电子束与固体样品相互作用

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SEM和EDS的现代分析测试方法

第四节 SEM的构造
一. 电子光学系统
组成: 电子枪, 电磁聚光镜, 光阑, 样品室等.
作用: 用来获得扫描电子束, 作为使样品产生各种物理信号的激发源.
1. 电子枪 2. 聚光镜(电磁透镜) 3. 光阑 4. 样品室
用于SEM的电子枪有两种类型
热电子发射型: 普通热阴极三极电子枪六硼化镧阴极电子枪
一. 导电材料试样制备
1. 试样尺寸尽可能小些，以减轻仪器污染和保持良好真空。
2. 切取试样时，要避免因受热引起试样塑性变形，或在观察面生成氧化层；要防止机械损伤或引进水、油污及尘埃等污物。
3. 观察表面，特别是各种断口间隙处存在污物时，要用无水乙醇、丙酮或超声波清洗法清理干净。
4. 故障构件断口或电器触点处存在的氧化层及腐蚀产物，不要轻易清除。
三. 波谱仪与能谱仪比较
与波谱仪相比，能谱仪的缺点： 1. 能量分辨率低. 2. 峰背比差、检测极限高，定量分析精度差. 3. Be窗. 4. LN2冷却.
三. 信号检测放大系统
作用：检测样品在入射电子束作用下产生的物理信号，然后经视频放大，作为显象系统的调制信号。
检测器类型
1. 电子检测器：由闪烁体、光导管和光电倍增器组成。
2. 阴极荧光检测器：由光导管、光电倍增器组成。
3. X射线检测系统：由谱仪和检测器两部分组成。
四. 图象显示和记录系统
组成：显示器、照相机、打印机等。
作用：把信号检测系统输出的调制信号转换为在阴极射线管荧光屏上显示的样品表面某种特征的扫描图象，供观察或照相记录。
五. 电源系统
组成：稳压、稳流及相应的安全保护电路等。
作用：提供扫描电子显微镜各部分所需要的电源。

SEM(扫描电子显微镜)的原理

扫描电子显微镜（Scanning Electronic Microscopy, SEM）扫描电镜（SEM）是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。

扫描电镜的优点是，①有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调；②有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；③试样制备简单。

目前的扫描电镜都配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析，因此它是当今十分有用的科学研究仪器。

电子束与固体样品的相互作用扫描电镜从原理上讲就是利用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描，激发出各种物理信息。

通过对这些信息的接受、放大和显示成像，获得对是试样表面性貌的观察。

具有高能量的入射电子束与固体样品的原子核及核外电子发生作用后，可产生多种物理信号如下图所示。

电子束和固体样品表面作用时的物理现象一、背射电子背射电子是指被固体样品原子反射回来的一部分入射电子，其中包括弹性背反射电子和非弹性背反射电子。

弹性背反射电子是指倍样品中原子和反弹回来的，散射角大于90度的那些入射电子，其能量基本上没有变化（能量为数千到数万电子伏）。

非弹性背反射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹性散射，不仅能量变化，而且方向也发生变化。

非弹性背反射电子的能量范围很宽，从数十电子伏到数千电子伏。

从数量上看，弹性背反射电子远比非弹性背反射电子所占的份额多。

背反射电子的产生范围在100nm-1mm深度，如下图所示。

电子束在试样中的散射示意图背反射电子产额和二次电子产额与原子序束的关系背反射电子束成像分辨率一般为50-200nm （与电子束斑直径相当）。

背反射电子的产额随原子序数的增加而增加（右图），所以，利用背反射电子作为成像信号不仅能分析新貌特征，也可以用来显示原子序数衬度，定性进行成分分析。

二、二次电子二次电子是指背入射电子轰击出来的核外电子。

无机非金属材料测试方法练习题

无机非金属材料测试方法一、填空题：1.试样由原子序数分别为Z1、Z2（Z1›Z2）的纯元素区域1、2构成时，电子束扫描到这两个区域时产生的背散射电子数nB1、nB2二次电子数ns1、ns2之间的关系为：、2.扫描电镜上配备的主要用于探测感兴趣的微区的。

