山寨利器:分析仪器指导工艺方向。材料空间原子三维结构 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/26 22:52:41
透射电子显微学(Transmission electron microscopy,TEM)内容非常丰富,涉及光学、电磁学、固体物理、晶体学、电子学、真空技术、计算物理学、数据分析等多种学科和技术领域,是一门理论与实验高度结合的学科。本讲座以非专业人员为对象,以材料科学为应用领域,为大家介绍一些这个学科的基本知识。讲座以实用技术为线索,辅以简单的解释,尽量避开理论问题,力求使大家了解这门学科及相关技术的基本原理和典型应用。需要说明的是生物科学是TEM的另一个重要应用领域,并且有很多独特的内容,但是这不在本讲座讨论的范围内。
drizzlemiao版主简介:
drizzlemiao版主目前在University of Sheffield, UK.从事研究工作,有丰厚的TEM的工作经验,发表过多篇关于TEM的研究学术论文,欢迎各位前来与drizzlemiao版主一起就TEM在材料科学中的应用进行切磋和探讨。目录:
一、前言
二、透射电子显微术的优缺点
三、透射电子显微镜的三种常见工作模式
四、透射电子显微镜样品制备技术
五、透射电子显微镜的常见附属设备
六、透射电子显微镜常见技术简介
七、计算模拟在电子显微学中的地位

一.前言

透射电子显微学(Transmission electron microscopy,TEM)内容非常丰富,涉及光学、电磁学、固体物理、晶体学、电子学、真空技术、计算物理学、数据分析等多种学科和技术领域,是一门理论与实验高度结合的学科。本讲座以非专业人员为对象,以材料科学为应用领域,为大家介绍一些这个学科的基本知识。讲座以实用技术为线索,辅以简单的解释,尽量避开理论问题,力求使大家了解这门学科及相关技术的基本原理和典型应用。需要说明的是生物科学是TEM的另一个重要应用领域,并且有很多独特的内容,但是这不在本讲座讨论的范围内。

二.透射电子显微术的优缺点
在开始说TEM的诸多用途之前,先说说它的优点和缺点。只有了解了这些才能真正做到扬长避短,物尽其用。
TEM的优点有以下几个:
1.信息采集范围小。这是TEM最大的一个优点。TEM的实验区域可以极其微小,可以直接在极微小区域内取得数据。现在最先进的TEM已经可以对小于0.1纳米的区域进行拍照和分析。在各种科学仪器中,只有扫描探针显微镜能达到这样的分析尺度。但是二者不能相互替代,扫描探针显微镜研究范围只局限于表面,TEM得到的信息来自样品的三维结构。但是这种微小的分析尺度有时候也会带来局限性,下面会谈到。
2.工作模式多样。透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)不仅仅具有通常显微镜的放大作用。它还可以作为一台电子衍射仪提供样品的结构信息。配合各种信号探测器,它又能对样品做化学成分或者磁、电性能的分析。并且这些功能之间的转换非常方便,甚至可以同时进行。透射电子显微学(Transmission electron microscopy,TEM)内容非常丰富,涉及光学、电磁学、固体物理、晶体学、电子学、真空技术、计算物理学、数据分析等多种学科和技术领域,是一门理论与实验高度结合的学科。本讲座以非专业人员为对象,以材料科学为应用领域,为大家介绍一些这个学科的基本知识。讲座以实用技术为线索,辅以简单的解释,尽量避开理论问题,力求使大家了解这门学科及相关技术的基本原理和典型应用。需要说明的是生物科学是TEM的另一个重要应用领域,并且有很多独特的内容,但是这不在本讲座讨论的范围内。
drizzlemiao版主简介:
drizzlemiao版主目前在University of Sheffield, UK.从事研究工作,有丰厚的TEM的工作经验,发表过多篇关于TEM的研究学术论文,欢迎各位前来与drizzlemiao版主一起就TEM在材料科学中的应用进行切磋和探讨。目录:
一、前言
二、透射电子显微术的优缺点
三、透射电子显微镜的三种常见工作模式
四、透射电子显微镜样品制备技术
五、透射电子显微镜的常见附属设备
六、透射电子显微镜常见技术简介
七、计算模拟在电子显微学中的地位

一.前言

透射电子显微学(Transmission electron microscopy,TEM)内容非常丰富,涉及光学、电磁学、固体物理、晶体学、电子学、真空技术、计算物理学、数据分析等多种学科和技术领域,是一门理论与实验高度结合的学科。本讲座以非专业人员为对象,以材料科学为应用领域,为大家介绍一些这个学科的基本知识。讲座以实用技术为线索,辅以简单的解释,尽量避开理论问题,力求使大家了解这门学科及相关技术的基本原理和典型应用。需要说明的是生物科学是TEM的另一个重要应用领域,并且有很多独特的内容,但是这不在本讲座讨论的范围内。

二.透射电子显微术的优缺点
在开始说TEM的诸多用途之前,先说说它的优点和缺点。只有了解了这些才能真正做到扬长避短,物尽其用。
TEM的优点有以下几个:
1.信息采集范围小。这是TEM最大的一个优点。TEM的实验区域可以极其微小,可以直接在极微小区域内取得数据。现在最先进的TEM已经可以对小于0.1纳米的区域进行拍照和分析。在各种科学仪器中,只有扫描探针显微镜能达到这样的分析尺度。但是二者不能相互替代,扫描探针显微镜研究范围只局限于表面,TEM得到的信息来自样品的三维结构。但是这种微小的分析尺度有时候也会带来局限性,下面会谈到。
2.工作模式多样。透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)不仅仅具有通常显微镜的放大作用。它还可以作为一台电子衍射仪提供样品的结构信息。配合各种信号探测器,它又能对样品做化学成分或者磁、电性能的分析。并且这些功能之间的转换非常方便,甚至可以同时进行。
我们国家(包括国外)都是买日本和荷兰的TEM。

