[[alternative]]X-ray absorption spectroscopy study of the electronic structure of the shape memory alloys Ti50-xNi50+x

碩士[[abstract]]我們以X光吸收光譜對富鎳之鈦鎳合金Ti50-X Ni50+X (x=0，0.4，0.7，1.0，1.3，1.6)進行有系統之研究。從Ti L2，3 -edge譜中，我們發現L3的吸收峰強度，在x≤1低含量時依序的下降；但在x>1高含量時上升。而Ti 3d未占據態的變化趨勢與奧斯田體相電阻率及電子熱導率的走勢有一致性。從Ni L2，3 -edge譜中，我們發現L3的吸收峰強度，在x≤1低含量時有下降，Ni 3d未占據態的變化趨勢與麻田散體相電阻率的走勢有一致性；在x>1高含量時也是下降。從Ti 的K-edge譜中，主吸收峰只有在x=1.6強度較強，其他並無明顯的變化。從Ni 的K-edge譜中，譜形並無明顯變化，推測與熱電性質較無關聯。[[abstract]]We have performed X-ray absorption near edge structure (XANES) to study the shape memory alloys Ti50-X Ni50+X (x=0，0.4，0.7，1.0，1.3，1.6). From Ti L2，3 -edge spectra, we find that L3 absorption intensity, at x≤1, decreases systematically. While, at higher Ni concentration (x>1), the L3 absorption intensity increases. The variation of Ti 3d unoccupied states correlates well with the electric resistivity and electronic thermal conductivity of austensit phase. From Ni L2，3 -edge spectra, we find that L3 absorption intensity, at x≤1 decreases systematically, The variation of Ni 3d unoccupied states correlates well with the electric resistivity of martensite phase. While, at higher Ni concentration (x>1), the L3 absorption intensity decreases. From Ti K–edge spectra, main absorption peak only at x=1.6 has strong intensity, other no obvious change. From Ni K–edge spectrum, no significant change in the spectral shape, speculate that no related with seekback effect.[[tableofcontents]]第一章 序論 ………………………………………………………… 1 第二章 樣品簡介 …………………………………………………… 2 2.1 形狀記憶合金簡介 ………………………………………… 2 2.2形狀記憶合金的種類 ……………………………………… 4 2.3 形狀記憶合金Ti50-xNi50+x的傳輸性質 …………………… 6 第三章 X光吸收光譜簡介 ………………………………………… 11 3.1 X光吸收光譜近邊緣結構 (XANES) ……………………… 15 3.2延伸X光吸收光譜精細結構（EXAFS） …………………… 16 3.3數據分析 …………………………………………………… 20 第四章 實驗設備與量測方法 ……………………………………… 26 4.1 X光光源 …………………………………………………… 26 4.2單色儀 ……………………………………………………… 28 4.3光譜測量方式 ……………………………………………… 29 4.4測量樣品的處理與準備 …………………………………… 33 第五章 結果與討論 ……………………………………………… 34 5.1 Ti K-edge 吸收光譜 (XANES) ……………………………… 34 5.2 Ni K-edge 吸收光譜 (XANES) …………………………… 39 5.3 Ti L2, 3-edge 吸收光譜 (XANES) …………………………… 44 5.3 Ni L2, 3-edge 吸收光譜 (XANES) …………………………… 55 5.4 Ti L2, 3-edge、Ni L2, 3-edge吸收光譜 (XANES)與熱電性質比 較………………………………………………………………..65 第六章 結論 ………………………………………………………... 70 參考文獻 ……………………………………………………………... 71 圖目錄 圖2.1麻田散體之結構圖 . …. …. ….……………...........……...…......3 圖2.2奧斯田體之結構圖 …. …. …. ….….…...……………….…...3 圖2.3 Ti50-xNi50+x系列樣品在不同方法下的麻田散體開始、結束相變溫度圖…. …. …. …. …. …. …. …. …. ….….………………………....6 圖2.4 Ti50-xNi50+x系列樣品在不同方法下的奧斯田體開始、結束相變的溫度圖……………………………………………...........………….........7 圖2.5 Ti50-xNi50+x系列樣品在室溫下不同結構下的電阻率圖….…..…8 圖2.6 Ti50-xNi50+x系列樣品在室溫下不同結構下的熱電力圖…..……..9 圖2.7 Ti50-xNi50+x系列樣品在室溫下不同結構下的熱導率圖……......10 圖3.1 物質吸收截面與能量之關圖……….......……………………....13 圖3.2 XANES與EXAFS分圖………..…………………...…………...14 圖3.3 光電子平均自由路徑與能量關圖………...……………………16 圖3.4 單一散射與多重散射之示…………………...…………………17 圖3.5 以雙原子分子的情況來表示吸收光譜與光電子末態波函數係 的示意圖……………………………………………………………..18 圖3.6 出射電子受鄰近原子的背向散射，而產生干涉象....………….18 圖3.7 選擇能量底限E0值的不同法….…………………….…………21 圖3.8 X光吸收光譜之數據分析程…………………………………....25 圖4.1 X吸收光譜實驗示圖……………………………………………28 圖4.2 穿透式…………………………………………………………...29 圖4.3 X光通過物質之強度減………………………………….……...29 圖4.4 螢光式……………………….......................................................30 圖4.5 電子逸出式…………………………...…………………………31 圖4.6 光子吸收過程…………...