电子散射原理
电子散射的原理及应用论文
电子散射的原理及应用论文
1. 引言
电子散射是一种重要的物理现象，广泛应用于材料科学、生物学等领域。本文
将介绍电子散射的原理以及其在科学研究和实际应用中的一些案例。
2. 电子散射的原理
电子散射是指电子束在与物质相互作用时发生散射现象。其原理可以简单描述
如下：
•电子与物质相互作用时，会发生散射。这是因为电子与原子或分子的相互作用力导致了电子的偏转。
•散射的强度和方向可以通过散射角及其分布来描述。散射角度越大，意味着散射程度越大。
•散射过程中，电子会损失能量。这种能量损失可以用于分析物质的结构和特性。
3. 电子散射的应用
电子散射在材料科学、生物学和许多其他领域有着广泛的应用。以下是一些电
子散射应用的案例：
3.1 材料科学
•电子衍射技术用于材料的晶体结构分析。通过测量散射角度和散射强度，可以确定材料的晶体结构以及晶格参数。
•电子能损失谱技术可以用于分析材料的电子结构。通过测量电子在材料中的能量损失，可以推断材料的能带结构和电子态密度等。
•透射电子显微镜可以观察材料的微观结构。通过观察电子散射的图像，可以了解材料的形貌、组分和晶格缺陷等。
3.2 生物学
•电子显微镜可以观察生物样品的细胞结构。通过观察电子散射图像，可以了解细胞的形态、内部结构和分子组成等。
•电子衍射技术可以用于研究蛋白质的晶体结构。通过测量电子散射的强度和散射角度，可以确定蛋白质的空间结构和结构参数。
•电子能量损失谱技术可以用于分析生物分子的电子结构。通过测量电子在生物分子中的能量损失，可以推断生物分子的能级结构和化学成分等。
透射电镜的原理
透射电镜的原理
透射电镜是一种常用的电子显微镜技术，用于观察和研究物质的微观结构。其原理基于电子的波粒二象性和物质对电子的散射效应。
透射电镜的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 电子源：透射电镜使用的电子源一般为热阴极或冷阴极。电子发射后，通过加速电压和电子透镜系统，使电子获得足够的能量和聚焦程度。
2. 样品：待观察的样品被制备成非晶态或薄片状，并放置在样品台上。样品的厚度通常在纳米到亚微米级别，以保证电子的穿透性。
3. 散射：通过透射电镜的电子束，电子与样品内的原子或分子发生相互作用。根据样品的组成和结构，电子会被散射并改变方向。
4. 对比度增强：经过样品后，电子束进入投影镜筒。在此过程中，通过调节投影镜筒中的电子透镜，可以调整电子束的聚焦度和强度。
5. 形成显影：电子束通过样品后，穿过投影镜筒的屏幕或探测器。探测器接收到散射电子并转化为电子信号，经过放大和处理后，形成最终的图像。
透射电镜的原理是基于电子的波性和散射现象，利用电子的穿透性观察物质的微观结构。通过控制电子束的聚焦度和强度，结合样品的散射特性，透射电镜可以提供高分辨率和高对比度的图像，用于研究各种材料的微观结构和性质。
散射性的原理
散射性的原理
散射是指当光线或其他波的传播遇到界面或杂质时，波的传播方向改变的现象。散射现象在日常生活中随处可见，比如当太阳光射入大气层时，由于空气中的气溶胶和尘埃等微小颗粒的存在，光线就会发生散射而呈现出蓝色的天空。散射现象不仅在光学领域中普遍存在，也在其他领域中有重要的应用，比如声学、无线电通信等。
散射现象的原理可以通过电磁波的散射来解释。电磁波是由电场和磁场组成的波动现象，其传播速度与真空中的光速相等。当电磁波遇到界面或杂质时，会与其相互作用，发生散射。散射的过程中，电磁波在界面或杂质上会发生反射、传输和吸收。这种相互作用使得电磁波的传播方向发生改变，并且使波在空间中的能量分布发生变化。
散射的原理可以用光线的散射来简单说明。当光线照射到物体表面时，光线中的光子与物体表面的原子或分子产生相互作用，发生反射、折射和透射，形成散射。散射的程度取决于光线与物体表面的交互作用强度和物体的特性，如表面粗糙度、形状和透明度等。当光线的波长和物体特征尺寸相当时，散射现象更加显著。