这个技术非常高,而且门槛非常高。基本不会为了省钱买国产货

所以TG最好不要去碰
TEM最大的缺点是对样品有很高要求,比如我做薄膜,就要求
我把样品磨平或者切成两半。

还有一个就是用起来比较贵。
用超级原子显微镜观察到的钢针最尖头的原子!(图)

用超级原子显微镜观察陶瓷刀刃的察原子!(图)

用超级原子显微镜观察大马士革钢刀的诡异花纹,看到铁原子围着一稀土原子的规则排列(图)

用表面原子显微镜观察现代日本武士刀刃上的锯齿结构。(图)

大家毛骨耸然了吧,洋人为什么船尖炮利!
中国的材料空间原子结构分析水平太差!材料的原子分子空间组成结构分析能力太差。
    所以中国在发动机材料,机械加工刀具,半导体,球阀阀门,轴承材料等科技方面,就差得太我了。所以就算买来了老毛子的AL31发动机,也不能在关键的受力,抗疲劳的合金材料上分析其结构,并从机理上说明其能耐高温,耐高压的原因。然后通过不断改变工艺加工路线,来制作出同样的一模一样的材料来。。
    比如瑞士的刀或日本刀或美国吉列公司的刀片:用超级显微镜看其刀口,是锯齿的,用空间原子结构显微镜扫描刀内部,C原子与铁原子和杂合的的钒,钛微量元素是以一样的规则排列组合而成的。所以他们的材料刀具都是强度大,耐用,抗疲劳的。
    特别是发动机的单晶叶片。要求在高温高压下工作。如能盗得美国通用公司的最好发动机。。然后用一切光学分析仪器分析其主要受力材料的组成,再从合金金属键角度去分析其硬度,强度,耐高温高压的机理。再想方设法(严格可重复的实验条件,温度,压力,颗度等度量衡工艺条件)去制成同样的材料。那么,很快就可以生产出世界上最好的航空发动机来。

什么发动机有三十年的差距?错,有了正确,严谨的科学哲学态度。两年就能追上来。
大家老是说什么工艺,基础工业。其实你们也不明白什么是工艺,什么是基础工业?

基础工业就是对长度,温度,压力,硬度,光波长等度衡量的精密测量与控制。但是这些科学仪器,有哪一个不是外国公司在掌握呢??

其次,有了精密的可重复的工艺还不行,还得有努力的方向。比如在有机药物和有机高分子方面(没有其它元素,只有C,O等少数元素),杜邦公司,拜尔医药,辉瑞医药等巨头有什么新药,新农药,兽药一出来。我们有机化学人员用色谱,质谱,光谱,紫红,红外光谱,旋光仪一分析,就可以确定是什么分子式,分子结构。就可以确定要努力山寨的方向。一般加班加点的话,两年内就可以合成分离出来(就是山寨仿制成功),只是由于工艺不过关(还是老问题,温度,压力等精密控制不行),收率低,造成成本比外国药厂,化学厂高而己。但基本可以解决有无问题。

同理,合金材料,陶瓷材料,高分子橡胶,塑胶等产品的山寨,也要先有方向。。而多元素的透射电子显微镜
成象分析技术,就是给不断的调整工艺提供了一个努力的方向。

离开努力方向去谈工艺,那是盲人摸象,只有确定了努力的方向,才去不断改进工艺,才是有的放矢!
你说的这些设备都能买到。关键看你怎么用。
如能盗得美国通用公司的最好发动机。。然后用一切光学分析仪器分析其主要受力材料的组成,再从合金金属键角度去分析其硬度,强度,耐高温高压的机理。

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等你走完这个过程,10年就过去了。然后你山寨个十年前的发动机,还是卖不出去
TEM最大的缺点是对样品有很高要求,比如我做薄膜,就要求
我把样品磨平或者切成两半。

还有一个就是用起来比较贵。
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无知,加大电子束,加大特征元素高能射线就不用破坏样品了。。。
你看医院做X光,做核磁共振,有把病人切成两半来分析吗?医院的高端仪器哪一台不是进口。。只有自己能开发TEM,就可以用原理设计去不破坏样品超级显微镜了。

你有这个观念是因为仪器不是你开发,设计的。不懂原理。中国的光学仪器测试仪器是短板。
你说的这些设备都能买到。关键看你怎么用。
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我靠,要检测大马士革钢刀中的稀土元素的三维分布,你能买得到!不同元素,得用不同的特征透射光去检测!
这种仪器只能是自己设计和制造,这是一个科研平台!

