材料分析測試方法重要2008春考題

1、試 題： 班號： 姓名：第5頁 （共5頁）哈工大 2008年 春 季學(xué)期班號姓名材料結(jié)構(gòu)分析與測試技術(shù) 試題 題號一二三四五六七八九十總分分數(shù)第1頁 （共 4 頁）一、回答下列問題（每題5分，共 分）5什么是消光距離？透射波和衍射波強烈的動力學(xué)相互作用的結(jié)果使I0和Ig在晶體深度方向上發(fā)生周期性的振蕩。振蕩的深度周期叫做消光距離，記作g這里，消光”指的是盡管滿足衍射條件，但由于動力學(xué)互相作用面在晶體內(nèi)一定深度處衍射波(或透射波)的強度實際為零。理論推導(dǎo)結(jié)果表明6. 簡述透射電鏡成像系統(tǒng)的主要構(gòu)成及其特點？(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

2、辨本領(lǐng)的高低主要取決于物鏡。物鏡是一個強激磁短焦距的透鏡(f13mm)，它的放大倍數(shù)較高，一般為100300倍。目前，高質(zhì)量的物鏡其分辨率可達0.1nm 物鏡的分辨率主要決定子極靴的形狀和加工精度。一船來說，極靴的內(nèi)孔和上下極靴之間的距離越小，物鏡的分辨率就越高。為了減小物鏡的球差，往往在物鏡的后焦面上安放一個物鏡光闌。物鏡光闌不僅具有減小球差、像散和色差的作用，而月可以提高圖像的襯度。此外，我們在以后的討論中還可以看到，物鏡光闌位于后焦面位置上時，可以方便地進行暗場及衍樹成像操作。(二)中間鏡 中間鏡是一個弱激磁的長焦距變倍透鏡，可在0-20倍范圍調(diào)節(jié)。1時，用來進一步放大物鏡像；當放大倍數(shù)

3、小于1時，用來縮小物鏡像。在電鏡操作過程中，主要是利用中間鏡的可變倍率來控制電鏡的總放大倍數(shù)。如果把中間鏡的物平面和物鏡的像平面重合，則在熒光屏上得到一幅放大像，這就是電子顯微鏡中的成像操作；如果把中間鏡的物平面和物鏡的背焦而重合，則在熒光屏上得到一幅電子衍射花樣，這就是透射電子顯微鏡中的電子衍射操作。(三)投影鏡 投影鏡的作用是把經(jīng)中間鏡放大(或縮小)的像(或電子衍射花樣)進一步放大，并投影到熒光屏上，它和物鏡一樣，是一個短焦距的強磁透鏡。投影鏡的激磁電流是固定的，因為成像電子束進入投影鏡時孔徑角很小，因此它的景深和焦長都非常大，即使改變中間鏡的放大倍數(shù)，使顯微鏡的總放大倍數(shù)有很大的變化，也

4、不會影響圖像的清晰度。7、何謂二次電子？簡述二次電子的表面形貌成像原理？（1）二次電子 在入射電子束作用下披轟擊出來并離開樣品表面的樣品的核外電子叫做二次電子。這是一種真空中的自由電子。由于原子核和外層價電子間的結(jié)合能很小，因此外層的電子比較容易和原子脫離，使原子電離。二次電子一般都是在表層5-10 nm深度范圍內(nèi)發(fā)射出來的，它對樣品的表面形貌十分敏感，因此，能非常有效地顯示樣品的表面形貌。二次電子的產(chǎn)額和原子序數(shù)之間沒有明顯的依賴關(guān)系，所以不能用它來進行成分分析。（2）被入射電子束激發(fā)出的二次電子數(shù)量和原子序數(shù)沒有明顯的關(guān)系，但是二次電子對微區(qū)表面的幾何形狀十分敏感。圖說明了樣品表面和電子束

5、相對位置與二次電子產(chǎn)額之間的關(guān)系。入射束和樣品表面法線平行時，即圖中O，二次電子的產(chǎn)額最少。若樣品表面傾斜了45。，則電子束穿人樣品激發(fā)二次電子的有效深度增加到2倍，入射電子使距表面510nm的作用體積內(nèi)逸出表面的二次電子數(shù)量增多(見圖中黑色區(qū)域)。若入射電子束進入了較深的部位，雖然也能激發(fā)出一定數(shù)量的自由電子，但因距表面較遠，自由電子只能被樣品吸收而無法逸出表面。圖為根據(jù)上述原理畫出的造成二次電子形貌襯度的示意圖。圖中樣品上B面的傾斜度最小，二次電子產(chǎn)額最少，亮度最低。反之，C面傾斜度最大，亮度也最大。8、電子衍射與X射線衍射有何異同？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

