電子衍射及衍射花樣標(biāo)定匯編

1、 電子衍射花樣特征電子衍射花樣特征 u電子束照射電子束照射 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(wú)定形試樣（準(zhǔn)晶、非晶）：彌散環(huán)。 1.1.電子衍射的原理電子衍射的原理 1 1）斑點(diǎn)花樣斑點(diǎn)花樣：平行入射束與單晶作用產(chǎn)生斑點(diǎn)狀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)、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；取向關(guān)系、成象衍射條件； 2 2）菊池線花樣菊池線花樣：平行入射束經(jīng)單晶非彈性散射失去很少能量，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

2、要用于襯度分析、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(zhǎng)的測(cè)定等；移矢量、電子波長(zhǎng)的測(cè)定等； 3 3）會(huì)聚束花樣會(huì)聚束花樣：會(huì)聚束與單晶作用產(chǎn)生盤、線狀花樣；可以會(huì)聚束與單晶作用產(chǎn)生盤、線狀花樣；可以 用來(lái)確定晶體試樣的厚度、強(qiáng)度分布、取向、點(diǎn)群、空間用來(lái)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。群以及晶體缺陷等。 1.1.電子衍射的原理電子衍射的原理 u衍射花樣的分類衍射花樣的分類 1 1 2 2q q d1 o o G G R L 試樣

3、試樣 入射束入射束 厄瓦爾德球厄瓦爾德球 倒易點(diǎn)陣倒易點(diǎn)陣 底板底板 電子衍射花樣形成示意圖電子衍射花樣形成示意圖 1.1.電子衍射的原理電子衍射的原理 vBraggBragg定律：定律： 2d sin=2d sin= d = 晶面間距 電子波長(zhǎng) = Bragg 衍射角 v衍射花樣投影距離：衍射花樣投影距離： 當(dāng)很小 tan22 sin rd=L=rd=L=常數(shù)常數(shù) q2tanLr r OG q q q q q q G L d 1.1.電子衍射的原理電子衍射的原理 u衍射花樣與晶體的幾何關(guān)系衍射花樣與晶體的幾何關(guān)系 v 利用金膜測(cè)定相機(jī)常數(shù)利用金膜測(cè)定相機(jī)常數(shù) 由里至外測(cè)量由里至外測(cè)量R R，

4、找到對(duì)應(yīng)的，找到對(duì)應(yīng)的d,d,根據(jù)根據(jù)Rd= L Rd= L 測(cè)得測(cè)得 200KV200KV得到金環(huán)，由內(nèi)到外直徑得到金環(huán)，由內(nèi)到外直徑2R2R依次為：依次為： 17.46mm,20.06mm,28.64mm,33.48mm;17.46mm,20.06mm,28.64mm,33.48mm;對(duì)應(yīng)指數(shù)（對(duì)應(yīng)指數(shù)（111111），）， （200200），（），（220220），（），（311311）；）； 對(duì)應(yīng)面間距對(duì)應(yīng)面間距d d分別為分別為 0.2355nm,0.2039nm,0.1442nm,0.1230nm0.2355nm,0.2039nm,0.1442nm,0.1230nm K=RdK=R

5、d 2.2.電子電子顯微鏡中的電子衍射顯微鏡中的電子衍射 u相機(jī)常數(shù)測(cè)定相機(jī)常數(shù)測(cè)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：兩種方法： v光闌選區(qū)衍射（Le Pool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(chǎng)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 0.5m。 v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0.5m ?？捎糜谘芯课⑿∥龀鱿嗪蛦?個(gè)晶體缺陷等。目前已發(fā)展成為微束

