第三章 电子显微分析-TEM2

1、第三章第三章 电子显微分电子显微分析析 透射电子显微分析透射电子显微分析二、 透射电镜的结构及应用三、电子衍射四、透射电子显微分析样品制备四、透射电子显微分析样品制备一、电子显微基础五、电子显微衬度像透射电子显微分析透射电子显微分析四、透射电子显微分析样品制备四、透射电子显微分析样品制备 应用透射电镜对材料的组织、结构进行深入研究应用透射电镜对材料的组织、结构进行深入研究，需具备以下两个前提：，需具备以下两个前提：制备适合制备适合TEM观察的试样，厚度观察的试样，厚度100-200 nm，甚至更薄甚至更薄建立阐明各种电子图象的衬度理论。建立阐明各种电子图象的衬度理论。对于材料研究用的对于材料研

2、究用的TEM试样大致有三种类型：试样大致有三种类型：经悬浮分散的超细粉末颗粒。经悬浮分散的超细粉末颗粒。用一定方法减薄的材料薄膜。用一定方法减薄的材料薄膜。用复型方法将材料表面或断口形貌复制下来的用复型方法将材料表面或断口形貌复制下来的复型膜复型膜l1. 1.支持膜法支持膜法（粉末试样粉末试样）l2. 2. 薄膜法（薄膜法（ 块状样品制备）块状样品制备）l3. 3. 复型法复型法四、透射电子显微分析样品制备四、透射电子显微分析样品制备1. 支持膜法支持膜法l将试样载在支持将试样载在支持膜（膜（C膜）膜）上，再用上，再用铜网铜网（直径约（直径约3 mm)承载，装入样品承载，装入样品台台，放入样品

3、，放入样品室室进行观察。进行观察。l支持膜的作用是支撑粉末试样，铜网的作用是加支持膜的作用是支撑粉末试样，铜网的作用是加强支持膜。强支持膜。l支持膜材料必须具备的支持膜材料必须具备的条件条件： 无结构，对电子束的吸收不大；无结构，对电子束的吸收不大； 颗粒度小，以提高样品分辨率；颗粒度小，以提高样品分辨率； 有一定的力学强度和刚度，能承受电子束的照有一定的力学强度和刚度，能承受电子束的照射而不变形、破裂。射而不变形、破裂。l常用的支持膜材料：火棉胶、碳、氧化铝、聚乙常用的支持膜材料：火棉胶、碳、氧化铝、聚乙酸甲基乙烯酯等。酸甲基乙烯酯等。l在火棉胶等塑料支持膜上镀一层碳，提高强度和在火棉胶等塑

4、料支持膜上镀一层碳，提高强度和耐热性，称为耐热性，称为加强膜加强膜。1. 支持膜法支持膜法l支持膜上的粉末试样要求支持膜上的粉末试样要求高度分散高度分散，可根据不同，可根据不同情况选用情况选用分散方法分散方法：撒布撒布法：直接撒在支持膜表面，叩击去掉多余，法：直接撒在支持膜表面，叩击去掉多余，剩下的就分散在支持膜上。剩下的就分散在支持膜上。悬浮悬浮法：超声波分散器将粉末在与其不发生作用法：超声波分散器将粉末在与其不发生作用的溶液中分散成悬浮液，滴在支持膜上，干后即的溶液中分散成悬浮液，滴在支持膜上，干后即可。可。1. 支持膜法支持膜法干燥：保护真空。干燥：保护真空。悬浮法悬浮法 分散（超声波）

5、分散（超声波） 适当的浓度适当的浓度 适当的表面活性剂适当的表面活性剂 适当的介质（乙醇）适当的介质（乙醇）降低表面张力降低表面张力防止团聚防止团聚转移到铜网上：滴转移到铜网上：滴 or 捞。捞。l1.支持膜法（粉末试样）支持膜法（粉末试样）l2. 薄膜法（块状试样）薄膜法（块状试样）l3. 复型法复型法四、透射电子显微分析样品制备四、透射电子显微分析样品制备2 2薄膜法（薄膜样品的制备）薄膜法（薄膜样品的制备） 块状材料是通过块状材料是通过减薄减薄的方法（需要先进行机的方法（需要先进行机械或化学方法的预减薄）制备成械或化学方法的预减薄）制备成对电子束透明对电子束透明的的薄膜样品。减薄的方法有

6、薄膜样品。减薄的方法有超薄切片超薄切片、电解抛光电解抛光、化学抛光化学抛光和和离子轰击离子轰击等等. .适用于生适用于生物试样物试样适用于金适用于金属材料属材料适用于在化适用于在化学试剂中能学试剂中能均匀减薄的均匀减薄的材料，如半材料，如半导体、单晶导体、单晶体、氧化物体、氧化物等。等。无机非金属材料大多数为多无机非金属材料大多数为多相、多组分的的非导电材料相、多组分的的非导电材料，上述方法均不适用。，上述方法均不适用。6060年年代初产生了离子轰击减薄装代初产生了离子轰击减薄装置后，才使无机非金属材料置后，才使无机非金属材料的薄膜制备成为可能。的薄膜制备成为可能。2. 薄膜法薄膜法l块状块状

