《电子显微分析》PPT课件

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分析电子显微学导论幻灯片PPT

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绪论
分析电子显微镜〔AEM:analytical electron microscope)就是具有成分分析功能的透射电子显微镜〔TEM: transmission electron microscope)。它是一种以高能电子 束为照明源,通过电磁透镜将穿透样品的电子〔即透射电子〕 聚焦成像的电子光学仪器。我们将从以下三个方面〔仪器、技 术和样品制备〕粗略了解分析电子显微学的开展过程。
路一步一步坚实地走,成功和辉煌就会在你的 脚下,因为
Impossible Is Nothing !
绪论
材料研究的根本任务就是根据材料实际使用所 需的性能来设计成分和工艺,以期获得理想的微观组织, 从而到达预期性能的目标。在上述材料的研究链中,材 料的微观组织直接决定了材料的性能,因此根据材料的 微观组织,我们就能分析和判断材料的性能好坏;同时, 材料的微观组织取决于成分和工艺,因此根据材料的微 观组织能分析和判断成分和工艺设计是否合理。无疑, 材料微观组织的表征,包括材料的微区成分、点阵构造 和组织形貌的分析,尤其是三位一体的原位分析极为重 要。至今,只有分析电子显微镜具有三位一体原位分析 的功能,因此掌握分析电子显微学的根本理论和实验技 术对于将要和正在从事材料研究的科学工作者是非常必 要的。?分析电子显微学导论?就是一本领你入门的教科 书。
Introduction to Analytical Electron Microscopy
?分析电子显微学导论? 电子课件
戎咏华 王晓东 黄宝旭 李 伟
高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
2006年
Байду номын сангаас 分析电子显微学导论
作者寄语 绪论 第一章 分析电子显微镜的构造及其功能 第二章 透射电子显微镜样品的制备方法 第三章 电子衍射 第四章 晶体衍射中的数学处理 第五章 电子衍射衬度成像 第六章 高分辨和高空间分析电子显微术

第四章-电子显微分析(SEM提前)PPT课件

第四章-电子显微分析(SEM提前)PPT课件
透射电子和吸收电子。吸收电子可直接用电流 表测,其他电子信号用电子收集器;
2)特征X射线信号,用X射线谱仪检测; 3)可见光讯号(阴极荧光),用可见光收集 器。
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常见的电子收集器是由闪烁体、光导管和光 电倍增管组成的部件。其作用是将电子信号 收集起来,然后成比例地转换成光信号,经 放大后再转换成电信号输出(增益达106),这 种信号就用来作为扫描像的调制信号。
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这些物理信号的强度随样品表面特征而变。 它们分别被相应的收集器接受,经放大器按 顺序、成比例地放大后,送到显像管。
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供给电子光学系统使电子束偏向的扫描线圈的电 源也是供给阴极射线显像管的扫描线圈的电源, 此电源发出的锯齿波信号同时控制两束电子束作 同步扫描。
因此,样品上电子束的位置与显像管荧光屏上电 子束的位置是一一对应的。
但电子透镜只有会聚透镜,没有发散透镜, 所以至今还没有找到一种能矫正球差的办法。 这样,像差对电子透镜分辨本领的限制就不容 忽略了。
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4.3 扫描电镜 SEM
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4.3.1 SEM的特点和工作原理
特点: ① SEM能弥补透射电镜样品制备要求很高的缺 点,样品制备非常方便,可直接观察大块试样 ②景深大,固体材料样品表面和界面分析,适 合于观察比较粗糙的表面、材料断口 ③放大倍数连续调节范围大 ④分辨本领比较高 ⑤可做综合分析
d0 = 0.61×3.7×10-3/10-2 = 0.225 nm
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4.1.3 电磁透镜的聚焦原理
通电的短线圈就是一个简单的电磁透镜,它能 造成一种轴对称不均匀分布的磁场。穿过线圈 的电子在磁场的作用下将作圆锥螺旋近轴运动。 而一束平行于主轴的入射电子通过电磁透镜时 将被聚焦在主轴的某一点。

材料研究方法第四章电子显微分析[可修改版ppt]

