1、1 1電子光學(xué)基礎(chǔ)知識；電子光學(xué)基礎(chǔ)知識；2 2透射電子顯微鏡的構(gòu)造及其原理；透射電子顯微鏡的構(gòu)造及其原理；3 3、透射電鏡試樣的制備；、透射電鏡試樣的制備；4 4、電子衍射；、電子衍射；5 5、透射電子顯微圖像分析、透射電子顯微圖像分析. .學(xué)習(xí)內(nèi)容：學(xué)習(xí)內(nèi)容：1 1、了解透射電鏡的工作原理；、了解透射電鏡的工作原理；2 2、能夠進(jìn)行圖像分析、能夠進(jìn)行圖像分析重點：重點： 第六章第六章 透射電子顯微鏡分析透射電子顯微鏡分析第三章第三章 透射電子顯微鏡分析透射電子顯微鏡分析3.1概述一、光學(xué)顯微鏡的局限性O(shè)1O2dLB2B1d強(qiáng)度D 由于光的衍射，光學(xué)顯微鏡其最大的分辨能力為 對于可見光的波長

2、在390 770nm之間，n值最大只能達(dá)到1.51.6，可得光學(xué)顯微鏡其最大的分辨能力為0.2m21sin61. 0nd利用紫外線，強(qiáng)烈地吸收；射線、X 射線沒有辦法使其聚焦于是，人們用很長時間尋找波長短，又能聚焦成像的光波。3.1概述一、光學(xué)顯微鏡的局限性射線射線 X X 射線射線紫外光紫外光可見光可見光紅外光紅外光微波微波無線電波無線電波二、電子的波動性及波長1897年，Thomson發(fā)現(xiàn)了電子。 1925年，De Broglie提出物質(zhì)波的假設(shè)，即電子具有微粒 性，也具有波動性。1927年， Thompson and Reid 進(jìn)行了電子衍射實驗。3.1概述二、電子的波動性及波長根據(jù)De

3、 Broglie物質(zhì)波的假設(shè)，電子波長為。mvhphemUheUmv2 212)21(2)/(120020cmeUeUmhcvmm 電子衍射實驗。 考慮相對論效應(yīng) U = 100 kV時， 0.00386 nm3.1概述二、電子的波動性及波長 1926年，Busch提出了用軸對稱的電場和磁場 對電子束進(jìn)行 聚集，發(fā)展成電磁透鏡 1931-1933年，Ruska 等設(shè)計并制造了第一臺電子顯微鏡 經(jīng)過50-60年的發(fā)展，目前，電鏡的分辨率達(dá)到數(shù)量級， 放大倍數(shù)達(dá)數(shù)百萬倍3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理光源中間象物鏡試樣聚光鏡目鏡毛玻璃電子槍聚光鏡（電磁透鏡）試樣物鏡中間象投影鏡觀察屏照相底板照相底

4、板光學(xué)顯微鏡電子顯微鏡一、電子搶及電磁透鏡3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理電子槍聚光鏡（電磁透鏡）試樣物鏡中間象投影鏡觀察屏照相底板電子顯微鏡一、電子搶及電磁透鏡陰極（接負(fù)高壓）控制極（比陰極負(fù)1001000伏）陽極電子束聚光鏡試樣照明部分示意圖1. 電子搶照明系統(tǒng)成像系統(tǒng)記錄系統(tǒng)3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理電子槍聚光鏡（電磁透鏡）試樣物鏡中間象投影鏡觀察屏照相底板電子顯微鏡一、電子搶及電磁透鏡2. 電磁透鏡(1) 原理透射電子顯微鏡中用磁場來使電子波聚焦成像的裝置。電磁透鏡實質(zhì)是一個通電的短線圈，它能造成一種軸對稱的分布磁場。正電荷在磁場中運動時，受到洛侖磁力的作用即。 BveF3.3

5、透射電鏡的構(gòu)造與工作原理電子槍聚光鏡（電磁透鏡）試樣物鏡中間象投影鏡觀察屏照相底板電子顯微鏡一、電子搶及電磁透鏡2. 電磁透鏡(1) 原理3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理2、電磁透鏡（2）電磁透鏡特點： 能使電子偏轉(zhuǎn)會聚成像，不能加速電子； 總是會聚透鏡； 改變線圈中的電流強(qiáng)度可很方便地控制焦距和放大率焦距、放大倍數(shù)連續(xù)可調(diào)。 （3）電磁透鏡的光學(xué)性質(zhì) 電磁透鏡物距、像距和焦距三者間的關(guān)系與光學(xué)玻璃透鏡相似，滿足牛頓透鏡方程fvu111u - 物距；v - 像距；f - 焦距uf v3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理2、電磁透鏡（3）電磁透鏡的光學(xué)性質(zhì) 電磁透鏡具有光學(xué)凸透鏡的特點，它們物距、像

6、距和焦距三者間的關(guān)系相似，滿足牛頓透鏡方程fvu111u - 物距；v - 像距；f - 焦距放大倍數(shù)為：uf vffvfufuvM（4）電磁透鏡的像差與分辯率3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理2、電磁透鏡（4）電磁透鏡的像差與分辯率 根據(jù)瑞利判據(jù)，電磁透鏡的分辯率為： 但是，實際上目前的透射電鏡遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到理論水平，如，H-800，200 kV時分辯率只有0.45nm，因為電磁透鏡也存在像差。nm 0.00125nm 0.00250 kV 200 U2sin61. 0，對于rnr3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理2、電磁透鏡1） 球 差 球差是由于電子透鏡的中心區(qū)域和邊沿區(qū)域?qū)﹄娮拥臅勰芰Σ煌?/p>

7、造成的。遠(yuǎn)軸的電子通過透鏡后折射得比近軸電子要厲害得多，以致兩者不交在一點上，結(jié)果在象平面成了一個半徑為Rs漫散圓斑，折算到物平面上，得sssCCr341MRrss定義球差球差系數(shù)，一般f（13mm）孔徑半角物平面上兩點距離小于 時，則該透鏡不能分辨sr23.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理2、電磁透鏡3）像散 磁場不對稱時，就出現(xiàn)象差?？赡苁怯捎跇O靴被污染，或極靴的機(jī)械不對稱性，或極靴材料各項磁導(dǎo)率差異引起。有的方向電子束的折射比別的方向強(qiáng)，如圖所示，這樣，圓形物點的象就變成了橢圓形的漫散圓斑，其平均半徑為RA，折算到物平面上，得AAAffrMRrAA定義像散 像散系數(shù)，電磁透鏡出現(xiàn)橢圓度時造成

