材料分析測(cè)試技術(shù)3

1、試樣nA入射電子束俄歇電子背散射電子二次電子特征x線陰極熒光透射電子束感應(yīng)效應(yīng)吸收電子電子與試樣作用產(chǎn)生的電子信號(hào)示意圖試 樣透射電子衍射電子吸改電子背反射電子二次電子俄歇電子陰極發(fā)光韌致輻射X射線俄歇電子譜儀TEM電子衍射儀 XRDEPMASEM入射電子電子與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的信息作 業(yè)1、畫(huà)圖說(shuō)明電子與固體樣品相互作用所能產(chǎn)生的物理信號(hào)并說(shuō)明SEM和TEM分別用哪些信號(hào)成像？在SEM的成像信號(hào)中，哪一個(gè)信號(hào)的成像分辨率最高？2、 TEM是高分辨率、高放大倍數(shù)的顯微鏡，它在哪三個(gè)方面是觀察和分析材料的有效工具？3、 TEM以（ ）為照明源，使用對(duì)電子束透明的（ ）樣品，以（ ）為成像信號(hào)。2

2、.4 透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡簡(jiǎn)稱TEM，是一種高分辨率（可達(dá)0.1nm）、高放大倍數(shù)（可達(dá)100萬(wàn)倍）的顯微鏡，是觀察和分析材料的形貌、組織和結(jié)構(gòu)的有效工具。透射電子顯微鏡以聚焦電子束為照明源，使用對(duì)電子束透明的薄膜試樣（幾十到幾百nm），以透射電子為成像信號(hào)。2.4 透射電子顯微鏡TEM的工作原理：電子槍產(chǎn)生的電子束經(jīng)聚光透鏡會(huì)聚均勻照射在試樣某待觀察微小區(qū)域上，因試樣很薄，大部分電子穿透試樣，其強(qiáng)度分布與所觀察試樣區(qū)的形貌、組織、結(jié)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)。透射出的電子經(jīng)三極磁透鏡放大在熒光屏上，熒光屏將其轉(zhuǎn)變?yōu)槿搜劭梢?jiàn)的光強(qiáng)分布，于是在熒光屏上就顯出與試樣形貌、組織、結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的圖像。透射電鏡與

3、光學(xué)顯微鏡的區(qū)別：光學(xué)顯微鏡用可見(jiàn)光作照明源，TEM用電子束作照明源。光學(xué)顯微鏡用玻璃透鏡成像， TEM用磁透鏡聚焦成像。因電子波的波長(zhǎng)很短，與物質(zhì)作用遵守Bragg方程，可產(chǎn)生電子衍射現(xiàn)象，使得TEM具有高分辨率的同時(shí)，還有結(jié)構(gòu)分析的功能。而OM則不能。透射電鏡與光學(xué)顯微鏡的區(qū)別：TEM的結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)TEM的結(jié)構(gòu)：主要由光學(xué)成像系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、和電氣系統(tǒng)組成。其中光學(xué)成像系統(tǒng)是TEM放大成像的核心。它是一直立的圓柱體叫鏡筒，它包括照明、透鏡成像放大及圖像觀察記錄等系統(tǒng)。其剖面圖如下圖所示。陰極燈絲陰極聚光鏡樣品物鏡中間鏡投影鏡熒光屏或底板透射電鏡光路示意圖透射電鏡光路示意圖照明部分：作用是

4、產(chǎn)生一定能量、足夠亮度和小孔徑角的穩(wěn)定電子束。由產(chǎn)生電子束的電子槍和使電子束會(huì)聚的聚光鏡組成。TEM使用的電子槍是三極電子槍，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要太高的真空度；缺點(diǎn)是使用壽命短、亮度不夠。聚光鏡為磁透鏡，是用來(lái)把電子槍射出的電子束會(huì)聚照射到樣品上。目前使用的高級(jí)TEM多采用雙聚光鏡，它可得到更亮的最終聚焦斑。而且加有電磁偏轉(zhuǎn)器，既可垂直照明也可傾斜照明，這種電鏡既可成明場(chǎng)像也可成暗場(chǎng)像。成像放大系統(tǒng)：由物鏡、中間鏡和投影鏡組成。物鏡的分辨率對(duì)整個(gè)成像系統(tǒng)影響最大。一般為短焦 距、高放大倍數(shù)、低像差的強(qiáng)磁透鏡。中間鏡是長(zhǎng)焦距、可變放大倍數(shù)的弱磁透鏡。投影鏡也是短焦距、高放大倍數(shù)的強(qiáng)磁透鏡，其