材料研究方法第四章电子显微分析[可修改版ppt]
材料研究方法第四 章电子显微分析
电子显微分析
电子显微镜光学基础 透射电子显微分析 扫描电子显微分析 电子探针X射线显微分析
§1 电子显微镜光学基础
一、光学显微镜的局限性 二、电子的波性及波长 三、电磁透镜的像差和理论分辨本领 四、电磁透镜的场深和焦深
一、光学显微镜的局限性— 分辨本领有限
P—动量 m —电子质量 h—普朗克常数 —波长 v —电子运动的速度
De Broglie 波:h/mv
加速电子的动能与 电场加速电压的关系为:
—电子的速度 V —加速电压 m—电子静止质量
与V的关系式
➢ 加速电压较低时
h 12.25(埃)电子束的波
2m0eV V
长随电子枪 加速电压的
➢ 加速电压较高时
增高而减小
12.25
(埃)
V( 10.9781506V)
当加速电压为100kV时,电子束的波长约为可见光波长的 十万分之一。 因此,若用电子束作照明源,显微镜的分辨本领要高得多。
三、电磁透镜的像差和理论分辨本领
•电磁透镜在成像时会产生像差。 像差:不汇聚在一点;不按比例成像;不相似。
* 像差分为:几何像差和色差两类。
相似性:成像原理类似 不同点: (1)OM以可见光作照明束;TEM以电子束为照明 束。 (2)在OM中,将可见光聚焦成像的是玻璃透镜;
在TEM中,相应的为磁透镜。 (3)TEM的像分辨本领高,同时兼有结构分析的功
1、工作原理



照明源:聚焦电子束
子 显
试样:对电子束透明的薄膜
§2 透射电子显微分析
利用透射电子显微镜可以观察和分析材料的 形貌、组织和结构 透射电子显微镜是一种高分辨宰、高放大倍 数的显微镜。它用聚焦电子束作为照明源,使 用对电子束透明的薄膜试祥(几十到几百nm), 以透射电子为成象信号。

电子探针显微分析-课件

电子探针显微分析-课件

B、若电子束位置不变,改变晶体的位置,使(hkl) 晶面与入射X射线交角为θ2,并相应地改变检测器 的位置,就可以检测到波长为:
λ2= 2d sinθ2 的X射线。如此连续地操作,即可进行该定点的元 素全分析。若将发生某一元素特征X射线的入射角 θ固定,对样品进行微区扫描,即可得到某一元素 的线分布或面分布图像。
波谱仪有旋转式波谱仪和直进式波谱仪。 1)旋转式波谱仪
旋转式波谱仪虽然结构简单,但有三个缺点: a)其出射角φ是变化的,若φ2 <φ1,则出射
角为φ2的X射线穿透路程比较长,其强度就 低,计算时须增加修正系数,比较麻烦; b) X射线出射线出射窗口要设计得很大; c)出射角φ越小,X射线接受效率越低。
电子探针是目前微区元素定量分析最准 确的仪器。电子探针的检测极限(能检测到 的元素最低浓度)一般为(0.01-0.05)%, 不同测量条件和不同元素有不同的检测极限, 主元素定量分析的相对误差为(1—3)%,对 原子序数大于11的元素,含量在10% 以上 的时,其相对误差通常小于2%。
4. 不损坏试样、分析速度快
WDS 4Be-92U 慢 高(≈5eV) 10-2 (%)
定量分析准确度

X射线收集效率

峰背比(WDS/EDS) 10
EDS 4Be-92U 快 低(130 eV) 10-1 (%)
低 高 1
五、电子探针仪的实验方法
1、电子探针仪的操作特点 总的来说,除了与检测X射线信号有关的部件以
外,电子探针仪的总体结构与扫描电镜十分相似。 但两者的侧重点不同,因此这两种仪器对电子束的 入射角和电流强度的要求不同。
现在电子探针均与计算机联机,可以连续自 动进行多种方法分析,并自动进行数据处理和数 据分析。

