电子显微镜第四章电镜显微图象解释
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电镜-图象分析
7．要综合分析各方面的超微病变象，避免孤 立看待某一两种超微结构。
8．重视样品制备技术的精益求精。 9．可采用“普遍取样在先、分别选择在后”
的方法。即在大多数或全部尸活检标本术中 取材固定，待冰冻或石蜡切片观察后再作取 舍。
（二）肿瘤细胞电镜结构的一般特 征
1．多形性 不规则、数量增多、呈现核仁边集，一般认为核仁/
合成核蛋白体和核糖 核酸的场所。
核仁一般形态 图1 G颗粒部 F
纤维部 C无定性 部 ↑核基质伸入 核仁 图2 G颗粒部 F 纤维部 C无定性 部
核仁边集 代谢旺盛的细胞，核仁多，较大，靠近核膜分布 新生细胞、胚胎细胞、恶性肿瘤细胞。
细胞受刺激或代谢活跃 的表现
肿瘤、病毒、药物作用、 激素刺激等。也见正常 组织。
L 血管腔， 内皮细胞 质膜三层结构清晰
示小肠上皮细胞 间的细胞连接
图1、2 T紧密 连接 I中间连 接 D桥粒
G缝管连
接 F相嵌连接M微绒毛源自示桥粒、半桥粒、 自身桥粒
图1桥粒
P附
着板 F微丝 D
中间丝
图2半桥粒（↑） B基膜 E细胞质 D真皮（结缔组织）
图3 人胚羊膜细 胞内的自身桥粒
核比值超过0.25是恶性的一个标准。 2．去分化（低分化性） 3．S期细胞特征 4．分化混乱（双向性或多相性分化） 5．代谢不稳定 6．侵润 7、 其它
致谢
示多聚核蛋白体及单核 蛋白体
图1 ↑多聚核蛋白体
图2 众多单核蛋白体 （↑）
图3 ↑单核蛋白体 C 染色体
内 质 网 池 中 Russell´s body （ 取 自 ： 浆 细 胞 ）
图2 红白血病骨髓巨 噬细胞巨线粒体
管状嵴的线粒体
图1 嵴呈管状的线 粒体
8．重视样品制备技术的精益求精。 9．可采用“普遍取样在先、分别选择在后”
的方法。即在大多数或全部尸活检标本术中 取材固定，待冰冻或石蜡切片观察后再作取 舍。
（二）肿瘤细胞电镜结构的一般特 征
1．多形性 不规则、数量增多、呈现核仁边集，一般认为核仁/
合成核蛋白体和核糖 核酸的场所。
核仁一般形态 图1 G颗粒部 F
纤维部 C无定性 部 ↑核基质伸入 核仁 图2 G颗粒部 F 纤维部 C无定性 部
核仁边集 代谢旺盛的细胞，核仁多，较大，靠近核膜分布 新生细胞、胚胎细胞、恶性肿瘤细胞。
细胞受刺激或代谢活跃 的表现
肿瘤、病毒、药物作用、 激素刺激等。也见正常 组织。
L 血管腔， 内皮细胞 质膜三层结构清晰
示小肠上皮细胞 间的细胞连接
图1、2 T紧密 连接 I中间连 接 D桥粒
G缝管连
接 F相嵌连接M微绒毛源自示桥粒、半桥粒、 自身桥粒
图1桥粒
P附
着板 F微丝 D
中间丝
图2半桥粒（↑） B基膜 E细胞质 D真皮（结缔组织）
图3 人胚羊膜细 胞内的自身桥粒
核比值超过0.25是恶性的一个标准。 2．去分化（低分化性） 3．S期细胞特征 4．分化混乱（双向性或多相性分化） 5．代谢不稳定 6．侵润 7、 其它
致谢
示多聚核蛋白体及单核 蛋白体
图1 ↑多聚核蛋白体
图2 众多单核蛋白体 （↑）
图3 ↑单核蛋白体 C 染色体
内 质 网 池 中 Russell´s body （ 取 自 ： 浆 细 胞 ）
图2 红白血病骨髓巨 噬细胞巨线粒体
管状嵴的线粒体
图1 嵴呈管状的线 粒体
第四章 电子显微镜分析基础
极靴小孔隙中。如图19.6(a)、(b)、(c)所示，(c)是一种强
磁透镜。由于透镜焦距与所采用的磁场相关 磁场越强 焦 距越短 放大倍数也就越大 电子显微镜的成像物镜大多采 用短焦距的强磁透镜
强磁透镜
2.3 电磁透镜的像差、分辨本领、景深和焦长
ro
2