这种仪器平台,相当于核物理研究中的正负电子对撞机。
如能盗得美国通用公司的最好发动机。。然后用一切光学分析仪器分析其主要受力材料的组成,再从合金金属键角度去分析其硬度,强度,耐高温高压的机理。

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等你走完这个过程,10年就过去了。然后你山寨个十年前的发动机,还是卖不出去
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错,有了这个材料三维原子分布科研观察平台,就可以天天改变工艺,去仿制任何新的材料。生成任何新的材料。

就象现在的医药,有机工业一样。。。杜邦公司,拜尔医药,辉瑞医药等巨头有什么新药,新农药,兽药一出来,两年内,天朝的山寨药也出来(成分是一样的),当然,也可以自由发挥去合成新药,同杜邦公司,拜尔医药,辉瑞医药是同一研发水平的。
我们国家(包括国外)都是买日本和荷兰的TEM。

这个技术非常高,而且门槛非常高。基本不会为了省钱买国产货

所以TG最好不要去碰
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错,目的正是为了研究材料的三维原子分布科研观察平台,研究发动机材料,机械加工刀具,半导体,球阀阀门,轴承材料,在不同的结构,混入其它元素(如稀土,氧化物,铌,钨,钽等稀有金属后),力学,磁学等性能会发生什么样的改变。从而制造出极限的受力,受压,受拉材料。

不同原子元素,你就得不停的变换特征透射光去检测。。
我设想一下,材料空间的每一个点,都应当用108种元素的特征透射光去扫一次。从而确定该位置是什么是元素。。

这种仪器,就如核工业上的正负对撞机一样,是一个科研平台。(外国是不会卖的,这是一个系统严谨的科技哲学求学方法方式)
中国不仅要开发这种研究材料原子结构的仪器。
还要开发研究太空的平台的哈博望远镜。
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但是,一个连可见光的显微镜,都开发不好,医用的X光,核磁共振,CT机,相机都要进口的基础上,要开发这种高级光源的仪器平台。实在是要求太高了。
有了这样的山寨利器,当年全手工仿卡迪拉克造红旗车就不难了。。用这个仪器把卡迪拉克整车全扫描一次,就把卡迪拉克车的三维原子空间构成在计算机上显示出来了。

然后,原子级精工仿制(粉末烧制无机部分,C原子重排生成有机部分),就可以造出同卡迪拉克完全一模一样红旗车了,是在原子层面上一模一样!!!牛逼吧,而不是当年的那个只是在外形一样的红旗车了。
有了这个科研平台:德国舍弗勒的轴承,吉列的刮胡刀,日本东瓷的特种陶瓷,日本东丽的碳纤维。博世工具的电转转头,老毛子AL31发动机的受力耐压部件,黑膺真升机的主要受力疲劳,都有了努力的方向。应该很快就能仿制出来。
TEM的两种典型工作模式:a)图像模式(明场)和b)衍射模式(选区)



TEM物镜附近光路

TEM的缺点主要在以下几个方面:
1.破坏性样品制备。TEM需要很薄的样品使电子束能够穿过。对于大多数材料,要求在微米以下。这显然远远低于通常块体材料的厚度,所以需要认为地把样品减薄。这实际上是个对材料的破坏过程。这个过程有可能使样品发生变化,以致最终看到的并非材料原先的性质,而是制样过程引入的假象。
2.电子束轰击。TEM中使用高能电子束照射样品,电子能量在105~106eV量级,并且束流密度很高。换句话说就是在实验过程中大量高能量电子被持续地倾泻到样品上。大部分电子会毫无遮挡地穿过样品,其余的电子会和样品里的原子发生碰撞,并且可能在碰撞时向原子传递能量。样品吸收能量后可能出现多种变化,比如温度升高,原子电离,原子移动,等等。而这些变化又可能引发更多相关变化,比如相变,缺陷移动,结构崩塌,原子迁移,等等。某些情况下,研究人员会有意识地利用轰击作用研究材料的变化情况,但是多数情况下这种作用是不利的。
3.真空环境。TEM实验需要在真空环境里进行,至少目前还是这样。这种环境可能会对材料的性质或结构有影响,尤其是做表面研究的时候。有时候需要实验环境尽量跟真实环境接近,有时候又需要真空度尽量高。总之,TEM的内部环境跟理想条件有差距,必要时需要考虑这种差距的影响。
4.低采样率。这是TEM的一个大缺点。由于TEM的观察范围很小,而且样品很薄,实验测试到的样品区域只占整体材料的极小一部分。这个微小的区域未必能真实反映材料的性质。因此,基于TEM实验数据做结论的时候一定要慎重,必须仔细考虑所得实验结果是否具有普遍意义。
四.透射电子显微镜样品制备技术


TEM的样品必须足够薄,由此就发展出了多种针对不同类型材料的样品制备技术。根据不同的材料特性,主要有以下几类制样方法。

1.粉末分散。这种方法适用于粉末材料。这种方法非常简单,只要把材料在合适的溶剂里分散,然后转移到带有支撑膜的铜网上就可以了。脆性的块体材料在研钵里粉碎后,也可以用这种方法制样。

2.离子减薄。把块体材料研磨到很薄,然后放在离子减薄机内用能量较高的离子束轰击,直到穿孔。孔的边缘会有一些很薄的区域适合电镜观察。

3.电化学抛光。把材料研磨到比较薄,放在合适的电解液里,加上一定的电压,过一段时间后,材料上就会有一部分被腐蚀掉,出现适合观察的薄区。

4.超薄切片。把材料先用树酯包埋,固化后用特制刀具切出很薄的碎片。把碎片漂浮在合适的液体表面,然后再转移到铜网上就可以了。

5.机械研磨。这通常是作为其它制样方法的前期步骤,但是有时候也可以作为一种独立的方法使用。比如使用抛光机把样品磨成楔形,边缘部位就会出现很薄的区域。

6.复形和萃取。这是比较古老的方法。复形就是复制形貌,有不同的操作方法,最终都是用碳膜把材料表面形态复制下来,然后喷镀金属增加衬度。萃取是把碳膜附着在材料表面,把材料腐蚀掉后,某些抗腐蚀的颗粒就粘附在膜上成为样品。