5、作用 是把中間鏡的像進(jìn)一步放大并投射到熒光屏或照相底 板上。中低級(jí)TEM一般采用簡(jiǎn)單的三級(jí)成像系統(tǒng)，只能用于 20萬(wàn)倍以下的電子圖像分析。高級(jí)TEM采用多級(jí)成像放大系統(tǒng)，最大放大倍數(shù)可達(dá) 80100萬(wàn)倍。TEM的主要性能指標(biāo)：分辨率：表示TEM顯示顯微組織、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的能力。分點(diǎn)分辨率和線分辨率。放大倍數(shù)：指電子圖像對(duì)與所觀察試樣區(qū)的線性放大率。加速電壓：加速電壓高可觀察較厚的試樣。對(duì)材料研究工作選200KV加速電壓的TEM更合適。TEM樣品的制備： 粉末顆粒樣品 直接法 超薄切片 直接薄膜樣品TEM制樣法 一級(jí)復(fù)型 間接法 二級(jí)復(fù)型 半間接法萃取復(fù)型TEM樣品的制備：樣品制備的一般討論電鏡樣品

6、制備的重要性樣品制備對(duì)于獲得一張滿意的電子顯微象是至關(guān)重要的。對(duì)于從事電子顯微學(xué)研究的科技工作者，不僅要了解和掌握電鏡 的結(jié)構(gòu)和工作原理，而且應(yīng)該掌握樣品制備的基本技術(shù)。電鏡樣品制備的特點(diǎn)電鏡樣品制備屬于破壞性分析。花費(fèi)時(shí)間很多，有時(shí)甚至超過(guò)整個(gè)研究工作量的一半以上。制樣技術(shù)隨電鏡技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。制樣技術(shù)分兩大類：生物樣品制備、材料科學(xué)樣品制備。本文只講述材料科學(xué)中的制樣技術(shù)，這些試樣大多是有一定硬度的固態(tài)物質(zhì)。制備成薄膜，膜厚取決于電子束的穿透能力和分析要求。電子穿透樣品的厚度與電子的能量有關(guān)： 100kV-100nm； 200kV-200nm；高分辨原子像要求的樣品厚度應(yīng)在10nm以下

7、，甚至5nm以下。樣品制備的一般討論 (續(xù))原始樣品形態(tài)多種形態(tài)：大塊狀材料、細(xì)小顆粒、粉末、纖維狀材料、薄片等根據(jù)不同的材料，不同的要求，采取不同的制樣方法最終樣品形態(tài)樣品臺(tái)放樣品的空間一般為：直徑3mm（少數(shù)為2.3mm），高約0.3mm。樣品必須制成直徑3mm，中心厚度100nm-200nm。大塊樣品切片方法電火花切割金剛刀鋸切片金剛石線鋸對(duì)TEM樣品的一般要求：載樣品的銅網(wǎng)直徑是3mm，網(wǎng)孔約0.1mm，所以可觀察樣品的最大尺度不超過(guò)1mm。樣品要相當(dāng)?shù)谋?，使電子束可以穿透。一般不超過(guò)幾百個(gè)埃。只能是固態(tài)樣品，且樣品不能含有水分和其它易揮發(fā)物以及酸堿等有害物質(zhì)。樣品需有良好的化學(xué)穩(wěn)定性

8、及強(qiáng)度，在電子轟擊下不分解、損壞或變化，也不能荷電。樣品要清潔，不能帶進(jìn)外來(lái)物，以保證圖像的質(zhì)量和真實(shí)性。對(duì)TEM樣品的要求：復(fù)型樣品的制備： 復(fù)型是將樣品表面的浮凸復(fù)制于某種薄膜而獲得的，這種樣品可間接反映原樣品的表面形貌特征。 復(fù)型材料本身必須是非晶態(tài)的，而且有足夠的強(qiáng)度和剛度以及良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐電子轟擊性能，復(fù)型過(guò)程中不能破壞或畸變，電子束照射不發(fā)生燒蝕和分解。常用的復(fù)型材料有。非晶碳膜和各種塑料薄膜。復(fù)型樣品的制備：復(fù)型樣品的制備過(guò)程： 在待分析樣品表面滴一滴丙酮（可溶化A.C紙），將A.C紙（醋酸纖維素薄膜）覆蓋其上，適當(dāng)按壓形成不夾氣泡的一級(jí)復(fù)型。 小心將一級(jí)復(fù)型剝下，并將復(fù)制

