第三章 電子顯微分析-TEM2

第三章電子顯微分析

——透射電子顯微分析二、透射電鏡的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用三、電子衍射四、透射電子顯微分析樣品制備一、電子顯微基礎(chǔ)五、電子顯微襯度像透射電子顯微分析四、透射電子顯微分析樣品制備應(yīng)用透射電鏡對材料的組織、結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，需具備以下兩個(gè)前提：制備適合TEM觀察的試樣，厚度100-200nm，甚至更薄建立闡明各種電子圖象的襯度理論。對于材料研究用的TEM試樣大致有三種類型：經(jīng)懸浮分散的超細(xì)粉末顆粒。用一定方法減薄的材料薄膜。用復(fù)型方法將材料表面或斷口形貌復(fù)制下來的復(fù)型膜1.支持膜法（粉末試樣）2.薄膜法（

塊狀樣品制備）3.復(fù)型法四、透射電子顯微分析樣品制備1.支持膜法將試樣載在支持膜（C膜）上，再用銅網(wǎng)（直徑約3mm)承載，裝入樣品臺，放入樣品室進(jìn)行觀察。支持膜的作用是支撐粉末試樣，銅網(wǎng)的作用是加強(qiáng)支持膜。支持膜材料必須具備的條件：①無結(jié)構(gòu)，對電子束的吸收不大；②顆粒度小，以提高樣品分辨率；③有一定的力學(xué)強(qiáng)度和剛度，能承受電子束的照射而不變形、破裂。常用的支持膜材料：火棉膠、碳、氧化鋁、聚乙酸甲基乙烯酯等。在火棉膠等塑料支持膜上鍍一層碳，提高強(qiáng)度和耐熱性，稱為加強(qiáng)膜。1.支持膜法支持膜上的粉末試樣要求高度分散，可根據(jù)不同情況選用分散方法：①撒布法：直接撒在支持膜表面，叩擊去掉多余，剩下的就分散在支持膜上。②懸浮法：超聲波分散器將粉末在與其不發(fā)生作用的溶液中分散成懸浮液，滴在支持膜上，干后即可。1.支持膜法干燥：保護(hù)真空。懸浮法