7.聚焦离子束刻蚀(FIB)。这是近年来新兴的一种制样方法。在特殊的扫描电镜里,用聚焦的镓离子束对沿一定的路线对样品轰击,最后挖成一个薄片。这种方法最大的优点是位置精确,对于需要在特定位置进行观察的样品尤其适用。

这里只是简要提到了几种主要的TEM制样方法,未必能应对所有材料的制备。每种方法都有其优点和缺点,应该根据需要灵活选用。
五.透射电子显微镜的常见附属设备
TEM除了前面提到的成像和电子衍射的基本功能外,还可以通过增加附件把功能进一步扩充。这些丰富的扩展功能与TEM的微区观察能力相结合,在材料科学研究中具有不可替代的优势。



一台配备了EDS,EELS和STEM的TEM

1.能谱(EDX)。高能电子束照射到材料上后,高能电子可以使原子激发。激发态的原子不稳定,倾向于回到低能状态,这个过程中会把多余的能量释放出来。释放能量的一种方式是特征X射线。这种X射线的能量等于原子能级的能量差,由于不同的原子能级结构不同,所以这种特征X射线就成了原子的一种标志。EDX可以探测到这些X射线并且按照能量排列成谱图。根据谱上峰的位置和强度就可以确定材料里所含元素的种类和含量。




典型EDS谱


2.能量损失谱(EELS)。高能电子穿过样品的时候,部分电子跟样品发生碰撞并且损失能量。损失能量的多少跟样品中参与碰撞的粒子的种类,碰撞类型,化学键合以及样品厚度都有关系。EELS可以收集从样品透射过来的电子并且对它们的能量损失情况做分析。从原理上来说,由EELS可以得到样品厚度,成分,价态,电子密度,能带,近邻原子分布等等丰富的信息。





EELS谱各种信息汇总

3.透射扫描(STEM)。严格地说,STEM是一种独立的显微成像技术,但是现在越来越多的TEM可以实现这种功能,所以我们在此把它作为一种附属设备列出来(某些电镜已经把这一功能整合到TEM主体里,从外观上看不到这个设备)。最初发展STEM是为了提高成像的分辨率,现在STEM在分辨率方面的优势已经不是非常,但是它的高角暗场(HAADF)成像模式相比于TEM却有着非常独特的优势。HAADF的图像对比度跟原子序数有一定关系,并且受样品厚度影响不明显,可以由图像对比度直观地得到和成分相关的信息
六.透射电子显微镜常见技术简介
基于TEM灵活多变的工作方式,科学家们发展出很多特点鲜明的技术来解决不同的问题。在材料科学研究中常用的和TEM相关的技术有如下几种:
1.选区电子衍射(SAD或SAED)。前面对电子衍射已经有所介绍了。SAD是用一个小光阑(就是一个带孔的金属片)在样品上选择一个特定的区域,然后做衍射,电子衍射的信息就跟这个区域相对应了。




典型选区电子衍射图及其光路


2.明场(BF)像和暗场(DF)像。由前面的图解可以看出,电子衍射位于样品和像之间,参与成像的光线都会从衍射平面上经过。如果只让一部分光线通过衍射平面,那么我们就只能得到一个“不完整”的像。这种不完整的像非常有用。当材料结构比较复杂的时候,通过选取不同的衍射信号,我们可以很容易地把不同的结构在图像上区分开,从而了解它们的空间分布。无论是晶体还是非晶体,电子衍射在空间上都可以看作两部分,即中心直射斑和其余的部分。选取直射斑形成的像叫作明场像,选取非直射斑成的像叫作暗场像。明场像和暗场像是研究材料相分布和缺陷结构的有力工具。


暗场像成像原理



典型明场像a)和暗场像b)


3.高分辨像(HREM)。顾名思义,这种技术得到的图像分辨率特别高。最新的技术已经可以得到分辨率低于1埃的图像细节。这样的分辨率已经小于很多材料里面原子之间的距离,因此可以利用这种技术研究材料的原子排列情况。尤其是在缺陷,界面,低维结构以及搀杂材料的研究中,这种技术大量应用。TEM和STEM都可以得到HREM图像,因为其成像原理和利用的信号不同,它们在应用上有各自的特点和优势。




GaN中的层错高分辨像

4.电子全息(Holography)。对于可见光学的全息技术,大家并不是特别陌生。但是对于电子全息可能听说过的人就比较少了。其实,全息的概念最初是在电子显微学研究中提出的,后来才被应用到可见光领域。电子波穿过一定厚度的样品的时候相位会发生改变,这种改变跟电子波在真空中前进相同距离所发生的相位改变是不同的。这样的两束电子波重叠的时候就会发生干涉,对干涉图案做分析可以了解电子波相位的变化,从而得到相关的样品的信息。从原理上来说,任何可以使电子波发生变化的因素都可以利用电子全息来观察,甚至包括电磁透镜本身的像差,可见这种技术的潜力是相当大的。在目前阶段,电子全息主要用于电磁材料的研究,原因是这些材料内部的磁场或电场对电子波的影响足够明显,便于得到数据。






Si3N4实验全息像及相关的振幅和相位像

5.扫描透射像(STEM)。其原理和特点前面已经介绍过,这里就不再重复。因为这种技术使用极小的电子束在材料上扫动,所以如果要对材料做空间上连续的分析,比如EDX或者EELS的线扫描或者面扫描,STEM就必不可少。在电子束扫动的同时,同步地收集谱图信号,得到的谱及其所含信息和材料上特定的位置有很好的对应性。另外,前面已经提到过,STEM的高角暗场像(HAADF)是一种跟原子序数相关,并且对材料厚度不敏感的成像技术,近年来这方面的发展很迅速。




