北航材料微结构及测试课件-a18
北航材料现代分析测试方法王富耻课件
北航材料现代分析测试方法王富耻课件材料现代分析测试方法习题答案第一章1. X射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么？2. 分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？（1）用CuKαX射线激发CuKα荧光辐射；（2）用CuKβX射线激发CuKα荧光辐射；（3）用CuKαX 射线激发CuLα荧光辐射。
3. 什么叫“相干散射”、“非相干散射”、“荧光辐射”、“吸收限”、“俄歇效应”、“发射谱”、“吸收谱”？4. X射线的本质是什么？它与可见光、紫外线等电磁波的主要区别何在？用哪些物理量描述它？5. 产生X射线需具备什么条件？6. Ⅹ射线具有波粒二象性，其微粒性和波动性分别表现在哪些现象中？7. 计算当管电压为50 kv时，电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大动能。
8. 特征X射线与荧光X射线的产生机理有何异同？某物质的K 系荧光X射线波长是否等于它的K系特征X射线波长？9. 连续谱是怎样产生的？其短波限?0?限?k?hceVkhceV1.24?10V3与某物质的吸收1.24?10Vk3有何不同（V和VK以kv为单位）？10. Ⅹ射线与物质有哪些相互作用？规律如何？对x射线分析有何影响？反冲电子、光电子和俄歇电子有何不同？11. 试计算当管压为50kv时，Ⅹ射线管中电子击靶时的速度和动能，以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大能量是多少？12. 为什么会出现吸收限？K吸收限为什么只有一个而L吸收限有三个？当激发X系荧光Ⅹ射线时，能否伴生L系？当L系激发时能否伴生K系？13. 已知钼的λKα＝0.71?，铁的λKα＝1.93?及钴的λKα＝1.79?，试求光子的频率和能量。
试计算钼的K激发电压，已知钼的λK＝0.619?。
已知钴的K激发电压VK＝7.71kv，试求其λK。
14. X射线实验室用防护铅屏厚度通常至少为lmm，试计算这种铅屏对CuKα、MoKα辐射的透射系数各为多少？15. 如果用1mm厚的铅作防护屏，试求CrKα和MoKα的穿透系数。
北航材料微结构及测试课件-a04
物质：气态，液态，固态 固态物质：晶体，非晶体
晶体：原子在空间呈有规则地周期性重复排列； 非晶体：原子无规则排列。
石英晶体
非晶体
非晶体(石英玻璃)： 没有规 则的外形，各向同性，没有 固定的熔点。
晶体中原子排列的作用
原子排列
组织 性能
研究固态物质的内部结构，即原子排列和分布规律是 了解掌握材料性能的基础，才能从内部找到改善和发 展新材料的途径。
Y X
• 立方晶系中，晶面族{111}表示正八面体的面； • 立方晶系中，晶面族{110}表示正十二面体的面；
Z
Y X
画出晶面 （321）
r c r a
r b
（200）、（333）等是否存在？
具有公因子的晶面不存在
在体心点阵上画出晶面 （200）
r c r a
r b
（100） 、 （111） ，（220）晶面是否存在？ 要求指数和为偶数; 选最低指数
[u v w]
晶带轴 [u v w]
u :v:w =
h1k1l1
k1 k2
l1
l2 l2
:
l1
h1 h2
:
h1 h2
k1 k2
(h3 k3 l3) (h2 k2 l2)
020
r c r a
r b
(130)
(110)
r a
r b
(200)
[0 0 1]
在面心点阵上画出晶面 （111），（200），（220）
r c r a
r b
（100），（110）， （222）晶面是否存在？ 同奇同偶
六方晶系指数
六方晶系的晶向指数和 晶面指数同样可以应用 上述方法标定，这时取 a1，a2，c为晶轴，而a1 轴与a2轴的夹角为120 度，c轴与a1，a2轴相垂 直。但这种方法标定的 晶面指数和晶向指数， 不能显示六方晶系的对 称性，同类型 晶面和晶 向，其指数却不相雷 同，往往看不出他们的 等同关系。