散射现象还可以利用电磁波的波动性来解释。电磁波是一种横波，其传播过程中电场和磁场振动方向垂直于波的传播方向。当电磁波遇到界面或杂质时，波长相对于杂质或界面特征尺寸的比值决定了波动和几何光学之间的相对重要性。当波长远大于特征尺寸时，波动效应可以忽略，可以使用几何光学近似。而当波长相
当或更小于特征尺寸时，波动效应就不可忽略，波的传播方向和波前形状都会发生明显的变化。
散射现象的量化描述可以通过散射截面来实现。散射截面是描述散射过程中散射波和入射波的强度比值的一个物理量。它与散射体的特性密切相关，如形状、大小、结构等。在散射截面的计算中，可以利用散射理论，如Mie理论和雷利散射理论，来对散射过程进行详细分析。
电子的衍射原理
电子的衍射原理
电子的衍射原理是指当电子束通过一个尺寸与其波长接近的孔或经
过晶体时，会发生衍射现象。这个现象与光波的衍射原理非常相似，
但是由于电子的特殊性质，使得电子的衍射具有一些独特的特点。
首先，我们知道根据德布罗意波动方程，物质粒子也具有波动性质。对于电子来说，它的波长可以由德布罗意公式λ = h/p计算得出，其中
h是普朗克常数，p为电子的动量。
电子的衍射主要是通过电子与晶体或孔的相互作用来产生的。当电
子束遇到晶格的时候，晶格的周期性结构会对电子束产生散射，这种
散射就是电子的衍射。晶格常数决定了衍射的微细结构，而晶体的平
面则决定了衍射的方向性。
衍射的过程可以通过惠更斯-菲涅尔原理来描述。根据该原理，每个点上的波前都可以看作是一系列波源发出的次级波的叠加，这些次级
波形成了新的波前。在电子的衍射过程中，散射的电子波可以视为次
级波，而晶体或孔则形成了作为波前的电子波传播的界面。
电子的衍射表现出了一些有趣的现象。首先是衍射图样的特点，类
似于光的衍射，电子的衍射图样也会出现干涉条纹。这些条纹的形状
和分布可以提供关于晶体结构的有用信息，因此电子衍射技术在材料
科学中有着重要的应用。
另一个有趣的现象是衍射的相对强度。电子的散射过程中，不同方
向的电子波会相互干涉，形成强度不均匀的衍射图样。这些强度的变
化可以通过使用衍射模型和计算方法来解释。
电子衍射原理在很多领域都有重要的应用，特别是在材料科学、凝
聚态物理和电子显微镜技术中。使用电子衍射技术，科学家们可以研
究材料的晶体结构、晶格常数、晶格缺陷等重要的性质。此外，电子
常见材料的散射原理
常见材料的散射原理
常见材料的散射原理,我概括如下:
1. 散射的基本概念
当光子传播中遇到不均匀的介质时,会发生方向改变的现象,这就是散射。根据散射前后光子能量是否改变,可以分为弹性散射和非弹性散射。
2. 导致散射的微观机制
(1)电子云震荡:光子与原子的电子云相互作用,使电子云产生震荡,然后重新发射光子。
(2)光子与phonon相互作用:光子可以吸收或激发晶格振动子(phonon),产生能量交换引起散射。
(3)缺陷散射:材料内部的点缺陷、线缺陷、面缺陷等会造成局部电子密度或晶格常数变化,引起散射。
3. 常见材料的散射特性
(1)金属:主要机制是电子云的集体震荡,属于弹性散射。
(2)半导体:含有大量的电子和空穴,发生电子跃迁吸收光子能量,产生非弹性散射。
(3)白色材料:包含大量界面和空气孔,光入射时在界面折射导致全方向散射。
(4)涂料:含有TiO2、SiO2等颗粒,产生强的缺陷散射。
4. 影响散射效果的因素
散射效果与入射光波长、材料组分和状态、粒径尺寸、表面处理以及缺陷类型等参数有关。控制这些因素可以优化所需的散射效果。
5. 散射机制在应用中的作用
(1)白炽灯利用烧蚀产生散射提高发光效率。
(2)乳白塑料中添加TiO2 粒子,利用其强散射作用增加透光率。
(3)气凝胶利用缺陷造成的Rayleigh散射产生蓝天效应。
(4)生物组织的散射特性可用于医学光学成像和检测。
综上所述,不同材料的散射机制各不相同,但都可用于特定应用,需要根据使用目的进行设计与控制。
TEM电子衍射的原理
TEM电子衍射的原理
TEM是透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope）的简称，是一种使用电子束而不是光束进行观察和分析的显微镜。TEM利用电
子束穿过样品并与样品相互作用，然后将电子衍射的图样转换为样品的结
构信息。
