[材料科学]第六章 电子衍射.ppt

第六章 电 子 衍 射 内容提要： 引言 第一节 电子衍射原理 第二节 单晶电子衍射花样的标定 第三节 多晶电子衍射花样的标定 引 言 透射电镜的主要特点：可进行微观组织形貌与晶体结构的同位分析。（通过怎样的操作实现？） 1、透射电镜中电子衍射的应用 主要有以下三个方面： ① 物相分析和结构分析； ② 确定晶体位向； ③ 确定晶体缺陷的结构及其晶体学特征。 2、电子衍射和X射线衍射的比较 ① 原理相似 衍射方向上二者都是以满足（或基本满足）布拉格方程作为产生衍射的必要条件； 衍射强度上二者都要满足|F|2≠0。 ② 衍射花样在几何特征上也大致相似。 ① 电子衍射的布拉格角θ很小，约为1°。 原因：电子的波长比x射线的波长短很多 （而X射线衍射时，其θ角最大可接近90 °）。 ② 电子衍射斑点大致分布在一个二维倒易截面内 原因：爱瓦尔德球半径比倒易矢量大几十倍。 ③ 略微偏离布格条件的电子束也能发生衍射。 原因：采用薄晶样品。薄晶样品的倒易点被拉长为倒易杆，增加了倒易阵点和爱瓦尔德球相交截的机会， ④ 电子衍射束的强度较大 物质对电子的散射远高于它对X射线的散射能力（约高出四个数量级）。 此外，对电镜中的电子衍射，可将晶体样品的显微像与电子衍射花样结合起来研究；衍射斑点位置精度低。 第一节 电子衍射原理 一、布拉格方程 二、晶带定理和零层倒易截面 三、偏离矢量与倒易阵点扩展 四、电子衍射基本公式 五、选区衍射 一、布拉格方程 1、电子衍射与X射线衍射条件结果的比较 ① 电镜的照明光源（即高能电子束）比X射线更容易满足衍射的波长条件。 对于给定的晶体样品，产生衍射的波长条件： 。 ② 电子衍射的衍射角总是非常小（1 ～2 °）。 通常的透射电镜中电子波的波长为10-2～10-3nm数量级，而常见晶体的晶面间距为1 ～ 10-1nm数量级，于是 2、衍射矢量方程和艾瓦尔德图解法 X射线衍射的衍射矢量方程： 二、晶带和零层倒易截面 1、晶带 定义：在空间点阵中，平行于某一晶向的所有晶面的组合称为一个晶带。 同一晶带中所有晶面的交线互相平行，其中通过坐标原点的那条交线称为晶带轴， 用[uvw]表示。 2、零层倒易截面 零层倒易面： 垂直于晶带轴方向，并过倒易原点的倒易平面称为零层倒易面。用(uvw)*0表示。 零层倒易面上的各倒易矢量均与晶带轴垂直！ 推广：正空间的一个晶带所属的晶面族可以用倒空间的一个平面(uvw)*表示；晶带轴[uvw]的方向即为此倒易平面的法线方向。 晶带与零层倒易平面的对应关系示例： 3、晶带定律 若晶带的指数为[uvw]，晶带中某晶面的指数为(hkl),则 晶带定律的应用：由已知的二个共带面指数计算晶带轴指数[uvw]: 4、赋予衍射效应的零层倒易面 在电子衍射中，某晶带轴[uvw]对应的零层倒易面内各倒易点的指数的两个约束条件： ①、各倒易点指数和晶带轴指数间满足晶带定理。 ② 、只有不产生消光的晶面（即|F|2≠0）才能在零层倒易面上出现倒易阵点。 根据上述条件，在倒空间中，可作出反映衍射效应的一系列零层倒易截面。 用作图法如何作出零层倒易面？ 具体步骤如下： ① 作出晶体的倒易点阵，定出倒易原点； ② 结合消光规律，除去点阵中的消光阵点； ③ 过倒易原点并垂直于晶带轴方向，作平面与倒易点阵相截，保留截面上与原点四周距离最近的若干阵点。 该截面即为零层倒易面。 三、偏离矢量与倒易阵点扩展 在实际的电子衍射操作时，即使对称入射时，仍可使g矢量端点不在厄瓦尔德球面上的晶面产生衍射，得到许多强度不等但对称分布的规则排列的许多斑点。 1、倒易阵点扩展 倒易点附近衍射强度的分布形状与晶体的形状有关。 倒易阵点的扩展：实际样品晶体的倒易阵点不是一个几何意义上的“点”，而是沿着晶体尺寸较小的方向发生扩展。 倒易阵点的扩展量为晶体尺寸较小方向上实际尺寸的倒数的2倍。 薄片晶体的倒易阵点拉长为倒易“杆”；倒易杆总长为2/t 电镜中的薄片样品的倒易阵点拉长为“倒易杆”，加之电子波长又很小，因此在与入射电子束垂直的二维零层倒易面(uvw)*0上，倒易原点附近较大范围的倒易阵点都可能与厄瓦尔德球面接触。 2、偏离矢量 在偏离布拉格角±Δθmax范围内，倒易杆都可能和反射球面相交而产生衍射。 偏离矢量：倒易杆中心至倒易杆与厄瓦尔德球面交截点的矢量，用s表示。 s越大，则实际的半衍射角愈偏离精确布拉格角（即Δθ 越大 ） 精确符合布喇格条件时，Δθ=0， s也等于零； Δθ越大， s越大，衍射强度越小； 当Δθ Δθmax时，不发生衍射。 3、电子衍射的衍射矢量方程 对薄晶的电子衍射，衍射矢量方程为： 四、电子衍射基本公式 电子衍射操作是把倒易点阵的图像进行空间