第八章 北航 材料力学 全部课件 习题答案
8-18 构件表层一点处的应力如图 a 所示，为了测量应力，在该点沿 0°，45°与 90°
粘贴三个应变片，幷测得相应正应变依次为 0 , 45 与 90 （图 b） 。已知材料的弹性模量为 E， 泊松比为，试根据上述测试应变值，确定该点处的正应力x，y 与切应力x。
题 8-18 图 解：当45°与45°时，相应截面的正应力为 5 x y x y cos90 sin 90 x y 2 2 2 x y x y x y 5 cos(90 ) sin(90 ) 2 2 2 根据广义胡克定律，45°方位的正应变则为
1 ( y x ) E 联立求解式（a） ， （b）与（c） ，于是得
σ (
30 10 20sin 90 )MPa 40.0MPa 2 30 10 τ ( sin 90 )MPa 10.0MPa 2
(b)解：由题图所示应力状态可知，
σ x 30MPa，σ y 10MPa，τ x 20MPa，α 22.5
由此可得指定斜截面上的正应力和切应力分别为
Fs F 20kN， | M | Fa 201kN m 20kN m
微体 A，B 和 C 的应力状态依次如图 8-9 a,b 和 c 所示。
图 8-9 对于图 a 所示应力状态，其正应力为
3
σA
|M | 6 20 103 N 6.00 107 Pa 60.0MPa 2 2 Wz 0.050 0.200 m
7
100 80 100 80 cos(120 ) 50sin(120 )( MPa) 128.3 MPa 2 2 根据广义胡克定律，得 30° 的正应变为
北航材料微结构及测试课件-a13
1800不唯一性
• 尽管实际晶体沿电子束入射方向可能并没 有二次旋转对称性。但沿相反的方向入射 电子束能得到相同的电子衍射图； • 出现这种不唯一性的原因是电子衍射图本 身附加了一个二次旋转对称； • 实际晶体沿电子束方向具有二次旋转对 称，两套标定指数是完全等价的，无需区 别它们 。
消除1800不唯一性的方法
• La4Cu3MoO12晶体结构的电子衍射测定； • 重构三种倒易点阵
30o 重构得到的倒易点阵 平面为六角形，说明 正空间的点阵结构可 能是六角晶系，也可 能是立方晶系。 原因：有漏掉的衍射， 110不是最短的倒易 矢量。
30o
{100}/{110} {110}/{112}
La4Cu3MoO12
高级劳厄衍射
• 电子衍射图中衍射斑点的指数hkl应满足晶 带定律（hu+kv+lw=0），但是在单晶的电 子衍射图中有时也能观察到一些不满足晶 带定律的衍射斑点 • 反射球有限大的半径导致球面除了与通过 原点的倒易面相交外，还可能与平行的其 它倒易面相交，从而产生另外一套或几套 衍射斑点-高级劳厄衍射 • 高级劳厄衍射斑点满足hu+kv+lw=N
《材料微结构及测试》
第四章 衍射基础 4.7.5 电子衍射图的标定
第13节
4.7.5 电子衍射图的标定
• 每一个衍射电 子束对应一个 晶面族，对电 子衍射图的指 标化就是将产 生每一个衍射 电子束对应的 晶面指数找出 来。
倒易点阵面的确定
• 倒易点阵平面上的任何阵点为任意两个不 平行的初级倒易矢量之和。 • 矢量的加法律，整个倒易面上的所有阵点 间的平移关系都由下式确定
200
022
000
111 022
整套课件：材料现代研究方法(北京航空航天大学)精选全文完整版
意义是指由晶胞原点指向原子的矢量ｒ, 用单位 矢量 a, b , c 表达,即
r xa yb zc
晶向指数与晶面指数
为了更精确地研究晶体的结构,需要用一种符号来 表示晶体中的平面和方向(即晶面和晶向)。
点阵中穿过若干结点的直线方向称为晶向 确定晶向指数的步骤如下： 1.过原点作一平行于该晶向的直线； 2.求出该直线上任一点的坐标(以a.b.c为单位)； 3.把这三个坐标值比化为最小整数比,如u:v:w； 4.将所得的指数括以方括号[uvw]。
点阵与晶体结构
阵点(几何点代替结构单元)和点阵(阵点的分布总体) 注意与晶体结构(=点阵+结构单元)的区别。
