同济大学材料研究方法精品课程

同济大学《材料研究方法》精品课程1111////23232323第四章第四章同济大学《材料研究方法》精品课程2222////232323234.44.44.44.4电子探针仪同济大学《材料研究方法》精品课程3333////23232323全称：电子探针xxxx射线显微分析仪用途：微区成分分析仪器工作原理：利用被聚焦成小于1111mmmm的高速电子束轰击样品表面，由XXXX射线波谱仪或能谱仪检测从试样表面有限深度和侧向扩展的微区体积内产生的特征XXXX射线的波长和强度，从而得到体积约为1111mmmm3333微区的定性或定量的化学成分。构造：电子探针仪的镜筒构造和扫描电镜大体相似，扫描电镜----电子探针组合型仪器，扫描放大成像和微区成分分析结合特点和工作原理同济大学《材料研究方法》精品课程4444////23232323入射电子束流强度较低，一入射电子束流强度较低，一般为般为1010101010101010-9-9-9-9-9-9-9-9~10~10~10~10~10~10~10~10-12-12-12-12-12-12-12-12AAAAAAAA，，这样才这样才能使入射电子束斑直径小于能使入射电子束斑直径小于100nm100nm100nm100nm100nm100nm100nm100nm，，以确保形貌图像以确保形貌图像有较高的分辨本领。有较高的分辨本领。入射电子束流强度要高，一般入射电子束流强度要高，一般为为1010101010101010-6-6-6-6-6-6-6-6~10~10~10~10~10~10~10~10-8-8-8-8-8-8-8-8A.A.A.A.A.A.A.A.电子束相对于样品表面的入电子束相对于样品表面的入射角不固定射角不固定电子束相对于样品表面的入射电子束相对于样品表面的入射角要固定。角要固定。扫描电镜扫描电镜电子探针电子探针组合仪电子束流通常为10101010-5-5-5-5~10~10~10~10-13-13-13-13AAAA。特点和工作原理同济大学《材料研究方法》精品课程5555////232323231.1.1.1.1.1.1.1.MoseleyMoseleyMoseleyMoseleyMoseleyMoseleyMoseleyMoseley（（莫塞莱）定律莫塞莱）定律XXXXXXXX射线特征谱线的波长和产生此射线的样品材料的原子射线特征谱线的波长和产生此射线的样品材料的原子序数序数ZZZZZZZZ有确定的关系。有确定的关系。2.2.2.2.2.2.2.2.某元素的特征某元素的特征XXXXXXXX射线强度与该元素在样品中的浓度成比例射线强度与该元素在样品中的浓度成比例定性、定量分析的理论根据2)(ZKKKKK为常熟，为屏蔽系数。ZZZZ为原子序数。同济大学《材料研究方法》精品课程6666////23232323波长分散谱仪((((波谱仪或光谱仪))))用BraggBraggBraggBragg方程2dsin2dsin2dsin2dsinθ====λ计算λ。若将发生某一元素特征XXXX射线的入射角固定，对样品进行微区扫描，即可得到某一元素的线分布或面分布图像。同济大学《材料研究方法》精品课程7777////23232323在电子探针中，供分析XXXX射线谱仪用的波谱仪有多种不同的结构：波长分散谱仪((((波谱仪或光谱仪))))旋转式波谱仪直进式波谱仪同济大学《材料研究方法》精品课程8888////23232323用磨制的弯晶((((分光晶体))))，将光源((((电子束在样品上的照射点))))发射出的射线束会聚在XXXX射线探测器的接收狭缝处。通过将弯晶沿聚焦圆转动来改变角的大小，探测器也随着在聚焦圆上作同步运动。光源、弯晶反射面和接收狭缝始终落在聚焦圆的圆周上。旋转式波谱仪图4.734.734.734.73旋转式波谱仪同济大学《材料研究方法》精品课程9999////23232323旋转式波谱仪的特点结构简单。但有缺点：1)1)1)1)其出射角是变化的，若2222〈1111，则出射较为2222的XXXX射线穿透路程较长，其强度较低，计算时须增加修正系数，比较麻烦；•XXXX射线出射线出射窗口要设计得很大；•出射角越小，XXXX射线接受效率越低。同济大学《材料研究方法》精品课程10101010////23232323它的特点是xxxx射线出射角固定不变。弥补了旋转式波谱仪的缺点。因此虽然结构上比较复杂，但它是目前常用的一种谱仪。弯晶在某一方向上作直线运动并转动，探测器也随着运动。聚焦圆半径不变，圆心在以光源为中心的圆周上运动，光源、弯晶和接收狭缝也都始终落在聚焦圆的圆周上。图4.744.744.744.74直进式波谱仪直进式波谱仪同济大学《材料研究方法》精品课程11111111////23232323由光源至晶体的距离LLLL((((叫做谱仪长度))))与聚焦圆的半径有下列关系：所以，对于给定的分光晶体，LLLL与存在着简单的线性关系。因此，只要读出谱仪上的LLLL值，就可直接得到值。dRRLsin2波长分散谱仪((((波谱仪或光谱仪))))同济大学《材料研究方法》精品课程12121212////23232323常用的分光晶体表20~2220~224~74~73.5~11.93.5~11.913.713.7皂膜皂膜廿六烷酸铅廿六烷酸铅(CEE)(CEE)20~2320~235~85~82.2~8.52.2~8.59.89.8皂膜皂膜硬脂酸铅硬脂酸铅(STE)(STE)57~7857~7824~4024~409~159~150.581~2.330.581~2.332.5952.5951010īīīīīīīī00磷苯二甲酸氢铊磷苯二甲酸氢铊((TlAPTlAP))47~7447~7424~3724~379~149~140.69~2.30.69~2.32.662.661010īīīīīīīī00磷苯二甲酸氢钾磷苯二甲酸氢钾(KAP)(KAP)72~8372~8390~9290~9237~6537~6514~2514~250.189~0.760.189~0.760.8750.875002002季戊四醇季戊四醇(PET)(PET)51~9251~9220~3620~360.087~0.350.087~0.350.4020.402200200氟化锂氟化锂((LiFLiF))MM系系LL系系KK系系分分析析元元素素范范围围检测波长范围检测波长范围/nm/nm晶面间晶面间距距22dd/nm/nm衍射晶衍射晶面面晶体名称晶体名称同济大学《材料研究方法》精品课程13131313////23232323能量色散谱仪（能谱仪）原理：按XXXX射线光子能量展谱。