《材料现代测试技术》(下篇)电子显微分析技术062011

《材料现代测试技术》（下篇）

电子显微分析技术

主要内容和思考题

本课程的主要内容

1.透射和扫描电子显微镜的结构和工作原理

2.电子衍射图和TEM显微图像的形成和特征

3.显微图像的形成和特征和X射线能谱分析

4.试样制备方法

第一节引言Introduction

一．主要内容

1.Importance of learning English

2.Characterization of materials

3.Microscopes and their development

4.Objectives and requirements

二. 思考题

1.物质的结构有哪些层次?

2.表征物质结构的方法主要有哪些？

3.什么是显微镜?

4.光学显微镜,电子显微镜以及原子探针显微镜的主要区别是什么？

5.什么是分辩率？显微镜的分辨率主要取决于什么？

6.光学显微镜的分辩率极限是多少？为什么？

7.为什么透射电镜的放大倍数可以远远超过光学显微镜?

8.在显微镜的发明和应用过程, 哪些人在哪些方面做出重要的贡献? 第二节电子与固体的相互作用Interaction of the electron with matter 一．主要内容

1.电子的性质

2.电子散射概念

3.电子散射截面与电子散射能力

4.电子弹性相干散射和电子衍射;

5.电子非弹性散射及其效应

二．掌握以下基本概念和基本关系

1.电子波长与加速电压的关系

2.弹性散射和非弹性散射

3.相干散射和非相干散射

4.电子散射截面和电子散射振幅

5.清楚布拉格定律的三种表达方式

6.明确三种电子散射振幅的定义和区别

7.晶胞类型对电子衍射的影响规律

8.晶体形状对电子衍射的影响规律

9.背散射电子,二次电子,俄歇电子的产生过程和区别

三．重点和难点

●电子散射截面和电子散射振幅

●布拉格定律得三种表示方法

四. 思考题

1.在电镜中，电子束的波长主要取决于什么？当电镜的加速电压为200kV时电子波长是多少？

2.电子与固体样品表面相互作用会产生哪几种物理信号？

3.什么是电子散射？什么是电子散射角？什么是电子的弹性散射和非弹性散射？什么是相干

散射和非相干散射？什么是前散射电子和后散射电子？如何区分？是否弹性散射一定是相干散射？非弹性散射是否一定是非相干散射？它们对电子显微镜的成像有何作用？

4.什么是电子散射截面？非弹性散射截面与弹性散射截面的比值取决于什么？一个孤立原子

的散射能力取决于什么？具有一定厚度试样的散射能力取决于什么？

5.什么是布拉格方程？它表明了什么？（作图表示）。

6.什么是矢量衍射方程？它表明了什么？（作图表示）

7.什么是Ewald球？请用Ewald球表明在满足布拉格条件下，入射电子束、衍射束和倒易矢

量g之间关系。（作图表示）

8.什么是结构消光？什么是等厚消光？什么是等倾消光？这三者有什么不同？

9.在透射电镜中，为什么偏离布拉格角的晶面仍可产生具有一定衍射强度的衍射束。（根据埃

瓦尔德球和干涉函数随偏离矢量的变化规律画图说明）

10.为什么说对于有限尺寸的实际晶体试样，实际的倒易阵点已不再是纯粹的几何点，而有了衍

射强度大小的物理意义和具有一定的空间形状和尺寸？

11.倒易杆拉长意味着什么？为什么晶体越薄，偏离布拉格衍射条件的晶面衍射机会增加？

12.为什么说倒易阵点具有形状效应？不同的晶体形状对衍射斑点有何影响？

第三节透射电镜的构造与成像原理

一. 主要内容

1.TEM工作原理和基本构造

2.电磁透镜

3.照明系统

4.成像系统与成像方法

二．重点和难点

●成像系统与成像方法(衍射花样图像和明暗场形貌图像)

三．思考题

1.什么是热离子源和场发射源？这两者有何区别？

2.电磁透镜与光学透镜具有哪些相似的光学性质？电磁透镜和玻璃透镜的聚焦成像有何不同?

为什么？

3.电磁透镜会产生哪几种像差？如何产生？是否可以消除？如何消除？

4.什么是电磁透镜的分辨本领？主要取决于什么？

5.什么是孔径半角，为什么透射电镜采用小孔径角成像？

6.为什么在透射电镜中要用欠焦而不是聚焦的电子束来照明？

7.在透射电镜中聚光镜光阑、物镜光阑和选区光阑各有什么作用？

8.什么是选区衍射？如何进行选区衍射操作？

9.什么是有效相机长度和相机常数？与什么有关？

10.画出透射电镜的光路图，并说明电子衍射花样形成以及明场成像和暗场成像原理，如何利用

衍射花样来进行明场、暗场和中心暗场的成像操作？（请画图说明）

11.什么是明场像和暗场像以及中心暗场像? 如何利用衍射斑点来进行明场像和暗场像以及中

心暗场像的成像操作？

12. 为什么在透射电镜下可以观察到衍射花样和形貌图像? 衍射花样和形貌图像是否都在物镜

的像平面上成像? 为什么？

第四节 电子衍射谱的特征与分析 一．主要内容

1. 正倒空间点阵的倒易关系

2. 单晶电子衍射谱的特征和标定

3. 多晶电子衍射谱的特征 二．重点和难点

单晶电子衍射花样的标定 三．思考题

1. 示意画出面心立方晶体和体心立方的正空间晶胞和倒空间的晶胞，标明基矢。并画出晶带轴

为r=[100]的零层倒易面(100)0*，标出各阵点的指数。 2. 为什么一个单晶电子衍射谱的衍射斑点会有强弱之分?

3. 什么是标准电子衍射图? 其衍射斑点的分布与对应的倒易面有何不同? 什么是特征平行四

边形? 对构成特征平行四边形的矢量有何要求?

4. 为什么由一个具有四方形分布的电子衍射谱和一个具有六角形分布的电子衍射谱就可以确

定待测晶体属于立方晶系?

5. 倒易点阵平面的阵点分布共有几种配置?

6. 单晶电子衍射谱具有哪些特征? 为什么衍射斑点的几何配置与消光后的零层倒易平面上倒

易阵点的排列相同?为什么单晶电子衍射谱中衍射斑点所代表的晶面属于同一个晶带轴？ 7. 多晶电子衍射谱与单晶电子衍射谱有何不同? 为什么?

8. 标定电子衍射图的目的是什么? 从电子衍射谱可以得到哪些信息? 9. 如何通过计算和查表来标定单晶电子衍射谱?

10. 由选区电子衍射获得低碳钢α-γ的衍射花样，如图所示。已知相机常数K=33.6mm ︒

A ，两套

衍射斑点的R 值和α-γ两相的晶面距如表所示。确定它们的物相；（b ）并由此验证它们符合 α-γ的的N-W 取向关系：

γ

αγαγα)211//()110(;]111//[]101[;

)110//()001(

5

3

2 2’ 3’

4 55︒ 1

30︒

000 1’