电子显微镜的显微结构表征

1、 3.4 电子显微镜的显微结构表征电子显微镜的显微结构表征3.4.1 对材料的形貌的表征3.4.2透射电子显微镜成象原理与图象解释3.4.3 扫描电镜的图象衬度原理3.4.4 对材料的结构的表征3.4.5高分辨显微像对材料结构的表征 3.4 电子显微镜的显微结构表征电子显微镜的显微结构表征 电子显微镜可以表征纳米材料的形貌和微结构。普通的光学显微镜的放大倍数不高，仅能观察微米级的材料，如果要表征纳米材料必须使用高放大倍数的仪器，电镜正好满足这一要求。3.4.1 对材料的形貌的表征对材料的形貌的表征1 对纳米材料的表征对纳米材料的表征1 纳米颗粒材料图 3.4.1 液相法制备ZnSe的量子点TE

2、M照片JPCB 2004图 3.4.2 液相法制备ZnS纳米球和微米球TEM照片 湖南大学学报2007图 3.4.3 水热法ZnO纳米棒TEM照片JACS2003图 3.4.4 CVD法制备ZnO纳米线SEM照片CPL 2002图 3.4.5 CVD法ZnO纳米丝SEM照片Journal of Crystal Growth 2003图 3.4.7 溶胶凝胶法制备Eu2O3纳米管TEM照片（左）和SEM照片（右）JACS 2005图 3.4.8 溶胶凝胶法制备Eu2O3纳米线阵列TEM图J SolGel Sci Technol 2008图 3.4.9 CVD法制备ZnO纳米梳TEM 照片JACS

3、2003图 3.4.10 溶解热方法制备纳米玉米棒的SEM(a)和TEM(b)照片CPL 20052 观察晶界和缺陷观察晶界和缺陷1 晶界图 3.4.11 晶界的观测图 3.4.12 小角度晶界的观测2 晶体中的位错图 3.4.13 晶体中的位错和位错纠缠3 晶体中的层错图 3.4.14 Ti合金中的层错3 包覆分析包覆分析图 3.4.15 Ni包裹Si3N4粉体包裹粉体的断面形貌的SEM将Ni包裹的Si3N4粉体经镶嵌抛光后在SEM下观察包裹粉体的断面的形貌。图中可以看出在Si3N4颗粒周围包裹有一层亮亮的金属层，结合上面的测定结果，这个金属层是NiP合金层，NiP合金层均匀的包裹在Si3N

4、4颗粒周围，已经达到了良好的包裹效果。1 对纳米材料的表征对纳米材料的表征 TEM和SEM都能对材料进行形貌表征，但是，一般说来，TEM的放大倍数高，观察到的细节更多一些。但是SEM的视场更大，观察到的范围更大一些。TEM一般是将纳米材料分散到酒精中进行超声，而SEM是将样品粘在导电胶上，因此SEM观察到的材料会紧密一些。在观测试样的表面时，可以直接在SEM上观测，不需要复型，因此制样方便一些，而且SEM的样品台一次可以装十多个样品，效率也高一些。 SEM要求材料必须有一定的导电性，如果材料本身不导电，需要对材料喷碳或喷金，保证足够的放大率。 TEM一般可以做电子衍射，用来分析材料的结构，SE

5、M一般带能谱分析材料的成分。现在TEM也能带附件，分析材料的成分。目前材料学院的电镜还没有这项功能。 3.4.2透射电子显微镜成象原理与图象解释透射电子显微镜成象原理与图象解释 相显微镜及扫描电镜均只能观察物质表面的微观形貌，它无法获得物质内部的信息。而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。显然，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。透射电镜的成像机制有两种1.相位衬度2. 振幅衬度1.相位衬度 如果透射束与

6、衍射束可以重新组合，从而保持它们的振幅和位相，则可直接得到产生衍射的那些晶面的晶格象，或者一个个原子的晶体结构象。相位衬度仅适于很薄的晶体试样(100)。2. 振幅衬度振幅衬度 由于入射电子通过试样时，与试样内原子发生相互作用而发生振幅的变化，引起反差。 振幅衬度主要有质厚衬度和衍射衬度两种：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 质厚衬

7、度原理质厚衬度原理 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,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) 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。 对于复型试样： 02=01，A1=A2，1=