3.扫描电子显微镜常用的信号是和。

4.球差是由于电子透镜中心区域和边缘区域（）而造成的；像散是由于（）引起的；色差是（）造成的。

二、选择题：1.X射线衍射方法以分析（）为主。

扫描电子显微镜以分析（）为主。

A.化学成分；B.物质相；C.物质的化学键；D.表面微形貌；E.有机化学组成2.在电子显微分析中，加速电压越高，得到的电子束的波长（）。

A.越长；B.越短；C.没有影响3.电子束与固体样品相互作用产生的物理信号中可用于分析1nm厚表层成分的信号是（）。

a．背散射电子；b.俄歇电子；c. 特征X射线。

4.电子与固体相互作用可以产生各种粒子信号，下列信号对应入射电子的是( )。

A二次电子B背散射电子 C X-射线荧光 D 表面元素电离三、简答题1.（1）试说明电子束入射固体样品表面激发的主要信号、主要特点和用途。

（2）扫描电镜的分辨率受哪些因素影响? 给出典型信号成像的分辨率，并说明原因。

（3）二次电子（SE）信号主要用于分析样品表面形貌，说明其衬度形成原理。

（4）用二次电子像和背散射电子像在显示表面形貌衬度时有何相同与不同之处?2.磁透镜的像差是怎样产生的? 如何来消除和减少像差?3.说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素是什么？如何提高电磁透镜的分辨率？期中测试一、填空题：（19分，每空1分）1.与衍射仪法相比，劳埃法使用X射线，样品为，应用劳埃方程可以从衍射图上得到晶胞参数和晶胞内原子分布，进行晶体结构分析。

2.试样由原子序数分别为Z1、Z2（Z1›Z2）的纯元素区域1、2构成时，电子束扫描到这两个区域时产生的背散射电子数nB1、nB2二次电子数ns1、ns2之间的关系为：、。

电子束入射固体样品表面会激发哪些信号

1.电子束入射固体样品表面会激发哪些信号，他们有哪些特点和用途
a.二次电子:在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的核外电子。

特点：能量较低；表面形貌敏感性：一般在表层5-10nm深度范围激发的。

用途：它对试样表面状态非常敏感，能有效地显示试样表面的微观形貌。

b.背散射电子：背散射电于是指被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子。

特点：具有较高能量，作用深度大；原子序数敏感性：产额随样品原子序数增大而增大。

用途:形貌分析、定性成分分析
c.吸收电子：入射电子能量被吸收殆尽，吸收电子信号与二次电子或背散色电子信号互补，强度相反，图象衬度相反。

用途：吸收电流像可以反映原子序数衬度，同样也可以用来进行定性的微区成分分析。

d.透射电子：一部分入射电子穿过薄样品而成为透射电子。

透射电子信号由微区的厚度、成分和晶体结构来决定。

因此，可以用特征能量损失电子配合电子能量分析器来进行微区成分分析。

e.特征X射线当样品原子的内层电子激发或电离时，原子就会处于能量较高的激发状态，此时外层电子将向内层跃迁已填补内层电子的空缺，从而释放特征X射线。

用途：定性或定量微区成分分析。

f.俄歇电子：能级跃迁，当众多能量不足以辐射X光，空位层的一个电子会发射出去；这个跃出的电子为俄歇电子。

特点：能量具有特征值，近表层性质，能量很低。

用途：表面层成分分析
2.横向扩展降低信号成像分辨率：俄歇电子，二次电子，背散射电子，特征X射线，连续X射线
3.可见光波长。

《材料现代分析方法》练习与答案修改详解

一、选择题1.用来进行晶体结构分析的X 射线学分支是（ B ）A.X 射线透射学；B.X 射线衍射学；C.X 射线光谱学；2. M 层电子回迁到K 层后，多余的能量放出的特征X 射线称（ B ）A. K α；B. K β；C. K γ；D. L α。