点阵与晶体结构
Steps to reach lattice 1, determine the basic unit 2, regard the unit as a point 3, the geometry of the points = lattice
13.六方(P); 14.菱方(R)
二、晶体结构的对称性
对称是指物体相同部分作有规律的重复。
对称的物体是由两个或两个以上的等同部分组成, 通过一定的对称操作后,各等同部分调换位置,整个 物体恢复原状,分辨不出操作前后的差别。
对称操作指不改变等同部分内部任何两点间的距离, 而使物体中各等同部分调换位置后能够恢复原状的 操作。
点阵与晶体结构
c
g-Fe, fcc
b a
c
Cu3Au, simple cubic
a
b
14种空间点阵(Bravais点阵)
根据晶体的对称特点,可分为7个晶系：
1) 三斜晶系(triclinic 或anorthic) a≠b≠c；α≠β≠γ≠90˚。
第四章北航的材料力学全部课件习题答案
第四章 扭 转4-5 一受扭薄壁圆管，外径D = 42mm ，内径d = 40mm ，扭力偶矩M = 500N •m ，切变模量G =75GPa 。
试计算圆管横截面与纵截面上的扭转切应力，并计算管表面纵线的倾斜角。
解：该薄壁圆管的平均半径和壁厚依次为mm 122 mm 5.20)22(210=-==+=d D d D R δ，于是，该圆管横截面上的扭转切应力为189.4MPa Pa 10894.1m001.00.02052πN 500π282220=⨯=⨯⨯==δτR T 依据切应力互等定理，纵截面上的扭转切应力为 MPa 4.189=='ττ 该圆管表面纵线的倾斜角为rad 102.53rad 1075104.189396-⨯=⨯⨯==G τγ 4-7 试证明，在线弹性范围内，且当R 0/δ≥10时，薄壁圆管的扭转切应力公式的最大误差不超过4.53%。
解：薄壁圆管的扭转切应力公式为δR Tτ20π2=设βδR =/0，按上述公式计算的扭转切应力为3220π2π2δβTδR T τ== (a)按照一般空心圆轴考虑，轴的内、外直径分别为 δR D δR d +=-=002 2，极惯性矩为 )4(2π])2()2[(32π)(32π2200404044p δR δR δR δR d D I +=--+=-=由此得)14(π)12()2()4(π)2(23022000p max ++=++=+=ββδβδδδT R R R TδR I T τ (b)比较式(a)与式(b)，得)12(214)12()14(ππ222332max++=++⋅=ββββββδδβT Tττ 当100==δβR 时，9548.0)1102(10211042max=+⨯⨯⨯+⨯=ττ可见，当10/0≥δR 时，按薄壁圆管的扭转切应力公式计算τ的最大误差不超过4.53％。
4-8 图a 所示受扭圆截面轴，材料的γτ-曲线如图b 所示，并可用mC /1γτ=表示，式中的C 与m 为由试验测定的已知常数。
北航材料力学课件-第二章 轴向拉压应力与材料的力学性能
§2-6 应力集中概念
一、应力集中
思考：A－A截面上的正应力？
F
A
F
s
＝
n
(b
F d
)
sn －名义应力
b：板宽 d：孔径 ：板厚
A
实际应力与应力集中因数
A
F
s max
s max
A
K s max sn
smax－最大局部应力 K －应力集中因数
Page45
第二章 轴向拉压应力与材料的力学性能
应力集中系数 K （查表）
2. 假设：横截面上各点处仅存在正应力，并沿截面均匀分布。
3. 横截面正应力公式
s FN
A
s ——正应力；A ——杆件横截面面积； FN ——轴力。
符号规定：拉应力为正，压应力为负。
4. 实验验证：如光弹试验
Page13
第二章 轴向拉压应力与材料的力学性能
例：求下列杆件横截面上的应力。 q
(1)解： 计算内力（轴力）
力作用于杆端的分布方式，只影响杆端局部范围的应力分布，
影响区的轴向范围约离杆端1～2个杆的横向尺寸。
