表征方法課件

1、材料表征 報告人： 袁 保 合 時 間：2011.06.03光譜分類發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜（AES）、原子熒光光譜（AFS）、X射線熒光光譜法（XFS）、分子熒光光譜法（MFS）等吸收光譜紫外可見光法（UV-Vis）、原子吸收光譜（AAS）、紅外觀光譜（IR）、核磁共振（NMR）等聯(lián)合散射光譜拉曼散射光譜（Raman）1、紫外吸收光譜的產(chǎn)生紫外吸收光譜：分子價電子能級躍遷。波長范圍：100-800 nm.(1) 遠(yuǎn)紫外光區(qū): 100-200nm (2) 近紫外光區(qū): 200-400nm(3)可見光區(qū):400-800nm 250 300 350 400nm1234e 可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析。 電

2、子躍遷的同時，伴隨著振動轉(zhuǎn)動能級的躍遷;帶狀光譜。一、紫外-可見分光光度計2、分光光度計的類型（一）單光束分光光度計簡單，價廉，適于在給定波長處測量吸光度或透光度，一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測器有高的穩(wěn)定性。（二）雙光束分光光度計 自動記錄，快速全波段掃描?？上庠床环€(wěn)定、檢測器靈敏度變化等因素的影響，儀器復(fù)雜，價格較高。（三）雙波長分光光度計 將不同波長的兩束單色光(1、2) 快束交替通過同一吸收池而后到達(dá)檢測器。產(chǎn)生交流信號。無需參比池。= 12nm。兩波長同時掃描即可獲得導(dǎo)數(shù)光譜。3、相關(guān)的基本概念1吸收光譜（吸收曲線）： 不同波長光對樣品作用不同，吸收強(qiáng)度不同 以A作圖

3、2吸收光譜特征：定性依據(jù) 吸收峰max 吸收谷min 肩峰sh 末端吸收飽和-躍遷產(chǎn)生4、紫外光譜法的特點（1）紫外吸收光譜所對應(yīng)的電磁波長較短，能量大，它反映了分子中價電子能級躍遷情況。主要應(yīng)用于共軛體系（共軛烯烴和不飽和羰基化合物）及芳香族化合物的分析。（2）由于電子能級改變的同時，往往伴隨有振動能級的躍遷，所以電子光譜圖比較簡單，但峰形較寬。一般來說，利用紫外吸收光譜進(jìn)行定性分析信號較少。（3）紫外吸收光譜常用于共軛體系的定量分析，靈敏度高，檢出限低。當(dāng)光入射某些物質(zhì)時，其散射光除了與入射光頻率相同的成分瑞利線(0)外，還會在瑞利線兩側(cè)對稱分布斯托克線(0-)和反斯托克線(0+)，后來將

4、這種散射命名為拉曼散射0Anti-Stokes0+Rayleigh 00-Stokes1928年拉曼在實驗中發(fā)現(xiàn)：1930年諾貝爾物理學(xué)獎授予印度加爾各答大學(xué)的拉曼，以表彰他研究了光的散射和發(fā)現(xiàn)了以他的名字命名的定律。二、拉曼光譜1、方法原理0123e電子基態(tài)振動能級eeRayleigh 散射eeeRaman 散射Stocks線Anti-Stocks線溫度升高概率大！2、 拉曼光譜與紅外光譜的關(guān)系同同屬分子振(轉(zhuǎn))動光譜異：紅外分子對紅外光的吸收強(qiáng)度由分子偶極距決定異：拉曼分子對激光的散射強(qiáng)度由分子極化率決定紅外：適用于研究不同原子的極性鍵振動 OH, CO，CX拉曼：適用于研究同原子的非極性

5、鍵振動 NN, CC互補(bǔ)拉曼光譜與紅外光譜的關(guān)系O=C=O對稱伸縮O=C=O反對稱伸縮偶極距不變無紅外活性極化率變有拉曼活性極化率不變無拉曼活性偶極距變有紅外活性ZrV2O7振動聲子譜與拉曼光譜比較三、X射線的散射定義：X射線通過物質(zhì)時，其部分光子將會改變它們的前進(jìn)方向這就是散射現(xiàn)象。散射現(xiàn)象：包括相干散射和不相干散射當(dāng)入射X光子與物質(zhì)中的某些電子（例如內(nèi)層電子）發(fā)生碰撞時，由于這些電子受到原子的強(qiáng)力束縛，光子的能量不足以使電子脫離所在能級的情況下，此種碰撞可以近似地看成是剛體間的彈性碰撞，其結(jié)果僅使光子的前進(jìn)方向發(fā)生改變，即發(fā)生了散射，但光子的能量并未損耗，即散射線的波長等于入射線的波長。此

