衍衬成像
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第10章 衍衬成像
明,暗场衬度
明场: 光栏孔只让透射束 通过,荧光屏上亮的 区域是透射区 暗场: 光栏孔只让衍射束 通过,荧光屏上亮的 区域是产生衍射的 晶体区
衍衬运动学理论简介
衍衬理论所要处理的问题是通过对入射电子波在晶体 样品内受到的散射过程作分析，计算在样品底表面射 出的透射束和衍射束的强度分布，即计算底表面对应 于各物点处电子波的振幅进而求出它们的强度，这也 就相当于求出了衍衬图像的衬度分布。 借助衍衬理论，可以预示晶体中某一特定结构细节的 图像衬度特征；反过来，又可以把实际观察到的衍衬 图像与一定的结构特征联系起来，加以分析、诠释和 判断。
应用举例1：AZ91镁合金单向压缩变形机制
Low temperature
b
a
250nm
c
1μm
Fig.1-17 Image of deformation twinning 100℃;
= 0.005s-1
500nm
应用举例1：AZ91镁合金单向压缩变形机制
a
200℃; = 0.005s-1 Dislocation pile-ups in vicinity of initial grain boundary.
第13章 晶体薄膜衍射成像分析
结构— 物镜后焦面上的信息（衍射斑点）
TEM的功能
形貌— 物镜像面上的信息 （衍衬像）
衍衬像— 像的明暗程度对比
（衬度）
主要内容
透镜分析样品的制备
衬度的类型 典型应用
质厚衬度
衍衬衬度
一、透射电子显微镜样品制备
样品的要求：
1) 样品必须对电子束是透明的，观察区厚度一般在100200nm范围 2）具代表性，能真实反映所分析材料的实际特征。
11章晶体薄膜讲义衍衬成象分析
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常见象（3）—等倾条纹
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常见象（3）—等倾条纹
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常见象（4）—层错
堆垛层错是最简单的一种面缺陷，其存 在相当于使其上下两晶体发生一相对位 移R，而g和s不变，当入射束穿越层错 区时仅发生＝2 g •R的相位变化
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常见象（1）—等厚条纹
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常见象（1）—等厚条纹
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常见象（2）—倾斜晶界
倾斜晶界可利用等厚条纹原理来分析
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常见象（3）—等倾条纹
当试样厚度保持恒定，对于弯曲晶体： Ig＝（t )2 Sin2(ts)/ g2(ts)2
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三、常见象及其特征
衍衬象反映试样内部的结晶学特性，有 时它包含一些衍射效应造成的特殊现象， 因此不能将衍衬象与实物简单地等同起 来。
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常见象（1）—等厚条纹
当衍射晶面偏离矢量S保持恒定，则衍射 强度：