《电子显微术》课件

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安全防护
操作电子显微镜时,要佩戴专业眼镜和手套等防 护用品,避免对人体造成伤害。
04
电子显微镜的优缺点
优点
01
高分辨率
电子显微镜的分辨率远高于光 学显微镜,能够观察更细微的 结构。
02观Leabharlann 厚样品电子显微镜可以观察较厚的样 品,而光学显微镜则受限于光 的穿透深度。
03
多种观察模式
电子显微镜有多种观察模式, 如透射、扫描、背散射等,可 以提供更多样化的信息。
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目录
• 电子显微术简介 • 电子显微镜的基本结构 • 电子显微镜的操作与样品制备 • 电子显微镜的优缺点 • 电子显微术的应用实例
01
电子显微术简介
定义与原理
定义
电子显微术是一种使用电子显微镜观 察样品的微观结构和形貌的现代分析 技术。
原理
电子显微镜利用电子替代传统光学显 微镜的光源,通过电子束与样品相互 作用产生信号,再利用图像处理技术 将信号转换成图像。
发展历程
1925年
德国物理学家Max Knoll和Ernst Ruska发 明第一台电子显微镜。
1931年
1940年代
第一台商用电子显微镜 问世。
透射电子显微镜(TEM )和扫描电子显微镜(
SEM)的发展。
1980年代
引入计算机图像处理技 术,提高了成像质量。
种类与应用领域
种类
透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)、环境电子显 微镜(ESEM)等。
控制系统
控制系统是电子显微镜的指挥中心, 负责控制和协调各个系统的正常工作 和操作。
它通常包括各种控制按钮、开关、调 节器和显示器等,操作者可以通过控 制系统来调整电子显微镜的工作状态 和参数,以满足不同的观察需求。

篇电子显微分析PPT课件

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带有带有极靴的磁透镜
极靴——进一
步缩小磁场轴 向宽度,在环 状间隙两边, 接出一对顶端 成园锥状的极 靴,可使有效 磁场集中到沿 透镜轴几mm范 围。
习题
• 电子波有何特征?与可见光有何异同? • 分析电磁透镜对电子波的聚焦原理,说明电磁透镜
的结构对聚焦能力的影响。 • 电磁透镜的像差是怎样产生的?如何消除和减少像差? • 说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素
安培电流),钨丝表面电子获得大于逸出功的 能量,开始发射
(1)电子枪
• 阳极: • 加速从阴极发射出来的电子,以获得所
须的足够大的动能 • 阳极板放在阴极的下方,阳极板的中心
小孔对准钨丝的尖端 • 一般是阳极接地,阴极带有负高压
(1)电子枪
• 阳极板存在的问题: • 如过分缩小阳极小孔,穿过小孔的电子
光学显微镜的局限性
• 可见光的波长在 • 对玻璃透镜来说,取最
3900~7600埃,则 大孔径半角α=70~750,
其极限分辩率为
在物方介质为油的情况
2000埃
下,,那么其数值孔径
• 半波长是光学玻璃 nsinα=1.25~1.35
透镜分辨本领的理
论极限
∆r。=(1/2)
2.1.2 电子性质
• 高速运动的电子所具有的动能: eU 1 mv 2 2

高分辨电镜(HRTEM)

透射扫描电镜(STEM)

分析型电镜(AEM)等等。
• 入射电子束(照明束)也有两种主要形式:

平行束:透射电镜成像及衍射

会聚束:扫描透射电镜成像、微分析及微衍射
TEM的主要发展方向:
(1) 高电压:增加电子穿透试样的 能力,可观察较厚、较具代表 性的试样,现场观察辐射损伤; 减少波长散布像差; 增加分辨 率等,目前已有数部2-3MeV的 TEM在使用中。左图为200keV TEM之外形图。