6、衍射技術(shù)。 u選區(qū)電子衍射選區(qū)電子衍射 2.2.電子電子顯微鏡中的電子衍射顯微鏡中的電子衍射 花樣分析分為兩類：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)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(guò)程中的取向關(guān)系；過(guò)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)。礎(chǔ)。 u電子衍射花樣電子衍射花樣 2.2.電子電子顯微鏡中的電子衍射顯微鏡中的電子衍射 u花樣花樣 與與X X射線衍射法所得花樣的幾何特征相似，由射線衍射法所得花樣的幾何特征相似，由一系列不同一系列不同 半徑的同心圓環(huán)半徑的同心圓環(huán)組成，是由組成，是由輻

7、照區(qū)內(nèi)大量取向雜亂無(wú)章的細(xì)輻照區(qū)內(nèi)大量取向雜亂無(wú)章的細(xì) 小晶體顆粒小晶體顆粒產(chǎn)生，產(chǎn)生，d d值相同的同一值相同的同一(hkl)(hkl)晶面族所產(chǎn)生的衍射晶面族所產(chǎn)生的衍射 束，構(gòu)成以入射束為軸，束，構(gòu)成以入射束為軸，2 2為半頂角的園錐面，它與照相為半頂角的園錐面，它與照相 底板的交線即為半徑為底板的交線即為半徑為R=LR=L/d/dK/dK/d的的圓圓環(huán)環(huán)。 R R和和1/d1/d存在簡(jiǎn)單的正比關(guān)系存在簡(jiǎn)單的正比關(guān)系 對(duì)立方晶系：對(duì)立方晶系：1/d1/d2 2= =（h h2 2+k+k2 2+l+l2 2）/a/a2 2N/aN/a2 2 通過(guò)通過(guò)R R2 2比值確定環(huán)指數(shù)和點(diǎn)陣類型。

8、比值確定環(huán)指數(shù)和點(diǎn)陣類型。 3.3.多晶體多晶體電子衍射花樣電子衍射花樣 A)晶體結(jié)構(gòu)已知：測(cè)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(duì)照ASTM求(hkl)。 B)晶體結(jié)構(gòu)未知：測(cè)R、算R2、R22R12，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(duì)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。 3.3.多晶體多晶體電子衍射花樣

9、電子衍射花樣 u分析方法分析方法 u主要用途主要用途 基本任務(wù)基本任務(wù) v確定花樣中斑點(diǎn)的指數(shù)及其晶帶軸方向uvw； v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：一般分析任務(wù)可分為兩大類： v測(cè)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； v鑒定舊結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的參數(shù)前人已作過(guò)測(cè)定， 要求在這些已知結(jié)構(gòu)中找出符合的結(jié)構(gòu)來(lái)。 4.4.單晶單晶電子衍射花樣標(biāo)定電子衍射花樣標(biāo)定 u單晶花樣分析的任務(wù)單晶花樣分析的任務(wù) 主要方法有：主要方法有： 嘗試校核法嘗試校核法 標(biāo)準(zhǔn)花樣對(duì)照法標(biāo)準(zhǔn)花樣對(duì)照法 標(biāo)定步驟：標(biāo)定步驟： v 1 1）選擇靠近中心且不在一

10、直線上）選擇靠近中心且不在一直線上 的幾個(gè)斑點(diǎn)，測(cè)量它們的的幾個(gè)斑點(diǎn)，測(cè)量它們的R R值；值； v 2 2）利用）利用R R2 2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)族指數(shù)hklhkl。 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（間距（R RK Kd d），并與標(biāo)準(zhǔn)），并與標(biāo)準(zhǔn)d d值比較直接寫出值比較直接寫出hklhkl； 4.4.單晶單晶電子衍射花樣標(biāo)定電子衍射花樣標(biāo)定 u單晶電子衍射花樣的指數(shù)化標(biāo)定基本程序 v 3）進(jìn)一步確定晶面組指數(shù)（hkl）。

