【正文】 境條件下的相變及形態(tài)變化等。 掃描電鏡的特點(diǎn) 一、掃描電子顯微鏡的工作原理與構(gòu)造 掃描電鏡主要由電 子光學(xué)系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)系 統(tǒng)信號(hào)檢測放大系統(tǒng)、 圖像顯示和記錄系統(tǒng) 真空系統(tǒng)和電源系統(tǒng) 組成。 掃描電鏡的結(jié)構(gòu) 一、掃描電子顯微鏡的工作原理與構(gòu)造 為獲得信號(hào)強(qiáng)度和掃描像（尤其是二次電子像）分 辨率，要求掃描電子束應(yīng)具有較高的亮度和盡可能小的 束斑直徑。由上表可知，場發(fā)射槍最佳。 電子光學(xué)系統(tǒng) 二、主要部件的結(jié)構(gòu)與工作原理 作用： 使電子束產(chǎn)生橫向偏轉(zhuǎn)?？刹捎脵M向靜電場及 橫向磁場。 掃描系統(tǒng)通過雙偏轉(zhuǎn)線圈控制： 上下偏轉(zhuǎn)線圈同時(shí)起作用時(shí)，電子束在樣品表面 做光柵掃描， X、 y向掃描位移相等，光柵為正方形； 下偏轉(zhuǎn)線圈不起作用時(shí)，末級(jí)聚光鏡起二次偏轉(zhuǎn)作用， 電子束在樣品表面擺動(dòng)，做角光柵掃描。 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 二、主要部件的結(jié)構(gòu)與工作原理 信號(hào)檢測放大系統(tǒng)： 收集（探測）樣品在入射電子作用下產(chǎn)生的各種物理信號(hào)并 放大。常用閃爍計(jì)數(shù)器，用來檢測二次電子背散射電子等信號(hào)。 圖像顯示記錄系統(tǒng)： 將信號(hào)檢測放大系統(tǒng)收集的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟茱@示在陰極射線管 熒光屏上的圖像，供觀察記錄。 電源系統(tǒng)： 由穩(wěn)壓穩(wěn)流及相應(yīng)的保護(hù)電路組成。 真空系統(tǒng)： 保證光學(xué)系統(tǒng)正常工作、保證燈絲壽命、防止樣品污染。 普通熱陰極電鏡要保持優(yōu)于 10－ 2～ 10－ 4Pa。 其它 二、主要部件的結(jié)構(gòu)與工作原理 三、掃描電鏡樣品的制備 1 ．對(duì)試樣的要求試樣可以是 塊狀或粉末顆粒，真空中穩(wěn)定 ，含有水分的試樣應(yīng)先烘干除去水分。表面受到污染的試樣，要在不破壞試樣表面結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行適當(dāng)清洗，然后烘干。新斷開的斷口或斷面，一般不需要進(jìn)行處理，以免破壞斷口或表面的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。有些試樣的表面、斷口需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)那治g，才能暴露某些結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，則在侵蝕后應(yīng)將表面或斷口清洗干凈，然后烘干。對(duì)磁性試樣要預(yù)先去磁，以免觀察時(shí)電子束受到磁場的影響。大小要適合儀器專用樣品座的尺寸 。 ；非導(dǎo)電或?qū)щ娦暂^差的材料，要先在材料表面形成一層導(dǎo)電膜，防止電荷積累影響圖象質(zhì)量及試樣的熱損傷。 3 、粉末試樣的制備 先將導(dǎo)電膠或雙面膠紙粘結(jié)在樣品座上，再均勻地把粉末樣撒在上面，用洗耳球吹去未 粘住的粉末，再鍍上一層導(dǎo)電膜，即可上電鏡觀察。 4 、鍍膜 一是 真空鍍膜 ，另一種是 離子濺射鍍膜。 離子濺射鍍膜與真空鍍膜相比 ， 其 主要優(yōu)點(diǎn) 是： （ 1 ） 裝置結(jié)構(gòu)簡單 ， 使用方便 ， 濺射一次只需幾分鐘 ， 而真空鍍膜則要半個(gè)小時(shí)以 上 。 （ 2 ） 消耗貴金屬少 ， 每次僅約幾毫克 。 （ 3 ） 對(duì)同一種鍍膜材料 ， 離子濺射鍍膜質(zhì)量好 ， 能形成顆粒更細(xì) 、 更致密 、 更均 勻 、 附著力更強(qiáng)的膜 。 