7、材料多采用此方法。材料多采用此方法。l通过减薄制成对电子束透明的薄膜样品。通过减薄制成对电子束透明的薄膜样品。l2.1 薄膜样品制备方法要求：薄膜样品制备方法要求： 制备过程中不引起材料组织的变化。制备过程中不引起材料组织的变化。薄，避免薄膜内不同层次图像的重叠，干扰分析薄，避免薄膜内不同层次图像的重叠，干扰分析 具有一定的强度。具有一定的强度。制备过程易于控制，有一定的重复性、可靠性。制备过程易于控制，有一定的重复性、可靠性。 切取：切取薄切取：切取薄块块（厚度（厚度0.5 mm） 预减薄（磨）：用机械研磨、化学抛光、电解抛预减薄（磨）：用机械研磨、化学抛光、电解抛光减薄成光减薄成“薄薄片片

8、”（0.1 mm） 终减薄：用电解抛光、离子轰击减薄成终减薄：用电解抛光、离子轰击减薄成“薄薄膜膜”（100 时，振幅衬度为主；时，振幅衬度为主；l试样厚度试样厚度分 辨 率分 辨 率20 Z contrast振幅衬度和相位衬度同时存在振幅衬度和相位衬度同时存在 1.1 原子对入射电子的散射原子对入射电子的散射： 当从电子枪发射的一束电子沿一定入射方向进当从电子枪发射的一束电子沿一定入射方向进入物质内部后，由于与物质的相互作用，使电子的入物质内部后，由于与物质的相互作用，使电子的运动方向发生改变，这一过程称为物质对电子的运动方向发生改变，这一过程称为物质对电子的散散射射。在散射过程中，如果入射

9、电子只改变运动方向，。在散射过程中，如果入射电子只改变运动方向，而不发生能量变化，称为而不发生能量变化，称为弹性散射弹性散射。如果被散射的。如果被散射的入射电子不但发生运动方向的变化，同时还损失能入射电子不但发生运动方向的变化，同时还损失能量，则称为量，则称为非弹性散射非弹性散射。弹性散射弹性散射是电子衍射的基础。是电子衍射的基础。 1 散射散射(质量质量厚度厚度)衬度衬度质厚衬度的公式质厚衬度的公式: : Z-原子序数原子序数 A2. A1 - 试样原子量试样原子量 2. 1 - 样品密度样品密度 t2, t1 - 试样厚度试样厚度 N - 阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数衬度与原子序数衬度与原

10、子序数Z，密度，密度 ，厚度，厚度t有关。用小的光阑有关。用小的光阑（小）衬度大；降低加速电压小）衬度大；降低加速电压V，能提供高衬度，能提供高衬度1.2 Z较高、样品较厚区域在屏上显示为较暗区域。较高、样品较厚区域在屏上显示为较暗区域。 图像上的衬度变化反映了样品相应区域的原子序数图像上的衬度变化反映了样品相应区域的原子序数和厚度的变化。和厚度的变化。The mass and thickness contrast of InxGa12xAs QDs on a GaAs surface. l1 散射散射(质量质量厚度厚度)衬度衬度l2 衍射衬度衍射衬度l3 相位差衬度相位差衬度五、五、电子显微

11、衬度像电子显微衬度像2. 衍射衬度衍射衬度l晶体晶体样品衬度的主要来源。样品衬度的主要来源。l存在缺陷，周围晶面发生畸变，这组晶面在样存在缺陷，周围晶面发生畸变，这组晶面在样品的不同部位满足布拉格条件程度不同，会产品的不同部位满足布拉格条件程度不同，会产生衬度，得到衍衬像。生衬度，得到衍衬像。明场像明场像: : 物镜光栏将衍射束挡掉，只让物镜光栏将衍射束挡掉，只让透射束透射束通过通过而得到图象衬度的方法称为明场成像，所得的图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。象称为明场像。 透射电子成像，像清晰。透射电子成像，像清晰。暗场像暗场像: : 用物镜光栏挡住透射束及其余衍射束，而

12、用物镜光栏挡住透射束及其余衍射束，而只让只让一束强衍射束一束强衍射束通过光栏参与成像的方法，称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。为暗场成像，所得图象为暗场像。 散射电子成像，像有畸变、分辨率低。散射电子成像，像有畸变、分辨率低。暗场像暗场像明场像明场像3 相位差衬度相位差衬度l入射电子波穿过极薄的试样形成的入射电子波穿过极薄的试样形成的散射波和直接透射散射波和直接透射波波之间产生之间产生相位差相位差，经物镜的会聚作用，在像平面上，经物镜的会聚作用，在像平面上会发生干涉。会发生干涉。HRTEM of BaTiFeO natural magnetic multilayers.

13、 The highly periodic Fe-rich layers (yellow) are separated by a Ba-rich phase (blue).HRTEM Image of a T1 Precipitate Plate (one unit-cell thick) in an Al-Cu-Li Alloy 相位衬度相位衬度原子像原子像lTHE ENDTHE END习题七（习题七（1 1）1、电子波有何特征？与可见光有何异同、电子波有何特征？与可见光有何异同？ 2、电磁透镜的像差是怎样产生的？如何、电磁透镜的像差是怎样产生的？如何来消除和减少像差？来消除和减少像差？3、透射电子显微镜的主要结构、透射电子显微镜的主要结构 ？并简述？并简述其作用？其作用？作作 业业1、说说、说说TEM对样品的基本要求；对于无机非金对样品的基本要求；对于无机非金属材料等一些非导电材料，制备属材料等一些非导电材料，制备TEM样品常样品常用的两种方法及其特点分别是什么？用的两种方法及其特点分别是什么？2、电子衍射和、电子衍射和