分散（超聲波）適當(dāng)?shù)臐舛冗m當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┻m當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)（乙醇）降低表面張力防止團(tuán)聚轉(zhuǎn)移到銅網(wǎng)上：滴or撈。1.支持膜法（粉末試樣）2.薄膜法（塊狀試樣）3.復(fù)型法四、透射電子顯微分析樣品制備2．薄膜法（薄膜樣品的制備）塊狀材料是通過減薄的方法（需要先進(jìn)行機(jī)械或化學(xué)方法的預(yù)減?。┲苽涑蓪﹄娮邮该鞯谋∧悠贰p薄的方法有超薄切片、電解拋光、化學(xué)拋光和離子轟擊等.適用于生物試樣適用于金屬材料適用于在化學(xué)試劑中能均勻減薄的材料，如半導(dǎo)體、單晶體、氧化物等。無機(jī)非金屬材料大多數(shù)為多相、多組分的的非導(dǎo)電材料，上述方法均不適用。60年代初產(chǎn)生了離子轟擊減薄裝置后，才使無機(jī)非金屬材料的薄膜制備成為可能。2.薄膜法塊狀材料多采用此方法。通過減薄制成對電子束透明的薄膜樣品。2.1薄膜樣品制備方法要求：①制備過程中不引起材料組織的變化。②薄，避免薄膜內(nèi)不同層次圖像的重疊，干擾分析③具有一定的強(qiáng)度。④制備過程易于控制，有一定的重復(fù)性、可靠性。①切?。呵腥”K（厚度<0.5mm）②預(yù)減薄（磨）：用機(jī)械研磨、化學(xué)拋光、電解拋光減薄成“薄片”（0.1mm）③終減?。河秒娊鈷伖?、離子轟擊減薄成“薄膜”（<500nm）避免引起組織結(jié)構(gòu)變化，不用或少用機(jī)械方法。終減薄時(shí)去除損傷層。2.2晶體薄膜法薄膜樣品制備步驟（一切二磨三減薄）繩鋸木斷靠轉(zhuǎn)動干活的東東4離子減薄裝置原理示意圖水滴石穿1.支持膜法（粉末試樣）2.晶體薄膜法（薄晶樣品制備）3.復(fù)型法四、透射電子顯微分析樣品制備3復(fù)型法（不能直接觀測的情形）在電鏡中易起變化的樣品和難以制成薄膜的試樣采用此方法。用對電子束透明的薄膜（碳、塑料、氧化物薄膜）把材料表面或斷口的形貌復(fù)制下來的一種間接樣品制備方法。復(fù)型材料和支持膜材料相同。表面顯微組織浮雕的復(fù)型膜，只能進(jìn)行形貌觀察和研究，不能研究試樣的成分分布和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。3.1一級復(fù)型①塑料一級復(fù)型樣品上滴火棉膠醋酸戍酯溶液或醋酸纖維素丙酮溶液，溶劑蒸發(fā)后樣品表面留下一層100nm左右的塑料薄膜。分辨率低（10－20nm），電子束照射下易分解和破裂。②碳一級復(fù)型樣品放入真空鍍膜裝置中，向其表面蒸鍍一層厚度為數(shù)十納米的碳膜。把樣品放入配好的分離液中進(jìn)行電解或化學(xué)分離。分辨率高（2－5nm），電子束照射下不易分解和破裂樣品易遭到破壞。3.2二級復(fù)型先一次復(fù)型，然后進(jìn)行二次碳復(fù)型，把一次復(fù)型溶去，得到第二次復(fù)型。為了增加襯度可在傾斜15-45°的方向上噴鍍一層重金屬，如Cr、Au等。結(jié)合兩種一級復(fù)型的優(yōu)點(diǎn)。不破壞樣品原始表面；最終復(fù)型碳膜，穩(wěn)定性和導(dǎo)電導(dǎo)熱性都很好電子束照射下不易分解和破裂；分辨率和塑料一級復(fù)型相當(dāng)。適于粗糙表面和斷口的復(fù)型。二級復(fù)型的特點(diǎn)二級復(fù)型水稻葉子塑料一次復(fù)型3.3萃取復(fù)型用碳膜把經(jīng)過深度侵蝕（溶去部分基體）試樣表面的第二相粒子黏附下來。既復(fù)制表面形貌，又保持第二相分布狀態(tài)，并可通過電子衍射確定物相。兼顧了復(fù)型膜法和薄膜法的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)復(fù)型像分析試樣表面的形貌、結(jié)構(gòu)，應(yīng)注意復(fù)型方法。同一試塊，方法不同，得到復(fù)型像和像的強(qiáng)度分布差別很大，根據(jù)選用的方法正確解釋圖像。復(fù)型觀察斷口比SEM清晰，復(fù)型金相組織和光學(xué)金相組織之間的相似，使復(fù)型電鏡分析技術(shù)至今為人們所采用。二、透射電鏡的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用三、電子衍射四、透射電子顯微分析樣品制備一、電子顯微基礎(chǔ)五、電子顯微襯度像

第二章透射電子顯微分析

入射電子透射試樣后，將與試樣內(nèi)部原子發(fā)生相互作用，從而改變其能量及運(yùn)動方向。

由于試樣各部位的組織結(jié)構(gòu)不同，因而透射到熒光屏上的各點(diǎn)強(qiáng)度是不均勻的，這種強(qiáng)度的不均勻分布現(xiàn)象就稱為襯度，所獲得的電子象稱為透射電子襯度象。五、電子顯微襯度像五、電子顯微襯度像 1.襯度定義2.四種襯度2.1質(zhì)厚襯度(Mass-thicknesscontrast)2.2衍射襯度(Diffractioncontrast)2.3相位襯度(Phasecontrast)2.4原子序數(shù)襯度(Zcontrast)1.襯度（contrast）定義

