納米科技概論(測(cè)試與表征)

納米科學(xué)技術(shù)概論納米材料檢測(cè)與表征（5）納米材料檢測(cè)與表征一、納米材料的檢測(cè)與表征基礎(chǔ)二、納米材料表征技術(shù)概述三、幾種重要的納米表征技術(shù)四、納米檢測(cè)與表征技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化一、納米材料的檢測(cè)與表征基礎(chǔ)（1）1、納米檢測(cè)與表征的概念2、納米檢測(cè)與表征的內(nèi)容3、納米檢測(cè)與表征技術(shù)的分類(lèi)4、納米檢測(cè)與表征技術(shù)的發(fā)展一、納米材料的檢測(cè)與表征基礎(chǔ)（2）1、納米檢測(cè)與表征的概念1）納米表征的定義（兩方面內(nèi)容）：A、運(yùn)用相關(guān)分析、測(cè)試方法描述納米結(jié)構(gòu)、納米尺度物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)特征、性質(zhì)及應(yīng)用，以及相互關(guān)系的一門(mén)測(cè)量技術(shù)學(xué)科測(cè)試參數(shù)：組成特性；結(jié)構(gòu)特性；性質(zhì)特性；測(cè)試原理：物理學(xué)、化學(xué)知識(shí)與原理的應(yīng)用；測(cè)試手段/方法：測(cè)試工具的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用B、同時(shí)也包括測(cè)試、測(cè)量工具的研究與制造。測(cè)試原理與技術(shù)的發(fā)展：在傳統(tǒng)測(cè)試技術(shù)之外，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、創(chuàng)造新技術(shù)：如STM，AFM等測(cè)試儀器的制造：適合納米尺度物質(zhì)表征的新儀器一、納米材料的檢測(cè)與表征基礎(chǔ)（3）1、納米檢測(cè)與表征的概念2）表征的實(shí)施：在假設(shè)或未知材料特性的參數(shù)情況下，實(shí)施測(cè)試試驗(yàn)得到相關(guān)特性參數(shù)。了解測(cè)試對(duì)象：各種納米材料/結(jié)構(gòu)；掌握測(cè)試技術(shù)：各種測(cè)試原理、儀器、技術(shù)與操作；獲得測(cè)試結(jié)果：材料特性參數(shù)。3）表征的結(jié)果（材料相關(guān)特性/測(cè)試參數(shù)）：獲得材料的組成特性、結(jié)構(gòu)特性、性質(zhì)特性；對(duì)材料的使用特性進(jìn)行評(píng)價(jià)；4）表征的目的：將材料的組成、結(jié)構(gòu)及其與性質(zhì)的關(guān)系完整而充分地表達(dá)出來(lái)，為材料的制造和使用獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。一、納米材料的檢測(cè)與表征基礎(chǔ)（4）2、納米檢測(cè)與表征的內(nèi)容1）按材料特性的內(nèi)容分類(lèi)：（最重要的分類(lèi)方式?。〢、材料的組成特性構(gòu)成納米材料的化學(xué)元素及其相互關(guān)系B、材料的結(jié)構(gòu)特性：材料的幾何學(xué)、物質(zhì)相組成、物質(zhì)相形態(tài)等空間尺度上，分為電子、原子/分子、晶體顯微結(jié)構(gòu)等多層次結(jié)構(gòu)宏觀結(jié)構(gòu)與材料性能取決于微觀結(jié)構(gòu)特征C、材料的性質(zhì)特性：材料的力學(xué)、熱學(xué)特性（電子、原子、晶體顯微結(jié)構(gòu)等）、光學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)特性（電子、晶體顯微結(jié)構(gòu)等）、化學(