一種表征非晶合金微觀結(jié)構(gòu)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種微觀結(jié)構(gòu)表征方法，特別設(shè)及一種表征非晶合金微觀結(jié)構(gòu)的方 法，利用該方法得到的微觀結(jié)構(gòu)可W給出非晶合金中原子團(tuán)簇分布及聯(lián)結(jié)信息，屬于非晶 合金材料結(jié)構(gòu)表征技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 最近十年的研究成果指出，非晶合金由原子團(tuán)簇密堆而成，同時(shí)團(tuán)簇之間可共用 點(diǎn)、線、面進(jìn)行相互聯(lián)結(jié)，從而形成=維空間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。非晶合金的性能設(shè)計(jì)、優(yōu)化、調(diào)控 等技術(shù)，均W非晶合金中的短程序結(jié)構(gòu)、即原子團(tuán)簇為基礎(chǔ)。非晶合金中原子團(tuán)簇是決定著 非晶合金宏觀性質(zhì)的最基本結(jié)構(gòu)單元，是非晶材料的"基因"，是體現(xiàn)其宏觀性能的載體。
[0003] 目前，非晶合金的微觀結(jié)構(gòu)表征多采用統(tǒng)計(jì)物理、模型化、計(jì)算機(jī)模擬W及間接實(shí) 驗(yàn)方法，例如衍射分析、EXAR5分析、小角散射、核磁共振、差示掃描量熱分析等。但該些研 究方法，均不能直觀地表征非晶合金的微觀結(jié)構(gòu)，而且僅能提供二維結(jié)構(gòu)信息，無(wú)法提供= 維信息。例如，盡管透射電子顯微鏡的空間分辨率已達(dá)到原子分辨的水平，但得到的電子衍 射圖和高分辨像都是大量原子團(tuán)簇重疊的平均結(jié)果，無(wú)法表征=維結(jié)構(gòu)及團(tuán)簇聯(lián)結(jié)信息。
[0004] 由于非晶合金的原子團(tuán)簇等微觀結(jié)構(gòu)信息一直缺乏直觀的表征手段，存在著許多 與微觀結(jié)構(gòu)相關(guān)的前沿科學(xué)及技術(shù)問(wèn)題尚未解決，例如弛豫脆性、力學(xué)性能、軟磁性能調(diào) 控、高性能非晶材料的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)等微觀機(jī)理問(wèn)題。在無(wú)法表征微觀結(jié)構(gòu)的情況下，無(wú)法建立 該些宏觀性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)。如何表征非晶合金的微觀結(jié)構(gòu)特征，一直是非晶物理和材料 領(lǐng)域急待解決的核屯、技術(shù)問(wèn)題之一。該既關(guān)系到非晶合金的機(jī)理研究，又關(guān)系到非晶合金 的應(yīng)用。
[0005] 中國(guó)專利申請(qǐng)CN201280052310. 7公開(kāi)了一種設(shè)及制備用于微觀結(jié)構(gòu)診斷的樣品 的方法，樣品尤其用于透射電子顯微鏡法TEM、掃描電子顯微鏡法或X射線吸收光譜法。其 中，利用高能束沿著平的且優(yōu)選具有平行面的板的兩個(gè)相對(duì)表面中的每個(gè)表面照射板，使 得作為福射引起的材料去除的結(jié)果，在兩個(gè)表面中的每個(gè)表面中形成凹陷部，凹陷部?jī)?yōu)選 平行于中屯、板平面延伸，該發(fā)明還設(shè)及對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)的設(shè)備。
[0006] 中國(guó)專利申請(qǐng)CN201210419017. 1公開(kāi)了一種制備非晶/納米晶多層結(jié)構(gòu)薄膜的 方法。該材料的特征是；薄膜由兩種完全不同的晶體結(jié)構(gòu)（納米晶，非晶）構(gòu)成，并呈現(xiàn)非 晶層和納米晶層交替更迭的多層結(jié)構(gòu)。