三、填空题1. 当X 射线管电压超过临界电压就可以产生连续 X 射线和特征 X 射线。

2. X 射线与物质相互作用可以产生俄歇电子、透射X 射线、散射X射线、荧光X 射线、光电子、热、、。

3. X 射线的本质既是波长极短的电磁波也是光子束，具有波粒二象性性。

5. 短波长的X 射线称，常用于；长波长的X 射线称，常用于。

一、选择题1.有一倒易矢量为*+*+*=*c b a g 22，与它对应的正空间晶面是（）。

A. （210）；B. （220）；C. （221）；D. （110）；。

2.有一体心立方晶体的晶格常数是0.286nm ，用铁靶K α（λK α=0.194nm ）照射该晶体能产生（）衍射线。

A. 三条； B .四条； C. 五条；D. 六条。

3.一束X 射线照射到晶体上能否产生衍射取决于（）。

A ．是否满足布拉格条件；B ．是否衍射强度I ≠0；C ．A+B ；D ．晶体形状。

4.面心立方晶体（111）晶面族的多重性因素是（）。

A ．4；B ．8；C ．6；D ．12。

二、填空题1. 倒易矢量的方向是对应正空间晶面的；倒易矢量的长度等于对应。

2. 只要倒易阵点落在厄瓦尔德球面上，就表示该满足条件，能产生。

3. 影响衍射强度的因素除结构因素、晶体形状外还有，，，。

4. 考虑所有因素后的衍射强度公式为，对于粉末多晶的相对强度为。

5. 结构振幅用表示，结构因素用表示，结构因素=0时没有衍射我们称或。

对于有序固溶体，原本消光的地方会出现。

三、选择题1.最常用的X 射线衍射方法是（）。

电子与固体物质的作用

随着入射电子与样品中原子核或核外电子发生非弹性碰撞次数的增多，电子的能量和活动能力不断降低，以致最后被样品全部吸收。
用检测电流的方式可以得到吸收电子的信号像，它是背散射电子像和二次电子像的负像。现在一般不采用这种方式获得照片。
透射、吸收、背散射和二次电子之间的强度关系
样品本身要保持电平衡，这些电子信号必须满足以下关系： ip=ib+is+ia+it 式中：ip是入射电子强度；ib是背散射电子强度；is是二次电子强度；ia是吸收电子强度；it是透射电子强度。将上式两边同除以ip，得： η +δ +α +T=1 式中：η = ib/ip，为背散射系数；δ = is/ip，为二次电子发射系数； α = ia/ip，为吸收系数； T = it/icattered Electron)
背散射电子及二次电子的产额随原子序数的增加而增加，但二次电子增加的不明显。而背散射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征，也可以用来显示原子序数衬度，定性地成分分析。不同的物质相也具有不同的背散射能力，用背散射电子的测量亦可以大致的确定材料中物质相态的差别。背散射电子像亦称为成分像。
4.2 背散射电子(Back-scattered Electron)
背散射电子是指被固体样品原子反射回来的一部分入射电子，其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。
弹性背散射电子是指被样品中原子核反弹回来的，散射角大于90度的那些入射电子，其能量基本无变化（几到几十KeV）。非弹性背反射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹性散射，不仅能量变化，而且方向也发生变化。能量范围很宽，从数十 eV 到数千eV。从数量上看，弹性背散射电子远比非弹性背散射电子所占的份额多。背散射电子的产生范围在样品的 100nm-1m m 深度，能量在几十几千eV。背散射电子成像分辨率一般为 50200nm（与电子束斑直径相当）。

03-电子显微分析-基础知识与TEM(2-电子与固体物质的相互作用)

