电子显微分析05解析
《电子显微结构分析》课件
3 优点
能够观察样品的内部结构和组织，具有更高 的分辨率。
4 缺点
对样品的要求较高，需要制备薄片。
四、电子衍射技术
基本原理
计算方法
通过电子束与样品相互作用后的 衍射现象来确定样品的晶体结构。
根据电子衍射的衍射图案，利用 衍射公式计算出样品的晶格参数 和晶体结构。
应用
用于材料的晶体结构研究和晶体 缺陷分析。
优点
高分辨率，能够观察样品的表面形貌和元素分 布。
成像过程
扫描样品表面，通过收集和分析由扫描电子束 时产生的信号来构建图像。
缺点
不能观察样品的内部结构和组织。
三、透射电子显微镜
1 基本原理
通过透射样品的电子束来观察和分析样品的 内部结构和组织。
2 成像过程
将电子束透射到样品上，通过收集透射电子 的信息来构建图像。
《电子显微结构分析》 PPT课件
本课件将介绍电子显微结构分析的原理和技术，以及最新进展和应用领域， 帮助您深入了解这一领域的知识。
一、什么是电子显微结构分析
电子显微结构分析是一种通过使用电子显微镜和电子衍射技术来观察和分析 材料的微观结构和组织的方法。
二、扫描电子显微镜
基本原理
通过扫描样品表面，利用电子束与样品交互作 用产生的信号来获取图像和表征材料的信息。
五、扫描透射电子显微镜
1
基本原理
结合了扫描电子显微镜和透射电子显微镜的原理，在扫描过程中获取样品的内部结构图像。
2
成像过程
将电子束透射到样品上并进行扫描，通过收集透射电子的信号来构建图像。
3
应用
用于观察材料扫描电 子显微镜
结合多聚焦离子束和电子显微 镜的原理，提高了成像分辨率 和分析能力。
电子显微分析
亮度的差异形成了具有一定衬度的某种电子图像
21
背散射电子————成像衬度
*背散射电子是指被固体样品中的原子核反弹回来的 一部分入射电子，包括弹性散射电子和非弹性散射电 子两种。 *弹性背散射电子是指被原子核反弹回来，基本没有 能量损失的入射电子，散射角(散射方向与入射方同间 的夹角)大于90°，能量高达数千~数万eV，而非弹性 背散射电子由于能量损失、甚至经多次散射后才反弹 出样品表面，故非弹性背散射电子的能量范围较宽， 从数十~数千eV。 *由于背散射电子来自于样品表层数百纳米深的范围， 其中弹性背散射电子的数量远比非弹性背散射电子多。 *背散射电子的产额主要与样品的原子序数和表面形 貌有关，其中原子序数最为显著。背散射电子可以用 来调制成多种衬度，主要有成分衬度、形貌衬度等。
Hale Waihona Puke 第五章 电子显微分析
显微分析是观察、分析微小物体（<100微米）的技术和 科学。显微分析的任务是寻找微观结构与宏观性能之间的 关系。 *电子显微分析是利用高能电子束与物体表面相互作用而
获得微区分析信息的技术和科学。 *观察微小物体最有效的方法是先放大图像,然后再进行分 析.一般情况下,人眼的分辨率为0.1---0.2mm; 光学显微镜的极限分辨率为照明光源的半波长 λ /2=200nm; 电子显微镜是以波长很短的电子束为照明源,其分辨率可 达nm级.电子的波长与其加速电压有关,如电压为v时,电子 的波长为0.00698nm. 常用的电子显微镜有扫描电镜和透射电镜.
TiO2纳米粉末
SiO2包覆Fe3O4纳米颗粒
Fe3O4纳米粉末
41
纳米管和纳米线的分析
纳米碳管的形貌
纳米Co线的形貌
纳米SiC线的形貌
第二篇电子显微分析
1.2 电镜的照明系统
• 照明系统的组成： • 电子枪、聚光镜、平移对中及倾斜装置 • 照明系统的作用： • 为成像系统提供一束亮度高、相干性好的照明
光源 • 为满足暗场成像的需要电子束可在2º3º范围
内倾斜
2.2.2 电镜的照明系统
• 照明系统满足如下条件： • （1）能够提供足够数目的电子 • （2）电子发射区域要小 • （3）电子速度要大
透镜主轴移动时仍能保持物像清晰的距离范围
电磁透镜景深Df与焦长DL
景深 Df
Df
2r0
tan
2r0
• 取 Δr0=1 nm，～10-3rad • 则 Df = 200～200nm
• 试样（薄膜）一般厚200 ～ 300nm，上述
景深范围可保证样品整个厚度范围内各个结
构细节都清晰可见.