xué)、生物學(xué)特性等（電子、原子、晶體表面結(jié)構(gòu)等）一、納米材料的檢測(cè)與表征基礎(chǔ)（5）2、納米檢測(cè)與表征的內(nèi)容2）按材料的形態(tài)特征的內(nèi)容分類(lèi)：A、（零維）納米量子點(diǎn)：B、（一維）納米線、納米管/腔：C、（二維）納米薄膜：D、（三維）納米塊材：3）按材料的結(jié)構(gòu)群狀態(tài)的分類(lèi)單個(gè)結(jié)構(gòu)的納米材料：?jiǎn)蝹€(gè)納米點(diǎn)/量子點(diǎn)；單根納米線等涉及最基本的納米物理、化學(xué)原理；需要專(zhuān)門(mén)的技術(shù)：如單根納米線的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性能等聚集結(jié)構(gòu)的納米材料：納米粉體；納米線陣列較常見(jiàn)的納米表征，涉及范圍很寬復(fù)合結(jié)構(gòu)的納米材料：納米陶瓷；納米金屬塊等較多采用了傳統(tǒng)的表征技術(shù)。一、納米材料的檢測(cè)與表征基礎(chǔ)（6）2、納米檢測(cè)與表征的內(nèi)容4）材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能相互關(guān)系：組成與結(jié)構(gòu)沒(méi)有直接的因果關(guān)系；組成和結(jié)構(gòu)決定了材料的性能；發(fā)展新材料，需要對(duì)材料進(jìn)行檢測(cè)與表征的研究，獲得相關(guān)信息性能結(jié)構(gòu)合成組成一、納米材料的檢測(cè)與表征基礎(chǔ)（7）3、納米檢測(cè)與表征的技術(shù)分類(lèi)1）按表征技術(shù)的先進(jìn)性的分類(lèi)：傳統(tǒng)的測(cè)試與表征技術(shù)：如XRD、SEM、顆粒分析儀等新型的測(cè)試與表征技術(shù)：如STM、AFM、HRTEM、FE-SEM等2）按表征技術(shù)的特點(diǎn)的分類(lèi)：常規(guī)的表征技術(shù)：納米尺度的表征與操縱技術(shù)：納米-微米加工與制造技術(shù)：3）按表征技術(shù)的表征內(nèi)容的分類(lèi)：納米材料的粒度表征技術(shù)：納米材料的形貌表征技術(shù)：納米材料的成分表征技術(shù)：納米材料的結(jié)構(gòu)表征技術(shù)：納米材料的表面與界面表征技術(shù)：納米材料的性能表征技術(shù)：一、納米材料的檢測(cè)與表征基礎(chǔ)（8）一、納米材料的檢測(cè)與表征基礎(chǔ)（9）一、納米材料的檢測(cè)與表征基礎(chǔ)（10）3、納米檢測(cè)與表征的技術(shù)分類(lèi)一、納米材料的檢測(cè)與表征基礎(chǔ)（11）4、納米檢測(cè)與表征技術(shù)的發(fā)展1）納米測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)構(gòu)成：A、納米傳感系統(tǒng)；B、二維（三維）掃描工作臺(tái)及其測(cè)量控制系統(tǒng)（掃描測(cè)試系統(tǒng)）；C、信息處理與圖象分析技術(shù)2）納米測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)：A、新型納米測(cè)量原理、納米測(cè)量方法的研究；B、新興納米測(cè)量系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)與制造；特別關(guān)注以下方面的技術(shù)：儀器測(cè)量的重復(fù)性、分辨率/精度、動(dòng)態(tài)范圍三個(gè)指標(biāo)納米級(jí)/亞納米級(jí)探針的制造技術(shù)；微懸臂-探針-樣品之間相互作用模型的研究；納米測(cè)量系統(tǒng)中的恒值（如恒作用力、恒電流）控制處理技術(shù)；納米測(cè)