Ig＝Sin2(ts)/(sg)2
样品厚度足够薄，使电子束可以通过， 一般厚度为100－200nm； 样品不含水、易挥发性物质及酸碱等 腐 蚀性物质；
样品具有足够的强度和稳定性；
清洁无污染
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《衍衬成像》课件
数据处理与分析
数据预处理
对采集到的数据进行噪声去除、对比度调整 等处理，以提高图像质量。
图像分析
利用专业软件对衍衬图像进行分析，提取晶 格常数、晶体取向等信息。
结果解释
根据分析结果，解释样品的晶体结构和物理 性质。
结果验证
通过与其他实验方法或已知数据对比，验证 衍衬成像实验结果的准确性。
04
衍衬成像的未来发展
A
B
C
D
缺点
对样品的要求较高，且设备成本和维护成 本较高。
优点
高穿透力和高分辨率，能够揭示物体内部 的晶体结构和形貌。
电子衍衬技术
原理
利用电子束与物质相互作用产生的衍 射效应，测量衍射强度和角度信息， 重构物体表面的形貌和结构。
应用
在微电子学、纳米科技等领域广泛应 用，如半导体器件检测、纳米结构成 像等。
结论
衍衬成像的重要性和意义
揭示微观结构
衍衬成像技术能够揭示样品的微观结构，对于材料科学、生物学 等领域的研究具有重要意义。
无损检测
衍衬成像是一种无损检测技术，可以在不破坏样品的情况下获取其 内部结构信息。
广泛应用
衍衬成像技术广泛应用于医学、生物学、材料科学、地质学等领域 ，为科学研究和技术创新提供了有力支持。
衍衬成像的原理
当光波遇到物体表面或内部结构时，会发生衍射和干涉现象。这些现象会导致光波的振幅、相位和传 播方向发生变化。
通过测量这些变化，可以反推出物体的结构和形貌信息。衍衬成像技术利用了光的波动性和干涉性， 通过精确测量光波的衍射和干涉模式，可以获得高分辨率和高灵敏度的图像。
衍衬成像的应用领域
材料科学领域
衍衬成像在材料科学领域可用于研究材料的微观结构和性能，为新材料的研发提供有力支 持。
第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析
造成的。
3. 衍射衬度的形成
假设： I0 = IHKL +I透
①相邻晶粒A、B：取向不同
B晶粒 ：（HKL）晶面满足布拉格角θ，产生衍
射，衍射束强度为IHKL 。 I0 = IHKL +I透
A晶粒：所有晶面均不产生衍射。透射束强度近似 等于入射束I0
② 在物镜背焦面上加一光阑，挡住B晶粒的衍射束，
4. 影响质量衬度的因素 a. TEM物镜光栏孔径
孔径较大,将有较多的散射电子进入物镜光阑
参与成像，图像在总体上亮度增加，但却使散射和 非散射区域衬度降低。 b. 加速电压 由rn=Ze/Uα可知，U较低时，散射角和散射截 面增大，较多的电子被散射到光栏孔外，使衬度提 高，但亮度降低。
第二部分 晶体薄膜衍衬成像分析
（二）. 二级复型（塑料-碳二级复型）
1. 制作方法（见下图）
a. 首先制作塑料中间复型（图a）。
b. 将塑料中间复型剥下后,在塑料中间复型上进行
碳复型（图b）。
为了增加衬度可在倾斜15°~45°的方向 上喷镀一层重金属,如Cr、Au等（称为投影）， 可在一次复型上先投影后喷镀C膜，也可先喷镀 后投影。
其中： Z——原子核电荷 U——入射电子加速电压 rn——瞄准距离（电子运动方向与原子 核的垂直距离） 由公式可见： 原子核电荷Z↑，α↑； 加速电压U↑，电子运动能量增大，α↓； 瞄准距离rn ↑，电子越靠近原子核，α↑； 由此可见，凡离原子核为rn距离的电子均被散 射到α角方向，所以，当入射电子与原子核之间距离 小于rn时，则被散射到大于α角度的方向上。
