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书名： |
纳米材料测试技术
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| ISBN： | 978-7-5628-2221-9/TB.26 |
责任编辑： | |
| 作者： |
蓝闽波
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装订： | 平装 |
| 印次： | 1-1 |
开本： | 16开 |
| 定价： |
￥28.00
折扣价：￥25.20
折扣：0.90
节省了2.8元
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字数： |
277千字
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| 出版社： |
华东理工大学出版社 |
页数： |
227页
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| 出版日期： |
2009-04-01 |
每包册数： |
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| 国家规划教材： |
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省部级规划教材： |
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| 入选重点出版项目： |
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获奖信息： |
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| 内容简介： |
鉴于纳米科技对高新技术产业的重要影响,各国掀起了研究纳米技术的热潮,纷纷制订了各自的纳米技术战略研究计划,争取抢占21世纪科技战略新一轮制高点。分析国内外纳米科技发展现状,可以认为,纳米科技的发展大致有以下几个方面的发展趋势:纳米技术将对材料制备产生根本变革，利于研制多功能的智能器件、发展绿色能源和环境处理技术、减少污染和恢复被损坏的环境以及利用纳米器件进行医学诊断和药物在体内输运提供新的方式和路线。所有这些新的发展和创新,都与纳米检测技术的发展密切相关。
纳米检测是纳米技术中的一个重要组成部分,已受到纳米科技工作者的极大关注。通常纳米检测技术采用的结构表征仪器中,大部分是属于理化性能测试的通用仪器,如X射线衍射、电子显微镜及粒度分析和比表面分析仪等;其他是以具有应用功能的仪器,如扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope, SPM)和力学测试仪等。其中,SPM不仅能使人们直接观测样品表面纳米尺度的结构,观察原子、分子的排列和取向,还可以用于操纵单个原子、分子,对物质表面进行可控的局域加工或进行局部的化学反应。同时,与纳米材料和结构的制备过程及纳米器件性能的检测相结合的多种新型纳米检测技术的研究和开发也受到广泛重视,如激光镊子技术、聚焦粒子束加工技术等。由于新型纳米检测技术的进步与完善,纳米科技的最终目标——制造纳米产品的梦想正在逐步变为现实。
本书是由上海市纳米科技与应用考核办公室组织编写,作为目前从事纳米检测工作的科技人员以及即将从事纳米检测工作的人员进行培训时采用的教材。本书重点介绍了纳米领域常用检测仪器的基本原理,试验方法和各项应用技术,每一部分增加了应用实例,以帮助人们了解仪器的使用。本书绪论的作者为蓝闽波教授（华东理工大学），第一章作者为盛克平高级工程师(上海计量测试技术研究院)，第二章的作者为吴晓京教授(复旦大学)，第三章的作者为周丽绘博士、蓝闽波教授(华东理工大学)，第四章的作者为李慧琴老师和路庆华教授(上海交通大学)，第五章的作者为黄家桢教授、蓝闽波教授(华东理工大学)，第六章、第八章的作者为吴立敏高级工程师(上海计量测试技术研究院)，第七章的作者为金承钰老师(上海交通大学)，第九章的作者为王秀芳博士、史弼博士和宋洪伟博士(上海宝钢技术研究院)，第十章的作者为冯洁博士(上海交通大学)。华东理工大学的袁慧慧博士和赵红莉博士、上海市纳米科技与产业发展促进中心的沈纯同志对本书的有关部分进行了校订和其他编务工作。本书讲义材料经一期学员培训,收到良好效果,在听取同学和老师的意见基础上,修改后正式出版。全书由蓝闽波教授进行统稿。
本书可供从事纳米研究的科技工作者和研究生使用。尤其是初次接触纳米科技领域的人员,可以较好地利用书中的实例为科研工作提供帮助。由于纳米技术涉及较多的新技术和新知识,书中难免有不妥之处,敬请读者不吝指正。
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| 作者简介： |
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| 章节目录： |
绪论1
第一章计量和标准的基础知识
11计量6
111基本概念6
112测量方法及其分类9
113测量的实施12
114不确定度与误差的概念16
115纳米计量19
12标准(标准化)20
121基本概念20
122标准的种类20
123纳米检测涉及的标准23
124标准的查阅24
125标准在促进社会发展的重要性和挑战25
13标准物质25
131标准物质的定义25
132标准物质的基本要求26
133标准物质的级别27
134标准物质的用途28
135有证标准物质的使用29
第二章透射电子显微镜
21基本原理34
211主要结构及功能35
212电子光源39
213主要性能指标40
214像差及其起源43
215电子束与物质相互作用的机制与产生的信息46
216几种成像模式50
217像衬理论51
218常用样品制备技术56
219常用附件57
22TEM的应用领域59
221TEM应用领域59
222TEM使用中的问题62
23TEM的应用实例63
231碳纳米管63
232薄膜材料、器件65
233调制结构67
第三章扫描电子显微镜
31基本原理71
311扫描电镜的工作原理71
312电子束与固体样品相互作用时产生的信号72
313扫描电镜的构造74
314扫描电镜的成像原理77
315扫描电镜的性能和特点80