8、2则有Gt= N(0(t2-t1) /A)= N (0t /A )1 质厚衬度原理质厚衬度原理 即复型试样的质厚衬度主要取决于厚度,对于常数复型,则其衬度差由质量与厚度差共同决定,故公式： Gt= N(022t2/A2-011t1/A1)称为质量衬度表达式。散射截面的公式如下：对于弹性散射: n= ze/un=n2= (z2e2/ u2) 非弹性: e= e/ue= e2ze= ze2，0= 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，图象反差下降。2 明场像与暗场像明场像与暗场像图3.4.16 明场

9、像与暗场像 a 明场像 b暗场像2 明场像与暗场像明场像与暗场像 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I0，(hkl)衍射强度为Ihkl，则A晶粒的强度为IA= I0-Ihkl，B

10、晶粒的为IB= I0，其反差为IA/ IB= (I0-Ihkl)/ I0。得的图象称为明场像。2 明场像与暗场像明场像与暗场像 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。暗场成像方法 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

11、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。3 象运动理论的基本假设象运动理论的基本假设 衍衬衬度与布拉格衍射有关，衍射衬度的反差，实际上就是衍射强度的反映。因此，计算衬度实质就是计算衍射强度。它是非常复杂的。为了简化，需做必要的假定。由于这些假设，运动学所得的结果在应用上受到一定的限制。但由于假设比较接近于实际，所建立的运动学理论基本上能够说明衍衬像所反映的晶体内部结构实质，有很大的实用价值。3 象运动理论的基本假设1.采用双束近似处理方法，即所谓的“双光束

12、条件”2. 入射束与衍射束不存在相互作用，二者之间无能量交换。3. 假设电子束在晶体试样内多次反射与吸收可以忽略不计。4. 假设相邻两入射束之间没有相互作用1.采用双束近似处理方法，即所谓的“双光束条件”除透射束外，只有一束较强的衍射束参与成象，忽略其它衍射束，故称双光成象。这一强衍射束相对于入射束而言仍然是很弱的。这在入射电子束波长较弱以及晶体试样较薄的情况下是合适的。因为波长短，球面半径1/大，垂直于入射束方向的反射球面可看作平面。加上薄晶的“倒易杆”效应，因此，试样虽然处于任意方位，仍然可以在不严格满足布拉格反射条件下与反射球相交而形成衍射斑点。由于强衍射束比入射束弱得多，因此认为这一衍

13、射束不是完全处于准确得布拉格反射位置，而存在一个偏离矢量S，S表示倒易点偏离反射球的程度，或反映偏离布拉格角2的程度。2. 入射束与衍射束不存在相互作用，二者之间无能量交换。 入射束与衍射束不存在相互作用，二者之间无能量交换。3. 假设电子束在晶体试样内多次反射与吸收可以忽略不计。假设电子束在晶体试样内多次反射与吸收可以忽略不计。 4. 假设相邻两入射束之间没有相互作用 每一入射束范围可以看作在一个圆柱体内，只考虑沿柱体轴向上的衍射强度的变化，认为dx、dy方向的位移对布拉格反射不起作用，即对衍射无贡献。这样变三维情况为一维情况，这在晶体很薄，且布拉格反射角2很小的情况下也是符合实际的。根据布

14、拉格反射定律，这个柱体截向直径近似为：Dt 2，t为试样厚度。设t=1000，10-2弧度，则D=20 ，也就是说，柱体内的电子束对范围超过20 以外的电子不产生影响。若把整个晶体表面分成很多直径为20 左右的截向，则形成很多很多柱体。计算每个柱体下表面的衍射强度，汇合一起就组成一幅由各柱体衍射强度组成的衍衬象，这样处理问题的方法，称为柱体近似。5 衍射波强度公式衍射波强度公式图 3.4.17 晶体衍射运动学解释5 衍射波强度公式衍射波强度公式 根据上述假设,将晶体分成许多晶粒,晶粒平行于Z方向,每个晶粒内部含有一列单胞，每个单胞的结构振幅为F，相当于一个散射波源,各散射波源相对原点的位置矢量

15、为： R n= x n a+ y n b+ z n ca, b , c 单胞基矢,分别平行于x,y,z轴; x n ,y n ,z n为各散射波源坐标. 对所考虑的晶格来说x n = y n=0. 各散射波的位相差=kR n.因此,P0处的合成振幅为:g=F n e-2i kR n= F n e-2i k(Znc)运动学条件s0, 所以k = g + s, s = s x a +s y b +s z c5 衍射波强度公式衍射波强度公式因为薄品试样只有Z分量,所以s = s z c Zn是单胞间距的整数倍, gR n=整数e 2i gR n = 1所以g=F n e-2i kR n= F n e