[0007] 中國(guó)專利申請(qǐng)CN201410287262. 0公開(kāi)了一種儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的表征方法，W 能夠表征小于50納米的儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)。該申請(qǐng)所提供一種儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的表征 方法包括；S1，制作儲(chǔ)層薄片；S2,利用所述儲(chǔ)層薄片制作儲(chǔ)層薄片電極；S3,利用電化學(xué)沉 積在所述儲(chǔ)層薄片電極的儲(chǔ)層薄片內(nèi)部孔隙中沉積結(jié)晶物；S4,去除所述沉積結(jié)晶物的儲(chǔ) 層薄片的巖石部分W獲得所述結(jié)晶物；S5,掃描所獲得結(jié)晶物的形貌，所述掃描結(jié)果即為儲(chǔ) 層微觀孔隙結(jié)構(gòu)。通過(guò)該申請(qǐng)所提供的方法，能夠有效表征出小于50納米的儲(chǔ)層微觀孔隙 結(jié)構(gòu)。
[000引中國(guó)專利申請(qǐng)CN201010290499. 6公開(kāi)了一種多層次非晶合金基微結(jié)構(gòu)的制備方 法。該方法首先通過(guò)微加工的方法在基板上形成多凹槽多通孔結(jié)構(gòu)的第一層微結(jié)構(gòu)并充型 后，再依次制備非晶合金層與光敏樹(shù)脂層，然后經(jīng)過(guò)曝光和刻蝕的光刻方法，形成具有多凹 槽結(jié)構(gòu)的非晶合金構(gòu)成的微結(jié)構(gòu)，并充型，依次重復(fù)制備多層非晶合金構(gòu)成的微結(jié)構(gòu)，達(dá)到 所需層數(shù)，并去除填料，最終制備出所需的多層次非晶合金基微結(jié)構(gòu)。
[0009] 近年來(lái)，陳明偉教授團(tuán)隊(duì)采用埃尺度電子束，觀測(cè)到了非晶合金中1-2個(gè)尺度的 原子團(tuán)簇，尺度約為l-2nm。但該技術(shù)得到的圖像是原子團(tuán)簇的二維衍射圖像，尚無(wú)法表征 非晶合金原子團(tuán)簇的=維結(jié)構(gòu)特征。
[0010] 綜上可知，如何表征非晶合金的=維微觀結(jié)構(gòu)信息，特別是原子團(tuán)簇之間的聯(lián)結(jié) 和廣延分布特征，仍然缺乏有效的技術(shù)方法，是目前未解決的關(guān)鍵且重要科學(xué)技術(shù)問(wèn)題之 一。通過(guò)調(diào)控單個(gè)團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，W及團(tuán)簇間的聯(lián)結(jié)方式和團(tuán)簇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到調(diào)控與團(tuán)簇 結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)弛豫、磁性能等，并獲得更優(yōu)異性能的非晶合金的目的，受 到非晶合金微觀結(jié)構(gòu)表征技術(shù)水平的嚴(yán)重制約。因此，如何表征非晶合金的=維結(jié)構(gòu)信息， 面臨重要的技術(shù)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的局限性，本發(fā)明的目的在于提供一種表征非晶合金微觀結(jié)構(gòu)的方 法。利用該表征方法得到的微觀結(jié)構(gòu)可W給出非晶合金中團(tuán)簇分布及聯(lián)結(jié)信息等，從而通 過(guò)優(yōu)化快速凝固技術(shù)工藝參數(shù)，達(dá)到調(diào)控非晶合金微觀結(jié)構(gòu)的目的，W獲得優(yōu)良軟磁性能 和力學(xué)性能的非晶合金。
[001引為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了W下技術(shù)方案：
[0013] 一種表征非晶合金微觀結(jié)構(gòu)的方法，該方法依次包括樣品制備步驟、不同角度下 電鏡圖像的觀測(cè)記錄步驟W及=維圖像的合成步驟，其中：
