TEM电子衍射的原理
TEM衍射斑的形成理论与基本成像操作解析
用hkl替换abc，用 mpn替换r1、r2、r3
h k 2 m 整理后得： k l 2 n h l 2 p
自己想的不懂对 不对，仅供参考， 求指导==！
h k m 2 2 k l n 2 2 h l p 2 2
电子衍射
——衍射斑的形成理论与基本成像操作
电子衍射和电子衍衬分析是透射电镜在材料 中的两个最重要且最常见的应用技术。除此之外， 还有能谱和能损谱技术。
电子衍射常用来分析和确定材料中的相结 构。电子衍射操作是把倒易点阵中的图像通过 空间转换并在正空间记录下来形成衍射花样， 通过对衍射花样的分析我们可以对被测材料中 相的晶体结构等作出判断。
电子衍射的原理
3. 点阵消光
定义：倒易点阵的分布是与晶体原胞对应的，在 晶体学或衍射物理中，人们更习惯地采用布拉菲 晶胞来处理各类相关的问题，从而人为的造成消 光，即点阵消光。
简要推导
常见晶体结构的 衍射消光条件
电子衍射的原理
3. 点阵消光
晶体结构 简单立方 bcc（体心立方） 衍射斑点的消光条件 没有限制，都能衍射 h+k+l=奇数
电子衍射谱的标定
2. 单晶电子衍射标定的d值举例法举例
(2)、根据公式rd=L λ， 求A、B衍射斑对应 的面间距d1和d2 ，与 物样PDF数据比较， 找出与d1和d2相吻合 的面指数{hkl}1和 {hkl}2 公式rd=L λ说明：
L r
电子衍射谱的标定
2. 单晶电子衍射标定的d值举例法举例
晶格+基元=晶体结构
(a)
(b)
(c)
布拉菲晶胞及点阵消光简要推导
tem衍射花样原理
tem衍射花样原理
TEM衍射花样原理
透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种利用电子束来观察物质结构的高分辨率显微镜。
TEM的分辨率比光学显微镜高得多，可以观察到更小的物质结构。
TEM的一个重要应用是通过衍射花样来研究物质的晶体结构。
TEM衍射花样是指当电子束穿过物质时，由于物质的晶体结构对电子的散射作用，电子束会形成一系列明亮和暗淡的环形花样。
这些花样可以用来确定物质的晶体结构和晶格常数。
TEM衍射花样的形成原理是基于布拉格衍射定律。
布拉格衍射定律是指当X射线或电子束穿过晶体时，会被晶体中的原子散射，形成一系列衍射峰。
这些衍射峰的位置和强度与晶体的晶格常数和原子排列有关。
TEM衍射花样的形成过程可以分为三个步骤。
首先，电子束穿过样品，与样品中的原子相互作用。
其次，电子束被散射，形成一系列衍射峰。
最后，这些衍射峰被记录在衍射图上，形成TEM衍射花样。
TEM衍射花样可以用来确定物质的晶体结构和晶格常数。
通过比较实验得到的衍射花样和理论计算得到的衍射花样，可以确定物质的晶体结构和晶格常数。
这对于研究物质的性质和应用具有重要意
义。
TEM衍射花样是一种重要的研究物质晶体结构的方法。
通过观察TEM衍射花样，可以确定物质的晶体结构和晶格常数，为研究物质的性质和应用提供了重要的信息。
TEM分析中电子衍射花样标定
TEM分析中电子衍射花样标定TEM分析中电子衍射花样的标定是指确定其中的晶格参数和晶体结构。
电子衍射是由于电子束通过晶体时，与晶体中的电子相互作用而散射产生的。
电子束通过晶体时，遇到晶体的晶面时，会发生弹性散射，产生衍射现象。
衍射光束的方向、强度和间距在电子显微镜中可以通过观察电子衍射花样来确定，进而得到晶体的晶格参数和结构信息。
在进行电子衍射花样标定之前，首先需要准备一片单晶样品。
单晶样品的制备是一个关键步骤，需要从熔融状态下使样品高度纯净的晶体生长过程中得到。
然后将单晶样品切割成薄片，通常厚度在几十纳米到一百纳米左右。
进行TEM分析时，需要将薄片放置在透明网格上，并将其放入TEM样品船中。
接下来，将TEM样品船放入TEM仪器中，并进行样品的调准和调节。
