材料现代研究方法 检测方法发展历史.pptVIP

电子显微镜(electronmicroscope，EM)一般是指利用电磁场偏折、聚焦电子及电子与物质作用所产生散射的原理来研究物质构造及微细结构的精密仪器。近年来，由于电子光学的理论及应用发展迅速，这一定义已显示出其局限性，目前重新定义电子显微镜是利用电子与物质作用所产生的讯号来鉴定微区域晶体结构、微细组织、化学成份、化学键结合和电子分布情况的电子光学装置。绪论用电子光学仪器研究物质组织、结构、成份的技术称为电子显微技术。众所周知，现代科学技术的迅速发展，要求材料科学工作者能够及时提供具有良好力学性能的结构材料及具有各种物理化学性能的功能材料。而材料的性能往往取决于它的微观结构及成分分布。因此，为了研究新的材料或改善传统材料，必须以尽可能高的分辨能力观测和分析材料在制备、加工及使用条件下（包括相变过程中，外加应力及各种环境因素作用下等）的微观结构和微区成分的变化，进而揭示材料成分—工艺—微观结构—性能之间关系的规律，建立和发展材料科学的基本理论。电子显微技术发展历史电子显微镜的发展历史可追溯至1897年，英国科学家J.J.Thomson发现了电子；到了1912年，发现X光衍射现象，经Bragg的深入研究，一举奠定了X光的波性和利用电磁波衍射决定晶体结构的方法。1924年，DeBroglie发表了质波说；1926年Heisenberg等发展和丰富了量子力学，创立了电子波质二元论的理论基础。电子既然具有波性，则也应该有衍射现象;1927年美国Davisson等以电子衍射实验证实了电子的波性。在电子显微镜结构方面，最主要的电磁透镜源自J.J.Thomson作阴极射线管实验时观察到电场及磁场可偏折电子束。后人进一步发现可借助电磁场聚焦电子，产生放大作用。电磁场对电子的作用与光学透镜对光波的作用非常相似，因而发展出电磁透镜。1934年，Ruska在实验室制作第一部穿透式电子显微镜(transmissionelectronmicroscope，TEM)，1938年，第一部商售电子显微镜问世。20世纪40年代，常用的50至100keV的TEM的分辨率约在l0nm左右，而最佳分辨率在2至3nm之间。当时由于试样制备的困难及缺乏应用的动机，所以很少被物理科学研究者使用。直到1949年，Heidenreich制成适于TEM观察的铝及铝合金薄膜，观察到因厚度及晶体面不同所引起的像对比效应，并成功的利用电子衍射理论加以解释。由此获得一些与材料性质有关的重要结果，才使材料界人士对TEM看法有所改变。但因为观察用试样制备困难，因此该技术发展缓慢。直到20世纪50年代中期，由于成功地采用TEM观察到不锈钢中的位错，再加上制样方法的改进，TEM技术才得以广泛应用，成为一种重要的材料分析手段。(l)试片的研磨。(2)TEM一般的分辨率由2.5nm提高到数埃。(3)双聚光镜的应用可获得漫散射程度小、强度高、直径在微米左右的电子束，增加了TEM微区域观察的能力。(4)晶体中缺陷电子衍射成像对比理论的发展。(5)试样在TEM中的处理，如倾斜、旋转等装置得到实际化应用，克服了制样存在的困难。透射电子显微镜的发展透射电子显微镜（TEM）是一种能够以原子尺度的分辨能力，同时提供物理分析和化学分析所需全部功能的仪器。特别是选区电子衍射技术的应用，使得微区形貌与微区晶体结构分析结合起来，再配以能谱或波谱进行微区成份分析，可以得到材料微观全面的信息。透射电子显微镜的功能扫描式电子显微镜(scanningelectronmicroscope，SEM)原理的提出与发展，约与TEM同时；但直到1964年，第一部商售SEM才问世。由于SEM是研究物体表面结构及成份的有效手段，试样制作较容易，目前已被广泛使用。扫描电子显微镜（SEM）具有较高的分辩率和很大的景深，可清晰地显示粗糙样品的表面形貌，并以多种方式给出微区成份等信息，用来观察断口表面微观形态，分析研究断裂的原因和机理，以及其它方面的应用。电子探针（EPMA）是在扫描电镜的基础上配上波谱仪或能谱仪的显微分析仪器，它可以对微米数量级侧向和深度范围内的材料微区进行相当灵敏和精确的化学成份分析，基本上解决了鉴定元素分布不均匀的困难。电子探针的功能电子束与物质作用图1.1显示电子与材料试样作用所产生的讯号。电子显微镜主要原理为在收集、分辨各种讯号的基础上，经过相应处理，得到能够反映所分析试样的晶体结构、微细组织、化学成份、化学键类型和电子分布情况的有效信息。该类讯号可分为三类：(一)电子讯号，又可细分为：1.未散射电子（透射电子）