電子衍射及衍射花樣標(biāo)定.ppt

主要內(nèi)容 電子衍射花樣特征 電子束照射單晶體 一般為斑點(diǎn)花樣 多晶體 同心圓環(huán)狀花樣 織構(gòu)樣品 弧狀花樣 無定形試樣 準(zhǔn)晶 非晶 彌散環(huán) 1 電子衍射的原理 1 斑點(diǎn)花樣 平行入射束與單晶作用產(chǎn)生斑點(diǎn)狀花樣 主要用于確定第二象 孿晶 有序化 調(diào)幅結(jié)構(gòu) 取向關(guān)系 成象衍射條件 2 菊池線花樣 平行入射束經(jīng)單晶非彈性散射失去很少能量 隨之又遭到彈性散射而產(chǎn)生線狀花樣 主要用于襯度分析 結(jié)構(gòu)分析 相變分析以及晶體的精確取向 布拉格位置偏移矢量 電子波長的測定等 3 會聚束花樣 會聚束與單晶作用產(chǎn)生盤 線狀花樣 可以用來確定晶體試樣的厚度 強(qiáng)度分布 取向 點(diǎn)群 空間群以及晶體缺陷等 1 電子衍射的原理 衍射花樣的分類 1 電子衍射的原理 Bragg定律 2dsin d 晶面間距 電子波長 Bragg衍射角衍射花樣投影距離 當(dāng) 很小tan2 2 sin rd L 常數(shù) r O G 1 電子衍射的原理 衍射花樣與晶體的幾何關(guān)系 利用金膜測定相機(jī)常數(shù)由里至外測量R 找到對應(yīng)的d 根據(jù)Rd L 測得200KV得到金環(huán) 由內(nèi)到外直徑2R依次為 17 46mm 20 06mm 28 64mm 33 48mm 對應(yīng)指數(shù) 111 200 220 311 對應(yīng)面間距d分別為0 2355nm 0 2039nm 0 1442nm 0 1230nmK Rd 2 電子顯微鏡中的電子衍射 相機(jī)常數(shù)測定 選區(qū)衍射就是在樣品上選擇一個(gè)感興趣的區(qū)域 并限制其大小 得到該微區(qū)電子衍射圖的方法 也稱微區(qū)衍射 兩種方法 光闌選區(qū)衍射 LePool方式 用位于物鏡象平面上的選區(qū)光闌限制微區(qū)大小 先在明場象上找到感興趣的微區(qū) 將其移到熒光屏中心 再用選區(qū)光闌套住微區(qū)而將其余部分擋掉 理論上 這種選區(qū)的極限 0 5 m 微束選區(qū)衍射 用微細(xì)的入射束直接在樣品上選擇感興趣部位獲得該微區(qū)衍射像 電子束可聚焦很細(xì) 所選微區(qū)可小于0 5 m 可用于研究微小析出相和單個(gè)晶體缺陷等 目前已發(fā)展成為微束衍射技術(shù) 選區(qū)電子衍射 2 電子顯微鏡中的電子衍射 花樣分析分為兩類 一是結(jié)構(gòu)已知 確定晶體缺陷及有關(guān)數(shù)據(jù)或相關(guān)過程中的取向關(guān)系 二是結(jié)構(gòu)未知 利用它鑒定物相 指數(shù)標(biāo)定是基礎(chǔ) 電子衍射花樣 2 電子顯微鏡中的電子衍射 花樣與X射線衍射法所得花樣的幾何特征相似 由一系列不同半徑的同心圓環(huán)組成 是由輻照區(qū)內(nèi)大量取向雜亂無章的細(xì)小晶體顆粒產(chǎn)生 d值相同的同一 hkl 晶面族所產(chǎn)生的衍射束 構(gòu)成以入射束為軸 2 為半頂角的園錐面 它與照相底板的交線即為半徑為R L d K d的圓環(huán) R和1 d存在簡單的正比關(guān)系對立方晶系 1 d2 h2 k2 l2 a2 N a2通過R2比值確定環(huán)指數(shù)和點(diǎn)陣類型 3 多晶體電子衍射花樣 A 晶體結(jié)構(gòu)已知 測R 算R2 分析R2比值的遞增規(guī)律 定N 求 hkl 和a 如已知K 也可由d K R求d對照ASTM求 hkl B 晶體結(jié)構(gòu)未知 測R 算R2 R22 R12 找出最接近的整數(shù)比規(guī)律 根據(jù)消光規(guī)律確定晶體結(jié)構(gòu)類型 寫出衍射環(huán)指數(shù) hkl 算a 如已知K 也可由d K R求d對照ASTM求 