北航材料现代研究方法透射电子显微镜的成像原理

透射电子显微镜的成像原理透射电镜像1、复型像：反映试样外表形状的像，衬度取决于复型试样的原子序数和厚度；2、衍衬像：反映试样内部的构造和完好性，来源于衍射光束；3、相衬像：由透射束和一束以上的衍射束相互关涉产生的像。2、衍射衬度像明场像暗场像晶体的衍衬像：由于晶体的取向不同，导致各个晶粒对电子的衍射才干不同所产生的衬度变化。晶体中的取向：多晶、析出物、缺欠多晶析出物共格半共格非共格位错一、复型透射电镜像衬度：其中－入射束强度－复型试样厚度－电子的衰减系数其中－阿伏加得罗常数－试样的密度－原子量－原子散射截面，它表示原子散射一个电子的几率

其中称为质量厚度

称为质量衰减系数金相组织复型像二、衍衬像：明场像与暗场像明场像的成像明场像：采用物镜光栏挡住一切的衍射线，只让透射光束经过的成像。透过取向位置满足布拉格关系的晶粒的电子束强度弱透过取向位置不满足布拉格关系的晶粒的电子束强度强暗场像的成像暗场像：采用物镜光栏挡住透射光束，只让一束衍射光经过的成像。透过取向位置满足布拉格关系的晶粒的电子束强度强透过取向位置不满足布拉格关系的晶粒的电子束强度弱暗场像暗场像和中心暗场像衍射衬度实际简称为衍衬实际衍衬实际运动学实际：不思索入射波与衍射波的相互作用动力学实际：思索入射波与衍射波的相互作用三、完好晶体中衍衬像运动学实际对于晶体，衍衬像来源于相关散射，即来源于衍射波1、有一个晶面严厉满足布拉格条件：双束条件2、入射波与任何晶面都不满足布拉格条件，假设：a:透射波的强度几乎等于入射波的强度；b:衍射束不再被晶面反射到入射线方向。运动学近似双束动力学近似运动学近似成立的条件：样品足够薄，入射电子遭到多次散射的时机减少到可以忽略的程度；衍射处于足够偏离布拉格条件的位向，衍射束强度远小于透射束强度柱体近似模型电子束由试样上外表A入射，在样品下外表P点出射，透射束与衍射束相应的间隔为：三、完好晶体中衍衬像运动学实际对于晶体，衍衬像来源于相关散射，即来源于衍射波1、有一个晶面严厉满足布拉格条件：双束条件2、入射波与任何晶面都不满足布拉格条件，假设：a:透射波的强度几乎等于入射波的强度；b:衍射束不再被晶面反射到入射线方向。运动学近似双束动力学近似完好晶体衍射强度完好晶体运动学柱体近似将薄晶体分成许多小的晶柱，晶柱平行于Z方向。每个晶柱内都含有一列元胞。假设每个晶柱内电子衍射波不进入其他晶柱，这样只需把每个晶柱中的各个单胞的衍射波的和波求出，那么和波振幅的平方即为晶柱下面P点衍射波强度。各个晶柱下外表衍射波强度的差别那么构成衍衬度像源

其中，，是单胞的基矢对于所思索的晶柱来说，因此，P0处的合成波振幅为

写成积分方式由于很小，所以可写为衍射波振幅的微分方式是衍射波强度公式：式中－单胞体积－衍射角之半－构造振幅－电子波长－消光间隔等厚条纹等厚条纹〔s=常数，t变化〕衍射波强度：等厚条纹〔s=常数，t变化〕试样斜面和锥形孔产生等厚条纹表示图等厚条纹〔s=常数，t变化〕等厚条纹〔s=常数，t变化〕等倾干涉〔t=常数，s变化〕四、不完好晶体中衍衬像运动学实际1、不完好晶体衍射强度公式所谓不完成晶体是指在完好晶体中引入诸如位错、层错、空位集聚引起的点阵崩塌、第二相和晶粒边境等缺陷。在完好晶体中引入缺陷的普遍效应，是使原来规那么陈列的周期点阵遭到破坏，点阵发生了短程或长程畸变。四、不完好晶体中衍衬像运动学实际处置畸变晶体方法：1、把畸变晶体看成是部分倒易点阵矢量、或部分晶面间距发生变化：2、把畸变晶体看成是完好晶体的晶胞位置矢量发生变化，位置矢量由理想晶体缺陷晶体衍射波合波的振幅为缺陷晶体衍射波合成振幅为完好晶体的衍射强度公式是研讨缺陷衬度的一个非常重要的参数位错衍衬像DislocationsinNi-basesuperalloyThemicrographshowsthedislocationstructurefollowingcreep,withdislocationsloopingaroundtheparticlesFinesecondaryγ’-particlesareformedinthespecimenFig.

10.

TheareacontainingthinZr–CparticlesandtinyZr-richparticlesintheannealedspecimenaftercreeptestat600

°C(100

MPa,9160

h,totaldeformation0.71%).Zoneaxisdiffractionpatternofbothmatrixandthinplate-likeZr–Cparticlesintheinsert.Twomatrixreflectionvectors(D03structure)aremarkedbyarrows.

Fig.1.

(a)Selectedarea140

nmdiameterofimagecontainingsingleSphaseparticle;(b)SAEDpatternfromtheselectedarea;(c)fastFouriertransformoftheimageintensityin(d),theHRTEMimageoftheembeddedparticlein(a);(e)microdiffractionpatternoftheprecipitateandsurroundingmatrix.

Fig.2.

TEMmicrographsandcorrespondingdiffractionpatternsoftheAA2324alloyintheWQ-270condition:(a)brightfield;(b)[0

0

1]AlSADpatternoftheSphaseprecipitateindarkcontrastin(a)withsurroundingmatrix(thestreaksemanatingfromthebrighterAlspotsareanartefactduetocamerasaturation);(c)simulatedSADpatterncorrespondingto(OR1).Therectanglecorrespondstotherangeof(b).位错运动的动态电子显微镜察看左：具有最大衬度的刃位错像g∥b右：位错衬度趋于零g⊥b多相合金的衍射和衬度效应1、