•
e=1.60×10-19库仑
•
m0=9.11×10-31千克(电子的静止质量)
2.1.2 电子性质
• 电子的波长：
h
2emU
电子质量的校正
m
m0
1 V
2
c
2.1.2 电子性质
• 加速电压与电子波长
• 加速电压（kV） 电子波长（Å） 加速电压（kV） 电子波长（ Å ）
• 电子在磁场中的运动特征：
电子在磁场中的运动轨迹受磁场的 强度和形状制约
光学玻璃透镜
• 对于光学玻璃透镜，平行光穿过透镜后发 生折射就会聚焦在透镜的焦点上
电磁透镜
• 电磁透镜实质是一个通电的短线圈， 它能造成一种轴对称的不均匀分布 磁场
• 在轴对称的磁场中，电子在磁场内 作螺旋近轴运动
电磁透镜的聚焦原 理示意图
电子显微镜的原理
电子显微镜的原理
电子显微镜是一种利用电子束来成像的高分辨率显微镜，其原理是利用电子的波粒二象性和电子与物质相互作用的特性来观察微观结构。
相比光学显微镜，电子显微镜具有更高的分辨率，可以观察到更小尺度的物体结构。
首先，电子显微镜的原理基于电子的波动性。
根据德布罗意波长公式，电子的波长与其动量呈反比关系，因此具有较高速度的电子具有较短的波长。
相比之下，可见光的波长在几百纳米数量级，而电子的波长可以达到亚埃数量级，因此可以观察到更小尺度的物体结构。
其次，电子显微镜的原理还涉及电子与物质的相互作用。
当高速电子束射向样品时，电子与样品中的原子发生相互作用，产生散射、透射、吸收等现象。
这些相互作用导致电子束的能量发生变化，通过检测这些能量变化，可以获取样品的结构信息。
另外，电子显微镜还利用电磁透镜来聚焦电子束。
电子束通过电磁透镜后，会发生折射和聚焦，从而形成清晰的样品影像。
电子显微镜通常包括物镜、中间透镜和目镜，通过这些透镜的组合，可以实现对样品的高分辨率成像。
此外，电子显微镜的原理还涉及样品的制备和处理。
由于电子束对样品的要求较高，通常需要对样品进行薄片处理，以减小散射和吸收效应，从而获得清晰的影像。
同时，样品的导电性也是电子显微镜观察的重要考量因素，通常需要对非导电性样品进行金属涂层处理。
综上所述，电子显微镜的原理基于电子的波动性、电子与物质的相互作用、电磁透镜的聚焦以及样品的制备处理。
通过这些原理的综合作用，电子显微镜能够实现对微观结构的高分辨率成像，为科学研究和工程技术提供了重要的观察手段。
【材料课件】第二章电子显微分析
❖ 3）产生与Z有关，
❖ 与形貌有关。
❖ 2、二次电子（secondary electrons, SE）
❖ 入射电子在试样内产生二次电子,所产生的二次 电子还有足够的能量继续产生二次电子，如此继 续下去，直到最后二次电子的能量很低，不足以 维持此过程为止。
特点：
❖ 1）能量低，为2-3ev。
❖ 四、影响透镜分辨率的因素：
❖ 1、球差
❖
球差是由于电磁透镜磁场的近轴区和远轴区对电子束
的会聚能力不同而造成的。 透镜球差图
❖
❖2、色差 ❖ 普通光学中不同波长的光线经过透镜时，因折射率 不同，将在不同点上聚焦，由此引起的像差称为色差。 电镜色差是电子波长差异产生的焦点漂移。 ❖透镜色差图
❖ 3、轴上像散 ❖ 轴上像散又可简称为像散，它是由于透镜磁
❖ 当试样厚度小于入射电子的穿透深度时，入射电 子将穿透试样，从另一表面射出称为透射电子。如 果试样很薄，只有10-20nm的厚度，透射电子的 主要组成部分是弹性散射电子，成像比较清晰，电 子衍射斑点也比较明锐。
❖ 6、X射线 ❖ X射线（包括特征X射线、连续辐射和X光荧光）
信号产生的深度和广度范围较大。 ❖ 荧光X射线是特征X射线及连续辐射激发的次级
❖ 方法：
❖ 1、透射电镜（TEM） ❖ 2、扫描电镜（SEM） ❖ 3、电子探针（EMPA）
光学显微镜ห้องสมุดไป่ตู้
优点： 简单，直观。
