1、1.4 实验研究方法介绍在本实验中主要应用到三种分析技术：透射电子显微结构分析技术（TEM） ；X射线电子衍射技术（XRD） ； 。通过 TEM 技术，观察单分散二氧化挂的显微结构及硅酸镥的核壳结构；在 XRD 图像上观察在不同温度条件下产生的硅酸镥的相组成； ；1.4.1 透射电子显微分析技术透射电子显微镜（英语：Transmission electron microscope，缩写 TEM） ，简称透射电镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。通常，透射电子显微镜
2、的分辨率为0.10.2nm，放大倍数为几万百万倍，用于观察超微结构，即小于0.2m、光学显微镜下无法看清的结构，又称“亚显微结构” 。成像原理透射电子显微镜的成像原理可分为三种情况： 吸收像：当电子射到质量、密度大的样品时，主要的成相作用是散射作用。样品上质量厚度大的地方对电子的散射角大，通过的电子较少，像的亮度较暗。早期的透射电子显微镜都是基于这种原理 。 衍射像：电子束被样品衍射后，样品不同位置的衍射波振幅分布对应于样品中晶体各部分不同的衍射能力，当出现晶体缺陷时，缺陷部分的衍射能力与完整区域不同，从而使衍射钵的振幅分布不均匀，反映出晶体缺陷的分布。 相位像：当样品薄至 100以下时，电子
3、可以传过样品，波的振幅变化可以忽略，成像来自于相位的变化。 应用透射电子显微镜在材料科学、生物学上应用较多。由于电子易散射或被物体吸收，故穿透力低，样品的密度、厚度等都会影响到最后的成像质量，必须制备更薄的超薄切片，通常为 50100nm。所以用透射电子显微镜观察时的样品需要处理得很薄。常用的方法有：超薄切片法、冷冻超薄切片法、冷冻蚀刻法、冷冻断裂法等。对于液体样品，通常是挂预处理过的铜网上进行观察。 特点TEM 常用于研究纳米材料的结晶情况，观察纳米粒子的形貌、分散情况及测量和评估纳米粒子的粒径。是常用的纳米复合材料微观结构的表征技术之一。 以电子束作光源，电磁场作透镜。电子束波长与加速电压
4、(通常 50120KV)的平方根成反比。TEM 分析技术是以波长极短的电子束作照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨率（1nm） 、高放大倍数的电子光学分析技术。用电镜（包括TEM）进行样品分析时，通常有两个目的：一个是获得高倍放大倍数的电子图像，另一个是得到电子衍射花样。在本实验中就是主要通过 TEM 技术来观察单分散二氧化硅粉体在高放大倍数下的球形结构和分散情况，及在不同温度条件是是否产生了符合实验目的的硅酸镥核壳结构。TEM 常用于研究纳米材料的结晶情况，观察纳米粒子的形貌、分散情况及测量和评估纳米粒子的粒径。是常用的纳米复合材料微观结构的表征技术之一。1.4.2 X 射线衍射技术X 射
5、线衍射即 Xrd, X-ray diffraction 的缩写，通过对材料进行 X 射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。考虑到 X 射线的波长和晶体内部原子间的距离(0.3-几 nm)相近，1912 年德国物理学家劳厄(M.von Laue)提出一个重要的科学预见：晶体可以作为 X 射线的空间衍射光栅,即当一束 X 射线通过晶体时将发生衍射，衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。分析在照相底片上得到的衍射花样，便可确定晶体结构。这一预见随即为实验所验证。1913 年英国物理学家布喇格父子(W.H.Bragg,W.L
6、.Bragg)在劳厄发现的基础上,不仅成功地测定了NaCl、KCl 等的晶体结构,并提出了作为晶体衍射基础的著名公式 布喇格定律： 2d sin=n ( 式中 为 X 射线的波长，n 为任何正整数，又称衍射级数。)其上限为以下条件来表示： nmax=2d(h0k0l0)/， d(h0k0l0)/2 只有那些间距大于波长一半的面族才可能给出衍射，以此求纳米粒子的形貌。 满足定律的条件当 X 射线以掠角 (入射角的余角)入射到某一点阵平面间距为 d 的原子面上时,在符合上式的条件下，将在反射方向上得到因叠加而加强的衍射线。布喇格定律简洁直观地表达了衍射所必须满足的条件。当 X 射线波长 已知时(选
7、用固定波长的特征 X 射线)，采用细粉末或细粒多晶体的线状样品,可从一堆任意取向的晶体中，从每一 角符合布喇格条件的反射面得到反射,测出 后，利用布喇格公式即可确定点阵平面间距、晶胞大小和类型;根据衍射线的强度,还可进一步确定晶胞内原子的排布。这便是 X 射线结构分析中的粉末法或德拜 -谢乐(DebyeScherrer)法的理论基础。而在测定单晶取向的劳厄法中，所用单晶样品保持固定不变动（即 不变）,以辐射束的波长作为变量来保证晶体中一切晶面都满足布喇格条件,故选用连续 X 射线束。如果利用结构已知的晶体，则在测定出衍射线的方向 后,便可计算 X 射线的波长，从而判定产生特征 X 射线的元素。这便是 X 射线谱术,可用于分析金属和合金的成分。 实际应用目前 X 射线衍射(包括散射)已经成为研究晶体物质和某些非晶态物质微观结构的有效方法。对于组成元素未知的单组份化合物或者多组分混合物，直接用 XRD 进行物相得分析是存在一定问题的，由于同组的元素具有相似的性质和晶体结构。造成在同位置出现衍射峰，从而不能确定物相。所以对于未知组成的晶态化合物首先要进行元素的定性分析。