16、-2i Sz ZnID = g g设ID= F2sin2(sz t)/ sin2(sz )S z 很小,上式可写成ID= F2sin2(sz t)/ (s z )上两式里简化处理的运动学强度公式。若令入射电子波振幅0=1,则根据费涅耳衍射理论,得到衍射波振幅的微分形式:5 衍射波强度公式衍射波强度公式 根据上述假设,将晶体分成许多晶粒,晶粒平行于Z方向,每个晶粒内部含有一列单胞，每个单胞的结构振幅为F，相当于一个散射波源,各散射波源相对原点的位置矢量为： R n= x n a+ y n b+ z n c a, b , c 单胞基矢,分别平行于x,y,z轴; x n ,y n ,z n为各散射波

17、源坐标. 对所考虑的晶格来说x n = y n=0. 各散射波的位相差=kR n.5 衍射波强度公式衍射波强度公式因此,P0处的合成振幅为:g=F n e-2i kR n= F n e-2i k(Znc)运动学条件s0, 所以k = g + s, s = s x a +s y b +s z c因为薄品试样只有Z分量,所以s = s z c Zn是单胞间距的整数倍, gR n=整数e 2i gR n = 1所以g=F n e-2i kR n= F n e-2i Sz ZnID = g g设ID= F2sin2(sz t)/ sin2(sz )S z 很小,上式可写成ID= F2sin2(sz t

18、)/ (s z )上两式里简化处理的运动学强度公式。5 衍射波强度公式衍射波强度公式若令入射电子波振幅0=1,则根据费涅耳衍射理论,得到衍射波振幅的微分形式:dg = iF g e-2 iszdz/ Vc cos令g = V ccos/ F g , 并称为消光距离.将该微分式积分并乘以共轭复数,得到衍射波强度公式为:ID=2sin2(s2)/ g2(s)2 V c单胞体积, : 半衍射角, Fg结构振幅,电子波长, sin2(sz)/(s)2称为干涉函数.公式表明,Ig是厚度t与偏离矢量S的周期性函数,下面讨论此式的物理意义.1. 等厚消光条纹，衍射强度随样品厚度的变化.如果晶体保持确定的位向

19、,则衍射晶面的偏离矢量保持恒定,此时上式变为:Ig = sin2(s t)/(s g )25 衍射波强度公式衍射波强度公式将Ig随晶体厚度t的变化画成如图3.4.17所示。显然，当S =常数时，随着样品厚度t的变化衍射强度将发生周期性的振荡。振荡的深度周期：tg = 1/s 这就是说，当t=n/s (n为整数）时，Ig =0。当t=(n+1/2)/s时，Ig = Ig max=1/(sg )2Ig随t的周期性振荡这一运动学结果。定性地解释了晶体样品的锲形边缘处出现的厚度消光条纹。 图 3.4.18 等厚消光条纹a 等厚条纹形成示意图，b 倾斜界面示意图，c 晶界电镜照片abc2. 等倾消光条纹

20、 现在我们讨论衍射强度Ig 随晶体位向的变化，公式可改写成为： Ig =2 t2sin2(t s)/ g2(t s)2 当t=常数时，衍射强度I g 随衍射晶面的偏离参量s的变化如图 3.4.19所示。图 3.4.19 等厚消光条纹2. 等倾消光条纹 由此可见，随着s绝对值的增大，Ig 也发生周期性的强度振荡，振荡周期为： sg=1/t, 如果s=1/t、2/t,I g=0,发生消光.而s=0、3/2t、5/2t, Ig有极大值,但随着s的绝对值的增大,极大值峰值强度迅速减小。 图 3.4.19 等厚消光条纹2. 等倾消光条纹现在我们讨论衍射强度Ig 随晶体位向的变化，公式可改写成为：Ig =

21、2t2sin2(ts)/ g2(ts)2 当t=常数时，衍射强度Ig 随衍射晶面的偏离参量s的变化如图 3.4.20所示。图 3.4.20 Ig随衍射晶面的偏离参量s的变化2. 等倾消光条纹 由此可见，随着s绝对值的增大，Ig 也发生周期性的强度振荡，振荡周期为： s g=1/t, 如果s=1/t、2/t,I g=0,发生消光.而s=0、3/2t、5/2t, I g有极大值但随着s的绝对值的增大,极大值峰值强度迅速减小. s=0, Ig max= 2 t2/ g 现在可以定性的解释倒易阵点在晶体尺寸最小方向上的扩展.当只考虑到衍射强度主极大值的衰减周期(-1/t1/t)时,倒易阵点的扩展范围即