局限性：分辨本领低（0.2微米）；只能观察表面形 貌；不能做微区成分分析。
化学分析
优点： 简单， 方便。
局限性：只能给出试样的平均成分，不能给出所含 元素随位置的分布；不能观察象 。
特征辐射。X射线在固体中具有强的穿透能力，无 论是特征X射线还是连续辐射都能在试样内达到较 大的范围。
电子行业电子显微分析
电子行业电子显微分析1. 引言电子显微技术是一种通过利用电子束替代光束对样品进行放大和观察的高分辨率显微技术。
在电子行业，电子显微分析技术被广泛应用于材料检测、元器件分析和故障诊断等领域。
本文将对电子行业中的电子显微分析技术进行详细介绍。
2. 电子显微镜电子显微分析的核心工具是电子显微镜（Electron Microscope，简称EM）。
电子显微镜利用电子束替代光束，利用电子的波粒二象性以及电子与样品之间的相互作用来观察和分析样品的微观结构和成分。
主要包括传统的透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）和扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）两种类型。
2.1 透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜能够提供非常高的分辨率，可以观察到纳米尺度的细节。
透射电子显微镜将电子束通过样品的薄片，然后通过透射的方式形成图像。
通过TEM可以观察到材料的微观晶格结构、晶体缺陷、原子排列等信息，对于研究材料的结构和性质非常有价值。
2.2 扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜则通过扫描电子束在样品表面形成图像。
SEM能够提供非常高的表面分辨率和三维观察能力，对于表面形貌的分析非常有用。
扫描电子显微镜可以用于观察材料的形貌、粒度分布、表面元素等信息。
3. 应用领域3.1 材料检测在电子行业中，材料的质量和性能对产品的稳定性和可靠性起着至关重要的作用。
电子显微分析技术可以对材料的微观结构和成分进行精确观察和分析。
通过TEM和SEM，可以观察和分析材料的晶体结构、晶界、位错等缺陷，从而评估材料的质量和性能。
3.2 元器件分析在电子行业中，各种元器件被广泛应用于电子产品中。
电子显微分析技术可以对元器件的结构和成分进行分析和观察。
通过观察材料的微观结构，可以判断元器件是否存在缺陷、磨损以及其他性能问题。
通过元器件的成分分析，可以确保元器件的质量和性能符合要求。
05电子显微镜与超薄切片技术
电子显微镜与超薄切片技术
前言
• 电子显微镜的出现大大地推进了生物科学 的研究，使生物科学从宏观到微观，从显 微水平发展到超显微水平；将形态和组成， 结构和功能逐渐地交融起来，使人们对细 胞内的超显微结构及其功能得到进一步的 认识。目前，电子显微镜已达到对物质元 素构成的最小单位一一原子的分辨，在生 物学、材料学、冶金学、考古学、地学和 矿物学等学科占有极重要的地位。
表面喷涂一定的金属导电层，如喷金。
红细胞
3.包埋
• 浸透剂就是包埋剂（环氧树脂 ），浸透的目的是为了把包埋剂填充到组织 或细胞的各个部分，使得切片时细胞及其精细结构不致受到损伤和碎裂， 以达到尽可能完整地保存。 • 国外一般常用的环氧树脂为Epon812，国产为树脂618 • 包埋方法
组织脱水后入中间溶剂或不入中间溶液，直接入纯丙酮与包埋剂混合液中开始 浸透，过程是：
纯丙酮＋包埋剂（1:1） 纯丙酮＋包埋剂（1:3） 纯包埋剂（35℃） 包埋剂 包埋剂 包埋剂 (37℃) （45℃） （60℃） 1小时 3-4小时 过液 24小时 24小时 24小时
接着包埋于新换的包埋剂于预先干燥的胶囊中聚合：
4.超薄切片