量涉及的尺寸定標(biāo)技納米測(cè)量系統(tǒng)中的非線性補(bǔ)償技術(shù)，如壓電陶瓷的遲滯現(xiàn)象D、干涉、衍射圖象的計(jì)算機(jī)圖象處理技術(shù)E、解決納米測(cè)量環(huán)境因素影響的穩(wěn)定技術(shù)：如環(huán)境溫度、振動(dòng)等一、納米材料的檢測(cè)與表征基礎(chǔ)（12）4、納米檢測(cè)與表征技術(shù)的發(fā)展3）納米測(cè)量原理的突破：A、發(fā)展背景：傳統(tǒng)測(cè)試原理和技術(shù)不能完全滿(mǎn)足納米尺度測(cè)試要求納米尺度的現(xiàn)象，大多不能用宏觀物理原理與性質(zhì)進(jìn)行解釋B、新的測(cè)量原理突破途徑與技術(shù)實(shí)現(xiàn)：利用介觀物理、量子物理中最新的研究成果隧道效應(yīng)與隧道電流近場(chǎng)引力現(xiàn)有技術(shù)賦予新的應(yīng)用基于光學(xué)原理的測(cè)量：激光技術(shù)等的應(yīng)用多種測(cè)量技術(shù)的綜合應(yīng)用光、機(jī)、電與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合測(cè)量和控制技術(shù)的一體化其它技術(shù)的綜合應(yīng)用：二、納米材料表征技術(shù)概述1、粒度分析技術(shù)簡(jiǎn)介2、形貌分析技術(shù)簡(jiǎn)介3、成分分析技術(shù)簡(jiǎn)介4、結(jié)構(gòu)分析技術(shù)簡(jiǎn)介5、表面與界面分析技術(shù)簡(jiǎn)介1、粒度分析技術(shù)簡(jiǎn)介1）納米顆粒的粒度分析的意義2）粒度分析技術(shù)種類(lèi)及應(yīng)用范圍3）常用的微米粒度分析技術(shù)4）納米粒度分析技術(shù)的進(jìn)展5）基于光散射的納米粒度分析技術(shù)6）納米顆粒的粒度分析要點(diǎn)1）納米顆粒的粒度分析的意義：A、納米材料的顆粒大小與形狀對(duì)材料性能有重要的作用；B、在特定的粒度范圍內(nèi)才能出現(xiàn)納米材料的各種新奇特效應(yīng)2）粒度分析技術(shù)種類(lèi)與應(yīng)用范圍：A、目前，有200多種基于各種工作原理的粒度分析測(cè)量裝置，B、大致的分類(lèi)：傳統(tǒng)微米顆粒的粒度測(cè)量：篩分法、沉降法、（光學(xué)、掃描電子）顯微鏡法；現(xiàn)代納米顆粒的粒度測(cè)量：透射電子顯微鏡圖象分析法：光子相干光譜法：1納米-5微米激光光散射法：20納米-3.5微米（低濃度）電超聲法：5納米-100微米（高濃度）3）常用的微米顆粒粒度分析技術(shù)A、沉降法(Sedimentationsizeanalysis)：測(cè)試原理：利用懸浮體系中的顆粒在重力、浮力和黏滯阻力三者平衡狀態(tài)下，以恒定速度沉降；粒度大?。撼两邓俣扰c粒度大小的平方成正比測(cè)試條件：顆粒形狀接近球形、潤(rùn)濕、恒速沉降等B、顯微鏡法（Microscopy）：光學(xué)顯微鏡法：0.8-150微米電子顯微鏡法：掃描電鏡（SEM,ScanningElectronMicroscopy）透射電鏡（TEM,TransmissionElectronMicroscopy）4）納米粒度分析技術(shù)的進(jìn)展：A、納米顆粒的粒度測(cè)量技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：更小尺寸、更寬范圍高精度、高重現(xiàn)性B、納米顆粒的粒度測(cè)量技術(shù)：透射電子顯微鏡法：光子相干光譜法：激光光散射法：電超聲法：新技術(shù)；高濃度大范圍測(cè)量（5納米-100微米）5）基于光散射（Lightscattering）的納米粒度分析技術(shù)測(cè)量范圍：20納米-3.5微米光與顆粒的作用：顆粒尺寸小于10時(shí)，以光的散射為主；顆粒尺寸大于10時(shí)，以光的