复习2透射电镜.pdf

透射电镜（透射电镜（TEM））◆透射电镜的电子光学 ◆透射电镜的结构 ◆透射电镜的电子衍射◆透射电镜的显微成像◆透射电镜的电子光学 ◆透射电镜的结构 ◆透射电镜的电子衍射◆透射电镜的显微成像§透射电镜的电子光学§透射电镜的电子光学◆◆光源---电子波光源---电子波电子显微镜的照明光源是电子波电子波的波 长取决于电子运动的速度和质量，即根据质能方程最后得到电子显微镜的照明光源是电子波电子波的波 长取决于电子运动的速度和质量，即根据质能方程最后得到mvh=λmeUveUmv2,5 . 02==emUh2=λ高速电子质量必 须经过相对论校 正在常用100- -200kv加速电压 下，电子波的波 长要比可见光小 5个数量级，10高速电子质量必 须经过相对论校 正在常用100- -200kv加速电压 下，电子波的波 长要比可见光小 5个数量级，10- 3-3nmnm◆◆透镜---磁透镜透镜---磁透镜有极靴有极靴Bz没有没有极极靴短线圈靴短线圈透射电镜中心透射电镜中心不同情况下的轴向磁感应强度分布不同情况下的轴向磁感应强度分布ACOO’Z电磁透镜的聚焦原理示意图电磁透镜的聚焦原理示意图用磁场来使电子波聚焦成像。

用磁场来使电子波聚焦成像◆◆成像---公式成像---公式fLf ffL LLMLLf−=−==+=物距像距物距像距像距物距1112)(INUKfr≈焦距总是正的，是一种变焦 距或变倍率的汇聚透镜焦距总是正的，是一种变焦 距或变倍率的汇聚透镜◆◆成像---像差（球差）成像---像差（球差）P1透镜透镜PsR2P2球差球差最小散焦圆斑光轴最小散焦圆斑光轴◆◆成像---像差（成像---像差（像散像散））消像散器消像散器像散像散弱聚焦弱聚焦P1P光轴光轴P2强聚焦强聚焦最小散 焦圆斑最小散 焦圆斑AR2透镜透镜◆◆成像---像差（成像---像差（色差色差））色差色差束流稳定的电子束束流稳定的电子束◆◆成像---衍射误差成像---衍射误差△I=19%I时,能分辨 出两相斑,此时两相 斑距离等于埃利斑半 径，推出下公式：△I=19%I时,能分辨 出两相斑,此时两相 斑距离等于埃利斑半 径，推出下公式：αsin61. 00 0NMRr==◆ 分辨率---最佳孔径角◆ 分辨率---最佳孔径角A=0.4-0.55,所以电磁透镜的最佳分辨率0.1nmA=0.4-0.55,所以电磁透镜的最佳分辨率0.1nm41043 CArλ=Δ3 41αSSCr =Δ球差球差αsin61. 00 0NMRr==衍射效果衍射效果◆ 分辨率---景深和焦长◆ 分辨率---景深和焦长景深:不影响分辨率条件下,电磁透镜物平面允许的轴向偏差。

焦长: 不影响透镜分辨率条件下,像平面可沿轴向平移距离景深:不影响分辨率条件下,电磁透镜物平面允许的轴向偏差焦长: 不影响透镜分辨率条件下,像平面可沿轴向平移距离202MrDLαΔ=α02 rDfΔ=§透射电镜的结构§透射电镜的结构电子光学系统真空系统供电系统电子光学系统真空系统供电系统为了保证真在整个通道中只与试样发生相互作 用，而不与空气分子发生碰撞，因此，整个电子通道 从电子枪至照相底板盒都必须置于真空系统之内，一 般真空度为毫米汞柱7410~10−−◆真空系统◆真空系统透射电镜需要两部分电源：透射电镜需要两部分电源：一是供给电子枪的高压部 分，二是供给电磁透镜的低压稳流部分一是供给电子枪的高压部 分，二是供给电磁透镜的低压稳流部分电源的稳定性是电镜性能好坏的一个极为重要的标 志所以，对供电系统的主要要求是产生高稳定的加速 电压和各透镜的激磁电流近代仪器除了上述电源部分外，尚有自动操作程序 控制系统和数据处理的计算机系统电源的稳定性是电镜性能好坏的一个极为重要的标 志所以，对供电系统的主要要求是产生高稳定的加速 电压和各透镜的激磁电流近代仪器除了上述电源部分外，尚有自动操作程序 控制系统和数据处理的计算机系统。