8、的焦距差孔徑半角物平面上兩點距離小于 時，則該透鏡不能分辨，可以采用消散器來消除Ar2強(qiáng)焦平面透鏡平面物光軸弱焦平面像平面I像平面II2RA散焦斑3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理2、電磁透鏡2） 色差 電子的能量不同，從而波長不一造成的。電子透鏡的焦距隨著電子能量而改變，因此，能量不同的電子束將沿不同的軌跡運動。產(chǎn)生的漫散圓斑還原到物平面，其半徑為EECEECrcccMRrcc定義色差 色差系數(shù)孔徑半角穩(wěn)定加速電壓來減少色差能量高電子透鏡平面物光軸像平面I像平面II2Rc散焦斑能量低電子能量變化率 在電磁透鏡中，球差對分辨率的影響最為重要，因為沒有一種簡便的方法使其矯正過來。而其他像差在設(shè)計和

9、制造時，采取適當(dāng)?shù)拇胧┦强梢韵?。Pay Attention!2、電磁透鏡3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理2、電磁透鏡3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理4)電磁透鏡分辨率（分辨距離、分辨本領(lǐng)） 電子透鏡中分辨本領(lǐng)基本上決定于球差和衍射。通過減小孔徑角的方法來減小球差，提高分辨本領(lǐng)，但能過小會由于衍射使分辨本領(lǐng)變差。這就是說，光闌的最佳尺寸應(yīng)該是球差和衍射兩者所限定的值。304161. 0sCr通常，nmrrad 1 . 0 1010032電子透鏡的分辨本領(lǐng)比光學(xué)透鏡提高了一千倍左右。2、電磁透鏡3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理5）電子透鏡的景深和焦深定義景深在保持象清晰的前提下，試樣在物平面上

10、下沿鏡軸可移動的距離，或者說試樣超越物平面所允許的厚度。焦深（焦長）在保持象清晰的前提下，象平面沿鏡軸可移動的距離，或者說觀察屏或照相底版沿鏡軸所允許的移動距離。電子透鏡所以有這種特點，是由于所用的孔徑角非常小的緣故。這種特點在電子顯微鏡的應(yīng)用和結(jié)構(gòu)設(shè)計上具有重大意義。2、電磁透鏡3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理5）電子透鏡的景深和焦深景深002tan2rrDf取分辯率 r0=1 nm, 孔徑半角 =10-210-3rad則景深 Df = 2002000nm 試樣(薄膜)一般厚200300nm，上述景深范圍可保證樣品整個厚度范圍內(nèi)各個結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)都清晰可見。2、電磁透鏡3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作

11、原理5）電子透鏡的景深和焦深（焦長）焦深) ( 22tan22000MMrMrMrDL取 r0 =1 nm, =10-2 rad若 M = 200， DL = 8 mm若 M = 20000，DL = 80 cm電磁透鏡的這一特點給電子顯微鏡圖象的照相記錄帶來了極大的方便，只要在熒光屏上圖象聚焦清晰，在熒光屏上或下十幾厘米放置照相底片，所拍得的圖象也是清晰的。（焦長）二、照明系統(tǒng)3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理 組成：由電子槍、聚光鏡（1、2級）和相應(yīng)的平移對中、傾斜調(diào)節(jié)裝置組成。電子槍聚光鏡（電磁透鏡）試樣物鏡中間象投影鏡觀察屏照相底板電子顯微鏡照明系統(tǒng)成像系統(tǒng)記錄系統(tǒng)作用：提供一束亮 度高

12、、照明孔徑角小、平行度高、束斑小、束流穩(wěn)定的照明源。為滿足明場和暗場成像需要，照明束可在2o3o范圍內(nèi)傾斜。 二、照明系統(tǒng)3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理（一）電子源和電子槍 電子槍是電鏡的電子源。其作用是發(fā)射并加速電子，并會聚成交叉點。 目前電子顯微鏡使用的電子源有兩類：熱電子源 加熱時產(chǎn)生電子，W絲，LaB6 場發(fā)射源 場發(fā)射陰極的面積較小、能量集中，便于將電子束聚焦于一個很小的點，以提高分辨率. 從電子槍發(fā)射出的電子束，束斑尺寸大，相干性差，平行度差，為此，需進(jìn)一步會聚成近似平行的照明束，這個任務(wù)由聚光鏡實現(xiàn)，通常有兩級聚光鏡來聚焦。 二、照明系統(tǒng)3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理二、照明

13、系統(tǒng)3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理（二）.聚光鏡系統(tǒng)聚光鏡的作用是會聚電子槍發(fā)射出的電子束，調(diào)節(jié)照明強(qiáng)度、孔徑角和束斑大小。一般采用雙聚光鏡系統(tǒng)，如圖所示。 C1 為強(qiáng)磁透鏡， C2 弱磁透鏡，長焦，小 為了調(diào)整束斑大小，在C2聚光鏡下裝一個聚光鏡光欄。通常經(jīng)二級聚光后可獲得幾u(yù)m的電子束斑；為了減小像散，在C2下還要裝一個消像散器，以校正磁場成軸對稱性的； 電子槍還可以傾斜2o 3o，以實現(xiàn)中心磁場成像。三、成像系統(tǒng)與成像方法3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理 由物鏡、物鏡光欄、選區(qū)光欄、中間鏡和投影鏡組成 . 1. 物 鏡 用來獲得第一幅高分辨率電子顯微圖像或電子衍射花樣的透鏡。電鏡的分辨

14、率主要取決于物鏡，必須盡可能降低像差。 物鏡通常為強(qiáng)勵磁、短焦透鏡（f = 1-3mm）, 放大倍數(shù)100 300倍，目前，高質(zhì)量的物鏡其分辨率可達(dá)0.1nm。 物鏡的分辨率主要決定于極靴的形狀和加工精度，極靴間距越小，分辨率就越高。為進(jìn)一步減小物鏡球差，在物鏡后焦面上安放物鏡光闌。試樣物鏡衍射譜選區(qū)光闌一次象中間鏡二次象投影鏡 三次象（熒光屏）100205102物鏡光闌顯微像三、成像系統(tǒng)與成像方法3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理 由物鏡、物鏡光欄、選區(qū)光欄、中間鏡和投影鏡組成 . 1. 物 鏡 物鏡光闌：裝在物鏡背焦面，直徑20120um，無磁金屬制成（Pt、Mo等)作用： 提高像襯度 減小

15、孔徑角，從而減小像差 進(jìn)行暗場成像試樣物鏡衍射譜選區(qū)光闌一次象中間鏡二次象投影鏡 三次象（熒光屏）100205102物鏡光闌顯微像選區(qū)光欄裝在物鏡像平面上，直徑20-400 m作用：對樣品進(jìn)行微區(qū)衍射分析。三、成像系統(tǒng)與成像方法3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理 由物鏡、物鏡光欄、選區(qū)光欄、中間鏡和投影鏡組成 .2. 中間鏡 中間鏡是一個弱勵磁、長焦距、變倍率透鏡，放大倍數(shù)可調(diào)節(jié)0 20倍 作用：控制電鏡總放大倍數(shù)(如圖20萬倍)成像/衍射模式選擇： 如果把中間鏡的物平面和物鏡的像平面重合，則在熒光屏得到顯微圖像成像模式，如果把中間鏡的物平面和物鏡的背焦面重合則在熒光屏得到電子衍射花樣衍射模式。