⑵ 复型材料的粒子尺寸必须很小
⑶ 复型材料应具备耐电子轰击的性能
3. 常用复型材料
真空蒸发形成的碳膜 通过浇铸蒸发形成的塑料膜
3. 衍射衬度的形成
假设： I0 = IHKL +I透
①相邻晶粒A、B：取向不同
B晶粒 ：（HKL）晶面满足布拉格角θ，产生衍
射，衍射束强度为IHKL 。 I0 = IHKL +I透
A晶粒：所有晶面均不产生衍射。透射束强度近似 等于入射束I0
② 在物镜背焦面上加一光阑，挡住B晶粒的衍射束，
4. 影响质量衬度的因素 a. TEM物镜光栏孔径
孔径较大,将有较多的散射电子进入物镜光阑
参与成像，图像在总体上亮度增加，但却使散射和 非散射区域衬度降低。 b. 加速电压 由rn=Ze/Uα可知，U较低时，散射角和散射截 面增大，较多的电子被散射到光栏孔外，使衬度提 高，但亮度降低。
第二部分 晶体薄膜衍衬成像分析
（二）. 二级复型（塑料-碳二级复型）
1. 制作方法（见下图）
a. 首先制作塑料中间复型（图a）。
b. 将塑料中间复型剥下后,在塑料中间复型上进行
碳复型（图b）。
为了增加衬度可在倾斜15°~45°的方向 上喷镀一层重金属,如Cr、Au等（称为投影）， 可在一次复型上先投影后喷镀C膜，也可先喷镀 后投影。
其中： Z——原子核电荷 U——入射电子加速电压 rn——瞄准距离（电子运动方向与原子 核的垂直距离） 由公式可见： 原子核电荷Z↑，α↑； 加速电压U↑，电子运动能量增大，α↓； 瞄准距离rn ↑，电子越靠近原子核，α↑； 由此可见，凡离原子核为rn距离的电子均被散 射到α角方向，所以，当入射电子与原子核之间距离 小于rn时，则被散射到大于α角度的方向上。
⑵ 复型材料的粒子尺寸必须很小
⑶ 复型材料应具备耐电子轰击的性能
3. 常用复型材料
真空蒸发形成的碳膜 通过浇铸蒸发形成的塑料膜
第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析
电火花线切割法 方法：样品作阳极、金 属丝作阴极，两极保 持微小距离，利用电 火花放电切割。 特点：薄片厚可小于 0.5mm,损伤层浅。
2、预减薄 方法：机械减薄、化学减薄 机械减薄：对金属、非金属均适用； 化学减薄：仅适用于金属；
1）机械法 方法：手工研磨（经验、感觉很重要） 将样品一面用粘接剂粘在样品座表 面，在水砂纸磨盘上进行研磨减薄； 到一定程度时，溶化粘接剂，翻面再 研磨； 特点：厚度通常为100μm； 表面留有机械硬化层；
（二）明场像与暗场像 双光束条件：晶体衍射时，通常有多 组晶面满足布拉格条件，在物镜背焦面形 成多个衍射斑点；若转动晶体使某一晶面 组（hkl）精确满足布拉格条件，而其它晶 面组都偏离较多，此时所得衍射谱除中心 有一个很亮的透射斑之外，还有一个很亮 的（hkl）衍射斑，而其它衍射斑都很弱， 这种衍射条件称“双光束条件”。
b)中心暗场像 （CDF）
明场与中心暗场对比
衬度特征： 明场像与暗场像衬度互补； 暗场像衬度高于明场像；
消光距离：动力学相互作用的结果，使I0 和 Ig晶体深度方向上发生周期性振荡，振 荡的深度周期即消光距离。
四、衍衬运动学简介
衍衬理论： 衍衬运动学：衍衬动力学的简化，不考 虑透射束、衍射束的相互作用； 衍衬动力学：考虑透射束、衍射束的相 互作用，较精确，但数学推导复杂。
第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析
一、薄膜样品的制备方法 二、衍射衬度成像原理 三、消光距离 四、衍衬运动学
回顾一
1、电子衍射基本原理 （与X射线衍射相比有何特点？） 2、透射电镜中的电子衍射 （两种操作：衍射操作与成像操作分别如何 进行？） 3、晶体电子衍射花样的标定 （基本程序？）
