透射電子顯微分析 (2)

1、透射電子顯微分析姚 斌1第一章：透射電子顯微鏡的構(gòu)造和工作原理電子顯微鏡總體分為三個(gè)部分電子光學(xué)，真空和電子學(xué)電子光學(xué)部分照明系統(tǒng)：電子槍和聚光鏡成像系統(tǒng)：物鏡、中間鏡和 投影鏡。象觀察和記錄系統(tǒng)：象觀察室熒光屏和照相底板暗盒2透射電子顯微鏡的顯微照片和電子衍射照片34第二章：電子衍射2.1. 電子衍射原理一、晶體對電子的散射滿足Bragg條件：產(chǎn)生相長衍射5二、倒易點(diǎn)陣設(shè) a, b, c為點(diǎn)陣空間的三個(gè)基矢定義三個(gè)基矢：以a*, b*和c*為基矢構(gòu)成的點(diǎn)陣空間稱為以a,b,c為基矢正點(diǎn)陣空間的倒易空間6倒易空間和正空間的關(guān)系1、a*a= b*b= c*c=1 a*b= b*c= c*a=02

2、、正空間的(h k l)晶面垂直于倒易空間矢量ghkl(=ha*+kb*+lc*)，且3、兩組晶面(h1 k1 l1)和(h2 k2 l2)夾角等于兩個(gè)倒易矢量g1(h1k1l1)和g2(h2k2l2)的夾角7晶體對電子或X射線的衍射可以看作晶體各個(gè)晶面組的衍射。當(dāng)一組晶面面間距與電子波長和入射角滿足Bragg方程時(shí)，發(fā)生相長衍射，否則，發(fā)生相消衍射。由于每一個(gè)倒格矢代表一組晶面，所以，整個(gè)倒易點(diǎn)陣表示正點(diǎn)陣能發(fā)出的一切可能衍射。8（1）（2）（3）9三、愛瓦爾德（Ewald）球Bragg方程的變形：以O(shè)1為圓心，1/為半徑作球，此球稱為Ewald球它表明只有落在球面上倒易格點(diǎn)所代表的晶面才能

3、產(chǎn)生相長衍射，滿足Bragg方程10不同入射方向的獲得的Ewald球面上倒易點(diǎn)的分布可能不同11四、結(jié)構(gòu)因子I（s）干涉函數(shù)，反映晶體的幾何特性對電子的衍射效果，由Bragg方程決定F（s）結(jié)構(gòu)因子，反映晶胞中原子的排列對電子衍射的效果。當(dāng)電子衍射滿足Bragg方程時(shí)，晶胞中原子的排列也可能產(chǎn)生消光現(xiàn)象。晶體對電子的衍射強(qiáng)度公式12五、倒易空間中的強(qiáng)度分布當(dāng)sa(b,c)=2h(k,l), 即s/2 =g(hkl)=ha*+kb*+lc*, I(s)=N12 N22 N3213當(dāng)sa= 2h2/N1, sb= 2k2/N2 sc= 2l2/N3即s/2 =(h 1/N1)a*+(k1/N2)b

4、*+(l1/N3)c*時(shí)I(s)=0在每一個(gè)倒易格點(diǎn)都存在強(qiáng)度不為零區(qū)域，N1，N2和N3越大，這個(gè)區(qū)域越小。倒易點(diǎn)附近衍射強(qiáng)度的分布形狀與晶體的形狀有關(guān)。14不同幾何形狀晶體的倒易格點(diǎn)附近衍射強(qiáng)度分布15六、衍射花樣與晶體的幾何關(guān)系由衍射花樣推測未知晶體的結(jié)構(gòu)，或確定已知晶體的位向，這就是研究衍射花樣與晶體幾何關(guān)系的目的。16電子衍射中, 103 nm，d10-110-2 nm, 所以角均很小 ，因此由以上公式可推得：L稱為儀器（或電鏡）常數(shù)172.2. 倒易點(diǎn)陣平面及其畫法電子衍射花樣實(shí)際上就是晶體的倒易點(diǎn)陣與反射球（由于波長較短，故可看作反射平面）的相截面在熒光屏上的投影，因此單晶體的電

5、子衍射譜實(shí)際上是二維倒易平面的放大。衍射斑點(diǎn)與倒易點(diǎn)陣的配置是完全相似的。18一、晶帶定律晶帶：當(dāng)晶體中許多晶面族hkl同時(shí)與一個(gè)晶體學(xué)方向uvw平行時(shí)，這些晶面族總稱為一個(gè)晶帶。而這個(gè)晶體學(xué)方向稱為晶帶軸。19晶帶定律：設(shè)一晶帶hkl的晶帶軸在正空間的矢量為r=ua+vb+wc晶面(hkl)的倒易矢量為：G=ha*kb*+lc*根據(jù)晶帶定義rG，rG0，故：hu+kv+lw=0 (2-1)(2-1)式就是晶帶定律。20若(hkl)同屬于兩個(gè)晶帶u1v1w1和u2v2w2, 則h,k,l可由下式求出21二、二維倒易點(diǎn)陣平面的畫法利用電子衍射譜進(jìn)行物相鑒定時(shí)或確定晶體的結(jié)晶方向時(shí)，需要對衍射斑點(diǎn)

