agtio2光催化剂的sem 图应该怎样分析

一般应该是对比Ag/TiO2和TiO2之间的SEM，具体分析的内容应该包括：

Ag粒子在TiO2表面的分布是否均匀；

Ag/TiO2和TiO2单一样品（如球或是花）的尺寸变化（均匀，变大，变小）

Ag/TiO2和TiO2整体样品的均匀性和分散性；

Ag纳米粒子的颗粒大小。

涵盖了这几方面就足够了

银盐CTP版材物理显影过程及银堆积形态的研究

在感光科学中,卤化银的显影过程可分为化学显影和物理显影两大类.二者的区别在于:在化学显影过程中,银离子是来自于卤化银晶格,催化银离子还原的是卤化银晶体曝光后产生的潜影中心,显影之后得到丝状金属银而在物理显影过程中,银离子是以络合离子的形式存在于溶液中,络合银离子与显影剂在物理显影核(重金属硫化物或重金属胶体粒子)的催化下发生氧化还原反应,生成的金属银沉积在物理显影核的表面,一般呈颗粒状.基于物理显影原理的银盐扩散转移体系在一步摄影、直接制版印刷等多方面得到了广泛的应用,特别是随着印刷工艺的数字化,计算机直接制版(CTP)成为印刷技术的发展方向,银盐扩散型CTP版材因其特有的优点而受到重视.在银盐型CTP体系中,银的堆积形态及密度等对版材的亲油亲水性能、耐印率有很大影响.陈萍[3]等人发现物理显影核与介质对扩散转移体系银影像的堆积形态有不同影响,造成了影像的覆盖力和色调的差异.在Hunsel①的实验中,抑制剂使物理显影银的吸收峰位置红移,表明银的堆积形态发生了变化.本文利用高分辨率的场效应扫描电子显微镜(SEM,ScanElec tronicMicroscopy)观察了曝光量、络合剂等因素对银盐CTP体系物理显影银堆积形态的影响,并利用一维线阵CCD(ChargeCoupledDevice)装置实时监测了版材的物理显影过程.

1 实验部分

1.1 实验原理

实验所用的银盐CTP版材由铝基、物理显影核层与卤化银感光层组成,如图1所示.版材经曝光后,使用显定合一的加工处理液,在曝光部分的卤化银发生化学显影的同时,未曝光部分的卤化银被加工液中的银络合剂络合成可自由移动的络合银离子,并扩散转移到物理显影核层,由显影剂还原成银.用水洗液将乳剂层洗去后,露出附着在铝基上的物理显影银影像.在印刷时,该影像区呈现亲油性,非影像区为亲水性,这样便可实现图文由印刷版向纸张的转移.

图1 银盐CTP版材加工过程示意图

1.2 实验仪器、药品

1.2.1 实验所用版材为自制的铝基银盐CTP版材,结构如图1所示.

1.2.2 显影药液主要成分:氢氧化钾、对苯二酚、亚硫酸钠、络合剂等.

1.2.3 SEM所用仪器为JSM 6301F型扫描电子显微镜.

1.2.4 监测物理显影过程的仪器为自组装的2048单元线阵CCD装置,其原理详见前文.

2 结果与讨论

2.1 不同曝光量下的物理显影银堆积形态

由于扩散转移过程中未曝光的卤化银在物理显影核层上形成正像,因此其感光特性曲线与化学显影得到的负性特性曲线相反,即未曝光区的物理显影银影像密度高,曝光区的物理显影银密度低.将CTP版材进行光楔曝光,显影加工后,利用扫描电镜观察不同曝光级的物理显影银结构,结果如图2所示.其中白色部分为金属银,黑色部分为基底,银影像的反射密度标于相应的照片下.由图中可以看出,对于不同曝光级,物理显影银都呈颗粒状.在较弱曝光级,物理显影银颗粒数目多,堆积紧密,这也是影像区呈现亲油性的主要原因.

随着曝光量的增强,银颗粒数目逐级减少,影像的反射密度也逐级降低.这是因为随着曝光量的增加,乳剂层中化学显影过程增强,消耗了卤化银,降低了络合银离子的浓度,因而在物理显影核层沉积形成的银颗粒数量减少.在较强曝光区,只有少量的物理显影银颗粒零散地分布在版材表面,银影像密度只有0 18,版材表面变成了亲水性.

图2 不同曝光级的物理显影银电镜照片

2.2 络合剂对物理显影银堆积的影响

在银盐扩散转移体系中,络合剂的主要作用是将未曝光的卤化银络合、搬运到物理显影核层.因此,络合剂将对物理显影银的形态有重要的影响.将CTP版材在含不同络合剂的显影液中加工处理,得到的版材电镜照片如图3所示.当络合剂为硫代硫酸钠时,物理显影银为大小约80～150nm、形状规则的颗粒,并且堆积紧密(图3a)当络合剂为有机胺时,得到的物理显影银呈枝状,零散地分布在版材表面,也有部分区域聚集成松散的团状(图3b),这可能与有机胺的低络合能力有关当络合剂为嘧啶化合物时,经地长时间显影,得到的银影像密度依然很低,而没有做电镜照片.

