材料現(xiàn)代分析與測試技術(shù)復(fù)習(xí)資料

1、X射線衍射分析（基礎(chǔ)與應(yīng)用）一.X射線的特性 人的肉眼看不見X射線，但X射線能使氣體電離，使照相底片感光，能穿過不透明的物體，還能使熒光物質(zhì)發(fā)出熒光。§ X射線呈直線傳播，在電場和磁場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)穿過物體時(shí)僅部分被散射。§ X射線對動(dòng)物有機(jī)體（其中包括對人體）能產(chǎn)生巨大的生理上的影響，能殺傷生物細(xì)胞。二.X射線具有波粒二相性1.X射線的本質(zhì)是電磁輻射，與可見光完全相同，僅是波長短而已，因此其同樣具有波粒二象性。波動(dòng)性:§ 硬X射線：波長較短的硬X射線能量較高，穿透性較強(qiáng)，適用于金屬部件的無損探傷及金屬物相分析。 § 軟X射線：波長較長的軟X射線能量較

2、低，穿透性弱，可用于非金屬的分析。 § 三.X光與可見光的區(qū)別§ 1) X光不折射，因?yàn)樗形镔|(zhì)對X光的折光指數(shù)都接近1。因此無X光透鏡或X光顯微鏡。§ 2) X光無反射§ 3) X光可為重元素所吸收，故可用于醫(yī)學(xué)造影。1.3 X射線的產(chǎn)生及X射線管X射線的產(chǎn)生：X射線是高速運(yùn)動(dòng)的粒子（一般用電子）與某種物質(zhì)相撞擊后猝然減速，且與該物質(zhì)中的內(nèi)層電子相互作用而產(chǎn)生的。產(chǎn)生原理X射線是高速運(yùn)動(dòng)的粒子（一般用電子）與某種物質(zhì)（陽極靶）相撞擊后猝然減速，且與該物質(zhì)中的內(nèi)層電子相互作用而產(chǎn)生的。高速運(yùn)動(dòng)的電子與物體碰撞時(shí)，發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，電子的運(yùn)動(dòng)受阻失去動(dòng)能，其中

3、一小部分（1左右）能量轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線，而絕大部分（99左右）能量轉(zhuǎn)變成熱能使物體溫度升高。產(chǎn)生X射線條件§ 1.產(chǎn)生自由電子； § 2.使電子作定向的高速運(yùn)動(dòng)（陰極陽極間加高電壓）; § 3.在其運(yùn)動(dòng)的路徑上設(shè)置一個(gè)障礙物（陽極靶）使電子突然減速或停止。 § 陰極發(fā)射電子。一般由鎢絲制成，通電加熱后釋放出熱輻射電子。§ 陽極靶，使電子突然減速并發(fā)出X射線。窗口X射線出射通道。既能讓X射線出射，又能使管密封。窗口材料用金屬鈹或硼酸鈹鋰構(gòu)成的林德曼玻璃。窗口與靶面常成3-6°的斜角，以減少靶面對出射X射線的阻礙。旋轉(zhuǎn)陽極高速電子轉(zhuǎn)換成X射線

4、的效率只有1%，其余99%都作為熱而散發(fā)了。所以靶材料要導(dǎo)熱性能好，常用黃銅或紫銅制作，還需要循環(huán)水冷卻。因此X射線管的功率有限，大功率需要用旋轉(zhuǎn)陽極。3000r/min 因陽極不斷旋轉(zhuǎn)，電子束轟擊部位不斷改變，故提高功率也不會燒熔靶面。目前有100kW的旋轉(zhuǎn)陽極，其功率比普通X射線管大數(shù)十倍。思考：1、為何X光管應(yīng)抽真空？1-4 X射線譜X射線譜指的是X射線的強(qiáng)度（I）隨波長（）變化的關(guān)系曲線。X射線強(qiáng)度大小由單位面積上的光量子數(shù)決定。 § 由X射線管發(fā)射出來的X射線可以分為兩種類型：§ (1)連續(xù)（白色）X射線 § (2)特征（標(biāo)識）X射線 § 連續(xù)

5、輻射，特征輻射(1) 連續(xù)X射線由具有從某個(gè)最短波長（短波極限0）開始的連續(xù)的各種波長的X射線的集合（即：波長范圍為0 ）短波限§ 連續(xù)X射線譜在短波方向有一個(gè)波長極限，稱為短波限0。它是由電子一次碰撞就耗盡能量所產(chǎn)生的X射線，此光子能量最大波長最短。它只與管電壓有關(guān)，不受其它因素的影響。§ 光子能量為： § 式中 e 電子電荷，等于 （庫侖）§ V管電壓h普朗克常數(shù)，等于X射線的強(qiáng)度是指在單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于X射線傳播方向的單位面積上光子數(shù)目（能量）的總和。 常用單位是J/cm2.s. 隨著原子序數(shù)Z的增加，X射線管的效率提高，但即使用原子序數(shù)大的鎢靶

6、，在管壓高達(dá)100kv的情況下，X射線管的效率也僅有1左右，99的能量都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?1、當(dāng)增加X射線管壓時(shí)，各波長射線的相對強(qiáng)度一致增高，最大強(qiáng)度波長m和短波限0變小。2、當(dāng)管壓保持不變，增加管流時(shí)，各種波長的X射線相對強(qiáng)度一致增高， 但0數(shù)值大小不變。3、當(dāng)改變陽極靶元素時(shí)，各種波長的相對強(qiáng)度隨元素的原子序數(shù)的增加而增加?？偨Y(jié)：連續(xù)射線的總強(qiáng)度與管電壓、管電流及陽極材料（一般為鎢靶）的原子序數(shù)有關(guān)標(biāo)識X射線的特征§ 當(dāng)電壓低于臨界電壓時(shí)，只產(chǎn)生連續(xù)X射線。當(dāng)電壓達(dá)到臨界電壓時(shí)，在連續(xù)X射線的基礎(chǔ)上產(chǎn)生波長一定的譜線，構(gòu)成標(biāo)識X射線譜。當(dāng)電壓、電流繼續(xù)增加時(shí)，標(biāo)識譜線的波長不再變，

7、強(qiáng)度隨電壓增加。這種譜線的波長只決定于陽極材料，不同元素的陽極材料發(fā)出不同波長的X射線。如鉬靶K系標(biāo)識X射線有兩個(gè)強(qiáng)度高峰為Ka和K，波長分別為0.71 Å和0.63 Å.產(chǎn)生機(jī)理§ 在電子轟擊陽極的過程中，當(dāng)某個(gè)具有足夠能量的電子將陽極靶原子的內(nèi)層電子擊出時(shí)，于是在低能級上出現(xiàn)空位，系統(tǒng)處于不穩(wěn)定激發(fā)態(tài)。此時(shí)較外層較高能級上的電子向低能級上的空位躍遷，并以光子的形式輻射出標(biāo)識X射線譜：hnn2®n1=En2En1，射線波長§ h/E必然是個(gè)僅僅取決于原子外層電子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的常數(shù)，或者說是個(gè)僅僅取決于原子序數(shù)的常數(shù).莫塞萊定律§ 同系（