16、試樣物鏡衍射譜選區(qū)光闌一次象中間鏡二次象投影鏡 三次象（熒光屏）100205102物鏡光闌顯微像物平面物平面三、成像系統(tǒng)與成像方法3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理 由物鏡、物鏡光欄、選區(qū)光欄、中間鏡和投影鏡組成 .3. 投影鏡 短焦、強(qiáng)磁透鏡，進(jìn)一步放大中間鏡的像。投影鏡內(nèi)孔徑較小，使電子束進(jìn)入投影鏡孔徑角很小。 景深大，改變中間鏡放大倍數(shù)，使總倍數(shù)變化大也不影響圖象清晰度. 焦深長，放寬對熒光屏和底片平面嚴(yán)格位置要求。 試樣物鏡衍射譜選區(qū)光闌一次象中間鏡二次象投影鏡 三次象（熒光屏）100205102物鏡光闌顯微像3.3 透射電鏡的構(gòu)造與工作原理四、觀察記錄系統(tǒng) 觀察和記錄系統(tǒng)包括熒光屏和照

17、相機(jī)構(gòu)。熒光屏涂有在暗室操作條件下，人眼較敏感、發(fā)綠光的熒光物質(zhì)，有利于高放大倍數(shù)、低亮度圖像的聚集和觀察。照相機(jī)構(gòu)是一個裝在熒光屏下面，可以自動換片的照相暗盒。膠片是一種對電子束曝光敏感、顆粒度很小的溴化物乳膠底片，曝光時間很短，一般只需幾秒鐘?，F(xiàn)代電鏡已開始裝有電子數(shù)碼照相裝置。 試樣物鏡衍射譜選區(qū)光闌一次象中間鏡二次象投影鏡 三次象（熒光屏）100205102物鏡光闌顯微像3.2 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析一、原子對電子的散射一、原子對電子的散射 +Rn -Re(a)(b) 帶負(fù)電荷的電子進(jìn)入物質(zhì)時受到帶正電荷的原子核吸引而發(fā)生向內(nèi)偏轉(zhuǎn)，受核外電子的庫倫排斥力作用發(fā)生向外偏轉(zhuǎn)，稱為盧瑟福散射。

18、散射可分為彈性和非彈性兩類，其中彈性散射是電子衍射的基礎(chǔ)。 非彈性散射與彈性散射的比值由原子序數(shù)Z決定，原子序數(shù)愈大的原子，非彈性散射的比例愈小，彈性散射的比例愈大。3.2 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析二、晶體對電子的衍射二、晶體對電子的衍射（一）布拉格方程（一）布拉格方程 彈性散射是電子衍射的基礎(chǔ)。電子衍射與X射線衍射的基本原理是完全一樣的，我們完全可以用類似的方法（原子晶胞晶體對電子的衍射）導(dǎo)出電子衍射方程布拉格方程。兩種技術(shù)所得到的晶體衍射花樣在幾何特征上也大致相似，電子衍射與X射線衍射相比的突出特點為： 在同一試樣上把物相的形貌觀察與結(jié)構(gòu)分析結(jié)合起來； 物質(zhì)對電子的散射更強(qiáng)，約為X射線的一百萬倍

19、，特別適用于微晶、表面和薄膜的晶體結(jié)構(gòu)的研究，且衍射強(qiáng)度大，所需時間短，只需幾秒鐘。 sin2d3.2 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析sin2d二、晶體對電子的衍射二、晶體對電子的衍射 （一）布拉格方程（一）布拉格方程 單晶衍射圖多晶衍射圖非晶衍射圖3.2 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析衍射矢量方程出射波矢入射波矢；衍射單位矢量入射單位矢量；HKL0000*0gK-K/ ;SKSKLetSSgrSSHKLHKL二、晶體對電子的衍射二、晶體對電子的衍射（二）衍射矢量方程（二）衍射矢量方程愛瓦爾德球圖解法是布拉格定律的幾何表達(dá)形式。3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析衍射矢量方程HKL0gK-K二、晶體對電子的衍射二、晶體對電子的

20、衍射（二）衍射矢量方程（二）衍射矢量方程 X射線最大衍射角可達(dá)/2。電子波長短，200 KV加速下電子波 = 0.00251 nm，因此，在同樣滿足布拉格條件時，它的衍射角度很小，10-2 rad。 電子波長短，用Ewald圖解時，反射球半徑很大，在衍射角很小時的范圍內(nèi)，反射球的球面可近似為平面。從而可認(rèn)為電子衍射產(chǎn)生斑點大致分布在垂直光軸的一個二維倒易截面內(nèi)（過倒易點陣原點）。因此能夠衍射的面為以入射方向為晶帶軸的的晶帶。3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析衍射矢量方程HKL0gK-K二、晶體對電子的衍射二、晶體對電子的衍射（二）衍射矢量方程（二）衍射矢量方程能夠衍射的面為以入射方向為晶帶軸的的晶帶。

21、滿足晶帶定理（第一個條件）0LwKvHu并且不產(chǎn)生系統(tǒng)消光（第二個條件）。體心立方晶體001入射的衍射斑點3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析二、晶體對電子的衍射二、晶體對電子的衍射（三）結(jié)構(gòu)因子（三）結(jié)構(gòu)因子 電子衍射與X射線衍射的基本原理是完全一樣的，我們完全可以用類似的方法從一個晶胞對電子的衍射方程得到結(jié)構(gòu)因子。體心立方晶體001入射的衍射斑點2121)(2)( )(*HKLFIefefHKLFHKLnjrrijnjLzKyHxijjHKLjjj3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析二、晶體對電子的衍射二、晶體對電子的衍射（三）結(jié)構(gòu)因子（三）結(jié)構(gòu)因子njLzKyHxijjjjefHKLF1)(2)(布拉菲點陣

22、存在的衍射線(HKL)不存在的衍射線(HKL)簡單全部沒有體心H+K+L=偶數(shù)H+K+L=奇數(shù)面心H, K, L為同性數(shù)H, K, L為異性數(shù)底心H+K=偶數(shù)H+K=奇數(shù)衍射線消光規(guī)律例如：體心立方晶體001入射的衍射斑點3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析二、晶體對電子的衍射二、晶體對電子的衍射（三）結(jié)構(gòu)因子（三）結(jié)構(gòu)因子面心點陣消光規(guī)律0)75. 025. 0(4)(CuAuffHKLFCuAuCuAuffffHKLF3)(有序時無序時簡單點陣消光規(guī)律無序有序3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析二、晶體對電子的衍射二、晶體對電子的衍射（四）選區(qū)衍射（四）選區(qū)衍射 采用選區(qū)衍射能在晶粒十分細(xì)小的多晶體樣品內(nèi)選取

