电子显微分析-绪论要点.ppt

8-1 前言 ;用电子光学仪器研究物质组织、结构、成份的技术称为电子显微术。 众所周知，现代科学技术的迅速发展，要求材料科学工作者能够及时提供具有良好力学性能的结构材料及具有各种物理化学性能的功能材料。而材料的性能往往取决于它的微观结构及成分分布。因此，为了研究新的材料或改善传统材料，必须以尽可能高的分辨能力观测和分析材料在制备、加工及使用条件下（包括相变过程中，外加应力及各种环境因素作用下等）微观结构和微区成分的变化，并进而揭示材料成分—工艺—微观结构—性能之间关系的规律，建立和发展材料科学的基本理论。改炒菜式为合金设计。 ;8-2 发展史;X射线波长(为0.01～10nm)之短，比可见光波中最小的紫外线的波长（为365nm）小得多。这么小得波长且具有很强穿透本领的射线，当然是制造具有超级分辩率显微镜的理想光源。然而，令人遗憾的使，当时人们并无办法制造出能使X射线像光学那样聚焦的透镜。当然，现在科学家已研制出多种可将X射线聚焦的方法。方法之一就是利用梭拉光阑和狭缝光阑使发散的X射线聚焦。 X射线虽然未能在显微镜方面发挥作用，但却给了科学家们一个重要的启示，那就是在这个世界上仍然存在着比光波波长更短的“光线”。而这正是制造超级显微镜的希望所在。;; 例如，如果电子在6万伏的电场中加速运动，其电子波长大约为0.005nm，而如果加速电压提升至20万伏，则电子的波长减小一般，约为0.0025nm。这么小的波长正是制造超高分辨率显微镜的绝好“光源”。而由当时已知的X射线在晶体中的衍射行为，人们也可推知电子波在晶体中也应有类似的衍射。形式看起来不错，但是且慢，阻碍X射线显微镜发展的问题在此再一次浮现。电子束能象光线那样被透镜聚焦吗？换句话说，与光学玻璃透镜功能相对应的电子透镜存在吗？事实是，在德布罗意阐明电子波动性的1924年，电子透镜并不存在，但是她的诞生也不远了。; 紧随德布罗意的电子波动性理论之后，另一位量子力学的著名奠基人之一奥地利的物理学家薛定锷受爱因斯坦的启发，利用几百年前哈密顿提出的粒子运动动力学与光学的相似性理论，于1926年成功地推导出电子波在电磁场中的运动方程。将当时已成规模的量子力学理论推向了更高层次，可以解释在此之前量子力学所不能解释的原子或分子光谱的原理。薛定锷因此获得了1933年的诺贝尔物理学奖。不仅如此，薛定锷方程阐明了电子的传播动力学轨迹与光学系统的概念相对应的事实。如果假如光波的传播介质（如玻璃）之折射常数正比于电子运动速度，则电子波在电磁场中传播与光波（光波是一种电磁波）在介质中传播可以完全比拟。这一重要的可比性，提出了一个问题，光波既然可经透镜聚焦，电子束也应该可以聚焦。但是如何实现呢？;历史的巧合常令人感到不可思议。就在薛定锷于1926年奠定电子波在电磁场中传播的理论基础的几乎同时，布施（H. W. H. Busch,德国人）经过对阴极射线的断断续续15年的研究，终于在1926年至1927年先后发表数篇文章报道了轴对称电磁场对电子束的透镜聚焦效应，从而一举奠定了几何电子光学基础。 到了1927年，几何电子光学无论在理论还是在实践上都意初具规模。以电子光学为基础的电子显微镜（简称电镜）的发明事后看来也是顺理成章。;电子显微镜最早的发明工作现在公认开始于德国的工程师、物理学家（Ernst Ruska，1906－1988）。事情源于1927年布施发现了轴对称电场或磁场对电子束的聚焦效应之后，英国的物理学家盖博（Dannis Gabor,匈牙利裔）当时正在德国的柏林高等工业学院（柏林高工，今技术大学）工作，他利用此一电子束聚焦原理制成了一种简单的阴极射线示波器。当时柏林高工想把这种仪器进一步改善后用于高压电及真空技术方面的研究。负责这一计划的是当时的一位助教——诺尔博士，鲁斯卡就是当时诺尔指导下的几个学生之一。;鲁斯卡于1906年12月25日圣诞节之日出生于德国海德堡的一个科学之家，父亲是一位大学教授。在七位兄弟姐妹中排行第五。鲁斯卡在该计划中的具体任务是研发能用于制造所需真空系统的材料，同时鲁斯卡本人也对电子射线的光学行为具有浓厚的兴趣。 鲁斯卡在科学生涯中完成的第一项工作是于1928年至1929年验证布施提出的通电线圈产生的磁场具有对电子射线的聚焦的作用。在这一工作中，鲁斯卡意识到如果在线圈外加一个铁盖，可以缩短电磁透镜的焦距。受此启发，鲁斯卡动手制作了真正意义上的电磁透镜，从而开启了研发电子显微镜的进程。鲁斯卡设计的这种电磁透镜直到现在都还应用于电子显微镜中，只是制作工艺更加精良。 ;鲁斯卡的第一件改制品于1929年制成，这是一台装有单一磁透镜的“电子放大镜”。光源部分是一个阴极射线管，其发射的电子束可被一个通电线圈制成的磁场电子透镜聚焦，透镜后面有样