§2 电子与固体物质的相互作用
原子核对入射电子的散射一、入射电子的散射核外电子对入射电子的散射
二、入射电子与固体材料相互作用产生的信号
背散射电子二次电子透射电子吸收电子特征X射线俄歇电子……
三、相互作用体积与信号产生的深度和广度
1
一、入射电子的散射
1、散射定义及分类
散射:当一束聚焦电子束沿一定方向照射到固体上时，在固体原子的库仑电场作用下，入射电子方向发生改变，这种现象称为电子的散射。
第1§ 、2§ 小结
光学显微镜的局限性→电子显微镜电子枪加速电压与电子束波长关系电子透镜：静电透镜磁透镜像差：几何像差色差场深焦深电子束与固体物质的相互作用电子与物质相互作用体积和深度、广度
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ19
1
R（Z -）2
Z—原子序数 R、σ—常数
来源深度：特征X射线来自样品较深的区域应用：用特征值进行成分分析
14
6、俄歇电子
俄歇电子产生过程
每种原子都有自己的特定壳层能量，所以它们的俄歇电子能量也各有特征值。
能量特点：俄歇电子能量值很低，几十ev ～几百ev ；来源深度：来自样品表面1—2nm范围；用途：适合做表面分析。
散射分类：有弹性散射和非弹性散射之分。原子中的原子核和核外电子对入射电子均有散射作用。
2
2、原子核对入射电子的散射原子核对入射电子的散射包括弹性散射和非弹性散射（1）弹性散射电子:只改变运动方向，不损失能量。
弹性散射电子是透射电镜成像和电子衍射的基础
3
（2）非弹性散射
入射电子运动到原子核附近损失能量
3、透射电子eT 当试样厚度小于入射电子的穿透深度时，电子从

电子显微镜原理：电子束与样本相互作用

电子显微镜原理：电子束与样本相互作用电子显微镜（Electron Microscope，简称EM）是一种使用电子束来观察微观结构的显微镜。

与光学显微镜不同，电子显微镜使用电子而不是可见光，能够获得更高的空间分辨率。

以下是电子显微镜的基本原理，主要集中在电子束与样本相互作用的方面：1. 电子束的产生：电子显微镜使用电子枪产生高速电子束。

电子枪中的热阴极或场发射阴极产生电子，然后通过电场和磁场聚焦成一束电子。

2. 电子束的聚焦：通过磁透镜和电透镜，电子束被聚焦成一个细小的束流。

这种聚焦作用使得电子显微镜具有极高的空间分辨率，可以观察到微观尺度的细节。

3. 电子束与样本的相互作用：透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）：电子束穿透样本，样本中的不同区域对电子的散射程度不同。

根据电子的透射情况，形成投影图像。

通过调整电子束的透射程度，可以获得不同深度的截面图像，实现对样本内部结构的高分辨率观察。

扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）：电子束扫描样本表面，与样本表面的原子产生相互作用。

样本表面的原子会发射出不同的信号，包括二次电子、反射电子、和吸收电子等。

这些信号被检测并用于形成样本表面的图像，从而实现对样本表面形貌的高分辨率观察。

4. 图像的形成：检测器捕捉样本与电子束相互作用产生的信号，并将其转化为电子显微镜图像。

这些图像展示了样本的微观结构，提供了高分辨率的表面或截面信息。

电子显微镜的优势在于其极高的空间分辨率，使其能够观察到微观世界中更小尺度的结构。

由于电子具有较短的波长，因此电子显微镜能够克服光学显微镜在分辨率上的限制。

这使得电子显微镜在材料科学、生物学、纳米技术等领域中得到广泛应用。

扫描电镜工作原理电子束与样品的相互作用扫描电镜是对样品

扫描电镜工作原理一、电子束与样品的相互作用扫描电镜是对样品表面形态进行测试的一种大型仪器。

电子枪发射的电子束在扫描电镜镜筒中，通过电磁透镜聚焦和电场加速，入射到样品中，束电子与样品原子核或核外电子发生多种相互作用，而被散射，引起束电子的运动方向或能量（或两者同时）发生变化，从而产生各种反映样品特征的信号。

这些信号包括二次电子、背散射电子、吸收电子、透射电子、俄歇电子、电子电动势、阴极荧光、X射线等，这些信号能够表征固体表面或内部的某些物理或化学性质。

它们是各类电子束显微分析的物理基础（图1）。

电子与样品的相互作用过程可分成弹性散射和非弹性散射过程两类。

弹性散射与非弹性散射过程是同时发生的，前者使束电子偏离原来运动方向，并使电子在样品内部罗三，后者使电子能量逐渐减少直至被样品全部吸收，因此限制了电子束的扩散范围，电子束的能量完全沉积在扩散区内，同时产生大量可检测的二次辐射，这个区域称为相互作用区。