6、拉格方程作為產(chǎn)生衍射的必要條件。兩種衍射技術(shù)所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所組成。由于電子波與x射線相比有其本身的持性，因此電子衍射和x射線衍射相比較時具有下列不同之處： 首先，電子波的波長比x射線短得多，在同樣滿足布拉格條件時衍射角很小，約為l0-2rad而x射線產(chǎn)生衍射時，其衍射角最大可接近/2。 其次，在進行電子衍射操作時采用薄晶樣品，薄樣品的倒易陣點會沿著樣品厚度方問延伸成桿狀，因此，增加了倒易陣點和愛瓦爾德球相交截的機會，結(jié)果位略為偏離布拉格條件的電子束也能發(fā)生衍射。 第三，因為電子波的波

7、長短，采用愛瓦爾德球圖解時，反射球的半徑很大，在衍射角較小的范圍內(nèi)反射球的球面可以近似地看成是一個平面，從而也可以認為電子衍射產(chǎn)生的衍射斑點大致分布在一個二維倒易截面內(nèi)。這個結(jié)果使晶體產(chǎn)生的衍射花樣能比較直觀地反映晶體內(nèi)備品面的位向，給分析帶來不少方便。 最后，原子對電子的散射能力遠高于它對X射線的散射能力(約高出四個數(shù)量級)，故電子衍射束的強度較大，攝取衍射花樣時曝光時間僅需數(shù)秒鐘。二、三、四、五、分別畫出面心立方和體心立方晶體在001晶向的電子衍射花樣，并標出特征平行四邊形及中心斑點周圍八個點的晶面指數(shù)。（10分）面心立方體心立方 六、畫圖說明衍襯成像的原理，并說明什么時明場像，暗場像和中

8、心暗場像。（10分）薄膜樣品有A，B兩晶粒，同時，設(shè)想B晶粒取向不同的A晶粒內(nèi)所有晶面組，均與布拉格條件存在較大的偏差，即在A晶粒的選區(qū)衍射花樣中將不出現(xiàn)任何強衍射斑點而只有中心透射斑點，或者說其所有衍射束的強度均可視為零。于是，A晶粒區(qū)域的透射束強度仍近似等于入射束強度I0。由于在電子顯微鏡中樣品的第一幅衍射花樣出現(xiàn)在物鏡的背焦面上，所以若在這個平面上加進一個尺寸足夠小的物鏡光闌把B晶粒的hkl衍射束擋掉，而只讓透射束通過光闌孔并到達像平面，則構(gòu)成樣品的第一幅放大像。此時，兩顆晶粒的像亮度將有不同，因為如以A晶粒亮度Ia為背景強度，則B晶粒的衍射襯度為于是我們在熒光屏上將會看到(熒光屏上圖像

9、只是物鏡像平面上第一幅放大像的進一步放大而已)，B品粒較暗而A晶粒較亮。這種由于樣品中不同位向的晶體的衍射條件(位向)不同而造成的襯度差別叫衍射襯度。我們把這種讓透射束通過物鏡光闌而把衍射束擋掉得到圖像襯度的方法，叫做明場(BF)成像。所得到的像叫明場像。如果我們把圖中物鏡光闌的位置移動一下，使其光闌孔套住hkl斑點，而把透射束擋掉，可以得到暗場(DF)像。但是，由于此時用于成像的是離軸光線，所得圖像質(zhì)量不高，有較嚴重的像差。習(xí)慣上常以另一種方式產(chǎn)生暗場像，即把入射電子束方向傾斜2角度(通過照明系統(tǒng)的傾斜來實現(xiàn))，使B晶粒的(hkl)晶面組處于強烈衍射的位向，而物鏡光闌仍在光軸位置。此時只有B

10、晶粒的hkl衍射束正好通過光闌孔，而透射束被擋掉，這叫做中心暗場CDF)成像方法。A晶粒由于在該方向的散射度極小，像亮度幾乎近于零，圖像的襯度特征恰好與明場像相反B晶粒較亮而A晶粒很暗。顯然暗場像的襯度將明顯地高于明場。七、利用理想晶體衍襯運動學(xué)基本方程說明等厚條紋形成原理理想晶體衍襯運動學(xué)基本方程：（10分）如果晶體保持在確定的位相，則衍射晶面偏離矢量S保持恒定，此時，如圖11-8，顯然，當S=常數(shù)時，隨樣品厚度t的變化，衍射強度將發(fā)生周期性震蕩，周期Tg=1/s，也就是說，t=n/s時，Ig=0；而當t=（n+1/2）/S時，衍射強度為最大Igmax=1/（sg）2如圖11-10為一個薄晶體，其一端是一個碶型的斜面，斜面上晶體的厚度是連續(xù)變化的，故可以把斜面部分的晶體分割成一系列厚度個不相等的晶柱，當電子束通過各晶柱時，柱體底部的衍射強度因厚度t不同而發(fā)生連續(xù)變化，在衍射圖像上鍥型邊緣將得到幾列亮暗相間的