电子显微分析 PPT

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电磁透镜得特点
4、 焦深
所谓焦深就是指在不影响透镜成象分辨率得前 提下,象平面可以沿透镜轴移动得距离。焦深反映了 观察屏或照相底板可在象平面上上、下沿镜轴移动 得距离。
电磁透镜得焦深大:对多级电磁透镜组成得电子 显微镜来说,终象得焦深超过10-20cm。电磁透镜 得这一特点给电子显微图象得照相记录带来极大方 便。只要在荧光屏上图象就是聚焦清晰得,那么在荧 光屏上或下十几厘米放置照相底片,所拍摄得图象都 将就是清晰得。
m kV,电子波长0、00251-0、
00536 nm,大约就是可见
(nm) 光得十万分之一。
电磁透镜
电子在磁场中得运动 电子在磁场中运动时所受到得洛伦茨力 F =e(v×B ) 1、 v与B平行 F=0 2 v与B垂直: F = ev B, 方向反平行与v×B,电子
运动速 度大小不变,只改变方向,做圆周运动。 evB = mv2/R, R= mv/eB
透射电子显微镜得构造
成象系统
成象原理:一次成象,多级放大。
该系统包括样品室、物镜、中间镜、反差光栏、衍射光栏 投射镜以及其它电子光学部件。
经过会聚镜得到得平行电子束照射到样品上,穿过样品后就 带有反映样品特征得信息,经物镜与反差光栏作用形成一次电 子图象,再经中间镜与投射镜放大一次后,在荧光屏上得到最 后得电子图象。
如果把中间镜得物平面与物镜得像平面重合,则在荧光屏上 得到一幅放大像这就就是电子显微镜中得成像操作;如果把 中镜得物平面与物镜得背焦面重合,则在荧光屏上到一幅电子 衍射花样,这就就是透射电子显微镜中电子衍射操作。
透射电子显微镜得构造
透射电子显微镜得构造
观察照相室
电子图象反映在荧光屏上。荧光发光与电子束流成正比。 把荧光屏换成电子干板,即可照相。干板得感光能力与其波长 有关。
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h
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2em 0U12m e0cU 2
U10.97 818 06U
根据上式可计算出不同加速电压下电子波的波长。见表1:
加速电压 U(KV)
电子波波 加速电压 长λ(nm ) U(KV)
电子波波 加速电压 电子波波 长λ(nm) U(KV) 长λ(nm)
20
0.00859 100
0.00371 500
的原因和机理,以及其它方面的应用,为研究物
体表面结构及成份的利器。
绪论
➢电子探针(EPMA) 是在扫描电镜的基础上配上波谱仪或能谱仪的显微
分析仪器,它可以对微米数量级侧向和深度范围内的材 料微区进行相当灵敏和精确的化学成份分析,基本上解 决了鉴定元素分布不均匀的困难。
绪论 常用光电观测仪器比较
近代材料学者利用许多波性粒子与材料作用产生讯 号来分析材料之构造与缺陷。常用分析仪器包括光学显 微镜、X光衍射仪及电子显微镜。这些分析仪器各有所长, 亦有短缺不足之处。兹将此三种分析仪器之特性、功能 及适用范围表列於表1,最有效之分析方法乃在适当配合 使用各种仪器,以期各种功能相辅相成。
右图示出加速电压与电 子穿透厚度的关系:随 加速电压提高,电子穿透厚 度增加。在500kv以上时, 曲线由上升转 为平缓。
第三节 粒子(束)与材料的相互作用
一、电子束与材料的相互作用 二、电子与固体作用产生的信号 三、电子束与材料的其他相互作用(自学) 四、离子与固体作用产生的信号(自学)
——溅射与二次离子
一、电子束与材料的相互作用
入射电子(又称为初始或一次电子)照射 固体时与固体中粒子相互作用,它包括:
①入射电子的散射 ②入射电子对固体的激发 ③受激发粒子在固体中的传播
电子散射源于库仑作用,它不同于光子在固体中的散射。
❖用电子光学仪器对物质组织、结构、成份进 行研究的技术构成电子显微术。
绪论
电子显微分析的主要仪器是电子显微镜(electron microscope,EM) 。
一般是指利用电磁场偏折、聚焦电子及电子与物质作用 所产生散射之原理来研究物质构造及微细结构的精密仪器。 近年来,由於电子光学理论的迅速发展,重新定义其为一种 利用电子与物质作用所产生讯号来鉴定微区域晶体结构 (crystal structure, CS) 、微细组织 (microstructure, MS) 、 化学成份(chemical composition,CC) 、 化学键结(chemical bonding,CB) 和电子分布情况 (electronic structure,ES) 的电子光学装置。
第二章 电子显微分析
❖材料的固有性质、材料的结构与成分、 材料的使用性能和材料的合成与加工构 成材料研究的四大要素。
❖任何一种材料的宏观性能或行为,都 是由其微观组织结构所决定的。
绪论
❖现代材料科学的发展在很大程度上依赖于对 材料性能和成分结构及微观组织关系的理解; 对材料在微观层次上的表征技术,构成了材料 科学的一个重要组成部分。
真空 (< torr至
torr)
衍射: 直接成像:(a)点与点间1.8
(b)线与线间1.4
电磁透镜
扫瞄式:仅受试样基座大小影响
穿透式:~1000
局部微区域
可获资料 表面微细结构
主要为晶体结构,化学 晶体结构,微细组织,化学组成
組成
电子分布情况等
第二节 电子光学基础
光衍射使得由物平面内的点O1 、 O2 在象平面形成一B1 、 B2 圆斑(Airy斑)。若O1 、 O2靠的太近,过分重叠,图象就模糊不清。
0.00112
40
0.00601 120
0.00334 1000
0.00087
60
0.00487 160
0.00285
80
0.00418 200
0.00251
第二节 电子光学基础
提高加速电压,缩短电 子波长,可提高显微镜分辨 本领;加速电子速度越高, 对试样穿透的能力也越大, 这样可放宽对试样减薄的 要求。厚试祥与近二维状态 的薄试样相比,更接近三维 实际情况。
m
m0
1 V
2
c
运动的粒子同时具有波动性,其波长与运动扩速度V有如下的
关系:
h
mV
式中:电子静止质量m0=9.1×10-31千克;普朗克常数h= 6.62×10-3电子的动能与电场加速电压U的关系为:
eU m2cm0c2
式中e=1.6×10-19库仑,为电子电荷;光速c=3.0×108米/秒。故有:
绪论 常用光电观测仪器比较
表 1 各种主要分析仪器之比较表
仪器 特性
质波
波长
光学显微镜 可见光 ~5000
X光衍射仪 X光 ~1
电子 0.037
电子显微镜 (100 kV)
介质 鉴别率
空气 ~ 2000
偏折
聚焦镜 试片
光学镜片 不限厚度
讯号类 表明区域
空气
X衍射: 直接成像: ~ μm