6、進(jìn)行指標(biāo)化，為此，就需要知道二維倒易點(diǎn)陣平面上倒易陣點(diǎn)的配置。如果晶體相對電子束的取向是uvw, 那么uvw晶帶的衍射譜就是倒易點(diǎn)陣的(uvw)*倒易面。22畫出已知晶體(uvw)*倒易面的步驟：試探選擇兩個(gè)低指數(shù)點(diǎn)(h1k1l1), (h2k2l2)，使之滿足： h1u+ k1 v+l1 w=0 h2u+ k2 v+l2 w=0顯然，h1-h2=h3, k1-k2=k3, l1-l2=l3也存在于(uvw)*倒易面上。以這三個(gè)矢量畫成如圖三角形并由此構(gòu)成平行四邊形。將此平行四邊形向所有方向擴(kuò)展便得到(uvw)*倒易面。三個(gè)點(diǎn)的倒易矢量分別記做：g1, g2, g3, 其長度可由相應(yīng)的面間距的

7、倒數(shù)求得。（由于晶體結(jié)構(gòu)已知）23242526272.3. 分析電子衍射譜的一般步驟一、多晶體的電子衍射花樣1、儀器常數(shù)的確定選取一已知結(jié)構(gòu)的晶體，作多晶電子衍射 測量各衍射環(huán)的直徑，計(jì)算出衍射環(huán)半徑ri（ri=Ri/2)。分別標(biāo)出各衍射環(huán)的指數(shù)，查找相應(yīng)的面間距di。計(jì)算ri與di乘積（L=rd)，取其平均值。多用于修正電鏡常數(shù)L 282、未知晶體結(jié)構(gòu)的鑒定 測量各個(gè)衍射環(huán)的直徑，并計(jì)算相應(yīng)的半徑ri。由儀器常數(shù)L和ri值，求出各個(gè)衍射環(huán)對應(yīng)的晶面間距di= L/ri。根據(jù)衍射環(huán)的排列規(guī)律，或面間距比值的規(guī)律，估計(jì)此相的晶體結(jié)構(gòu)，指標(biāo)化。由晶面指數(shù)和面間距值，根據(jù)點(diǎn)陣類型計(jì)算點(diǎn)陣常數(shù)。最后，

8、將計(jì)算的結(jié)果與PDF卡對照確定此相的結(jié)構(gòu)。29二、單晶體電子衍射花樣基本原則：單晶電子衍射譜相當(dāng)于一個(gè)倒易平面，如果電子束入射方向與晶體的uvw方向平行，則產(chǎn)生衍射的晶面指數(shù)(hkl)遵循晶帶定律：hu+kv+lw=0。測量各衍射斑點(diǎn)Pi到透射斑點(diǎn)O距離ri，利用di= L/ri計(jì)算各衍射點(diǎn)對應(yīng)的面間距。幾個(gè)不同方向的倒易矢量確定一個(gè)倒易平面，所有衍射斑點(diǎn)滿足矢量關(guān)系。301、根據(jù)衍射花樣確定已知結(jié)構(gòu)晶體的取向選擇三個(gè)衍射斑點(diǎn)P1, P2，P3與中心透射斑點(diǎn)O構(gòu)成平行四邊形，測其相應(yīng)長度ri。 31計(jì)算各斑點(diǎn)的d值，根據(jù)PDF卡給出每個(gè)斑點(diǎn)的指數(shù)，但這只能給出斑點(diǎn)所屬的晶面族。如：hkl=11

9、1,斑點(diǎn)指數(shù)可能是(111), (1-11), (-111)和(11-1)。選擇一套指數(shù)，使其滿足： (h3k3l3)=(h1k1l1)+(h2k2l2) 也可以測量OP1和OP2之間的夾角，選擇合適的指數(shù)，使計(jì)算的得到的晶面夾角與測量值相符合。由晶帶定律： h1u+k1v+l1w=0, h2u+k2v+l2w=0, 晶帶軸方向： (uvw)*(k1l2-l1k2, l1h2-l2h1, h1k2-h2k1)3233342、通過衍射花樣鑒定未知相結(jié)構(gòu)判斷衍射譜是否是簡單電子衍射譜，即所有衍射斑點(diǎn)是否可以用單一平行四邊形平移所得。若是，選擇三個(gè)衍射斑點(diǎn)P1, P2，P3與透射斑點(diǎn)構(gòu)成基本平行四邊形。測量衍射斑點(diǎn)到透射斑點(diǎn)的距離ri, 由此計(jì)算各斑點(diǎn)對應(yīng)的晶面間距di。測量各衍射斑點(diǎn)相應(yīng)的倒易矢量間的夾角I。35根據(jù)被研究試樣的成分和處理工藝及其它分析手段提供的資料，初步估