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块体纳米晶金属材料表面微观结构表征

作　者: 常鹏程
导　师: 徐送宁；王胜刚
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 物理电子学
关键词: 光电子能谱表面结合能
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本论文通过ESCALAB250型多功能表面分析系统,应用了X射线光电子能谱(XPS)、紫外光电子能谱(UPS)、XPS价带谱,对块体纳米晶304不锈钢(BN-SS304)和普通304不锈钢(CP-SS304)经不同时间Ar~+溅射表面微观结构进行对比研究,并对块体纳米晶工业纯铁、块体纳米晶工业纯铝表面微观结构进行了初步分析。BN-SS304和CP-SS304经不同时间Ar~+溅射表面的XPS实验表明:表面经Ar~+溅射150秒为清洁表面;BN-SS304和CP-SS304表面C、O元素能态种类相同,但各能态结合能位置存在差异;C、O元素XPS谱峰面积对比说明了BN-SS304表面能态强度低于CP-SS304表面;BN-SS304和CP-SS304清洁表面金属元素结合能存在差异,说明304不锈钢纳米化后,各金属元素价电子间结合强度发生变化。BN-SS304和CP-SS304自然表面、经300秒Ar~+溅射表面的UPS实验表明:经300秒Ar~+溅射表面存在平板能带,自然表面能带向下弯曲,且BN-SS304自然表面能带弯曲幅度比CP-SS304小;BN-SS304和CP-SS304自然表面与经Ar~+溅射300秒表面相比,自然表面激活能分别减小0.17eV、0.77eV ,因而自然表面功函数分别增大0.17eV和0.77eV。BN-SS304和CP-SS304经不同时间Ar~+溅射表面的XPS价带谱的研究表明:随Ar~+溅射时间的增加,BN-SS304表面费米能级一直向下移动直至稳定;CP-SS304表面费米能级先向下移动再向上移动直至稳定。综合分析块体纳米晶金属材料和相应的普通同种材料的实验结果表明,块体纳米晶金属材料自然表面和清洁表面的光电子产额均低于相应的普通同种材料。表面微观结构表征可以系统分析块体纳米晶金属材料表面与相应的普通金属材料表面之间电子结构差异的可能原因和机理,为进一步研究块体纳米晶金属材料表面的物理性能、化学性能等后续工作提供实验依据。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-19
  1.1 纳米晶金属材料概述  12-16
    1.1.1 纳米晶金属材料的特殊性能  12-13
    1.1.2 纳米晶金属材料的微观结构  13-14
    1.1.3 纳米晶金属材料的制备技术  14-16
    1.1.4 纳米晶材料的应用  16
  1.2 金属材料表面定义  16-17
  1.3 深度扎制块体纳米晶金属材料已开展的研究  17
  1.4 光电子能谱在材料表面表征方面的研究  17-18
  1.5 本论文选题意义和主要工作内容  18-19
第2章实验原理及实验设备  19-32
  2.1 光电发射效应的基本原理  19-21
    2.1.1 概述  19
    2.1.2 金属的光电发射  19-20
    2.1.3 光电发射的三步模型  20-21
  2.2 多功能表面分析系统  21-23
    2.2.1 真空系统  22
    2.2.2 射线源  22-23
    2.2.3 分析器  23
    2.2.4 离子枪系统  23
  2.3 光电子能谱  23-27
    2.3.1 光电子能谱的分类  23-24
    2.3.2 X 射线光电子能谱  24-26
    2.3.3 紫外光电子能谱  26-27
  2.4 金属表面电子结构  27-32
    2.4.1 表面附近电荷密度分布  27-28
    2.4.2 结合能的理论表述  28-29
    2.4.3 功函数的理论表述  29-30
    2.4.4 表面势垒与费米能级  30-32
第3章块体纳米晶金属材料表面XPS 表征  32-61
  3.1 实验方法  32-34
  3.2 BN-SS304 表面XPS 宽谱分析  34-37
    3.2.1 表面元素种类分析  34-35
    3.2.2 表面元素原子百分含量分析  35-37
  3.3 BN-SS304 表面O 和C 元素分析  37-47
    3.3.1 表面O 元素分析  37-43
    3.3.2 表面C 元素分析  43-47
  3.4 BN-SS304 表面金属元素分析  47-57
    3.4.1 BN-SS304 表面Cr 元素分析  47-50
    3.4.2 BN-SS304 表面Fe 元素分析  50-54
    3.4.3 BN-SS304 表面Ni 元素分析  54-57
  3.5 BNII 与BNIA 表面XPS 表征简述  57-59
  3.6 本章小结  59-61
第4章块体纳米晶金属材料表面UPS 表征及XPS 价带谱分析  61-75
  4.1 实验方法  61-62
    4.1.1 UPS 表征实验  61
    4.1.2 XPS 价带谱实验  61-62
  4.2 BN-SS304 表面功函数及表面势垒  62-66
    4.2.1 费米边和截止边的确定  62-63
    4.2.2 UPS 能谱中BN-SS304 表面参数计算  63-66
  4.3 BN-SS304 表面UPS 谱峰分析  66-70
    4.3.1 自然表面  66-67
    4.3.2 经300 秒Ar~+ 溅射表面  67-68
    4.3.3 讨论  68-70
  4.4 XPS 价带谱对材料表面费米能级的分析  70-73
  4.5 BNII 的UPS 表征简述  73-74
  4.6 本章小结  74-75
结论  75-77
参考文献  77-85
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  85-86
致谢  86-87

块体纳米晶金属材料表面微观结构表征

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