在TEM仪器中，通过侧向显示出TEM样品的像，调整样品的倾角和旋转角度，使其与电子束的传输轴垂直以及平行于透明栅中的线。
这样才能观察到电子衍射花样。
接下来是电子衍射花样的标定过程。
首先，将TEM仪器调节到电子衍射模式，并将图像显示在荧光屏上。
然后，调节TEM仪器中的操作控制器，使得样品的电子束以其中一种特定的角度来照射样品。
在进行电子衍射花样标定时，可以首先使用标准单晶样品进行实验。
标准单晶样品的晶格参数和结构已经被广泛研究和报道。
通过将标准单晶样品放入TEM仪器中，来测量其电子衍射花样，并将其与实际观察到的电子衍射花样进行对比和校准。
此外，还可以使用获得的电子衍射花样，与理论模拟的电子衍射图案进行比对。
在进行电子衍射花样的标定时，需要考虑到以下几个因素。
首先，样品的薄度和各向异性。
样品的薄度会影响电子束的穿透和样品的衍射效果。
其次，电子束的聚焦和调整，以获得清晰的电子衍射花样。
最后，还需要注意TEM仪器的标定和校准，以确保获得准确的电子衍射花样。
总结起来，TEM分析中电子衍射花样的标定是一个复杂的过程，需要准备好单晶样品，并在TEM仪器中进行样品的调准和调节。
TEM电子衍射的原理
TEM电子衍射的原理TEM是透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope）的简称，是一种使用电子束而不是光束进行观察和分析的显微镜。
TEM利用电子束穿过样品并与样品相互作用，然后将电子衍射的图样转换为样品的结构信息。
TEM电子衍射的原理基于布拉格公式，即nλ = 2dsinθ，其中n为衍射级数，λ为入射电子的波长，d为晶格参数，θ为衍射角。
当电子束穿过晶体时，晶格中的原子对电子束起到散射作用，形成衍射图样。
这些衍射图样即可用来分析晶格信息及其结构。
1.电子源：电子转移系统通过高压电子火花或透射电子枪产生一束高速电子流。
电子束由一系列电磁透镜束聚并形成高能束。
2.准直系统：使用透镜系统将电子束准直，以确保它在整个样品上尽可能平行。
3.样品台：样品台是一个用于支撑样品的平台，样品被安置在这个平台上。
平台上提供了一系列探测器，以捕捉散射的电子。
4.电子与样品相互作用：电子束穿过样品并与样品中的原子相互作用。
原子对电子产生散射效应，并产生衍射图样。
5.探测器：使用一系列探测器来收集电子的散射。
这些探测器可以测量衍射电子的强度和角度，以确定晶体结构。
6.图像形成：电子衍射模式进入与样品台相连的CCD摄像机，生成衍射图像。
通过TEM电子衍射，我们可以得到样品的晶体结构、晶格参数、晶面指数、晶体取向等信息。
这对于理解材料的性质和行为非常重要。
另外，TEM还可以结合其他技术如能谱分析和显微成像技术，实现对样品的更全面的表征。
然而，使用TEM电子衍射还会面临一些挑战。
首先，电子束的能量较高，容易对样品造成辐射损伤，因此需要进行谨慎的操作和控制。
其次，电子束在穿过样品时容易受到散射和多次散射的影响，导致失真和模糊的衍射图样。
这需要使用一些衍射技术如选区电子衍射（Selected Area Electron Diffraction）和倾斜衍射（Precession Electron Diffraction）来克服这些问题并提高分辨率。
tem的原理及其应用
tem的原理及其应用1. tem的原理Transmission electron microscopy（TEM）是一种利用电子束来观察样品的技术。
它基于电子的波粒二象性，通过将电子束通过样品，利用样品上的散射和吸收，观察样品的内部结构和各种性质。
TEM的原理如下：1.使用电子枪产生高速电子束。
2.通过电子透镜对电子束进行聚焦，使其形成微小尺寸的电子束。
3.将样品放置在电子束与透射电子探测器之间。
4.电子束通过样品时，与样品中的原子和电子相互作用。
5.样品中的原子和电子吸收和散射电子束，形成投射到探测器上的图像。
6.探测器将电子信号转换为可见的图像，通过放大器和显示器显示。