◆供电系统◆供电系统电子枪聚光镜试样 物镜中间象 投影镜观察屏 照相底板◆电子光学系统电子光学系统照明系统照明系统成像系统成像系统观察记录系统观察记录系统照明系统照明系统? 组成组成: 电子枪、聚光镜等电子枪、聚光镜等. ? 作用作用: 提供一束高亮度、孔径半角小、 平行度好、束流稳定的电子波提供一束高亮度、孔径半角小、 平行度好、束流稳定的电子波成像系统成像系统这部分有试样室（位于照明部分和物 镜之间，它的主要作用是通过试样台承载 试样，移动试样）、物镜、中间镜、投影 镜等组成这部分有试样室（位于照明部分和物 镜之间，它的主要作用是通过试样台承载 试样，移动试样）、物镜、中间镜、投影 镜等组成观察记录系统观察记录系统? 这部分由荧光屏和照相机构组成在分析电镜 中，还有探测器和电子能量分析附件这部分由荧光屏和照相机构组成在分析电镜 中，还有探测器和电子能量分析附件 在荧光屏下面放置一个可以自动换片的照相暗 盒，照相时只要把荧光屏镟网一侧垂直竖起，电 子束即可使照相底片曝光由于透射电子显微镜 的焦长很大，虽然荧光屏和底片之间有数厘米的 间距，但仍能得到清晰的图像在荧光屏下面放置一个可以自动换片的照相暗 盒，照相时只要把荧光屏镟网一侧垂直竖起，电 子束即可使照相底片曝光。

由于透射电子显微镜 的焦长很大，虽然荧光屏和底片之间有数厘米的 间距，但仍能得到清晰的图像◆部件◆部件◆ 样品台◆ 电子束倾斜与平移装置◆ 消像散器◆ 光阑◆ 样品台◆ 电子束倾斜与平移装置◆ 消像散器◆ 光阑衬度光阑选区光阑聚光镜光阑衬度光阑选区光阑聚光镜光阑样品台样品台物镜中间镜投影镜物镜中间镜投影镜消像散器消像散器偏转线圈偏转线圈中间镜投影镜中间镜投影镜◆ 分辨率◆ 分辨率? 表示方法表示方法: 点分辨率点分辨率: 能分辨试样两点最小距离能分辨试样两点最小距离. 1.5—2A0 线分辨率线分辨率(晶格分辨率晶格分辨率): 能分辨试样两线最小距离能分辨试样两线最小距离. 1— 1.5A0. ? 测定测定 点分辨率点分辨率: 真空蒸发铂、铂真空蒸发铂、铂-铱等铱等,得到粒度得到粒度0.5~1nm,间 距间 距0.2-1nm粒子粒子,分布在支撑薄上分布在支撑薄上,在在TEM中成像中成像,测出两 粒子最小间距测出两 粒子最小间距,则最小间距则最小间距/M. 线分辨率线分辨率(晶格分辨率晶格分辨率): 外延生长获定向单晶膜外延生长获定向单晶膜,使已知 晶面与支撑薄垂直使已知 晶面与支撑薄垂直,摄晶格像摄晶格像,能观察到的最小面间距.能观察到的最小面间距.0rΔrΔrΔ§§透射电镜的电子衍射透射电镜的电子衍射? 电子衍射使得同一试样上将形貌观察与结 构分析结合起来。

电子衍射使得同一试样上将形貌观察与结 构分析结合起来 电子衍射电子衍射,其衍射几何与其衍射几何与X射线完全相同射线完全相同, 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衍射方向可以由厄瓦尔德球(反射 球反射 球)作图求出作图求出.因此因此,许多问题可用与许多问题可用与X射线 衍射相类似的方法处理射线 衍射相类似的方法处理电子衍射原理图电子衍射原理图物镜物镜 背焦平面 中间镜物平面背焦平面 中间镜物平面 衬度光阑衬度光阑物镜像平面物镜像平面 选区光阑选区光阑 中间镜中间镜像平面中间镜中间镜像平面投影中物MMfMλ=◆电子衍射的优点◆电子衍射的优点? 衍射角小衍射角小 ? 略微偏离布拉格方程的点也能发生衍射略微偏离布拉格方程的点也能发生衍射 ? 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射线简单射线简单 ? 物质对电子散射能力强，因此衍射束的强 度大，约为物质对电子散射能力强，因此衍射束的强 度大，约为X射线一万倍，曝光时间短。