12 3
应力均匀
F
h
有 限
12 3 x
元
结
果
x=h/4
x=h/2
x=h
圣维南原理为材料力学公式的适用性提供了依据
Page19
第二章 轴向拉压应力与材料的力学性能
圣维南生平
圣维南( Saint-Venant, 1797～1886) ，
克定律）
Page 2
第二章 轴向拉压应力与材料的力学性能
第二章 轴向拉压应力与材料的力学性能
§2-1 引言 §2-2 轴力与轴力图 §2-3 拉压杆的应力与圣维南原理 §2-4 材料拉伸时的力学性能 §2-5 材料拉压力学性能的进一步研究 §2-6 应力集中概念 §2-7 许用应力与强度条件 §2-8 连接部分的强度计算 §2-9 结构可靠性设计简介
第六章工程材料(北航)
6.3 材料的力学性能
材料的力学性能是零件设计、材 料选择及工艺评定的主要依据。
工程材料的常用力学性能包括： 强度、硬度、塑性、冲击韧度等。
6.3.1强度
是指在外力作用下材料抵抗塑性变形 和断裂的能力。
低碳钢的拉伸曲线
当材料受载荷作用时，单位面积上的内 力称为应力(σ)。即：σ=F/A0(MPa)
第六章 工程材料
版权所有, 1997 (c) Dale Carnegie & Associates, Inc.
前言
工程材料是构成机械的物质 基础。机械的性能取决于其使用 的材料.用于机械制造的材料有上 千种,要想在众多材料中作出正确 的选择。既能保证使用性能、便 于加工，经济性又好。只有了解 这些材料，认识这些材料。
σb=Fb/A0
式中：Fb -试样在断裂前的最大载荷(N)； A0 -试样原始横截面积(mm2 )。
6.3.2塑性
塑性是指在外力作用下材料产生永久变形而不被破坏的 能力。常用的塑性指标是伸长率(δ)和断面收缩率(Ψ)。 即：
δ = -----l·11l-00l00 ％； y =----·100％AA00-A1
40#、Q295, 40Cr, 20CrMnTi、T8 钢的碳含量和用途？
钢铁材料的编号方法（一）
• 普通碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服 点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分 组成。例：Q235 A·F
• 其中Q表示屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母； 235表示钢材厚度≤16mm时的屈服点值不小于 235MPa；A表示质量等级A、B、C、D四级中的A级， F表示沸腾钢。除此以外b表示半镇静钢，Z表示镇 静钢，TZ表示特殊镇静钢。
1.弹性极限σe
北航 材料力学 全部课件 习题答案
0.100
0.020 0.038182
2
0.010 0.1203 12
2 0.010 0.120 0.031822 ]m4 8.292106 m4
S z,max
0.09182 0.020 0.09182m3 2
8.431105 m3
Sz 0.100 0.020 0.03818m3 7.636105 m3
AB
b
bM EWz
0.29 0.094 20103 200109 185106
m
1.474105 m 0.01474mm
3．计算上半腹板 CD 的长度改变量
距中性轴 z 为 y1 的点，弯曲正应力的绝对值为
该处的横向应变为
σ( y1)
My1 Iz
（ y1 以向上为正）
由此可得线段 CD 的伸长量为
5
由附录 F 表 4 查得
并从而得
图 6-10
h 180mm， b 94mm, t 10.7mm I z 1660cm4， Wz 185cm3
h1 h/2 t 79.3mm。
2．计算顶边 AB 的长度改变量
顶边处有
由此可得 AB 边的伸长量为
σ
max
M Wz
ε μ ε μ σ max E
max
3F 2bh
在该截面上，弯曲正应力线性分布，最大弯曲压应力则为
c,max
6Fl bh2
在纵截面 AC 上，作用有均匀分布的切应力，其值为
3F 2bh