图3 不同络合剂时物理显影银电镜照片

a:硫代硫酸钠,b:有机胺,c:硫代硫酸钠+嘧啶化合物,d:有机胺+嘧啶化合物

表1列出的是三种络合剂的络合常数,其中,有机胺的络合能力比硫代硫酸钠要弱.当使用络合能力强的硫代硫酸钠时,乳剂层中未曝光的卤化银颗粒被迅速地络合溶

解,扩散到物理显影核层,经催化还原得到了较高密度的银影像.络合能力较弱的有机胺只能络合搬运少量的卤化银,得到低密度的银影像.虽然嘧啶化合物的络合常数比较高,但是在本实验中单独使用嘧啶化合物时,并没有银影像生成.这是因为嘧啶化合物与银离子形成的络合物分子体积较大,在明胶层中的扩散系数较低,转移银离子到影像接收层速度也低.因此,长时间显影也无法得到高密度的影像.这说明络合剂对扩散转移体系物理显影过程的影响主要在两个方面:络合剂与卤化银的络合速度以及络合银离子的扩散转移速度.因此,在选择络合剂时,不仅要求络合剂有足够的络合能力,还应该有较高的扩散能力.

将嘧啶化合物作为辅助络合剂加入显影液中时,得到的银颗粒形态发生了很大变化.与单独使用硫代硫酸钠时相比,加入了嘧啶化合物之后,银颗粒尺寸减小至50～120nm,堆积更加紧密(图3c).与单独使用有机胺相比,加入嘧啶化合物后,枝状银的量明显增加,影像密度也由0 27增加到0 69,并且有一些直径达300nm的大颗粒银生成,如图3d所示.这种现象可能是因为嘧啶化合物促进了乳剂层中卤化银的络合过程,并且对于络合能力差的有机胺影响较大.络合剂对物理显影过程的影响还表现在显影速率上.我们用自组装的CCD装置观察了显影过程,得到如图4所示结果.其中,曲线下降的越快,表明物理显影银的生成速度也越快.当络合剂为嘧啶化合物时,在监测时间之内,曲线没有变化,表明版材的表面基本没有物理显影银生成.

图4 络合剂对显影过程的影响

当络合剂为有机胺或硫代硫酸钠时,显影初期的显影速度都比较快.随着显影过程的进行,与硫代硫酸钠相比,有机胺作为络合剂时的显影过程很快减缓并趋于终止.我们认为,这是由于两种络合剂的络合常数不同造成的.随着显影的进行,乳剂层中的卤素离子浓度增高,受络合平衡的影响,络合常数低的有机胺已经不能将卤化银络合成可自由移动的络合银离子,从而使物理显影过程接近终止.由于硫代硫酸钠的络合常数较高,其络合平衡不受乳剂层中的卤素离子浓度的影响,因此可以使更多的卤化银被络合转移到影像接收层发生物理显影,生成的银量也较多.当硫代硫酸钠和嘧啶同时使用时,初期的显影速度得到了提高,显然是由于两种络合剂配合使用,加快了卤化银的络合及扩散过程.

2.3 温度的影响

在硫代硫酸钠作为络合剂时,分别在20℃和40℃进行显影,电镜照片见图5.由图中可以看出,显影得到的银都是较规则的球状颗粒,堆积都比较紧密,说明在该温度范围内,温度对其堆积状态没有明显的影响.但20℃时得到的颗粒直径为100～200nm,而40℃时得到的颗粒直径普遍较小,约为50～150nm.

a:20℃ b:40℃

图5 不同温度下物理显影银的电镜照片

图6是分别在20℃、30℃和40℃显影时监测到的物理显影动力学过程,从图中可以看出,随着温度的升高,曲线下降速度加快,表明物理显影速度的加快.影像密度也得到提高,依次为0 88,0 98,1 05.显然,温度的升高促进了银离子的络合、扩散及还原速度,加快了银在显影核上的沉积,而较快的沉积速度有利于尺寸较小的银颗粒的生成,从而得到如图5所示的结果.

3 结论

3.1 利用高分辨率的扫描电子显微镜观察了不同曝光区物理显影银的堆积状态,在弱曝光区银颗粒多、堆积紧密,是影像具有亲油性的主要原因.

3.2 络合剂对银颗粒的形态有显著影响:络合常数大时显影速度快,形成高密度、堆积紧密的银颗粒络合常数小时显影速度慢,形成低密度的枝状银,银络合物的扩散能力对转移过程也有很大影响.

3 3 温度较高时显影速度快,得到的银影像密度高,银颗粒尺寸较小.