9、面朝上平整地固定在玻璃片上。 將固定好復(fù)型的玻璃片置于真空鍍膜機(jī)中，先鍍重金屬再噴碳制成復(fù)合復(fù)型。 將復(fù)合復(fù)型待分析區(qū)域剪成直徑略小于 3的小塊，放入丙酮中熔掉A.C紙。 用銅網(wǎng)勺撈起漂浮的分析樣品，在清水中清洗后即可觀察。復(fù)型樣品的制備過(guò)程：粉末樣品的制備：用超聲波分散器將粉末在溶液中分散成懸浮液，滴在覆蓋有碳加強(qiáng)火棉膠支持膜的電鏡筒網(wǎng)上，干燥后再蒸上一層碳膜即成TEM觀察用的粉末樣品。薄膜樣品的制備：塊狀樣品要用減薄的方法制成薄膜樣品。對(duì)于無(wú)機(jī)非金屬材料常用離子雙噴減薄法制樣。直接樣品的制備直接樣品的制備粉末試樣電鏡樣品制備技術(shù)許多非晶物質(zhì)及一些多晶材料，可能是 粉末狀態(tài)，如許多超導(dǎo)材料。

10、粉末顆粒必須小到電子束能夠穿透過(guò)去， 一般顆粒直徑在0.1m左右。若顆粒過(guò)大，則需碾磨。多層膜樣品的截面樣品制備方法。粉末樣品的包埋法粉末試樣電鏡樣品制備技術(shù)。TEM的基本成像操作：明場(chǎng)像和暗場(chǎng)像：用物鏡光闌選用直射電子形成的像叫明場(chǎng)像；選用散射電子形成的像叫暗場(chǎng)像。中心暗場(chǎng)像：將入射電子束反傾斜一個(gè)相應(yīng)的散射角度，使散射電子沿光軸傳播。幾種成像操作示意圖如下：光軸樣品物鏡直射束物鏡光闌衍射束直射束直射束a.明場(chǎng)像光路b.暗場(chǎng)像光路c.中心暗場(chǎng)像光路像襯度： 像襯度是圖像上不同區(qū)域間明暗程度的差別。TEM的像襯度來(lái)源于樣品對(duì)入射電子束的散射。電子束穿過(guò)樣品時(shí)，振幅和相位都發(fā)生變化，從而產(chǎn)生像襯

11、度。像襯度分為質(zhì)厚襯度和衍射襯度，它們分別是非晶樣品和晶體樣品襯度的主要來(lái)源。在明場(chǎng)像情況下，原子序數(shù)較高或樣品較厚的區(qū)域在熒光屏上顯示較暗的區(qū)域。反之則對(duì)應(yīng)于較亮的區(qū)域。在暗場(chǎng)像情況下，與明場(chǎng)像相反。電子衍射：電子衍射和x射線衍射一樣，都遵循勞埃方程和Bragg方程所規(guī)定的衍射條件和幾何關(guān)系。電子衍射基本公式和相機(jī)常數(shù)：（見(jiàn)下圖）圖中MN為照相底板，L為樣品到底板的距離叫相機(jī)長(zhǎng)度，Q、P分別為透射斑點(diǎn)和衍射斑點(diǎn)，Q、P間距離為R.則：R=Ltg2 .2很小為12度，所以tg2sin22sin,代入2dsin 得： Rd=L 這就是電子衍射的基本公式。令K=L 、K就稱作相機(jī)常數(shù)。 NNNIo

12、Nhkl試樣 dhklMNQPLR圖. 電子衍射幾何關(guān)系 L2反射球G gOKK電子衍射的發(fā)展過(guò)程1912年，勞埃通過(guò)X-ray衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了晶體中原子的微觀排列開(kāi)辟了用X-ray衍射研究晶體結(jié)構(gòu)這一新領(lǐng)域19261927年，實(shí)現(xiàn)了晶體的電子衍射肯定了電子波動(dòng)性奠定了電子衍射學(xué)科20世紀(jì)50年代以來(lái)，電子顯微術(shù)發(fā)展微觀形貌和電子衍射相結(jié)合，電子衍射得到了快速發(fā)展 和廣泛應(yīng)用于細(xì)微組織的結(jié)構(gòu)分析衍射技術(shù)的擴(kuò)展20世紀(jì)80年代,開(kāi)始微束相干電子衍射采用小束斑(納米量級(jí))的電子束照射樣品，就可以 獲得更微區(qū)電子衍射，稱為微衍射(micro- diffraction)和納衍射(nano-diffrac