6、時各散射線之間將相互發(fā)生干涉，故成為相干散射。相干散射是引起晶體產(chǎn)生衍射線的根源當(dāng)入射X射線光子與物質(zhì)中的某些電子（例如外層電子）發(fā)生碰撞時，由于這些電子與原子間的結(jié)合松弛，可以近似地看成是自由電子，碰撞的結(jié)果，X射線光子將一部分能量傳遞給電子，使電子脫離原子而形成反沖電子，同時光子本身也改變了原來的前進(jìn)方向，發(fā)生了散射。這種散射由于各個光子能量減小的程度各不相同，即每個散射光子的波長彼此不等，因此相互不會發(fā)生干涉，故稱為不相干散射。不相干散射線的波長比入射X射線的能量小、波長大。在X射線衍射分析中只增加連續(xù)背景，給衍射圖帶來不利影響。X-射線衍射分析物相分析 定性分析定量分析單一物相的鑒定或

7、驗證混合物相的鑒定晶體結(jié)構(gòu)分析點陣常數(shù)（晶胞參數(shù)）測定晶體對稱性（空間群）的測定等效點系的測定晶體定向晶粒度測定宏觀應(yīng)力分析X-射線衍射分析原理布拉格方程： n=2dsin 四、掃描電子顯微鏡1. 掃描電鏡的優(yōu)點高的分辨率。由于超高真空技術(shù)的發(fā)展，場發(fā)射電子槍的應(yīng)用得到普及，現(xiàn)代先進(jìn)的掃描電鏡的分辨率已經(jīng)達(dá)到1納米左右。有較高的放大倍數(shù)，20-20萬倍之間連續(xù)可調(diào)；有很大的景深，視野大，成像富有立體感，可直接觀察各種試樣凹凸不平表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)試樣制備簡單。配有X射線能譜儀裝置，這樣可以同時進(jìn)行顯微組織性貌的觀察和微區(qū)成分分析。 2、彈性散射和非彈性散射當(dāng)一束聚焦電子束沿一定方向入射到試樣內(nèi)時，

8、由于受到固體物質(zhì)中晶格位場和原子庫侖場的作用，其入射方向會發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為散射。（1）彈性散射。如果在散射過程中入射電子只改變方向，但其總動能基本上無變化，則這種散射稱為彈性散射。彈性散射的電子符合布拉格定律，攜帶有晶體結(jié)構(gòu)、對稱性、取向和樣品厚度等信息，在電子顯微鏡中用于分析材料的結(jié)構(gòu)。（2）非彈性散射。如果在散射過程中入射電子的方向和動能都發(fā)生改變，則這種散射稱為非彈性散射。在非彈性散射情況下，入射電子會損失一部分能量，并伴有各種信息的產(chǎn)生。非彈性散射電子：損失了部分能量，方向也有微小變化。用于電子能量損失譜，提供成分和化學(xué)信息。也能用于特殊成像或衍射模式。 二、SEM中的三種主要信號背散射電子：入射電子在樣品中經(jīng)散射后再從上表面射出來的電子。反映樣品表面不同取向、不同平均原子量的區(qū)域差別。二次電子：由樣品中原子外殼層釋放出來，在掃描電子顯微術(shù)中反映樣品上表面的形貌特征。X射線：入射電子在樣品原子激發(fā)內(nèi)層電子后外層電子躍遷至內(nèi)層時發(fā)出的光子。其他信號俄歇電子：入射電子在樣品原子激發(fā)內(nèi)層電子后外層電子躍遷至內(nèi)層時，多余能量轉(zhuǎn)移給外層電子，使外層電子掙脫原子核的束縛，成為俄歇電子。透射電子 :電子穿透樣品的部分。這些電子攜帶著被樣品吸收、衍射的信息，用于透射電鏡的明場像和透射掃描電鏡的掃描圖像,