TEM电子衍射的原理基于布拉格公式，即nλ = 2dsinθ，其中n为
衍射级数，λ为入射电子的波长，d为晶格参数，θ为衍射角。当电子
束穿过晶体时，晶格中的原子对电子束起到散射作用，形成衍射图样。这
些衍射图样即可用来分析晶格信息及其结构。
1.电子源：电子转移系统通过高压电子火花或透射电子枪产生一束高
速电子流。电子束由一系列电磁透镜束聚并形成高能束。
2.准直系统：使用透镜系统将电子束准直，以确保它在整个样品上尽
可能平行。
3.样品台：样品台是一个用于支撑样品的平台，样品被安置在这个平
台上。平台上提供了一系列探测器，以捕捉散射的电子。
4.电子与样品相互作用：电子束穿过样品并与样品中的原子相互作用。原子对电子产生散射效应，并产生衍射图样。
5.探测器：使用一系列探测器来收集电子的散射。这些探测器可以测
量衍射电子的强度和角度，以确定晶体结构。
6.图像形成：电子衍射模式进入与样品台相连的CCD摄像机，生成衍
射图像。
通过TEM电子衍射，我们可以得到样品的晶体结构、晶格参数、晶面指数、晶体取向等信息。这对于理解材料的性质和行为非常重要。另外，TEM还可以结合其他技术如能谱分析和显微成像技术，实现对样品的更全面的表征。
然而，使用TEM电子衍射还会面临一些挑战。首先，电子束的能量较高，容易对样品造成辐射损伤，因此需要进行谨慎的操作和控制。其次，电子束在穿过样品时容易受到散射和多次散射的影响，导致失真和模糊的衍射图样。这需要使用一些衍射技术如选区电子衍射（Selected Area Electron Diffraction）和倾斜衍射（Precession Electron Diffraction）来克服这些问题并提高分辨率。
散射工作原理
散射工作原理
散射工作原理是一种通过物质或波的传播路径上的不规则或障碍物引起光线、声波、电磁波等在空间中的偏转和扩散的现象。
在散射过程中，入射波与物质或障碍物相互作用，发生折射、反射、干涉和散射等现象。这些现象导致了波的方向的改变和能量的分散。
散射现象的发生主要与波长、物体的尺寸、形状和物质的特性等有关。其中，物体的尺寸与入射波长的比值决定了散射的性质。当物体的尺寸远大于入射波长时，散射较弱，主要以反射为主；而当物体的尺寸与入射波长接近或远小于入射波长时，散射较为显著。
散射过程中涉及的另一个重要因素是物质的特性。不同物质对入射波的散射作用具有不同的反应。例如，声波在与物体相互作用时，会因为物体与声波的匹配程度、物体的密度和硬度等特征而发生不同程度的散射。电磁波的散射过程也会受到物体的介电性质、导电性质和磁性质等的影响。
总的来说，散射工作原理是一种通过物质或波与不规则或障碍物相互作用引起波的方向改变和能量扩散的现象。它在各个领域的应用十分广泛，包括雷达系统、医学成像、光学衍射、声波传播等。
电子衍射原理
汇报人：
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
电子衍射现象的发现者是英国物理 学家布拉格父子
该发现打破了传统物理学的认知， 为量子力学的发展奠定了基础
添加标题
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他们通过实验观测到电子通过晶体 时的衍射现象
电子衍射现象的发现被认为是20世 纪最重要的科学发现之一
推动了物理学的发展，为理解物质结构提供了有力支持
在材料科学、生物学等领域有广泛应用，为研究物质微观结构和性质提供了重要手 段
在电子学、通信等领域有重要应用，为现代科技发展提供了重要支撑
为探索未知领域和推动科学技术进步提供了强大的工具和手段
PART THREE
实验步骤：制备金属薄膜样品，将样品放置在透射电子显微镜的样品台上，调整显微镜参数， 观察并记录电子衍射图像
实验结果：通过观察和分析电子衍射图像，可以获得金属薄膜的结构信息，如晶格常数、晶 面取向等
实验方法：利 用扫描电子显 微镜观察电子
衍射现象
实验原理：电 子衍射原理， 即电子在物质 中传播时发生 散射，形成衍
PART FOUR
定义：通过聚 焦电子束在样 品表面选区进
行衍射
实验装置：透 镜和检测器等 组成，用于收