理论上 电子显微镜的分辨率很高 但事实上 其分辨率远
2.4 电子显微镜与光学显微镜的对比 电子显微镜在分辨本领、放大倍数、景深、焦长等 许多方面有着明显的优点 它能把微区（几个微米）、
甚至超微区（10nm以下）把形貌、成分、结构三个主
要测试方面的内容密切结合起来进行研究
电子显微镜的发明及发展开拓了许多新的研究领
域 但电子显微镜也有一些局限性 需要光学显微镜和
第4章
电子显微镜分析基础
一、光学显微镜的分辨率
人眼分辨极限只有0.2mm 光学显微镜的分辨极限是
0.1μm 电子显微镜的分辨率普遍达到0.3nm 最好的电
子显微镜的分辨率已经达到0.07nm 一般原子、离子半
径大约在0.1nm左右
在电子显微镜下可以直接观察到分子 甚至原子的世界 这
个分辨能力比人眼高出了近100万倍 比最好的光学显微
2.3.2电磁透镜的分辨本领 分辨本领取决于透镜的像差和衍射效应所产生的 散焦斑（或称埃利斑）尺寸的大小 光学显微镜在最佳 情况下 分辨本领可以达到照明光波波长的二分之一 电子束波长比可见光波长小五个数量级 如果电磁透镜 像差（特别是球差）能得到较好的矫正 那么它的分辨 本领理应达到照明波的半波长0.002nm极限值（按加速
1 eV m 2 2
式中 e为电子电荷绝对值 V为加速电压(kV) ν为电子运动速 度 m为电子的质量 从上式可以得到电子运动的速率为：
电子显微镜原理教学课件
吸收
样品吸收电子，导致不同区域 呈现不同亮度。
透射
部分电子穿过样品，形成透射 图像。
扫描电镜成像
逐点扫描样品表面，形成高分 辨率图像。
电子显微镜的分辨率
01
02
03
理论分辨率
受电子波长和物镜的NA 值影响。
实际分辨率
受到多种因素影响，如样 品厚度、结晶度和电子束 能量等。
提高分辨率的方法
采用更高能量的电子束、 提高物镜的NA值和使用 更短的波长。
电子显微镜原理教学课 件
目 录
• 电子显微镜简介 • 电子显微镜工作原理 • 电子显微镜样品制备技术 • 电子显微镜图像分析 • 电子显微镜操作与维护 • 电子显微镜未来发展趋势
01
电子显微镜简介
电子显微镜的发展历程
1926年
德国物理学家Max Knoll和Ernst Ruska发 明了第一台电子显微镜
放置样品
将需要观察的样品放置在载物 台上，并调整样品的位置和角 度。
观察
观察并记录样品的形态、结构 等特征。
电子显微镜的常见故障及排除方法
图像模糊
可能是由于焦距调节不当或样品表面 不平整导致，需要重新调整焦距或处 理样品表面。
图像扭曲或变形
可能是由于电子束倾斜或样品放置不 正确引起，需要检查电子束的路径和 样品放置情况。
无法聚焦
可能是由于样品太厚或焦距调节不当 导致，需要减小样品厚度或重新调整 焦距。
光源异常
可能是由于灯泡损坏或电源故障导致 ，需要更换灯泡或检查电源连接。
电子显微镜的日常维护与保养
清洁镜头
定期用干燥的镜头纸或镜头布擦拭镜头表面 ，保持镜头清洁。
定期校准
根据需要，定期对电子显微镜进行校准，以 确保观察结果的准确性。
样品吸收电子，导致不同区域 呈现不同亮度。
透射
部分电子穿过样品，形成透射 图像。
扫描电镜成像
逐点扫描样品表面，形成高分 辨率图像。
电子显微镜的分辨率
01
02
03
理论分辨率
受电子波长和物镜的NA 值影响。
实际分辨率
受到多种因素影响，如样 品厚度、结晶度和电子束 能量等。
提高分辨率的方法
采用更高能量的电子束、 提高物镜的NA值和使用 更短的波长。
电子显微镜原理教学课 件
目 录
• 电子显微镜简介 • 电子显微镜工作原理 • 电子显微镜样品制备技术 • 电子显微镜图像分析 • 电子显微镜操作与维护 • 电子显微镜未来发展趋势
01
电子显微镜简介
电子显微镜的发展历程
1926年