在横截面 CD 上，作用有合力为 F1=F/2 的剪切分布力。 2. 单元体的受力分析
根据上述分析，画单元体的受力如图 c 所示。图中，F2 代表横截面 AB 上由切应力构成的 剪切力，F3 代表该截面上由弯曲正应力构成的轴向合力，F4 则代表纵截面 AC 上由切应力构 成的剪切合力。
(06)北航材料力学第八章PPT课件
max
T WP
计算相当应力(塑性材料)：
r3 242
(M)2 4( T )2
Wz
2Wz
M2 T2 []
W
r4 232
M20.75T2 []
W
如果要考虑剪力的影响，如何处理？
对于非圆截面轴的弯扭组合问题如何处理？ERIALS
弯拉(压)扭组合(圆轴)：
y
1、弯拉扭组合；
o F
y
T1 F1 z
F2 T2
横截面的剪心
15
MECHANICS OF MATERIALS
§8-5 薄壁圆筒的强度与变形计算
受内压的薄壁圆筒:
p
p
δ D
t x
D——内直径 σx ——轴向正应力
δ——壁厚（ δD/20 ） σt——周向正应力
16
➢ 薄壁圆筒的轴向应力：
p
p
MECHANICS OF MATERIALS
max W TP
弯曲(对称弯曲)：
My
IZ
ma x W M Z
Q S z() I zb
m a2 3 x Q A (矩 ) 形 m a4 3 x Q A (圆 ) 形
4
MECHANICS OF MATERIALS
四、强度计算：将应力叠加，找出危险点，画出危险点
的应力状态，计算相当应力。
弯扭组合(圆轴)：
F1 y R1
R2 x F2
a/2
a
1、外力分析： 将各横向力向轴线简化， 根据平衡方程，求出各外载荷的大小
a
z y F1 M1
M2 x
F2y
F2z
Mx 0
F 1R 1 F 2 zR 2 F 2sin R 2
北航 材料力学实验考试讲义
实验一材料弹性常数E 、μ的测定——电测法测定弹性模量E 和泊松比μ预习要求：1、预习电测法的基本原理（见实验指导书P8~ P11）；2、设计本实验的组桥方案；3、拟定本实验的加载方案；4、设计本实验所需数据记录表格（见实验指导书P49~ P50）。
一、实验目的1.测量金属材料的弹性模量E 和泊松比μ；2.验证单向受力虎克定律；3.学习电测法的基本原理和电阻应变仪的基本操作。
二、实验仪器和设备1. 微机控制电子万能试验机；2. 电阻应变仪；3. 游标卡尺。
三、试件中碳钢矩形截面试件，名义尺寸为b ⨯t = (30⨯7.5)mm 2。
材料的屈服极限MPa s 360=σ。
四、实验原理和方法1、实验原理材料在比例极限内服从虎克定律，在单向受力状态下，应力与应变成正比：εσE =（1）上式中的比例系数E 称为材料的弹性模量。
由以上关系，可以得到：图二实验装置图图一试件示意图bP E A σεε==（2） 材料在比例极限内，横向应变ε'与纵向应变ε之比的绝对值为一常数：εεμ'=（3） 上式中的常数μ称为材料的横向变形系数或泊松比。
本实验采用增量法，即逐级加载，分别测量在各相同载荷增量∆P 作用下，产生的应变增量∆εi 。
于是式（2）和式（3）分别写为：ii A PE ε∆∆=0（4） ii i εεμ∆'∆=（5） 根据每级载荷得到的E i 和μi ，求平均值：n E E ni i∑==1（6）nni i∑==1μμ（7）以上即为实验所得材料的弹性模量和泊松比。
上式中n 为加载级数。
2、实验方法2.1电测法（相关内容见《材料力学Ⅱ》第15章的1~3节） 2.2加载方法——增量法与重复加载法增量法可以验证力与变形之间的线性关系，若各级载荷增量ΔP 相同，相应的应变增量∆ε也应大致相等，这就验证了虎克定律，如图三所示。
利用增量法，还可以判断实验过程是否正确。
若各次测出的应变不按线性规律变化，则说明实验过程存在问题，应进行检查。
北航材料力学实验讲义A
实验一 材料在轴向拉伸、压缩和扭转时的力学性能预习要求：1、预习教材中有关材料在拉伸、压缩、扭转时力学性能的内容；2、预习本实验内容及微控电子万能试验机的原理和使用方法；一、实验目的1、观察低碳钢在拉伸时的各种现象，并测定低碳钢在拉伸时的屈服极限s σ，强度极限b σ，延伸率δ和断面收缩率ψ；2、观察铸铁在轴向拉伸时的各种现象；3、观察低碳钢和铸铁在轴向压缩过程中的各种现象；4、观察低碳钢和铸铁在扭转时的各种现象；5、掌握微控电子万能试验机的操作方法。