22、2/t大致相当于强度峰值包括线的半高宽s, 与晶体的厚度成反比.这就是通常晶向发生衍射所能允许的最大偏离范围(s0,则在远离位错线D的区域(如A和C位置,相当于理想晶体)衍射波强度I(即暗场中的背景强度)。位错引起它附近晶面的局部转动,意味着在此应变场范围内,(hkl)晶面存在着额外的附加偏差S。离位错线愈远, S愈小,在位错线右侧S0,在其左侧SS0,使衍衬强度IBI; 而在左侧,由于S0与S符号相反,总偏差S0+SS0,且在某个位置(例如D)恰巧使S0+S=0,衍射强度ID=Imax. 图3.4.23位错引起的衬度3 位错引起的衬度 这样,在偏离位错线实际位置的左侧,将产生位错线的象(暗场

23、中为亮线,明场相反).不难理解,如果衍射晶面的原始偏离参量S020后，其信号强度随Z变化很小。用背散射电子像可以观察未腐蚀样品的抛光面元素分布或相分布，并可确定元素定性、定量分析点。图3.4.24背散射电子与二次电子的信号强度与Z的关系及二次电子像2 二次电子像二次电子像 二次电子象是表面形貌衬度，它是利用对样品表面形貌变化敏感的物理信号作为调节信号得到的一种象衬度。因为二次电子信号主要来处样品表层510nm的深度范围，它的强度与原子序数没有明确的关系，便对微区表面相对于入射电子束的方向却十分敏感，二次电子像分辨率比较高，所以适用于显示形貌衬度。在扫描电镜中，二次电子检测器一般是装在入射电子束

24、轴线垂直的方向上。 凸凹不平的样品表面所产生的二次电子，用二次电子探测器很容易全部被收集，所以二次电子图像无阴影效应，二次电子易受样品电场和磁场影响。二次电子的产额 K/cosK为常数，为入射电子与样品表面法线之间的夹角， 角越大，二次电子产额越高，这表明二次电子对样品表面状态非常敏感。 3 背散射电子像背散射电子像 背散射电子是指入射电子与样品相互作用(弹性和非弹性散射)之后，再次逸出样品表面的高能电子，其能量接近于入射电子能量( E0)。背射电子的产额随样品的原子序数增大而增加，所以背散射电子信号的强度与样品的化学组成有关，即与组成样品的各元素平均原子序数有关。 背散射电子的信号强度I与原

25、子序数Z的关系为 式中Z为原子序数，C为百分含量(Wt%)。 背散射电子像的形成，就是因为样品表面上平均原子序数Z大的部位而形成较亮的区域，产生较强的背散射电子信号；而平均原子序数较低的部位则产生较少的背散射电子，在荧光屏上或照片上就是较暗的区域，这样就形成原子序数衬度。 iiizcZ4332ZI图3.4.25 ZrO2-Al2O3-SiO2系耐火材料的背散射电子像。由于ZrO2相平均原子序数远高于Al2O3相和SiO2相，所以图中白色相为斜锆石，小的白色粒状斜锆石与灰色莫来石混合区为莫来石斜锆石共析体，基体灰色相为莫来石。3.4.4 对材料的结构的表征对材料的结构的表征1 电子衍射电子衍射

26、电镜中的电子衍射，其衍射几何与X射线完全相同,都遵循布拉格方程所规定的衍射条件和几何关系. 衍射方向可以由厄瓦尔德球(反射球)作图求出.因此,许多问题可用与X射线衍射相类似的方法处理.即 电子衍射与X射线衍射相比，优点有：电子衍射能在同一试样上将形貌观察与结构分析结合起来；电子波长短，单晶的电子衍射花样婉如晶体的倒易点阵的一个二维截面在底片上放大投影，从底片上的电子衍射花样可以直观地辨认出一些晶体的结构和有关取向关系，使晶体结构的研究比X射线简单；物质对电子散射主要是核散射，因此散射强，约为X射线一万倍，曝光时间短。图 3.4.26 单晶衍射斑的形成1 电子衍射电子衍射1 电子衍射电子衍射 与

