有序結(jié)構(gòu)（3）沉淀現(xiàn)象的研究

合金在沉淀過(guò)程中，隨著時(shí)效處理工藝條件的變化，溶質(zhì)原子的分布及變化情況可以根據(jù)超精細(xì)場(chǎng)的分析確定出來(lái)。目前九頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)10一、核磁共振(NMR)

4．核磁共振的應(yīng)用

（4）缺陷的研究位錯(cuò)應(yīng)變場(chǎng)能使核周圍的電場(chǎng)梯度增大，從而使NMR譜峰加寬。目前十頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)11二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

1．穆斯堡爾效應(yīng)

穆斯堡爾效應(yīng)是利用無(wú)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(xué)環(huán)境的微觀結(jié)構(gòu)信息，從而對(duì)材料研究分析。目前十一頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)12二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

1．穆斯堡爾效應(yīng)

（1）核共振吸收

原子核處于不同狀態(tài)具有不同的能級(jí)。設(shè)想用一個(gè)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(huì)躍遷到激發(fā)態(tài)，這便是原子核共振吸收。

目前十二頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)13二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

1．穆斯堡爾效應(yīng)

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

目前十三頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)14二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

1．穆斯堡爾效應(yīng)

（2）反沖能的影響

E0表示核的躍遷能；ER為反沖能目前十四頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)15二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

1．穆斯堡爾效應(yīng)

（3）無(wú)反沖核γ發(fā)射和共振吸收的實(shí)現(xiàn)

為了消除核的反沖效應(yīng)，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(shí)都不能從晶位上離開(kāi)。參與反沖的不再是單個(gè)原子，而是整個(gè)放射源或吸收體的質(zhì)量。因此，產(chǎn)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(shí)現(xiàn)了無(wú)反沖核γ發(fā)射和共振吸收。目前十五頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)16二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

1．穆斯堡爾效應(yīng)

（3）無(wú)反沖核γ發(fā)射和共振吸收的實(shí)現(xiàn)

原子核發(fā)射譜線和吸收譜線能量分布目前十六頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)17二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

2．穆斯堡爾效應(yīng)的測(cè)量

測(cè)量穆斯堡爾效應(yīng)最常用的是透射法，所用的儀器為透射譜儀。為了將無(wú)反沖共振吸收的情況在圖譜上清晰地顯示出來(lái)，在測(cè)量時(shí)常利用多普勒效應(yīng)對(duì)γ射線的能量進(jìn)行調(diào)制。所謂多普勒效應(yīng)是指發(fā)射體運(yùn)動(dòng)引起γ光子能量改變的現(xiàn)象。

目前十七頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)18二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

2．穆斯堡爾效應(yīng)的測(cè)量

透射譜儀測(cè)量原理

1為放射源；2為試樣；3為γ射線探測(cè)器目前十八頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)19二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

2．穆斯堡爾效應(yīng)的測(cè)量利用多普勒效應(yīng)的措施是將射線源安放在一個(gè)做恒加速度運(yùn)動(dòng)的振子上，γ光子的能量可隨著振動(dòng)方向和速度大小在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)制。當(dāng)速度為零時(shí)，γ光子的能量不變，核共振吸收達(dá)到最大值。當(dāng)振子的速度增大時(shí)，核共振吸收減少，速度達(dá)到1mm/s時(shí)，共振吸收遭到完全破壞，當(dāng)速度為負(fù)時(shí)，也會(huì)有同樣的結(jié)果。

目前十九頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)20二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

2．穆斯堡爾效應(yīng)的測(cè)量

多普勒速度譜

目前二十頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)21二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

2．穆斯堡爾效應(yīng)的測(cè)量

穆斯堡爾譜（多普勒速度譜）：以放射源的運(yùn)動(dòng)速度為橫坐標(biāo)，以吸收計(jì)數(shù)為縱坐標(biāo)。對(duì)放射源的主要要求是發(fā)出沒(méi)有能級(jí)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(duì)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(jié)和壓制而成薄片狀。

目前二十一頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)22二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

2．穆斯堡爾效應(yīng)的測(cè)量

多普勒速度譜

目前二十二頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)23二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

3．穆斯堡爾參數(shù)

（1）同質(zhì)異能移位

同質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)參考位置，如標(biāo)準(zhǔn)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(cè)，δ為正，在負(fù)速度一側(cè)，δ為負(fù)。目前二十三頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)24二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