二、实验设备与仪器1、微控电子万能试验机；2、扭转试验机；3、50T 微控电液伺服万能试验机；4、游标卡尺。
三、试件试验表明，试件的尺寸和形状对试验结果有影响。
为了便于比较各种材料的机械性能，国家标准中对试件的尺寸和形状有统一规定。
根据国家标准（GB6397—86），将金属拉伸比例试件的尺寸列表如下：试 件标距长度L 0横截面积 A 0 圆试件直径 d 0 表示延伸率的符号 比例/长短03.11A 或10d 0 任 意 任 意 δ10 065.5A 或5d 0任 意任 意δ5本实验的拉伸试件采用国家标准中规定的长比例试件（图一），试验段直径d 0=10mm ，标距l 0=100mm.。
本实验的压缩试件采用国家标准（GB7314-87）中规定的圆柱形试件h /d 0=2, d 0=15mm, h =30mm (图二)。
本实验的扭转试件按国家标准（GB6397-86）制做。
四、实验原理和方法（一）低碳钢的拉伸试验实验时，首先将试件安装在试验机的上、下夹头内，并在实验段的标记处安装引伸仪，以测量试验段的变形。
然后开动试验机，缓慢加载，同时，与试验机相联的微机会自动绘制出载荷—变形曲线（F —∆l 曲线，见图三）或应力—应变曲线（σ—ε曲线，见图四）。
随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：1、线性阶段在拉伸的初始阶段，σ—ε曲线为一直线，说明应力σ与应变ε成正比，即满足胡克定律。
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Signals
SEM的主要性能：
1，分辨率
二次电子和俄歇电子的分辨率高，特征X射线 调制成显微图像的分辨率最低。 电子束进入轻元素样品 电子束进入重元素样品 滴状作用体积 半球状作用体积
SEM的分辨率即二次电子相的分辨率 电子束进入重元素样品后，立即向横向扩 展，因此在分析重元素时，即使电子束的束 斑很细小，也不能达到较高的分辨率，此时 二次电子和背散射电子之间的分辨率的差距 明显变小。
Hitachi HD-2000 STEM
• Cold Cathode Field Emission Gun. • 200 keV, 0.5 nm spot size, 350 pA beam current. • Dark Field (Zcontrast), Bright Field, Secondary Electron Imaging. • Noran Vantage EDS System
(a) 30 kV x 2,500
(b) 5 kV x 2,500
Specimen: Toner 墨粉 When high accelerating voltage is used as at (a), it is hard to obtain the contrast of the specimen surface structure. Besides, the specimen surface is easily charged up. The surface microstructures are easily seen at (b).
HD-2000 FESTEM system
• Cold Cathode Field Emission Gun. • 200 keV, 0.5 nm spot size, 350 pA beam current. • Dark Field (Z contrast), Secondary Electron Imaging.
The first commercial scanning electron microscope
High Resolution Field Emission SEM
And now a look inside the SEM….