反射:不限厚度 穿透:~mm 统计平均
L
D
强度
d
O1 O2
B1
B2 R0
(a)
(b)
图(a)点O1 、 O2 形成两个Airy斑;图(b)强度分布
第二节 电子光学基础
0.81I R0
I
图(c)两个Airy斑 明显可分辨出
图(d)两个Airy斑 图(e)两个Airy斑
刚好可分辨出
分辨不出
第二节 电子光学基础
阿贝(Abbe)根据衍射理论推导出了光学透镜分辨本领的公式
r 0.61 nsin
可见光作为光源时,透镜的分辨本领极限为200nm。要进一 步提高显微镜的分辨本领,则必须采用波长更短的照明源。
由于电子束流具有波动性,而电子波的波长要比可见 光的波长短的多。显然,如果用电子束作为照明光源制成 的电子显微镜将具有更高的分辨率。
第二节 电子光学基础
电子波 高速运动的电子应考虑相对论修正,即:
绪论
❖电子显微分析主要仪器:
➢透射电子显微镜(TEM) 是一种具有原子尺度分辨能力,能同时提供物
理分析和化学分析所需全部功能的仪器。选区电子衍 射技术的应用,使得微区形貌与微区晶体结构分析结 合起来,再配以能谱或波谱进行微区成份分析,得到 全面的信息。
绪论
➢扫描电子显微镜(SEM)
SEM解释试样成像及制作试样较容易;以较高 的分辨率(3.5nm)和很大的景深,清晰地显示粗 糙样品的表面形貌,辐以多种方式给出微区成份等 信息,用来观察断口表面微观形态,分析研究断裂
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