HAADF高分辨像


6.三维拓扑(electron tomography)。透射电子显微术是一种平面成像技术,实验得到的数据都是三维样品在二维平面的投影。拓扑技术可以根据一系列二维图片的信息按照特定的算法把三维结构复原出来。这一技术在生物和纳米材料领域已经有很多应用。用于重构的二维图片是广义的,并不局限于几何形貌,也可以是成分分布或者磁、电、应力等物理量的分布,重构得到的就是相应信息的三维分布。结合高分辨率和丰富的工作方式,拓扑技术在TEM领域的应用前景是非常广的。
这种仪器,就如核工业上的正负对撞机一样,是一个科研平台。(外国是不会卖的,这是一个系统严谨的科技哲学求学方法方式)
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稍微好点的大学都有的设备,TEM。 500万可以买根不错的

日本JEOL


顺便说一下,TEM一般用来看材料的晶体结构,或者是微观结构比如(particle size)

当然TEM一般都结合了EDX功能可以测材料的成分但是精度比较差

特别是对薄膜的精度是非常差的。所以我们还要用XPS,或者其它方法去确定

你觉得TEM是高科技没错,但是有了TEM就可以仿造外国发动机的想法是完全错误的
我靠,要检测大马士革钢刀中的稀土元素的三维分布,你能买得到!不同元素,得用不同的特征透射光去检测!
这种仪器只能是自己设计和制造,这是一个科研平台!

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你既然要看晶体结构就去做个XRD吧。那个东西很很准确。
如果还不行就看看polar figure。

别动不动就用TEM,现在很多人是能不用就不用
这东西很多功能远远超过了我的需要。

很多东西也能代替它,当然好点的学校都会去买TEM
如果你觉得有了TEM就万事大吉了。你就错了。

很多材料成分都是靠燃烧后观察光谱来确定的。TEM和XPS/EDX
这写物理法的手段很难准确判断材料成分。实验室里面其它仪器
难道就不重要呢?SEM.AFM,拉曼,光谱分析。DTA。红外光谱
XRD,XPS.等等。我说的还是材料实验室的设备,如果涉及到化学那么
就更复杂了。

总结下,材料是不能被山寨出来的。因为加工过程非常复杂
仿制可能比研制更困难。
无知,加大电子束,加大特征元素高能射线就不用破坏样品了。。。

================

正是因为电子束太强了,大部分直接穿过了薄膜,直接进入了
基板(sapphire)。
这东西比金相分析还管用,表示怀疑
这东西比金相分析还管用,表示怀疑
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你说的金相分析是不是XRD
我靠,要检测大马士革钢刀中的稀土元素的三维分布,你能买得到!不同元素,得用不同的特征透射光去检测!
这种仪器只能是自己设计和制造,这是一个科研平台!

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你既然要看晶体结构就去做个XRD吧。那个东西很很准确。
如果还不行就看看polar figure。

别动不动就用TEM,现在很多人是能不用就不用
这东西很多功能远远超过了我的需要。

很多东西也能代替它,当然好点的学校都会去买TEM
如果你觉得有了TEM就万事大吉了。你就错了。

很多材料成分都是靠燃烧后观察光谱来确定的。TEM和XPS/EDX
这写物理法的手段很难准确判断材料成分。实验室里面其它仪器
难道就不重要呢?SEM.AFM,拉曼,光谱分析。DTA。红外光谱
XRD,XPS.等等。我说的还是材料实验室的设备,如果涉及到化学那么
就更复杂了。

总结下,材料是不能被山寨出来的。因为加工过程非常复杂
仿制可能比研制更困难。
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你还是不清楚我的目的,还是要买仪器。买什么仪器,可以得到一个材料的三维原子分布图,研究发动机材料,机械加工刀具,半导体,球阀阀门,轴承材料,在不同的结构,混入其它元素(如稀土,氧化物,铌,钨,钽等稀有金属后),力学,磁学等性能会发生什么样的改变。从而制造出极限的受力,受压,受拉材料。

不同原子元素,你就得不停的变换特征透射光去检测。。
我设想一下,材料空间的每一个点,都应当用108种元素的特征透射光去扫一次。从而确定该位置是什么是元素

这种仪器平台,只能自己造。造一台可以用各种波长的光(射线)去探测出材料的三维原子结构,在什么空间位置是稀土原素,在什么位置是钨元素,在什么位置是钽元素。然后进行金属键力学原理理论推论其结构的优异性。。然后再在各种工艺下努力生成这种强度压力大的结构。

没有这个,一切工艺都是在盲人摸象。你所谓的没有参考的自我研制。就是在盲人摸象,这个世界上光学仪器好的国家,就是材料能开发好的国家,日本(尼康,佳能,奥林巴斯),德国(菜丝,徕卡),美国(柯达,通用,徕卡)这难道是偶然吗?

一味的买,买,买,好的光学研发平台,别人会卖给你,你不会自己造吗,这就是工业基础呀。

离开这个结构分析,有本事说说你怎么个自我研制法,用不同的工艺瞎猫撞老鼠??今天混这种稀土元素百分之三,温度一万点六六六度。不行,也不能用光学仪器看看出来的是什么结构,不行就是不行。,明天混钨元素百分之六,温度,压力,真空条件再变一下。那不得做死做累,还一点方向感也没有啊!