3．穆斯堡爾參數(shù)

（1）同質(zhì)異能移位

吸收體核能級(jí)的躍遷與速度譜目前二十四頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)25二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

3．穆斯堡爾參數(shù)

（2）四極分裂當(dāng)I＞1/2時(shí)，原子核具有電四極矩。這時(shí)如核處電場(chǎng)是立方對(duì)稱的，它對(duì)受激態(tài)的能量沒(méi)有影響。但當(dāng)原子核處的電場(chǎng)由于某種原因發(fā)生畸變時(shí)，電場(chǎng)與電四極矩相互作用，使核能級(jí)發(fā)生分裂。目前二十五頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)26二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

3．穆斯堡爾參數(shù)

（2）四極分裂

吸收體核能級(jí)的四極分裂與速度譜目前二十六頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)27二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

3．穆斯堡爾參數(shù)

（3）磁超精細(xì)場(chǎng)自旋不為零的原子核具有磁矩，如果核處在磁場(chǎng)之中，核磁矩和磁場(chǎng)相互作用，使核能級(jí)發(fā)生分裂。目前二十七頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)28二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

3．穆斯堡爾參數(shù)

（3）磁超精細(xì)場(chǎng)

57Fe的磁超精細(xì)分裂目前二十八頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)29二、穆斯堡爾效應(yīng)（ME）

4．穆斯堡爾效應(yīng)的應(yīng)用現(xiàn)已有40余種元素觀察到穆斯堡爾效應(yīng)，其中有實(shí)際應(yīng)用價(jià)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(nèi)微觀結(jié)構(gòu)的信息，是研究鋼的淬火、回火，有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變、時(shí)效析出、固溶體分解等過(guò)程的動(dòng)力學(xué)、晶體學(xué)和相結(jié)構(gòu)等問(wèn)題的有效工具。

目前二十九頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)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(gè)原子的排列狀況成為可能。該發(fā)明于1986年獲諾貝爾獎(jiǎng)。以掃描隧道電子顯微鏡為基礎(chǔ)，G.Binnig發(fā)明了可用于絕緣體檢測(cè)、分析的原子力顯微鏡（AFM）。目前三十頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)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(lǐng)工作環(huán)境工作溫度對(duì)樣品的破壞程度檢測(cè)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?zé)o1~2原子層TEM橫向點(diǎn)分辨率0.3~0.5nm橫向晶格分辨率0.1~0.2nm縱向分辨率：無(wú)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(cè)試儀器的特點(diǎn)及分辨本領(lǐng)目前三十一頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)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(xì)探針（針尖）及樣品（表面）作為電極，當(dāng)針尖與樣品表面非常接近（約1nm）時(shí)，在偏壓作用下產(chǎn)生隧道電流。隧道電流（強(qiáng)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．工作原理目前三十二頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)33(一)掃描隧道顯微鏡(STM）根據(jù)掃描過(guò)程中針尖與樣品間相對(duì)運(yùn)動(dòng)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．工作原理目前三十三頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)34(一)掃描隧道顯微鏡(STM）

1．工作原理a)恒電流模式；b)恒高度模式目前三十四頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)35(一)掃描隧道顯微鏡(STM）（1）具有原子級(jí)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(gè)原子。（2）可實(shí)時(shí)得到樣品表面三維（結(jié)構(gòu)）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(diǎn)目前三十五頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)(一)掃描隧道顯微鏡(STM）STM顯微形貌圖目前三十六頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)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(dǎo)體和超導(dǎo)體等的表面幾何結(jié)構(gòu)與電子結(jié)構(gòu)及表面形貌分析。掃描隧道顯微鏡可直接觀測(cè)樣品具有周期性和不具有周期性特征的表面結(jié)構(gòu)、表面重構(gòu)和結(jié)構(gòu)缺陷等。掃描隧道顯微鏡的局限性：不能探測(cè)樣品的深層信息，無(wú)法直接觀測(cè)絕緣體等。

3．基本應(yīng)用目前三十七頁(yè)\總數(shù)四十頁(yè)\編于八點(diǎn)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(shù)，利用針尖（指針），通過(guò)杠桿或彈性元件把針尖輕輕壓在待測(cè)表面上，使針尖在待測(cè)