• 超薄切片机，切片使用玻璃刀，切成50-100微米 的超薄切片。 • 超薄切片的厚度一般是通过观察刀槽液上切片的 干涉色而估计的。 暗灰色 400埃以下 灰 色 400-500埃 银白色 500-700埃 金黄色 700-900埃 紫 色 900埃以上
05第三章 电子衍射(TEM)1101
第二十八页，课件共有53页
电子衍射示意图
θ= λ/2d， θ≈ 10-2弧度 入射束近似平行（hkl） K =1/ λ 远比 d大，
倒易面（与反射球相交处）近似平面
λ= 2dsin θ =dR/L K= λL
d= K/R
R (L)g Kg
Rhkl g hkl
第二十九页，课件共有53页
第四节 多晶电子衍射花样及其标定
体心立方 ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨ ∨
N=h2+k2+l2
18
20 22 24 26
{hkl} 411,330 420 332 422 510
体心立方
∨
∨∨∨∨
第二十六页，课件共有53页
（不消光的N值）
第二十七页，课件共有53页
第三节 相机常数公式
（电子衍射“放大”公式）
1. Rhkl Kg hkl
2、消光定律： （考虑不消光的晶面）
满足Fhkl≠0的（hkl）
3、晶带轴定理：
hu+kv+lw=0
第二页，课件共有53页
电子衍射
多晶衍射:一组同心圆环 单晶衍射:周期性规则排列的斑点
第三页，课件共有53页
电子衍射简介1
• 金属和其它晶体物质是由原子，离子或原子集团在三维空间内周期性地有规 则排列的质点对具有适当波长的辐射波（如X射线、电子或中子）的弹性相干散 射，将产生衍射现象，在某些确定的方向上；散射波因位相相同而彼此加强，而 在其它方向上散射波的强度很弱或等于零。电子显微镜的照明系统提供了一束波 长恒定的单色平面波，因而自然地具备着用它对晶体样品进行电子衍射分析的条 件。
• 傅立叶变换： • F(x)=a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+.…+
电子显微分析方法
第二十九页，共三十七页，2022年，8月28日
AFM应用
■ AFM的主要功能同STM一样。一般而言，STM适于研 究导体样品，而难于研究绝缘样品，由此发展起来的 AFM克服了STM的局限性，对导体和非导体样品都适 用；
■ 控制针尖或样品的Z轴位置，利用激光束的反射来检测 微悬臂的形变，即使小于0.01nm的微悬臂形变也可检测， 只要用激光束将它反射到光电检测器后，变成了
3~10nm的激光点位移，由此产生一定的电压变化，通过测量 检测器电压对应样品扫描位置的变化，就可得到样品的表面 形貌图象。
第二十四页，共三十七页，2022年，8月28日
■ 研究晶体的表面原子排列 ■ 研究汽相沉积表面膜的生长 ■ 研究氧化模的形成 ■ 研究气体吸附和催化
第七页，共三十七页，2022年，8月28日
第三节 俄歇电子能谱（AES)
第八页，共三十七页，2022年，8月28日
■ 电子跃迁过程
■ 原子的内层电子被击出后，处于激发态的原子恢复 到基态有两种互相竞争的过程：1）发射X射线荧光，
■ 元素的定量分析：从光电子能谱测得的信号是该物 质含量或相应浓度的函数，在谱图上它表示为光电
子峰的面积。目前虽有几种XPS定量分析的模型， 但影响定量分析的因素相当复杂。
第三十四页，共三十七页，2022年，8月28日
■ 表面污染分析
■ 由于对各个元素在XPS中都会有各自的特征光谱， 如果表面存在C、O或其它污染物质，会在所分 析的物质XPS光谱中显示出来，加上XPS表温、室 中等程度 1000 Å
电子显微分析总结