13、tion)這種方法克服了衍射與所選區(qū)域不對(duì)應(yīng)的問(wèn)題電子衍射斑的分裂特征揭示疇結(jié)構(gòu)的界面結(jié)構(gòu)慢掃描CCD設(shè)備的發(fā)展和能量過(guò)濾系統(tǒng) 的完善，開(kāi)始了定量電子衍射的分析X-ray衍射和電子衍射比較小區(qū)域分析，并與顯微放大像對(duì)照X-ray難于匯聚， 毫米、亞毫米量級(jí)電子束斑容易會(huì)聚，在微米、納米量級(jí)散射角差異X-ray為大角度散射（幾十度）電子衍射小角度（ 幾分）分析簡(jiǎn)單晶體幾何簡(jiǎn)單化電子衍射強(qiáng)，為X-ray的104倍紀(jì)錄簡(jiǎn)便、快捷二次衍射效應(yīng)增強(qiáng)，穿透能力減弱電子衍射譜的種類透射電鏡中通?？梢杂^察到非晶衍射彌散環(huán)、單晶衍射譜、多晶衍射環(huán)及菊池(Kikuchi)帶等其他形式的電子衍射：小角度電子衍射、反

14、射高能電子衍射、電子背散射譜、電子溝道譜等。電子衍射波動(dòng)力學(xué)基本概念電子的散射和衍射高速電子進(jìn)入到固體中，與單個(gè)原子的原子核及核外電子間發(fā)生相互作用，從而發(fā)生方向、能量的改變，稱為散射。從能量損失的角度分為彈性散射和非彈性散射從粒子角度講，為連續(xù)的粒子流與原子核及核外電子的相互作用的庫(kù)侖碰撞從波的角度講，為準(zhǔn)單色電子波，受單個(gè)原子擾動(dòng)而形成球面波高速電子被固體中周期排列的原子散射后，其彈性散射部分是相干的，能夠在某些方位上相干加強(qiáng)，形成花樣，是為衍射電子的衍射為多原子相互作用的集體行為衍射行為反映了固體原子排列的周期性注意散射和衍射的本質(zhì)和區(qū)別，在不同情況下，我們將根據(jù)習(xí)慣而分別使用這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)

15、。電子衍射的幾何原理和運(yùn)動(dòng)學(xué)理論與X 射線衍射相似，晶體中有序排列的原子及原子面間距可以看成干擾電子波傳播的物體和狹縫，利用極薄的晶體樣品，可以獲得電子衍射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為了很好地解釋顯微鏡圖像和電子衍射譜，需要透徹地分析決定Bragg衍射束的強(qiáng)度因素。假設(shè)衍射束遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于入射束，即在運(yùn)動(dòng)學(xué)條件下進(jìn)行討論。運(yùn)動(dòng)學(xué)基本假設(shè)實(shí)現(xiàn)：電子只被晶體散射一次，不考慮多次衍射效應(yīng)。獲取電子衍射的實(shí)驗(yàn)方法電子衍射儀電子衍射儀介紹電子衍射儀的分辨率分辨率：r：衍射斑半徑L: 相機(jī)長(zhǎng)度獲取電子衍射的實(shí)驗(yàn)方法阿貝成像原理當(dāng)一束平行光照射在以光柵上，除透射束外，還會(huì)產(chǎn)生各級(jí)衍射束，經(jīng)過(guò)透鏡的聚焦作用，在其后焦面上形成衍射