德国物理学家Max Knoll和Ernst Ruska发 明了第一台电子显微镜
放置样品
将需要观察的样品放置在载物 台上，并调整样品的位置和角 度。
观察
观察并记录样品的形态、结构 等特征。
电子显微镜的常见故障及排除方法
图像模糊
可能是由于焦距调节不当或样品表面 不平整导致，需要重新调整焦距或处 理样品表面。
图像扭曲或变形
可能是由于电子束倾斜或样品放置不 正确引起，需要检查电子束的路径和 样品放置情况。
无法聚焦
可能是由于样品太厚或焦距调节不当 导致，需要减小样品厚度或重新调整 焦距。
光源异常
可能是由于灯泡损坏或电源故障导致 ，需要更换灯泡或检查电源连接。
电子显微镜的日常维护与保养
清洁镜头
定期用干燥的镜头纸或镜头布擦拭镜头表面 ，保持镜头清洁。
定期校准
根据需要，定期对电子显微镜进行校准，以 确保观察结果的准确性。
电子显微镜
透射电镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～几十万倍。由于电子易散射或被物体吸收，故穿透力 低，必须制备更薄的超薄切片（通常为50～100nm）。
透射式电子显微镜镜筒的顶部是电子枪，电子由钨丝热阴极发射出、通过第一，第二两个聚光镜使电子束聚 焦。电子束通过样品后由物镜成像于中间镜上，再通过中间镜和投影镜逐级放大，成像于荧光屏或照相干版上。 中间镜主要通过对励磁电流的调节，放大倍数可从几十倍连续地变化到几十万倍；改变中间镜的焦距，即可在同 一样品的微小部位上得到电子显微像和电子衍射图像。
因此，透射电子显微镜突破了光学显微镜分辨率低的限制，成为了诊断疑难肿瘤的一种新的工具。有研究报 道，无色素性肿瘤、嗜酸细胞瘤、肌原性肿瘤、软组织腺泡状肉瘤及神经内分泌肿瘤这些在光镜很难明确诊断的 肿瘤，利用电镜可以明确诊断电镜主要是通过对超微结构的精细观察，寻找组织细胞的分化标记，确诊和鉴别相 应的肿瘤类型。细胞凋亡与肿瘤有着密切的关系，电镜对细胞凋亡的研究起着重要的作用，因此利用电镜观察细 胞的超微结构病理变化和细胞凋亡情况，将为肿瘤的诊断和治疗提供科学依据。
电子显微镜
光学仪器Βιβλιοθήκη 01 组成03 参数 05 缺点
目录
02 种类 04 样本处理 06 应用
基本信息
电子显微镜，简称电镜，英文名Electron Microscope（简称EM），经过五十多年的发展已成为现代科学技 术中不可缺少的重要工具。电子显微镜由镜筒、真空装置和电源柜三部分组成。
电子显微镜技术的应用是建立在光学显微镜的基础之上的，光学显微镜的分辨率为0.2μm，透射电子显微镜 的分辨率为0.2nm，也就是说透射电子显微镜在光学显微镜的基础上放大了1000倍。
生物学
在分子生物学、分子遗传学及遗传工程方面的研究；昆虫分类的研究：人工合成蛋白质方面的研究以及对各 种细菌；病毒、噬菌体等微生物的研究 。
透射式电子显微镜镜筒的顶部是电子枪，电子由钨丝热阴极发射出、通过第一，第二两个聚光镜使电子束聚 焦。电子束通过样品后由物镜成像于中间镜上，再通过中间镜和投影镜逐级放大，成像于荧光屏或照相干版上。 中间镜主要通过对励磁电流的调节，放大倍数可从几十倍连续地变化到几十万倍；改变中间镜的焦距，即可在同 一样品的微小部位上得到电子显微像和电子衍射图像。
因此，透射电子显微镜突破了光学显微镜分辨率低的限制，成为了诊断疑难肿瘤的一种新的工具。有研究报 道，无色素性肿瘤、嗜酸细胞瘤、肌原性肿瘤、软组织腺泡状肉瘤及神经内分泌肿瘤这些在光镜很难明确诊断的 肿瘤，利用电镜可以明确诊断电镜主要是通过对超微结构的精细观察，寻找组织细胞的分化标记，确诊和鉴别相 应的肿瘤类型。细胞凋亡与肿瘤有着密切的关系，电镜对细胞凋亡的研究起着重要的作用，因此利用电镜观察细 胞的超微结构病理变化和细胞凋亡情况，将为肿瘤的诊断和治疗提供科学依据。
