電子衍射標(biāo)定

電子衍射標(biāo)定第1頁/共39頁晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣

空間點(diǎn)陣＋結(jié)構(gòu)基元＝晶體結(jié)構(gòu)晶面：（hkl）,{hkl}用面間距和晶面法向來表示晶向:[uvw],<uvw>晶帶：平行晶體空間同一晶向的所有晶面的總稱，[uvw]2第2頁/共39頁q反射面法線qFEBAq布拉格反射2dsinq=nl,2dHKLsinq=l

,選擇反射，是產(chǎn)生衍射的必要條件，但不充分3第3頁/共39頁NGdq反射球作圖法AOOG=AO·sinθ2dsinθ=λOA=2/λOG=1/d入射電子束在晶體內(nèi)產(chǎn)生衍射的條件可以看成是G點(diǎn)是否落在以O(shè)′為中心，1/λ為半徑的反射球面上4第4頁/共39頁倒易點(diǎn)陣倒易矢量或倒易點(diǎn)是晶體學(xué)的一種表達(dá)方式，其優(yōu)點(diǎn)是可用一個矢量或一個點(diǎn)代表一個晶面族。矢量的長度代表晶面間距的倒數(shù)，矢量的方向代表晶面的法線方向，這使一族二維晶面可用一個一維的矢量或零維的點(diǎn)表示，使一些晶體學(xué)關(guān)系顯得簡化。對于每一種晶體點(diǎn)陣，它的每族晶面都可以引出一個相應(yīng)的倒易點(diǎn)，許多倒易點(diǎn)可構(gòu)成倒易面，許多倒易面構(gòu)成倒易點(diǎn)陣，所以倒易點(diǎn)的集合構(gòu)成一個新的點(diǎn)陣，稱之為倒易點(diǎn)陣，通常的晶體點(diǎn)陣稱為正點(diǎn)陣，七大晶系的每一正點(diǎn)陣，其對應(yīng)的都有一個倒易點(diǎn)陣5第5頁/共39頁正空間倒空間晶帶正空間與倒空間對應(yīng)關(guān)系圖6第6頁/共39頁

將所有{hkl}晶面相對應(yīng)的倒易點(diǎn)都畫出來,就構(gòu)成了倒易點(diǎn)陣,過O*點(diǎn)的面稱為0層倒易面,上、下和面依次稱為±1，±2層倒易面。

正點(diǎn)陣基矢與倒易點(diǎn)陣基矢之間的關(guān)系：

a·a*=b·b*=c·c*=1

a·b*=a·c*=b·a*=b·c*=c·a*=c·b*=0

g=ha*+kb*+lb*

晶體點(diǎn)陣和倒易點(diǎn)陣實(shí)際是互為倒易的

r=ua+vb+wc

r·g=hu+kv+lw=N

7第7頁/共39頁2q試樣入射束厄瓦爾德球倒易點(diǎn)陣底板電子衍射花樣形成示意圖8第8頁/共39頁L：相機(jī)長度λ：電子波長（Lλ:相機(jī)常數(shù)）R：衍射斑距透射斑長度d:衍射斑對應(yīng)的晶面間距衍射花樣相當(dāng)于倒易點(diǎn)陣被反射球所截的二維倒易面的放大投影.從幾何觀點(diǎn)看，倒易點(diǎn)陣是晶體點(diǎn)陣的另一種表達(dá)式，但從衍射觀點(diǎn)看，有些倒易點(diǎn)陣也是衍射點(diǎn)陣。9第9頁/共39頁單晶和多晶的判定：單晶就是具有完整晶體外形（晶棱，晶面完備）的單個顆粒，顆粒內(nèi)部的晶格是周期排列，如果從任意晶帶軸投射，那么得到的必然是二維衍射點(diǎn)。多晶就是一個顆粒里面有多個晶粒，每個晶粒的晶格都是周期性排列的，但這些晶粒的取向都是隨意的，這樣一個晶粒產(chǎn)生一些衍射點(diǎn)，衍射點(diǎn)出現(xiàn)在晶面間距1/d值為半徑的圓上，晶面不同，則圓半徑不同，就有了多個環(huán)10第10頁/共39頁簡單的電子衍射花樣大致可以細(xì)分成幾種低倍形貌給出規(guī)則的晶體外形，衍射點(diǎn)為周期排列的兩維衍射點(diǎn)：判定為單晶低倍形貌給出是規(guī)則的晶體外形，但衍射點(diǎn)是相對雜亂的多個衍射點(diǎn)，無法分清規(guī)律性，那么很可能是單晶在樣品處理過程或者觀察過程中將單晶結(jié)構(gòu)破壞，形成了多晶結(jié)構(gòu)，但晶粒相對較大，所以衍射點(diǎn)沒有連成環(huán)。低倍形貌給出的是塊狀顆粒，但衍射點(diǎn)是周期排列的兩維衍射點(diǎn)，判定為單晶（塊狀可能是晶體外形在處理過程中給磨損了）低倍形貌給出的是塊狀顆粒，但衍射點(diǎn)是相對雜亂的多個衍射點(diǎn)或者衍射環(huán)，無法分清規(guī)律性，判定為多晶