23、單個晶粒進(jìn)行衍射分析，從而研究材料單晶體結(jié)構(gòu)。選區(qū)電子衍射就是在物鏡的像平面處加入個選區(qū)光闌，那未只有AB范圍的成像電子能夠通過選區(qū)光闌，并最終在熒光屏上形成衍射花樣，這一部分的衍射花樣實際上是內(nèi)樣品的AB范圍提供的。 選區(qū)光闌的直徑約在20300之間，若物鏡放大倍數(shù)為50倍，則選用直徑為50的選區(qū)光闌就可以套取樣品上任何直徑1的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析二、晶體對電子的衍射二、晶體對電子的衍射（五）（五）電子衍射基本公式電子衍射基本公式相機(jī)常數(shù)相機(jī)長度；相似與LKLgKRgKdKdLRLRdLRgOOOOGOGOGOOGOOHKLHKLHKLHKLHKLHKL 1/1/1/1or

24、*實際上，電子衍射是物鏡背焦面上產(chǎn)生譜的放大像有效相機(jī)常數(shù)有效相機(jī)長度；倍數(shù)中間鏡及投影鏡的放大LKMMfLMMgKgLgMMfMrMRgfdfffrpipiHKLHKLHKLpipiHKLHKL ,sin22tan000000衍射譜3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定有效相機(jī)長度倍數(shù)中間鏡及投影鏡的放大pipiHKLHKLMMfLMMgLRgLR0 ,; 標(biāo)定單晶電于衍射花樣的目的是獲得樣品的晶體結(jié)構(gòu)，根據(jù)電子衍射基本公式： 標(biāo)定單晶電于衍射花樣就是確定零層倒易截面上各 矢量端點(倒易陣點)的指數(shù)，定出零層倒易截面的法向(即晶帶軸UVW)，并確定樣品的點

25、陣類型、物相及位向。單晶電于衍射花樣標(biāo)定三種情況晶體結(jié)構(gòu)已知，采用查表法標(biāo)定晶體結(jié)構(gòu)未知，但知道范圍，采用嘗試法。1.新物相，較復(fù)雜，多次嘗試。HKLg3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定 根據(jù)布拉菲點陣，單晶電于衍射花樣為零層倒易截面倒易陣點，可總結(jié)為下列五種情況。衍射花樣幾何圖形可能晶系平行四邊形三斜、單斜、正交、四方、六方、三方、立方矩形單斜、正交、四方、六方、三方、立方有心矩形單斜、正交、四方、六方、三方、立方正方形四方、立方正六角形六方、三方、立方001fcc111fcc3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定（

26、一）已知晶體結(jié)構(gòu)（一）已知晶體結(jié)構(gòu) 。1.1. 嘗試嘗試- -核算（校核）法核算（校核）法 1) 測量近中心衍射斑點的距離R1，R2，R3，R4 2) 根據(jù)衍射基本公式求出相應(yīng)的晶面間距d1，d2，d3，d4 3) 因為晶體結(jié)構(gòu)是已知的，某一d值即為該晶體某一晶面族的晶面間距，故可根據(jù)d值定出相應(yīng)的晶面族指數(shù)(HKL)，即由d1查出(H1K1L1)，由d2查出(H2K2L2)，依次類推。 4) 測定各衍射斑點之間的夾角。 HKLHKLHKLgKRgKdKR1有效相機(jī)常數(shù)piMMfLK03.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定（一）已知晶體結(jié)構(gòu)（一）已知晶體結(jié)構(gòu)

27、 。1.1. 嘗試嘗試- -核算（校核）法核算（校核）法 5) 決定離開中心斑點最近衍射斑點的指數(shù)。 若R1最短，則相應(yīng)斑點的指數(shù)應(yīng)為h1k1l1面族中的一個，可能不唯一，如三個指數(shù)相等的晶面族（如111）有8種標(biāo)法，因此，第一個指數(shù)可以是等價晶面中的任意一個。6) 決定第二個斑點的指數(shù)。 第二個斑點的指數(shù)不能任選，因為它和第1個斑點之間的夾角必須符合夾角公式。如對立方晶系而言，夾角公式為HKLHKLHKLgKRgKdKR1有效相機(jī)常數(shù)piMMfLK0222222212121212121cosLKHLKHLLKKHH3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定（一

28、）已知晶體結(jié)構(gòu)（一）已知晶體結(jié)構(gòu) 。1.1. 嘗試嘗試- -核算（校核）法核算（校核）法 7) 決定了兩個斑點后，其它斑點可以根據(jù)矢 量運算求得 8) 根據(jù)晶帶定律求零層倒易截面的法線方向，即晶帶軸的指數(shù) 21RnRmRn222111222111LKHLKHkjigguvwLKHLKH222222111111 wu v LKHLKHLKHLKH3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定（一）已知晶體結(jié)構(gòu)（一）已知晶體結(jié)構(gòu) 。2.R2比值法比值法 （1）立方晶系電子衍射花樣的標(biāo)定 :)(32123222122222222NNNRRRkaNLKHkadkRLKHad

29、HKLHKL根據(jù)消光條件立方系產(chǎn)生衍射的N值序列比（或R2序列比）為簡單立方 1：2：3：4：5：6：7：8：9：10：體心立方 2：4：6：8：10：12：14：16：18面心立方 3：4：8：11：12：16：19：20：24金剛石 3：8：11：16：19：24：273.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定（一）已知晶體結(jié)構(gòu)（一）已知晶體結(jié)構(gòu) 。2.R2比值法比值法 （2）四方晶系電子衍射花樣的標(biāo)定 顯然， R2比的數(shù)列是比較復(fù)雜的。但取hk0類晶面族，就有R2序列比為 1：2：4：5：8：9：10：2222222222222)()(CLKHALcKHa

30、kdkR（3）六方晶系電子衍射花樣的標(biāo)定 如果僅考慮l = 0的晶面族，即hk0面族， R2序列比為1，3，4，7，9，12，13，16，.3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定（二）、未知晶體結(jié)構(gòu)衍射花樣的標(biāo)定1) 測定低指數(shù)斑點的R值。應(yīng)在幾個不同的方位攝取衍射花樣，保證能測出最前面的8個R值。2) 根據(jù)R，計算出各個對應(yīng)的d值。3)查JCPDS（ASTM）卡片和各d值都相符的物相即為待測的晶體。注意：電子衍射的精度有限，有可能出現(xiàn)幾張卡片上d值均和測定的d值相近，此時，應(yīng)根據(jù)待測晶體的其它信息，例如化學(xué)成分等來排除不可能出現(xiàn)的物相3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)