TEM的原理基于电子的波长远小于可见光的波长，使得它可以对物体的微观结构进行更高的分辨率观察。
此外，TEM还可以进行能谱分析、电子衍射、电子显微镜成像以及元素分析等功能。
2. tem的应用TEM是一种非常强大的工具，广泛应用于材料科学、生物科学、纳米科学、物理学等领域。
以下是一些TEM的应用领域：2.1 材料科学•研究材料的晶体结构，包括晶格缺陷、晶格畸变等。
•观察材料在不同温度、压力下的相变行为。
•研究材料的晶粒尺寸、形状以及纳米结构。
•分析材料的元素成分、分布以及化学反应。
2.2 生物科学•进行生物细胞和组织的观察，揭示细胞的内部结构、细胞器的特征等。
•研究生物大分子的结构和功能，例如蛋白质、核酸等。
•观察生物组织的损伤和修复过程。
2.3 纳米科学•研究纳米材料的微观结构和性质。
•观察纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜等纳米结构的形貌和组成。
•分析纳米材料的电子能带结构和光学性质。
2.4 物理学•进行电子衍射实验，研究物质的晶体结构和晶格参数。
•进行能谱分析，分析物质的元素成分和化学成分。
•观察和研究材料的电子能带结构、电阻率等电子性质。
3. tem的优势和挑战TEM作为一种高分辨率的成像技术，具有以下优势：•高分辨率：相比其他成像技术，TEM具有更高的分辨率，可以观察到更小尺寸的样品细节。
tem工作原理
tem工作原理TEM（透射电子显微镜）是一种高分辨率的显微镜，它利用电子束而不是光束来形成显微图像。
TEM的工作原理是通过透射电子来观察样品的内部结构和组成。
下面将详细介绍TEM的工作原理及其应用。
TEM通过发射高能电子束照射样品，样品中的原子核和电子云与电子束相互作用，产生散射和吸收现象。
这些散射和吸收现象会改变电子束的方向和强度，进而形成显微图像。
TEM使用电磁透镜来聚焦电子束，使其能够穿过样品并投影在物理探测器上，从而形成高分辨率的图像。
TEM的工作原理基于电子的波粒二象性。
电子具有波动性质，其波长与其动能有关。
由于电子的波长比可见光的波长要短得多，因此TEM能够实现比光学显微镜更高的分辨率。
此外，电子束的焦点和放大倍数可以通过调整电磁透镜的参数进行控制，从而进一步提高分辨率。
TEM还可以通过使用透射电子衍射（TED）来分析样品的晶体结构。
当电子束通过晶体样品时，会发生衍射现象，形成一个衍射图样。
通过分析衍射图样，可以确定样品的晶体结构、晶格常数和晶体缺陷等信息。
TEM广泛应用于材料科学、生物学、纳米技术等领域。
在材料科学中，TEM可以用于研究材料的晶体结构、晶格缺陷、界面性质等。
在生物学中，TEM可以用于观察生物样品的细胞结构和超微结构。
在纳米技术领域，TEM可以用于研究纳米材料的形貌、尺寸和结构。
除了观察样品的结构，TEM还可以进行成分分析。
通过在TEM中加入能量色散X射线光谱仪（EDS），可以测量样品中不同元素的含量和分布。
这种组合技术被称为透射电子显微镜-能量色散X射线光谱仪（TEM-EDS）。
总结一下，TEM利用电子束来观察样品的内部结构和组成。
它的工作原理基于电子的波粒二象性，通过调整电磁透镜的参数来实现高分辨率的成像。
TEM在材料科学、生物学和纳米技术等领域有着广泛的应用，可以帮助科学家研究和理解物质的微观世界。
简述tem的工作原理
简述tem的工作原理
TEM是一种高分辨率的电子显微镜技术，其工作原理基于电子物质波的衍射和干涉现象。
TEM可用于观察和研究物质的结构、形态、成分和性质，广泛应用于物理、化学、生物、材料科学等领域。
TEM的工作原理是利用高能电子束穿过样品，然后在样品内部与原子和分子相互作用，产生衍射和干涉现象，再将信息通过透射电子显微镜形成图像。
其中，电子束的能量决定了穿透深度和分辨率。
低能电子束只能穿透较浅的物质层，但分辨率较高；高能电子束可以穿透较厚的物质层，但分辨率较低。