11第11頁/共39頁低倍形貌是納米顆粒，小顆粒為單晶衍射點(diǎn)，而整體隨著選區(qū)范圍內(nèi)顆粒的增加呈現(xiàn)非連續(xù)衍射環(huán)進(jìn)而為連續(xù)衍射環(huán)，那么可以稱為納米小“單晶”組成了多晶粉末。低倍像是塊樣或者單晶外形，但有多晶衍射環(huán)，又有單晶衍射點(diǎn)：很可能是該區(qū)域的單晶結(jié)構(gòu)有部分被破壞成了多晶，但還有一部分結(jié)構(gòu)保持完整，或者是有部分多晶物質(zhì)，也有一部分其他相的單晶物質(zhì)，分析時(shí)最好結(jié)合高分辨像來得出結(jié)論。低倍形貌給出的是比較小的顆粒，選區(qū)內(nèi)有多個顆粒時(shí)，衍射為相對雜亂的多個衍射點(diǎn)或者衍射環(huán)，而其中單個顆粒呈現(xiàn)單晶衍射點(diǎn)，那么可以認(rèn)為單獨(dú)小顆粒呈現(xiàn)單晶性，而整體為多晶粉末

12第12頁/共39頁電子衍射花樣衍射斑點(diǎn)規(guī)則排列

單晶SAEDpattern

13第13頁/共39頁衍射斑點(diǎn)散亂

多晶14第14頁/共39頁衍射斑點(diǎn)散亂但是隱約能看到環(huán)狀的輪廓

多晶15第15頁/共39頁銳利的衍射環(huán)

多晶16第16頁/共39頁彌散的多個衍射環(huán)

多晶17第17頁/共39頁彌散的一個衍射環(huán)

可能是非晶，但這么不清楚，有時(shí)候試樣太厚也會出現(xiàn)這種情況18第18頁/共39頁大衍射斑點(diǎn)中間又有小衍射斑點(diǎn)

這個花樣是Ag的[111]面，很有名的超晶格19第19頁/共39頁衍射斑點(diǎn)邊上有小的衍射斑點(diǎn)

孿位錯20第20頁/共39頁電子衍射譜的標(biāo)定電子衍射譜的標(biāo)定是確定材料顯微結(jié)構(gòu)的重要步驟。一般地，這一過程應(yīng)遵循如下原則：二維倒易平面中的任意倒易矢量均垂直于晶帶軸[uvw]方向（電子束反方向）若已知兩倒易矢量，則晶帶軸方向?yàn)椋篗iller指數(shù)的符號應(yīng)滿足右手螺旋法則，該法則決定了兩基本矢量與晶帶軸之間的關(guān)系兩個基本矢量的線性組合，一定能標(biāo)出屬于相同Laue區(qū)的所有衍射斑點(diǎn)的指數(shù)21第21頁/共39頁單晶體電子衍射花樣花樣特征規(guī)則排列的衍射斑點(diǎn)。它是過倒易點(diǎn)陣原點(diǎn)的一個二維倒易面的放大像。大量強(qiáng)度不等的衍射斑點(diǎn)。有些并不精確落在Ewald球面上仍能發(fā)生衍射，只是斑點(diǎn)強(qiáng)度較弱。倒易桿存在一個強(qiáng)度分布。22第22頁/共39頁花樣分析任務(wù)：在于確定花樣中斑點(diǎn)的指數(shù)及其晶帶軸方向[UVW]，并確定樣品的點(diǎn)陣類型和位向。方法：有三種指數(shù)直接標(biāo)定法、比值法(償試－校核法)、標(biāo)準(zhǔn)衍射圖法選擇靠近中心透射斑且不在一條直線上的斑點(diǎn)，測量它們的R，利用R2比值的遞增規(guī)律確定點(diǎn)陣類型和這幾個斑點(diǎn)所屬的晶面族指數(shù)(hkl)等23第23頁/共39頁(1)、指數(shù)直接標(biāo)定法：已知樣品和相機(jī)常數(shù)