31、分析三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定（三）、標(biāo)準(zhǔn)花樣對照法 這是熟練的電鏡工作者簡單、易行常用的方法。 標(biāo)準(zhǔn)花樣是指各種晶體點陣主要晶帶的倒易截面，可根據(jù)晶帶定律和相應(yīng)晶體點陣的消光規(guī)律繪制。如附錄16。標(biāo)準(zhǔn)花樣對照法就是將實際觀察、拍攝到的衍射花樣直接與標(biāo)準(zhǔn)花樣對照，寫出斑點的指數(shù)并確定晶帶軸的方向。3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定（三）、標(biāo)準(zhǔn)花樣對照法 3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定（三）、標(biāo)準(zhǔn)花樣對照法舉例 ：已知某Ni基高溫合金的基體為面心立方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a = 0.3597 nm，

32、試標(biāo)定如圖所示的電子衍射花樣。 測量R1=12.4 mm; R2=20.3 mm; R3=23.7 mm; = 90oR2/R1=1.637; R3/R1=1.911查表可知，其與面心立方112晶帶衍射花樣相符R1斑點指數(shù) ，R2斑點指數(shù)其余斑點用矢量合成法標(biāo)定，如圖。)111()202(R1R2R3)202()111()111()222()222()311()131()131()022()113(對于一幅電子衍射花樣，往往有多種標(biāo)定結(jié)果，如果僅僅是為了物相鑒定，每種標(biāo)定結(jié)果都是正確的，它們之間是相互等價的。 面心立方 晶帶衍射花樣1213.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定三、單

33、晶電子衍射譜的標(biāo)定（三）、標(biāo)準(zhǔn)花樣對照法舉例 ：如圖為有色金屬鋁的單晶電子衍射花樣(fcc a = 0.4 nm)，試標(biāo)定此花樣；計算相應(yīng)的晶面間距, 晶面指數(shù)和晶帶軸指數(shù)。已知：RA = 6.5mm, RB = 16.4mm, RC = 16.8mm, AB = 82, L = 1.50 mm.nm。 CBAO 1392. 0cosAB3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定（三）、標(biāo)準(zhǔn)花樣對照法舉例 ：如圖為有色金屬鋁的單晶電子衍射花樣(fcc a = 0.4 nm)，試標(biāo)定此花樣；計算相應(yīng)的晶面間距和晶帶軸指數(shù)。已知：RA = 6.5mm, RB = 1

34、6.4mm, RC = 16.8mm, AB = 82, L = 1.50 mm nm。 CBAOHKLHKLdLdKR11222275. 34 . 050. 1NLKHR20 )75. 38 .16( ;19)75. 34 .16( ; 3)75. 35 . 6(222222CBANNN1392. 0193cos222222BABABAAAAAAABABABAABLLKKHHLKHLKHLLKKHH1BABABALLKKHH解：電子衍射基本公式:得：對應(yīng)晶面指數(shù)分別為111，331和420。 3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定三、單晶電子衍射譜的標(biāo)定（三）、標(biāo)準(zhǔn)花樣對照法舉例

35、 ：如圖為有色金屬鋁的單晶電子衍射花樣(fcc a = 0.4 nm)，試標(biāo)定此花樣；計算相應(yīng)的晶面間距和晶帶軸指數(shù)。已知：RA = 6.5mm, RB = 16.4mm, RC = 16.8mm, AB = 82, L = 1.50 mm nm。 CBAO1BABABALLKKHH1322643311 3111 1311 BBAABBAABBAAKHKHHLHLLKLKuvw在A為111，B為331中，可選擇A為(111), B為 ，由矢量運算可得衍射斑點面指數(shù)如圖所示。晶帶軸指數(shù)為： ) 133() 133()111()222()224()111()224(3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析四、復(fù)

36、雜電子衍射譜的特征四、復(fù)雜電子衍射譜的特征前面所述單晶和多晶電子衍射花樣屬“簡單”花樣。主要特點：近似平行于入射電子束B方向為晶帶軸的一個晶帶內(nèi)晶面的衍射所產(chǎn)生。零層倒易截面的陣點排列的放大像。產(chǎn)生衍射的晶體是單晶或無序固溶體散射質(zhì)點條件等同的。一次衍射所產(chǎn)生，無多次衍射斑點。實際遇到的單晶電子衍射花樣并不都是如此“單純”，除了簡單花樣的規(guī)則斑點外，常出現(xiàn)一些“額外斑點”構(gòu)成“復(fù)雜花樣”。如：超點陣斑點 高階勞厄斑點(3) 雙衍射斑點3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析四、復(fù)雜電子衍射譜的特征四、復(fù)雜電子衍射譜的特征超點陣斑點 面心點陣消光規(guī)律0)75. 025. 0(4)(CuAuffHKLFCuAu

37、CuAuffffHKLF3)(有序時無序時簡單點陣消光規(guī)律無序有序3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析四、復(fù)雜電子衍射譜的特征四、復(fù)雜電子衍射譜的特征（2）高階勞厄斑點 點陣常數(shù)較大的晶體，倒易空間中例易面間距較小。如果晶體很薄，則倒易桿較長，因此與愛瓦爾德球面相接觸的并不只是零例易截面，上層或下層的倒易平而上的倒易桿均有可能和愛瓦爾德球面相接觸，從而形成所謂高階勞厄區(qū)。滿足 21;NNLwKvHu3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析四、復(fù)雜電子衍射譜的特征四、復(fù)雜電子衍射譜的特征（3）二次衍射 當(dāng)電子束在晶體中傳播時，在晶面組（H1K1L1）的衍射束D1作為晶面（H2K2L2）的入射束發(fā)生衍射，稱為二次衍射?？?/p>

38、在同一晶體內(nèi)的兩個晶面之間兩相晶體的兩個晶面之間及取向不同、結(jié)構(gòu)相同的相鄰兩個晶粒的兩個晶面之間產(chǎn)生。 二次衍射的結(jié)果導(dǎo)致在衍射花樣中出現(xiàn)額外的衍射斑點，使有些Fhkl= 0的禁止反射出現(xiàn)衍射斑點；或?qū)е卵苌浒唿c強(qiáng)度的變化。; OO;21331221211gggkkgkkgkk有重合與平移，使3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析四、復(fù)雜電子衍射譜的特征四、復(fù)雜電子衍射譜的特征（3）二次衍射11212213312*121212;OO ()()() ;kkgkkgkkggghh akk bll c 平移，使與 重合 有 如果衍射圖中同時存在（h1k1l1）和（h2k2l2）斑點，利用上述關(guān)系 很容易確定這兩