8、例如Ka1、La1等）特征X射線譜的頻率和波長只取決于陽極靶物質(zhì)的原子能級結(jié)構(gòu)，是物質(zhì)的固有特性。且存在如下關(guān)系： 莫塞萊定律：同系特征X射線譜的波長或頻率n與原子序數(shù)Z關(guān)系為：或者l ：波長; C：與主量子數(shù)、電子質(zhì)量和電子電荷有關(guān)的常數(shù); Z ：靶材原子序數(shù); s ：屏蔽常數(shù)根據(jù)莫色萊定律，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得到的未知元素的特征X射線譜線波長，與已知的元素波長相比較，可以確定它是何元素。特征X射線波長與靶材料原子序數(shù)有關(guān)原子序數(shù)越大，核對內(nèi)層電子引力上升，l下降§ X射線被物質(zhì)散射時(shí)，產(chǎn)生兩種現(xiàn)象：§ 相干散射；§ 非相干散射。 1. 相干散射當(dāng)X射線通過物質(zhì)時(shí)，在

9、入射電場作用下，物質(zhì)原子中的電子將被迫圍繞其平衡位置振動(dòng)，同時(shí)向四周輻射出與入射X射線波長相同的散射X射線，稱為經(jīng)典散射。由于散射波與入射波的頻率或波長相同，位相差恒定，在同一方向上各散射波發(fā)生的相互加強(qiáng)的干涉現(xiàn)象，又稱為相干散射。又稱為彈性散射。相干散射是X射線在晶體中產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)2. 非相干散射X射線光子與束縛力不大的外層電子 或自由電子碰撞時(shí)電子獲得一部分動(dòng)能成為反沖電子，X射線光子離開原來方向，且能量減小，波長增加稱為非相干散射.。§ 非相干散射突出地表現(xiàn)出X射線的微粒特性，只能用量子理論來描述，亦稱量子散射。這種散射分布在各方向上，波長變長，相位與入射線之間也沒有固定

10、的關(guān)系，故不產(chǎn)生相互干涉，不能產(chǎn)生衍射，只會稱為衍射譜的背底，給衍射分析工作帶來干擾和不利的影響。§X射線的吸收§ X射線通過物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的光電效應(yīng)和俄歇效應(yīng)，使入射X射線的能量變成光電子、俄歇電子和熒光X射線的能量，使X射線強(qiáng)度被衰減，是物質(zhì)對X射線的真吸收過程。§ 光電效應(yīng)1 -光電子和熒光X射線§ 當(dāng)入射X光子的能量足夠大時(shí)，還可以將原子內(nèi)層電子擊出使其成為光電子，同時(shí)輻射出波長嚴(yán)格一定的特征X射線。為區(qū)別于電子擊靶時(shí)產(chǎn)生的特征輻射，由X射線發(fā)出的特征輻射稱為二次特征輻射，也稱為熒光輻射。(熒光光譜分析原理是光電效應(yīng))§ 光電效應(yīng)2- 俄歇

11、效應(yīng) § 從L層跳出原子的電子稱KLL俄歇電子。每種原子的俄歇電子均具有一定的能量，測定俄歇電子的能量，即可確定該種原子的種類，所以，可以利用俄歇電子能譜作元素的成分分析。不過，俄歇電子的能量很低，一般為幾百eV，其平均自由程非常短，人們能夠檢測到的只是表面兩三個(gè)原子層發(fā)出的俄歇電子，因此，俄歇譜儀是研究物質(zhì)表面微區(qū)成分的有力工具。 § 光電效應(yīng)小結(jié)§ 1.光電子：被X射線擊出殼層的電子即光電子,它帶有殼層的特征能量,所以可用來進(jìn)行成分分析(XPS)§ 2. 俄歇電子：高能級的電子回跳,多余能量將同能級的另一個(gè)電子送出去,這個(gè)被送出去的電子就是俄歇電子帶

12、有殼層的特征能量(AES)§ 3. 二次熒光：高能級的電子回跳,多余能量以X射線形式發(fā)出.這個(gè)二次X射線就是二次熒光也稱熒光輻射同樣帶有殼層的特征能量質(zhì)量衰減系數(shù)m§ 表示單位重量物質(zhì)對X射線強(qiáng)度的衰減程度。§ 質(zhì)量衰減系數(shù)與波長和原子序數(shù)Z存在如下近似關(guān)系： K為常數(shù)§ m對于一定波長和一定物質(zhì)來說，是與物質(zhì)密度無關(guān)的常數(shù)。其物理意義為每克物質(zhì)引起的相對衰減量。它不隨物質(zhì)的物理狀態(tài)（氣態(tài)、液態(tài)、粉末或塊狀的固態(tài)、機(jī)械混合態(tài)、化合物或固液體等）而改變。 § 吸收限的應(yīng)用 -X射線濾波片的選擇 § 獲得單色光的方法之一是在X射線出射的路

13、徑上放置一定厚度的濾波片，可以簡便地將K和連續(xù)譜衰減到可以忽略的程度。 § § 濾波片的選擇: § (1)它的吸收限位于輻射源的K和K 之間，且盡量靠近K ，強(qiáng)烈吸收K， 而對K吸收很??；§ (2)濾波片的選擇以將K強(qiáng)度降低一半為最佳。 § Z靶<40時(shí) Z濾片=Z靶-1； § Z靶³40時(shí) Z濾片=Z靶-2。 § 吸收限的應(yīng)用 -陽極靶材料的選擇 § 避免出現(xiàn)大量熒光輻射的原則就是選擇入射X射線的波長，使其不被樣品強(qiáng)烈吸收，也就是選擇陽極靶材料，讓靶材產(chǎn)生的特征X射線波長偏離樣品的吸收限。

14、7; Z靶Z樣+1；或Z靶>>Z樣。§ 對于多元素的樣品，原則上是以含量較多的幾種元素中最輕的元素為基準(zhǔn)來選擇靶材。§ 根據(jù)樣品成分選擇靶材的原則是§ （1）陽極靶K波長稍大于試樣的K吸收限；§ （2）試樣對X射線的吸收最小。 § Z靶Z試樣+1。§ 1912年勞厄?qū)射線用于CuSO4晶體衍射同時(shí)證明了這兩個(gè)問題,從此誕生了X射線晶體衍射學(xué)§ 1.6.2 X射線衍射方向§ 晶體學(xué)基礎(chǔ)§ 一. 晶體結(jié)構(gòu)的特征：周期性§ 晶體具有如下共同性質(zhì)：§ （1）均勻性§ （

