透射电镜TEM图象解释.ppt

透射电子显微镜成象 原理与图象解释 透射电镜由于入射电子透射试样后，将与 试样内部原子发生相互作用，从而改变其能量 及运动方向。 不同结构有不同的相互作用。这样，就可 以根据透射电子图象所获得的信息来了解试样 内部的结构。由于试样结构和相互作用的复杂 性，因此所获得的图象也很复杂。它不象表面 形貌那样直观、易懂。 质厚衬度 由于试样的质量和厚度不同，各部分对入射电 子发生相互作用，产生的吸收与散射程度不同， 而使得透射电子束的强度分布不同，形成反差， 称为质-厚衬度。 衍射衬度 衍射衬度主要是由于晶体试样满足布拉格反射 条件程度差异以及结构振幅不同而形成电子图象 反差。它仅属于晶体结构物质，对于非晶体试样 是不存在的。 1 透射电子衬度象的形成机制 2 质厚衬度原理 由于质厚衬度来源于入射电子与试样物质 发生相互作用而引起的吸收与散射。由于试样 很薄，吸收很少。衬度主要取决于散射电子（ 吸收主要取于厚度，也可归于厚度），当散射 角大于物镜的孔径角时,它不能参与成象而相 应地变暗。这种电子越多，其象越暗。或者说 ，平均原子系数越大，散射本领大，透射电子 少的部分所形成的象要暗些，反之则亮些。 对于透射电镜试样，由于样品较厚，则 质厚衬度可近似表示为: Gt = N(022t2 /A2 - 011t1 /A1 ) （4-1） 其中 02.01 - 原子的有效散射截面 A2. A1 - 试样原子量 2. 1 - 样品密度 t2, t1 - 试样厚度 N - 阿佛加德罗常数 厚度衬度 02 =01 A1=A2 1=2 则有 Gt = N(0(t2-t1) /A) = N (0t /A ) (4-2) 即复型试样的质厚衬度主要取决于厚度, 对于常数复型,则其衬度差由式决定,即由 质量与厚度差共同决定,故(4-1)称为质量 衬度表达式。 平均原子系数衬度 散射截面: 弹性: n = z e/ u n= n 2 = (z 2e2/ u 2) 非弹性: e = e/ u e= e 2 ze= z e 2 o= n + ze n / ze = z 表明原子序数越大,弹性散射的比例 就越大,弹性散射是透射电子成像的基础,而非 弹性散射主要引起背底增强,试图象反差下降。 3 衍射衬度形成机理 。 设入射电子束恰好与试样OA晶粒的(h1k1l1)平面 交成精确的布拉格角，形成强烈衍射，而OB 晶粒则偏离Bragg反射，结果在物镜的背焦面 上出现强的衍射斑h1k1l1。若用物镜光栏将该强 斑束h1k1l1挡住，不让其通过，只让透射束通过 ，这样，由于通过OA晶粒的入射电子受到 (h1k1l1) 晶面反射并受到物镜光栏挡住，因此，在荧光 屏上就成为暗区，而OB晶粒则为亮区，从而 形成明暗反差。由于这种衬度是由于存在布拉 格衍射造成的，因此，称为衍射衬度。 设入射电子强度为IO，(hkl)衍射强度为Ihkl，则 A晶粒的强度为IA= IO- Ihkl，B晶粒的为IB= IO， 其反差为IA/ IB= (IO- Ihkl)/ IO。 明场像上述采用物镜光栏将衍射束挡掉， 只让透射束通过而得到图象衬度的方法称为明 场成像，所得的图象称为明场像。 暗场像用物镜光栏挡住透射束及其余衍射束 ，而只让一束强衍射束通过光栏参与成像的方法 ，称为暗场成像，所得图象为暗场像。 暗场成像有两种方法：偏心暗场像与中心暗场像 。 必须指出： 只有晶体试样形成的衍衬像才存 明场像与暗场像之分，其亮度是明暗反转的，即 在明场下是亮线，在暗场下则为暗线，其条件是 ，此暗线确实是所造用的操作反射斑引起的。 它不是表面形貌的直观反映，是入射电子束与 晶体试样之间相互作用后的反映。 为了使衍衬像与晶体内部结构关系有机的联系 起来，从而能够根据衍衬像来分析晶体内部的 结构，探测晶体内部的缺陷，必须建立一套理 论，这就是衍衬运动学理论和动力学理论（超 出范围不讲）。 4 晶体缺陷分析 一. 晶体缺陷对衍射强度的影响 晶体中或多或少存在着不完整性，并且较复杂，这种不完整性包括 ： 1.由于晶体取向关系的改变而引起的不完整性，例如晶界、孪晶界 、沉淀物与基体界向等等。 2.晶体缺陷引起，主要有关缺陷（空穴与间隙原子），线缺陷（位 错）、面缺陷（层错）及体缺陷（偏析，二相粒子，空洞等）。 3. 相转变引起的晶体不完整性：成分不变组织不变（spinodals） ；组织改变成分不变（马氏体相变）；相界面（共格、半共格、 非共格） 具有以上不完整性的晶体，称为不完整晶体。 各种缺陷的存在，改变了完整晶体中原子的 正常排列情况，使的晶体中某一区域的原子偏离 了原来正常位置而产生了畸变，这种畸变使缺陷 处晶面与电子束的相对位相发生了改变，它与完 整晶体比较，其满足布拉格条件就不一样，因而 造成了有缺陷区域与无缺陷的完整区域的衍射强 度的差异，从而产生了衬度。 根据这种衬度效应。人们可以判断晶体内存 在什么缺陷和相变。 缺陷矢量R、应变场衬度、第二相粒子衬度 R的数值合符号取决于缺陷的种类和性质 对于给定缺陷，R是确定的，选用不同的g成象同一缺陷将出现 不同的衬度特征。如果g R=n，n=0,1,2,3, 则e-i =1，此时缺 陷衬度将消失，即在图象中缺陷不可见。如果g R =1/n， n0,1,2,3, 则e-i 1，此时缺陷将显示衬度。显然，不同的 晶体缺陷引起完整晶体畸变不同，即R存在差异，因而相位差 又不同，产生的衍衬象也不同。 g R=0在衍衬分析中具有重要意义，它表明缺陷虽然存在，但