衍射為主兩類(lèi)光散射法測(cè)量技術(shù)：靜態(tài)光散射法：(Statisticlightscattering)測(cè)量散射光的空間分布規(guī)律；可測(cè)量粒徑分布動(dòng)態(tài)光散射法：(Dynamiclightscattering)測(cè)量某個(gè)固定空間位置的散射光強(qiáng)度變化規(guī)律；又稱(chēng)光子相關(guān)光譜法（PhotonCorrelationSpectroscopy）動(dòng)態(tài)法的局限：只能測(cè)得平均粒徑，不能獲得粒徑分布參數(shù)光散射法測(cè)量局限：不能分析高濃度樣品5）納米材料的粒度分析要點(diǎn)：分為一次粒子和二次粒子兩類(lèi)結(jié)構(gòu)（團(tuán)聚，原因？）A、一次粒子（無(wú)團(tuán)聚的納米粒子）的分析：電鏡觀測(cè)法（數(shù)據(jù)代表性的局限）B、二次粒子（有團(tuán)聚的納米粒子）的分析：光散射粒度分析法：低濃度樣品的測(cè)試電超聲粒度分析法：高濃度樣品的測(cè)試多元硫化銀—貴金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)納米材料的透射電鏡（TEM）照片核-殼結(jié)構(gòu)催化劑納米材料的高分辨透射電鏡（HRTEM）照片二、納米材料表征技術(shù)概述2、形貌分析技術(shù)簡(jiǎn)介1）形貌分析的意義：2）形貌分析技術(shù)種類(lèi)與使用范圍：3）形貌分析的新進(jìn)展：4）納米材料的形貌分析原理二、納米材料表征技術(shù)概述（10）2、形貌分析技術(shù)簡(jiǎn)介1）形貌分析的意義：A、納米材料形貌具有非常重要的作用：納米點(diǎn)、納米線，納米管B、形貌分析包括：幾何形貌、顆粒度與分布、微區(qū)成分與物相2）形貌分析技術(shù)種類(lèi)與使用范圍A、掃描電子顯微鏡（SEM）B、透射電子顯微鏡（TEM）C、掃描隧道顯微鏡（STM）D、原子力顯微鏡（AFM）低維納米材料與大塊材料都可以分析測(cè)試信息：幾何形貌、顆粒分散狀態(tài)、大小與分布、特定微區(qū)的元素組成與物相結(jié)構(gòu)導(dǎo)電樣品的形貌狀態(tài)與電子結(jié)構(gòu)狀態(tài)導(dǎo)電和非導(dǎo)電樣品樣品的形貌狀態(tài)二、納米材料表征技術(shù)概述（11）2、形貌分析技術(shù)簡(jiǎn)介3）形貌分析的新進(jìn)展：A、掃描電鏡（SEM）的發(fā)展：低壓掃描電鏡（高分辨率）：1000V，分辨率為10納米環(huán)境掃描電鏡：可分析不導(dǎo)電樣品，含水生物樣品不需要一般電鏡的10-3Pa的高真空要求不需要對(duì)樣品表面進(jìn)行金屬化處理（鍍金或鍍碳）可在各種反應(yīng)氣氛下（基本沒(méi)有真空度的要求）工作可在不同溫度下（高溫）工作B、基于掃描隧道顯微鏡（STM）原理發(fā)展了一系列的新技術(shù)：掃描探針顯微鏡（SPM）：磁力顯微鏡（MFM）：彈道電子發(fā)射顯微鏡（BEEM）：光子掃描隧道顯微鏡（PSTM）：掃描電容顯微鏡（SCAM）：電化學(xué)STM：掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡（SNOM）利用探針與樣品的不同物理作用，探測(cè)表面或者界面在納米尺度上表現(xiàn)出的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，各有其適用范圍和優(yōu)勢(shì)。分辨率達(dá)到光波長(zhǎng)的十幾分之一溶液條件測(cè)試非常優(yōu)越：生物、電子、化學(xué)SBA-15介孔分子篩

放大倍率10萬(wàn)有序介孔材料結(jié)構(gòu)與制備示意圖SBA-15介孔分子篩

