材料现代分析方法 8 电子衍射.pdf

第八章电子衍射 电子衍射的类型 按入射电子能量的大小，电子衍射可分为 透射式高能电子衍射 高能电子衍射 反射式高能电子衍射 低能电子衍射 第一节电子衍射原理 电子衍射与X射线衍射一样，遵从衍射产生的必要条件（布拉格方程+ 反射定律，衍射矢量方程或厄瓦尔德图解等）和系统消光规律。 与X射线衍射相比，电子衍射的特点： （1）由于电子波波长很短，一般只有千分之几nm ，按布拉格方程 2dsinθ=λ可知，电子衍射的2θ角很小 （一般为几度），即入射电子束 和衍射电子束都近乎平行于衍射晶面。 由衍射矢量方程（s-s ）/λ=r*，设K′=s/λ、K=s /λ、g=r*，则有 0 0 K′-K=g （8-1） 此即为电子衍射分析时（一般文献中）常用的衍射矢量方程表达式。 (2) 由于物质对电子的散射作用很强（主要来源于原子核对电子的散射 作用，远强于物质对X射线的散射作用），因而电子（束）穿进物质 的能力大大减弱，故电子衍射只适于材料表层或薄膜样品的结构分 析。 (3)透射电子显微镜上配置选区电子衍射装置，使得薄膜样品的结构分 析与形貌观察有机结合起来，这是X射线衍射无法比拟的优点。 一、电子衍射基本公式 图8-1 电子衍射基本公式的导出 设样品至感光平面的距离为L （可称为相机长度），O′与P′的距离为R ，由图8-1 可知 tan2θ=R/L (8-2) tan2θ=sin2θ/cos2θ=2sinθconθ/con2θ；而电子衍射2θ很小，有conθ≈1、con2θ≈1， 故式（8-2）可近似写为 2sinθ=R/L 将此式代入布拉格方程(2dsinθ= λ )， 得 λ/d=R/L Rd=λL （8-3） 式中：d——衍射晶面间距（nm） λ——入射电子波长（nm）。 此即为电子衍射（几何分析）基本公式 （式中R与L以mm计）。 电子衍射基本公式的导出 当加速电压一定时，电子波长λ值恒定，则λL ＝C （C为常数，称为 相机常数）。 故式（8-3 ）可改写为 Rd=C （8-4） 按g=1/d[g为(HKL)面倒易矢量，g即|g|]，（8-4 ）又可改写为 R=Cg （8-5） 由于电子衍射2θ很小，g与R近似平行，故按式（8-5），近似有 R=Cg （8-6） 式中：R——透射斑到衍射斑的连接矢量，可称衍射斑点矢量。 此式可视为电子衍射基本公式的矢量表达式。 由式（8-6 ）可知，R与g相比，只是放大了C倍（C为相机常数）。这 就表明，单晶电子衍射花样是所有与反射球相交的倒易点（构成的图 形）的放大像。 注意：放大像中去除了权重为零的那些倒易点，而倒易点的权重即指 倒易点相应的（HKL ）面衍射线之|F|2值。 需要指出的是，电子衍射基本公式的导出运用了近似处理，因而应用 此公式及其相关结论时具有一定的误差或近似性。 二、多晶电子衍射成像原理与衍射花样特征 图8-2