射线一万倍，曝光时间短◆电子衍射的缺点◆电子衍射的缺点? 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；在精度方面也远比射线复杂；在精度方面也远比X射线低◆电子衍射原理◆电子衍射原理◆ Bragg定律◆ Bragg定律◆ 倒易点阵与爱瓦尔德球图解法◆ 倒易点阵与爱瓦尔德球图解法◆ 晶带定律与零层倒易界面◆ 晶带定律与零层倒易界面◆ 结构因子◆ 偏离矢量与倒易点阵扩展◆ 结构因子◆ 偏离矢量与倒易点阵扩展◆ 电子衍射基本公式◆ 电子衍射基本公式*Bragg定律*Bragg定律? 选择反射 满足选择反射 满足 2d sinθ = θ = n λ，λ，2dHKLsinθ =λ ,这是发生 衍射的必要条件，但不是充分条件。

θ =λ ,这是发生 衍射的必要条件，但不是充分条件 衍射角比较小 如衍射角比较小 如 100kV, λ=λ=0.037Å，，sinθ = λ/θ = λ/2dHKL=10-2, θ≈10θ≈10−2−2<1<1ο οθθθ反 射 面 法 线布拉格定律* *结构因子结构因子21212)](2sin[)](2cos[jjjjnjjjjjnjHKLLZKYHXfiLZKYHXfF+++++=∑∑==ππ反映各晶面衍射强度大小, 将 大小考虑到各倒易点中,则大小为各 倒易阵点的权重反映各晶面衍射强度大小, 将 大小考虑到各倒易点中,则大小为各 倒易阵点的权重 .2 HKLF2 HKLF 2 HKLF常用点阵的消光规律：常用点阵的消光规律：简单无 面心点阵（Al,Cu）h,k,l 奇偶混合 体心点阵（α−Fe, W,V） h+k+l=奇数 hcp(Mg,Zr)h+2k=3n 、l为奇数•Pay attention*爱瓦尔德球图解法爱瓦尔德球图解法? 布拉格定律的爱瓦尔德球图解法直观表达：布拉格定律的爱瓦尔德球图解法直观表达：由几何计算可得：由几何计算可得：2Ksinθ=g 2Ksinθ=g 又因为:又因为:g=1/d,k=1/λg=1/d,k=1/λ 所以：所以：2dsinθ=λ，即为布拉格方程。

2dsinθ=λ，即为布拉格方程爱瓦尔德球图解法爱瓦尔德球图解法K Kg g-K-K0 0=g，|g|=1/d 用g代表一个面=g，|g|=1/d 用g代表一个面NGdθgK0KgO′O* *倒易点阵倒易点阵正点阵基矢与倒易点阵基矢之间的关系：正点阵基矢与倒易点阵基矢之间的关系： a·a*= b·b*= c·c*=1 a·b*= a·c*= b·a*= b·c*= c·a*= c·b*= 0 g=ha*+kb*+lb* 晶体点阵和倒易点阵实际是互为倒易晶体点阵和倒易点阵实际是互为倒易)(HKLgHKL⊥HKLHKLdg1=ABCDPOacb*c倒易基矢和正空间基矢之间的关系* *晶带定律与零层倒易界面晶带定律与零层倒易界面? 在正点阵中同时平行于某一晶向的一组晶面构 成一个晶带，这一晶向称为这一晶带的晶轴在正点阵中同时平行于某一晶向的一组晶面构 成一个晶带，这一晶向称为这一晶带的晶轴 ? 如果电子束沿晶轴方向入射，通过原点如果电子束沿晶轴方向入射，通过原点O*的倒 易平面只有一个，被称为零层倒易面，用（的倒 易平面只有一个，被称为零层倒易面，用（uvw））0*表示 ? g·r=0晶带定律晶带定律正空间倒空间[]uvwr)(111lkh)(222lkh)(333lkh)(111lkh)(222lkh)(333lkh*)(uvw晶带正空间与倒空间对应关系图晶带正空间与倒空间对应关系图。