316扫描电镜的试样制备82
317能谱仪83
32用途88
321表面形貌观察88
322组织结构观察89
323颗粒大小分析89
324断口性质分析90
325微区成分分析91
33应用领域91
第四章扫描探针显微镜
41扫描隧道显微镜(STM)95
411STM工作原理95
412STM针尖概述97
413STM的应用97
42原子力显微镜(AFM)98
421AFM的基本原理98
422AFM的工作模式99
423AFM应用中的关键技术100
43摩擦力显微镜(LFM)103
44磁力显微镜(MFM)和静电力显微镜(EFM)104
45化学力显微镜(CFM)105
46扫描探针显微镜发展与展望105
第五章X射线衍射分析
51基本原理108
511X射线物理学基础108
512晶体学基础110
513晶体对X射线的衍射112
514X射线衍射仪112
52用途113
521物相定性分析113
522物相定量分析117
523晶粒度测定120
524结晶度测定121
525点阵参数精密测定122
526宏观残余应力测定123
527织构测定123
528高温原位反应、物质结构变化的测定和在线分析123
53在纳米材料中的实际应用123
531纳米材料的晶态物相组成定性定量分析123
532纳米材料的平均晶粒尺寸大小的测定124
533介孔材料的孔结构(晶型和大小)测定125
534高温原位反应在研究纳米碳纤维中的应用126
第六章粒度分析
61基本概念128
611颗粒与颗粒系128
612各类平均粒径的定义129
613常见粒度测量方法及其粒径的表征130
614粒度测量结果的表示方法131
62颗粒在液体中的分散过程和样品的制备方法133
621颗粒在液体中的分散过程133
622样品制备133
63激光衍射法粒度测量136
631测量原理136
632测量装置143
633仪器的校准与检验144
634样品的制备146
635测量过程147
636应用实例147
64光子相关法粒度分析151
641测量原理151
642测量装置155
643仪器的校准与检验155
644样品的制备156
645测量过程157
646影响测量准确度的几个因素158
647应用实例159
第七章纳米薄膜测量
71纳米级薄膜测量仪器简介163
72椭圆偏振仪163
721椭圆偏振仪的基本工作原理及其结构分类165
722椭圆偏振仪的测量与分析171
723椭圆偏振仪的主要应用与举例174
73台阶仪177
731台阶仪的定义及其分类177
732台阶仪的主要影响因素178
74椭圆偏振仪和台阶仪在纳米薄膜测量中的分析、比对和展望179
第八章BET氮吸附法测量比表面积
81基本概念182
82测量原理184
83计算方法185
831多点法（Multipoint）测量185
832单点法(Singlepoint)测量186
84测量方法186
841容积法186
842重量法187
843载气法187
85样品制备188
86测量过程189
87对测量结果的影响因素190
88应用实例190
第九章纳米力学测试仪
91纳米压痕技术及其应用193
911纳米压痕实验的基本原理193
912纳米压痕实验技术198
913纳米压痕技术应用200
92纳米刻划技术及其应用206
921纳米刻划技术206
922纳米刻划技术应用208
第十章纳米薄膜及多层膜厚度测量方法及实例
101纳米薄膜厚度测量的必要性及常用的方法215
102样品制备及测量216
1021样品的制备216
1022纳米多层膜的厚度测量217
1023纳米薄膜的厚度测量及误差分析223
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| 精彩片段： |
纳米技术是近几十年来伴随着现代科技的发展而成长起来的一门新兴的学科。
诺贝尔奖获得者、物理学家费曼曾预言:“当科学家懂得如何在很小尺寸上控制物质的排列时,他们将会得到各种新奇性能的材料。”1990年,美国IBM公司的艾格勒(Eigler)博士,用扫描隧道显微镜首次实现了单原子操纵,用35个氙原子在镍晶体的(110)晶面上组成了“IBM”图案使费曼的预言变成了现实。［1］1990年7月在美国巴尔的摩召开了首届国际纳米科学技术会议(NanoST),这次会议标志着材料科学发展到一个新的层次——纳米材料问世,也标志着纳米科学技术的正式诞生。
当物质结构尺度在纳米(1~100nm)范畴时,其材料特性有两点显著变化:其一纳米材料具有较之于常规材料大得多的比表面积,它将极大改变纳米材料的化学活性进而改变其力学和电学等物性;其二纳米材料可以具有显著的量子限制效应,其影响到材料的光学、电学和磁学性质。由于纳米科学是由物质大小尺度界定,因而它具有鲜明的多学科交叉的特点。纳米科技对这种学科交叉的促进是前所未有的,它促进了物理、化学、生物、医学以及工程制造等不同学科领域专家、研究者的合作和对知识、工具和技术的共享。纳米科技发展至今已在纳米材料和纳米加工、纳米表征和检测、信息领域新型纳米器件、纳米生物医药和纳米结构环境效应四个方向上形成各自的研究特点和风格。其中纳米表征和检测技术的发展和突破对纳米科技的发展尤为重要。这是因为纳米科技及其产业化的快速发展需要有相应的纳米检测技术作保障。纳米测量技术的内涵涉及纳米尺度的评价、成分、微结构和物性的纳米尺度测量。
纳米计量技术是纳米科技的一个重要分支。计量技术与工业生产技术互相促进、相互提高,纳米科技的飞速发展对纳米计量提出了越来越高的要求。所谓纳米计量技术,就是以纳米级不确定度来研究纳米尺度上物体尺寸或特征的相关测量方法,研制和校准相应的标准样本及仪器。纳米计量不是传统计量技术的简单拓展,由于纳米尺度接近原子极限,它的测量方法和仪器都有自己的独特性。首先,纳米计量必须提供纳米级甚至亚纳米级测量精度。其次,纳米计量必须保证在纳米尺度上有相对稳定的复现性,所以它的测量和校正方法与传统计量方法既有相似性又有自己的独特性。此外,实现纳米计量往往对环境要求很高,需要严格控制温度、湿度和振动等非理想因素。［２］
一般来说,纳米检测仪器应具有以下特性［３］:
(1) 具有溯源性,对于几何量计量意味着其量值应溯源到光波波长;
(2) 由计量系统构成的参考坐标系;
(3) 产生可重复的相对于参考坐标系的运动并能由计量仪器对其测量;
(4) 通过探测系统将被测物与参考坐标系联系起来。
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