材料电子显微分析.pptx

■ 利用电子显微镜观察和分析材料的组织结构 ， 称为电子显 微分析术 ■ 电子显微镜是以电子束为光源的显微分析仪器 ， 主要包括： 透射电子显微镜 、扫描电子显微镜和电子探针 ■ 电子显微镜的分辨率很高 ， 目前透射电子显微镜的分辨率 已优于0 . 1nm ， 达到了原子尺度 ■ 电子显微镜的分析功能很多 ， 目前一 台电子显微镜可兼有 微观组织形貌 、 晶体结构 、微区成分等多种分析功能 ■ 第一 台电子显微镜于20世纪30年代问世 ， 经历了几个阶段 的发展 ， 使电子显微分析技术已成为材料科学等研究领域 中最重要的分析手段之一 1 第八章 电子光学基础 第九章 透射电子显微镜 第十章 电子衍射 第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析 第十二章 高分辨透射电子显微术 第十三章 扫描电子显微镜 第十四章 电子背散射衍射分析技术 第十五章 电子探针显微分析 第十六章 其他显微结构分析方法 2 本章主要内容 电子波与电磁透镜 电磁透镜的像差与分辨率 电磁透镜的景深和焦长 第一节 第二节 第三节 3 式中 ， 为光源波长 。表明 ， 光学显微镜的分辨率取决于光 源波长 ， 约为波长的一半 。可见提高分辨率关键在于减小光 源的波长 。在可见光波长范围内 ， 其分辨率极限为200nm 显微镜光源首先要具有波动性 ， 其次要有能使其聚焦的装置 1924年电子衍射实验证实电子具有波动性 ， 波长比可见光短 十万倍； 1926年发现用轴对称非均匀磁场能使电子波聚焦； 1933年设计并制造出世界上第一 台透射电子显微镜 一 、光学显微镜的分辨率极限 分辨率指物体上所分辨的两个物点的最小间距 。光学显 第一节 电子波与电磁透镜 400到760纳米 (8- 1) 微镜的分辨率为， 4 二 、 电子波的波长特性 电子波的波长取决于电子运动速度和质量 ， 即 (8-2) 式中 ， h是普朗克常数； m是电子质量； v是电子的速度， 它与加速电压U的关系 即 (8-3) 式中 e为电子的电荷 。 由式(8-2)和式(8-3)得 (8-4) 第一节 电子波与电磁透镜 5 二 、 电子波的波长特性 若电子速度较小 ， 其质量和静止时相近 ， m m0； 否则 ， m需 经相对论校正 (8-5) 式中 ， c为光速 。 不同加速电压下电子波的波长见表8- 1 表8- 1 不同加速电压下电子波的波长(经相对论校正) U/ kV / nm U/ kV / nm U/ kV / nm 20 0 .00859 80 0 .004 18 200 0 .0025 1 40 0 .0060 1 100 0 .0037 1 500 0 .00 142 60 0 .00487 120 0 .00334 1000 0 .00087 可见光波长为390~760nm ， 在常用加速电压下 ， 电子波波长比 可见光小5个数量级 第一节 电子波与电磁透镜 6 电子显微镜中利用磁场使电子 波聚焦成像的装置称电磁透镜 如图 8- 1 所示 ， 通电的短线圈 是最简单的电磁透镜 ， 形成一 种轴对称不均匀的磁场 速度v的电子平行进入透镜， 在 A点受Br的作用 ， 产生切向 力Ft而获得切向速度Vt； 在 Bz 第一节 电子波与电磁透镜 分量作用下 ， 形成使电子向主 轴靠近的径向力Fr， 而使电子 作螺旋近轴运动 三 、 电磁透镜 图8- 1 电磁透镜聚焦原理示意图 a) 7 三 、 电磁透镜 比较图8- 1d 、 e可见 ， 电磁透镜对平行主轴的电子束的聚焦与 玻璃透镜相似 ， 其物距L1 、像距L2 、焦距f 的关系为 (8-6) 放大倍数M为 焦距f可由下式近似计算 (8-8) 式中 ， K是常数； Ur 为经校正的 加速电压； IN为线圈安匝数 第一节 电子波与电磁透镜 图8- 1 电磁透镜聚焦原理示意图 (8-7) d) 8 二 、 电磁透镜 式 (8-8)表明 ， 电磁透镜的焦距总是正的 ， 焦距大小可通过改 变激磁电流而变化 ， 电磁透镜是变焦距或变倍率的会聚透镜 图8-3是电磁透镜结构及轴向磁感应强度分布示意图 ， 短线圈 外加铁壳和内加极靴后 ， 可明显改变透镜的磁感应强度分布 第一节 电子波与电磁透镜 图8- 3 电磁透镜及其轴向磁感应强度分布示意图 a) 有铁壳 b) 有极靴 c) 磁感应强度分布 a) b) 9 电磁透镜像差分为两类 ， 即几何像差和色差 几何像差包括球差和像散 ， 又称为单色光引起的