放大倍率20萬(wàn)二、納米材料表征技術(shù)概述（12）2、形貌分析技術(shù)簡(jiǎn)介4）納米材料的形貌分析原理：圖2.2電子束在樣品中的散射示意圖二、納米材料表征技術(shù)概述（13）2、形貌分析技術(shù)簡(jiǎn)介4）納米材料的形貌分析原理：STM測(cè)試技術(shù)原理針尖和樣品的距離在1nm左右或更小恒高模式：高度不變，記錄隧道電流，通過(guò)電流大小反應(yīng)高度變化。限制：對(duì)樣品表面要求很高。恒電流模式：遂道電流不變，記錄針尖的上下運(yùn)動(dòng)軌跡。二、納米材料表征技術(shù)概述（14）3、成分分析技術(shù)簡(jiǎn)介1）成分分析的意義：2）成分分析技術(shù)種類(lèi)與使用范圍：二、納米材料表征技術(shù)概述（15）1）成分分析的意義：A、納米材料的性質(zhì)與材料的化學(xué)成分與結(jié)構(gòu)具有密切關(guān)系B、成分分析包括：元素組成、雜質(zhì)種類(lèi)與濃度及分布、微區(qū)成分3、成分分析技術(shù)簡(jiǎn)介二、納米材料表征技術(shù)概述（16）3、成分分析技術(shù)簡(jiǎn)介2）成分分析技術(shù)種類(lèi)與使用范圍A、按照分析濃度的技術(shù)分類(lèi)微量樣品分析：微克級(jí)樣品，或者單個(gè)納米粒子/納米線樣品痕量成分分析：待測(cè)成分含量極低（PPM）的測(cè)試技術(shù)B、按照分析目的的技術(shù)分類(lèi)體相元素成分分析：整個(gè)樣品的成分表面元素成分分析：表面區(qū)域的成分微區(qū)元素成分分析：特定區(qū)域的成分二、納米材料表征技術(shù)概述（17）3、成分分析技術(shù)簡(jiǎn)介2）成分分析技術(shù)種類(lèi)與使用范圍C、按照分析手段的技術(shù)分類(lèi)光譜分析技術(shù)：原子吸收光譜（AAS）、原子發(fā)射光譜（ICP-OES）、X射線熒光光譜（XFS）和X射線衍射光譜分析法（XRD）質(zhì)譜分析技術(shù)：二次離子質(zhì)譜法（SIMS）、電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）能譜分析技術(shù)：X射線光電子能譜（XPS）、俄歇電子能譜法（AES）、電鏡-能譜（EDS）二、納米材料表征技術(shù)概述（18）3、結(jié)構(gòu)分析技術(shù)簡(jiǎn)介1）結(jié)構(gòu)分析的意義：2）結(jié)構(gòu)分析技術(shù)種類(lèi)與使用范圍：3）結(jié)構(gòu)分析的新進(jìn)展：二、納米材料表征技術(shù)概述（19）3、結(jié)構(gòu)分析技術(shù)簡(jiǎn)介1）結(jié)構(gòu)分析的意義：A、納米材料的性質(zhì)與材料結(jié)構(gòu)密切相關(guān)B、納米效應(yīng)（量子限域、小尺寸、表面、宏觀隧道效應(yīng)）均與納米材料的結(jié)構(gòu)特征有關(guān)聯(lián)C、結(jié)構(gòu)分析包括：物相結(jié)構(gòu)分析：分子與晶體的物相結(jié)構(gòu)類(lèi)型、晶內(nèi)缺陷與晶體完整性、組成結(jié)構(gòu)分析：晶粒、晶界和相界面的組成及分布等組成結(jié)構(gòu)特征、缺陷結(jié)構(gòu)分析：晶內(nèi)、晶界等層次的各種雜質(zhì)與缺陷及其分布結(jié)構(gòu)特征二、納米材料表征技術(shù)概述（20）3、結(jié)構(gòu)分析技術(shù)簡(jiǎn)介2）結(jié)構(gòu)分析技術(shù)種類(lèi)與使用范圍A、X-射線衍射分析技術(shù)（XRD，X-RayDiffraction）：測(cè)試原理：基于樣品對(duì)X射線的衍射效應(yīng)，分析樣品中各組分的存在形態(tài)（各原子排列面組成的光柵結(jié)構(gòu)，對(duì)X射線產(chǎn)生衍射效應(yīng)）測(cè)定內(nèi)容：組分的結(jié)晶情況、所屬的物相結(jié)構(gòu)類(lèi)型與種類(lèi