15、2）各向異性§ （3）自范性§ （4）固定的熔點(diǎn)§ 二. 晶體結(jié)構(gòu)的特征：點(diǎn)陣性§ 點(diǎn)陣是重復(fù)圖形中環(huán)境相同點(diǎn)的排列陣式，它僅是圖形或物質(zhì)排列規(guī)律的一種數(shù)學(xué)抽象，并沒有具體的物質(zhì)內(nèi)容。 § 布拉維點(diǎn)陣：十四種 § 面間距越大的晶面其指數(shù)越低，節(jié)點(diǎn)的密度越大§ 一般是晶面指數(shù)數(shù)值越小，其面間距較大，并且其陣點(diǎn)密度較大，而晶面指數(shù)數(shù)值較大的則相反。§ 例1 某斜方晶體的a=7.417Å, b=4.945Å, c=2.547Å, 計(jì)算d110和d200。§ d110 =4.11&#

16、197;, d200=3.71Å1.6.3衍射的概念與布拉格方程一、X射線衍射原理衍射的概念：衍射是由于存在某種位相關(guān)系的兩個(gè)或兩個(gè)以上的波相互疊加所引起的一種物理現(xiàn)象。 這些波必須是相干波源(同方向、同頻率、位相差恒定)相干散射是衍射的基礎(chǔ)，而衍射則是晶體對X射線相干散射的一種特殊表現(xiàn)形式。二、衍射的概念與布拉格方程用勞厄方程描述x射線被晶體的衍射現(xiàn)象時(shí)，入射線、衍射線與晶軸的六個(gè)夾角確定，用該方程組求點(diǎn)陣常數(shù)比較困難。所以，勞厄方程雖能解釋衍射現(xiàn)象，但使用不便。1912年英國物理學(xué)家布拉格父子（Bragg，W.H.Bragg，W.L.）從x射線被原子面“反射”的觀點(diǎn)出發(fā)，推出了非

17、常重要和實(shí)用的布拉格定律。可以說，勞厄方程是從原子列散射波的干涉出發(fā)，去求射線照射晶體時(shí)衍射線束的方向，而布拉格定律則是從原子面散射波的干涉出發(fā)，去求x射線照射晶體時(shí)衍射線束的方向，兩者的物理本質(zhì)相同。x射線有強(qiáng)的穿透能力.計(jì)算相鄰鏡面反射的波程差是多少，相鄰鏡面波程差為： BC+BD= 2dSin當(dāng)波程差等于波長整數(shù)倍（n），就會發(fā)生相長干涉 n= 2dSin n稱為反射級,可為1，2，3Bragg定律是反映衍射幾何規(guī)律的一種表達(dá)方式其中：d 是面間距（晶格常數(shù)） 是入射X射線的波長 是入射線或反射線與反射面的夾角， 稱為掠射角，由于它等于入射線與衍射線夾角的一半，故又稱為半衍射角，實(shí)際工作

18、中所測的角度不是q角，而是2q 。把2 稱為衍射角。（2）布拉格方程的討論1：選擇反射§ 射線在晶體中的衍射，實(shí)質(zhì)上是晶體中各原子相干散射波之間互相干涉的結(jié)果。但因衍射線的方向恰好相當(dāng)于原子面對入射線的反射，故可用布拉格定律代表反射規(guī)律來描述衍射線束的方向（ ）。§ 但應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，x射線從原子面的反射和可見光的鏡面反射不同，前者是有選擇地反射，其選擇條件為布拉格定律；而一束可見光以任意角度投射到鏡面上時(shí)都可以產(chǎn)生反射，即反射不受條件限制。§ 2：衍射級數(shù)及衍射極限條件 § 2 d（hkl）sin=n n=1、2、3 n為衍射級數(shù) § 將Brag

19、g方程改寫為 § 因sin<1，故n/2d <1或者 ，對衍射而言，n的最小值為1時(shí)§ 此時(shí)/2<d， 這就是能產(chǎn)生衍射的限制條件§ Bragg方程的極限條件說明：用波長為的x射線照射晶體時(shí)，晶體中只有晶面間距d>/2的晶面才能產(chǎn)生衍射。§ 這規(guī)定了X衍射分析的下限：§ 對于一定波長的X射線而言，晶體中能產(chǎn)生衍射的晶面數(shù)是有限的。§ 對于一定晶體而言，在不同波長的X射線下，能產(chǎn)生衍射的晶面數(shù)是不同的。§ 布拉格方程是X射線在晶體產(chǎn)生衍射的必要條件而非充分條件。有些情況下晶體雖然滿足布拉格方程，但不一定

20、出現(xiàn)衍射線，即所謂系統(tǒng)消光§ 思考：§ 1 、是hkl值大的還是小的面網(wǎng)容易出現(xiàn)衍射？§ 2、要使某個(gè)晶體的衍射數(shù)量增加， 你選長波的X射線還是短波的？§ 4： 衍射線方向§ 因此，研究衍射線束的方向，可以確定晶胞的形狀大小。另外，從上述三式還能看出，衍射線束的方向與原子在晶胞中的位置和原子種類無關(guān)，只有通過衍射線束強(qiáng)度的研究，才能解決這類問題§ 二、布拉格方程應(yīng)用§ 一方面是用已知波長的X射線去照射晶體，通過衍射角的測量求得晶體中各晶面的面間距d，這就是結(jié)構(gòu)分析- X射線衍射學(xué)；§ 另一方面是用一種已知面間距的晶

21、體來反射從試樣發(fā)射出來的X射線，通過衍射角的測量求得X射線的波長，這就是X射線光譜學(xué)。§ 16.4 衍射線的強(qiáng)度§ X射線衍射理論能將晶體結(jié)構(gòu)與衍射花樣有機(jī)地聯(lián)系起來，它包括衍射線束的方向、強(qiáng)度和形狀。§ 衍射方向，反映晶胞的大小和形狀因素，可以用Bragg方程描述。§ 衍射強(qiáng)度， 反映晶體的原子種類以及原子在晶胞中的位置不同。§ 一個(gè)電子對X射線的散射§ 當(dāng)入射線與原子內(nèi)受核束縛較緊的電子相遇，光量子能量不足以使原子電離，但電子可在X射線交變電場作用下發(fā)生受迫振動(dòng)，這樣電子就成為一個(gè)電磁波的發(fā)射源，向周圍輻射與入射X射線波長相同的輻

22、射-稱相干散射.§ X射線射到電子e后，在空間一點(diǎn)P處的相干散射強(qiáng)度為 § R: 電場中任意一點(diǎn)到發(fā)生散射電子的距離(觀測距離)。§ 2 ：電場中任意一點(diǎn)到原點(diǎn)連線與入射X射線方向的夾角。§ e:電子電荷，m:電子質(zhì)量，§ 0：真空介電常數(shù)c:光速§ 電子對X射線散射特點(diǎn)§ Ie=I0 a   散射線強(qiáng)度很弱約為入射強(qiáng)度的幾十分之一b   散射線強(qiáng)度與到觀測點(diǎn)距離的平方成反比c 在2=0處，散射強(qiáng)度最強(qiáng)，也只有這些波才符合相干散射的條件。 在20時(shí)，散射強(qiáng)度減弱.在2=90&

