如何用物理的方法制作一个千层蛋糕?

作者: 想吃好吃的小明

来源: 中科院物理所

发布日期: 2023-01-30 13:33:54

本文介绍了如何用物理的方法制作材料,比喻为制作美食,详细描述了多晶材料和薄膜材料的制备过程,以及材料制备后的表征方法。

俗话说,民以食为天。不只不觉兔年的春节已经结束,想必这些日子,小伙伴们享受了各种美食吧!对于小编来说,享受美食就是最幸福的事情!而众所周知,烹饪食物的方法千变万化:煎、炒、烹、炸、蒸;煮、炖、煲、烧、焖;熘、烤、熬、焗、汆。采用的食材也是多种多样,一般来讲,可以将食材或完整地烹饪,或切块、切片、切丝;或剁碎;或研磨成粉、成泥再加。在烹饪过程中或单独蒸煮、或将食材混合,当然不忘了加入各种调料。

最后,一盘香喷喷的美食就出锅了!

对于物理学家来说,很多重要的物理都隐藏在各式各样的材料中。比如金属、半导体、超导体,或者说块状单晶、多晶合金、薄膜材料、纳米片中。制作这些材料的过程也就像“炒菜”一样:将各样的化合物,像食材一样进行一些加工。将化学原料经过一系列方法分解、合成使其产生化学反应,从而将不同的元素组合在一起。最后进行各种方法处理得到最终想要的材料或样品。

今天,小编就带大家盘点一些常见的材料制备方法。在做饭之前我们要确定使用的食材,制作材料也一样,第一步就是选用合适的反应原料。制备多晶材料的一种常见方法是固相合成法。固相合成法就是整个反应过程原材料和产物都处于固态。首先将反应原料按照一定的化学计量比例混合在一起,一般原料都是粉末状的化学药品。配料室-摆放整齐的瓶瓶罐罐值得注意的是,如果反应原料容易氧化、潮湿,则需要在充满惰性气体的。

手套箱中进行药品称量及混合过程。

薄膜是指具有单层或者多层原子、分子层的材料。相比于三维的块状晶体,薄膜材料在厚度方向上的原子排列的周期性消失,导致其会出现对应块体材料所不具备的特性,这使得薄膜材料是凝聚态物理研究中不可或缺的部分。生长薄膜的基本原理是通过加热或利用离子、激光轰击的方式使原子或分子脱离靶材,最终沉积在某种的衬底上。

通过先后顺序沉积不同物质的原子分子还可以构建薄膜异质结,即由两种物质组成的界面。以此可以探查某些界面效应。

有些材料在完成制备后可能还会存在一些缺陷。比如对于一些含铁的晶体,铁离子可能会存在于晶体层间的间隙中从而改变晶体的磁性或者影响其性质;或者一些晶体在烧结过程中由于环境缺氧导致其内部出现很多缺陷从而对其性能不利。这时可以采用退火的方式,也就是将材料再置于一定的气体氛围,在较低的温度下保持一段时间,即可将晶体内部的缺陷减少,以提高材料性能。

在制备好了我们所需的材料后,需要用一些方法对这些材料进行表征,以检验我们制作的样品的质量。首先利用光学显微镜可以直接观察样品的形状样貌。由于可见光波长存在衍射极限,其空间分辨能力是有限的。所以要想看到更微观更清晰的样品形貌,可以利用波长更短的电子束制作显微镜,也就是扫描电子显微镜。

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