)、各種元素在晶體中的價(jià)態(tài)、成鍵狀態(tài)等缺點(diǎn)：靈敏度較低；樣品量大；非晶樣品無(wú)法分析等B、激光拉曼分析技術(shù)：測(cè)試原理：基于光子與樣品分子發(fā)生了能量交換，入射光波頻率改變的拉曼效應(yīng)，對(duì)樣品的分子結(jié)構(gòu)/價(jià)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析測(cè)定內(nèi)容：無(wú)機(jī)鍵的振動(dòng)方式與結(jié)構(gòu)、元激發(fā)（電子、聲子、等離子體）、雜質(zhì)、缺陷等二、納米材料表征技術(shù)概述（21）3、結(jié)構(gòu)分析技術(shù)簡(jiǎn)介2）結(jié)構(gòu)分析技術(shù)種類(lèi)與使用范圍C、微區(qū)電子衍射分析技術(shù)：測(cè)試原理：基于樣品對(duì)電子的衍射效應(yīng)，分析樣品中各微區(qū)的物相結(jié)構(gòu)及取向關(guān)系（各原子排列面組成的光柵結(jié)構(gòu)，對(duì)電子產(chǎn)生衍射效應(yīng)）測(cè)試內(nèi)容：研究微區(qū)物相結(jié)構(gòu)及取向關(guān)系、內(nèi)部及表面結(jié)構(gòu)、材料的微區(qū)結(jié)構(gòu)缺陷、可獲得特定區(qū)域的形貌特征、組成及晶體結(jié)構(gòu)與缺陷的一一對(duì)應(yīng)分析。技術(shù)特點(diǎn)：微小區(qū)域的分析；需要制備薄膜樣品；信息獲取時(shí)間短（電子散射比X射線強(qiáng)100萬(wàn)倍）；應(yīng)用廣泛（表面吸附、腐蝕、催化、外延生長(zhǎng)、表面處理等）二、納米材料表征技術(shù)概述（22）3、結(jié)構(gòu)分析技術(shù)簡(jiǎn)介3）結(jié)構(gòu)分析的新進(jìn)展A、納米結(jié)構(gòu)的研究幾乎已經(jīng)涉及全部物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析測(cè)試的儀器X-射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜（XAFS）、高分辨透射電鏡（HRTEM），掃描探針顯微鏡（SPM，以及STM、AFM）、場(chǎng)離子顯微鏡（FIM）、正電子湮滅儀（PA）、中子衍射儀、原子吸收光譜、質(zhì)譜、電子能譜儀、俄歇電子譜儀等：B、X-射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜（XAFS）：近20年發(fā)展起來(lái)的研究物質(zhì)近鄰結(jié)構(gòu)的一種有效手段C、高分辨透射電鏡：原子級(jí)的分辨率顯示原子排列與化學(xué)成分D、掃描隧道顯微鏡：材料表面與近表面的原子排列與電子結(jié)構(gòu)E、低能電子顯微鏡：顯示表面缺陷結(jié)構(gòu)等氮元素?fù)诫s碳包覆的Li4Ti5O12的表征結(jié)果：(A)為透射電鏡圖片，可以看出顆粒表面形成了均勻的無(wú)定型包覆層；(B)為包覆前后樣品的XPS，包覆后出現(xiàn)了氮元素的峰。利用“自上而下”的液相激光熔蝕（Laserablationinliquids,LAL）技術(shù)制備高分散、高活性的半導(dǎo)體鍺納米顆粒膠體溶液，膠體溶液中的鍺納米顆粒展現(xiàn)出了獨(dú)特的自發(fā)生長(zhǎng)行為和相變行為，以及尺寸依賴(lài)的化學(xué)還原特性。中科院合肥固體所，Sci.Rep.2013,3,1741）。鍺納米顆粒能夠進(jìn)行自發(fā)的生長(zhǎng)與相變，由最初的非晶態(tài)，逐漸演變成通常在鍺高壓實(shí)驗(yàn)中觀察到的四方結(jié)構(gòu)的中間亞穩(wěn)相（Ge-III），最終轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的立方相（Ge-I）。