电子显微镜
光学仪器Βιβλιοθήκη 01 组成03 参数 05 缺点
目录
02 种类 04 样本处理 06 应用
基本信息
电子显微镜，简称电镜，英文名Electron Microscope（简称EM），经过五十多年的发展已成为现代科学技 术中不可缺少的重要工具。电子显微镜由镜筒、真空装置和电源柜三部分组成。
电子显微镜技术的应用是建立在光学显微镜的基础之上的，光学显微镜的分辨率为0.2μm，透射电子显微镜 的分辨率为0.2nm，也就是说透射电子显微镜在光学显微镜的基础上放大了1000倍。
生物学
在分子生物学、分子遗传学及遗传工程方面的研究；昆虫分类的研究：人工合成蛋白质方面的研究以及对各 种细菌；病毒、噬菌体等微生物的研究 。
电子显微镜第四章电镜显微图象解释
10
相位衬度的形成
• 无像差的理想透镜的条件下,衍射波与透
射波叠加成像(光阑足够大，使透射波与 衍射波都能通过),叠加后的振幅与入射波 相同，不会有强度差别。不显示衬度。
• 如果引入一个附加相位(使散射波改变相
位)，使衍射波与透射波叠加后的振幅与 入射波不同，从而使像强度产生差异。 显示相位衬度。
8
• 图为三个不同取向下拍摄的位错衬度象．已知样品为
面心立方．各图中已标注了操作矢量．确定各位错的 柏氏矢量
g200
位错 Ａ Ｂ Ｃ
C
A
g=200 可见 不可见 可见
g020 B
A
g11-1 A
g=020 可见 可见 不可见
g=11-1 可见 不可见 不可见
b ½ [110] ½ [011] ½ [101]
MgO/Al2O3界面的高分辨像
13
动力学的理论可以推导出运动学的结果。运 动学结果仅是动力学的一个特例。
4
四. 衍衬技术在材料研究中的应用 • 形貌
5
• 组织结构分析 铝合金不同时效时间的析出相
1h
颗粒状析出物
3h
颗粒逐渐增大,颗粒间距逐渐增加
24h
出现片状析出相,分布不均匀,大小
从30-170nm
6
•确定位错的柏氏矢量
理想晶体
i g
0
exp( 2isz
2ig
• )dz
2
3. 衍衬动力学理论的有关讨论
由理想晶体的动力学方程可求出衍射束的强度
Ig
1 1 (g s)2
t sin 2 (
1 (g s)2 ) g
定义 g s
有效偏离参量 seff
12 g
相位衬度的形成
• 无像差的理想透镜的条件下,衍射波与透
射波叠加成像(光阑足够大，使透射波与 衍射波都能通过),叠加后的振幅与入射波 相同，不会有强度差别。不显示衬度。
• 如果引入一个附加相位(使散射波改变相
位)，使衍射波与透射波叠加后的振幅与 入射波不同，从而使像强度产生差异。 显示相位衬度。
8
• 图为三个不同取向下拍摄的位错衬度象．已知样品为
面心立方．各图中已标注了操作矢量．确定各位错的 柏氏矢量
g200
位错 Ａ Ｂ Ｃ
C
A
g=200 可见 不可见 可见
g020 B
A
g11-1 A
g=020 可见 可见 不可见
g=11-1 可见 不可见 不可见
b ½ [110] ½ [011] ½ [101]
MgO/Al2O3界面的高分辨像
13
动力学的理论可以推导出运动学的结果。运 动学结果仅是动力学的一个特例。
4
四. 衍衬技术在材料研究中的应用 • 形貌
5
• 组织结构分析 铝合金不同时效时间的析出相
1h
颗粒状析出物
3h
颗粒逐渐增大,颗粒间距逐渐增加
24h
出现片状析出相,分布不均匀,大小
从30-170nm
6
•确定位错的柏氏矢量
理想晶体
i g
0
exp( 2isz
2ig
• )dz
2
3. 衍衬动力学理论的有关讨论
由理想晶体的动力学方程可求出衍射束的强度
Ig
1 1 (g s)2
t sin 2 (
1 (g s)2 ) g
定义 g s
