电子衍射及衍射花样标定ppt课件

.,1,电子衍射及衍射花样标定,2,主要内容,3,各晶面的散射线干涉加强的条件是光程差为波长的整数倍，即2dsin=n即Bragg定律，是产生衍射的必要条件。但是满足上述条件的要求，也未必一定产生衍射，这样，把满足布拉格条件而不产生衍射的现象称为结构消光。这是因为衍射束强度,1.电子衍射的原理-Bragg定律,4,1.电子衍射的原理,5,Bragg定律：2dsin=d=晶面间距10-1nm电子波长10-3nm故sin10-2的弧度，相当小、可认为所有和入射光束相平行的晶面产生衍射，这些晶面的交线互相平行，都平行于某一轴向（晶向），故属于一个晶带，用uvw表示。因此当电子束以平行与某一轴向uvw照射到样品，uvw晶带中包括的晶面满足布拉格方程的即要产生衍射。,r,O,G,1.电子衍射的原理,6,立方晶体001晶带,001,晶体中，与某一晶向uvw平行的所有晶面（hkl）属于同一晶带，称为uvw晶带，该晶向uvw称为此晶带的晶带轴.如001晶带中包括（100），（010）、（110）、（210）等晶面。晶带定律：若晶面（hkl）属于晶带轴uvw，则有hu+kv+lw=0这就是晶带定理。,7,已知两晶面，求其晶带轴,如果（h1k1l1）和（h2k2l2）是uvw晶带中的两个晶面，则由方程组h1u+k1v+l1w=0和h2u+k2v+l2w=0得出uvw的解是（这应该是在立方晶体中，因为只有在立方晶体中与某晶面指数相同的晶向才与该晶面垂直。）即u=k1l2-l1k2,v=l1h2-h1l2,w=h1k2-k1h2,8,电子衍射基本公式,2,由图可知：衍射花样投影距离：R=Ltan2当很小tan22sintan2=2sinR=L2sin由布拉格方程；2dsin=得到：Rd=L=K这就是电子衍射基本公式。式中：K=L称为电子衍射的相机常数，L称为相机长度。相机常数不是一个常数，要在透镜电流固定的情况下进行标定,9,利用金膜测定相机常数由里至外测量R，找到对应的d,根据Rd=L测得200KV得到金环，由内到外直径2R依次为：17.46mm,20.06mm,28.64mm,33.48mm;对应指数（111），（200），（220），（311）；对应面间距d分别为0.2355nm,0.2039nm,0.1442nm,0.1230nmK=Rd=()mm.nm,电子显微镜中的电子衍射,相机常数测定,10,选区衍射就是在样品上选择一个感兴趣的区域，并限制其大小，得到该微区电子衍射图的方法。也称微区衍射。两种方法：光阑选区衍射（LePool方式）-用位于物镜象平面上的选区光阑限制微区大小。先在明场象上找到感兴趣的微区，将其移到荧光屏中心，再用选区光阑套住微区而将其余部分挡掉。理论上，这种选区的极限0.5m。微束选区衍射-用微细的入射束直接在样品上选择感兴趣部位获得该微区衍射像。电子束可聚焦很细，所选微区可小于0.5m。可用于研究微小析出相和单个晶体缺陷等。目前已发展成为微束衍射技术。,选区电子衍射,2.电子显微镜中的电子衍射,11,透射电镜光路图,12,电子衍射花样特征,13,3.多晶体电子衍射花样,电子束照射多晶、纳米晶体时，衍射成像原理与多晶X射线衍射相似。不产生消光的晶面均有机会产生衍射。,14,花样与X射线衍射法所得花样的几何特征相似，由一系列不同半径的同心圆环组成，是由辐照区内大量取向杂乱无章的细小晶体颗粒产生，d值相同的同一(hkl)晶面族所产生的衍射束，构成以入射束为轴，2为半顶角的圆锥面，它与照相底板的交线即为半径为R=L/dK/d的圆环。R和1/d存在简单的正比关系对立方晶系：1/d2=（h2+k2+l2）/a2N/a2通过R2比值确定环指数和点阵类型。,3.多晶体电子衍射花样,15,A)晶体结构已知：测R、算R2、分析R2比值的递增规律，定N，求(hkl)和a。如已知K,也可由d=K/R求d对照ASTM求(hkl)。B)晶体结构未知：测R、算R2、R22R12，找出最接近的整数比规律、根据消光规律确定晶体结构类型、写出衍射环指数(hkl)，算a。如已知K,也可由d=K/R求d对照ASTM求(hkl)和a,确定样品物相。,已知晶体结构，标定相机常数，一般用Au,FCC,a=0.407nm，也可用内标。物相鉴定：大量弥散的萃取复型粒子或其它粉末粒子。,3.多晶体电子衍射花样,分析方法,主要用途,16,基本任务确定花样中斑点的指数及其晶带轴方向uvw；确定样品的点阵类型、物相和位向。一般分析任务可分为两大类：鉴定旧结构，这种结构的参数前人已作过测定，要求在这些已知结构中找出符合的结构来。测定新结构，这种结构的参数是完全未知的，在ASTM卡片中和其它文献中都找不到；,4.单晶电子衍射花样标定,单晶花样分析的任务,17,表达花样对称性的基本单元为平行四边形。,平行四边形可用两边夹一角来表征。平行四边形的选择：最短边原则：R1R2R3R4锐角原则：6090如图所示，选择平行四边形。,已知h1k1l1和h2k2l2可求h3=h1+h2k3=k1+k2L3=L1+L2,18,衍射花样的标定,标定衍射花样时，根据对待标定相信息的了解程度，相应有不同的方法。