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[理学]材料化学11
无机材料常用测试技术
主要内容
• 扫描电镜(SEM)
• 透射电镜(TEM)
• 原子力显微镜(AFM)
• X射线衍射(XRD)
• 元素分析(EA)
显微分析技术——
电子显微镜
Technology for Microscopy Analysis
Electron Microscope
一束电子射到试样上,电子与物质相互作用,当
电子的运动方向被改变,称为散射。
弹性散射 电子只改变运动方向而电子的
能量不发生变化
散射
非弹性散射 电子的运动方向和能量都发生变化
SEM (扫描电镜)
EDS (能谱)
AES (俄歇
电子能谱)
TEM (透射电镜)
直接透射电子,以及弹性或非弹性散射的透射电子用于透射
透射电子
电镜(TEM)的成像和衍射
入射电子与样品中原子的价电子发生非弹性散射作用而损
失的那部分能量(30~50eV)激发核外电子脱离原子,能量
大于材料逸出功的价电子可从样品表面逸出,成为真空中的
自由电子,此即二次电子。在电场的作用下它可呈曲线运动
进入检测器,使表面凹凸的各个部分都能清晰成像。
二次电子试样表面状态非常敏感,能有效显示试样表面的
二次电子
微观形貌;二次电子的分辨率可达5~10nm,即为扫描电镜
的分辨率。
二次电子的强度主要与样品表面形貌相关。二次电子和背
景散射电子共同用于扫描电镜(SEM)的成像。
当探针很细,分辨高时,基本收集的是二次电子而背景电
子很少,称为二次电子成像(SEI) 。
入射电子穿达到离核很近的地方被反射,没有能量损失;
既包括与原子核作用而形成的弹性背散射电子,又包括与样
品核外电子作用而形成的非弹性背散射电子,前者的份额远
大于后者。
背景散射电子 背散射电子反映样品表面的不同取向、不同平均原子量的
区域差别,产额随原子序数的增加而增加;利用背散射电子
为成像信号,可分析形貌特征,也可显示原子序数衬度而进
行定性成分分析。
入射电子和原子中的内层电子发生非弹性散射作用而损失一
部分能量(几百个eV ),激发内层电子发生电离,形成离
子,该过程称为芯电子激发。除了二次电子外,失去内层电
子的原子处于不稳定的较高能量状态,将依一定的选择定则
特征X射线
向能量较低的量子态跃迁,跃迁过程中发射出反映样品中元
素组成信息的特征X射线,可用于材料的成分分析。
如果入射电子把外层电子打进内层,原
俄歇 子被激发了.为释放能量而电离出次外层电
(Auger)电 子,叫俄歇电子。
子 主要用于轻元素和超轻元素(除H和He) 的
分析,称为俄歇电子能谱仪。
如果入射电子使试样的原于内电子发生电离,
高能级的电子向低能级跃迁时发出的光波长较
阴极荧光
长(在可见光或紫外区) ,称为阴极荧光,可用
作光谱分析,但它通常非常微弱。
各种信
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