一種表征非晶合金微觀結構的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種微觀結構表征方法，特別設及一種表征非晶合金微觀結構的方 法，利用該方法得到的微觀結構可W給出非晶合金中原子團簇分布及聯結信息，屬于非晶 合金材料結構表征技術領域。
【背景技術】
[0002] 最近十年的研究成果指出，非晶合金由原子團簇密堆而成，同時團簇之間可共用 點、線、面進行相互聯結，從而形成=維空間的網絡結構。非晶合金的性能設計、優化、調控 等技術，均W非晶合金中的短程序結構、即原子團簇為基礎。非晶合金中原子團簇是決定著 非晶合金宏觀性質的最基本結構單元，是非晶材料的"基因"，是體現其宏觀性能的載體。
[0003] 目前，非晶合金的微觀結構表征多采用統計物理、模型化、計算機模擬W及間接實 驗方法，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構，而且僅能提供二維結構信息，無法提供= 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簇重疊的平均結果，無法表征=維結構及團簇聯結信息。
[0004] 由于非晶合金的原子團簇等微觀結構信息一直缺乏直觀的表征手段，存在著許多 與微觀結構相關的前沿科學及技術問題尚未解決，例如弛豫脆性、力學性能、軟磁性能調 控、高性能非晶材料的設計開發等微觀機理問題。在無法表征微觀結構的情況下，無法建立 該些宏觀性能與結構的關聯。如何表征非晶合金的微觀結構特征，一直是非晶物理和材料 領域急待解決的核屯、技術問題之一。該既關系到非晶合金的機理研究，又關系到非晶合金 的應用。
[0005] 中國專利申請CN201280052310. 7公開了一種設及制備用于微觀結構診斷的樣品 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選具有平行面的板的兩個相對表面中的每個表面照射板，使 得作為福射引起的材料去除的結果，在兩個表面中的每個表面中形成凹陷部，凹陷部優選 平行于中屯、板平面延伸，該發明還設及對應設計的設備。
[0006] 中國專利申請CN201210419017. 1公開了一種制備非晶/納米晶多層結構薄膜的 方法。該材料的特征是；薄膜由兩種完全不同的晶體結構（納米晶，非晶）構成，并呈現非 晶層和納米晶層交替更迭的多層結構。
[0007] 中國專利申請CN201410287262. 0公開了一種儲層微觀孔隙結構的表征方法，W 能夠表征小于50納米的儲層微觀孔隙結構。該申請所提供一種儲層微觀孔隙結構的表征 方法包括；S1，制作儲層薄片；S2,利用所述儲層薄片制作儲層薄片電極；S3,利用電化學沉 積在所述儲層薄片電極的儲層薄片內部孔隙中沉積結晶物；S4,去除所述沉積結晶物的儲 層薄片的巖石部分W獲得所述結晶物；S5,掃描所獲得結晶物的形貌，所述掃描結果即為儲 層微觀孔隙結構。通過該申請所提供的方法，能夠有效表征出小于50納米的儲層微觀孔隙 結構。
[000引中國專利申請CN201010290499. 6公開了一種多層次非晶合金基微結構的制備方 法。該方法首先通過微加工的方法在基板上形成多凹槽多通孔結構的第一層微結構并充型 后，再依次制備非晶合金層與光敏樹脂層，然后經過曝光和刻蝕的光刻方法，形成具有多凹 槽結構的非晶合金構成的微結構，并充型，依次重復制備多層非晶合金構成的微結構，達到 所需層數，并去除填料，最終制備出所需的多層次非晶合金基微結構。
[0009] 近年來，陳明偉教授團隊采用埃尺度電子束，觀測到了非晶合金中1-2個尺度的 原子團簇，尺度約為l-2nm。但該技術得到的圖像是原子團簇的二維衍射圖像，尚無法表征 非晶合金原子團簇的=維結構特征。
[0010] 綜上可知，如何表征非晶合金的=維微觀結構信息，特別是原子團簇之間的聯結 和廣延分布特征，仍然缺乏有效的技術方法，是目前未解決的關鍵且重要科學技術問題之 一。通過調控單個團簇結構，W及團簇間的聯結方式和團簇網絡結構，從而達到調控與團簇 結構密切相關的力學性能、結構弛豫、磁性能等，并獲得更優異性能的非晶合金的目的，受 到非晶合金微觀結構表征技術水平的嚴重制約。因此，如何表征非晶合金的=維結構信息， 面臨重要的技術需求。
【發明內容】
[0011] 針對現有技術的局限性，本發明的目的在于提供一種表征非晶合金微觀結構的方 法。利用該表征方法得到的微觀結構可W給出非晶合金中團簇分布及聯結信息等，從而通 過優化快速凝固技術工藝參數，達到調控非晶合金微觀結構的目的，W獲得優良軟磁性能 和力學性能的非晶合金。
[001引為了實現上述目的，本發明采用了W下技術方案：
[0013] 一種表征非晶合金微觀結構的方法，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記錄步驟中，采用透射電鏡將所述樣品同一區 域在不同傾角條件下呈現的圖像拍照，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=維重構軟件將得到的系列二維電鏡圖像進 行傅里葉變換，并進行=維重構，然后進行傅里葉反變換，從而得到所述樣品微觀結構的 S維圖像。
[0016] 在上述方法中，作為一種優選實施方式，所述樣品的厚度尺寸為0. 5-500nm。更優 選地，所述樣品的厚度尺寸為6-lOOnm。
[0017] 在上述方法中，作為一種優選實施方式，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，作為一種優選實施方式，在所述樣品制備步驟中，所述非晶材料依 次經線切割、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、機械減薄W 及離子束減薄，最終制備得到所需的樣品。更優選地，所述線切割后的非晶薄片厚度尺寸不 大于0. 5mm;所述離子減薄時的離子槍的電壓不高于5kV、入射角度不高于15° ;最優選地， 所述離子減薄時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，作為一種優選實施方式，在所述不同角度下電鏡圖像的觀測記錄 步驟中，所述樣品同一區域在不同傾角條件下呈現的圖像拍照是通過如下方式獲得的：將 所述樣品安裝在透射電鏡樣品臺上，多次連續傾轉樣品臺，每次傾轉規定的角度，同時進行 相應圖像的拍照，所述樣品臺傾轉的總度數為120-360°，從而得到一系列相互取向已知的 二維電鏡圖像。所述每次傾轉的規定角度為0.01-3°。
[0021] 在上述方法中，作為一種優選實施方式，所述一系列二維電鏡圖像的數量為 40-36000 張。
[0022] 與現有的埃尺度電子束衍射表征技術相比，本發明的非晶合金微觀結構表征方 法，具有明顯的創新性和創造性；首先，獲得非晶合金微觀原子團簇的=維分布圖像，而不 僅僅是二維圖像。其次，對于樣品要求低，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，甚至更大尺度內表征非晶合金的=維結構。因 此，本發明具有技術難度低、效率高、成本低、重復性強、技術可靠且獲得的=維結構信息豐 富的特點，適應于非晶合金的廣泛推廣應用。在此表征技術基礎上，通過優化快速凝固技術 工藝參數，調控了微觀結構，可獲得優良軟磁性能和力學性能的非晶合金。
【附圖說明】
[002引圖1為本發明