材料表面与界面课件：第一章 绪论(第一章).ppt

1、（本课程适合材料相关专业和化学相关专业本科生） 德国科学家格哈德-埃特尔获得2007年度诺贝尔化学奖 诺贝尔奖委员会在颁奖文告中表示，将2007年诺贝尔化学奖授予格哈德埃特尔是因为他在表面化学所作的开创性研究。表面化学对于化学工业很重要，它可以帮助我们了解不同的过程，例如铁为什么生锈、燃料电池如何工作、汽车内催化剂如何工作等。此外，表面化学反应对于许多工业生产起着重要作用，例如人工肥料的生产。表面化学甚至能解释臭氧层破坏，半导体工业也是与表面化学相关联的领域。 由于半导体工业的发展，现代表面化学于60年代开始出现。格哈德埃特尔是首批发现新技术潜力的科学家之一。他逐步建立表面化学的研究方法，向人

2、们展示不同实验过程产生表面反应的全貌。这门科学需要先进的真空实验设备，以观察金属上原子和分子层次如何运作，确定何种物质被置入系统。格哈德埃特尔的观察为现代表面化学提供了科学基础，他的方法不仅被用于学术研究而且被用于化学工业研发。格哈德埃特尔发明的研究方法，基于他对哈伯-博施法的研究，应用哈伯-博施法可以从空气中提取氮，这一点具有重要的经济意义。埃特尔还对铂催化剂上一氧化碳氧化反应进行研究，这种化学反应主要发生在汽车催化剂中，以过滤汽车产生的废气。表面分析技术（手段） 表面分析技术是人们为了获取表面的物理、化学等方面的信息（证据）而采用的一些实验手段和分析方法。 一般地说，它是利用一种探测束如电

3、子束、 离子束、光子束、中性粒子束等，有时还加上电场、磁场、热等的作用，来探测材料的表面形貌、化学组成、原子结构、原子状态、电子状态等方面的信息。 SampleExcitationsourceEnergy SelectorSignal DetectorEvent探测粒子 发射粒子分析方法名称简称 主要用途 e e低能电子衍射 LEED结构e e反射式高能电子衍射 RHEED结构e e俄歇电子能谱 AES成分e e扫描俄歇探针 SAM微区成分e e电离损失谱 ILS成分e 能量弥散x射线谱 EDXS成分e e俄歇电子出现电势谱 AEAPS成分e 软x射线出现电势谱SXAPS成分e e消隐电势谱D

4、APS成分e e电子能量损失谱EELS原子及电子态e I电子诱导脱附ESD吸附原子态及成分e e透射电子显微镜TEM形貌e e扫描电子显微镜SEM形貌ee扫描透射电子显微镜STEM形貌探测粒子 发射粒子分析方法名称简称 主要用途 I I离子探针质量分析IMMA微区成分I I静态次级离子质谱SSIMS成分I n次级中性离子质谱SNMS成分I I离子散射谱ISS成分、结构I I卢瑟福背散射谱RBS成分、结构I e离子中和谱INS最表层电子态I 离子激发x射线谱IEXS原子及电子态探测粒子 发射粒子分析方法名称简称 主要用途 ex射线光电子谱XPS成分、化合态 e紫外线光电子谱UPS分子及固体电子态

5、 e同步辐射光电子谱SRPES成分、原子及电子态红外吸收谱IR原子态拉曼散射谱RAMAN原子态 扩展x射线吸收谱精细结构SEXAFS结构 角分辨光电子谱ARPES原子及电子态结构 I光子诱导脱附谱PSD原子态探测粒子 发射粒子分析方法名称简称 主要用途 Ee场电子显微镜FEM结构EI场离子显微镜FIM结构EI场离子显微镜-原子探针AP-FIM结构及成分Ee场电子发射能量分布FEED电子态Ee扫描隧道显微镜STM形貌Tn热脱附谱TDS原子态n中性粒子碰撞诱导辐射SCANIIR成分n n分子束散射MBS结构、原子态AWAW声显微镜AM形貌部分表面分析设备的分析范围 XPS AES ILS ISS

6、RBS SIMS 测氢 NoNoNoNoNoYes元素灵敏度均匀性 GoodGoodBadGoodGoodBad最小可检测灵敏度 10-2-10-310-2-10-310-910-2-10-310-2-10-310-4-10-5定量分析 GoodYesBadBadGoodBad化学态判断 GoodYesYesBadBadBad谱峰分辨率 GoodGoodGoodBadBadGood识谱难易 GoodGoodGood-表面探测深度 MLsMLsMLsMLML-mML- MLs空间分辨率 BadGoodGoodBadBadGood无损检测 YesYesYesNoYesYes理论数据完整性 Good

7、YesBadYesGoodBad464.51573.521090.951632.003448.53 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100%Transmittance 1000 2000 3000 4000 Wavenumbers (cm-1)408.84442.75473.84503.51569.03594.221090.063424.22 60 65 70 75 80 85 90 95 100%Transmittance 1000 2000 3000 4000 Wavenumbers (cm-1)JOSIAH WILLARD

8、GIBBSBrooklyn-born American scientist, received his Ph.D. in German under Nernst and returned to the United States in 1906 to teach at Stevens Institute in Hoboken, New Jersey. After three years, he went to the new General Electric Research Laboratories in Schenectady New York, where he eventually b

9、ecame a vice president and director of research. IRVING LANGMUIRIRVING LANGMUIRIRVING LANGMUIRWILLIAM THOMSON, Lord KelvinChemical Lithography by Ag-Nanoparticle-Mediated Photoreduction of Aromatic Nitro Monolayers on AuGraphical abstractSynthesis and Self-Assembly of Nearly Monodisperse Nanoparticl

10、es of a Naturally Occurring Polymer Biological Sensing Using Transmission Surface Plasmon Resonance Spectroscopy Graphical abstractPreparation and Characterization of n-Alkanoic Acid Self-Assembled Monolayers Adsorbed on 316L Stainless SteelEpitaxial Growth of Sexiphenyl on Al(111): From Monolayer t

11、o Crystalline Films Lipid Membrane Formation by Vesicle Fusion on Silicon Dioxide Surfaces Modified with Alkyl Self-Assembled Monolayer Islands Atomic Force Microscopy Colloid-Probe Measurements with Explicit Measurement of Particle-Solid Separation Line Energy and the Relation between Advancing, Re

12、ceding, and Young Contact Angles Nanostructuring of a Polymeric Substrate with Well-Defined Nanometer-Scale Topography and Tailored Surface Wettability Preparation and Nanoscale Mechanical Properties of Self-Assembled Carboxylic Acid Functionalized Pentathiophene on Mica Effect of Surface Wettability on the Adhesion of ProteinsFormation and Properties of Positively Charged Colloids Based on Polyelectrolyte Complexes of Biopolymers 3D打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印逐层打印的方式来构造物体的技术。样品：样品：2013年5月5日，25岁的德克萨斯大学法律系学生科迪威尔森首次完全使用3D打印技术制造出一把手枪。