16、振幅的極大值；每個(gè)這傅的極大值都可以看成是次級(jí)振動(dòng)中心，由這些次級(jí)振動(dòng)波在像平面相干疊加形成光柵的放大像。選區(qū)電子衍射在試樣的像平面上，通過(guò)以光闌選限定一特定的小區(qū)域，這樣可以使所獲得的衍射近來(lái)自于試樣所對(duì)應(yīng)的區(qū)域，由此獲得的衍射的方法稱之為選區(qū)電子衍射，也叫微區(qū)衍射。獲取電子衍射的實(shí)驗(yàn)方法選區(qū)電子衍射的意義為什么要獲取選區(qū)衍射進(jìn)行電子衍射分析時(shí)，往往對(duì)樣品的某一微小區(qū)域的單晶電子衍射感興趣。通過(guò)選區(qū)，可以直接獲得該微區(qū)的倒易點(diǎn)陣截面為什么要在像平面選區(qū)太小孔徑的光闌難以制備，且容易被污染；在像平面上的光闌尺寸折合到物平面上，將縮小到物鏡的放大倍數(shù)分子一。選區(qū)電子衍射特點(diǎn)易于獲得所感興趣區(qū)域的

17、單晶電子衍射圖像與衍射由一定的磁轉(zhuǎn)角選區(qū)太小時(shí)，存在著所選區(qū)域與所獲得的SAED的對(duì)應(yīng)問(wèn)題選區(qū)電子衍射的實(shí)現(xiàn)試樣物鏡物鏡焦平面物鏡像平面中間鏡第二中間像I2投影鏡顯微象衍射像選區(qū)光欄成像模式衍射模式準(zhǔn)確性地獲取選區(qū)電子衍射圖選區(qū)電子衍射的操作步驟調(diào)整中間鏡電流使選區(qū)光闌邊緣的像在熒光屏上非常清晰，這就使中間鏡的物面與選區(qū)光闌的平面像重；調(diào)整物鏡電流試樣在熒光屏上呈現(xiàn)清晰像，這就使物鏡的像平面與選區(qū)光闌及中間鏡的物面相重；抽出物鏡光闌，減弱中間鏡（用于衍射的）電流，使其物面與物鏡后焦面相重，在熒光屏上獲得衍射譜的放大像；在現(xiàn)代電鏡中，只要轉(zhuǎn)換倒衍射模式，并調(diào)節(jié)衍射鏡電流使中心斑調(diào)整到最小最圓；減

18、弱聚光鏡電流以降低入射束孔徑角，得到盡可能趨近于平行的電子束，使衍射斑盡量明銳。電子衍射譜的標(biāo)定與衍射花樣分析關(guān)于電子衍射譜的標(biāo)定電子衍射譜的標(biāo)定就是確定電子衍射圖譜中的諸衍射斑點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的晶面的密勒指數(shù)電子衍射譜的標(biāo)定是晶體結(jié)構(gòu)分析、確定晶體取向和相關(guān)系，孿晶結(jié)構(gòu)等的開(kāi)端電子衍射譜標(biāo)定的 基礎(chǔ)：晶帶定律和倒易點(diǎn)陣平面對(duì)應(yīng)電子衍射標(biāo)定的三種情況：已知晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)未知，但可確定所屬的范圍晶體點(diǎn)陣完全未知電子衍射譜的標(biāo)定是量大而又繁瑣的工作，必須有足夠的耐心!標(biāo)定的結(jié)果還要自?。‰娮友苌渥V的幾何特征 電子衍射圖譜的特點(diǎn)電子衍射圖 二維倒易點(diǎn)陣平面一張衍射譜上所有衍射斑點(diǎn)所代表的晶面都屬于一個(gè)晶帶

19、，其指數(shù)(hikili)滿足晶帶定律:立方晶系和密堆六角結(jié)構(gòu)的衍射圖譜的構(gòu)圖與點(diǎn)陣常數(shù)無(wú)關(guān),a的大小改變僅導(dǎo)致衍射圖的比例放大；其它結(jié)構(gòu)無(wú)此特性在已知晶體結(jié)構(gòu)：點(diǎn)陣類型，點(diǎn)陣常數(shù)的情況下，可以繪制任何帶軸的倒易點(diǎn)陣平面。有計(jì)算機(jī)程序電子衍射譜的幾何特征衍射圖譜的繪制電子衍射圖 二維倒易點(diǎn)陣平面確定一個(gè)平行四邊形的基本參量 和 ，即r1*，r2*，r3* or r1*，r2* and a步驟：根據(jù)給定的帶軸求出兩個(gè)倒易矢量，比例關(guān)系及夾角由此繪制出二維倒易點(diǎn)陣；根據(jù)平移對(duì)稱性，填補(bǔ)沒(méi)有包含的倒易陣點(diǎn)；確定新的最短及次短倒易矢量，給出新的平移操作電子衍射譜的幾何特征衍射圖譜的繪制 例子：fcc (