图 1 电子束轰击固体发生的各种信号及深度相互作用区可以通过实验直接观察或由Monte Calro计算法得到。

通常，电子束能量越强，电子入射深度越深，相互作用区越大（图2）。

样品的原子序数越大，束电子在每走过单位距离所经受的弹性散射事件越多，其平均散射角度大，在样品中的穿透深度越浅（图3）。

图2. 不同加速电压下，蒙德卡罗(Monte Carlo)电子轨迹模拟图图3. 同样加速电压下，不用材料，蒙德卡罗(Monte Carlo)电子轨迹模拟图二、扫描电镜工作原理由图4可以看出，从电子枪阴极发出的直径20-30nm的电子束，受到阴阳极之间的加速电压的作用，射向镜筒。

经过聚光镜和物镜聚焦后，形成一个具有一定能量、强度和斑点直径的入射电子束。

在物镜上部扫描线圈产生的磁场作用下，入射电子束按一定时间、空间顺序作光栅式扫描。

由于入射电子与样品之间的相互作用，从样品中激发出的信号被不同的检测器收集，并成像。

本台扫描电镜配备有检测二次电子的SE2和Inlens检测器，形成样品形貌像；检测背散射电子的ASB检测器，形成样品成分衬度像；检测特征X射线能量的X射线能谱仪，用于元素定性、定量分析。

电子显微镜原理：电子束与样本相互作用

电子显微镜原理：电子束与样本相互作用
电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种使用电子束而非光子的显微镜，因此能够获得比光学显微镜更高的分辨率。