电子在晶体中的行为和散射
电子在晶体中的行为和散射
随着科技的不断进步，电子在晶体中的行为和散射成为了物理学和材料科学的
重要研究领域之一。晶体是由原子、分子或离子以特定排列方式组成的固体材料，具有周期性结构。在晶体中，电子能够通过晶格的空隙移动，并参与材料的导电和光学特性。
在晶体中的行为，电子可以被看作是微小的粒子。根据量子力学的原理，它们
的运动是不确定的，而且受到波动性的影响。因此，电子在晶体中的行为通常被描述为波动性和粒子性的混合。波动性使得电子能够表现出干涉和衍射现象，而粒子性则决定了它们的质量和动量。
电子在晶体中的行为还受到了晶格的影响。晶格是由周期性排列的原子或离子
构成的，它们之间通过化学键相互连接。晶格的存在导致了电子在晶体中的能带结构。能带是能量-动量关系的图像，描述了电子在晶体中的能量状态。晶体中的能
带可以分为价带和导带。价带是由处于较低能量状态的电子占据的，而导带则是由处于较高能量状态的电子可访问的。两者之间存在一个带隙，这是一个禁止电子占据的能量范围。
电子的散射是指电子在晶体中遇到原子或离子时发生的反射或散射现象。这种
散射可以通过布拉格散射理论来解释。根据布拉格散射理论，当入射电子波与晶体中的原子或离子相互作用时，它们会被散射到不同的方向。这种散射会导致干涉现象，从而产生衍射图样。通过分析衍射图样，可以得到有关晶格的信息，如晶体的结构和晶格常数。
电子在晶体中的散射还可以通过电子显微术进行研究。电子显微术是一种使用
电子束探测样品表面的技术，它能够提供有关材料结构和化学成分的高分辨率图像。常见的电子显微术包括扫描电子显微镜和透射电子显微镜。这些技术可以帮助科学家观察和分析晶体中的电子行为和散射现象，从而深入了解材料的性质和行为。
测试干货丨电子背散射衍射（EBSD）之制样篇
测试干货丨电子背散射衍射（EBSD）之制样篇
扫描电子显微镜中电子背散射衍射技术已广泛地成为金属学家、陶瓷学家和地质学家分析显微结构及织构的强有力的工具。EBSD系统中自动花样分析技术的发展，加上显微镜电子束和样品台的自动控制使得试样表面的线或面扫描能够迅速自动地完成，从采集到的数据可绘制取向成像图OIM、极图和反极图，还可计算取向（差）分布函数，这样在很短的时间内就能获得关于样品的大量的晶体学信息，如：织构和取向差分析；晶粒尺寸及形状分布分析；晶界、亚晶及孪晶界性质分析；应变和再结晶的分析；相签定及相比计算等，EBSD对很多材料都有多方面的应用也就是源于EBSP所包含的这些信息。
1试样的切割、尺寸及形状
EBSD试样切割时应避开有缺陷的地方，选择有代表性的部位。最好
采用线切割的方法，由于电火花加工时产生的创面小，无大的冲击力，相应的变形层和相变较小，同时要求加工的试样形状规则，尺寸
精确，加上线切割产生的表面浮雕、氧化层及磨损量等因素，试样的
厚度应在0.5mm到３mm之间为宜。以JSM-6480扫描电镜为例，EBSD试样的典型尺寸是10mm×10mm到7mm×7mm之间,厚度不宜过厚，一般在1-3mm之间。可根据实际情况，如铜锌铝等不耐磨
的材料厚度可增加到2-3mm。切割下来的试样要经过除油污处理，
可用酒精、丙酮溶液在超声波清洗器中清洗。然后用胶粘剂粘在大小
适中的圆形金属基块上。因其强度适中，凝固后不溶于水，从预磨到
抛光，试样一般不会从金属基块上脱落。抛光完毕后,可用丙酮溶液浸
泡粘结处一段时间之后，便可将试样取下。
电子衍射原理
电子衍射原理
电子衍射原理是一种利用电子束进行衍射的物理现象。当电子束通过一系列定向的晶体或经过一定的物质时，会产生衍射效应，形成衍射图案。这种图案可以用来研究物质的晶体结构和晶格常数，从而揭示物质的微观性质。
电子衍射原理的核心是电子波的波动性。根据物质的粒子-波
二象性，电子也具有波动性。当电子束通过晶体时，入射电子波会与晶体中的原子相互作用，发生散射。这些散射的电子波会互相干涉形成衍射图案，通过测量衍射图案的特征，可以推导出晶体的结构信息。
根据布拉格衍射定律，电子束在晶格中的衍射图样由晶格常数、入射电子波长、衍射角等参数决定。通过调节电子束的入射角度和晶体的取向，可以获得不同的衍射图案。这些图案通常以点阵或环状的形式出现，其中点的位置和分布反映了晶体的结构参数。