有效偏离参量 seff
12 g
电镜图像解释
在荧光屏上大幅度扫动.等厚消光条纹则不随晶 体样品倾转面扫动,这是区分等厚条纹与等倾条 纹的简单方法(参看照片). 3. 消光距离
从(4-3),(4-4)中得到消光距离为
ζ g = πV ccosθ/λF g (4-6)
由于电子衍射θ很小, cosθ≈1,所以 ζ g = πV c/λF g 根据式(4-4) I D= π2sin2(πst)/ ζg (πs)2 强度公式可 知,暗场向的衍射强度是晶体厚度t和偏离参量s 的正弦周期函数.
• 对于透射电镜试样,由于样品较厚，则质厚衬度 可近似表示为:
Gρt = N(δ02ρ2t2 /A2 - δ01ρ1t1 /A1 ) (4-1) 其中 δ02.δ01 --- 原子的有效散射截面 A2. A1 --- 试样原子量 ρ2. ρ1 --- 样品密度
t2, t1 --- 试样厚度
N --- 阿佛加德罗常数
ID = Φg · g Φ 设 ID= F2 sin2(π s z t)/ sin2(π s z )
∵ S z 很小,上式可写成 ID= F2 sin2(π s z t)/ (π s z )
上两式里简化处理的运动学度公式.
若令入射电子波振幅Φ0=1,则根据费涅耳衍射 理论,得到衍射波振幅的微分形式: d Φg = iλ F g e-2 πis·z dz / V c cosθ (4-3) 令ζg = π V c cos θ/ λ F g , 并称为消光距离. 将该微分式积分并乘以共轭复数,得到衍射波 强度公式为:
将I g 随晶体厚度t的变化画成如右图所示。 显然，当S =常数时，随着样品厚度t的变化 衍射强度将发生周期性的振荡。 振荡的深度周期：t g = 1/s 这就是说，当t=n/s (n为整数）时， I g =0。
电子显微镜原理图
电子显微镜原理图
电子显微镜（Electron Microscope）是一种利用电子束来观察
物质的显微镜。
它的工作原理是利用电子的波粒二象性，通过聚焦电子束和物质相互作用的方式来得到高分辨率的样品图像。
电子显微镜由电子源、透镜系统、样品台、探测器等组成。
电子源一般采用热丝或阴极发射电子源，产生的电子经过加速器加速后，进入透镜系统。
透镜系统由一系列透镜组成，包括聚焦透镜、准直透镜和缺陷透镜等。
这些透镜能够精确控制电子束的聚焦和偏转，以便形成清晰的像。
样品台是放置待观察样品的平台，上面可以固定和调整样品的位置和角度。
电子束照射到样品上时，会与样品中的原子、分子相互作用。
这些相互作用产生的信号可以通过探测器进行检测和记录。
常见的探测器有二次电子探测器和背散射电子探测器等。
电子显微镜能够达到很高的分辨率，可以观察到亚微米甚至纳米级的物质细节。
这得益于电子具有很短的波长，远远小于可见光的波长，使得电子显微镜有更高的分辨率。
同时，电子束的聚焦和偏转系统也使得显微镜具有更好的成像效果。
电镜图象解释
苏 玉 长
20 左右的截向，则形成很多很多柱体。 计算每个柱体下表面的衍射强度，汇合 一起就组成一幅由各柱体衍射强度组成 的衍衬象，这样处理问题的方法，称为 柱体近似。
苏 玉 长
第四节完整晶体衍射运动学解释
根据上述假设,将晶体分成许多晶粒,晶粒平 行于Z方向,每个晶粒内部含有一列单胞,每个单 胞的结构振幅为F,相当于一个散射波源,各散射 波源相对原点的位置矢量为： R n = x n a+ y n b+ z n c a, b , c 单胞基矢,分别平行于x,y,z轴; x n ,y n ,z n 为各散射波源坐标. 对所考虑的晶格来说 x n = y n=0. 各散射波的位相差 α=ΔkR n . 因此,P0处的合成振幅为: Φg=F ∑n e-2πi ΔkR n = F ∑n e-2πi Δk(Z n c)