襯度（contrast）定義：兩個(gè)相臨部分的電子束強(qiáng)度差對于光學(xué)顯微鏡，襯度來源是材料各部分反射光的能力不同。

當(dāng)電子逸出試樣下表面時(shí)，由于試樣對電子束的作用，使得透射到熒光屏上的強(qiáng)度是不均勻的，這種強(qiáng)度不均勻的電子象稱為襯度象。透射電鏡的四種襯度：1散射(質(zhì)量—厚度)襯度試樣上各部位散射能力不同所形成的襯度。原子序數(shù)越大，厚度越大，密度越大，圖像顏色越深。適用于非晶或晶粒小的樣品。2衍射襯度薄晶（多晶膜）試樣電鏡圖象的襯度，是由與樣品內(nèi)結(jié)晶學(xué)性質(zhì)有關(guān)的電子衍射特征所決定的。由于晶粒取向不同，不能同時(shí)滿足布氏衍射。3相位差襯度入射電子波穿過極薄的試樣形成的散射波和直接透射波之間產(chǎn)生相位差，經(jīng)物鏡的會聚作用，在像平面上會發(fā)生干涉。4原子序數(shù)襯度：襯度正比于Z2。

2.四種襯度試樣厚度>100?時(shí)，振幅襯度為主；試樣厚度<100?相位襯度為主。振幅襯度相位襯度質(zhì)量厚度襯度（質(zhì)厚襯度）衍射襯度（衍襯）TEM襯度分辨率20>?分辨率<20?Zcontrast振幅襯度和相位襯度同時(shí)存在

1.1原子對入射電子的散射：

當(dāng)從電子槍發(fā)射的一束電子沿一定入射方向進(jìn)入物質(zhì)內(nèi)部后，由于與物質(zhì)的相互作用，使電子的運(yùn)動方向發(fā)生改變，這一過程稱為物質(zhì)對電子的散射。在散射過程中，如果入射電子只改變運(yùn)動方向，而不發(fā)生能量變化，稱為彈性散射。如果被散射的入射電子不但發(fā)生運(yùn)動方向的變化，同時(shí)還損失能量，則稱為非彈性散射。彈性散射是電子衍射的基礎(chǔ)。

1散射(質(zhì)量—厚度)襯度質(zhì)厚襯度的公式:

Z---原子序數(shù)

A2.A1---試樣原子量

ρ2.ρ1---樣品密度

t2,t1---試樣厚度

N---阿佛加德羅常數(shù)襯度與原子序數(shù)Z，密度，厚度t有關(guān)。用小的光闌（θ?。┮r度大；降低加速電壓V，能提供高襯度散射襯度象：樣品特征通過對電子散射能力的不同形成的明暗差別象。1.2散射襯度象成原理Z較高、樣品較厚區(qū)域在屏上顯示為較暗區(qū)域。圖像上的襯度變化反映了樣品相應(yīng)區(qū)域的原子序數(shù)和厚度的變化。ThemassandthicknesscontrastofInxGa12xAsQDsonaGaAssurface.1散射(質(zhì)量—厚度)襯度2衍射襯度3相位差襯度五、電子顯微襯度像2.衍射襯度晶體樣品襯度的主要來源。存在缺陷，周圍晶面發(fā)生畸變，這組晶面在樣品的不同部位滿足布拉格條件程度不同，會產(chǎn)生襯度，得到衍襯像。明場像:物鏡光欄將衍射束擋掉，只讓透射束通過而得到圖象襯度的方法稱為明場成像，所得的圖象稱為明場像。

透射電子成像，像清晰。暗場像:用物鏡光欄擋住透射束及其余衍射束，而只讓一束強(qiáng)衍射束通過光欄參與成像的方法，稱為暗場成像，所得圖象為暗場像。

散射電子成像，像有畸變、分辨率低。暗場像明場像3相位差襯度入射電子波穿過極薄的試樣形成的散射波和直接透射波之間產(chǎn)生相位差，經(jīng)物鏡的會聚作用，在像平面上會發(fā)生干涉。HRTEMofBaTiFeOnaturalmagneticmultilayers.ThehighlyperiodicFe-richlayers(yellow)areseparatedbyaBa-richphase(blue).HRTEMImageofaT1PrecipitatePlate(oneunit-cellthick)inanAl-Cu-LiAlloy相位襯度—原子像THEEND習(xí)題七（1）1、電子波有何特征？與可見光有何異同？2、電磁透鏡的像差是怎樣產(chǎn)生的？如何來消除和減少像差？3、透射電子顯微