23、#176;時(shí)，散射強(qiáng)度為2=0方向上一半結(jié)論： =0，Ie=I0 =/2、3/2，Ie=1/2I0 這說明，一束非偏振的X射線經(jīng)過電子散射后其散射強(qiáng)度在空間的各方向上變的不相同了，被偏振化了。偏振化程度取決與2角。 偏振因子X射線散射強(qiáng)度的單位，其單位為J/(m2.s)原子中的電子在其周圍形成電子云，當(dāng)散射角2=0時(shí)，各電子在這個(gè)方向的散射波之間沒有光程差，它們的合成振幅為Aa=ZAe；如果X射線的波長比原子直徑大得多時(shí)，可以做這種假設(shè)。 這時(shí)一個(gè)原子衍射強(qiáng)度 Ia=Z2Ie 經(jīng)過修正：一個(gè)電子對X射線散射后空間某點(diǎn)強(qiáng)度可用Ie表示，那么一個(gè)原子對X射線散射后該點(diǎn)的強(qiáng)度Ia：f 是原子散射因子

24、，它反映了各個(gè)電子散射波的位相差之后，原子中所有電子散射波合成的結(jié)果。由于電子波合成時(shí)要有損耗，所以， fZ。晶胞對X光的散射為晶胞內(nèi)每個(gè)原子散射的加和稱為結(jié)構(gòu)因子F 。(結(jié)合課本28頁)結(jié)構(gòu)振幅的計(jì)算1、 簡單點(diǎn)陣該種點(diǎn)陣其結(jié)構(gòu)因數(shù)與HKL無關(guān)，即HKL為任意整數(shù)時(shí)均能產(chǎn)生衍射2、體心立方點(diǎn)陣 體心點(diǎn)陣中，只有當(dāng)H+K + L為偶數(shù)時(shí)才能產(chǎn)生衍射。面心立方點(diǎn)陣只有指數(shù)為全奇或全偶的晶面才能產(chǎn)生衍射。3、面心點(diǎn)陣面心立方點(diǎn)陣只有指數(shù)為全奇或全偶的晶面才能產(chǎn)生衍射由上可見滿足布拉格方程只是必要條件,衍射強(qiáng)度不為0是充分條件,即F不為0各種點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)因子F 2hkl粉末多晶體的衍射強(qiáng)度勞厄法的波長

25、是變化的所以強(qiáng)度隨波長而變§ 在粉末法中影響衍射強(qiáng)度的因子有如下五項(xiàng)§ （1） 結(jié)構(gòu)因子 （2）角因子（包括極化因子和羅侖茲因子） § （3） 多重性因子 （4） 吸收因子 （5） 溫度因子§ 2.角因子（羅侖茲因子）:X射線衍射強(qiáng)度將受到X射線入射角、參與衍射的晶粒數(shù)、衍射角的大小等因素的影響。以上三種幾何因子影響均于布拉格角有關(guān)，稱為：羅侖茲因子()§ 原子本身是在振動(dòng)的，當(dāng)溫度升高，原子振動(dòng)加劇，必然給衍射帶來影響：1.晶胞膨脹；2.衍射線強(qiáng)度減小；3.產(chǎn)生非相干散射。§ 綜合考慮，得：溫

26、度因子為：e-2M§ 綜合X射線衍射強(qiáng)度影響的諸因素，可得：§§2.5 X射線衍射方法目前勞埃法用于單晶體取向測定及晶體對稱性的研究。三、粉末法§ 單色x-ray照射多晶體或粉末試樣的方法。（d變）§ 衍射花樣采用照相底片記錄，稱粉末照相法（粉末法、粉晶法）。§ 衍射花樣采用I曲線記錄，稱衍射儀法?？偨Y(jié)§ 關(guān)于X射線衍射方向§ 1.布拉格方程的討論(講了哪些問題?) 2.真正理解布拉格方程的幾何解!3. X射線衍射方向反應(yīng)的是晶體的晶胞大小與形狀,換句話說,就是可以通過衍射方向來了解晶體的晶胞大小與形狀§

27、 X射線衍射強(qiáng)度§ 1.X射線衍射強(qiáng)度是被照射區(qū)所有物質(zhì)原子核外電子散射波在衍射方向的干涉加強(qiáng).是一種集合效應(yīng).§ 2.X射線衍射強(qiáng)度反應(yīng)的是晶體原子位置與種類.§ 3.著重掌握結(jié)構(gòu)振幅,干涉函數(shù),粉末衍射強(qiáng)度和相對強(qiáng)度概念.§ 為什么X射線衍射可以用來分析表征晶體的結(jié)構(gòu)問題2.4X射線衍射分析方法總結(jié) 衍射儀法的特點(diǎn):試樣是平板狀 存在兩個(gè)圓(測角儀圓,聚焦圓) 衍射是那些平行于試樣表面的平面提供的 相對強(qiáng)度計(jì)算公式不同 接收射線是輻射探測器(正比計(jì)數(shù)器) 測角儀圓的工作特點(diǎn):試樣與探測器以1:2的角速度轉(zhuǎn)動(dòng);射線源,試樣和探測器三者應(yīng)始終位于聚焦圓上

28、一.勞厄法: 在衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)，單晶體不動(dòng)，采用連續(xù)X光作入射光束。方法范圍l q Laue法單晶 變化 固定 轉(zhuǎn)晶法單晶 固定變化粉晶法多晶 固定變化重點(diǎn)學(xué)習(xí)粉晶法 一、多晶體分析方法粉末法所有衍射法中應(yīng)用最廣的一種方法。它是以單色X射線照射粉末試樣(真正的粉末或多晶試樣)。 粉末法主要可以分為：􀂾 德拜謝樂(Debye-Scherre)照相法 特點(diǎn)：圓絲狀試樣，用乳膠片記錄衍射據(jù)􀂾 粉末衍射儀法 特點(diǎn)：用電子探測器記錄衍射數(shù)據(jù)德拜相機(jī) 德拜相機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，主要由相機(jī)圓筒、光欄、承光管和位于圓筒中心的試樣架構(gòu)成。相機(jī)圓筒上下有結(jié)合緊密的底蓋密封，與圓筒內(nèi)壁周長相

29、等的底片，圈成圓圈緊貼圓筒內(nèi)壁安裝，并有卡環(huán)保證底片緊貼圓筒 相機(jī)圓筒常常設(shè)計(jì)為內(nèi)圓周長為180mm和360mm，對應(yīng)的圓直徑為57.3mm和114.6mm。 這樣的設(shè)計(jì)目的是使底片在長度方向上每毫米對應(yīng)圓心角2°和1°，為將底片上測量的弧形線對距離2L折算成2角提供方便。 德拜法的試樣制備 首先，試樣必須具有代表性；其次試樣粉末尺寸大小要適中，第三是試樣粉末不能存在應(yīng)力 德拜法中的試樣尺寸為0.4-0.8×5-10mm的圓柱樣品。制備方法有：（1）用細(xì)玻璃絲涂上膠水后，捻動(dòng)玻璃絲粘結(jié)粉末。（2）采用石英毛細(xì)管、玻璃毛細(xì)管來制備試樣。將粉末填入石英毛細(xì)管或玻璃毛細(xì)