电子衍射原理在材料科学、凝聚态物理、纳米科技等领域具有广泛的应用。通过电子衍射技术，科学家可以研究材料的晶体结构、晶界和缺陷等微观性质，进一步揭示物质的物理化学特性。同时，电子衍射还可以用于研究纳米材料、纳米颗粒和薄膜等微结构的形貌和晶态特征，对于材料设计和纳米器件的制备具有重要意义。
总之，电子衍射原理是一种基于电子束的衍射现象，可以用来研究物质的微观结构和性质。它在材料科学和纳米技术等领域
的应用非常广泛，对于推动材料科学的发展和纳米技术的应用具有重要意义。
电磁波的吸收和散射现象的解释
电磁波的吸收和散射现象的解释
电磁波是一种由电场和磁场相互耦合产生的能量传播形式。在自然界中，我们
可以观察到电磁波被物体吸收和散射的现象。本文将对电磁波吸收和散射的原理进行解释，以便更好地了解这一现象。
首先，让我们来看电磁波的吸收现象。当电磁波传播到物体表面时，其中的电
场和磁场会与物体表面的电荷和磁性相互作用。这种相互作用会导致电磁波的能量转移到物体中，从而被物体吸收。具体来说，当电磁波的频率与物体分子或原子的共振频率相匹配时，能量的吸收效率会更高。例如，在红外光谱范围内，许多物质都有特定的吸收峰，因为它们的分子结构会与波长相匹配的红外光发生共振，从而吸收更多的能量。
此外，吸收现象还与物体的电导率和磁导率有关。电导率是材料对电流的导电
能力的度量，而磁导率则是材料对磁场的响应能力。一般来说，导电性较好的金属材料对电磁波具有较高的吸收能力，因为金属中的自由电子能轻易与电磁波相互作用，从而吸收能量。相反，绝缘材料往往对电磁波具有较低的吸收能力，因为缺乏自由电子的参与。
接下来，让我们来看电磁波的散射现象。当电磁波传播到物体表面时，其电场
和磁场会激发物体表面的电荷和磁性产生反射。这种反射会使电磁波改变传播方向，并从物体表面散射出去。散射现象的程度取决于物体的形状、尺寸和表面特性。例如，当电磁波的波长与物体尺寸相比较小时，散射效应会更加显著。此外，物体表面的不规则性也会增强散射的效果。
值得一提的是，电磁波的吸收和散射现象通常是同时发生的。当电磁波传播到
物体表面时，一部分能量会被吸收，另一部分则会被散射。这两个过程互相影响，共同决定了电磁波在物体中的行为。通过对电磁波吸收和散射的理解，我们可以更好地解释和研究许多与电磁波相关的现象，如热辐射、雷达和光学材料等。
散射原理的应用
散射原理的应用
1. 引言
散射原理是物理学中的基本概念之一，它描述了入射波与物体或介质相互作用后的分散现象。散射现象在多个领域中都有广泛的应用，本文将介绍一些散射原理的应用。
2. 医学影像中的散射原理应用
• 2.1 超声波散射
–超声波在物体内部传播时会与各种结构相互作用，散射部分的信号可以用来重建图像，用于医学诊断。
• 2.2 X射线散射
–X射线通过不同组织的散射现象可以提供医学影像，通过解析X射线散射信号可以检测细胞结构和组织密度的变化。
• 2.3 核磁共振散射
–核磁共振现象中，散射信号被用于获取组织中原子的信息，通过对散射信号的处理可以获得图像并进行分析。
3. 大气中的散射原理应用
• 3.1 光散射在大气科学中的应用
–光散射在大气中的作用被用于测量大气成分、气溶胶浓度以及大气传播中的其他参数。例如，激光散射光谱技术通过测量光散射信号
来获取大气中的气体浓度信息。
• 3.2 无线电波散射在雷达技术中的应用
–雷达技术通过无线电波的散射来检测和跟踪目标。无线电波与目标的散射特性可以提供目标的位置、速度和形状信息。
4. 材料科学中的散射原理应用
• 4.1 中子散射
–中子散射技术可以用来研究材料的结构和动态过程，通过分析散射信号，可以获取材料中原子的信息。
• 4.2 X射线和电子散射
–X射线和电子散射在材料科学中被广泛应用于表面形貌分析和晶体结构分析，通过解析散射信号可以获得样品的微观结构信息。
5. 其他领域中的散射原理应用
• 5.1 污染监测中的激光散射技术
–激光散射技术可以用于检测大气和水体中的污染物，通过测量散射信号可以获取污染物的浓度和分布信息。
电子散射的原理和应用实例
