透射電鏡中的電子衍射課件(PPT 35頁)

1、第六章 透射電子顯微鏡7/22/20221第1頁，共35頁。5.4 電子衍射6.8 透射電鏡中的電子衍射6.9 常見的電子衍射花樣第六章 透射電子顯微鏡7/22/20222第2頁，共35頁。6.8 透射電鏡中的電子衍射6.8.1 有效相機(jī)常數(shù)6.8.2 選區(qū)電子衍射7/22/20223第3頁，共35頁。 電子衍射操作是把倒易點(diǎn)陣的圖像進(jìn)行空間轉(zhuǎn)換并在正空間中記錄下來。用底片記錄下來的圖像稱之為衍射花樣。圖10.13為電子衍射花樣形成原理圖。R=Lghkl=KghklR=L/d=K/dL稱為電子衍射的相機(jī)常數(shù)；而L稱為相機(jī)長(zhǎng)度。6.8.1 有效相機(jī)常數(shù)7/22/20224第4頁，共35頁。 R=

2、L/d=K/dR是正空間的矢量，而ghkl是倒易空間中的矢量，因此相機(jī)常數(shù)L是一個(gè)協(xié)調(diào)正、倒空間的比例常數(shù)。其中K稱為有效相機(jī)常數(shù)，因?yàn)閒0、M1、MP分別取決于物鏡，中間鏡和投影鏡的激磁電流，因而有效相機(jī)常數(shù)也會(huì)隨之變化。6.8.1 有效相機(jī)常數(shù)7/22/20225第5頁，共35頁。 選區(qū)衍射就是在樣品上選擇一個(gè)感興趣的區(qū)域，并限制其大小，得到該微區(qū)電子衍射圖的方法。也稱微區(qū)衍射。光闌選區(qū)衍射(Le Poole方式) 此法用位于物鏡像平面上的光闌限制微區(qū)大小。先在明場(chǎng)像上找到感興趣的微區(qū)，將其移到熒光屏中心，再用選區(qū)光闌套住微區(qū)而將其余部分擋掉。理論上，這種選區(qū)的極限0.5m。 6.8.2

3、選區(qū)電子衍射7/22/20226第6頁，共35頁。 實(shí)際上，選區(qū)光闌并不能完全擋掉光闌以外物相的衍射線。這樣選區(qū)和衍射像不能完全對(duì)應(yīng)，有一定誤差。它起因于物鏡有球差和像的聚集誤差。嚴(yán)重時(shí)，實(shí)際衍射區(qū)甚至不是光闌所選微區(qū)，以致衍射像和微區(qū)像來自兩個(gè)不同部位，造成分析錯(cuò)誤。6.8.2 選區(qū)電子衍射7/22/20227第7頁，共35頁。 6.8.2 選區(qū)電子衍射為了保證物鏡像平面和選區(qū)光闌的重合，獲得選區(qū)電子衍射花樣，必須遵循下面的標(biāo)準(zhǔn)操作步驟：插人選區(qū)光闌，調(diào)節(jié)中間鏡電流使熒光屏上顯示該光闌邊緣的清晰像。此時(shí)意味著中間鏡物平面和選區(qū)光闌重合；插入物鏡光闌，精確調(diào)節(jié)物鏡電流，使所觀察的樣品形貌在熒光

4、屏上清晰顯示；意味著物鏡像平面與中間鏡物平面重合，也就是與選區(qū)光闌重合；移去物鏡光闌，降低中間鏡電流，使中間鏡的物平面上升到物鏡的背焦面處，使熒光屏顯示清晰的衍射花樣（中心斑點(diǎn)成為最細(xì)小、最圓整）。此時(shí)獲得的衍射花樣僅僅是選區(qū)光闌內(nèi)的晶體所產(chǎn)生的。7/22/20228第8頁，共35頁。6.9 常見的電子衍射花樣6.9.1 單晶體的電子衍射花樣6.9.2 多晶體的電子衍射花樣6.9.3 復(fù)雜的電子衍射花樣7/22/20229第9頁，共35頁。6.9 常見的電子衍射花樣7/22/202210第10頁，共35頁。6.9.1 單晶體的電子衍射花樣單晶電子衍射花樣的產(chǎn)生及幾何特征(忽略磁轉(zhuǎn)角) 7/22

5、/202211第11頁，共35頁。6.9.1 單晶體的電子衍射花樣單晶體電子衍射花樣的標(biāo)定：標(biāo)定電子衍射圖中各斑點(diǎn)的指數(shù)hkl及晶帶軸指數(shù)uvw，并確定樣品的點(diǎn)陣類型、物相及位向。認(rèn)真制備樣品，薄區(qū)要多，表面沒有氧化。正確操作電鏡等。校正儀器常數(shù)。要在底片上測(cè)量距離和角度。長(zhǎng)度測(cè)量誤差小于0.2mm，(或相對(duì)誤差小于3-5%)，角度測(cè)量誤差0.2，尚需注意底片藥面是朝上放置的。 在著手標(biāo)定前，還有幾點(diǎn)事項(xiàng)要引起注意：7/22/202212第12頁，共35頁。 由近及遠(yuǎn)測(cè)定各個(gè)斑點(diǎn)的R值,測(cè)定各衍射斑之間的角;根據(jù)衍射基本公式R=L/d求出相應(yīng)晶面間距;因?yàn)榫w結(jié)構(gòu)已知，所以可由d值定它們的晶面