30、管中即制成試樣。（3）用膠水將粉末調(diào)成糊狀注入毛細(xì)管中，從一端擠出2-3mm長作為試樣。 德拜法的實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇 根據(jù)吸收規(guī)律，所選擇的陽極靶產(chǎn)生的X射線不會被試樣強(qiáng)烈地吸收，即Z靶 Z樣+1 在確定了靶材后，選擇濾波片的原則是： 當(dāng)Z靶 40時(shí)，Z濾 = Z靶 - 1； 當(dāng)Z靶 >40時(shí)，Z濾 = Z靶 2， X射線衍射儀 X射線衍射儀的主要組成部分有X射線衍射發(fā)生裝置、測角儀、輻射探測器和測量系統(tǒng)，除主要組成部分外，還有計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等。 測角儀 測角儀圓中心是樣品臺H。樣品臺可以繞中心O軸轉(zhuǎn)動(dòng)。平板狀粉末多晶樣品安放在樣品臺H上，并保證試樣被照射的表面與O軸線嚴(yán)格重合。 測角儀圓周上

31、安裝有X射線輻射探測器D，探測器亦可以繞O軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。 工作時(shí)，探測器與試樣同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為2：1的比例關(guān)系。 設(shè)計(jì)2:1的角速度比，樣品轉(zhuǎn)過角，其某組晶面滿足Bragg條件，探測器必須轉(zhuǎn)動(dòng)2才能感受到衍射線.目的是確保探測的衍射線與入射線始終保持2的關(guān)系，即入射線與衍射線以試樣表示法線為對稱軸，在兩側(cè)對稱分布。 這樣輻射探測器接收到的衍射是那些與試樣表示平行的晶面產(chǎn)生的衍射。當(dāng)然，同樣的晶面若不平行與試樣表面，盡管也產(chǎn)生衍射，但衍射線進(jìn)不了探測器，不能被接受。衍射儀中的光路布置 X射線經(jīng)線狀焦點(diǎn)S發(fā)出，為了限制X射線的發(fā)散，在照射路徑中加入S1梭拉光欄限制X射線在垂直方向的發(fā)散，加入

32、DS發(fā)散狹縫光欄限制X射線的水平方向的發(fā)散度。 試樣產(chǎn)生的衍射線也會發(fā)散，同樣在試樣到探測器的光路中也設(shè)置防散射光欄SS、梭拉光欄S2和接收狹縫光欄RS，這樣限制后僅讓聚焦照向探測器的衍射線進(jìn)入探測器，其余雜散射線均被光欄遮擋。 經(jīng)過二道光欄限制，入射X射線僅照射到試樣區(qū)域，試樣以外均被光欄遮擋。 聚焦圓 當(dāng)一束X射線從S照射到試樣上的A、O、B三點(diǎn)，它們的同一HKL的衍射線都聚焦到探測器F。若S為光源、F為聚焦點(diǎn)（光接收光闌）、 A、O、B為反射點(diǎn)（樣品表面），則各點(diǎn)應(yīng)在一個(gè)圓上，這個(gè)圓為聚焦圓。圓周角SAF=SOF=SBF=-2。設(shè)測角儀圓的半徑為R，聚焦圓半徑為r，根據(jù)圖3-10的衍射幾

33、何關(guān)系，可以求得聚焦圓半徑r與測角儀圓的半徑R的關(guān)系。 在 中，測角儀圓的半徑R是固定不變的，聚焦圓半徑r則是隨的改變而變化的。當(dāng) 0º，r ； 90º，r rmin = R/2。 這說明衍射儀在工作過程中，聚焦圓半徑r是隨的增加而逐漸減小到R/2，是時(shí)刻在變化的。 第三章 電子顯微分析電子顯微分析是利用聚焦電子束與試樣物質(zhì)相互作用產(chǎn)生各種物理信號，分析試樣物質(zhì)的微區(qū)形貌、晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成。§ 方法： 1、透射電鏡（TEM） 2、掃描電鏡（SEM） 3、電子探針（EMPA）§ 光學(xué)顯微鏡 : 優(yōu)點(diǎn)： 簡單，直觀。 局限性：分辨本領(lǐng)低（0.2微米）；只能

34、觀察表面形貌；不能做微區(qū)成分分析。§ 化學(xué)分析 : 優(yōu)點(diǎn)： 簡單，方便。局限性：只能給出試樣的平均成分，不能給出所含元素隨位置的分布；不能觀察象 。 § X射線衍射:優(yōu)點(diǎn)：精度高；分析樣品的最小區(qū)域mm數(shù)量級；局限性：平均效應(yīng)；無法把形貌觀察與晶體結(jié)構(gòu)分析結(jié)合起來 。 § 電子顯微分析特點(diǎn)：§ 1、不破壞樣品，直接用陶瓷等多晶材料。2、是一種微區(qū)分析方法，了解成分-結(jié)構(gòu)的微區(qū)變化。§ 3、靈敏度高，成像分辨率高，為0.2-0.3nm，能進(jìn)行nm尺度的晶體結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成分析。§ 4、各種電子顯微分析儀器日益向多功能、綜合性發(fā)展，可以進(jìn)行

35、形貌、物相、晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成等的綜合分析。§ 第一節(jié) 電子光學(xué)基礎(chǔ)§ 一、光學(xué)顯微鏡的分辨力§ 阿貝原理 r分辨本領(lǐng)（nm） 照明源的波長（nm） n透鏡上下方介質(zhì)的折射率透鏡孔徑半角（度） nsin數(shù)值孔徑，用N·A表示§ 由上式可知，減小r值的途徑有： 1、增加介質(zhì)的折射率； 2、增大物鏡孔徑半角； 3、采用短波長的照明源。§ 對于光學(xué)透鏡，當(dāng)nsin做到最大時(shí)（n1.5，70-75°）分辨本領(lǐng)極限為§ 除了電磁波譜外，在物質(zhì)波中，電子波不僅具有短波長，而且存在使之發(fā)生折射聚焦的物質(zhì)。所以電子波可以作為照明光

36、源，由此形成電子顯微鏡。§ 二、電子波的波長§ 根據(jù)德布羅意的觀點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)的電子除了具有粒子性外，還具有波動(dòng)性。這一點(diǎn)上和可見光相似。電子波的波長取決于電子運(yùn)動(dòng)的速度和質(zhì)量，電子波長的表達(dá)式§ m - 電子質(zhì)量 v - 電子速度 h - 普朗克常數(shù) § 電子的質(zhì)量在較低的運(yùn)動(dòng)速度下近似等于電子靜止質(zhì)量 。電子運(yùn)動(dòng)速度，它和加速電壓V之間存在如下關(guān)系：§§§ 式中e為電子所帶電荷，e=1.6×10-19C h -普朗克常數(shù)= 6.626×10-34J.s m - 電子質(zhì)量=9.11×10-31Kg&