[0014] 在所述不同角度下電鏡圖像的觀測(cè)記錄步驟中，采用透射電鏡將所述樣品同一區(qū) 域在不同傾角條件下呈現(xiàn)的圖像拍照，得到系列二維電鏡圖像；
[0015] 在所述=維圖像的合成步驟中，采用=維重構(gòu)軟件將得到的系列二維電鏡圖像進(jìn) 行傅里葉變換，并進(jìn)行=維重構(gòu)，然后進(jìn)行傅里葉反變換，從而得到所述樣品微觀結(jié)構(gòu)的 S維圖像。
[0016] 在上述方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述樣品的厚度尺寸為0. 5-500nm。更優(yōu) 選地，所述樣品的厚度尺寸為6-lOOnm。
[0017] 在上述方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述非晶材料為化基、Co基、化Ni基、 FeCo基、Ni基、A1基、Cu基、Zr基、Mg基、Pd基、稀±基、La基、Nd基、Pr基、Ce基、Ti基、 Ag基、Au基、化基、Y基、Hf基或Gd基非晶合金體系。
[0018] 在上述方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，在所述樣品制備步驟中，所述非晶材料依 次經(jīng)線切割、丙酬超聲處理、超聲切割成圓片、粘接樣品支架、加熱固化、平磨、機(jī)械減薄W 及離子束減薄，最終制備得到所需的樣品。更優(yōu)選地，所述線切割后的非晶薄片厚度尺寸不 大于0. 5mm;所述離子減薄時(shí)的離子槍的電壓不高于5kV、入射角度不高于15° ;最優(yōu)選地， 所述離子減薄時(shí)的離子槍的電壓不高于2kV、入射角度不高于4°
[0019] 在上述方法中，所述樣品的制備步驟還可W為；所述非晶材料依次經(jīng)線切割、丙酬 超聲處理、超聲切割成圓片w及電解拋光，最終制備得到所需的樣品。
[0020] 在上述方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，在所述不同角度下電鏡圖像的觀測(cè)記錄 步驟中，所述樣品同一區(qū)域在不同傾角條件下呈現(xiàn)的圖像拍照是通過(guò)如下方式獲得的：將 所述樣品安裝在透射電鏡樣品臺(tái)上，多次連續(xù)傾轉(zhuǎn)樣品臺(tái)，每次傾轉(zhuǎn)規(guī)定的角度，同時(shí)進(jìn)行 相應(yīng)圖像的拍照，所述樣品臺(tái)傾轉(zhuǎn)的總度數(shù)為120-360°，從而得到一系列相互取向已知的 二維電鏡圖像。所述每次傾轉(zhuǎn)的規(guī)定角度為0.01-3°。
[0021] 在上述方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述一系列二維電鏡圖像的數(shù)量為 40-36000 張。
[0022] 與現(xiàn)有的埃尺度電子束衍射表征技術(shù)相比，本發(fā)明的非晶合金微觀結(jié)構(gòu)表征方 法，具有明顯的創(chuàng)新性和創(chuàng)造性；首先，獲得非晶合金微觀原子團(tuán)簇的=維分布圖像，而不 僅僅是二維圖像。其次，對(duì)于樣品要求低，樣品厚度范圍寬0.5-500nm厚度的普通電鏡樣品 即可滿足表征要求。第=，無(wú)需采用球差矯正透射電子顯微鏡及獲得近似平行的埃尺度電 子束的光闊附件。第四，能夠在50nmX50nm，甚至更大尺度內(nèi)表征非晶合金的=維結(jié)構(gòu)。因 此，本發(fā)明具有技術(shù)難度低、效率高、成本低、重復(fù)性強(qiáng)、技術(shù)可靠且獲得的=維結(jié)構(gòu)信息豐 富的特點(diǎn)，適應(yīng)于非晶合金的廣泛推廣應(yīng)用。在此表征技術(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化快速凝固技術(shù) 工藝參數(shù)，調(diào)控了微觀結(jié)構(gòu)，可獲得優(yōu)良軟磁性能和力學(xué)性能的非晶合金。
【附圖說(shuō)明】
[002引圖1為本發(fā)明