SEM-Scanning Electron Microscope (or microscopy) TEM- Transmission Electron Microscope AEM- Analytical Electron Microscope STEM- Scanning Transmission Electron Microscope EPMA-Electron Probe MicroAnalyzer SPM-Scanned Probe Microscope (STM, AFM) To see a VIRTUAL SEM, go to the following link: /primer/java/electronmicroscopy/magnify1/index.htm
Objective Lens•最终透镜 • 探针形成透镜 • 聚焦 • 强透镜: 需要冷却 • 必须允许安装： • 扫描线圈 • 象散矫正装置 • 最终光栏 • 非对称针孔透镜 • 锥形透镜 焦长 3 – 40 mm 允许大样品
S5200-UHR SEM
Third Generation UHR SEM
Limitations due to energy spread-Chromatic Aberration Example
Changing lens strength with lens current
SEM Condenser Lenses
SEM一般有三个聚光 镜，前两个是强磁透 镜，可把电子束光斑 缩小，第三个透镜是 弱磁透镜（物镜）， 具有较长的焦距。 布置物镜的目的：使 样品室和透镜之间留 有一定的空间，以便 装入各种信号探测 器。
影响SEM分辨率的三大因素：电子束的束斑大小，检测信号的 类型以及检测部位的原子序数
SEM分辨率的测定方 法： 在已知的放大倍数（一 般在10万倍）的条件 下，把在图像上测到的 最小间距除以放大倍数 所得数值就是分辨率。
2，放大倍数M
当入射电子束作光栅扫描时，若电子束在样品表面扫描的 幅度为As，相应地在荧光屏上阴极射线同步扫描的幅度是 Ac ，
(a) 5 kV x 36,000
(b) 25 kV x 36,000
Specimen: Evaporated Au particles. The image sharpness and resolution are better at the higher accelerating voltage, 25 kV.
M = Ac /As
荧光屏的尺寸固定不变，所以改变放大倍数只能通过改变 镜筒中电子束的扫描幅度。
加速电压对 SEM 像的影响
When theoretically considering the electron probe diameter alone, the higher the accelerating voltage, the smaller is the electron probe. However, there are some unnegligible demerits in increasing the accelerating voltage. They are mainly as follows: 1) Lack of detailed structures of specimen surfaces. 2) Remarkable edge effect. 3) Higher possibility of charge-up. 4) Higher possibility of specimen damage. In SEM, finer surface structure images can generally be obtained with lower accelerating voltages. At higher accelerating voltages, the beam penetration and diffusion area become larger, resulting in unnecessary signals (e.g., backscattered electrons) being generated from within the specimen. And these signals reduce the image contrast and veils fine surface structures. It is especially desirable to use low accelerating voltage for observation of low-concentration substances.
电子显微的一个粗略年表
1942：Zworykin. Hillier, 制成了第一台实验室用的扫描电镜 - 今天扫描电镜的全部基本原理 - 50 nm 分辨率 - 问题: 贵, 照相（曝光）时间长,电子干扰（噪声） 结论: SEM 不实用! 1948：C.W. Oatley, 剑桥大学
SEM 的历史
Electron Gun
• Filament • Filament Heater •Wehnelt Cap • High Voltage between anode and filament • Anode
Thermionic Guns:
Thermionic Guns • The most common in SEM’s • > 50 year history • Simple operation • Low Cost • Simple Cathode • Minimal Vacuum (10-4 Torr) Basic Idea in Thermionc Guns: Use thermal energy to overcome a cathode’s work function (EW) and hence, release electrons.
An inelastic scattering event can lead to generation of any of the following: Secondary electrons Auger electrons Characteristic x-rays Continuum x-rays Visible, UV and infrared Electron hole pairs Phonons (lattice vibrations) Plasmons (electron oscillations)
Always consider Interaction Volume
Interaction Volume and signal generation
扫描电子显微术：例子
30 kV 10 kV
5 kV
3 kV
The effect of Accelerating Voltage on SEM Images
为什么考虑用电子显微镜?
1. 高分辨率 2. 丰富的光源 3. 聚焦通过: 1. 磁场 (H) 或电场 (E) 2. 强行移动电子 F=−eE or F=eVxH
4. 可以产生多种信号用于描绘样品的特性