反之,有了这个三维原子分析平台。你不断的变条件,变元素,变工艺,再根据出来结构进行生成机理分析,就可以慢慢的合成出你所要的结构来。
这东西比金相分析还管用,表示怀疑
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我的目的是造一种仪器,可以可以用各种波长的光(射线)去探测出材料的三维原子结构,在什么空间位置是稀土元素,在什么位置是钨元素,在什么位置是钽元素。然后进行金属键力学原理理论推论其结构的优异性。。然后再在各种工艺下努力生成这种强度压力大的结构。

这是一个材料分析平台,金相分析能做到吗??
这种仪器平台,只能自己造。造一台可以用各种波长的光(射线)去探测出材料的三维原子结构,在什么空间位置是稀土原素,在什么位置是钨元素,在什么位置是钽元素。然后进行金属键力学原理理论推论其结构的优异性。。然后再在各种工艺下努力生成这种强度压力大的结构。
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这种仪器平台 (TEM),已经烂大街了。有钱就能买。你去JEOL的网站上看看就知道了。
什么功能自己选,和买车差不多。


不同原子元素,你就得不停的变换特征透射光去检测。。
我设想一下,材料空间的每一个点,都应当用108种元素的特征透射光去扫一次。从而确定该位置是什么是元素
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行了吧,你个外行,什么叫变化特征投射光? TEM是能量很高的离子束打击物质表面。
TEM是不能确定元素成分的。确定成分用的是EDX。 但是EDX可以被集成到TEM里面。
为什么可以集成呢? 因为EDX,和TEM都需要很高能量的离子束。 所以TEM可以自带
EDX更能。

顺便我说一句,如果测量材料的成分,EDX是远远不够的。 因为EDX很不精确。
无知,加大电子束,加大特征元素高能射线就不用破坏样品了。。。

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正是因为电子束太强了,大部分直接穿过了薄膜,直接进入了
基板(sapphire)。
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你不用其它波长的光吗??你笨啊,自己造仪器,光有远红外,红外,可见光,紫外,远紫外,X射线,肛马射线。。。特别是每种元素都有自己的特征光谱线。每种元素的特征光谱线,可以在远红外,红外,可见光,紫外,远紫外,X射线,肛马射线区内都有的。、因为光的产生就是原子的振动,电子跃迁产生的。

我的目的是造一种仪器,可以可以用各种波长的光(射线)去探测出材料的三维原子结构,在什么空间位置是稀土元素,在什么位置是钨元素,在什么位置是钽元素。然后进行金属键力学原理理论推论其结构的优异性。。然后再在各种工艺下努力生成这种强度压力大的结构。

这是一个材料三维元素结构分析平台

最后:天朝要恶补光学仪器基础了。别一天就想着进口。医用的,科研用的,不是尼康,就是奥林巴丝。徕卡,菜斯。什么时候成为了光学仪器强国。材料强国还远吗?
我再说一句。你说的晶体的三位立体结构,任何一种设备都不能直接给你显示出来。(至少我用过的还没有)
晶体结构其实就那么几十种。最常用的方法,是靠XRD检测(也就是我们通常说的金相图)。

吧所测材料的金相图和已知的金相图做比较,我们就可以判定材料的晶体结构。比如最简单的cubic
同时通过金相图也可以知道晶体的晶格参数。这样我们就可以知道材料的三位晶体结构了。

当然有没有软件可以自动把金相图转换成晶体的三位图像,我还不知道。可能有,但是用处并不大。

TEM当然也可以看晶体的结构,但是不能直接给答案,你要自己去看图。我没用过
TEM.但是这东西比较复杂。而且我们主要还是用TEM观察材料的微观特征。特别是
当材料表面非常平滑,或者grain非常小的时候。

如果要让我仿造什么材料,第一件事情肯弟你是拿XPS检测成分,知道成分后再用XRD检测
它的晶体结构。
我的目的是造一种仪器,可以可以用各种波长的光(射线)去探测出材料的三维原子结构,在什么空间位置是稀土元素,在什么位置是钨元素,在什么位置是钽元素。然后进行金属键力学原理理论推论其结构的优异性。。然后再在各种工艺下努力生成这种强度压力大的结构。

这种仪器平台哪一家国外公司有卖!!(这就是材料工业中的正负电子对撞机呀,在这个世界上还没有听说过有核研究用的正负电子对撞机有得卖的,买的能达到你科学研究的目的吗?,如果别人知道你科研的目的,有这样的仪器平台,别人会卖给你??)
不同原子元素,你就得不停的变换特征透射光去检测。。
我设想一下,材料空间的每一个点,都应当用108种元素的特征透射光去扫一次。从而确定该位置是什么是元素
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我说了,检测物质成分依靠的是TEM附带的EDX功能
EDX的原理是不同能量的离子束,打击到物体表面后
原子的最外层会收到激励然后脱离原子。这个过程会释放
X光。不同的原子释放出的X光能量不同。根据不
能量的大小,我们可以判定物体含有哪些物质。

所以你说的什么108中不同的光,根本不需要。占不到边
汉斯国的工业基础为什么好,就是因为他们严谨的科学哲学态度!!炒菜放盐用天平来称,三克就三克,3点二三点就三点二三克,三点五五克就三点五五八克。

严谨的科技哲学态度在研发中十分重要。一个东西,你得首先看得到(发明显微镜,望远镜),然后再能检测到,最后才能控制到。这是作事的步骤与逻辑过程。。

那种想跳过看得到的环节去搞材料的,不过是中国古代的巫师,也许能瞎猫撞上耗子,发现火药,水银。但不会有原理理论上的突破。不能从实践产生的理论去指导新的实践,只能是不停的实践,大海捞针的去找点石成金术。

而西方通过实践推导出来的理论能指导其去揭示事物的客观规律,实现理论指导实践的认识升华。用核反应去解决了点石成金的问题!