這一過(guò)程與Ostwald（奧斯特瓦爾德）于1897年提出的Ostwald相變理論（Ostwaldruleofstages）保持一致。該理論提及在材料結(jié)晶過(guò)程中，由初始的非晶態(tài)轉(zhuǎn)變到最終熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)的過(guò)程中有可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)或數(shù)個(gè)中間相，此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為Ostwald相變理論提供了直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

銀納米顆粒表面等離子體共振技術(shù)增強(qiáng)Er3+離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度的示意圖TheJournalofPhysicalChemistryC，2011,115,25040–25045

研究背景：納米金屬顆粒具有非常獨(dú)特的光、電、磁等特性。近年來(lái)，金屬納米顆粒的等離子體特性在波導(dǎo)、光電子電路以及傳感器等領(lǐng)域得到了廣泛研究和應(yīng)用。

提高稀土離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度的研究：金屬納米顆粒摻入含稀土離子的玻璃中會(huì)產(chǎn)生表面等離子體共振效應(yīng)（SPR），從而使稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率得到大幅度提高：上轉(zhuǎn)換綠光（527nm）、綠光（548nm）和紅光（661nm）分別增強(qiáng)了大約7.7、10.1和6.5倍二、納米材料表征技術(shù)概述（23）3、表面與界面分析技術(shù)簡(jiǎn)介1）表面與界面分析的意義：2）表面與界面分析技術(shù)種類(lèi)與使用范圍：二、納米材料表征技術(shù)概述（24）3、表面與界面分析技術(shù)簡(jiǎn)介1）表面與界面分析的意義：A、表面與界面性質(zhì)，對(duì)納米材料特性、特別是納米催化劑、納米薄膜及納米電子器件等的特性有決定性的作用。B、納米效應(yīng)（量子限域、小尺寸、表面、宏觀隧道效應(yīng)）均與納米材料的表面與界面結(jié)構(gòu)特征有關(guān)聯(lián)C、表面與界面分析包括：表面物相結(jié)構(gòu)的分析：元素組成與分布的分析：缺陷與化學(xué)狀態(tài)的分析：二、納米材料表征技術(shù)概述（25）3、表面與界面分析技術(shù)簡(jiǎn)介2）表面與界面分析技術(shù)種類(lèi)與使用范圍A、X射線光電子能譜（XPS）：應(yīng)用占了50%左右測(cè)試原理：基于樣品吸收X射線（光子）后的光電離作用；X射線激發(fā)產(chǎn)生的電離電子逸出樣品成為光電子；光電子含有樣品的成分、化學(xué)狀態(tài)等信息。測(cè)定內(nèi)容：適用于各種材料的分析，尤其是材料化學(xué)狀態(tài)、涉及到化學(xué)信息領(lǐng)域的分析和研究。特點(diǎn)：主要反映的樣品表層5納米厚度范圍內(nèi)的信息微區(qū)分辨率較差（光斑較大，數(shù)個(gè)平方毫米范圍）元素的定量分析誤差較大二、納米材料表征技術(shù)概述（26）3、表面與界面分析技術(shù)簡(jiǎn)介二、納米材料表征技術(shù)概述（27）3、表面與界面分析技術(shù)簡(jiǎn)介2）表面與界面分析技術(shù)種類(lèi)與使用范圍B、俄歇電子能譜（AES）：應(yīng)用占了40%測(cè)試原理：基于高能量粒子（光子、電子、離子）激發(fā)內(nèi)層電子后，較外層電子向內(nèi)層軌道躍遷，同時(shí)使得同一軌道或等外層的電子電離并逃離樣品，成為攜帶元素信息的俄歇電子。