20、211)* 的倒易面在倒空間三個(gè)坐標(biāo)軸的截距為三個(gè)截點(diǎn)為考慮倒消光規(guī)則可獲得兩個(gè)倒易矢量求長(zhǎng)度和夾角根據(jù)平移周期性按比例繪制二維網(wǎng)格根據(jù)平移周期性補(bǔ)點(diǎn)新網(wǎng)格找出最短和次短的倒易矢量電子衍射譜的標(biāo)定已知晶體點(diǎn)陣情況下的標(biāo)定多晶衍射環(huán)的標(biāo)定電子衍射圖譜的標(biāo)定 uvw方法圖譜直接對(duì)照法 hkl方法衍射斑點(diǎn)逐一對(duì)照法已知晶體點(diǎn)陣大致范圍時(shí)的標(biāo)定物相分析晶體點(diǎn)陣未知情況下的標(biāo)定幾何構(gòu)圖法三維約化胞法電子衍射譜的標(biāo)定多晶衍射環(huán)的標(biāo)定多晶電子衍射環(huán)：對(duì)于很小的晶粒，如納米晶，微晶樣品，SAED可能同時(shí)選取了很多取向各異的晶粒，相當(dāng)于很多個(gè)單晶電子衍射譜疊加在一起，每一個(gè)具有相同面間距的衍射斑點(diǎn)均落在同一衍射

21、球上。這些衍射球與反射球的相截所形成的衍射花樣為一系列以透射斑為園心的同心園環(huán)。電子衍射譜的標(biāo)定多晶衍射環(huán)的花樣分析及標(biāo)定1）立方系簡(jiǎn)立方：N=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 體 心：N=2, 4, 6, 8, 10, 12, =1:2:3:4:5:6:7:8面 心：N=3,4,8,11,12,16,19,20,24,27,28,金剛石：N=3, ,8,11, ,16,19, ,24,27, ,2）六角系H: 1,3,4,7,9,12,13,16,19,213）四方系4）正交系5）其它間距單調(diào)減少間距單調(diào)減少兩寬一窄一寬一窄電子衍射譜的標(biāo)定非晶帶電子衍射標(biāo)定非晶的

22、電子衍射也是環(huán)狀分布，但衍射環(huán)更為彌散，不象多晶環(huán)那么細(xì)銳。非晶態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)呈近鄰有序，長(zhǎng)程無(wú)序態(tài)，沒(méi)有任何周期性結(jié)構(gòu)可言。通常用原子徑向分布函數(shù)(原子周?chē)呐湮辉友貜较虻慕y(tǒng)計(jì)分布)來(lái)描述其結(jié)構(gòu)。非晶衍射環(huán)與徑向分布函數(shù)之間互為傅立葉變換：and約化分布函數(shù)散射振幅徑向分布函數(shù)電子衍射譜的標(biāo)定單晶帶電子衍射標(biāo)定標(biāo)定的幾種情況晶體結(jié)構(gòu)完全已知或部分已知結(jié)構(gòu)有相應(yīng)的晶體學(xué)數(shù)據(jù)晶體點(diǎn)陣完全未知晶體學(xué)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備點(diǎn)陣類型：晶系，點(diǎn)陣類型點(diǎn)陣常數(shù)：a、b、c、單包內(nèi)原子坐標(biāo)：xi、yi、zi空間群對(duì)稱要素測(cè)量單晶斑點(diǎn)衍射圖的基本參數(shù)二邊長(zhǎng)一夾角：R1 R2 f三邊長(zhǎng): R1 R2 R3( 取較短的 )允許

23、分析誤差：R1, R2: 3-5% ; f: 0.5O單晶帶電子衍射標(biāo)定晶體點(diǎn)陣已知情況下電子衍射圖的標(biāo)定方法之一UVW法此方法的原理是倒易平面對(duì)照法步驟：1、根據(jù)晶體的對(duì)稱繪制可能需要的倒易點(diǎn)陣平面 UVW，實(shí)際上只要是確定跑易點(diǎn)陣平面的約化胞就可以了，即 R1 R2 f 或者 R3/R1 , R3/R2；2、將試驗(yàn)衍射圖譜與繪制倒易點(diǎn)陣平面一一對(duì)照，從而標(biāo)定。討論：繪制倒易點(diǎn)陣平面的同時(shí)應(yīng)給出平面單胞約化矢量及對(duì)應(yīng)指數(shù)。繪制倒易點(diǎn)陣平面的方法很多：截距選點(diǎn)法，歐幾里得算法繪制倒易點(diǎn)陣平面時(shí)應(yīng)該考慮倒晶體的對(duì)稱性該方法的特點(diǎn)是標(biāo)定簡(jiǎn)單，但準(zhǔn)備工作量大單晶帶電子衍射標(biāo)定晶體點(diǎn)陣已知情況下電子衍