37、#167; 三、電子在電場中的運(yùn)動(dòng)與電子透鏡 § 在電子顯微分析中使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)、聚焦的裝置電子透鏡。§ 按工作原理分：（1）靜電透鏡 （2）電磁透鏡（3）TEM、SEM：多個(gè)電磁透鏡的組合。§ 電磁透鏡成像§ 光學(xué)透鏡成像時(shí)，物距L1、像距L2和焦距f三者之間滿足如下關(guān)系：§ （3-7）§ 電磁透鏡成像時(shí)也可以應(yīng)用式（3-7）。所不同的是，光學(xué)透鏡的焦距是固定不變的，而電磁透鏡的焦距是可變的。電磁透鏡焦距f常用的近似公式為：§ （3-8）§ 式中是K常數(shù)，V電子加速電壓，D極靴孔徑、（IN）是電磁透鏡的激磁安匝

38、數(shù)。F透鏡的結(jié)構(gòu)系數(shù)§ 由式（3-8）可以發(fā)現(xiàn)，改變激磁電流可以方便地改變電磁透鏡的焦距。而且電磁透鏡的焦距總是正值，這意味著電磁透鏡不存在凹透鏡，只是可變焦的凸透鏡（會聚透鏡）。§ 四、電磁透鏡的像差及其對分辨率的影響§ 按式（3-2）最佳的光學(xué)透鏡分辨率是波長的一半。對于電磁透鏡來說，目前還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到分辨率是波長的一半。以日立H-800透射電鏡為例，其加速電壓達(dá)是200KV，若分辨率是波長的一半，那么它的分辨率應(yīng)該是0.00125nm；實(shí)際上H-800透射電鏡的點(diǎn)分辨率是0.45nm，與理論分辨率相差約360倍。§ 什么原因?qū)е逻@樣的結(jié)果呢？原來電

39、磁透鏡也和光學(xué)透鏡一樣，除了衍射效應(yīng)對分辨率的影響外，還有像差對分辨率的影響。由于像差的存在，使得電磁透鏡的分辨率低于理論值。電磁透鏡的像差包括球差、像散和色差。§ 1、球差§ 球差是因?yàn)殡姶磐哥R近軸區(qū)域磁場和遠(yuǎn)軸區(qū)域磁場對電子束的折射能力不同而產(chǎn)生的。 原來的物點(diǎn)是一個(gè)幾何點(diǎn)，由于球差的影響現(xiàn)在變成了半徑為rS的漫散圓斑。我們用rS表示球差大小，計(jì)算公式為：§§球差是像差影響電磁透鏡分辨率的主要因素，它還不能象光學(xué)透鏡那樣通過凸透鏡、凹透鏡的組合設(shè)計(jì)來補(bǔ)償或矯正。 2、色差v 普通光學(xué)中不同波長的光線經(jīng)過透鏡時(shí)，因折射率不同，將在不同點(diǎn)上聚焦，由此引起

40、的像差稱為色差。電鏡色差是由于成像電子的能量不同或變化，從而在透鏡磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡不同以致不能聚焦在一點(diǎn)而形成的像差。v 引起電子能量波動(dòng)的原因有兩個(gè)，一是電子加速電壓不穩(wěn)，致使入射電子能量不同；二是電子束照射試樣時(shí)和試樣相互作用，部分電子產(chǎn)生非彈性散射，致使能量變化。v 3、軸上像散v 像散是可以消除的像差。像散是由透鏡磁場的非旋轉(zhuǎn)對稱引起的像差。v 五、電磁透鏡的景深和焦長v 景深（場深）： 透鏡的景深是指在保持像清晰的前提下，試樣在物平面上下沿鏡軸可移動(dòng)的距離。換言之，在景深范圍內(nèi)，樣品位置的變化并不影響物像的清晰度。 電磁透鏡的特點(diǎn)：分辨好、景深大v 焦長是指物點(diǎn)固定不變（物距不變），在

41、保持成像清晰的條件下，像平面沿透鏡軸線可移動(dòng)的距離。v 1、背散射電子back scattering electrons, BE）v 彈性背散射電子是指被樣品中原子核反彈回來的散射角大于90°的那些入射電子，其能量基本上沒有變化。v 非彈性背散射電子是入射電子和核外電子撞擊后產(chǎn)生非彈性散射而造成的，不僅能量變化，方向也發(fā)生變化。v 背散射電子特點(diǎn)v 特點(diǎn)：1）能量高，大于50ev； 2）分辨率較低； 3）產(chǎn)生與Z有關(guān)，與形貌有關(guān)。v 由于背散射電子的產(chǎn)額隨原子序數(shù)的增加而增加，所以，利用背散射電子作為成像信號不僅能分析形貌特征，也可用來顯示原子序數(shù)襯度，定性地進(jìn)行成分分析。2、 二次

42、電子：（secondary electrons, SE）二次電子是指被入射電子轟擊出來的核外電子。 由于原子核和外層價(jià)電子間的結(jié)合能很小，因此外層的電子比較容易和原子脫離。當(dāng)原子的核外電子從入射電子獲得了大于相應(yīng)的結(jié)合能的能量后，可離開原子而變成自由電子。§ 如果這種散射過程發(fā)生在比較接近樣品表層，那些能量大于材料逸出功的自由電子可從樣品表面逸出，變成真空中的自由電子，即二次電子。§ 一個(gè)能量很高的入射電子射入樣品時(shí)，可以產(chǎn)生許多自由電子，而在樣品表面上方檢測到的二次電子絕大部分來自價(jià)電子。3、 吸收電子（absorption electrons, AE）入射電子進(jìn)入樣品后

43、，經(jīng)多次非彈性散射，能量損失殆盡（假定樣品有足夠厚度，沒有透射電子產(chǎn)生），最后被樣品吸收，這種電子稱為吸收電子。§ 入射電子束與樣品發(fā)生作用，若逸出表面的背散射電子或二次電子數(shù)量任一項(xiàng)增加，將會引起吸收電子相應(yīng)減少，若把吸收電子信號作為調(diào)制圖像的信號，則其襯度與二次電子像和背散射電子像的反差是互補(bǔ)的。§ 4、俄歇電子（Auger electrons, AuE）§ 如果原子內(nèi)層電子能級躍遷過程中釋放出來的能量不是以X射線的形式釋放，而是用該能量將核外另一電子打出，脫離原子變?yōu)槎坞娮?，這種被電子激發(fā)的二次電子叫做俄歇電子。§ 俄歇電子僅在表面1nm層內(nèi)產(chǎn)生

