掃描電鏡和電子探針的基礎及應用

前言

　　人們要獲得性能優(yōu)良的材料，可以通過不同的途徑去實現(xiàn)。由于這些材料的性能同其顯微結構密切相關，即任何一種材料的宏觀性能都是由其顯微結構所決定的，所以，人們只有清楚地知道材料的顯微結構，了解其化學組成、元素分布、組成相的形貌（如尺寸、分布、形狀等）等，才能去提高材料的性能并獲得它?！　∷^顯微結構，主要是指在各種顯微鏡下看到的所有相區(qū)（phase region）及所包含的缺陷。通常包括晶粒和氣孔的尺寸大小和分布，相的組成和分布，晶界特性，缺陷及裂紋，還包括組成均勻性，等等。顯微結構表征的主要任務是根據(jù)不同類型顯微鏡下觀察的顯微結構特征，對它們的形成原因做出合理的分析和推斷?！　∪藗兺ㄟ^長期的研究實踐，對材料的顯微結構已經(jīng)積累了相當豐富的知識，并使一系列重要的分析技術得以發(fā)展和完善，例如：光學顯微鏡分析是最早對材料顯微結構進行研究的手段，但是由于其分辨率受到可見光波長的限制，只能提供微米數(shù)量級的形貌細節(jié)圖像。隨著材料科學技術的發(fā)展，一系列電子光學儀器相繼出現(xiàn)并不斷完善，有力地推動了材料顯微分析技術的發(fā)展。掃描電鏡和電子探針分析是現(xiàn)代顯微分析的主要手段。

內容概要

本書主要通過研究工作的實例，介紹了掃描電鏡和電子探針在材料研究，尤其是無機非金屬材料研究中的應用。全書共分7章，內容涉及掃描電鏡和電子探針的基礎，以及掃描電鏡和電子探針在古陶瓷研究、C／SiC復合材料、生物涂層材料、熱障涂層、牙齒研究中的顯微結構分析實例，突出了通過掃描電鏡和電子探針分析對材料研究、工藝改進所起的指導性作用。    本書適合材料科學、冶金、地質、考古及生物等相關學科的本科生、研究生及廣大的科技工作者參閱。