聚焦离子束扫描电镜双束系统（FIB-SEM）是在SEM的基础上增加了聚焦离子束镜筒的双束系统，同时具备微纳加工和成像的功能，广泛应用于科学研究和半导体芯片研发等多个领域。本文记录一下FIB-SEM在材料研究中的应用。

以目前实验室配有的FIB-SEM的型号是蔡司的Crossbeam 540为例进行如下分析，离子束最高成像分辨率为3nm，电子束最高分辨率为0.9nm。该系统的主要部件及功能如下：

1.离子束： 溅射（切割、抛光、刻蚀）；刻蚀最小线宽10nm，切片最薄3nm。 

2.电子束 ： 成像和实时观察

3.GIS(气体注入系统)： 沉积和辅助刻蚀；五种气体：Pt、W、SiO2、Au、XeF2(增强刻蚀SiO2)

4.纳米机械手：  转移样品 

5.EDS： 成分定量和分布

6.EBSD ： 微区晶向及晶粒分布

7.Loadlock（样品预抽室）： 快速进样，进样时间只需~1min

由上述FIB-SEM的一个部件或多个部件联合使用，可以实现在材料研究中的多种应用，具体应用实例如下：

图2a和b分别是梳子形状的CdS微米线的光学显微镜和扫描电镜照片，从光学显微镜照片可以看出在CdS微米线节点处内部含有其他物质，但无法确定是什么材料和内部形貌。利用FIB-SEM在节点处定点切割截面，然后对截面成像和做EDS mapping，如图2c、d、e和f所示，可以很直观的得到在CdS微米线的节点处内部含有Sn球。

FIB-SEM制备TEM样品的常规步骤如图3所示，主要有以下几步：

1）在样品感兴趣位置沉积pt保护层

2）在感兴趣区域的两侧挖大坑，得到只有约1微米厚的薄片

3）对薄片进行U-cut，将薄片底部和一侧完全切断

4）缓慢移下纳米机械手，轻轻接触薄片悬空的一端后，沉积pt将薄片和纳米机械手焊接牢固，然后切断薄片另一侧，缓慢升起纳米机械手即可提出薄片

5）移动样品台和纳米机械手，使薄片与铜网（放置TEM样品用）轻轻接触，然后沉积pt将薄片和铜网焊接牢固，将薄片和纳米机械手连接的一端切断，移开纳米机械手，转移完成

6）最后一步为减薄和清洗，先用大加速电压离子束将薄片减薄至150nm左右，再利用低电压离子束将其减薄至最终厚度（普通TEM样品<100nm，高分辨TEM样品50nm左右，球差TEM样品<50nm）

一种如图4a所示的MoS2场效应管，需要确定实际器件中MoS2的层数及栅极（Ag纳米线）和MoS2之间的距离。利用FIB-SEM可以准确的在MoS2场效应管的沟道位置，垂直于Ag纳米线方向，提出一个薄片，并对其进行减薄，制备成截面透射样。在TEM下即可得到MoS2的层数为14层（图4c）， Ag纳米线和MoS2之间的距离为30nm（图4b）。

图5是一种锰酸锂材料的STEM像，该样品是由FIB-SEM制备，图中可以看到清晰的原子像。这表明FIB-SEM制备的该球差透射样非常薄并且有很少的损伤层。

FIB-SEM还可以进行微纳图形的加工。

图6a 是FIB-SEM在Au/SiO2上制备的光栅，光栅周期为150nm，光栅开口为75nm。

图6b 是利用FIB-SEM在Mo/石英上做的切仑科夫辐射源针尖，针尖曲率半径为17nm。

图6c 是在Au膜上加工的三维对称结构蜘蛛网。

图6d 是FIB-SEM在硅上刻蚀的贺新年图案，图中最小细节尺寸仅有25nm。

FIB-SEM可以对材料进行切片式的形貌和成分三维重构，揭示材料的内部三维结构。大概过程如图7a所示， FIB切掉一定厚度的样品，SEM拍一张照片，重复此过程，连续拍上百张照片，然后将上百张切片照片重构出三维形貌。图7b是一种多孔材料内部3×5×2um范围的三维重构结果，其实验数据是利用FIB-SEM采集，三维重构是利用Avizo软件得到，其分辩率可达纳米级，展示了内部孔隙的三维空间分布，并可以计算出孔隙的半径大小、体积及曲率等参数。

利用FIB-SEM配有的纳米机械手及配合使用离子束沉积Pt，可以实现微米材料的转移，即把某种材料从一个位置（衬底）转移到特定位置（衬底），并固定牢固。图8是把四针氧化锌微米线从硅片转移到两电极的沟道之间，从而制备成两个微米线间距只有1um的特殊器件。

最后，FIB-SEM还有很多其他的应用，例如三维原子探针样品制备，芯片线路修改等。总之FIB-SEM是材料研究中一个非常重要的手段。

不积珪步，无以至千里；不积细流，无以成江海。做好每一份工作，都需要坚持不懈的学习。

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