电子显微镜的工作原理涉及电子束与样本相互作用的复杂过程，以下是其基本原理：
电子源产生电子束：电子显微镜使用电子枪产生高能电子束。

电子枪中的热阴极或场发射阴极通过升高温度或应用电场来发射电子，形成电子束。

电子透射：电子束通过减小的孔径或准直器，使得只有直线上的电子通过。

这样的电子束称为透射电子。

样本的透射：透射电子束穿过样本，与样本内部的原子和电子云发生相互作用。

这一步是电子显微镜获得高分辨率图像的关键。

电子的散射：样本中的原子和电子云对透射电子进行散射。

这种散射导致了电子的方向发生改变，产生一个经过样本内部的复杂的散射图样。

透射电子图像形成：通过测量透射电子束的强度和散射的方向，可以形成样本内部的高分辨率图像。

因为电子的波长比可见光短得多，电子显微镜的分辨率远远超过光学显微镜。

透射电子的检测：探测器捕捉透射电子的强度和位置信息，然后通过计算机进行处理，生成样本的图像。

在电子显微镜中，透射电子的波动性质是其能够获得高分辨率图像的关键。

电子显微镜的分辨率通常在纳米或亚纳米级别，允许科学家观察并研究微小的生物分子、晶体结构和其他纳米尺度的物体。

电子束和样品作用时的损伤机制

电子束和样品作用时的损伤机制
电子束与样品的相互作用是电子显微镜的基础。

它的作用是将电子束用于样品表面，使样品的结构和形状可以精确地用电子束探测器记录下来。

电子束和样品作用时产生的损伤机制是极其复杂的，并且可以从多个角度来探讨。

首先，当电子束与样品表面接触时，样品表面会受到极强的电场作用，由于样品表面的质子浓度不均匀，电场会使这些质子异常扩散，样品表面就会受到电离辐射和热辐射的损伤。

其次，当电子束束流撞击样品表面时，电子束的能量会将样品的一部分离子蒸发，这样就会使样品表面的原子与原子之间的距离变短，从而产生热损伤。

此外，样品表面涂层也会受到损伤，因为涂层的厚度会因电子束的入射角度和电子束的能量而有所不同，如果电子束的能量过大，涂层就会被掏空。

最后，电子束和样品作用时也会产生电磁场，这个电磁场会影响样品表面的电子结构，从而使样品表面受到损伤。

总之，电子束和样品作用时会产生多种损伤机制，包括电场损伤、热损伤、涂层损伤和电磁场损伤等。

由于这些损伤机制的复杂性，需要对电子束和样品作用时的相互作用进行精确的分析，以确保电子显微镜的精确性。

电子束与固体样品相互作用

• 定义：入射电子作用下被轰击出来并离开样品表面的核外电子。 • 性质：能量低，一般不超过50eV。 • 范围：一般都是在距表层5~10nm深度范围内被激发出来。
• 应用：对样品表面状态十分敏感，能非常有效地显示样品的表面形貌。不能用来进行成分分析。
产额比较
吸收电子
• 定义：入射电子进入样品后，多次非弹性碰撞，能量损失殆尽，被样品吸收。 • 电流强度：Ia=I0—(I b +Is) • 应用：吸收电子能够产生原子序数衬度，可进行定性地微区成分分析。 • 原子序数衬度：SEM或TEM中由于试样表面物质序数（或化学成分）差别而形成的衬度。
俄歇电子
• 原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量并不以X射线形式发射出去，而是用这部分能量把空位层内的另一个电子发射出去（或使空位层电子发lt;1nm逸出的的俄歇电子具有能量，因此，俄歇电子特别适用于做表层成分分析。
电子束与固体样品相互作用
背散射电子
• 定义：被固体样品中的原子反弹回来的一部分入射电子。 • 分类：弹性和非弹性 • 应用：来自于样品表层几百纳米范围。它的产额随原子序数增大而增多。所以不仅能做形貌分析，而且可以用来显示原子序数衬度，定性地用作成分分析。
背散射电子
背散射电子
二次电子
透射电子
• 一部分入射电子穿过薄样品而成为透射电子
• 投射电子的信号由微区的厚度，成分，晶体机构决定 • 应用：特征能量损失电子是和分析区域的成分有关，可以利用特征能量损失电子配合电子能量分析器来进行微区成分分析。
特征X射线
• 内层电子被激发活电离，形成空缺，外层电子跃迁内层，以X射线发出能量。 • 特征波长：λ=hc/ Δ E • X射线的波长和原子序数之间服从莫塞莱定律： λ=K/(Z—σ)2 用X射线探测器测到样品微区中的存在某一种特征波长，就可以判定这个微区中存在相应的元素。

电子与固体物质的相互作用

信号，除了二次电子、俄歇电子和特征能量损失电 பைடு நூலகம்外，还有背散射电子、透射电子和吸收电子等。
1、背散射电子
电子射入试样后，受到原子的弹性和非弹性散射，有一部分电子的总散射角大于90°，重新从试样表面逸出，称为背散射电子，这个过程称为背散射。可分为弹性背散射、单次（多次）非弹性背散射。通过接收电子的探测仪，可探测不同能量的电子数目。如图所示：
五、相互作用体积与信号产生的
1、相深互度作用和体广积度
当电子射入试样后，受到原子的弹性、非弹性散射。特别是在许多次的散射后，电子在各个方向散射的几率相等，也即发生漫散射。由于这种扩散过程，电子与物质的相互作用不限于电子入射方向，而是有一定的体积范围，此体积范围称为相互作用体积。
2、各种物理信号产生的深度和广度俄歇电子<1nm 二次电子<10nm 背散射电子>10nm X射线1um
培训目的
电子与固体物质的相互作用
二、内层电子激发后的弛豫过程当内层电子被运动的电子轰击脱离原子后，原
子处于高度激发状态，它将跃迁到能量较低的状态，这种过程称为弛豫过程。它可以是辐射跃迁，即特征X射线；也可以是非辐射跃迁，如俄歇电子发射，这些过程都具特征能量，可用来进行成分分析。
三、各种电子信号在电子与固体物质相互作用过程中产生的电子
扫描电镜和电子探针中应用背散射电子成像
称为背散射电子像。其分辨率较二次电子象低。
2、透射电子
当试样厚度小于入射电子的穿透深度时，电子从另一表面射出，这样的电子称为透射电子。
TEM就是应用透射电子成像的。如果试样只有10~20nm的厚度，则透射电子主要由弹性散射电子组成，成像清晰。
如果试样较厚，则透射电子有相当部分是非弹性散射电子，能量低于E0，且是变量，经过磁透镜后，由于色差，影响了成像清晰度。