hkl 和a 確定樣品物相 已知晶體結(jié)構(gòu) 標(biāo)定相機(jī)常數(shù) 一般用Au FCC a 0 407nm 也可用內(nèi)標(biāo) 物相鑒定 大量彌散的萃取復(fù)型粒子或其它粉末粒子 3 多晶體電子衍射花樣 分析方法 主要用途 基本任務(wù)確定花樣中斑點(diǎn)的指數(shù)及其晶帶軸方向 uvw 確定樣品的點(diǎn)陣類型 物相和位向 一般分析任務(wù)可分為兩大類 測定新結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的參數(shù)是完全未知的 在ASTM卡片中和其它文獻(xiàn)中都找不到 鑒定舊結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的參數(shù)前人已作過測定 要求在這些已知結(jié)構(gòu)中找出符合的結(jié)構(gòu)來 4 單晶電子衍射花樣標(biāo)定 單晶花樣分析的任務(wù) 主要方法有 嘗試 校核法標(biāo)準(zhǔn)花樣對照法標(biāo)定步驟 1 選擇靠近中心且不在一直線上的幾個(gè)斑點(diǎn) 測量它們的R值 2 利用R2比值的遞增規(guī)律確定點(diǎn)陣類型和這幾個(gè)斑點(diǎn)所屬的晶面族指數(shù) hkl 如果已知樣品和相機(jī)常數(shù) 可分別計(jì)算產(chǎn)生這幾個(gè)斑點(diǎn)的晶面間距 R K d 并與標(biāo)準(zhǔn)d值比較直接寫出 hkl 4 單晶電子衍射花樣標(biāo)定 單晶電子衍射花樣的指數(shù)化標(biāo)定基本程序 3 進(jìn)一步確定晶面組指數(shù) hkl 嘗試 校核法 首先根據(jù)斑點(diǎn)所屬的 hkl 任意假定其中一個(gè)斑點(diǎn)的指數(shù) 如h1k1l1 再根據(jù)和的夾角測量值與計(jì)算值相符的原則 確定第二個(gè)斑點(diǎn)的指數(shù)h2k2l2 夾角可通過計(jì)算或查表得到 立方體的夾角計(jì)算公式 4 其余斑點(diǎn)的指數(shù) 可由的矢量運(yùn)算得到 必要時(shí)也應(yīng)反復(fù)驗(yàn)算夾角 4 單晶電子衍射花樣標(biāo)定 求晶帶軸指數(shù) 逆時(shí)針法則 5 任取不在同直線上的兩個(gè)斑點(diǎn) 如h1k1l1和h2k2l2 確定晶帶軸指數(shù) uvw 4 單晶電子衍射花樣標(biāo)定 電子衍射斑點(diǎn)花樣的幾何圖形 可能歸屬立方 四方 六方 三方 立方 單斜 正交 四方 六方 三方 立方 除三斜 單斜 正交 四方 六方三方 立方 除三斜 1 正方形 2 正六角形 3 有心矩形 4 矩形 5 平行四邊形 三斜 單斜 正交 四方 六方 三方 立方 所有 4 單晶電子衍射花樣標(biāo)定 例1 如圖為某一電子衍射花樣 試標(biāo)定 已知 RA 7 3mm RB 12 7mm RC 12 6mm RD 14 6mm RE 16 4mm 73 加速電壓200kV 相機(jī)長度800mm 4 單晶電子衍射花樣標(biāo)定 單晶電子衍射花樣標(biāo)定實(shí)例 4 單晶電子衍射花樣標(biāo)定 例2 下圖為某物質(zhì)的電子衍射花樣 試指標(biāo)化并求其晶胞參數(shù)和晶帶方向 RA 7 1mm RB 10 0mm RC 12 3mm RARB 90o rArC 55o L 14 1mm 4 單晶電子衍射花樣標(biāo)定 解1 1 從 可知為等軸體心結(jié)構(gòu) 2 從rd L 可得dA 1 99 dB 1 41 dC 1 15 3 查ASTM卡片 該物質(zhì)為 Fe 從ASTM可知dA 110 dB 200 dC 211 選A B 002 C 4 單晶電子衍射花樣標(biāo)定 4 檢查夾角 4 單晶電子衍射花樣標(biāo)定 解2 1 由 可知為等軸體心結(jié)構(gòu) 2 因?yàn)镹 2在A 所以A為 110 