衍衬成像原理
入射束强度I0
B
A
2θB
物镜 000 hkl 光阑
像平面
IA=0
IB=Ihkl
中心暗场像
把入射电子束方向倾斜2θB， 使B晶粒的hkl晶面仍处于强烈 衍射的位向，而物镜光阑仍在 中心光轴位置。这种成像方法 叫中心暗场成像（CDF）。 此时只有B晶粒的hkl衍射束通 过光阑，透射束被挡掉。 以B晶粒亮度作为背景亮度， A晶粒的衬度为：
非晶态复型样品是依据“质厚衬度”原理成像的，而 晶体薄膜样品的厚度大致均匀，并且平均原子序数也 无差别，因此不可能利用质厚衬度原理成像。 晶体试样在进行电镜观察时，由于各处晶体取向不同 和(或)晶体结构不同，满足布拉格条件的程度不同， 使得对应试样下表面处有不同的衍射效果，从而在下 表面形成一个随位置而异的衍射振幅分布，这样形成 的衬度，称为衍射衬度，简称“衍衬”。
2θB
I0
B
A
物镜
hkl
000
光阑
I hkl 0 IB I A I 1 像平面 IB I hkl I A
IA=0
IB=Ihkl
明暗场像比较
在理想的双光束条件下，明暗场像强度是互补的。也 就是在明场下亮的衬度，在暗场下应该是暗的，反之 亦然。
明场像衬度
I hkl I I0 I B 1
A
双光束条件
如忽略吸收强度和其它 较弱的衍射束，则强度 为I0的入射束在B晶粒区 域内将分成强度为Ihkl的 衍射束和强度为I0-Ihkl的 透射束。 A晶粒区域内只有透射 束，没有衍射束，同样 ，忽略吸收强度，透射 束的强度约为I0。
入射束强度I0
衍射衬度成像原理
衍射衬度成像原理衬度成像是一种重要的光学成像技术，它利用衍射原理实现对微小结构的高分辨率成像。
衬度成像原理的核心是衍射现象，通过对衍射的控制和利用，可以实现对微小结构的清晰成像和表征。
本文将介绍衍射衬度成像的基本原理、应用和发展趋势。
衍射是光波在遇到障碍物时发生的偏折和干涉现象。
当光波通过一个孔径较小的障碍物时，会发生衍射现象，形成衍射图样。
衍射图样的特点是具有明暗相间的条纹，这些条纹的分布和形状可以反映出障碍物的形状和尺寸。
利用这一特性，可以实现对微小结构的成像和分析。
衬度成像是利用衍射原理进行成像的一种技术。
在衬度成像系统中，样品被照射到一束平行光下，光波通过样品后形成衍射图样，再通过光学系统进行放大和记录。
通过对衍射图样的分析和处理，可以得到样品的形貌和结构信息。
衬度成像技术具有高分辨率、非接触、无损伤等优点，适用于对微小结构的表征和分析。
衬度成像技术在材料科学、生物医学、纳米技术等领域具有重要的应用价值。
在材料科学中，衬度成像可以用于对金属、半导体、陶瓷等材料的晶体结构和缺陷进行表征。
在生物医学领域，衬度成像可以用于对细胞、组织等生物样品的形貌和结构进行观测和分析。
在纳米技术领域，衬度成像可以用于对纳米材料和纳米结构的成像和测量。
随着科学技术的不断发展，衬度成像技术也在不断创新和完善。
目前，衬度成像技术已经实现了对纳米尺度结构的成像，具有更高的分辨率和灵敏度。
同时，衬度成像技术也在结合其他成像技术，如原子力显微镜、透射电子显微镜等，实现了多模式成像和综合表征。
未来，随着光学技术、信号处理技术的不断进步，衬度成像技术将会在更多领域得到应用，并发展出更多新的成像模式和技术手段。
总的来说，衍射衬度成像原理是一种重要的光学成像技术，它利用衍射原理实现对微小结构的高分辨率成像。
衬度成像技术具有广泛的应用前景，可以用于材料科学、生物医学、纳米技术等领域的研究和应用。
随着科学技术的不断进步，衬度成像技术也在不断创新和完善，将会为科学研究和工程技术提供更多有力的支持。