第二节电子与固体的相互作用

• 多元素的样品时，由于二次电子产额不受多元素的样品时，原子序数影响，原子序数影响，则产生背散射电子较多的部位其吸收电子的数量就较少。部位其吸收电子的数量就较少。 • 吸收电流像可以反映原子序数衬度，同样吸收电流像可以反映原子序数衬度，也可以用来进行定性的微区成分分析成分分析。也可以用来进行定性的微区成分分析。
TEM就是应用透射电子成像的。就是应用透射电子成像的。就是应用透射电子成像的如果试样只有10~20nm的厚度，则透射电子主要的厚度，如果试样只有的厚度由弹性散射电子组成，成像清晰。由弹性散射是非弹性散射电子，如果试样较厚，则透射电子有相当部分是非弹性散射电子，能量低于E 且是变量，经过磁透镜后，由于色差，能量低于 0，且是变量，经过磁透镜后，由于色差，影响了成像清晰度。响了成像清晰度。
λ Kα
hc = E K − E L2
•h为普朗克常数，c为光速。为普朗克常数，为光速为光速。为普朗克常数莫塞莱定律：莫塞莱定律：
λ=
K
( Z − σ)
2
Z为原子序数，K、σ为常数。为原子序数，、为常数。为原子序数特征X射线进行成分分析。特征射线进行成分分析。射线进行成分分析
五、特征X射线特征X
• 特征X射线：原子的内层电子受到激发以后，在能级跃迁过特征X射线：原子的内层电子受到激发以后，程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电磁波辐射。程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电磁波辐射。 • 入射电子与核外电子作用，产生非弹性散射，外层电子脱入射电子与核外电子作用，产生非弹性散射，离原子变成二次电子，使原子处于能量较高的激发状态，离原子变成二次电子，使原子处于能量较高的激发状态，它是一种不稳定态。它是一种不稳定态。 • 较外层的电子会迅速填补内层电子空位，使原子降低能量，较外层的电子会迅速填补内层电子空位，使原子降低能量，趋于较稳定的状态。趋于较稳定的状态。 • 如K层电子逸出，原子就处于K激发态，具有能量EK。层电子逸出，原子就处于K激发态，具有能量E • 当一个L2层电子填补K层空位后，原子体系由K激发态变成当一个L2层电子填补K层空位后，原子体系由K L2层电子填补 L2激发态能量从E 降为E 激发态， L2激发态，能量从EK降为EL2， • ∆E的能量释放出来。的能量释放出来。 • ∆E＝(EK-EL2)

《材料分析测试技术》试卷(答案)