24、射圖的標(biāo)定方法之二hkl法此方法的原理是倒易陣點(diǎn)對(duì)照法步驟：根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算出一組晶面指數(shù)(hkl)與所對(duì)應(yīng)的面間距dhkl;測(cè)量試驗(yàn)衍射圖譜中的的衍射斑點(diǎn)到原點(diǎn)距離的Ri, 并由衍射公式計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的di值 (通常3個(gè)即可)；根據(jù)d值確定其晶可能的面指數(shù)，并通過(guò)晶面夾角來(lái)驗(yàn)證；計(jì)算衍射譜的帶軸指數(shù)。討論：計(jì)算晶面夾角時(shí)，應(yīng)注意(hkl)的輪換對(duì)夾角的影響.方法的特點(diǎn)是準(zhǔn)備工作簡(jiǎn)單，但標(biāo)定分析量比較大.晶面指數(shù)(hkl)與所對(duì)應(yīng)的面間距dhkl通常可以從X射線卡片直接獲得，不必分析前計(jì)算.單晶帶電子衍射標(biāo)定晶體點(diǎn)陣范圍已知情況下電子衍射圖的標(biāo)定物 相 分 析物相分析通常采用hkl方法步驟：

25、對(duì)所有可能晶體，選定范圍，計(jì)算一組hkl-d 關(guān)系(或繪制欲對(duì)比相的倒易點(diǎn)陣平面,對(duì)于UVW方法)；測(cè)量試驗(yàn)圖譜的基本數(shù)據(jù)；選定一可能相對(duì)照分析，確定后標(biāo)定之；如不能確定，逐個(gè)選擇所有可能相進(jìn)行上一步對(duì)照分析。單晶帶電子衍射標(biāo)定晶體點(diǎn)陣完全未知情況下電子衍射圖的標(biāo)定此方法的核心是 構(gòu)造三維倒易點(diǎn)陣方法：幾何重構(gòu)法三維約化胞法電鏡中空間角度關(guān)系的獲得通過(guò)樣品轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)三維空間中不同方向的倒易點(diǎn)陣平面電鏡中的樣品轉(zhuǎn)動(dòng)部件單傾：以樣品桿為軸轉(zhuǎn)動(dòng)樣品雙傾：兩個(gè)正交的轉(zhuǎn)軸傾轉(zhuǎn)：兩個(gè)正交的轉(zhuǎn)軸，一為法線雙傾試驗(yàn)中兩軸間夾角的計(jì)算晶體點(diǎn)陣完全未知情況下電子衍射圖的標(biāo)定幾何重構(gòu)法原理：具有同一軸的一組電子衍射

26、圖可以構(gòu)造出垂直與該軸的倒易空間平面。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得：從某一特征衍射譜開(kāi)始，保持其中的一密排衍射斑點(diǎn)列不動(dòng)，傾轉(zhuǎn)晶體盡可能獲得更多的具有不同帶軸的衍射譜。三維倒空間的幾何重構(gòu)單晶電子衍射譜：?jiǎn)尉щ娮友苌涞玫降难苌浠邮前匆欢◣缀螆D形配置的衍射斑點(diǎn)叫單晶電子衍射譜。單晶衍射譜是與埃瓦爾德球相截的二維倒易平面的倒點(diǎn)陣的投影放大像。單晶電子衍射譜具有一定的幾何圖形與對(duì)稱性。一般有平行四邊形、矩形、有心矩形、四方形和六角形五種。電子衍射物相分析的特點(diǎn)：分析靈敏度高，幾納米的微晶也可分析，適用于試樣量很少、待定物在試樣中含量很低和待定物顆粒很小等情況下的物相分析?？傻玫骄w取向關(guān)系的資料?？膳c形貌觀察結(jié)合