11、 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(cè)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(guò)計(jì)算或 查表得到。 立方體的夾角計(jì)算公式： v 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。 1 R 2 R )( cos 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 2 1 212121 lkhlkh l lkkhh R 33333333 213213213213 , , llkkhhRR lllkkkhhhRRR 4.4.單晶單晶電子衍射花樣標(biāo)定電子衍射花樣標(biāo)定 求晶帶軸指數(shù)求晶帶軸指數(shù)：逆時(shí)針?lè)?/p>

12、則逆時(shí)針?lè)▌t 11 1 h k l 22 2 h k l F排列按逆時(shí)針排列按逆時(shí)針 v5 5）任取不在同直線上的兩個(gè)斑點(diǎn)）任取不在同直線上的兩個(gè)斑點(diǎn) （如（如h h1 1k k1 1l l1 1和和h h2 2k k2 2l l2 2 ） 確定晶帶軸指數(shù)確定晶帶軸指數(shù)uvwuvw。 wvu l l khlk khlk h h RRuvw 2 1 2222 1111 2 1 21 4.4.單晶單晶電子衍射花樣標(biāo)定電子衍射花樣標(biāo)定 電子衍射斑點(diǎn)花樣的幾何圖形：電子衍射斑點(diǎn)花樣的幾何圖形： 可能歸屬可能歸屬 立方，四方立方，四方 六方、三方、立方六方、三方、立方 單斜、正交、四方、六方、單斜、正交

13、、四方、六方、 三方、立方三方、立方（除三斜）（除三斜） 單斜、正交、四方、六方單斜、正交、四方、六方 三方、立方三方、立方（除三斜）（除三斜） （1 1）正方形）正方形 （2 2）正六角形）正六角形 （3 3）有心矩形）有心矩形 000010 001 （4 4）矩形）矩形 （5 5）平行四邊形）平行四邊形 三斜、單斜、正交、四方、六三斜、單斜、正交、四方、六 方、三方、立方方、三方、立方（所有）（所有） 4.4.單晶單晶電子衍射花樣標(biāo)定電子衍射花樣標(biāo)定 v 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

14、.4mm，=73； 加速電壓200kV，相機(jī)長(zhǎng)度800mm。 000A BE D C 4.4.單晶單晶電子衍射花樣標(biāo)定電子衍射花樣標(biāo)定 u單晶電子衍射花樣標(biāo)定實(shí)例單晶電子衍射花樣標(biāo)定實(shí)例 311 1 0 1 1 2 1 1 0 1 1 2 1 3173gg 112 110 驗(yàn)證 0.388nma 311311 數(shù)此為體心立方，點(diǎn)陣常 ），或倒易面為（晶帶軸為 4.4.單晶單晶電子衍射花樣標(biāo)定電子衍射花樣標(biāo)定 112 121 v例例2 2：下圖為某物質(zhì)的電子衍射花樣：下圖為某物質(zhì)的電子衍射花樣 ，試指標(biāo)化并求其晶，試指標(biāo)化并求其晶 胞參數(shù)和晶帶方向。胞參數(shù)和晶帶方向。 R RA A7.1mm,

15、R7.1mm, RB B10.0mm, R10.0mm, RC C=12.3mm, =12.3mm, (R(RA AR RB B） 9090o o, , (r(rA Ar rC C） 5555o o , L , L 14.1mm 14.1mm . . 4.4.單晶單晶電子衍射花樣標(biāo)定電子衍射花樣標(biāo)定 C A 002000 B 211 011 211 200 211 101 121 解解1 1： 1）從 6:4:2: 321 222 NNNRRR CBA 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)

16、為 Fe. 從 ASTM 可知 dA=110, dB=200, dC=211. 選 A= , B=002, C= 211 011 4.4.單晶單晶電子衍射花樣標(biāo)定電子衍射花樣標(biāo)定 C A 002000 B 211011 211 200 211101 121 4)檢查夾角： 00 7 .54, 31cos,90, 0cos ACACABAB 4.4.單晶單晶電子衍射花樣標(biāo)定電子衍射花樣標(biāo)定 與測(cè)量值一致。 5)對(duì)各衍射點(diǎn)指標(biāo)化如右： 6 )a= 2dB=2.83 , 7)可得到 uvw=220. 晶帶軸為 uvw=110。 C A 002000 B 211011 211 200 211 101