并假定點(diǎn)A為 因?yàn)镹 4在B 所以B為 200 并假定點(diǎn)B為200 4 單晶電子衍射花樣標(biāo)定 3 計(jì)算夾角 與測量值不一致 測量值 RARB 90o 4 假定B為002 與測量值一致 所以A andB 002 由矢量合成法 得知 5 算出 RARC 57 74o與測量值一致 55o 4 單晶電子衍射花樣標(biāo)定 6 對各衍射點(diǎn)指標(biāo)化如下 7 a 2dB 2 83 8 Find uvw 110 4 單晶電子衍射花樣標(biāo)定 雙晶帶引起的斑點(diǎn)花樣高階勞厄斑點(diǎn)超點(diǎn)陣斑點(diǎn)二次衍射斑點(diǎn)孿晶斑點(diǎn)菊池衍射花樣 簡單花樣 單質(zhì)或均勻固溶體的散射 由近似平行于B的晶帶軸所產(chǎn)生復(fù)雜花樣 在簡單花樣中出現(xiàn)許多 額外斑點(diǎn) 分析目的在于辯認(rèn)額外信息 排除干擾 5 復(fù)雜電子衍射花樣 原因 Ewald球是一個(gè)有一定曲率的球面 可能使兩個(gè)晶帶軸指數(shù)相差不大的晶帶的0層倒易面同時(shí)與球面相截 產(chǎn)生分屬于兩個(gè)晶帶的兩套衍射斑點(diǎn) 產(chǎn)生些情況必須具備的條件為 r1 r2夾角很小 g1 r2 0 g2 r1 0 現(xiàn)象 一邊一套衍射斑 右圖 標(biāo)定方法 同簡單花樣 驗(yàn)證標(biāo)定結(jié)果采用上述必備條件 5 復(fù)雜電子衍射花樣 雙晶帶引起的斑點(diǎn)花樣 點(diǎn)陣常數(shù)較大的晶體 其倒易點(diǎn)陣的倒易面間距較小 如果晶體很薄 則倒易桿很長 因此與厄瓦爾德球面相交的不只是零層倒易面 其上層或下層的倒易平面上倒易桿均有可能和厄瓦爾德球面相交 從而形成高階勞厄區(qū) 如圖 高階勞厄斑點(diǎn)并不構(gòu)成一個(gè)晶帶 它們符合廣義晶帶定律 由于高階斑點(diǎn)和零層斑點(diǎn)分布規(guī)律相同 因此只要求出它們之間的水平位移矢量 便可對高階勞厄區(qū)斑點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定 高階勞厄斑點(diǎn)可以給出晶體更多的信息 如可消除180度不唯一性和測定晶體厚度 5 復(fù)雜電子衍射花樣 高階勞厄斑點(diǎn) 當(dāng)晶體內(nèi)部的原子或離子產(chǎn)生有規(guī)律的位移或不同種原子產(chǎn)生有序排列時(shí) 將引起其電子衍射結(jié)果的變化 即可以使本來消光的斑點(diǎn)出現(xiàn) 這種額外的斑點(diǎn)稱為超點(diǎn)陣斑點(diǎn) AuCu3合金是面心立方固溶體 在無序相情況下 Au原子和Cu原子是隨機(jī)地分布在晶胞中的四個(gè)原子位置 因此它符合面心立方的一般消光規(guī)律 在一定條件下 它會形成有序固溶體 其中Cu原子位于面心 Au原子位于頂點(diǎn) 如圖 5 復(fù)雜電子衍射花樣 超點(diǎn)陣斑點(diǎn) 原理 電子通過晶體時(shí) 產(chǎn)生的較強(qiáng) 它們常?？梢宰鳛樾碌娜肷渚€ 在晶體中再次產(chǎn)生衍射 現(xiàn)象 重合 強(qiáng)度反常 不重合 多出斑點(diǎn)或出現(xiàn) 禁止斑點(diǎn) 場合 多發(fā)生在兩相合金衍射花樣內(nèi) 如基體與析出相 同結(jié)構(gòu)不同方位的晶體之間 如孿晶 晶界附近 同一晶體內(nèi)部判斷 二次衍射起因于花樣的對稱性 所以可以通過將試樣繞強(qiáng)衍射斑點(diǎn)傾斜10 左右以產(chǎn)生雙束條件 即透射束和一去強(qiáng)衍射束 若起因于二次衍射 在雙束條件政斑點(diǎn)就會消失 若部分強(qiáng)度起因于這種作用 強(qiáng)度就會減弱 也可用二次衍射斑形成中心暗場象來區(qū)分 如晶界會亮 5 復(fù)雜電子衍射花樣 二次衍射斑點(diǎn) 原理 在凝固 相變和再結(jié)晶變形過