………………………………………32 圖5.1 Ti foil標準樣品Ti K-edge歸一化吸收光譜圖……………......36 圖5.2為Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0)與Ti foil標準樣品Ti K-edge歸一化吸收光譜圖…………………………………………………………..36 圖5.3 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1) Ti K-edge歸一化吸收光譜圖......................................................................................................37 圖5.4 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=1.3)與Ti foil標準樣品Ti K-edge歸一化吸收光譜圖……………..........................................................................37 圖5.5 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=1.3、1.6) Ti K-edge歸一化吸收光譜圖 ..................................................................................................................38 圖5.6 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1、1.3、1.6) Ti K-edge歸 一化吸收光譜圖......................................................................................38 圖5.7 Ni foil標準樣品Ni K-edge歸一化吸收光譜圖.........................40 圖5.8 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0)與Ni foil標準樣品Ni K-edge歸一化吸收光譜圖..............................................................................................41 圖5.9 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1) Ni K-edge歸一化吸收光譜圖......................................................................................................41 圖5.10 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=1.3)與Ni foil標準樣品Ni K-edge歸一化吸收光譜圖..........................................................................................42 圖5.11 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=1.3、1.6) Ni K-edge歸一化吸收光譜圖..............................................................................................................42 圖5.12 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1、1.3、1.6) Ni K-edge歸一化吸收光譜圖................................................................43 圖5.13 Ti foil標準樣品的L2, 3- edge 歸一化吸收光譜圖....................47 圖5.14 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0)有麻田散體相變與Ti foil標準樣品比較之Ti L2, 3- edge 歸一化吸收光譜圖..............................................48 圖5.15 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1)有麻田散體相變之Ti L2, 3- edge歸一化吸收光譜圖..........................................................................48 圖5.16 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0)有麻田散體相變與要扣除arctangent函數背景之Ti L2, 3- edge 歸一化吸收光譜圖...................49 圖5.17 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0)有麻田散體相變扣除arctangent函數背景並fit一個Gauss峰之Ti L2, 3- edge吸收光譜圖.........................49 圖5.18為Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1)有麻田散體相變扣除arctangent函數背景，並把fit 一個Gauss峰扣除的Ti L3- edge吸收光譜圖..............................................................................................50 圖5.19 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1)有麻田散體相變之 L3- edge之面積積分曲線..............................................................................50 圖5.20為Ti50-xNi50+x系列樣品(x=1.3) 無麻田散體相變與Ti foil標準樣品比較之Ti L2, 3- edge 歸一化吸收光譜圖......................................51 圖5.21 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=1.3、1.6)無麻田散體相變之Ti L2, 3- edge 歸一化吸收光譜圖..................................................................................51 圖5.22為Ti50-xNi50+x系列樣品(x=1.3、1.6)無麻田散體相變扣除arctangent函數背景 、Gauss峰的Ti L3- edge吸收光譜圖..............................................................................................................52 圖5.23 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=1.3、1.6)無麻田散體相變之 Ti L3- edge之面積積分曲線......................................................................................52 圖5.24 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1、1.3、1.6)之 Ti L2, 3- edge 歸一化吸收光譜圖..................................................................................53 圖5.25 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1、1.3、1.6)扣除arctangent函數背景、Gauss峰的Ti