第10章衍衬成像
二、直接样品的制备 1．初减薄
—由块状样品制备厚度约100-200μm的薄片； 塑性材料 —电火花线切割法或轧制法。 脆性材料—刀片将其沿解理面解理，直至达到对电子透明的程度。
如要使薄片不与解理面平行，可采用金刚锯。 2．圆片切取
—从薄片上切取φ3mm的圆片 塑性材料—采用特制的小型冲床； 脆性材料—采用电火花切割、超声波钻和研磨钻。 3．预减薄 —从圆片的一侧或两则将圆片中心区域减薄至数μm 采用专用的机械研磨机。 4．终减薄 ——电解抛光和离子轰击至100-200nm 。
2.粉末样品制备
随着材料科学的发展，超细粉体及纳 米材料发展很快，而粉末的颗粒尺寸 大小、尺寸分布及形态对最终制成材 料的性能有显著影响，因此，如何用 透射电镜来观察超细粉末的尺寸和形 态便成了电子显微分析的一项重要内 容。
其关键工作是是粉末样品的制备，样 品制备的关键是如何将超细粉的颗粒 分散开来，各自独立而不团聚。
但塑料一级复型因其塑料分子较大，分辨 率较低；塑料一级复型在电子束照射下易 发生分解和破裂。
一级复型法
碳一级复型是直接把表面清洁的金相样品放入 真空镀膜装置中，在垂直方向上向样品表面蒸 镀一层厚度为数十纳米的碳膜。
把喷有碳膜的样品用小刀划成对角线小于3mm 的小方块，然后把样品放入配好的分离液中进 行电解或化学分离。碳膜剥离后也必须清洗， 然后才能进行观察分析。
像衬度成像原理
衬度是指在荧光屏 或照相底片上，眼 睛能观察到的光强 度或感光度的差别。
衬度：明暗程度
像衬度成像原理
透射电镜的像衬度来源于样品对入射电子束的散射。 分两种基本类型：
质厚衬度 衍射衬度 1. 非晶样品质厚衬度成像 非晶（复型）样品电子显微图像衬度是由于样品不同微 区间存在原子序数或厚度的差异而形成的，即质厚衬度。
第六章 晶体薄膜衍衬成像分析
a:明场像, b:暗场像，c：电子衍射像 明场像与暗场像图象衬度互补
§11-4 消光距离
消光距离：振荡的 深度周期
d－晶面间距 n－原子面上单位面积内所 含晶胞数
θ－布拉格角
Fg－结构因子
§11-5 衍衬象运动理论的基本假设
从上节已知，衍衬衬度与布拉格衍射有关， 衍射衬度的反差，实际上就是衍射强度的反映。 因此，计算衬度实质就是计算衍射强度。它是 非常复杂的。为了简化，需做必要的假定。由 于这些假设，运动学所得的结果在应用上受到 一定的限制。但由于假设比较接近于实际，所 建立的运动学理论基本上能够说明衍衬像所反 映的晶体内部结构实质，有很大的实用价值。
对于层错区域，晶体柱在m位置（相当于t1深 度）发生α= -2 π/3的位向角突变，所以下部分 晶体厚度元的散射波振幅将在第一个以O2为圆 心的圆周上移动到θ′，其半径仍为（2 πs)-1,于 是它的合成振幅A ′(t) = A(t1) + A ′(t2)。 从圆面看出虽然︳A(t) ︱= ︳ A′(t) ︱,但A ′(t) ≠ A(t),此时存在衬度差别. 如果t1=n/s, A ′(t) = A(t)亮度与无层错区域相同. 如果t1=(n+1/2)/s,则A ′(t)为最大或最小,可能大 于,也可能小于A(t).但肯定不等于A(t).基于上面
另一侧,说明其衬度本质上是由位错附近的点阵畸 变所产生的,叫做“应变场衬度”. 而且,由于附 近的偏差S′随离开位错中心的距离而逐渐变化, 使位错线像总是有一定的宽度(一般在30~100Å 左右).尽管严格来说,位错是一条几何意义上的 线,但用来观察位错的电子显微镜却并不必须具 有极高的分辨本领.通常,位错线像偏离实际位 置的距离也与像的宽度在同一数量级范围内. 对于位错衬度的上述特征,运动学理论给出了 很好的定性解释.