44、，適用于表面分析。§ 顯然，一個(gè)原子中至少要有三個(gè)以上的電子才能產(chǎn)生俄歇效應(yīng)，鈹是產(chǎn)生俄歇效應(yīng)的最輕元素。§ 5、透射電子（transmisive electrons, TE) § 透射電子的主要組成部分是彈性散射電子，成像比較清晰，電子衍射斑點(diǎn)也比較明銳。§ 電子束于物質(zhì)作用產(chǎn)生的三類信號§ 電子訊號，又可細(xì)分為： 未散射電子（透射電子） 散射電子(包括彈性、非彈性反射和穿透電子及被吸收電子) 激發(fā)電子(包括二次電子及俄歇電子(Auger electron) ) § 電磁波訊號，又可分為：1.X光射線(包括特性及制動(dòng)輻射) 2. 可

45、見光(陰極發(fā)光)§ 電動(dòng)勢：由半導(dǎo)體中電子一空穴對的產(chǎn)生而引起。§ 小節(jié)§§ X射線§ 與物質(zhì)相互作用§ 1.散射(相干,非相干)§ 2.光電效應(yīng)(俄歇,二次熒光,光電子)§ 3.透射§ 4.熱§ 電子束§ 與物質(zhì)相互作用§ 1.背散射; 2.二次電子§ 3.透射電子; 4.吸收電子§ 5.俄歇; 6.特征X射線§ 7.陰極熒光 § 第三節(jié) 透射電鏡（TEM）§ 透射電鏡結(jié)構(gòu) § 一、儀器結(jié)構(gòu) 透射電子顯微鏡由三大部

46、分組成：§ 電子光學(xué)系統(tǒng)，電子光學(xué)系統(tǒng)是電鏡的主要組成部分。 真空系統(tǒng) 供電控制系統(tǒng)。§ 電子光學(xué)系統(tǒng)的組成部分示意圖。由圖可見透射電鏡電子光學(xué)系統(tǒng)是一種積木式結(jié)構(gòu)，上面是照明系統(tǒng)、中間是成像系統(tǒng)、下面是觀察與記錄系統(tǒng)。§ 照明系統(tǒng)§ 照明系統(tǒng)主要由電子槍和聚光鏡組成。 電子槍是發(fā)射電子的照明光源（熱陰極三級電子槍）。§ 聚光鏡是把電子槍發(fā)射出來的電子會聚而成的交叉點(diǎn)進(jìn)一步會聚后照射到樣品上。§ 照明系統(tǒng)的作用就是提供一束亮度高、照明孔徑角小、平行度好、束流穩(wěn)定的照明源。 § 成像系統(tǒng)§ 成像系統(tǒng)主要由物鏡、中間鏡

47、和投影鏡組成。§ （一）物鏡 物鏡是用來形成第一幅高分辨率電子顯微圖像或電子衍射花樣的透鏡。透射電子顯微鏡分辨本領(lǐng)的高低主要取決于物鏡。因?yàn)槲镧R的任何缺陷都被成像系統(tǒng)中其它透鏡進(jìn)一步放大。欲獲得物鏡的高分辨率，必須盡可能降低像差。通常采用強(qiáng)激磁，短焦距的物鏡。§ 中間鏡是一個(gè)弱激磁的長焦距變倍透鏡. 投影鏡的作用是把經(jīng)中間鏡放大（或縮?。┑南瘢娮友苌浠樱┻M(jìn)一步放大，并投影到熒光屏上，它和物鏡一樣，是一個(gè)短焦距的強(qiáng)磁透鏡。§ 高性能的透射電鏡大都采用5級透鏡放大，即中間鏡和投影鏡有兩級，分第一中間鏡和第二中間鏡，第一投影鏡和第二投影鏡。投影鏡的作用是把經(jīng)中間鏡放

48、大（或縮小）的像（電子衍射花樣）進(jìn)一步放大，并投影到熒光屏上，它和物鏡一樣，是一個(gè)短焦距的強(qiáng)磁透鏡。§ 觀察和記錄裝置包括熒光屏和照相機(jī)構(gòu)§ 二、透射電鏡的主要部件-樣品臺 樣品臺的作用是承載樣品，并使樣品能作平移、傾斜、旋轉(zhuǎn)，以選擇感興趣的樣品區(qū)域或位向進(jìn)行觀察分析。透射電鏡的樣品是放置在物鏡的上下極靴之間，由于這里的空間很小，所以透射電鏡的樣品也很小，通常是直徑3mm的薄片。§ 透射電鏡的主要部件-消像散器 消像散器可以是機(jī)械式的，可以是電磁式的。機(jī)械式的是在電磁透鏡的磁場周圍放置幾塊位置可以調(diào)節(jié)的導(dǎo)磁體，用它們來吸引一部分磁場，把固有的橢圓形磁場校正成接近旋

49、轉(zhuǎn)對稱的磁場。電磁式的是通過電磁極間的吸引和排斥來校正橢圓形磁場的 § 透射電鏡的主要部件-光闌 在透射電子顯微鏡中有許多固定光闌和可動(dòng)光闌，它們的作用主要是擋掉發(fā)散的電子，保證電子束的相干性和照射區(qū)域。其中三種主要的可動(dòng)光闌是第二聚光鏡光闌，物鏡光闌和選區(qū)光闌。§ 第二聚光鏡光闌 聚光鏡光闌的作用是限制照明孔徑角。§ （二）物鏡光闌 物鏡光闌又稱為襯度光闌，通常它被放在物鏡的后焦面上。§ 常用物鏡光闌孔的直徑是20120m范圍。§ 電子束通過薄膜樣品后產(chǎn)生散射和衍射。散射角(或衍射角)較大的電子被光闌擋住，不能繼續(xù)進(jìn)入鏡筒成像，從而就會在像平

50、面上形成具有一定襯度的圖像。光闌孔越小，被擋去的電子越多，圖像的襯度就越大，這就是物鏡光闌又叫做襯度光闌的原因。加入物鏡光闌使物鏡孔徑角減小，能減小像差，得到質(zhì)量較高的顯微圖像。§ 物鏡光闌的另一個(gè)主要作用是在后焦面上套取衍射束的斑點(diǎn)（即副焦點(diǎn)）成像，這就是所謂暗場像。利用明暗場顯微照片的對照分析，可以方便地進(jìn)行物相鑒定和缺陷分析。§ （三）選區(qū)光闌§ 三、透射電鏡的主要指標(biāo) 分辨力、放大倍數(shù)、加速電壓§ 電子衍射作為一種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)分析方法，在材料科學(xué)中得到廣泛應(yīng)用，主要有以下三個(gè)方面：§ （1）物相分析和結(jié)構(gòu)分析 （2）確定晶體位向； （3）

