第4章--纳米固体材料构分析.ppt

主要内容 4.1 纳米固体的结构特点 4.2 纳米固体界面的结构模型 4.３ 纳米固体界面的X光实验研究 4.3.1 类气态模型的诞生及争论 4.3.2 有序结构模型的实验依据 4.3.3 纳米非晶固体界面的径向分布函数研究 8.4 界面结构的电镜观察 4.5 穆斯堡尔谱研究 　　 在固体中处于激发态的核回到基态时无反冲地放出光子，这种光子被处于基态的同种核(又称吸收体)无反冲地共振吸收的吸收谱称为穆斯堡尔谱。 由于原子核与其核外环境（核外电子，近邻原子及晶体结构等）之间存在细微的相互作用，即超精细相互作用。穆斯堡尔谱学提供了直接研究它的一个有效手段，并能直接有效地给出有关微观结构的信息。 4.6 纳米固体结构的内耗研究 4 .7 正电子湮没研究 （1）正电子射入凝聚态物质中，在与周围达到热平衡后通常要经历一段时间才会和电子湮没，这段时间为正电子寿命τ。 4.7.l 纳米结构材料缺陷的研究 4.7.2 烧结过程中纳米材料致密化的研究 　 致密度的问题是纳米结构材料烧结过程中最重要的研究内容，它是关系到纳米材料应用的关键问题。纳米材料在绕结中如何完成致密化的过程主要与材料中的空位、空位团、空洞在烧结过程中的变化密切相关。利用正电子技术就能获得上述信息。 4.8 纳米材料结构的核磁共振研究 4.9 拉曼光谱 4.10 电子自旋共振的研究 4　基本概念 4.10.2 电子自旋共振研究纳米材料的实验结果 纳米非晶氮化硅键结构的ESR研究结果如下：电子自旋共振对未成键价电子十分敏感，悬键即为存在未成键电子的结构，因而利用ESR谱可以清楚地了解悬键的结构。一般认为，如果存在单一类型的悬键，ESR信号是对称的。如果出现不对称时，可以肯定存在几种类型的悬键结构，是这几种ESR信号的叠加。 对常规晶态Si3N4的ESR信号如图8.28所示。 4.11 纳米材料结构中的缺陷 　　　　4.11.1 位错 　　 20世纪90年代有不少人用高分辨电镜分别在纳米Pd中已经观察到了位错、孪晶、位错网络等。这就在实验上以无可争辩的实验事实揭示了纳米晶内存在位错、孪晶等缺陷，图8.34示出了纳米Pd晶体中的位错和孪晶的高分辨像。 　4.11.2 三叉晶界 4.11.3 空位、空位团和孔洞 4.12 康普顿轮廓法 结论： 本章小结 对纳米Al2O3块体的核磁共振实验给出了与粉体相似的结果。图8.25为原始未退火的和823K退火的纳米Al2O3块体与对应粉体的27AI核磁共振谱。 可以看在相同热处理条件下P2峰的线形，FWHM和δ等参数基本相同。这表明纳米Al2O3块体的庞大界面内Al核的近邻和次近邻原子组态、分布、距离基本与颗粒内相同，而纳米材料的界面组元与颗粒组元在结构上的差别主要是大于次近邻的范围。这表明纳米Al2O3块体的界面在近程范围是有序的，不是类气态结构。 当光照射到物质上时会发生非弹性散射，散射光中除有与激发光波长相同的弹性成分(瑞利散射)外，还有比激发光波波长的和短的成分，后一现象统称为拉曼(Ramm)效应。由分子振动﹑固体中的光学声子等元激发与激发光相互作用产生的非弹性散射称为拉曼散射。拉曼散射与晶体的晶格振动密切相关，只有对一定的晶格振动模式才能引起拉曼散射。因此用拉曼散射谱可以研究固体中的各种元激发的状态。 可以通过分析纳米材料和粗晶材料拉曼光谱的差别来研究纳米材料的结构和键态特征。 下面我们以纳米TiO2作为例子详细地叙述一下拉曼光谱在研究纳米材料结构上的应用。 应当指出的是，拉曼谱上的拉曼位移为元激发，例如声子的能量，它与相应的晶格振动频率相同。 金红石结构的拉曼振动 金红石属于四方晶系，每个晶胞中含有两个TiO2分子，属于空间群 。共有18种振动自由度，除了声学模和非拉曼活性模外，中心对称晶格振动模式A1g，B1g，B2g，Eg属于拉曼活性振动模。它们能引起一级拉曼散射。这些活性模的振动频率列于表8.6。 锐钛矿的拉曼振动模式 锐钛矿属于空间群 ，每个晶胞中含有两个TiO2分子，拉曼振动频率列于表8.7 图8.26示出了不同温度烧结纳米TiO2块体的拉曼谱． 电子自旋能级在外加静磁场H作用下会发生塞曼分裂，如果在垂直于磁场的方向加一交变磁场，当它的频率满足h?等于塞曼能级分裂间距时，处于低能态的电子就会吸收交变磁场的能量跃迁到高能态，原来处于高能态的电子，也可以在交变磁场的诱导下跃迁到低能态，这就