电子散射的原理和应用实例
1. 前言
电子散射是一种重要的物理现象，广泛应用于各个领域。本文将介绍电子散射的基本原理和几个应用实例。
2. 电子散射的基本原理
电子散射是指电子在与物质相互作用时改变方向和速度的过程。其基本原理包括以下几点：
•散射概率与电子-物质相互作用截面的关系：电子散射的概率与电子与物质之间相互作用的截面积有关。截面积越大，散射概率越高。
•角度分布：电子散射的角度分布通常遵循某种统计规律，如正态分布或Lorentz分布等。
•能量损失：电子在散射过程中会发生能量损失，且散射角度与能量损失之间存在一定的关系。
3. 应用实例
3.1. 电子束显微镜
电子束显微镜是一种基于电子散射原理的显微镜，其分辨率比光学显微镜高得多。它利用电子束与样品进行相互作用，通过检测散射的电子来获得样品的信息。
电子束显微镜广泛应用于材料科学、生物学等领域，能够观察到样品的细微结构和表面形貌。通过对散射电子的能量和角度分布的分析，可以得到样品的组成、晶体结构等信息。
3.2. 电子衍射
电子散射也被广泛应用于电子衍射技术中。通过将电子束引导到晶体表面或其他结晶样品上，观察散射电子的衍射图样，可以推断出样品的晶体结构和晶格常数等信息。
电子衍射在材料科学和固态物理学中具有重要的应用价值，可以帮助科学家深入理解物质的结构和性质。
3.3. 电子散射在表面科学中的应用
电子散射在表面科学中也有广泛的应用。在表面科学研究中，科学家通常使用电子散射技术来研究表面的结构、吸附性质以及表面反应等。
通过测量散射电子的能量和角度变化，可以推断出表面吸附分子的排列方式、表面活性位点的位置等重要信息。这些信息对于理解表面化学反应的机制和优化催化剂设计有着重要的意义。
EBSD简介
由于散射电子束的方向 是任意的，因而产生的 衍射束将出现在一对圆 锥上。而衍射束的强度 随入射束强度增大而增 大。这样，由于衍射效 应，在某些衍射方向上 衍射花样的强度得以增 强，而另外一些方向上 的衍射花样强度则减弱。
考虑到非弹性散射的三 维空间分布，即考虑所 有可能对晶面(hkl)满足 布拉格衍射条件的散射 电子束，则衍射电子束 就变成了以(90。—θ)为 半顶角的两个对顶衍射 圆锥。如果让荧光屏与 衍射圆锥相截，则在荧 光屏上得到两支双曲线。
由于θ很小(在SEM 加速电压20kV的工作条 件下， θ约为0.5。)，衍射圆锥顶角接近 180。，则这两支双曲线接近为一对平行直
线即菊池线。每一对菊池线对应晶体中的
的一组晶面，菊池线交叉处(菊池极)代表一
个结晶学方向，由不同晶面形成的菊池线
对便构成一幅电子背散射衍射花样。
图1 单晶硅的EBSD花样
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
由HKLChannel 5 软件包可计算出特殊孪 晶界面占总界面数量的百分比从图可见,变 形10 %后,很多晶粒中都产生了{1012}拉伸 孪晶,同时有的晶粒中也出现了两种{1012} 孪生变体相遇的情况,并能进一步确定各种 孪晶界面的类型和相对的比例。应用EBSD 技术可以精确地勾画出孪晶界,可以获得在
2 形变镁合金拉伸孪晶界面的EBSD研究
通过EBSD 得到的取向定量表征数据,根据孪 晶与晶体的取向差关系,可以对孪晶界进行分 析,由材料的初始织构,再根据晶粒中孪晶界两 侧的取向变化可以区分出基体和孪生部分。 下图为150 ℃下单轴压缩变形10 %的AZ31 镁 合金的EBSD 分析。材料的初始织构是基面 织构,现在沿着与晶粒C 轴垂直的方向单轴压 缩,晶粒基面法向垂直于压缩方向,所以在 {0001}极图中初始织构应远离压缩中心。
电子衍射(1)
原子与入射电子作用后几种结果
原子对电子的散射
核外电子对入射电子的散射主要是非弹性的，每次 散射的能量损失一般只有几个电子伏特，入射电子 束方向的改变也不大。 原子核对电子的散射可分为弹性和非弹性两类，其 中弹性散射是电子衍射的基础。 非弹性散射与弹性散射的比值由原子序数Z决定，即 电子在物质中的非弹性散射部分仅为弹性部分的1/Z， 这是因为原子核内电荷集中，具有较大的散射能力。 原子序数愈大的原子，非弹性散射的比列愈小。