还有当年不重视航空业,使得航空界当年政审不严,混进了不少战略潜伏敌特!进行科研科战略误导。所以只有让民营或航天系统的来介入中国的航空发动机研发。才会有出路!不然,一味依靠这个被潜伏特务渗透严重的航空系统,只能是误了时间,误了金钱而己!
着帖子看的我斯巴达了,eeyylx 真是好耐性,适合当老师~~~~~~~~
这种仪器平台,只能自己造。造一台可以用各种波长的光(射线)去探测出材料的三维原子结构,在什么空间位置是稀土原素,在什么位置是钨元素,在什么位置是钽元素。然后进行金属键力学原理理论推论其结构的优异性。。然后再在各种工艺下努力生成这种强度压力大的结构。
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这种仪器平台 (TEM),已经烂大街了。有钱就能买。你去JEOL的网站上看看就知道了。
什么功能自己选,和买车差不多。


不同原子元素,你就得不停的变换特征透射光去检测。。
我设想一下,材料空间的每一个点,都应当用108种元素的特征透射光去扫一次。从而确定该位置是什么是元素
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行了吧,你个外行,什么叫变化特征投射光? TEM是能量很高的离子束打击物质表面。
TEM是不能确定元素成分的。确定成分用的是EDX。 但是EDX可以被集成到TEM里面。
为什么可以集成呢? 因为EDX,和TEM都需要很高能量的离子束。 所以TEM可以自带
EDX更能。

顺便我说一句,如果测量材料的成分,EDX是远远不够的。 因为EDX很不精确。
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我工业分析本科的。我外行?这种分析的目的就是造一台可以用各种波长的光(射线)去探测出材料的三维原子结构。
不精确就找出精确的方法,通过光路定位去完善这个目的的检,使之精确。也许外国只卖给你不精确的仪器,精确的光学仪器不卖呢!少在这什么EDX,RDX,在外国随便买!有本事说原理。

    一个材料的空间原子三维结构,不管用什么去探测,这就是我们工业分析专业要测的课题。这就是基础工业。
我再说一句。你说的晶体的三位立体结构,任何一种设备都不能直接给你显示出来。(至少我用过的还没有)
晶体结构其实就那么几十种。最常用的方法,是靠XRD检测(也就是我们通常说的金相图)。

吧所测材料的金相图和已知的金相图做比较,我们就可以判定材料的晶体结构。比如最简单的cubic
同时通过金相图也可以知道晶体的晶格参数。这样我们就可以知道材料的三位晶体结构了。

当然有没有软件可以自动把金相图转换成晶体的三位图像,我还不知道。可能有,但是用处并不大。

TEM当然也可以看晶体的结构,但是不能直接给答案,你要自己去看图。我没用过
TEM.但是这东西比较复杂。而且我们主要还是用TEM观察材料的微观特征。特别是
当材料表面非常平滑,或者grain非常小的时候。

如果要让我仿造什么材料,第一件事情肯弟你是拿XPS检测成分,知道成分后再用XRD检测
它的晶体结构。
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我靠,就象医院CT机一样,把一块材料放在台上,计算机上就能显示出该材料的原子三维结构。什么位置是铌元素,什么位置是钽元素,什么位置是铁元素。原子间格是多少,金属键间能是多少。这种设备当然买不来,猪头,你不会自己造啊,从光学原理上,造这种仪器是可行的。你敢否定造这

你没用过,你敢否定造这仪器在原理上行不通吗??你对光学了解多少,为什么我们的光学仪器只能买德,日,美,你能造吗,你只会从外国买,TEM买的,CT机买的,XPS买的,XRD买的。有本事造一台,有本事把这四台仪器集成在一起,成一台超级检测仪。
着帖子看的我斯巴达了,eeyylx 真是好耐性,适合当老师~~~~~~~

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eeyylx不学无术,要么是战略潜伏敌特,有意误导科研方向的。

我是工业分析本科的,现在工作偏向于有机检测(无机,陶瓷,金属合金方向分析较少),拿到任何外国一种药物,用色谱,质谱,红外光谱,紫外光谱去推测出其分子式的。。用的仪器也是外国的,但国内这类仪器也自己造。况有机物要测的元素,就C,H ,O。等几个。

我只是指出测合金材料原子的三维结构原理。有本事你就跳出来否定这种原理是造不出来这样一台仪器的!!,
行了吧,你个外行,什么叫变化特征投射光?
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错,是不停的变换特征透射光去检测。

就是说材料三维空间的一个点上是什么原子(稀土,铌,钽),原来是未知的。

但光是什么,又要说原理了,光的产生的是原子核振动,原子中电子能级跃迁产生的向外能量射线。不同的元素原子核振动,原子能级跃迁产生的光射线波长是不同的。所以,为测一个位置是什么原子,就得用不波长的光去照那个位置,用铌元素在可见光的特征光,不行,那个位置是材料内部的,只能用穿透的更短波长的光去射那个位置!。。。比如用80埃波长的光照那个位置出现回应!发现80埃的光是稀土元素钇元素的原子核振动产生的光。就可在计算机上确定那个位置是稀土元素钇元素。

每一个位置,都不停的变换不同波长的单色光去照,一个位置点,一个位置点的扫描。最后在计算机上得出材料的三维原子结构图来!!