一般，主要有以下几种方法：指数直接标定法：已知相机常数和样品晶体结构时衍射花样的标定尝试校核法：相机常数未知、晶体结构已知时衍射花样的标定相机常数已知、晶体结构未知时衍射花样的标定标准花样对照法：相机常数未知、晶体结构未知时衍射花样的标定,19,已知相机常数和样品晶体结构,1、测量R1、R2、R3、R42、根据R=L/d，求出相应的晶面间距d1、d2、d3、d43、因晶体结构已知，故可根据d查出相应的晶面族指数hkl4、测定各衍射斑点之间的夹角5、决定离中心斑点最近的衍射斑点的指数6、由晶面夹角公式决定第二个衍射斑点的指数7、其它斑点根据矢量运算求得，R1+R2=R3，8、h1+h2=h3、k1+k2=k3、l1+l2=l39、根据晶带定律求出晶带轴指数,20,例：下图为-Fe的电子衍射花样，试指标化并求其晶胞参数和晶带方向。RA7.1mm,RB10.0mm,RC=12.3mm,(RARB）90o,(rArC）55o,L14.1mm.,已知相机常数和样品晶体结构,21,解：,1）从Rd=L,可得dA=1.99，dB=1.41,dC=1.15.2）查对应于Fe的PDF卡片，从卡片上可知dA=110,dB=200,dC=211.选A=,B=002,C=,4.单晶电子衍射花样标定,22,3)检查夹角：,4.单晶电子衍射花样标定,23,立方晶系的晶面间距公式为：四方晶系的晶面间距公式为：六方晶系的晶面间距公式为：正交晶系的晶面间距公式为：,晶面间距,24,晶面夹角可以用晶面法线间的夹角来表示。立方晶系晶面夹角的公式：四方晶系：六方晶系：,晶面夹角,25,晶面族,26,测量数个斑点的R值根据R平方的比值序列推测可能的晶体结构决定离中心斑点最近的衍射斑点的指数测定各衍射斑点之间的夹角由晶面夹角公式决定第二个衍射斑点的指数其它斑点根据矢量运算求得，R1+R2=R3，h1+h2=h3、k1+k2=k3、l1+l2=l3根据晶带定律求出晶带轴指数,相机常数未知、晶体结构已知时衍射花样的标定,27,以立方晶系为例来讨论电子衍射花样的标定电子衍射基本公式,相机常数未知、晶体结构已知时衍射花样的标定,同一物相，同一衍射花样而言，为常数，有R12：R22：R32：Rn2=N1：N2：N3：Nn,28,立方晶系点阵消光规律,H+K+L为偶数,H、K、L全奇或全偶,H、K、L为任意指数,R12：R22：R32：Rn2=N1：N2：N3：Nn,29,例：下图为某物质的电子衍射花样，试指标化并求其晶胞参数和晶带方向。RA7.1mm,RB10.0mm,RC=12.3mm,(RARB）90o,(rArC）55o.,4.单晶电子衍射花样标定,30,解2：,1）由,可知为等轴体心结构。2）因为N=2在A，所以A为110,并假定点A为(),因为N=4在B，所以B为200,并假定点B为(200),4.单晶电子衍射花样标定,31,3）计算夹角：,与测量值不一致。测量值(RARB）90o,4）假定B为002,与测量值一致。所以A=andB=002,由矢量合成法，得知：,5）算出(RARC)=57.74o与测量值一致（55o）.,4.单晶电子衍射花样标定,32,6）对各衍射点指标化如下。7）a=2dB=2.83,8）Finduvw=110,4.单晶电子衍射花样标定,33,未知晶体结构、相机常数已知时衍射花样的标定,测定R值根据R值，计算出各个d值查PDF卡片，与各d值都相符的物相即为待测的晶体。此时可能出现几张卡片上的d值均和测定的d值相近，这时应根据待测样品的其它资料（如化学成分、热处理工艺、前人的工作及其它实验方法提供的信息等）排除不可能出现的物相。,34,可能归属立方，四方,六方、三方、立方,单斜、正交、四方、六方、三方、立方（除三斜）,单斜、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）平行四边形,三斜、单斜、正交、四方、六方、三方、立方（所有）,一般要有几套斑点才能分析未知物相：,未知晶体结构衍射花样的标定,35,图示为同一立方ZrO2晶粒倾转到不同方位时摄取的四张电子衍射斑点图。,111,011,001,112,36,标准花样对照法,标准花样是指各种晶体点阵主要晶带的倒易截面，可根据晶带定律和相应晶体点阵的消光规律绘制。将实际观察、记录到的衍射花样直接与标准花样对比，写出斑点的指数并确定晶带轴的方向。,未知晶体结构衍射花样的标定,37,Fcc晶体部分标准电子衍射花样,38,BCC晶体标准电子衍射花样,39,单晶花样的不唯一性,1表现形式同一衍射花样有不同的指数化结果，无论是对于尝试-核算法还是标准花样对照法，关于样品结构的已知条件越少，则标定工作越复杂，且花样标定的“不唯一性”现象越严重。2、产生原因：现象的产生，根源在于一幅衍射花样仅仅提供了样品的“二维信息”。头两个斑点标定的任意性对称性3、解决办法：因而在标定单晶电子衍射花样时，应依据样品的“背景”情况(如样品的化学成分、热处理工艺条件等)，并依据衍射花样的对称性特征等尽可能获得关于样品所属晶系、点阵类型以至可能是哪种或哪几种物相等信息，以减少标定过程的复杂性与“不唯一性”现象。通过样品倾斜(绕衍射斑点某点