39、個晶面之間產(chǎn)生的二次衍射斑點的位置； 如果（h3k3l3）的結(jié)構(gòu)因子為0，則通過（h1k1l1）和（h2k2l2）晶面的二次衍射，在禁止反射的（h3k3l3）的位置出現(xiàn)二次衍射斑點。 二次衍射的存在，給結(jié)構(gòu)分析帶來了困難。3.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析四、復(fù)雜電子衍射譜的特征四、復(fù)雜電子衍射譜的特征（3）二次衍射)001()101()001(ggg例1 h.c.p 結(jié)構(gòu)消光規(guī)律為：h + 2k = 3n， 同時， l為奇數(shù)在正常情況下，不可能出現(xiàn)(0001) (001)，(0003) (003)等斑點，但在(10 1) (101)產(chǎn)生的一次衍射束在( 010) ( 00)晶面發(fā)生二次衍射后，將在(

40、0001)位置出現(xiàn)斑點。1113.4 電子衍射及結(jié)構(gòu)分析四、復(fù)雜電子衍射譜的特征四、復(fù)雜電子衍射譜的特征（3）二次衍射例2 bcc 結(jié)構(gòu)F 0 條件：h + k + l = 2n.若（h1k1l1）和（h2k2l2）之間發(fā)生二次衍射，二次衍射斑點（h3k3l3）=（h1k1l1）+（h2k2l2）必定h3 + k3 + l3 = 偶數(shù)（h3k3l3）本身的Fh3k3l3 0 ，即出現(xiàn)的。即不會出現(xiàn)多余的斑點，僅是斑點強(qiáng)度發(fā)生了變化。 同理 fcc也不會出現(xiàn)多余的斑點體心立方晶體001入射的衍射斑點3.5 TEM顯微圖像襯度分析 前面講述電子衍射的基礎(chǔ)內(nèi)容，主要針對相結(jié)構(gòu)分析。但透射電子顯微鏡的

41、另一功能是進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)形貌分析。襯度是指在熒光屏或照相底片上，眼睛能觀察到的光強(qiáng)度或感光度的差別。透射電鏡的像襯度來源于樣品對入射電子束的散射。 成像/衍射模式選擇： 如果把中間鏡的物平面和物鏡的像平面重合，則在熒光屏得到顯微圖像成像模式，如果把中間鏡的物平面和物鏡的背焦面重合則在熒光屏得到電子衍射花樣衍射模式。試樣物鏡衍射譜選區(qū)光闌一次象中間鏡二次象投影鏡 三次象（熒光屏）100205102物鏡光闌顯微像3.5 TEM顯微圖像襯度分析襯度兩種基本類型：質(zhì)厚襯度和衍射襯度。 質(zhì)厚襯度-非晶（復(fù)型）樣品電子顯微圖像襯度是由于樣品不同微區(qū)間存在原子序數(shù)或厚度的差異而形成的，它是建立在非晶樣品中原子

42、對電子的散射和透射電子顯微鏡小孔徑成像的基礎(chǔ)上的。對于晶體薄膜樣品而言，厚度大致均勻，原子序數(shù)也無差別，因此，就不可能利用質(zhì)厚襯度來獲得圖象反差. 衍射襯度-由晶體樣品各處衍射束強(qiáng)度的差異形成的襯度。或是由樣品各處滿足布拉格條件程度的差異造成的襯度。質(zhì)厚襯度衍射襯度3.5 TEM顯微圖像襯度分析一、質(zhì)厚襯度和TEM圖像（一）質(zhì)厚襯度成像原理.p110 當(dāng)一個電子穿透非晶體薄樣品時，將與樣品發(fā)生相互作用，或與原子核相互作用，或與核外電子相互作用，由于電子的質(zhì)量比原子核小得多，所以原子核對入射電子的散射作用，一般只引起電子改變運動方向，而能量沒有變化（彈性散射），散射角：原子核 核外電子電子受原子

43、散射rnre2n;rnnnrUZeUrZe或可見所有瞄準(zhǔn)以原子核為中心，rn為半徑的圓內(nèi)的入射電子將被散射到大于的角度以外的方向上去。彈性散射截面2e;reeerUeUre或電子原子enZ03.5 TEM顯微圖像襯度分析一、質(zhì)厚襯度和TEM圖像（一）質(zhì)厚襯度成像原理.p148 對于非晶體樣品來說，入射電子透過樣品時碰到的原子數(shù)目越多(或樣品越厚)，樣品原子核庫侖電場越強(qiáng)(或樣品原子序數(shù)越大或密度越大)，被散射到物鏡光闌外的電子就越多，而通過物鏡光闌參與成像的電子強(qiáng)度也就越低。 單位體積樣品的總散射截面為：原子核 核外電子電子受原子散射rnre00ANQ QtQteIneIennQdtndn00

44、N0阿伏加德羅常數(shù)；密度；原子散射截面；A原子量 入射到單位表面積的電子數(shù)為n，當(dāng)其穿透dt厚度樣品后有dn個電子被散射到光闌外，即其減小率為dn/n，因此有3.5 TEM顯微圖像襯度分析一、質(zhì)厚襯度和TEM圖像（一）質(zhì)厚襯度成像原理. tANQteIeIneI0000t質(zhì)厚襯度穿透強(qiáng)度IdtI-dI)(00012110201112211221122111;tQtQtQtQtQtQtQeeIeIeIIIIIICeIIeII當(dāng) Qt1時， I = I0/e，tc1/Q臨界厚度；tc臨界質(zhì)量厚度，t 0，其愛互爾德球作圖如圖所示。rss散射波振幅3.5 TEM顯微圖像襯度分析二、衍射襯度和TEM圖

45、像（一） 完整晶體的衍射強(qiáng)度（衍襯運動學(xué)） ncellnrsgigcellNrsgignneFeF)()()(2)()(2cosgqnFr小柱體的散射振幅為平行于表面所有晶面散射振幅的疊加根據(jù)Fresnel分波帶法（半波帶法）可求得每層點陣面的散射振幅為n單位面積原子面內(nèi)含有的晶胞數(shù)Fg結(jié)構(gòu)因素在位置矢量為 處選取小柱體和厚度元dz，有ddzenFidnrsgigg)(2cos3.5 TEM顯微圖像襯度分析二、衍射襯度和TEM圖像（一） 完整晶體的衍射強(qiáng)度（衍襯運動學(xué)）gTggisgtsziggigrsiggnnnnngrsgigrsgiggIIsst(Iesst(idzeidzeidzeid

