材料物理分析技术-EELS.pdf

电子能量损失谱电子能量损失谱 原理原理 与应用与应用 内内容容 1 电子能量损失谱 电子能量损失谱原理原理 2 电子能量损失谱仪组合 电子能量损失谱仪组合 3 电子能量损失谱的谱图 电子能量损失谱的谱图 4 能量过滤像 能量过滤像 1 电子能量损失谱原理 电子能量损失谱原理 T EEE 0 一部分电子所损失的部分能量值是样品中某个元素的 特征值 采集透射电子信号强度 并按其损失能量大小 展示出来 即电子能量损失谱 EELS 和和 EDS的比较的比较 EELS 散射的一次过程散射的一次过程 散射方向主要为入射束前散射方向主要为入射束前 进方向进方向 效率高效率高 适于分析轻元素适于分析轻元素 提供空态态密度 氧化态 提供空态态密度 氧化态 局域的相邻原子成分和局域的相邻原子成分和 距离 能带结构信息距离 能带结构信息 缺点 峰形复杂 本底变缺点 峰形复杂 本底变 化化 EDS 散射的二次过程散射的二次过程 散射方向不是入射束前进散射方向不是入射束前进 方向方向 效率低效率低 适于分析重元素适于分析重元素 两种类型的TEM EELS结构 2 电子能量 损失谱仪 非弹性散射电子的色散 2 1 4 2 00 2 00 0 0 cmE cmE E R Ex 色散度 x E 电子能量损失谱仪的工作原理 3 电子能量损失谱EELS所包含的信息 电子能量损失谱示意图 零损失峰 ZLP 低能损失 等离子损失峰 低能损失 等离子损失峰 plasmons 低能损失 等离子损失峰 低能损失 等离子损失峰 plasmons 高能损失范围的谱图高能损失范围的谱图 电离损失峰 电离损失峰 ionization edge Ec onset energy核对内壳层电子的束缚能核对内壳层电子的束缚能 binding energy E Ec 时 才能被电离 时 才能被电离 Ec 是能被电离的最小的能量值是能被电离的最小的能量值 E Ec 时 散射截面达最大值时 散射截面达最大值 随损失能量增加 散射截面减小 电离损失峰强度减小随损失能量增加 散射截面减小 电离损失峰强度减小 高能损失范围的谱图高能损失范围的谱图 电离损失峰 电离损失峰 ionization edge 电离损失峰的命名电离损失峰的命名 和量子数跃迁的选择定则和量子数跃迁的选择定则 高能损失 高能损失 电离损失峰用于成分分析电离损失峰用于成分分析 成分定性分析 近阈精细结构近阈精细结构 ELNES 和广延精细结构和广延精细结构 EXELFS 近阈精细结构近阈精细结构 ELNES 近阈精细结构近阈精细结构 ELNES 近阈精细结构近阈精细结构 ELNES 近阈精细结构近阈精细结构ELNES 化学位移 化学位移 电离损失峰化学位移电离损失峰化学位移 Chemical shift 两类原子形成离子晶体 正 负 离子由于失去 得到 电子 使它们的内两类原子形成离子晶体 正 负 离子由于失去 得到 电子 使它们的内 壳层电子处于更深 更外 的轨道能级上 电离所需能量更大 小 一些 由此壳层电子处于更深 更外 的轨道能级上 电离所需能量更大 小 一些 由此 产生产生edge Ec的位移 的位移 高能损失范围高能损失范围 广延精细结构 广延精细结构 损失能量范围 损失能量范围 E Ec 50eV 表现为在电离损失峰之后几百个电表现为在电离损失峰之后几百个电 子伏特范围内存在的微弱的振荡子伏特范围内存在的微弱的振荡 中心是一被电离的原子中心是一被电离的原子 入射电子经电离损失能量后 入射电子经电离损失能量后 多余的能量可使由于电离而多余的能量可使由于电离而 被激发的电子产生几率波被激发的电子产生几率波 12 25 E Ec 1 2 若若 E Ec 100eV 则则 0 12nm 此几率波被相邻原子散射 此几率波被相邻原子散射 散射波与几率波相干 形成散射波与几率波相干 形成 振荡 振荡波振幅受相邻原振荡 振荡波振幅受相邻原 子的种类和距离影响 子的种类和距离影响 电离损失峰电离损失峰 广延精细结构广延精细结构 4 EFTEM 能量过滤像能量过滤像 选择零损失峰成像 能量过滤能量过滤成像应用应用 能量过滤能量过滤成像应用应用 EELS小结 Subramania and Muller et al Materials Science and Engineering A192 193 1995 936 944 从从Ni的的L edge研究硼对研究硼对 多晶多晶Ni3Al的影响的影响 高能损失范围高能损失范围 广延精细结构 广延精细结构 损失能量范围 损失能量范围 E Ec 50eV 表现为在电离损失峰之后几百个电表现为在电离损失峰之后几百个电 子伏特范围内存在的微弱的振荡子伏特范围内存在的微弱的振荡 中心是一被电离的原子中心是一被电离的原子 入射电子经电离损失能量后 入射电子经电离损失能量后 多余的能量可使由于电离而多余的能量可使由于电离而 被激发的电子产生几率波被激发的电子产生几率波 12 25 E Ec 1 2 若若 E Ec 100eV 则则