苏 玉 长
晶面反射并受到物镜光栏挡住，因此，在荧光 屏上就成为暗区，而OB晶粒则为亮区，从而 形成明暗反差。由于这种衬度是由于存在布拉 格衍射造成的，因此，称为衍射衬度。 设入射电子强度为IO，(hkl)衍射强度为Ihkl，则 A晶粒的强度为IA= IO- Ihkl，B晶粒的为IB= IO， 其反差为IA/ IB= (IO- Ihkl)/ IO。 明场像——上述采用物镜光栏将衍射束挡掉， 只让透射束通过而得到图象衬度的方法称为明 场成像，所得的图象称为明场像。
苏 玉 长
∵ S z 很小,上式可写成 ID= F2 sin2(π s z t)/ (π s z ) 上两式里简化处理的运动学强度公式. 若令入射电子波振幅Φ0=1,则根据费涅耳衍 射理论,得到衍射波振幅的微分形式: d Φg = iλ F g e-2 πisz dz / V c cosθ (4-3) 令ζg = π V c cos θ/ λ F g , 并称为消光距离. 将该微分式积分并乘以共轭复数,得到衍射波 强度公式为:
20 左右的截向，则形成很多很多柱体。 计算每个柱体下表面的衍射强度，汇合 一起就组成一幅由各柱体衍射强度组成 的衍衬象，这样处理问题的方法，称为 柱体近似。
苏 玉 长
第四节完整晶体衍射运动学解释
根据上述假设,将晶体分成许多晶粒,晶粒平 行于Z方向,每个晶粒内部含有一列单胞,每个单 胞的结构振幅为F,相当于一个散射波源,各散射 波源相对原点的位置矢量为： R n = x n a+ y n b+ z n c a, b , c 单胞基矢,分别平行于x,y,z轴; x n ,y n ,z n 为各散射波源坐标. 对所考虑的晶格来说 x n = y n=0. 各散射波的位相差 α=ΔkR n . 因此,P0处的合成振幅为: Φg=F ∑n e-2πi ΔkR n = F ∑n e-2πi Δk(Z n c)
苏 玉 长
晶面反射并受到物镜光栏挡住，因此，在荧光 屏上就成为暗区，而OB晶粒则为亮区，从而 形成明暗反差。由于这种衬度是由于存在布拉 格衍射造成的，因此，称为衍射衬度。 设入射电子强度为IO，(hkl)衍射强度为Ihkl，则 A晶粒的强度为IA= IO- Ihkl，B晶粒的为IB= IO， 其反差为IA/ IB= (IO- Ihkl)/ IO。 明场像——上述采用物镜光栏将衍射束挡掉， 只让透射束通过而得到图象衬度的方法称为明 场成像，所得的图象称为明场像。
苏 玉 长
∵ S z 很小,上式可写成 ID= F2 sin2(π s z t)/ (π s z ) 上两式里简化处理的运动学强度公式. 若令入射电子波振幅Φ0=1,则根据费涅耳衍 射理论,得到衍射波振幅的微分形式: d Φg = iλ F g e-2 πisz dz / V c cosθ (4-3) 令ζg = π V c cos θ/ λ F g , 并称为消光距离. 将该微分式积分并乘以共轭复数,得到衍射波 强度公式为:
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• 如果引入一个附加相位(使散射波改变相
位)，使衍射波与透射波叠加后的振幅与 入射波不同，从而使像强度产生差异。 显示相位衬度。
h
12
• 物镜球差和欠焦引入的光程差
样品 物镜
A B
物镜球差引入的光程差
δ1=ABC-ABC’ 导致的相位移=
2
1
后焦面
C‘ C 物镜欠焦引入的光程差
D’ D
δ2=DC-D’C’ 导致的相位移=
三. 衍衬象动力学理论
动力学理论就是考虑到透射波与衍射波之 间相互作用的理论。它克服了运动学理论 的固有缺陷:
• 取消了试样足够薄的限制; • 取消了反射面必须偏离布拉格位置的限制; • 考虑了多次散射.
