透射电子显微镜(北京航空航天大学).ppt

透射电子显微镜,电子束与物质的相互作用,透射电子显微镜的主要功能,成像：明场像，暗场像格子像，原子像衍射,电子衍射,电子衍射与X射线衍射的比较,电子衍射花样的分析包括两个方面：1）衍射几何：电子束经晶体散射后所产生的干涉线或斑点的位置；2）衍射强度：即电子束经晶体散射后所产生的干涉线或斑点的强度。,从衍射几何方面的分析可获得大量的晶体学信息，本部分重点讨论衍射斑点的形成原理与其物理意义。,简单晶体对X射线与电子束的衍射,1、原子群对X射线的散射在X射线传播中，如与一群原子相遇，则每个原子均可视为一个点光源，向四周发出散射X射线。N个原子在点P的散射波总振幅Ep为：,简单晶体对X射线与电子束的衍射,1、原子群为简单晶体的情况这里所说的简单晶体是指由同种原子构成的，每个晶胞只含1个原子的晶体。,设a、b、c为晶体的3个基矢，沿3基矢的原子数目各为M、N、T（原子总数为MNT）。,简单晶体对X射线与电子束的衍射,原子mnt的位矢rmnt为：,等比级数有：,干涉函数：,衍射矢量方程及厄瓦尔德图解,衍射矢量方程,衍射矢量,厄瓦尔德图解：衍射矢量方程与倒易点阵结合，表示衍射条件与衍射方向,产生衍射的条件：若以入射线与反射球的交点为原点，形成倒易点阵，只要倒易点落在反射球面上，对应的点阵面都能满足布拉格条件，衍射线方向为反射球心射向球面上其倒易结点的方向。,反射球（衍射球，厄瓦尔德球）：在入射线方向上任取一点C为球心，以入射线波长的倒数为半径的球。,利用厄瓦尔德图解释晶体的衍射现象,1、劳埃法：单晶体试样固定不动，采用连续X射线,干涉函数：,绘制倒易点阵时以标定HKL的点位，而干涉函数的展宽则为“倒易点”的形状。,前面讨论曾指出，只有当入射束与点阵平面的夹角正好满足布拉格公式时才有可能产生衍射，否则衍射强度为零。实际并非如此，一则真实晶体的大小是有限的，二则晶体内部还含有各式各样的晶体缺陷，因此衍射束的强度分布有一定的角范围，相应的倒易阵点也是有一定的大小和几何形状的点。这意味着在尺寸很小的晶体中，倒易阵点要扩展，扩展量与晶体的厚度（考虑一维的情况）成反比，当厚度为t，扩展量等于2/t，倒易阵点扩展为倒易杆。考虑三维空间的情况，不同形状的实际晶体扩展后的倒易阵点也就有不同的形状。对于透射电子显微镜中经常遇到的样品，薄片晶体的倒易阵点拉长为倒易“杆”，棒状晶体为倒易“盘”，细小颗粒晶体则为倒易“球”。,晶体形状的倒易阵点扩展,电子衍射与电子衍射仪,薄晶体的电子衍射特征：厄瓦尔球半径比倒易矢量大几十倍衍射角很小，衍射线集中在前方倒易点被拉长为倒易杆，倒易杆方向垂直于薄膜厚度以上三个原因决定使得电子束相对晶体任何取向，在倒易原点附近都会有许多倒易杆与球面接触或交截，从而可以得到许多衍射线。衍射线的方向为连接球心和倒易杆与球的交点，如图所示,电子显微镜中的电子衍射,电子透过试样后，除一束透射束外，还有衍射角各异的衍射束。他们分别在物镜的后焦面上形成一个中心斑点（透射斑）和多个衍射斑。每个衍射斑点都是一束2角相同的衍射线被物镜聚焦后形成的。然后这些斑点作为新的光源重新干涉，在物镜的像平面上成像。,电子显微镜中的电子衍射,有效相机常数电镜中的衍射花样是物镜后焦面的衍射斑点经过几级透镜放大后在底片上成的像，则相机长度L不能象电子衍射仪那样简单的计算为试样至底片的距离，而应根据后焦面上衍射斑点被放大的倍数，折算成衍射仪相机长度，成为有效相机长度L.,(a)第一幅衍射花样的形成和选区电子衍射原理,(b)三透镜衍射方式原理图（不考虑磁转角）,电子显微镜中的电子衍射,令图中OP距离为r,则再利用布拉格公式，得到,电子显微镜中的电子衍射,r经过中间镜和投影镜放大后在底片上的距离R为即其中，,电子显微镜中的电子衍射,所以其中即为电子显微镜的有效相机长度，称为电子显微镜的有效相机常数,多晶衍射花样的产生及几何特征,平行的入射电子束照射到晶体取向杂乱的多晶样品上，使各个晶粒中d值相同的hkl晶面族内符合衍射条件的晶面组所产生的衍射束，构成以入射束为轴，2为半顶角的圆锥面，它与底片相交获圆环，其半径RL/d。,多晶体样品电子衍射花样的产生,由此可见，晶面间距不同的晶面族产生衍射得到以中心斑点为圆心的不同半径的圆心环。具有大d值的低指数晶面族的衍射环在内，小d值的高指数晶面族的衍射环在外。事实上，属于同一晶面