第四章 衍衬成像
入射电子受原子强烈的散射作用，因而必须考虑透射波和衍 射波的相互作用。 下面分析简单双光束条件下，入射波只被激发成为透射波和 的散射作用，因而必须考虑透射波和 衍射波的情况下，两支波之间的相互作用。 由于透射波和衍射波强烈的动 力学相互作用结果，使I0和Ig 在晶体深度方向上发生周期性 的振荡，此振荡的深度周期叫 消光距离，记作g。 “消光”的意义指的是，尽 管满足衍射条件，但由于动力 学相互作用而在晶体一定深度 处衍射波的实际强度为0。
忽略电子束在晶内的多次反射和吸收
双光束近似：
I0 I g IT 1
柱体近似： 试样下表面某点所产生的衍射束强度近似为以 该点为中心的一个小柱体衍射束的强度，柱体 与柱体间互不干扰。
柱体近似
可将试样看作许多晶柱平行排列组成的散射体，如 下图所示。
晶柱底面上的强度只代 表一个晶柱内晶体结构 的情况。 这种把薄晶体下表面上 每点的衬度和晶柱结构 对应起来的处理方法称 为柱体近似
4.5.4 缺陷晶体的衍射强度
非理想晶体
实际晶体并非完全理想的，或多或少存在着不完整性，主要 包括： 由于取向关系改变（例如晶界、孪晶界、沉淀物与基体界 面）引起的不完整性； 晶体缺陷（例如点缺陷、线缺陷、面缺陷及体缺陷）引起 的弹性位移； 相变引起的晶体不完整性。它又有以下几种情况：
成分改变而组织不变（如Spinodals）;
的某
变的
g
t
0
，见图
完整晶体的衍射振幅
g
i
生位
g
t
0
exp( 2 isz ) d z
射的情
2 g R 2 N
电子显微分析5-衍衬成像
i.Ig随s变化的关系曲线如下图所示，反映了倒易空间中衍 射强度的变化规律。
∵ 时，Ig很小 因此，±1/t的范围作为偏离Bragg条件后产生衍射 强度的界限，即为倒易杆的长度
Ig随s的变化类似于将薄晶体稍加弯曲发生弹性变形的情况， 因此，也叫弯曲消光条纹，或等倾条纹，见下图
4.5.4 缺陷晶体的衍射强度 晶体中存在缺陷时，会使缺陷附近的某个区域内的点阵产 生畸变，这种畸变的大小和方向可用位移矢量 R 表示，见图。
式中 ——为无量纲数，表示在动力学条件下，晶体偏离布拉格条件 的程度。 4.6.3 非完整晶体的动力学方程 与运动学理论一样，在方程中引入了一个位相因子（即位移矢 量R）
ξ0 类似于消光距离 ξg的一个参量 F0—为单位晶胞对电子波沿原传播方向散射时的结构振幅 V0 —单胞体积，θ—布拉格角，λ—电子波长 。
可知，当S→0，
如果样品比较厚，以致于 将导致 即衍射束的强度超过入射束的强度，这个结论显然是错误的。 2) 满足运动学理论样品的厚度要求很小 但是，运动学理论要求 表明样品厚度应满足
假定 是合理的，则应有 而ξg一般在300～1000Å，因此要满足运动学理论样品的厚度至 少应在100～300Å以下，要得到这样薄的样品是非常困难的。也 就是说，运动学理论只适用于极薄的样品。
4.5.2 完整晶体的衍射强度 • 设入射波振幅 或I0=1 • 样品晶厚度为t • 如右图选取小柱体和厚度元，且厚度元位置矢量为r • 偏移参数量为s，且取s>0，其爱互尔德球作图如图(b)所示
下面计算厚度为t的晶柱OA所产生的衍射强度。首先需要计算 晶柱OA下表面处的衍射波振幅Φg，由此可求得衍射强度。 若设最大振幅为1，平行于表面的平面间距为d，则厚度元dz内 有dz/d层原子。 根据Fresnel分带法可求出每层点阵面的散射振幅为
第五章 电子衍射衬度成像
当一个电子与一个孤立的核外电子发生散射作用时，由于两者质量 相等，散射过程不仅使入射电子改变运动方向，还发生能量变化，这种 散射叫做非弹性散射。散射角可由下式来定；
e α
Ur e
或
re
e Uα
(5.2)
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5.1.1 质厚衬度成像原理