h
1
1.理想晶体的动力学方程
dz
透射波0
A
B
在衍射方向上产生的衍射波振幅
dgigd zi0ex2 pi(s)d z
电子在距原子核不同地方经过时,散射后的
电子能量变化,从而引起频率和波长的变化,
并引起相位差。相位差转化为强度差形成
相位衬度。相位衬度像是一种高分辨率的
像，可用于研究原子尺度（小于10埃）的
样品微结构 ．
h
11
相位衬度的形成
• 无像差的理想透镜Байду номын сангаас条件下,衍射波与透
射波叠加成像(光阑足够大，使透射波与 衍射波都能通过),叠加后的振幅与入射波 相同，不会有强度差别。不显示衬度。
由理想晶体的动力学方程可求出衍射束的强度
Ig
1
t si2n(
1(gs)2
1(gs)2) g
定义 g s
有效偏离参量 seff
12
g
s2 g2
动力学条件下完整晶体衍射强度
Ig
( )2 g
sin2(tseff) (seff)2
运动学 h
Ig
2 g2
sin2(ts) (s)2
4
运动学
Ig
2 g2
sin2(ts) (s)2
h
5
四. 衍衬技术在材料研究中的应用 • 形貌
h
6
• 组织结构分析 铝合金不同时效时间的析出相
1h
颗粒状析出物
3h
颗粒逐渐增大,颗粒间距逐渐增加
24h
出现片状析出相,分布不均匀,大小
从30-170nm
h
7
•确定位错的柏氏矢量
理想晶体
i t
g
g
exp2[is•z]dz
0
缺陷晶体 g i g 0 tex2p i[• sz]ex2p i[g •R]dz
A
g11-1 A
位错 Ａ Ｂ Ｃ
g=200 可见 不可见 可见
g=020 可见 可见 不可见
g=11-1 可见 不可见 不可见
b ½ [110] ½ [011] ½ [101]
h
10
第三节 相位衬度象
当样品极薄时,样品各点散射后的电子基本
上不改变方向和振幅,无论衍射衬度或质厚
衬度都无法显示.但在一个原子尺度范围内,
2
2
可通过适当选择欠焦量，使两种效应引
起的附加相位变化是π/2。就可使相位差
转换成强度差，显现h 相位衬度．
13
MgO/Al2O3界面的高分辨像
h
14
0
g
在透射方向上产生的透射波振幅
衍射波g
d0i0d zigex2 pi(s)d zz
0
g
h
2
2.非理想晶体的动力学方程
在柱体中引入位移矢量R,可得非理想 晶体的动力学方程:
i i d g 0 gd z g 0ex 2 p is (2 z ig •R )dz
h
3
3. 衍衬动力学理论的有关讨论
如果g ·R=0,则缺陷不可见。
可利用缺陷的不可见判据来确定位错
的柏氏矢量
h
8
gh1k1l1 •b 0
gh2k2l2 •b 0
bg g h1k1l1
h2k2l2
h
9
• 图为三个不同取向下拍摄的位错衬度象．已知样品为
面心立方．各图中已标注了操作矢量．确定各位错的 柏氏矢量
g200 C A
g020 B
动力学
Ig
( )2 g
sin2(tseff) (seff)2
• Ig随t周期性变化,周期为1/seff.