6、族指數(shù)hkl ；嘗試確定距中心斑點(diǎn)最近的斑點(diǎn)指數(shù)， 屬于h2k2l2的(h1k1l1)；確定第二個(gè)斑點(diǎn)指數(shù)：任選一個(gè)屬于h2k2l2的(h2k2l2)；根據(jù)夾角公式，驗(yàn)算(h1k1l1) 和(h2k2l2)的夾角是否與實(shí)測(cè)的吻合，若不，則更換(h2k2l2);兩個(gè)斑點(diǎn)決定之后，第三個(gè)斑點(diǎn)為R3=R1+R2，導(dǎo)出其他各斑點(diǎn)的指數(shù)；由g1g2求得晶帶軸指數(shù)uvw;系統(tǒng)檢查各過程，算出晶格常數(shù)。一.已知樣品晶體結(jié)構(gòu)和相機(jī)常數(shù)：6.9.1 單晶體的電子衍射花樣7/22/202213第13頁，共35頁。 根據(jù)斑點(diǎn)的規(guī)律性判斷其可能所屬的晶系：1.平行四邊形-7大晶系都有可能2.矩形-不可能是三斜晶系3.

7、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、三角或立方晶系根據(jù)R2的連比規(guī)律，來確定點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)類型。6.9 常見的電子衍射花樣二. 晶體結(jié)構(gòu)未知：7/22/202214第14頁，共35頁。 由近及遠(yuǎn)測(cè)定各個(gè)斑點(diǎn)的R值；根據(jù)衍射基本公式R=L/d求出相應(yīng)晶面間距；查ASTM卡片，找出對(duì)應(yīng)的物相和hkl指數(shù)；確定(hkl)，求晶帶軸指數(shù)； 因?yàn)殡娮语@微鏡的精度有限，很可能出現(xiàn)幾張卡片上d值均和測(cè)定的d值相近，此時(shí)應(yīng)根據(jù)待測(cè)晶體的其它資料，如化學(xué)成份等來排除不可能出現(xiàn)的相。6.9.1 單晶體的電子衍射花樣7/22/202215第15頁，共35頁。 10.4

8、單晶體電子衍射花樣標(biāo)定三.標(biāo)準(zhǔn)花樣對(duì)照法：將實(shí)際觀察、記錄到的衍射花樣直接與標(biāo)準(zhǔn)花樣對(duì)比，寫出斑點(diǎn)的指數(shù)并確定晶帶軸的方向，這是一種簡(jiǎn)便易行而又常用的方法。所謂標(biāo)準(zhǔn)花樣就是各種晶體點(diǎn)陣主要晶帶的倒易截面，它可以根據(jù)晶帶定理和相應(yīng)晶體點(diǎn)陣的消光規(guī)律繪出(二維倒易面的畫法)，附錄有部分標(biāo)準(zhǔn)花樣。7/22/202216第16頁，共35頁。7/22/202217第17頁，共35頁。7/22/202218第18頁，共35頁。7/22/202219第19頁，共35頁。7/22/202220第20頁，共35頁。 單晶花樣的不唯一性1表現(xiàn)形式: 同一衍射花樣有不同的指數(shù)化結(jié)果。2、產(chǎn)生原因： 頭兩個(gè)斑點(diǎn)的任意

9、性; 二次對(duì)稱性; 偶合不唯一性，常出現(xiàn)于立方晶系的中高指數(shù)，如(352)和(611)，(355)和(173);6.9 常見的電子衍射花樣7/22/202221第21頁，共35頁。 3、影響：物相分析，可不考慮；但作取向關(guān)系、計(jì)算缺陷矢量分析時(shí)必須考慮。4、消除辦法 轉(zhuǎn)動(dòng)晶體法，讓和斑點(diǎn)自洽； 借助復(fù)雜電子衍射花樣分析，如雙晶帶衍射花樣、高階勞厄帶花樣分析。6.9 常見的電子衍射花樣7/22/202222第22頁，共35頁。 多晶試樣可以看成是由許多取向任意的小單晶組成的。故可設(shè)想讓一個(gè)小單晶的倒易點(diǎn)陣?yán)@原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，同一反射面hkl的各等價(jià)倒易點(diǎn)(即(hkl)平面族中各平面)將分布在以1/dhk