这就是我现在用的ICP,AA(原子吸收光谱法),原子发射光谱、原子荧光光谱也是一样的原理。(I还是不用英文,说原理,科普!),外国的杜邦,辉瑞,拜尔最恨我们了。什么有机新药,我来拿来一分析,就可以确定其结构。然后山寨合成就有了方向。
楼主别瞎扯了,正负电子对撞机跟核物理。一个是对撞高能电子,一个是原子核,差了八十条街也不止。你就简单说个加速器,关系还大点。

其次你想的那个仪器,真是结构分析的终极武器。以鄙人所在的化学领域为例,搞分析的,搞纳米的,搞生化的,搞物化的,基本所有人都在想,你能造出来的话炸药奖都该给你好几次了。我就先指出一点问题,随便给你一块宏观物质都是10^23量级的原子,你去一个一个都测出来?要是一颗单晶倒好测,其实也不用你那个仪器,XRD(X射线衍射)就行了。可是绝大部分金属材料都是晶粒很小的多晶,而且晶粒的原子结构往往也不止一种,长程并无周期性结构,你怎么测?就算结构知道了,你又知道怎么制备工艺?

最后,药物研发与冶金又不同,重要的不是合成特定结构,而是找到这个结构。有机合成发展到现在,合成一堆一堆的药物候选结构那是不难的,关键你要通过大量实验,筛选出安全有效的那一种。所以说药物才有专利的问题。因为合成大家都会,但是在专利期内这个药只能由拥有专利权的公司合成,以此补偿研发的巨大成本。


另外我对金属化学不太了解,没接触过金相图,不知道到底是那种XRD。从一般规律来讲,粉末XRD得到的信息比较少,晶系、晶格参数什么的也许可以确定,但是具体的晶胞结构一般不行。如果能得到单晶晶粒,那么原则上从单晶XRD是可以得到完整的结构信息的,当然从开始实验到画出完整的三维空间结构图也不是喝杯茶那么简单的,为这事可出了好几个炸药奖。氢原子的位置有时不容易确定,重原子一般没问题。许多蛋白质晶体结构都是这么测定的。

另外我对金属化学不太了解,没接触过金相图,不知道到底是那种XRD。从一般规律来讲,粉末XRD得到的信息比较少,晶系、晶格参数什么的也许可以确定,但是具体的晶胞结构一般不行。如果能得到单晶晶粒,那么原则上从单晶XRD是可以得到完整的结构信息的,当然从开始实验到画出完整的三维空间结构图也不是喝杯茶那么简单的,为这事可出了好几个炸药奖。氢原子的位置有时不容易确定,重原子一般没问题。许多蛋白质晶体结构都是这么测定的。
楼主别瞎扯了,正负电子对撞机跟核物理。一个是对撞高能电子,一个是原子核,差了八十条街也不止。你就简单说个加速器,关系还大点。

其次你想的那个仪器,真是结构分析的终极武器。以鄙人所在的化学领域为例,搞分析的,搞纳米的,搞生化的,搞物化的,基本所有人都在想,你能造出来的话炸药奖都该给你好几次了。我就先指出一点问题,随便给你一块宏观物质都是10^23量级的原子,你去一个一个都测出来?要是一颗单晶倒好测,其实也不用你那个仪器,XRD(X射线衍射)就行了。可是绝大部分金属材料都是晶粒很小的多晶,而且晶粒的原子结构往往也不止一种,长程并无周期性结构,你怎么测?就算结构知道了,你又知道怎么制备工艺?

最后,药物研发与冶金又不同,重要的不是合成特定结构,而是找到这个结构。有机合成发展到现在,合成一堆一堆的药物候选结构那是不难的,关键你要通过大量实验,筛选出安全有效的那一种。所以说药物才有专利的问题。因为合成大家都会,但是在专利期内这个药只能由拥有专利权的公司合成,以此补偿研发的巨大成本。
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我举正负电子对撞机,是说明那是一个核料子研究平台。有了哪玩意,你想撞出什么粒子来研究,你就设计方案去撞,有了这个平台,中子,质子,电子,等等粒子特性的研究也就有了保证!

我的开发的仪器:材料三维原子研究平台,是另一个平台,是材料结构方面的研究平台!有了这玩意,什么日本刀,吉列刮胡刀,特种轴承,发动机单晶叶片等材料的三维原子结构是怎么样的,一下就可以出来了。。。

这个不难:造这个仪器的机理我己经阐述了:原理上是可行的。

原理如下:光的产生的是原子核振动,原子中电子能级跃迁产生的向外能量射线。不同的元素原子核振动,原子能级跃迁产生的光射线波长是不同的。所以,为测一个位置是什么原子,就得用不波长的光去照那个位置,用铌元素在可见光的特征光,不行,那个位置是材料内部的,只能用穿透的更短波长的光去射那个位置!。。。比如用80埃波长的光照那个位置出现回应!发现80埃的光是稀土元素钇元素的原子核振动产生的光。就可在计算机上确定那个位置是稀土元素钇元素。

比如美国瓦里安公司的AA,就是六种单色光源的,三种检测器的仪器。

我要造是无数波长的光源(108种元素特征波长的,波长可穿透材料的光源)。检测器对应108种元素或吸光,荧光,激发光的同波长检测器。还有配以精确的光路定位控制(可以知道当前检的是材料的哪一个位置)。计算机同步空间位置显示。

这种结构终级研发平台,世界上没有一个公司肯卖的。(就象正负电子对撞机平台一样,得是国家实验室去搞)
结构知道了,就懂得在什么位置放稀土,什么位置放钛,什么位置放钽元素。制备工艺慢慢摸,(比如粉末烧制,烧制中元素扩散,重结晶,等离子光刻蚀食,方法多得很)
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