測(cè)定內(nèi)容：同樣也可以做表面元素化學(xué)狀態(tài)的研究，更適合做表面元素的定性與定量分析特點(diǎn)：表面元素定性、半定量分析、元素深度分析和微區(qū)分析的重要手段采樣深度比XPS還要淺（0.5納米-2納米），很強(qiáng)的微區(qū)分辨率，采樣分析微區(qū)直徑小到6納米，可以做元素成分的定點(diǎn)分析、線掃描分析和面分布分析配合離子束剝離技術(shù)，可以做深度分析和界面分析適合元素定量分析二、納米材料表征技術(shù)概述（28）3、表面與界面分析技術(shù)簡(jiǎn)介二、納米材料表征技術(shù)概述（29）3、表面與界面分析技術(shù)簡(jiǎn)介圖5.37俄歇測(cè)定TiO2薄膜的厚度三、幾種重要的納米表征技術(shù)（1）1、XRD分析技術(shù)：分析樣品整體的物相信息1）衍射方程A、布拉格公式：2d

(hkl)sin=n

：衍射花樣上的各線條的相對(duì)強(qiáng)度與角度是晶體結(jié)構(gòu)的“指紋”信息，可以借助軟件進(jìn)行查詢(xún)，確定單晶或多晶的物相結(jié)構(gòu)。B、儀器原理圖三、幾種重要的納米表征技術(shù)（2）2）譜圖解讀1、XRD分析技術(shù)三、幾種重要的納米表征技術(shù)（3）2）譜圖解讀1、XRD分析技術(shù)三、幾種重要的納米表征技術(shù)（4）1、XRD分析技術(shù)上圖樣品的電鏡照片三、幾種重要的納米表征技術(shù)（5）2、電鏡分析技術(shù)：分析特定微小區(qū)域的信息1）高分辨電子顯微鏡：確定微小區(qū)域的物相結(jié)構(gòu)和狀態(tài)顯示結(jié)晶狀態(tài)的晶格條紋，分析晶體面之間的距離判別非晶特征信息確定微小區(qū)域物相的缺陷信息：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷等2）電子選區(qū)衍射分析：分析微區(qū)的物相結(jié)構(gòu)一級(jí)電子衍射的布拉格公式：sin=（1/d(hkl)）/（1/

）電子衍射花樣上的點(diǎn)對(duì)應(yīng)所分析樣品中的晶體面，是物相結(jié)構(gòu)的特征信息。三、幾種重要的納米表征技術(shù)（6）2、電鏡分析技術(shù)三、幾種重要的納米表征技術(shù)（7）2、電鏡分析技術(shù)三、幾種重要的納米表征技術(shù)（8）2、電鏡分析技術(shù)三、幾種重要的納米表征技術(shù)（9）3、STM分析技術(shù)1）測(cè)試原理與特點(diǎn)：利用隧道效應(yīng)：導(dǎo)電樣品原子級(jí)的分辨率：平行與垂直表面分辨率達(dá)到0.1nm和0.01nm，分辨單個(gè)原子同時(shí)可以作為原子操縱工具三、幾種重要的納米表征技術(shù)（10）3、STM分析技術(shù)2）儀器結(jié)構(gòu)示意圖：A、特點(diǎn)：近場(chǎng)成像B、精度控制:極其嚴(yán)格。高度：0.01挨水平：0.1埃C、壓電陶瓷器件：1mV-1000V電壓產(chǎn)生0.1nm到數(shù)um的位移。D、控制熱漂移三、幾種重要的納米表征技術(shù)（11）3）測(cè)試結(jié)果圖：3、STM分析技術(shù)可進(jìn)行原位、實(shí)時(shí)的化學(xué)反應(yīng)研究。三、幾種重要的納米表征技術(shù)（12）3、STM分析技術(shù)不同偏壓下，反映了樣品表面不同波函數(shù)的起伏，反映費(fèi)米能級(jí)以上、或者以下的表面電子結(jié)構(gòu)。圖A：樣品流向針尖，Si=Si二聚原子的最高占據(jù)軌道（鍵）成像，反映了軌道的空間分布。圖B：針尖流向樣品。Si=Si二聚原子的最低未占據(jù)軌道（）成像。三、幾種重要的納米表征技術(shù)（13）3、STM分析技術(shù)可原