可分別計(jì)算產(chǎn)生這幾個斑點(diǎn)的晶面間距并與標(biāo)準(zhǔn)d值比較直接寫出(hkl)

。也可事先計(jì)算R2／R1，R3／R1，和R1、R2間夾角，據(jù)此進(jìn)行標(biāo)定。24第24頁/共39頁能使斑點(diǎn)花樣指數(shù)化的兩個特征量25第25頁/共39頁花樣指數(shù)標(biāo)定的結(jié)果26第26頁/共39頁27第27頁/共39頁28第28頁/共39頁29第29頁/共39頁比值法(償試－校核法)：物相未知根據(jù)R比值查表或R2比值取(h1k1l1),(h2k2l2),再利用R之間的夾角來校驗(yàn)。任取(h1k1l1)，而第二個斑點(diǎn)的指數(shù)(h2k2l2),應(yīng)根據(jù)R1與R2之間的夾角的測量值是否與該兩組晶面的夾角相苻來確定。夾角見公式根據(jù)矢量加和公式，求出全部的斑點(diǎn)指數(shù)。R3＝R1＋R2，R3’＝－R3任取不在一條直線上的兩斑點(diǎn)確定晶帶軸指數(shù)30第30頁/共39頁ACDB

低碳合金鋼基體的電子衍射花樣31第31頁/共39頁上圖是由某低碳合金鋼薄膜樣品的區(qū)域記錄的單晶花樣，以些說明分析方法：選中心附近A、B、C、D四斑點(diǎn)，測得RA＝7.1mm，RB＝10.0mm，RC＝12.3mm，RD＝21.5mm，同時(shí)用量角器測得R之間的夾角分別為(RA,RB)＝900,(RA,RC)＝550,(RA,RD)＝710,求得R2比值為2：4：6：18，RB/RA=1.408,RC/RA=1.732,RB/RA=3.028,表明樣品該區(qū)為體心立方點(diǎn)陣,A斑N為2，{110},假定A為(1－10)。B斑點(diǎn)N為4，表明屬于{200}晶面族，選（200），代入晶面夾角公式得f＝450，不符，發(fā)現(xiàn)（002）相符32第32頁/共39頁RC=RA＋RB，C為（1－21），N＝6與實(shí)測R2比值的N一致，查表或計(jì)算夾角為54.740,與實(shí)測的550相符，RE＝2RB,E為（004）RD＝RA＋RE＝（1－14），查表或計(jì)算（1－10）與（1－14）的夾角為70.530,依此類推。已知K＝14.1mmA,d=K/R,dA=1.986A(2.808),dB=1.410A(2.820),dC=1.146A(2.808),dD=0.656A(2.783),(a)上圖由底版負(fù)片描制的，采用右手定則選取g1=gB=(002),g2=gA=(1-10),求得B[110]33第33頁/共39頁多晶體電子衍射花樣

與X射線衍射法所得花樣的幾何特征相似，由一系列不同半徑的同心園環(huán)組成，是由輻照區(qū)內(nèi)大量取向雜亂無章的細(xì)小晶體顆粒產(chǎn)生，d值相同的同一(hkl)晶面族所產(chǎn)生的衍射束，構(gòu)成以入射束為軸，2q為半頂角的園錐面，它與照相底板的交線