27、X射线衍射相比不足之处是电子衍射强度有时几乎与透射束相当，以致两者产生交互作用，使电子衍射花样，特别是强度分析变得复杂，不能象X射线那样从测量衍射强度来广泛的测定结构。此外，散射强度高导致电子透射能力有限，要求试样薄，这就使试样制备工作较X射线复杂；在精度方面也远比X射线低。 物镜后焦面上形成一幅斑点花样经物镜下面的各透镜再次放大后投射到观察屏上，形成我们观察到的衍射花样。 设样品到底片的距离为L，观察屏上衍射斑距透射斑的距离为R，衍射角为，则： 由于很小，tan2 2 2sin 根据布拉格公式 2dsin=, sin = /2d R/L = tan2 2sin =2/2d/d R=L/dK/

28、d 称K=L为相机常数 写成矢量形式为R=Lg/2Kg/2 1 电子衍射电子衍射 可以看成电子衍射是晶体中的晶面的倒格子在底片上的投影。而相机常数通常可以利用金膜衍射花样或者利用已知晶体结构单晶体的衍射花样测定。 获取衍射花样的方法是光阑选区衍射和微束选区衍射，前者多在5平方微米以上，后者可在0.5平方微米以下，我们这里主要讲述前者。光阑选区衍射是是通过物镜象平面上插入选区光阑限制参加成象和衍射的区域来实现的。另外，电镜的一个特点就是能够做到选区衍射和选区成象的一致性。 图 3.4.27 选区成像与选取衍射1 电子衍射电子衍射 为了尽可能减小选区误差，应遵循如下操作步骤：1. 插入选区光栏，套

29、住欲分析的物相，调整中间镜电流使选区光栏边缘清晰，此时选区光栏平面与中间镜物平面生重合；2. 调整物镜电流，使选区内物象清晰，此时样品的一次象正好落在选区光栏平面上，即物镜象平面，中间镜物面，光栏面三面重合3. 抽出物镜光栏，减弱中间镜电流，使中间镜物平面移到物镜背焦面，荧光屏上可观察到放大的电子衍射花样 4. 用中间镜旋钮调节中间镜电流，使中心斑最小最园，其余斑点明锐，此时中间镜物面与物镜背焦面相重合。 5. 减弱第二聚光镜电流，使投影到样品上 的入射束散焦（近似平行束），摄照（30s左右）2常见的几种电子衍射谱常见的几种电子衍射谱 电子衍射谱分为单晶电子衍射谱，多晶电子衍射谱和复杂电子衍射

30、谱。图 3.4.28 几种电子衍射谱a 单晶电子衍射谱 b 多晶电子衍射谱 c 复杂电子衍射谱 d复杂电子衍射谱abcd2常见的几种电子衍射谱常见的几种电子衍射谱 单晶电子衍射谱为点，多晶电子衍射谱为环，复杂的电子衍射谱为复杂的斑点。非晶体的电子衍射点（或环）一般很弱，在电子衍射图上并不明显。虽然单晶的电子衍射是斑点，但是并不是所有的的电子衍射斑点照片都代表样品是单晶，因为衍射仅仅是一个小范围内给出的结果。3 电子衍射花样的标定电子衍射花样的标定花样分析分为两类： 一是结构已知，确定晶体缺陷及有关数据或相关过程中的取向关系； 二是结构未知，利用它鉴定物相。指数标定是基础。1 多晶体电子衍射花样

31、的标定（1） 花样 与X射线衍射法所得花样的几何特征相似，由一一系列不同半径的同心园环组成，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为半顶角的园锥面，它与照相底板的交线即为半径为R=L /dK/d的园环。 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。（2）分析方法 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XRD卡片求(hkl)。 晶体结构未知：测R、算R2、Ri2R12，找

32、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XRD卡片求(hkl)和a,确定样品物相。（3）主要用途 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1 多晶体电子衍射花样的标定例：例：图3.4.19是在150kv加速电压下拍得金环，从里向外测环直径得2R1=17.6mm，2R2=20.5mm，2R3=28.5mm， 已知金是面心立方结构，点阵常数a=0.402nm，（1）对这三个环进行标定。（2）求电镜常数图 3.3.29 金得电子衍

33、射谱1 多晶体电子衍射花样的标定解：（1） 由2R1=17.6mm，2R2=20.5mm，2R3=28.5mm，可得：R1=8.8mm， R2=10.3mm， R3=14.3mm，利用公式电子衍射公式：R=L/dK/d，注意到立方晶体有1/d2=（h2+k2+l2）/a2N/a2， 可得：R=那么有： R1：R2：R3：= ： ： ：=8.8：10.3：14.3：= ： ： ：有 N1=3, N2=4, N3=8即所求个衍射环为111，200，220，然后标在各衍射环上R=aNK/ 1N2N3N3481 多晶体电子衍射花样的标定d111= = =0.235nm, d200= = =0.204n