《材料分析测试技术》试卷（答案）一、填空题：（20分，每空一分）1. X射线管主要由阳极、阴极、和窗口构成。

2. X射线透过物质时产生的物理效应有：散射、光电效应、透射X射线、和热。

3. 德拜照相法中的底片安装方法有：正装、反装和偏装三种。

4. X射线物相分析方法分：定性分析和定量分析两种；测钢中残余奥氏体的直接比较法就属于其中的定量分析方法。

5. 透射电子显微镜的分辨率主要受衍射效应和像差两因素影响。

6. 今天复型技术主要应用于萃取复型来揭取第二相微小颗粒进行分析。

7. 电子探针包括波谱仪和能谱仪成分分析仪器。

8. 扫描电子显微镜常用的信号是二次电子和背散射电子。

二、选择题：（8分，每题一分）1. X射线衍射方法中最常用的方法是（ b ）。

a．劳厄法；b．粉末多晶法；c．周转晶体法。

2. 已知X光管是铜靶，应选择的滤波片材料是（b）。

a．Co ；b. Ni ；c. Fe。

3. X射线物相定性分析方法中有三种索引，如果已知物质名时可以采用（c ）。

a．哈氏无机数值索引；b. 芬克无机数值索引；c. 戴维无机字母索引。

4. 能提高透射电镜成像衬度的可动光阑是（b）。

a．第二聚光镜光阑；b. 物镜光阑；c. 选区光阑。

5. 透射电子显微镜中可以消除的像差是（ b ）。

a．球差；b. 像散；c. 色差。

6. 可以帮助我们估计样品厚度的复杂衍射花样是（a）。

a．高阶劳厄斑点；b. 超结构斑点；c. 二次衍射斑点。

7. 电子束与固体样品相互作用产生的物理信号中可用于分析1nm厚表层成分的信号是（b）。

a．背散射电子；b.俄歇电子；c. 特征X射线。

8. 中心暗场像的成像操作方法是（c）。

a．以物镜光栏套住透射斑；b．以物镜光栏套住衍射斑；c．将衍射斑移至中心并以物镜光栏套住透射斑。

三、问答题：（24分，每题8分）1.X射线衍射仪法中对粉末多晶样品的要求是什么？答：X射线衍射仪法中样品是块状粉末样品，首先要求粉末粒度要大小适中，在1um-5um之间；其次粉末不能有应力和织构；最后是样品有一个最佳厚度（t =2.分析型透射电子显微镜的主要组成部分是哪些？它有哪些功能？在材料科学中有什么应用？答：透射电子显微镜的主要组成部分是：照明系统，成像系统和观察记录系统。

电子与物质的相互作用及其应用

电子与物质的相互作用及其应用电子束与固体样品作用时产生的信号图是电子束与固体样品作用时产生的信号。

它包括：背散射电子、二次电子、吸收电子、透射电子、特征x射线、俄歇电子。

1.背散射电子背散射电子是被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子，其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。

弹性背散射电子：被样品中原子核反弹回来的，散射角大于90 的那些入射电子，其能量没有损失(或基本上没有损失)。

非弹性背散射电子：入射电子和样品核外电子撞击后产生的非弹性散射，不仅方向改变，能量也有不同程度的损失。

如果有些电子经多次散射后仍能反弹出样品表面，这就形成非弹性背散射电子。

弹性背散射电子和非弹性背散射电子的比较见表。

表弹性背散射电子和非弹性背散射电子的比较2．二次电子在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的样品的核外电子叫做二次电子。

3．吸收电子入射电子进入样品后，经多次非弹性散射能量损失殆尽(假定样品有足够的厚度没有透射电子产生)，最后被样品吸收而成为吸收电子。

4．透射电子如果被分析的样品很薄，就会有一部分入射电子穿过薄样品而成为透射电子。

5．特征x射线当样品原子的内层电子被入射电子激发或电离时，原子就会处于能量较高的激发状态，此时外层电子将向内层跃迁以填补内层电子的空缺，从而使具有特征能量的X射线释放出来。

6．俄歇电子在入射电子激发样品的特征X射线过程中，如果在原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量并不以x射线的形式发射出去，而是用这部分能量把空位层内的另一个电子发射出去(或使空位层的外层电子发射出去)，这个被电离出来的电子称为俄歇电子。

表电子束与固体样品作用时产生的各种信号的比较。

材料分析测试技术-试卷及答案

制卷人签名：制卷日期：审核人签名：：审核日期： ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………装……………………订……………………线…………………………………………………………………得二、名词解释(每题4，共20分) 分1.晶带轴[uvw]和零层倒易截面(uvw)*2.电磁透镜的景深与焦长3.明场像、暗场像和中心暗场像4.物质对X射线的线吸收系数和质量吸收系数5.荧光产额和俄歇产额得三、简答题(每题6分，共30分)分1.高能电子束与固体样品相互作用时将产生那些信号？简述其产生原理，并说明这些信号在材料的性能表征方面有何应用？2.电磁透镜的像差有哪几种，并简述其产生原因及克服方法。

3.分别说明透射电镜中成像操作与衍射操作时各级透镜(像平面与物平面)之间的相对位置关系，并画出光路图。

4.简述用X射线衍射仪对多相物质进行物相定性分析的基本程序。

2. 证明TEM 中的电子衍射基本公式)(hkl g L R L Rd G G λλ==。

3. 证明衍射分析中的厄瓦尔德球图解与布拉格方程等价。

其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。

背散射电子的产生范围深，由于背散射电子的产额随原子序数的增加而增加，所以，利用背散射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征，也可用来显示原子序数衬度，定性地进行成分分析。

(1分) 二次电子：二次电子是指被入射电子轰击出来的核外电子。