其关键部件是锂漂移硅固态检测器（Li(SiLi(SiLi(SiLi(Si))))检测器），如图4.754.754.754.75。能谱仪通过Li(SiLi(SiLi(SiLi(Si))))检测器将所有波长((((能量))))的XXXX射线光子几乎同时接收进来，每一能量为EEEE的XXXX光子相应地引起对电子----空穴对，不同的XXXX射线光子能量产生的电子----空穴对数不同，Li(SiLi(SiLi(SiLi(Si))))检测器将它们接收后经过数据处理后输出。En((((为产生一对电子空穴对所需要的能量,,,,对于SiSiSiSi在77K77K77K77K条件下，=3.8eV)=3.8eV)=3.8eV)=3.8eV)同济大学《材料研究方法》精品课程14141414////23232323能谱仪示意图图4.75能谱仪同济大学《材料研究方法》精品课程15151515////23232323能谱仪的特点1.1.1.1.能谱仪所用的Li(SiLi(SiLi(SiLi(Si))))检测器尺寸小，可以装在靠近样品的区域，XXXX射线利用率比较高；2.2.2.2.电子束流小，束斑尺寸小，对样品的污染作用小，采样的体积也较小,,,,最小可达0.10.10.10.1mmmm3333；而波谱仪大于1111mmmm3333;;;;•分析速度快，可在2~32~32~32~3分钟内完成元素定性全分析;;;;•能谱仪工作时，不需要象波谱仪那样聚焦，因而不受聚焦圆的限制，样品的位置可起伏2~3mm2~3mm2~3mm2~3mm，适用于粗糙表面成分分析;;;;同济大学《材料研究方法》精品课程16161616////23232323能谱仪的特点5.5.5.5.能进行低倍XXXX射线扫描成像，得到大视域的元素分布图；6.6.6.6.分辨本领比较低，只有150eV150eV150eV150eV（波谱仪可达10eV10eV10eV10eV）；能检测的元素范围为MgMgMgMg12121212~U~U~U~U92929292（波谱仪为BBBB5555~U~U~U~U92929292），也比波谱仪小；7.7.7.7.峰背比小，一般为100100100100，而波谱仪为1000100010001000；（图4.78)4.78)4.78)4.78)8.8.8.8.Si(LiSi(LiSi(LiSi(Li))))探测器必须在液氮温度(77K)(77K)(77K)(77K)下使用保存，维护费用高，用超纯锗探测器虽无此缺点，但其分辨本领低。同济大学《材料研究方法》精品课程17171717////23232323能谱仪与波谱仪的比较(a)(a)(a)(a)能谱仪(b)(b)(b)(b)波谱仪图4.814.814.814.81角闪石定点元素全分析IIII----λ记录曲线同济大学《材料研究方法》精品课程18181818////23232323电子探针仪的样品制备1.1.1.1.样品表面的清洁、平整2.2.2.2.样品尺寸适宜。3.3.3.3.样品表面须具有良好的导电性。同济大学《材料研究方法》精品课程19191919////23232323电子探针仪的三种分析方法•定点元素全分析((((定性或定量))))首先用同轴光学显微镜进行观察，将待分析的样品微区移到视野中心，然后聚焦电子束固定照射到该点上。检查谱线强度峰值位置的波长，即可获得分析微区内含有元素的定性结果，通过测量对应某元素的适当谱线的XXXX射线强度就可以得到这种元素的定量结果。同济大学《材料研究方法》精品课程20202020////23232323•线扫描分析使聚焦电子束在试样扫描区域内沿一条直线进行慢扫描，同时用计数率计检测某一特征XXXX射线的瞬时强度，若显像管射线束的横向扫描与试样上的线扫描同步，用计数率计的输出控制显像管射线束的纵向位置，这样就可以得到某特征XXXX射线强度沿试样扫描线的分布。同济大学《材料研究方法》精品课程21212121////23232323•面扫描分析聚焦电子束在试样表面进行扫描，将X射线谱仪调制到只检测某一元素的特征X射线的位置，用X射线检测器的输出脉冲信号控制同步扫描的显像管扫描线亮度，在荧光屏上得到有许多亮点组成的图像。亮点就是该元素的所在处，可以确定该元素的分布。同济大学《材料研究方法》精品课程22222222////23232323原理：定量分析的目的是要求出试样中某元素的浓度((((重量百分数))))，它的依据是某元素的XXXX射线强度与该元素在试样中的浓度成比例。为了排除谱仪在检测不同元素谱线时条件不同所产生的影响，一般采用成分精确已知的标样；在定量分析的实验操作中，必须在完全相同的入射激发和接收条件下精确的测量未知样品和标样中同一元素AAAA的同名特征谱线强度。同济大学《材料研究方法》精品课程23232323////23232323电子探针仪的应用举例(a)(a)(a)(a)线定位，二次电子象，1800180018001800××××(b)Cr(b)Cr(b)Cr(b)Cr、MOMOMOMO、CCCC、线分布 图4.854.85