材料研究方法011透射电子显微镜1.ppt

透射电子显微镜 透射电子显微镜的主要功能 成像： 明场像，暗场像 格子像，原子像 衍射 电子衍射 简单晶体对X射线与电子束的衍射 1、原子群对X射线的散射 在X射线传播中，如与一群原子相遇，则每个原子均可视为一个点光源，向四周发出散射X射线。N个原子在点P的散射波总振幅Ep为： 简单晶体对X射线与电子束的衍射 1、原子群为简单晶体的情况 这里所说的简单晶体是指由同种原子构成的，每个晶胞只含1个原子的晶体。 简单晶体对X射线与电子束的衍射 原子[mnt]的位矢rmnt为： 衍射矢量方程及厄瓦尔德图解 衍射矢量方程 厄瓦尔德图解：衍射矢量方程与倒易点阵结合，表示衍射条件与衍射方向 利用厄瓦尔德图解释晶体的衍射现象 1、劳埃法：单晶体试样固定不动，采用连续X射线 电子衍射与电子衍射仪 ★薄晶体的电子衍射特征： ⑴厄瓦尔球半径比倒易矢量大几十倍 ⑵衍射角很小，衍射线集中在前方 ⑶倒易点被拉长为倒易杆，倒易杆方向垂直于薄膜厚度 ★以上三个原因决定使得电子束相对晶体任何取向，在倒易原点附近都会有许多倒易杆与球面接触或交截，从而可以得到许多衍射线。衍射线的方向为连接球心和倒易杆与球的交点，如图所示 电子显微镜中的电子衍射 电子透过试样后，除一束透射束外，还有衍射角各异的衍射束。他们分别在物镜的后焦面上形成一个中心斑点（透射斑）和多个衍射斑。每个衍射斑点都是一束2θ角相同的衍射线被物镜聚焦后形成的。然后这些斑点作为新的光源重新干涉，在物镜的像平面上成像。 电子显微镜中的电子衍射 ★有效相机常数 电镜中的衍射花样是物镜后焦面的衍射斑点经过几级透镜放大后在底片上成的像，则相机长度L不能象电子衍射仪那样简单的计算为试样至底片的距离，而应根据后焦面上衍射斑点被放大的倍数，折算成衍射仪相机长度，成为有效相机长度L′. 电子显微镜中的电子衍射 令图中O′P′距离为r,则 再利用布拉格公 式，得到 电子显微镜中的电子衍射 r 经过中间镜和投影镜放大后在底片上的距离 R为 即 其中， 电子显微镜中的电子衍射 所以 其中 即为电子显微镜的有效相机长度，称 为电子显微镜的有效相机常数 多晶衍射花样的产生及几何特征 平行的入射电子束照射到晶体取向杂乱的多晶样品上，使各个晶粒中d值相同的{hkl}晶面族内符合衍射条件的晶面组所产生的衍射束，构成以入射束为轴，2θ为半顶角的圆锥面，它与底片相交获圆环，其半径R＝λL/d。 多晶体样品电子衍射花样的产生 由此可见，晶面间距不同的晶面族产生衍射得到以中心斑点为圆心的不同半径的圆心环。具有大d值的低指数晶面族的衍射环在内，小d值的高指数晶面族的衍射环在外。事实上，属于同一晶面族，但取向杂乱的那些晶面组的倒易阵点，在空间构成以O﹡为中心，g(＝1/d)为半径的球面，它与爱瓦尔德球面的交线是一个圆，记录到的衍射环就是这一交线的投影放大像。 多晶衍射花样的产生及几何特征 * * * 电子束与物质的相互作用 阴极发光 轫致辐射 X 射 线 透射电子 俄歇电子 衍射电子 二次电子 反射电子 吸收电子 电 子 探 针 扫描 电镜 透射电镜 俄歇电子谱仪 入射电子束 样 品 单晶电子衍射 多晶电子衍射 X射线衍射 电子衍射与X射线衍射的比较 1.单原子散射的特性： （E）： 受原子核散射 （X）：受核外电子散射 2.衍射波长及衍射角： （E）：λ＝10-3 nm，衍射角2θ从0～3° （X）：λ＝10-1 nm，衍射角2θ从0～180° 3.衍射斑点强度 4.辐射深度：(E)：低于1μm数量级 (X)：低于100μm数量级 5.作用样品体积：(E)： (X)： 6.晶体位向测定精度： (E)：用斑点花样测定，约±3° (X)：优于1° 相 似 性 差 异 性 1.波的叠加性导致： 布拉格公式 结构因子 消光规律 2.衍射花样类型： 单晶花样 多晶花样 3.单晶花样能确定晶体位向 注：（E）表示电子衍射，（X）表示X射线衍射。 电子衍射花样的分析包括两个方面： 1）衍射几何：电子束经晶体散射后所产生的干涉线或斑点的位置； 2）衍射强度：即电子束经晶体散射后所产生的干涉线或斑点的强度。 从衍射几何方面的分析可获得大量的晶体学信息， 本