46、rsrgrsrgrsgnFddzeidzednFidggnnn1)()sin)sinsz)(cos;cos2222*02sz22g)(2)(2整數(shù)；其中 消光距離 3.5 TEM顯微圖像襯度分析二、衍射襯度和TEM圖像（一） 完整晶體的衍射強(qiáng)度（衍襯運動學(xué)）2222222)sin1)()sinsst(sst(Iggg（二） 衍射強(qiáng)度衍襯運動學(xué)方程的應(yīng)用1. 等厚條紋(衍射強(qiáng)度隨樣品厚度的變化)當(dāng) S C 時 當(dāng)t = n/s（n為整數(shù)）時，Ig = 0當(dāng) t = (n + 1/2)/s 時, 2max)(1gsIIg)sin)(122st(sIgg3.5 TEM顯微圖像襯度分析二、衍射襯度和T

47、EM圖像（二） 衍射強(qiáng)度衍襯運動學(xué)方程的應(yīng)用2. 等傾條紋當(dāng)t c時 有極大值。ggggItnsItnstIIsforitsst(tIgg,/)21(;0,)(,0 .)()sin)(22max22223.5 TEM顯微圖像襯度分析二、衍射襯度和TEM圖像（三） 晶體缺陷衍襯分析 位錯 （hkl）為位錯線畸變晶面 設(shè)該晶面的偏離參量為S0，且S00， 位錯引起（hkl）晶面額外的附加偏差S，在位錯線的右側(cè)，S 0，在其左側(cè)S S0 左側(cè)區(qū)域內(nèi)，總偏差 S = S0 + S S0, 且在某位置（例如D）恰巧使S = S0+S = 0，衍射強(qiáng)度最大 在偏離位錯線實際位置產(chǎn)生位錯線的像，暗場像中為亮

48、線，明場相反. 3.5 TEM顯微圖像襯度分析二、衍射襯度和TEM圖像（三） 晶體缺陷衍襯分析2. 層錯3.5 TEM顯微圖像襯度分析二、衍射襯度和TEM圖像（三） 晶體缺陷衍襯分析3. 第二相粒子3.6 試樣制備 利用復(fù)型技術(shù)雖然可能使電子顯微鏡的分辨率達(dá)到幾個納米左右(比光學(xué)顯微鏡的分辨率提高約兩個數(shù)量級），但是在于復(fù)型材料本身的顆粒有一定的大小，因此不可能把比它自己還要小的細(xì)微結(jié)構(gòu)復(fù)制出來，從而限制了分辨率的近一步提高。此外復(fù)型只能對樣品的表面形貌進(jìn)行復(fù)制，并不能對樣品的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)(例如晶體缺陷、界面等)進(jìn)行觀察分析，因此，復(fù)型技術(shù)在應(yīng)用方面還有著很大的局限性。 利用材料薄膜樣品在透射

49、電鏡下直接觀察分析，不僅能清晰地顯示樣品內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)，而且還能使電鏡的分辨率大大提高。此外，結(jié)合薄膜樣品的電子衍射分析，還可以得到許多晶體學(xué)信息。一、薄膜樣品的制備方法 1. 樣品的基本要求樣品薄膜的厚度取決于電子的穿透能力和獲取樣品信息的能力。3.6 試樣制備 一、薄膜樣品的制備方法 樣品的基本要求（1）樣品相對于電子束必須有足夠的透明度樣品薄膜的厚度取決于電子的穿透能力和獲取樣品信息的能力。以Fe膜為例，200kV下，500nm；1000kV，1500nm。樣品厚度要適當(dāng)，對金屬材料而言，樣品厚度 20后，其信號強(qiáng)度隨Z變化很小。而背散射電子產(chǎn)額對原子序數(shù)Z十分敏感。背散射電子用于：1）

50、形貌分析來自樣品表層幾百nm范圍。BE形貌分析效果遠(yuǎn)不及SE，故一般不用BE信號。 2）成分分析產(chǎn)額與原子序數(shù)有關(guān)。 用背散射電子像可以觀察未腐蝕樣品的拋光面分析。4332ZI 4.2 電子圖像分析二、背散射電子（二、背散射電子（BEBE）像）像1BE形貌襯度1）用BE進(jìn)行形貌分析時，其分辨率遠(yuǎn)比SE像低。2）圖象襯度很強(qiáng)，襯度太大會失去細(xì)節(jié)的層次。BE能量高，以直線軌跡逸出樣品表面，對于背向檢測器的樣品表面，因檢測器無法收集到BE而變成一片陰影，因此，其圖象襯度很強(qiáng)，襯度太大會失去細(xì)節(jié)的層次，不利于分析。因此，BE形貌分析效果遠(yuǎn)不及SE，故一般不用BE信號（一）、背散射電子（一）、背散射電子

51、（BEBE）像的襯度）像的襯度 4.2 電子圖像分析二、背散射電子（二、背散射電子（BEBE）像）像2BE原子序數(shù)（成分）襯度 原子序數(shù)Z與背散射電子產(chǎn)額的關(guān)系如圖。進(jìn)行分析時，樣品上原子序數(shù)較高的區(qū)域中由于收集到的背散射電子數(shù)量較多，故在熒光屏上的圖象較亮。因此，利用原子序數(shù)造成的襯度變化可以對各種金屬和合金進(jìn)行定性的成分分析。 1）用BE進(jìn)行成分分析時，為避免形貌襯度對原子序數(shù)襯度的干擾，被分析的樣品只進(jìn)行拋光，而不必腐蝕。（一）、背散射電子（一）、背散射電子（BEBE）像的襯度）像的襯度4332ZI 4.2 電子圖像分析二、背散射電子（二、背散射電子（BEBE）像）像2）既進(jìn)行成分分析又

52、要進(jìn)行形貌分析時，可采用對稱分布的檢測器收集信號（同一部位的BE），然后計算機(jī)處理分別得到形貌信號和成分信號。如圖所示。相加為成分像相減為形貌相（一）、背散射電子（一）、背散射電子（BEBE）像的襯度）像的襯度 4.2 電子圖像分析二、背散射電子（二、背散射電子（BEBE）像）像背散射電子（BE）像襯度應(yīng)用最廣的是它的成分襯度像。例子（二）、背散射電子（二）、背散射電子（BEBE）像襯度的應(yīng)用）像襯度的應(yīng)用ZrO2-Al2O3-SiO2系耐火材料的背散射電子像。由于ZrO2相平均原子序數(shù)遠(yuǎn)高于Al2O3相和SiO2 相，所以圖中白色相為斜鋯石，小的白色粒狀斜鋯石與灰色莫來石混合區(qū)為莫來石斜鋯石

53、共析體，基體灰色相為莫來石。斜鋯石莫來石斜鋯石莫來石4.3 電子探針的工作原理與結(jié)構(gòu) 電 子 探 針 X 射 線 顯 微 分 析（Electron Probe Microanalysis, EPMA）是一種結(jié)合顯微分析和成分分析結(jié)合的微區(qū)分析，其原理是用細(xì)聚焦電子束入射樣品表面，激發(fā)出樣品元素的特征X射線，分析特征X射線的波長（或能量）可知元素種類；分析特征X射線的強(qiáng)度可知元素的含量。 它特別適用微區(qū)的化學(xué)成分分析，因而是研究材料顯微結(jié)構(gòu)工藝性能關(guān)系的有效研究方法。 要使同一臺儀器兼具形貌分析和成分分析功能，往往將掃描電鏡和電子探針組合在一起?？梢苑譃槿蟛糠郑虹R筒、樣品室、和信號檢測系統(tǒng)。