L3- edge吸收光譜圖......................................53 圖5.26 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1、1.3、1.6)之Ti L3- edge之面積積分曲線......................................................................................54 圖5.27 Ni foil標準樣品的L2, 3- edge 歸一化吸收光譜圖...............58 圖5.28 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0)有麻田散體相變與Ni foil標準樣品比較之Ni L2, 3- edge 歸一化吸收光譜圖..............................................58 圖5.29 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1)有麻田散體相變之Ni L2, 3- edge 歸一化吸收光譜圖........................................................................59 圖5.30 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0)有麻田散體相變與要扣除arctangent函數背景之Ni L2, 3- edge 歸一化吸收光譜圖.................59 圖5.31 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0)有麻田散體相變扣除arctangent函數背景並fit一個Gauss峰之Ni L2, 3- edge吸收光譜圖.....................60 圖5.32 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1)有麻田散體相變扣除arctangent函數背景、Gauss峰的Ti L3- edge吸收光譜圖..............................................................................................................60 圖5.33 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1)有麻田散體相變之Ni L3- edge之面積積分曲線..............................................................................61 圖5.34 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=1.3)無麻田散體相變與Ni foil標準樣品比較之Ni L2, 3- edge 歸一化吸收光譜圖...............................................61 圖5.35 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=1.3、1.6)無麻田散體相變之Ni L2, 3- edge 歸一化吸收光譜圖..................................................................................62 圖5.36 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=1.3、1.6)無麻田散體相變扣除arctangent函數背景、Gauss峰的Ni L3- edge 吸收光譜圖..............................................................................................................62 圖5.37 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=1.3、1.6)無麻田散體相變之Ni L3- edge之面積積分曲線......................................................................................63 圖5.38 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1、1.3、1.6)之Ni L2, 3- edge 歸一化吸收光譜圖..................................................................................63 圖5.39 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1、1.3、1.6)扣除arctangent函數背景、Gauss峰的Ni L3- edge 吸收光譜圖..............................................................................................................64 圖5.40 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1、1.3、1.6)之Ni L3- edge之面積積分曲線......................................................................................64 圖5.41 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1、1.3、1.6)之Ti L3- edge之面積積分曲線與電阻率比較圖..........................................................67 圖5.42 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1、1.3、1.6)之Ni L3- edge之面積積分曲線與電阻率比較圖..........................................................67 圖5.43 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1、1.3、1.6)之Ti L3- edge之面積積分曲線與電子熱導率比較圖..................................................68 圖5.44 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1、1.3、1.6)之Ni L3- edge之面積積分曲線與電子熱導率比較圖..................................................68 圖5.45 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1、1.3、1.6)之Ti L3- edge之面積積分曲線與聲子熱導率比較圖..................................................69 圖5.46 Ti50-xNi50+x系列樣品(x=0、0.4、0.7、1、1.3、1.6)之Ni L3- edge之面積積分曲線與聲子熱導率比較圖..................................................69[[note]]學號: 604210053, 學年度: 10