34、m,d220= = =0.144nm,1Na3407. 02Na4407. 03Na8407. 0 1 多晶体电子衍射花样的标定（2）因此电镜常数: (L)1=Rd111=8.8*0.235=2.07mm*nm (L)2=Rd200=10.3*0.202=2.10mm*nm (L)3=Rd220=14.3*0.144=2.06mm*nm取平均值：L=2.06 mm*nm2 单晶体电子衍射花样的标定 微区晶体分析往往是单晶或为数不多的几个单晶复合衍射花样。（1）花样特征 规则排列的衍射斑点。它是过倒易点阵原点的一个二维倒易面的放大像。 RKg 大量强度不等的衍射斑点。有些并不精确落在Ewald球

35、面上仍能发生衍射，只是斑点强度较弱。倒易杆存在一个强度分布。（2）花样分析 在于确定花样中斑点的指数及其晶带轴方向u v w，并确定样品的点阵类型和位向。 主要有(尝试校核法)、标准衍射图法 选择靠近中心透射斑且不在一条直线上的斑点，测量它们的R，利用R2比值的递增规律确定点阵类型和这几个斑点所属的晶面族指数(hkl)等。尝试校核法 根据Ri/R1比值查表或者根据Ri算出的d值查XRD卡片, 再利用Ri之间的夹角来校验。任取(h1k1l1)，而第二个斑点的指数(h2k2l2),应根据R1与R2之间的夹角的测量值是否与该两组晶面的夹角相苻来确定。 夹角公式为： 再根据矢量加和公式，求出全部的斑点

36、指数。R3R1R2， 与只相对的斑点R3R3 任取不在一条直线上的两斑点确定晶带轴指数B = RB RA 222222212121212121coslkhlkhl lkkhh尝试校核法 例例：图3.4.20是由某低碳合金钢薄膜样品的区域记录的单晶花样，中心附近A、B、C、D四斑点，测得RA7.1mm，RB10.0mm，RC12.3mm，RD21.5mm，同时用量角器测得R之间的夹角分别为:(RA, RB)90o, (RA, RC)55o, (RA, RD)71o,对衍射斑点进行标定。图 3.3.30 低碳合金钢基体的电子衍射花样底版负片描制图尝试校核法解：求得R2比值为2：4：6：18，RB/

37、RA=1.408, RC/RA=1.732, RB/RA=3.028,表明样品该区为体心立方点阵, A斑N为2，110,假定A为(10)。B斑点N为4，表明属于200晶面族，初选（200），代入晶面夹角公式得夹角为45o（实际为90o），不符，发现（002）与之相符，所以B为（002）RC= RARB，C为（1 1），N6与实测R2比值的N一致，查表或计算夹角为54.74o,与实测的55o相符，RE2RB, E为（004）RDRARE（14），2尝试校核法 查表或计算（10）与（14）的夹角为70.53o,依此类推可标定其余点。已知K14.1mmA,用公式 d=K/R,得 dA=1.986 ,

38、 dB=1.410 , dC=1.146 , dD=0.656 , 查PDF卡发现与-Fe的标准d值相符，由此确定样品上该微区为铁素体。选取R1=RB=(002), R2=RA=(10),求得晶带轴指数B = RB RA= 110尝试校核法 虽然上述例子能给出物象，但是物象的分析不是十分容易，一般要综合XRD和高分辨透射显微镜的数据才能得出结论。就电子衍射而言，一般要有几套斑点才能分析未知物相：衍射花样为平行四边形，七个晶系均可，衍射花样正方形，可能为四方或立方 衍射花样六角形，可能晶系为六方，三角、立方如果上述三个花样均由同一试样同一部位产生，则 此晶体只能属于立方晶系3 单晶花样的不唯一性 在对电子衍射花样进行标定时，同一衍射花样有不同的指数化结果，这主要是由于头两个斑点的任意性，同时由于二次对称性和偶合不唯一性。偶合不唯一性常出现于立方晶系的中高指数，如(352)和(611)，(355)和(173)等。单晶花样的不唯一性影响物相分析、取向关系的决定以及缺陷矢量的分析。消除办法是转动晶体法，让斑点自洽。同时可以借助复杂电子衍射花样分析，如双晶带衍射花样、高阶劳厄带花样分析，使衍射花样唯一。4 复杂