• s =0时,seff=1/ξg . 等厚条纹间 距（1/seff）为有限值 . • s »1/ξg时, seff≈ s ,等同于运 动学结果
动力学的理论可以推导出运动学的结果。运 动学结果仅是动力学的一个特例。
位)，使衍射波与透射波叠加后的振幅与 入射波不同，从而使像强度产生差异。 显示相位衬度。
h
12
• 物镜球差和欠焦引入的光程差
样品 物镜
A B
物镜球差引入的光程差
δ1=ABC-ABC’ 导致的相位移=
2
1
后焦面
C‘ C 物镜欠焦引入的光程差
D’ D
δ2=DC-D’C’ 导致的相位移=
三. 衍衬象动力学理论
动力学理论就是考虑到透射波与衍射波之 间相互作用的理论。它克服了运动学理论 的固有缺陷:
• 取消了试样足够薄的限制; • 取消了反射面必须偏离布拉格位置的限制; • 考虑了多次散射.
h
1
1.理想晶体的动力学方程
dz
透射波0
A
B
在衍射方向上产生的衍射波振幅
dgigd zi0ex2 pi(s)d z
电子在距原子核不同地方经过时,散射后的
电子能量变化,从而引起频率和波长的变化,
并引起相位差。相位差转化为强度差形成
相位衬度。相位衬度像是一种高分辨率的
像，可用于研究原子尺度（小于10埃）的
样品微结构 ．
h
11
相位衬度的形成
• 无像差的理想透镜Байду номын сангаас条件下,衍射波与透
射波叠加成像(光阑足够大，使透射波与 衍射波都能通过),叠加后的振幅与入射波 相同，不会有强度差别。不显示衬度。
由理想晶体的动力学方程可求出衍射束的强度
Ig
1
t si2n(
1(gs)2
1(gs)2) g
定义 g s
有效偏离参量 seff
12
g
s2 g2
动力学条件下完整晶体衍射强度
Ig
( )2 g
sin2(tseff) (seff)2
运动学 h
Ig
2 g2
sin2(ts) (s)2
4
运动学
Ig
2 g2
sin2(ts) (s)2
h
5
四. 衍衬技术在材料研究中的应用 • 形貌
h
6
• 组织结构分析 铝合金不同时效时间的析出相
1h
颗粒状析出物
3h
颗粒逐渐增大,颗粒间距逐渐增加
24h
出现片状析出相,分布不均匀,大小
从30-170nm
h
7
•确定位错的柏氏矢量
理想晶体
i t
g
g
exp2[is•z]dz
0
缺陷晶体 g i g 0 tex2p i[• sz]ex2p i[g •R]dz
A
g11-1 A
位错 Ａ Ｂ Ｃ
g=200 可见 不可见 可见
g=020 可见 可见 不可见
g=11-1 可见 不可见 不可见
b ½ [110] ½ [011] ½ [101]
h
10
第三节 相位衬度象
当样品极薄时,样品各点散射后的电子基本
上不改变方向和振幅,无论衍射衬度或质厚
衬度都无法显示.但在一个原子尺度范围内,
2
2
可通过适当选择欠焦量，使两种效应引
起的附加相位变化是π/2。就可使相位差
转换成强度差，显现h 相位衬度．
13
MgO/Al2O3界面的高分辨像
h
14
0
g
在透射方向上产生的透射波振幅
衍射波g
d0i0d zigex2 pi(s)d zz
0
g
h
2
2.非理想晶体的动力学方程
在柱体中引入位移矢量R,可得非理想 晶体的动力学方程:
i i d g 0 gd z g 0ex 2 p is (2 z ig •R )dz
h
3
3. 衍衬动力学理论的有关讨论
如果g ·R=0,则缺陷不可见。
可利用缺陷的不可见判据来确定位错
的柏氏矢量
h
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gh1k1l1 •b 0
gh2k2l2 •b 0
bg g h1k1l1
h2k2l2
h
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• 图为三个不同取向下拍摄的位错衬度象．已知样品为
面心立方．各图中已标注了操作矢量．确定各位错的 柏氏矢量
g200 C A
g020 B
动力学
Ig
( )2 g
sin2(tseff) (seff)2
• Ig随t周期性变化,周期为1/seff.
• s =0时,seff=1/ξg . 等厚条纹间 距（1/seff）为有限值 . • s »1/ξg时, seff≈ s ,等同于运 动学结果
动力学的理论可以推导出运动学的结果。运 动学结果仅是动力学的一个特例。