《电子显微分析》知识点总结第一讲电子光学基础1、电子显微分析特点2、Airy斑概念3、Rayleigh准则4、光学显微镜极限分辨率大小:半波长,200nm5、电子波的速度、波长推导公式6、光学显微镜与电子显微镜的不同之处:光源不同、透镜不同、环境不同7、电磁透镜的像差产生原因,如何消除与减少像差。
8、影响光学显微镜与电磁透镜分辨率的关键因素,如何提高电磁透镜的分辨率9、电子波的特征,与可见光的异同第二讲TEM1、TEM的基本构造2、TEM中实现电子显微成像模式与电子衍射模式操作第三讲电子衍射1、电子衍射的基本公式推导过程2、衍射花样的分类:斑点花样、菊池线花样、会聚束花样3、透射电子显微镜图像衬度,各自的成像原理。
第四讲TEM制样1、粉末样品制备步骤2、块状样品制备减薄的方法3、块状脆性样品制备减薄——离子减薄4、塑料样品制备——离子减薄5、复型的概念、分类第五讲SEM1、电子束入射固体样品表面会激发的信号、特点与用途2、SEM工作原理3、SEM的组成4、SEM的成像衬度:二次电子表面形貌衬度、背散射电子原子序数衬度、吸收电子像的衬度、X射线图像的衬度第六讲EDS与WDS1、EDS探测系统——锂漂移硅固体探测器2、EDS与WDS的优缺点第七讲EBSD1、EBSD的应用第八讲其它电子显微分析方法1、各种设备的缩写形式历年考题透射电镜的图像衬度有非晶样品质厚衬度, 薄晶体样品的衍射衬度, 相位衬度。
一、我校材料分析中心现有的两台场发射电子显微镜有哪些主要的功能附件？可以进行哪方面的分析工作？答:1、场发射扫描电子显微镜仪器型号: SUPRA 55 生产厂家:德国ZEISS功能附件:(1)配备Oxford INCA EDS设备,可以对5B-92U的元素进行微区成分定性、定量分析,包括点、线、面成分的分析;(2)配备HKL EBSD设备,可以对材料进行取向、织构及物相鉴定,晶体学结构分析,相位及相位差分析,应变分析;(3)配备拉伸弯曲台,可以在扫描电镜内对试样做拉伸、压缩与弯曲试验,同时原位观察组织变化。
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2020/11/3
材料化学研究方法
9
7
二次电子发射率与下述哪些因素有关？ A 样品质量 B 样品体积 C 样品形貌 D 样品二次电子发射系数
2020/11/3
材料化学研究方法
8
下列叙述哪些是错误的？
A 背散射电子分辩率高于二次电子。
B 背散射电子信号随原子序数Z的变化比二次电子显著的 多.
C 对于背散射电子像而言，样品中重元素区域在图像上 是暗区，而轻元素在图像上是亮区
2020/11/3
材料化学研究方法
5
SEM的分辨率是指
A 二次电子像的分辨率 B 背散射电子像的分辨率 C 吸收电子像的分辨率 D 透射电子像的分辨率
2020/11/3
材料化学研究方法
6
背散射电子像可以用来显示（ ） A 形貌衬度 B 电压衬度 C 成分衬度 D 质厚衬度
2020/11/3
材料化学研究方法
2020/11列哪种系统在TEM中不存在?
A 电子光学系统 B 真空系统 C 扫描系统 D 信号检测与记录系统
2020/11/3
材料化学研究方法
4
关于二次电子与背散射电子,下列说法正确的是
A 二种检测信号不可以用同一种检测器检测 B 二种检测信号可以用同一种检测器检测,且二种信号强度 一致 C 二次电子检测主要用于样品形貌分析 D 背散射电子检测主要用于样品形貌分析
上节回顾
SEM的仪器构造,各系统功能,衬度理论,电 子像,样品制备及SEM应用. 电子探针仪
1
SEM中,电磁透镜的作用是?
A 放大成像 B 电子衍射 C 聚光 D 上述答案均错
2020/11/3
材料化学研究方法
2
SEM中,存在三个聚光镜系统,其中,哪一个聚光镜是物镜?
A 第一聚光镜 B 第二聚光镜 C 第三聚光镜 D 上述答案均错