三、掃描電鏡樣品的制備 微柵上沉積的單壁納米 C管 100000x 螺旋形碳管 9157x 四、掃描電鏡在材料研究中的應(yīng)用 化學(xué)方法生長的 ZnO納米陣列 100000x 傾斜 35度 C球上載 Pt顆粒 400000x 顆粒大小 46nm 四、掃描電鏡在材料研究中的應(yīng)用 第七節(jié) 電子探針 X射線顯微分析 電于探針 X射線顯微分析儀 (簡稱電子探針儀， EPA 或 EPMA)，是利用聚焦到很細(xì)且被加速到 5～ 30kev 的電子束，轟擊用顯微鏡選定的待分析樣品上的某 “ 點(diǎn) ” 利用高能電子與固體物質(zhì)相互作用時(shí)所激發(fā)出的特征 X射線波長和強(qiáng)度的不同，來確定分析區(qū)域中的化學(xué) 成分 。為 微區(qū)分析 。 利用電子探針可以方便地分析從 “ Be到 U”之間的 所有元素。 分析特點(diǎn)： ?手段簡化，分析速度快； ?成分分析所需樣品量很少，且為無損分析方法； ?釋譜簡單且不受元素化合狀態(tài)的影響； X射線譜儀： 樣品被激發(fā)的 X射線進(jìn)入譜儀，經(jīng)彎晶展譜后被接收 并記錄下譜線的強(qiáng)度。 分為：波譜儀和能譜儀兩類。 第七節(jié) 電子探針 X射線顯微分析 分析原理 莫塞萊定律： 特征 X射線譜的波長 λ與原子序數(shù) Z的 關(guān)系為： C為對(duì)特定始、終態(tài)躍遷的常數(shù)， σ為核的屏蔽系數(shù) K系譜線 σ＝ 1。 ? ????? ZC1 第七節(jié) 電子探針 X射線顯微分析 能譜儀， 即能量分散譜儀 （ EDS）亦稱為 非色散譜儀 （ NDS）， 關(guān)鍵部件為 鋰漂移硅固態(tài)檢測器， 習(xí)慣為 Si(Li)檢測器。 Si(Li)檢測器的工作原理： X射線光子進(jìn)入探測器后被 Si原子俘獲并發(fā)射一個(gè)高能電子， 產(chǎn)生電子 — 空穴對(duì)及相應(yīng)的電荷量，電荷在電容上積分，形成代表 X光子能量的信息（正比）。 Si(Li)檢測器中 Li的作用： Si晶體中的微量雜質(zhì)使導(dǎo)電率隨含量迅速增大，成為 p或 N型半 導(dǎo)體 .為降低訊號(hào)的直流本底噪聲，預(yù)先在 370～ 420K溫度下施加 電壓擴(kuò)散 “ 滲入 ” 離子半徑很小的鋰原子（即 “ 漂移 ” ）形成一定寬度 的中性層，提高電阻。 能譜儀 第七節(jié) 電子探針 X射線顯微分析 分析特點(diǎn)： ?手段簡化，分析速度快； ?成分分析所需樣品量很少，且為無損分析方法； ?釋譜簡單且不受元素化合狀態(tài)的影響； ?靈敏度高（ 探頭近，未經(jīng)晶體衍射，信號(hào)強(qiáng)度損失極少） ?譜線重現(xiàn)性好（無運(yùn)動(dòng)部件，穩(wěn)定性好）。 缺點(diǎn)： ?能量 分辨率低 （ 130ev），峰背比低； ?工作條件要求嚴(yán)格。 Si(Li)探頭須保存在液氮冷卻的 低溫狀態(tài)，防治 Li濃度因擴(kuò)散而變化。 能譜儀 第七節(jié) 電子探針 X射線顯微分析 波譜儀 波譜儀（波長分散譜儀， WDS）的工作原理： 主要利用晶體對(duì) X射線的布拉格衍射原理。對(duì)于任 意一個(gè)給定的入射角 θ，僅有一個(gè)確定的波長 λ滿足衍 射條件。對(duì)于由多種元素組成的樣品，則可激發(fā)出各個(gè) 相應(yīng)元素的特征 x射線。被激發(fā)的特征 x射線照射到連續(xù) 轉(zhuǎn)動(dòng)的分光晶體上實(shí)現(xiàn)分光，即不同波長的 X射線將在各 自滿足布拉格方程的 2θ方向上被檢測器接受，進(jìn)而展示 適當(dāng)波長范圍以內(nèi)的全部 X射線譜。 第七節(jié) 電子探針 X射線顯微分析 Johansson為解決因?yàn)榉止舛鴮?dǎo)致收 集的單一波長信號(hào)弱的問題，采用將 分光晶體適當(dāng)彎曲，并使 X射線源、 彎曲分光晶體表面及 X射線檢測器同 時(shí)位于半徑為 R的聚焦圓。 由于分光晶體衍射晶面間距固定， 譜儀 θ角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍有限，測定的波長 范圍有限，為盡可能使測定覆蓋周期 表所有元素，必須裝多塊晶體。 特點(diǎn)： 波長分辨率很高； 缺點(diǎn)是 X射線信號(hào) 利用率低，強(qiáng)度損失大。 波譜儀 彎晶聚焦 第七節(jié) 電子探針 X射線顯微分析 ? 