200 500 1000
常用加速电压下电子的波长 加速电压(kV) 60 100 电子波长(nm) 0.00487 0.0037 0.0025 0.0014 0.00087
衍射几何条件 一、布拉格方程
反射线光程差： 反射线光程差： δ＝ ML +LN= 2dsinθ θ 干涉一致加强的条件为： 干涉一致加强的条件为： δ ＝ nλ λ 2dsin θ = n λ －－ 布拉格方程 其中， 为晶面间距 为晶面间距， 其中，d为晶面间距， θ为衍射半角
0.2 0.4 0.6
−1
0.8
sinθ/λ (Α )
原子散射因子随散射角增大而单调减小，随波长减小（加 速电压增加）而减小，与原子序数成正比。
电子衍射
入射波在晶体中的衍射现象， 入射波在晶体中的衍射现象，实质上是大量的原子散射 波互相干涉的结果。 波互相干涉的结果。每种晶体所产生的衍射花样都反映 出晶体内部的原子分布规律。 出晶体内部的原子分布规律。 衍射花样的特征可以认为由两个方面内容组成： 衍射花样的特征可以认为由两个方面内容组成：一方面 衍射线在空间的分布规律（称之为衍射几何）， ），由晶 是衍射线在空间的分布规律（称之为衍射几何），由晶 胞的大小、形状和位向决定；另一方面是衍射线束的强 胞的大小、形状和位向决定；另一方面是衍射线束的强 取决于原子的品种和它们在晶胞中的位置。 度，取决于原子的品种和它们在晶胞中的位置。 为了通过衍射现象来分析晶体内部结构的各种问题， 为了通过衍射现象来分析晶体内部结构的各种问题，必 须在衍射现象与晶体结构之间建立关系。 须在衍射现象与晶体结构之间建立关系。
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100kV，＝0.0371Å 0.0388Å 200kV，＝0.0251Å 0.0274Å 300kV，＝0.0197Å 0.0224Å 400kV，＝0.0164Å 0.0194Å 1 MV，＝0.0087Å 0.011203Å
电子波长计算公式的推倒
依照De Broglie关系，一束被电压V(伏特)加速的电子，波长与动量为
m
m 0
m c2
0
1
1 v2
c2
1
m c2 2 0
1 v2 c2
m2c2
p2
h
2em 0
eV
1
2
eV mc
0
2
V
1
12.26856 0.97789
10
6
V
Å
h
2eV m m 0
11
电子的散射和衍射
原子对电子的散射
❖单个电子与孤立原子作用
➢ 电子—电子之间相互作用，非弹性为 主，电子—电子散射截面为
❖ 其他形式的电子衍射： 小角度电子衍射、反射 高能电子衍射、电子背 散射谱、电子沟道谱等。
4
电子的散射和衍射
电子衍射波动力学基本概念
❖电子的散射和衍射
➢ 高速电子进入到固体中，与单个原子的原子核及核外电子间发生相 互作用，从而发生方向、能量的改变，称为散射。从能量损失的角 度分为弹性散射和非弹性散射
➢ 假设衍射束远远小于入射束，即在运动学条件下进 行讨论。
➢ 运动学基本假设实现：电子只被晶体散射一次，不 考虑多次衍射效应。
6
Fresnel衍射
❖Fresnel衍射是一种近场衍射。
❖Fresnel近似的本质就是在近光轴区域用 抛物面形的电子波代替球面波。
(
x,
y)
i
2
q(
X
,Y
)
exp(2ikr)
❖散射角差异
➢X-ray为大角度散射，几十度 ➢电子衍射小角度， 几分
❖分析简单——晶体几何简单化
❖电子衍射强，为X-ray的104倍
➢纪录简便、快捷
➢二次衍射效应增强，穿透能力减弱
3
电子衍射谱的种类
❖ 透射电镜中通常可以观 察到非晶衍射弥散环、 单晶衍射谱、多晶衍射 环及菊池(Kikuchi)带等
➢ 非相对论近似
h
12.28 Å
2m0eE E
➢ 相对论近似
h
12.27
Å
2m0eE 1
eE 2m0 c 2
E( 1 0.9788 106 E )
1 V，l＝12.27Å 12.27 Å 10 V，l＝3.879Å 3.879 Å 100 V，l＝1.227Å 1.227 Å 1000V，l＝0.3878Å 0.3878Å 20 kV, l＝0.0869Å 0.0859Å