一个原子序数为Z的原子有Z个核外电子。因此，一个孤立原子 把电子散射到α以外的散射截面，用σ0来表示，等于原子核弹性散射 截面σn和所有核外电子非单性散射截面Z σe之和，即 σ0 = σn + Z σe 。原 子序数越大，产生弹性散射的比例（ σn /Zσe =Z ）就越大。弹性散射 是透射电子显微成像的基础；而非弹性散射引起的色差将使背景强度 增高，图像衬度降低。
5.3衍衬动力学理论(波动光学方程)
5.3.1 电子的散射及其交互作用
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5.3.2完整晶体衍衬动力学方程
第五章 电子衍射衬度成像
5.3.3 完整晶体的动力学方程的解 5.3.4 厚度消光和弯曲消光 5.3.5 反常吸收效应 5.3.6 缺陷晶体衍衬动力学方程及其应用 5.3.7缺陷晶体衍衬像的计算机模拟及其应用
I IBIA1IA
IB
IB
IB
(5.11)
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5.1.1 质厚衬度成像原理
因为 IAI0eQAtA
所以
IBI0eQBtB
I 1e(QAtAQBtB) IB
(5.12)
这说明不同区域的Qt值差别越大，复型的图像衬度越高。倘若复
型是同种材料制成的，如图5.2(a)所示，则QA = QB = Q，那么上式可简
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5.1.2 衍射衬度成像的原理
第十章 晶体薄膜衍衬成像分析
第十章晶体薄膜衍衬成像分析
1.什么是衍射衬度？它与质厚衬度有什么区别？
答：由于样品中不同位相的衍射条件不同而造成的衬度差别叫衍射衬度。
它与质厚衬度的区别：
（1）、质厚衬度是建立在原子对电子散射的理论基础上的，而衍射衬度则是利用电子通过不同位相晶粒是的衍射成像原理而获得的衬度，利用了布拉格衍射角。
（2）质厚衬度利用样品薄膜厚度的差别和平均原子序数的差别来获得衬度，而衍射衬度则是利用不同晶粒的警惕学位相不同来获得衬度。
（3）质厚衬度应用于非晶体复型样品成像中，而衍射衬度则应用于晶体薄膜样品成像中。
2.画图说明衍衬成像原理，并说明什么是明场像，暗场像和中心暗场像
明场像：让透射束透过物镜光阑而把衍射束当掉的图像。
暗场像：移动物镜光阑的位置，使其光阑孔套住hkl斑点把透射束当掉得到的图像。
中心暗场像：当晶粒的hkl衍射束正好通过光阑孔而投射束被当掉所得到的图像。
3.什么是消光距离？影响晶体消光距离的主要物性参数和外界条件参数是什么？
消光距离:由于透射波和衍射波强烈的动力学相互作用结果，使I0和I g在晶体深度方向上发生周期性的振荡，此振荡的深度周期叫消光距离。
影响因素:晶胞体积,结构因子,Bragg角,电子波长
4.衍衬运动学的基本假设及意义是什么？怎样做才能满足或接近基本假设？
5.举例说明理想晶体衍衬运动学基本方程在解释衍衬图像中的应用。
重点掌握等厚条纹与等倾条纹的出现机理及对应烟尘强度公式、形貌的区别。
9 衍衬成像
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本章难点: 本章难点
第九章 晶体薄膜衍衬成像
§9-1 概述 • 如何提高电子显微镜的分辨率？？？
采用复型技术可以提高到几个纳米左右； 复型颗粒影响、不能对内部组织进行观察。
第九章 晶体薄膜衍衬成像
复型：样品表面形貌的复制，其原理与侦破案件时用 石膏复制罪犯鞋底花纹相似，这是一种间接的分析方 法，通过复型制备出来的样品是真实样品表面形貌组 织结构细节的薄膜复制品。 复型材料应具备的条件： 复型材料本身必须是非晶态材料； 复型材料的粒子尺寸必须很小； 复型材料应具备耐电子轰击的性能。
第九章 晶体薄膜衍衬成像
质厚衬度原理是建立在非晶体样品中原子对入射 电子的散射和投射电子显微镜小孔径角成像基础 上的成像原理，是解释非晶态样品电子显微图像 衬度的理论依据。