17、121 解解2 2： 1）由 可知為等軸體心結(jié)構(gòu)。 2）因?yàn)?N=2在A， 所以 A 為 110, 并假定點(diǎn) A 為 011 因?yàn)?N=4在B， 所以 B 為 200, 并假定點(diǎn) B 為 200 6:4:2: 321 222 NNNRRR CBA 4.4.單晶單晶電子衍射花樣標(biāo)定電子衍射花樣標(biāo)定 3）計(jì)算夾角： 0 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 2 1 212121 45 2 2 42 000121 cos lkhlkh l lkkhh AB 與測(cè)量值不一致。測(cè)量值(RARB）90o 4 ）假定B 為 002,與測(cè)量值一致。 所以 A= and B=002 011 由矢量合成法， 得

18、知： 211002011 BAc RRR 5）算出 (RARC)=57.74o 與測(cè)量值一致（ 55o）. 4.4.單晶單晶電子衍射花樣標(biāo)定電子衍射花樣標(biāo)定 6）對(duì)各衍射點(diǎn)指標(biāo)化如下 。 7） a= 2dB=2.83 , 8） Find uvw= =110 21 gg 4.4.單晶單晶電子衍射花樣標(biāo)定電子衍射花樣標(biāo)定 C A 002000 B 211011 211 200 211101 121 u雙晶帶引起的斑點(diǎn)花樣雙晶帶引起的斑點(diǎn)花樣 u高階勞厄斑點(diǎn)高階勞厄斑點(diǎn) u超點(diǎn)陣斑點(diǎn)超點(diǎn)陣斑點(diǎn) u二次衍射斑點(diǎn)二次衍射斑點(diǎn) u孿晶斑點(diǎn)孿晶斑點(diǎn) u菊池衍射花樣菊池衍射花樣 簡(jiǎn)單花樣簡(jiǎn)單花樣：?jiǎn)钨|(zhì)或均勻固

19、溶體的散射，由近似平行于：?jiǎn)钨|(zhì)或均勻固溶體的散射，由近似平行于 B B的晶帶軸所產(chǎn)生的晶帶軸所產(chǎn)生 復(fù)雜花樣復(fù)雜花樣：在簡(jiǎn)單花樣中出現(xiàn)許多：在簡(jiǎn)單花樣中出現(xiàn)許多“額外斑點(diǎn)額外斑點(diǎn)”，分，分 析析 目的在于辯認(rèn)額外信息，排除干擾。目的在于辯認(rèn)額外信息，排除干擾。 5.5.復(fù)雜電子衍射花樣復(fù)雜電子衍射花樣 原因：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：r r1 1,r,r2 2夾角很小；g g1 1.r.r2 2 0, g 0, g2 2.r.r1 100 圖圖 鐵素

20、體電子衍射花樣鐵素體電子衍射花樣 現(xiàn)象：現(xiàn)象：一邊一套衍射斑（右圖） 標(biāo)定方法標(biāo)定方法：同簡(jiǎn)單花樣。驗(yàn)證標(biāo) 定結(jié)果采用上述必備條件。 5.5.復(fù)雜復(fù)雜電子衍射花樣電子衍射花樣 u雙晶帶引起的斑點(diǎn)花樣雙晶帶引起的斑點(diǎn)花樣 l 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(zhǎng)，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。 l 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(duì)高階勞厄區(qū)斑點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定。 l 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(cè)定晶體厚度。 5.5.復(fù)雜復(fù)雜電子衍射花樣電子衍射花樣 u高階勞厄斑點(diǎn)高階勞厄斑點(diǎn) l 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(lái)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)超點(diǎn)陣斑點(diǎn)。 l AuCu3合金是面心立方固溶體，