应用激光诱导击穿光谱的表面硬度测量半岛综合体育官方APP下载德甲

理查德·d·皮尔金顿^一个j·斯图亚特·奥斯汀^一个和约翰·s . Cowpe^b

^一个焦耳物理实验室、材料与物理研究中心、索尔福德大学英国索尔福德,M5 4 wt,。
电子邮件:(电子邮件保护)
^b同位素地球化学和宇宙化学集团、曼彻斯特大学、英国曼彻斯特,M13 9 pl,

介绍

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一个强大的光发射光半岛综合体育官方APP下载德甲谱学(OES)分析工具能够抽样固体,液体和气体的研究和工业应用。采用脉冲激光汽化并激发一个分析物形成瞬态等离子体或羽后来扩展离开样品表面。放松的光学发射等离子体中的兴奋物种产量测试各种材料的属性信息。库在历史上一直是一个定性的技术,但是近年来它已经发展成为一个定量材料显微分析技术,能够确定的元素组成的固体、液体和气体以及确定各种材料特性。

的基础LIBS技术需要形成一个短暂的,瞬态等离子体测试样本。高强度,脉冲激光辐射聚焦到样品,如果激光能量密度超过material-specific阈值,通常10⁹-10年¹⁴W m²样本是熔化形成羽传播距离样品表面(见图1)。

图1所示。非分散的形象扩大激光羽。

中性粒子的熔化的材料组成,自由电子和离子物种,并扩大高温等离子体,大约10³-10年⁵k .兴奋的光发射的光谱分析等离子体物种使识别材料的分析。通常扩大等离子体的光发射是分散的,随后被捕获并分析(见图2)。

图2。激光诱导击穿光谱一般设置。半岛综合体育官方APP下载德甲

捕获的发射光谱提供信息关于样品的元素组成,温度和粒子密度的等离子体,等离子体fractionalisation的程度。适当推迟封闭捕捉光谱使时间调查的等离子体动力学特征和扩张。填词的多功能性已经见过工作在许多工业、环境、生命科学和考古应用,给几个例子。在过去的十年中少数出版物突出了利用LIBS的可能性的某些物理性质的测量固体硬度等。本文将集中讨论如何LIBS可以用来获得原位硬度测量。

一般的应用中

自1962年首次出版,¹幽默已经成为建立一种多功能分析工具。今年更多的研究被报道在这个扩展字段(参见图3)。

图3。填词出版物每年从“网络科学”。>

虽然仍有研究开发的技术与使用库进行定性和定量分析,该技术已经成为建立在许多不同的领域。这些包括微量元素映射,²取证,³最优化方法进行样本分类,⁴考古人类学,⁵聪明的手术仪器,⁶癌症检测,⁷歧视的菌株⁸和硬度研究等。

使用中硬度的分析

的定义材料的硬度与抗变形、磨损、压痕等很难量化,和测量相对于其他可量化的参数,如抗拉强度、弹性模量、摩擦系数等。硬度测量不给材料的直接指示的功能属性,但是他们直接与相关材料的强度和耐磨性。

一个共同的标准硬度测量工具使用的维氏硬度试验涉及一个缩进的光学测量领域应用负载;使用维氏硬度的硬度测量数量(VHN)。标准仪器实施特定的样品需求,包括表面光洁度和样品尺寸,因此通常不能作为原位技术。中提供了可能原位硬度测量,没有之前的样品制备。

2006年Tsuyukiet al。⁹发表第一篇论文,建立了一个联系钙发射谱线的强度比和混凝土强度,从而推断材料硬度可以推断出激光等离子体的分析。这项工作之后,调查不同由Abdel-Salam钙化组织材料et al。¹⁰谁显示Ca的原子线强度比率的值_二世:Ca_我和毫克_二世:毫克_我可以与组织硬度。他们最初有关这种相关性的排斥力激光冲击波,这是确认和证明实验。Abdel-Salamet al。还发现,有一个关联的离子原子谱线发射率和固体钢的表面硬度的目标。库是用来测量离子锆原子谱线强度比(我离子:我原子)在专门准备的钢合金,以前热处理获得不同的表面硬度。¹¹

填词索尔福德大学在光子学研究小组调查了表面硬度测量之间的关系三个apatite-based bio-ceramics离子和中性的发射率,等离子体激发温度和等离子体电离作用平衡温度。

等离子体的发射光谱羽收集使用光纤耦合的入口狭缝阿克顿研究光谱Pro 500我0.5米的成像光谱仪。谱仪的输出耦合是普林斯顿大学仪器PI-MAX ICCD(强化电荷耦合器件)相机,利用近聚焦MCP(微通道板)增强器和一个1024×256像素热电的CCD阵列冷却。每个获得的积分时间固定在500 ns和捕获延迟时间后被固定在4µs激光发射。25个人LIBS测量进行的每个样品在相同的实验条件下。

众所周知,特定的发射谱线容易固执己见,在极端的情况下逆转,在典型的填词等离子体条件下遇到;这可能腐败的等离子体诊断测量。为了减少自吸收的影响研究是可取的发射谱线引起的微量组分的分析物,更可取的选择不对应的发射谱线谐振转换。

中性278.30毫克(I)和离子毫克(II) 279.55 nm的发射谱线被认为是在我们的研究中bio-ceramic材料的硬度测定。结果表明,发射谱线的值比的变化可以解释为不同目标材料的硬度(见图4)。

图4。比离子毫克(II)和中性毫克(I) vs VHN发射谱线强度。

Saha-Eggert方程涉及两个发射谱线的比例等离子体电离作用温度(假设局部热力学平衡,LTE):

所有条款通常的含义。

因此,可以将硬度值与等离子体电离作用温度(见,例如,图5)。

图5。温度对VHN电离作用。

尽管这是一个要求等离子体在LTE的理论解释的电离作用温度的比值两个发射谱线,在激光瞬态等离子体这个条件可能不是礼物。电离作用温度的变化值仍然可以解释为不同目标材料的硬度。

line-to-continuum比例法确定等离子体激发温度、T_e,这也导致了一个线性关系bio-ceramic材料的维氏硬度值。¹²

其他出版工作表明填词的多功能性。Vitkovaet al。¹³使用技术来研究砖烧成温度相关的硬度,而李小君et al。调查了衰老T91钢的特点(包括硬度)。¹⁴

总之,激光诱导击穿光谱不应被视为只是一个光谱化学分析技术,但应该承认作为一个灵半岛综合体育官方APP下载德甲活的工具能够在线反馈在生产过程,外科干预和表面硬度的测量。

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