51、確定晶體缺陷的結(jié)構(gòu)及其晶體學(xué)特征。§ 電子衍射和X射線衍射共同點(diǎn)§ 電子衍射的原理和X射線衍射相似，是以滿足（或基本滿足）布拉格方程§ 作為產(chǎn)生衍射的必要條件。§ 兩種衍射技術(shù)得到的衍射花樣在幾何特征上也大致相似：多晶體的電子衍射花樣是一系列不同半徑的同心圓環(huán)，單晶衍射花樣由排列得十分整齊的許多斑點(diǎn)所組成，而非晶體物質(zhì)的衍射花樣只有一個(gè)漫散的中心斑點(diǎn) § 一、電子衍射原理§ 電子衍射的2q角很?。ㄒ话銥閹锥龋?，即入射電子束和衍射電子束都近乎平行于衍射晶面。§ 衍射花樣與晶體的幾何關(guān)系 Bragg定律：2d sin= d =

52、晶面間距 電子波長 q = Bragg 衍射角 § 衍射花樣投影距離： 當(dāng)很小 tan2 sin2 2sin 2 sin 故可近似寫為 2sinq=R/L§§ 將此式代入布拉格方程(2dsinq= l )，得 § l/d=R/L Rd=lL 此即為電子衍射（幾何分析）基本公式（式中R與L以mm計(jì)）。當(dāng)加速電壓一定時(shí)，電子波長l值恒定，則lLK（K為常數(shù)，稱為相機(jī)常數(shù)）。 那么Rd=K 如果相機(jī)常數(shù)已知只要測定出衍射斑點(diǎn)與入射束之間的距離就能知道晶面間距 § 單晶電子衍射花樣的標(biāo)定 標(biāo)定前的預(yù)先縮小范圍 根據(jù)斑點(diǎn)的規(guī)律性判斷：§ 1.平

53、行四邊形-7大晶系都有可能 2.矩形-不可能是三斜晶系 3.有心矩形-不可能是三斜晶系§ 4.正方形-只可能是四方或立方晶系 5.正六角-只可能是六角、三角或立方晶系§ 一、透射電子顯微鏡樣品制備 1、粉末樣品制備§ 需透射電鏡分析的粉末顆粒（超聲分散）一般都小于銅網(wǎng)小孔，應(yīng)此要先制備對電子束透明的支持膜。§ 常用支持膜有火棉膠膜和碳膜，將支持膜放在銅網(wǎng)上，再把粉末放在膜上送入電鏡分析。§ 粉末或顆粒樣品制備的關(guān)鍵取決于能否使其均勻分散到支持膜上。§ 第六節(jié) 掃描電子顯微鏡 § 掃描電子顯微鏡的成像原理和光學(xué)顯微鏡或透射電子

54、顯微鏡不同，它是以電子束作為照明源，把聚焦得很細(xì)的電子束以光柵狀掃描方式照射到試樣上，產(chǎn)生各種與試樣性質(zhì)有關(guān)的信息，然后加以收集和處理從而獲得微觀形貌放大像。§ 特 點(diǎn) § 儀器分辨本領(lǐng)較高。二次電子像分辨本領(lǐng)可達(dá)1.0nm(場發(fā)射),3.0nm(鎢燈絲)；§ 儀器放大倍數(shù)變化范圍大（從幾倍到幾十萬倍），且連續(xù)可調(diào)；§ 圖像景深大，富有立體感。可直接觀察起伏較大的粗糙表面（如金屬和陶瓷的斷口等）；§ 試樣制備簡單。只要將塊狀或粉末的、導(dǎo)電的或不導(dǎo)電的試樣不加處理或稍加處理，就可直接放到SEM中進(jìn)行觀察。一般來說，比透射電子顯微鏡（TEM）的制樣

55、簡單，且可使圖像更近于試樣的真實(shí)狀態(tài)；§ 可做綜合分析。§ SEM裝上波長色散X射線譜儀（WDX）（簡稱波譜儀）或能量色散X射線譜儀（EDX）（簡稱能譜儀）后，在觀察掃描形貌圖像的同時(shí)，可對試樣微區(qū)進(jìn)行元素分析。§ 裝上半導(dǎo)體樣品座附件，可以直接觀察晶體管或集成電路的p-n結(jié)及器件失效部位的情況。§ 裝上不同類型的試樣臺和檢測器可以直接觀察處于不同環(huán)境（加熱、冷卻、拉伸等）中的試樣顯微結(jié)構(gòu)形態(tài)的動(dòng)態(tài)變化過程（動(dòng)態(tài)觀察）。§ 一、掃描電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)和工作原理§ 掃描電子顯微鏡由電子光學(xué)系統(tǒng)、信號收集及顯示系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。

56、§ 1電子光學(xué)系統(tǒng)§ 電子光學(xué)系統(tǒng)由電子槍、電磁透鏡、掃描線圈和樣品室等部件組成。§ 其作用是用來獲得掃描電子束，作為使樣品產(chǎn)生各種物理信號的激發(fā)源。§ 為獲得較高的信號強(qiáng)度和圖像分辨率，掃描電子束應(yīng)具有較高的亮度和盡可能小的束斑直徑。§ 掃描電子顯微鏡一般由三個(gè)聚光鏡，前兩個(gè)聚光鏡是強(qiáng)透鏡，用來縮小電子束光斑尺寸。§ 第三個(gè)聚光鏡是弱透鏡，具有較長的焦距，該透鏡下方放置祥品，為避免磁場對二次電子軌跡的干擾，該透鏡采用上下極靴不同且孔徑不對稱的特殊結(jié)構(gòu)，這樣可以大大減小下極靴的圓孔直徑，從而減小了試樣表面的磁場強(qiáng)度§ 二、掃

57、描電鏡工作原理§§ 三、掃描電子顯微鏡的主要性能§ 1放大倍數(shù)（magnification）2分辨率（resolution）3景深（depth of field / depth of focus）§ 1放大倍數(shù) 當(dāng)入射電子束作光柵掃描時(shí)，若電子束在樣品表面掃描的幅度為l，在熒光屏上陰極射線同步掃描的幅度為L，則掃描電子顯微鏡的放大倍數(shù)為：M=L/l§ 2、 分辨率 分辨率是掃描電鏡的主要性能指標(biāo)。分辨率是掃描電鏡的主要性能指標(biāo)。§ 分辨率大小由入射電子束直徑和調(diào)制信號類型共同決定：電子束直徑越小，分辨率越高。§ 用于成像的物理信號不同，分辨率不同。§ 掃描電子顯微鏡的分辨率除受電子束直徑和調(diào)制信號的類型影響外，還受樣品原于序數(shù)、信噪比、雜散磁場、機(jī)械振動(dòng)等因素影響。§ 3景深§ 景深是指透鏡對高低不平的試樣各部位能同時(shí)聚焦成像的一個(gè)能力范圍，這個(gè)范圍用一段距離來表示。§ b為電子束孔徑角?？梢?，電子束孔徑角是控制掃描電子顯微鏡景深的主要因素，它取決于末級透鏡的光闌直徑和工作距離