晶體結(jié)構(gòu)與缺陷

綜合練習1、簡述利用透射電子顯微鏡進行晶體結(jié)構(gòu)表征電子顯微方法分析和所獲得的信息I晶體結(jié)構(gòu)的表征：1.電壬妙可以獲得有關(guān)品體對旌拄，的蛙也’物理絲等信息。2。電子顯微像：金幅（衍射）襯度像;明場像;暗場像：（對中暗場像，弱束像）;高分辨像「口丁正獲得有關(guān)品體結(jié)構(gòu)?別蛆底曲冽：是幽粗?如幽血等信息。2、利用現(xiàn)代高分辨透射電子顯微鏡進行材料成分測定的方法有哪些？簡述原理？7兩菌贏J癡顏「”例回，可以獲得召關(guān)組成元幽”;迫遙等信息。 2匹EELS和EDS原理；：EDS:EnergydispersiveX-rayspectroscopy. ▼_、工小片....處于較高能量位置的電子中，滿足迤接SLM1走色條化的那些電子躍遷回/亡著的低目匕軌道，多余的能量以特征x射線的形式放出，理幽長是發(fā)射元室獨有的特征＜EELS：處丁?堇態(tài)的原子中，費米能級以下的能級被所有的電子占有，內(nèi)殼層電子被激g前，費米能級以上都是非占有狀態(tài)的能級，因此當入射電子損失的能量大于1s能級和費米能級的能量差/E時，1s電子被激發(fā)的概率就急劇的增大，在隨之產(chǎn)生的能量損失譜中，在NE的能量值處就出現(xiàn)一個很陡的向上拉起峰 邊。這個邊所在位置的能量/E是物質(zhì)所固有的，根據(jù)此值可以確定物質(zhì)的種類。 ,、,…一八”EELS和EDS兩種分析方法都是基于同樣的內(nèi)光層電子激發(fā)的機制，但兩種譜的變野”避生是不同的（EELS約為leV,EDS約為150eV）o3、磁透鏡的像差是怎樣產(chǎn)生的？如何來消除和減少像差？簪/像差分為捶差，像散,色差.球差是殖逐史心區(qū)和邊沏交巾乜子的折射能力不同弓|起的.增大透鏡的遨避電流可減小球差. .像散是由于曳磁透鏡的周向磁場不韭血盤對稱弓I起的.可以通過引入?強度和方位都可以調(diào)斗卜的沖雙磁場來進行補償.色差是曳子波的波長或能量發(fā)生一定幅度的改變而造成的.穩(wěn)定加速電壓和透鏡電流可減小色差. '4、為什么可以用電子束來直觀地進行顯微結(jié)構(gòu)分析，而X射線無法獲得直觀的顯微像？透射電子顯微鏡可以在光學顯微鏡下無法看清小于0.2gm的細微結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)稱為亞顯微結(jié)構(gòu)或超微結(jié)構(gòu)。要想看清這些結(jié)構(gòu)，就必須選擇波長更短的光源，以提高顯微鏡的分辨率。X射線波長很短，在0.05?10nm范圍，但至今還不知道有什么物質(zhì)能使之有效地改變方向、折射和聚焦成像。高速的電子束可以控制。5、透射電鏡主要由幾大系統(tǒng)構(gòu)成？各系統(tǒng)之間關(guān)系如何？主要有電子光學系統(tǒng)、電源與控制系統(tǒng)、循環(huán)冷卻系統(tǒng)及真空系統(tǒng)幾部分組成。其中電子光學系統(tǒng)是核心，其他系統(tǒng)為輔助系統(tǒng)。6、透射電鏡中有哪些主要光闌？分別安裝在什么位置？其作用如何？ 主要有三種光闌：①聚光鏡光闌。在雙聚光鏡系統(tǒng)中該光闌裝在第二聚光鏡下方。作用:限制照明孔徑角。②物鏡光闌。安裝在物鏡后焦面。作用：提高像襯度；減小孔徑角，從而減小像差；進行暗場成像。③選區(qū)光闌放在物鏡的像平面位置。作用：對樣品進行微區(qū)衍射分析。