10、l為半徑的球面上，而不同的反射面，其等價(jià)倒易點(diǎn)將分布在半徑不同的同心球面上，這些球面與反射球面相截，得到一系列同心園環(huán)，自反射球心向各園環(huán)連線，投影到屏上，就是多晶電子衍射圖。多晶電子衍射圖是一系列同心園環(huán)，園環(huán)的半徑與衍射面的面間距有關(guān)。6.9.2 多晶體的電子衍射花樣7/22/202223第23頁，共35頁。 測(cè)量園環(huán)半徑Ri(通常是測(cè)量直徑Di，Ri=Di/2這樣測(cè)量的精度較高)。由d=L/R式，計(jì)算di，并與已知晶體粉末卡片或d值表上的d值比較，確定各環(huán)的hkli。 已知晶體結(jié)構(gòu) d值比較法 ：6.9.2 多晶體的電子衍射花樣7/22/202224第24頁，共35頁。 未知晶體結(jié)構(gòu) R

11、2比值規(guī)律對(duì)比法 ：R2比值規(guī)律對(duì)比法與前面X射線衍射德拜花樣標(biāo)定中介紹的方法完全相同，其實(shí)德拜花樣就是多晶衍射環(huán)被矩形截取的部分。6.9.2 多晶體的電子衍射花樣7/22/202225第25頁，共35頁。 編號(hào) 1 2 3 4 5Ri 9.38 10.93 15.36 17.88 18.88Ri2 87.89 119.36 236.39 319.52 356.27Ri2/ R12 1 1.36 2.69 3.644.05(Ri2/ R12)3 3 4.07 8.07 10.9112.16N 3 4 8 1112hkli 111 200 220 311222未知晶體結(jié)構(gòu) R2比值規(guī)律對(duì)比法 ：

12、標(biāo)定TiC多晶電子衍射圖6.9.2 多晶體的電子衍射花樣7/22/202226第26頁，共35頁。 1. 高階勞厄斑點(diǎn)6.9.3 復(fù)雜的電子衍射花樣7/22/202227第27頁，共35頁。2.超點(diǎn)陣斑點(diǎn) AuCu3在395以上是無序固溶體，每個(gè)原子位置上發(fā)現(xiàn)Au和Cu的幾率分別為0.25和0.75，在395以下, AuCu3便是有序態(tài)，此時(shí)Au原子占據(jù)晶胞頂角位置，Cu原子則占據(jù)面心位置。6.9.3 復(fù)雜的電子衍射花樣7/22/202228第28頁，共35頁。2.超點(diǎn)陣斑點(diǎn) 7/22/202229第29頁，共35頁。2.超點(diǎn)陣斑點(diǎn) 7/22/202230第30頁，共35頁。 3. 二次衍射斑

13、點(diǎn) 電子受原子散射作用很強(qiáng)，以致衍射束強(qiáng)度可與透射束強(qiáng)度相當(dāng)(動(dòng)力學(xué)交互作用)，故衍射束可作為新的入射束，并產(chǎn)生衍射，稱為二次衍射。二次衍射可使上述一些Fhkl=0的消光又出現(xiàn)強(qiáng)度；也使Fhkl0處的反射強(qiáng)度發(fā)生變化。二次衍射效應(yīng)還能在透射斑點(diǎn)或衍射斑點(diǎn)周圍出現(xiàn)一些衛(wèi)星斑點(diǎn)，使斑點(diǎn)花樣復(fù)雜化，故指數(shù)標(biāo)定前應(yīng)將二次衍射斑點(diǎn)區(qū)分出來。6.9.3 復(fù)雜的電子衍射花樣7/22/202231第31頁，共35頁。 4. 孿晶斑點(diǎn) 材料在凝固、相變和變形過程 ，晶體內(nèi)的一部分相對(duì)于基體按一定的對(duì)稱關(guān)系生長(zhǎng)，即形成了孿晶。圖為面心立方晶體(110)面上的原子排列，基體的(111)面為孿晶面。若以孿晶面為鏡面，則基體和孿晶的陣點(diǎn)以孿晶面作鏡面反射。若以孿晶面的法線為軸，把圖中下方基體旋轉(zhuǎn)180也能得到孿晶的點(diǎn)陣。 6.9.3 復(fù)雜的電子衍射花樣7/22/202232第32頁，共35頁。 4. 孿晶斑點(diǎn) 既然在正空間中孿晶和基體存在一定的對(duì)稱關(guān)系，則在倒易空間中孿晶和基體也應(yīng)存在這種對(duì)稱關(guān)系，只是在正空間中的面與面之間的對(duì)稱關(guān)系應(yīng)轉(zhuǎn)換成倒易陣點(diǎn)之間的對(duì)稱關(guān)系。所以，其衍射花樣應(yīng)是兩套不同晶帶單晶衍射斑點(diǎn)的疊加，而這兩套斑點(diǎn)的相對(duì)位向勢(shì)必反映基體和孿晶之間存在著的對(duì)稱取向關(guān)系。6.9.3 復(fù)雜的電子衍射花樣7/22/2022