❖夫朗和费近似的实质是用平面波代替球面波。
(
)
F
(
K)
q(r)
exp[2iK
r]dr
8
在透射电镜中我们可以发现， Fraunhofer衍射Fresnel衍射 共存。电子衍射谱的形成与 Fraunhofer衍射有密切关系， 而在图像的形成过程中则体 现Fresnel衍射效应。
9
电子波长
❖ 当电子经过加速电压E加速后，其波长为：
r
cos
1dXdY
(x,
y)
i
exp(2ikZ Z
)
q(
X
,Y
)
exp
2ik[(x
X )2 2R
(
y
Y
)2
]dXdY
7
夫朗和费(Fraunhofer)近似 和Fraunhofer衍射
❖Fraunhofer衍射是指当一个平面波与障碍物相 互作用时发生的衍射。由于从点光源反射的 波只有在很远的距离以外才能成为平面波， 所以这种衍射又称为远场衍射。
Rutherford散射的规律(Rutherford于1911年提出)
➢ 前向散射的微分散射截面
➢ 注意散射和衍射的本质和区别，在不同情况下，我们将根据习惯而
分别使用这两个术语。
5
电子的散射和衍射
电子衍射的几何原理和运动学理论
➢ 与X 射线衍射相似，晶体中有序排列的原子及原子 面间距可以看成干扰电子波传播的物体和狭缝，利 用极薄的晶体样品，可以获得电子衍射的实验数据。
➢ 为了很好地解释显微镜图像和电子衍射谱，需要透 彻地分析决定Bragg衍射束的强度因素。
第二讲 电子衍射原理
晶体学的预备知识 电子的散射与衍射 电子衍射谱的标定
1
电子的散射和衍射
电子衍射的发展过程
➢ 1912年，劳埃通过X-ray衍射实验
– 证实了晶体中原子的微观排列 – 开辟了用X-ray衍射研究晶体结构这一新领域
➢ 1926~1927年，实现了晶体的电子衍射
– 肯定了电子波动性 – 奠定了电子衍射学科
➢ 20世纪50年代以来，电子显微术发展
– 微观形貌和电子衍射相结合，电子衍射得到了快速 发展和广泛应用于细微组织的结构分析
– 衍射技术的扩展
➢ 20世纪80年代,开始微束相干电子衍射
– 采用小束斑(纳米量级)的电子束照射样品，就可以 获得更微区电子衍射，称为微衍射(microdiffraction)和纳衍射(nano-diffraction)
( electron
) R 2 e
e
V
2
➢ 电子—原子核间相互作用，弹性为主， 电子—原子核散射截面为
( nucleus
) R 2 n
Ze
V
2
为散射角，Rn, Re为瞄准距
➢ 成立条件：小角度散射近似，
非相对论近似
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Rutherford散射
❖ 原子核对电子的散射类似于对粒子，符合
– 这种方法克服了衍射与所选区域不对应的问题 – 电子衍射斑的分裂特征揭示畴结构的界面结构
➢ 慢扫描CCD设备的发展和能量过滤系统
的完善，开始了定量电子衍射的分析
2
电子的散射和衍射
X-ray衍射和电子衍射比较
❖小区域分析，并与显微放大像对照
➢X-ray难于汇聚， 毫米，亚毫米量级 ➢电子束斑容易会聚，在微米、纳米量级
✓ 从粒子角度讲，为连续的粒子流与原子核及核外电子的相互作用 的库仑碰撞
✓ 从波的角度讲，为准单色电子波，受单个原子扰动而形成球面波
➢ 高速电子被固体中周期排列的原子散射后，其弹性散射部分是相干 的，能够在某些方位上相干加强，形成花样，是为衍射
✓ 电子的衍射为多原子相互作用的集体行为 ✓ 衍射行为反映了固体原子排列的周期性
h
p pm v
0
波长 p 动量 v 运动速度
m0 静止质量 h 普朗克常数
在非相对论下：
eV
m v 1
2
2
0
v
2eV p m
2em V 0
0
h 2em V
0
12.28
V 伏
Å
在相对论下:
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eV mc 2 m c 2 m m eV
m
0
m 0
0
c2
1 v2
c2
eV
m
m 0
mc 2
m c2 0