27、進(jìn)行，得到有關(guān)物相的大小、形態(tài)和分布等資料。表：XRD與TEM（電子衍射）分析方法的比較衍射分析方法 XRD TEM源信號(hào)X射線電子束技術(shù)基礎(chǔ)X-ray相長(zhǎng)干涉電子束相長(zhǎng)干涉樣品固體（晶態(tài)）薄膜（晶態(tài)）輻射深度幾十個(gè)微米一微米以內(nèi)樣品作用體積0.10.5mm31立方微米衍射角018003衍射方程描述Bragg方程Bragg方程應(yīng)用物相分析、點(diǎn)陣常數(shù)測(cè)定等.微區(qū)晶體結(jié)構(gòu)分析與物相鑒定等。消光規(guī)律相同相同TEM在陶瓷研究中的應(yīng)用陶瓷制品的性質(zhì)與它的微觀結(jié)構(gòu)及所用原料的特性有密切的關(guān)系,因此陶瓷工作者對(duì)顯微結(jié)構(gòu)的研究越來(lái)越感興趣了.TEM在陶瓷研究中的應(yīng)用主要有兩方面:1.原料:可對(duì)原料顆粒的形狀、

28、大小、分布以及相組成等進(jìn)行分析鑒定。2.陶瓷制品：對(duì)于陶瓷制品可以觀察素瓷器、玻璃陶瓷、釉以及各種特殊陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)特征。陶瓷制品制樣除制作薄膜樣品外，大多是制作表面復(fù)型。作 業(yè)1、說(shuō)說(shuō)TEM對(duì)樣品的基本要求；對(duì)于無(wú)機(jī)非金屬材料等一些非導(dǎo)電材料，制備TEM樣品常用的兩種方法及其特點(diǎn)分別是什么？2、電子衍射和X射線衍射均可做物相分析，請(qǐng)對(duì)比分析二者的異同點(diǎn)。3、解釋名詞：像襯度、明場(chǎng)像、暗場(chǎng)像。4、在明場(chǎng)像情況下，原子序數(shù)較高或樣品較厚的區(qū)域在熒光屏上顯示（ ）的區(qū)域，反之對(duì)應(yīng)于（ ）的區(qū)域。在暗場(chǎng)像情況下，與明場(chǎng)像（ ）。 掃描電子顯微鏡簡(jiǎn)稱SEM。 SEM與TEM的區(qū)別： 1.成像方式不同：

29、SEM是用聚焦電子束在試樣表面逐點(diǎn)掃描成像的； 2.試樣形狀不同：SEM試樣為塊狀或粉末顆粒； 3.成像信號(hào)不同：SEM以二次電子、背散射電子、吸收電子成像。其中二次電子是最主要的成像信號(hào)。2.5 掃描電子顯微鏡SEM的特點(diǎn) 可觀察1030mm的大塊試樣，制樣方法簡(jiǎn)單。 場(chǎng)深大，適于粗糙表面和斷口的分析觀察，圖相富立體感、真實(shí)感，易于識(shí)別和解釋。 放大倍數(shù)變化范圍大，便于低倍下的普查和高倍下的觀察分析。 具有較高的分辨率，一般為36nm。 可通過(guò)電子學(xué)方法控制和改善圖像質(zhì)量。 可進(jìn)行多功能分析。 可使用加熱、冷卻和拉伸等樣品臺(tái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，觀察各種環(huán)境條件下的相變和形態(tài)變化等。SEM的工作原理 SEM的工作原理可看教材P146圖267. 由熱陰極電子槍發(fā)射的電子,在電場(chǎng)作用下加速,經(jīng)過(guò)23個(gè)電磁透鏡的作用,在樣品表面聚焦成極細(xì)的電子束,電子束在雙偏轉(zhuǎn)線圈作用下在樣品表面掃描,激發(fā)樣品產(chǎn)生各種物理信號(hào),其強(qiáng)度隨樣品表面特征而變化。樣品表面不同的特征信號(hào)被按順序、成比例地轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)。通過(guò)視頻放大和信號(hào)處理在CRT熒光屏上獲得能反映樣品表面特征的掃描圖像。SEM的結(jié)構(gòu) SEM由電子光學(xué)系統(tǒng)（鏡筒）、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、圖像顯示和記錄系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及真空系統(tǒng)組成。各部分作用如下