第九章 晶体薄膜衍衬成像
§ 9-2 薄膜制备 • 薄膜制备的基本要求？？？
薄膜样品的组织结构必须和大块样品相同，在制 备过程中，组织结构不发生变化； 样品相对于电子束而言必须有足够的透明度； 薄膜样品应有一定强度和刚度； 在制备过程中不允许表面产生氧化和腐蚀。
现代材料微观分析方法
材料科学与工程学院 罗 勇 sulyflying@ 材料学院 A411
第九章衍衬成像ຫໍສະໝຸດ 第九章 晶体薄膜衍衬成像本章主要学习的内容: 本章主要学习的内容
1.衍衬成像原理 衍衬成像原理
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第九章 晶体薄膜衍衬成像
• 本章重点: 本章重点
1.衍衬成像原理 衍衬成像原理 2.明暗场衬度 明暗场衬度
第九章 晶体薄膜衍衬成像
中心暗场像(CDF)：入射电子束相对衍射晶面 一定角度，物镜光阑仍在光轴位置，此时衍射斑 将移到透镜的中心位置，该衍射束通过物镜光栏 形成的衍衬像称为中心暗场像，中心暗场成像比 普通暗场成像清晰。
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第九章 晶体薄膜衍衬成像
质厚衬度原理是建立在非晶体样品中原子对入射 电子的散射和投射电子显微镜小孔径角成像基础 上的成像原理，是解释非晶态样品电子显微图像 衬度的理论依据。
第九章 晶体薄膜衍衬成像
§ 9-2 薄膜制备 • 薄膜制备的基本要求？？？
➢薄膜样品的组织结构必须和大块样品相同，在制 备过程中，组织结构不发生变化；
第九章 晶体薄膜衍衬成像
复型：样品表面形貌的复制，其原理与侦破案件时用 石膏复制罪犯鞋底花纹相似，这是一种间接的分析方 法，通过复型制备出来的样品是真实样品表面形貌组 织结构细节的薄膜复制品。 复型材料应具备的条件： ➢复型材料本身必须是非晶态材料； ➢复型材料的粒子尺寸必须很小； ➢复型材料应具备耐电子轰击的性能。
➢样品相对于电子束而言必须有足够的透明度； ➢薄膜样品应有一定强度和刚度； ➢在制备过程中不允许表面产生氧化和腐蚀。
第九章 晶体薄膜衍衬成像
• 工艺过程
➢切割0.3-0.5 mm厚的薄片（电火花切割）； ➢样品的预先减薄：机械法和化学法； ➢最终减薄：双喷电解抛光法。
第九章 晶体薄膜衍衬成像
§ 9-3 衍衬成像原理
第九章
衍衬成像
第九章 晶体薄膜衍衬成像
• 本章主要学习的内容:
1.衍衬成像原理
第九章 晶体薄膜衍衬成像
• 本章重点:
1.衍衬成像原理 2.明暗场衬度
• 本章难点:
第九章 晶体薄膜衍衬成像
§9-1 概述 • 如何提高电子显微镜的分辨率？？？
➢采用复型技术可以提高到几个纳米左右； ➢复型颗粒影响、不能对内部组织进行观察。
第九章 晶体薄膜衍衬成像
明场像
暗场像
中心暗场像
第九章 晶体薄膜衍衬成像
➢ 明场像（BF）：让投射束通过物镜光阑而把衍 射束挡掉得到的图像衬度叫做明场成像，所得 到的像叫明场像；
➢ 暗场像（DF）：用物镜光栏挡住透射束及其余 衍射束，只让一束强衍射束通过光栏参与成像 的方法，称为暗场成像， 得到暗场像；
• 在透射电子显微镜下观察晶体薄膜样品所获得的图 像，其衬度特征与该晶体材料同入射电子束交互作 用产生的电子衍射现象直接有关，此种衬度被称为 衍射衬度，简称“衍衬”。
• 由于样品中不同位向的晶体的衍射条件不同而造成 的衬度差别叫衍射衬度；
第九章 晶薄膜衍衬成像
• 衍射衬度成像：由于晶体试样结构振幅不同和满 足布拉格条件的程度不同使得透射电子束强度发 生变化，透射到荧光屏上的强度是不均匀的，这 种强度的不均匀所获得的电子像称为衍射衬度成 像.
第九章 晶体薄膜衍衬成像
➢中心暗场像(CDF)：入射电子束相对衍射晶面 一定角度，物镜光阑仍在光轴位置，此时衍射斑 将移到透镜的中心位置，该衍射束通过物镜光栏 形成的衍衬像称为中心暗场像，中心暗场成像比 普通暗场成像清晰。