54、4.3 電子探針的工作原理與結(jié)構(gòu) 常用檢測X射線譜儀： 波長分散譜儀或波譜儀(Wave dispersive spectrometer, WDS)； 能量分散譜儀或能譜儀(Energy dispersive spectrometer, EDS).波譜儀能譜儀4.3 電子探針的工作原理與結(jié)構(gòu)一、波譜儀工作原理 及結(jié)構(gòu) （一）分光晶體1)電子束入射樣品表面產(chǎn)生的X射線是在樣品表面下一個um量級乃至納米量級的作用體積發(fā)出的，由該體積各種元素激發(fā)的特征X線，沿各方向發(fā)出，成為點光源。2) 在樣品上方放置分光晶體，當(dāng)滿足2dsin = 時，該波長將發(fā)生衍射，若在其衍射方向安裝探測器，可將樣品作用體積內(nèi)不

55、同波長的X射線分散并展示出來。 但上述平面分光晶體使譜儀的檢測效率非常低，表現(xiàn)在： 固定波長下，特定方向入射才可衍射 各處衍射條件不同。4.3 電子探針的工作原理與結(jié)構(gòu)一、波譜儀工作原理 及結(jié)構(gòu) 要解決的問題是： 分光晶體表面處處滿足同樣的衍射條件實現(xiàn)衍射束聚焦。解決的辦法是： 把分光晶體作適當(dāng)?shù)膹椥詮澢?，并使X射線源、彎曲晶體表面和檢測器窗口位于同一個園周上，就可以達(dá)到把衍射束聚焦的目的。該園稱為聚焦園，半徑為R。如果晶體的位置固定，整個分光晶體只收集一種波長的X射線，從而使這種單色X射線的衍射強(qiáng)度大大提高。1) Johann 型聚焦法：曲率半徑為2R。近似聚焦方式。2) Johansson

56、型聚焦法：曲率半徑為R，全聚焦法Johann 型聚焦法Johansson型聚焦法4.3 電子探針的工作原理與結(jié)構(gòu)一、波譜儀工作原理 及結(jié)構(gòu) 彎晶聚焦譜儀的結(jié)構(gòu)與原理實際中使用的譜儀布置形式有兩種：1）回轉(zhuǎn)式波譜儀 分光晶體和檢測器在園周上以1:2的角速度轉(zhuǎn)動，以保證滿足布拉格條件。這種波譜儀結(jié)構(gòu)比較簡單，但出射方向改變很大，在表面不平度較大的情況下，由于X射線在樣品內(nèi)行進(jìn)的路線不同，往往會造成分析上的誤差。1）回轉(zhuǎn)式波譜儀， 2）直進(jìn)式波譜儀1）回轉(zhuǎn)式波譜儀4.3 電子探針的工作原理與結(jié)構(gòu)一、波譜儀工作原理 及結(jié)構(gòu) 彎晶聚焦譜儀的結(jié)構(gòu)與原理2）直進(jìn)式波譜儀 X射線照射分光晶體的方向固定，即出射

57、角保持不變，聚焦園園心O改變，這可使X射線穿出樣品表面過程中所走的路線相同也就是吸收條件相等。分光晶體位置沿直線運動時晶體本身產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，從而使和滿足Bragg條件。 光源到晶體距離。聚焦園半徑；而一般形式L sin2 sin2 sin2RKLLRddRLRDCSCLiiiii 只要把距離L從小變大，就可在某些特定位置測到特征波長信號. 4.3 電子探針的工作原理與結(jié)構(gòu)一、波譜儀工作原理 及結(jié)構(gòu) 彎晶聚焦譜儀的結(jié)構(gòu)與原理2）直進(jìn)式波譜儀KL 由于結(jié)構(gòu)上的限制，L不能太長。一般在1030cm范圍。在聚焦園R = 20cm的情況下，則約在1565之間變化?？梢娨粋€分光晶體能夠覆蓋的波長范圍是有

58、限的，也只能 測 定 某 一 原 子 序 數(shù) 范 圍 的 元 素 。 要測定z = 4-92范圍的元素，則必須使用幾塊晶面間距不同的晶體，因此，一臺電子探針儀上往往裝有26個譜儀，幾個譜儀一起工作可以同時測定幾個元素。4.3 電子探針的工作原理與結(jié)構(gòu)一、波譜儀工作原理 及結(jié)構(gòu) 彎晶聚焦譜儀的結(jié)構(gòu)與原理2）直進(jìn)式波譜儀-常用的分光晶體常用晶體分子式衍射晶面2d (nm)適用波長 (nm)可檢元素氟化鋰LiF(200)0.40260.080.38K:20Ca37RbL:51Sb92U異戊四醇C5H12O(PET)0.8740.140.83K:14Si26Fe; L:37Rb 85Tb;M:72Hf

59、92U鄰苯二酸銣（鉀）C3H5O4Rb(RAP)(002)2.6120.21.83K:9F15P; L:24Cr 40Zr;M:67La79AuC3H5O4K(RAP)(001)2.6630.452.54鄰苯二甲酸氫鉈TAP(C8H5O4TI)2.590.611.83硬脂酸鉛C18H35O2Pb10.081.79.4K:4Be7NL:20Ca21Sc) 1110()0110(4.3 電子探針的工作原理與結(jié)構(gòu)一、波譜儀工作原理 及結(jié)構(gòu) (二)檢測系統(tǒng)（與x射線探測一樣）X射線探測器：正比計數(shù)器、閃爍計數(shù)器等。（三）波譜儀特點1) 分辨率高：波譜儀分辨率為510eV，可將波長接近的譜線分開。 2) 測量元素廣，可測定原子序數(shù)從4到92間的所有元素。 3) 峰背比高。大約可檢測100 ppm。4)效率低，分析速度慢。 二、能譜儀工作原理 及結(jié)構(gòu) 利用不同元素X射線光子特征能量不同特點進(jìn)行成分分析 4.3 電子探針的工作原理與結(jié)構(gòu)二、能譜儀工作原理 及結(jié)構(gòu) 當(dāng)不同能量的X射線光子進(jìn)入鋰漂移硅 Si(Li) 探測器后，在Si(Li)晶體內(nèi)將產(chǎn)生電子空穴對，在低溫（如液氮冷卻探測器）條件下，產(chǎn)生一個電子空穴對平均消耗