定性分析 定性分析是利用 x射線譜儀，將樣品發(fā)射的 x射線展成 x射線譜， 記錄下樣品所發(fā)射的特征譜線的 波長 ，然后 根據(jù) X射線波長表 ，判斷 這些特征譜線的歸屬，進(jìn)而 確定 樣品所含 元素的種類 。 ? 定量分析 定量分析時(shí)，記錄下樣品發(fā)射 特征譜線的波長和強(qiáng)度 ，然后將樣 品發(fā)射的特征譜線強(qiáng)度 (每種元素選最強(qiáng)的譜線 )與標(biāo)樣 (一般為純?cè)? 素標(biāo)樣 )的同名譜線 相比較，確定 出該元素的 含量 。 為獲得元素含量的精確值，不僅要根據(jù)探測系統(tǒng)的特性對(duì)儀器 進(jìn)行 修正，扣除 連續(xù) x射線等引起的 背景強(qiáng)度， 還必須作一些消除 影 響 x射線強(qiáng)度與成分之間比例關(guān)系 的修正工作 (稱 “ 基體修正 ” )。常 用的修正方法有 “ 經(jīng)驗(yàn)修正法 ” 和 “ ZAF”修正法． 分析方法 第七節(jié) 電子探針 X射線顯微分析 定點(diǎn)分析 對(duì)樣品表面選定區(qū)域 作定點(diǎn)的全譜掃描，改 變晶體的衍射角 θ，記 錄下 x射線信號(hào)強(qiáng)度隨波 長 λ的變化曲線，將譜 線強(qiáng)度峰值所對(duì)應(yīng)的波 長與標(biāo)淮波長相比較， 即得分析微區(qū)內(nèi)所含元 素的定性結(jié)果，同時(shí)還 可對(duì)所含元素的質(zhì)量分 數(shù)進(jìn)行定量分析。 工作方式 ZrO2(Y2O3)陶瓷析出相與基體的 定點(diǎn)分析 (圖中數(shù)字為 Y203mol%) 80000 第七節(jié) 電子探針 X射線顯微分析 線掃描分析 入射電子束在樣 品表面沿選定直線 掃描，譜儀檢測某 元素不同位置的特 征 X射線信號(hào)強(qiáng)度， 進(jìn)而獲得該元素分 布均勻性的信息。 工作方式 BaF2晶界的線掃描分析 a)形貌像及掃描線位置； (b)0及 Ba元素在掃描線位置上的分布 2300 第七節(jié) 電子探針 X射線顯微分析 面掃描 電子束在樣品表面 作光柵式面掃描，以特 定元素 x射線的信號(hào)強(qiáng) 度調(diào)制陰極射線管熒光 屏亮度，獲得該元素質(zhì) 量分?jǐn)?shù)分布的掃描圖像。 工作方式 ZnOBi2O3陶瓷燒結(jié)表面的面分布成分分析 (a)形貌像 (b)Bi元素的 X射線面分布像 6500 第七節(jié) 電子探針 X射線顯微分析 技術(shù)參數(shù)： 129eV,峰背比優(yōu)于 20220:1 Be4 ～ U92 500,000cps 主要特點(diǎn)： ，性能好，壽命長； 32位軟硬件系統(tǒng)，具有操作引導(dǎo)的集成式界面； 有技術(shù)軟件，分析精度高。 EDAX公司的 OIM（電 子背散射衍射取向成像分析系 統(tǒng)）和 ACT（自動(dòng)晶體學(xué)分析 系統(tǒng)）構(gòu)成一體化分析系統(tǒng)。 美國 EDAX Inc. GENESIS 型能譜儀 能譜儀 第七節(jié) 電子探針 X射線顯微分析 技術(shù)參數(shù) 1. 分析范圍： NaU 2. SiPin檢測器無需液氮致冷 3. 能量分辨率： 250eV 4. 光管功率： 9W 主要特點(diǎn) *多元素定性定量分析 (NaU) ，一次可測量 30多個(gè)元素。 * 12位自動(dòng)進(jìn)樣器 * 無標(biāo)樣半定量軟件 * 系數(shù)計(jì)算模式 * 小巧、輕便 * 可分析液體和固體樣品 荷蘭帕納科公司產(chǎn) Mini系 MiniPal型小型 X射線能譜儀 能譜儀 第七節(jié) 電子探針 X射線顯微分析 技術(shù)參數(shù) 探頭： HIQ高靈敏度探頭，樣品 池容量 磁體：永久磁體，自動(dòng)溫控，強(qiáng) 度 ，共振頻率 20MHz 典型應(yīng)用領(lǐng)域 ： ◆快速測定化學(xué)纖維含油率 ◆快速測定燃油中的氫含量 ◆快速測定油中的分子量 ◆快速測定 PVC中的增塑劑 ◆快速測定有機(jī)玻璃 (PMMA)中的橡膠 主要特點(diǎn) （ 65秒鐘）無損檢測多種理化指標(biāo) 3. 無污染，對(duì)人體和環(huán)境無害 波譜儀 英國 MQA7020臺(tái)式 核磁共振波譜儀 第七節(jié) 電子探針 X射線顯微分析