將/主要有三種光闌：越螳光闌。在雙聚光鏡系統(tǒng)中,該光闌裝在第一聚光鏡下加作用:限制照明孔徑角，擋掉發(fā)散的電子，保證電子束的相干性和思組區(qū)域。②^繪光闌。在物鏡極靴進口贏而物鏡后焦面上還各放一個光闌，物鏡光闌（防化物鏡污染）和襯度光闌（提高襯度）.物鏡光闌不僅具有減少球衣像散和色差的作用,而且或以提高圖像的襯度：進行暗場成像。 一③叫I：尹:放在物鏡的像平面位置。作用：對樣品進行短E就分析。7、什么是衍射襯度？畫圖說明衍襯成像原理，并說明什么是明場像、暗場像和中心暗場像，并可以根據(jù)原理鑒別。答：衍射襯度:由樣品各處咿束強度的差異形成的和度。衍射襯度成像原理如下圖所示。衍襯成像原理a）嚼場儂b）中心暗場衍射成像設(shè)薄膜有A、B兩晶粒 ……B內(nèi)的某（hkl）晶面嚴格滿足Bragg條件,或B晶粒內(nèi)滿足“雙光束條件”，則通過（hki）衍射使入射強度I。分解為I心1利【04m兩部分A品粒內(nèi)所有品面與Bmgg角相差較大，不能產(chǎn)1U打射， …「k-在物鏡背焦而上的物鏡光闌，將衍射束擋掉，只讓透射束通過光闌孔進行成像C明場），此時，像平面上A和13晶粒的光強度或亮度不同，分別為Ia55k加工Io"hikl

B晶粒相對A晶粒的像襯度為明場成像：只讓心透射束穿過物鏡光欄形成的衍襯像稱為明場鏡。暗場成像：只讓某一衍射束通過物鏡光欄形成的衍襯像稱為暗場像。中心喑場像：入射電子束相對衍射晶面傾斜角，此時衍射斑將移到透鏡的中心位置，該衍射束通過物鏡光欄形成的衍襯像稱為中心暗場成像。8、請導(dǎo)出電子衍射的基本公式，解釋其物理意義，并闡述倒易點陣與電子衍射圖之間有何對應(yīng)關(guān)系？解釋為何對稱入射(B〃[uvw])時，即只有倒易點陣原點在愛瓦爾德球面上，也能得到除中心斑點以外的一系列衍射斑點?gHKt答工⑴由以下的電子衍射圖可見熒光扉或照相底板HKL{HKL'W、,gHKt答工⑴由以下的電子衍射圖可見熒光扉或照相底板HKL{HKL'W、,反射球口巨乩爾惹理)心冏Ei.衍射束20很小，一般為廣2"tg2O=2sin。z_sin20tg2O=2sin。(tg2O= = )cos10cos2。I由 2t/sin6?=A代入上式R=L.2sin0=—即Rd=LA,L為相機裘度這就是電子衍射的基本公式。令U=k一定義為電子衍射相機常數(shù)R=—=（2）、在0*附近的低指數(shù)倒易陣點附近范圍，反射球面十分接近一個平面，且衍射角度非常小＜1°,這樣反射球與倒易陣點相截是一個二維倒易平面。這些低指數(shù)倒易陣點落在反射球面匕產(chǎn)生相應(yīng)的衍射束。因此，電子衍射圖是二維倒易截面在平面上的投影。（3）這是因為實際的樣品品體都有確定的形狀和有限的尺寸，因而，它的倒易點不是一個兒何意義上的點，而是沿著晶體尺寸較小的方向發(fā)生擴展.9、為什么說高分辨電子顯微像反映了晶體材料的真實結(jié)構(gòu)電子束穿過樣品后，包括信息：通過物鏡進行傅里葉變換衍射波的各級極大值又做為次級光源，這些光源的次波在像平面相干疊加，此交換相當于傅里葉逆變換。G掇m總薪工薪區(qū)吸嬴的港￡與圻颯見史《為以和a師,小生支派乳以及車廝/抖f多力，此5/3j48｛入射電子與試樣物質(zhì)相互作用，經(jīng)過物鏡作用（第一次傅里葉變換）在后焦面處形成衍射普，像平面上形成高分辨電子顯微像。｝10、電子衍射和X射線衍射有什么不同之處？與X射線相比，為什么電子波可以用來直接觀察分析物質(zhì)的微結(jié)構(gòu)（埃量級）特點？不同點：①電子波波長短，0角很小，約為10~2ad,而X射線的6角最大接近n/2。②電子衍射采用薄晶樣品，其倒易點沿厚度方向延伸成桿，增加了與反射球交截的機會，使得偏離布拉格條件的電子束也能產(chǎn)生衍射。③反射球半徑很大，在衍射角很小的范圍內(nèi)，反射球面可看作一個平面，電子衍射產(chǎn)生衍射斑點大致分布在一個二維倒易平面內(nèi)。④原子對電子的散射比對X射線要強，電子衍射強度較大，攝取衍射花樣曝光時間僅需數(shù)秒。

要提高顯微鏡的分辨本領(lǐng)，關(guān)鍵是要有波長短、又能聚焦成像的照明光源。順著電磁波譜往短波方向，紫外線波長比可見光短，在13?3