書籍目錄

第1章  掃描電鏡基礎  1.1  引言  1.2  掃描電鏡的常用術語  1.3  掃描電鏡工作原理  1.4  掃描電鏡組成系統(tǒng)    1.4.1  電子光學系統(tǒng)    1.4.2  掃描系統(tǒng)    1.4.3  信號檢測放大系統(tǒng)    1.4.4  圖像顯示和記錄系統(tǒng)    1.4.5  真空系統(tǒng)  1.5  場發(fā)射掃描電鏡    1.5.1  概述    1.5.2  分辨率的影響因素  1.6  低能掃描電鏡    1.6.1  低能掃描電鏡的加速電壓    1.6.2  低能掃描電鏡的優(yōu)缺點  1.7  環(huán)境掃描電鏡    1.7.1  環(huán)境掃描電鏡的成像原理    1.7.2  環(huán)境掃描電鏡的優(yōu)缺點  1.8  掃描電聲顯微鏡    1.8.1  掃描電聲顯微鏡的發(fā)展    1.8.2  掃描電聲顯微鏡的工作原理第2章  電子探針基礎  2.1  引言  2.2  電子探針分析    2.2.1  定性分析原理及技巧    2.2.2  定量分析原理  2.3  電子探針譜儀系統(tǒng)    2.3.1  波譜儀    2.3.2  能譜儀    2.3.3  能譜波譜一體機  2.4  定量分析的試樣和標樣    2.4.1  試樣要求    2.4.2  試樣制備方法    2.4.3  定量分析所使用的標樣  2.5  定量分析修正方法    2.5.1  ZAF定量修正方法    2.5.2  XPP定量修正方法第3章  在纖維增強碳化硅基復合材料研究中的應用  3.1  在裂解法制備碳纖維增強碳化硅基復合材料中的應用    3.1.1  納米粉體粒徑對前驅體裂解產物結構的影響    3.1.2  納米粉體含量對前驅體裂解產物結構的影響  3.2  在強制脈沖化學氣相沉積制備C／SiC復合材料研究中的應用    3.2.1  熱解碳涂層結構    3.2.2  溫度的影響    3.2.3  沉積次數(shù)的影響  3.3  氣相滲硅原位反應工藝參數(shù)對顯微結構的影響  3.4  液相滲硅原位反應制備工藝參數(shù)對顯微結構的影響    3.4.1  纖維體積含量的影響    3.4.2  滲硅溫度的影響第4章  在古陶瓷研究中的應用  4.1  龍泉金村青瓷顯微結構研究  4.2  汝官窯青瓷釉的析晶一分相結構研究    4.2.1  釉的分相分析    4.2.2  顯微結構同釉面藝術效果的關系  4.3  建窯窯址發(fā)掘的宋代黑釉瓷片分析  4.4  元代青花瓷的電子探針分析  4.5  四川邛崍窯青釉的研究第5章  在熱障氧化鋯涂層研究中的應用  5.1  噴涂粉末  5.2  涂層表面和斷面顯微結構分析  5.3  納米氧化鋯涂層形成機理研究  5.4  噴涂工藝參數(shù)對涂層顯微結構的影響  5.5  水對涂層表面顯微結構的影響  5.6  ZrO2—3 mol %Y2O3納米涂層相穩(wěn)定性研究  5.7  ZrO2涂層抗熱震性能研究  5.8  摩擦學性能研究    5.8.1  實驗方法    5.8.2  摩擦因數(shù)和磨損率第6章  在生物涂層顯微結構研究中的應用  6.1  羥基磷灰石涂層顯微結構研究    6.1.1  樣品制備過程    6.1.2  肌肉植入后顯微結構分析    6.1.3  骨髓植入后顯微結構分析    6.1.4  密植骨植入后顯微結構分析  6.2  鈦生物涂層顯微結構研究    6.2.1  樣品制備過程    6.2.2  表面處理對涂層顯微結構的影響    6.2.3  動物實驗后涂層顯微結構分析    6.2.4  成骨機理分析  6.3  硅灰石涂層顯微結構研究第7章  在牙齒研究中的應用  7.1  乳牙牙釉質和牙本質鈣含量分析    7.1.1  乳牙牙釉質、牙本質各牙面各深度鈣含量分析    7.1.2  有齲組和無齲組牙釉質和牙本質鈣含量分析  7.2  乳牙牙釉質元素分析  7.3  乳牙牙本質磷元素及其與患齲的關系分析

章節(jié)摘錄

　　能譜或者波譜的分辨率通常是指譜圖上可區(qū)分的兩個峰之間的最小能量值，用電子伏特（eV）表示。能譜或者波譜的分辨率是影響材料定性、定量分析準確度的重要因素。　3）信號噪聲比　信號噪聲比是指掃描電鏡圖像信號強度和噪聲強度的比值。一般來說，信號噪聲比越高，則圖像越清晰。信號強度是掃描電鏡成像的關鍵，主要取決于入射電子能量和束流等；噪聲則干擾成像，使熒光屏上出現(xiàn)像下雪似的、時隱時現(xiàn)的細小亮斑點，圖像變得模糊，噪聲的大小主要取決于所用的檢測器和樣品的情況等?！　?）雜散磁場　　雜散磁場是指引起掃描電子束形狀發(fā)生畸變的存在于電鏡內或者周圍環(huán)境的磁場。雜散磁場的存在會改變樣品發(fā)射的二次電子運動軌跡，降低圖像質量，從而使分辨率下降。因此，在掃描電鏡使用過程中應盡量避免雜散磁場存在?！　?）景深　　掃描電鏡的景深是指電子束在試樣上掃描時可獲得清晰圖像的深度范圍，通常用m表示。景深的產生是因為掃描電鏡電子束同試樣作用時，有一定發(fā)散度，因此除了焦平面外，電子束將展寬。同透射電鏡和光學顯微鏡相比，掃描電鏡電子束發(fā)散度很小，因此往往景深較大，成像富有立體感。表1.1給出了在不同放大倍數(shù)下，掃描電鏡和光學顯微鏡相應的景深值。由表可見，掃描電鏡的景深比光學顯微鏡大得多，所以它特別適用于粗糙表面的觀察和分析。

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