TEM的样品制备也是非常重要的，需要制备出薄到几纳米甚至亚纳米级别的样品，以保证电子束的穿透和产生清晰的图像。
样品制备的方法包括机械磨削、电子束切割、离子切割、化学腐蚀等多种方法，不同的样品制备方法适用于不同类型的样品。
TEM的应用范围非常广泛，可以用于研究物质在微观尺度下的结构、晶体缺陷、界面、相变、形貌等各种性质。
在材料科学中，TEM可以用于研究纳米材料、新型材料的结构和性质，如石墨烯、二维材料、金属玻璃等。
在生物科学中，TEM可以用于观察细胞的超微结构、病毒、蛋白质等生物大分子的结构和功能。
TEM作为一种高分辨率的电子显微镜技术，其工作原理基于电子物质波的衍射和干涉现象，能够观察和研究物质在微观尺度下的结构、
形态、成分和性质，具有广泛的应用前景。
tem的工作原理
tem的工作原理
TEM（Transmission Electron Microscope，透射电子显微镜）
的工作原理是利用电子束的穿透性和波粒二象性，对物质的内部结构进行观察和分析。
TEM的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 电子源发射电子束：TEM中通常采用热阴极或场发射阴极
作为电子源，通过加热或加电的方式产生电子束。
电子束在电子枪中发射出来，并进入加速管道。
2. 加速电子束：电子束进入加速管道后，受到静电场的加速作用，速度逐渐增加。
通常在加速管道中使用电压差使电子束加速。
3. 束缚电子进产生物质的相互作用：加速的电子束进入样品室，在进入样品之前，通过减速器减少电子束的能量，以避免对样品的损伤。
4. 物质的相互作用：电子束与样品中的物质相互作用时，发生散射、透射、吸收等过程。
散射会导致电子的偏转，通过探测器可以得到样品的散射图像信息。
5. 透射电子成像：经过样品的透射电子束会被透射电子透镜系统聚焦，进入投影平面，形成透射电子显微图像。
透射电子显微图像通过透射电子显微镜的成像系统将样品的微观结构放大到人眼可见的范围。
6. 分析和显示：透射电子显微图像通过相应的探测器进行采集和处理，利用计算机技术进行图像增强和重建，最终以图像的形式显示出来。
TEM的工作原理基于电子束的特性，能够实现对样品高分辨率的显微观测。
它在物理学、材料科学、生物学等领域有着广泛的应用，可以揭示物质的微观结构和性质，为科学研究提供了重要的工具和方法。
tem衍射斑确定晶体结构-概述说明以及解释
tem衍射斑确定晶体结构-概述说明以及解释1.引言1.1 概述TEM衍射斑是一种用于确定晶体结构的重要技术工具。
随着科学技术的不断发展和进步，TEM衍射斑在晶体学领域的应用日益广泛。
本文旨在深入探讨TEM衍射斑在晶体结构确定中的原理和应用，以及其在该领域中的优势和局限性。
TEM衍射斑是通过透射电子显微镜观察到的样品表面上的衍射图样。
当电子束通过一个晶体样品时，由于晶体的结构和原子排列方式的作用，电子束会发生衍射现象，形成一系列明暗交替的衍射斑。
这些衍射斑的分布和形态可以被捕捉、记录下来，并通过分析和计算来得到有关晶体结构的信息。
TEM衍射斑的原理可以追溯到布拉格的衍射理论，根据该理论，当入射波长、入射角和晶体的晶格常数满足一定条件时，衍射斑会形成。
这种衍射现象的出现使得我们可以通过观察和解读衍射斑的图像来推断晶体的结构和晶格参数。
在晶体学中，TEM衍射斑被广泛应用于晶体结构的确定和分析。
通过对TEM衍射斑的测量和解析，研究人员可以获取晶格常数、晶胞参数和晶体的空间对称性等关键信息。
这些信息对于了解物质的结构、性质和功能具有重要意义，对材料科学、化学和生物学等学科的发展有着重大影响。
TEM衍射斑在晶体结构确定中具有许多优势。
首先，TEM衍射斑具有高分辨率和高灵敏度，可以观察到微小晶体的衍射斑图样，进而提供准确的晶体参数数据。
其次，TEM衍射斑技术操作简便，可以实现实时观测和记录，有利于对晶体的动态性质和相变过程进行研究。
此外，由于TEM 衍射斑的图像特征明显，对于晶体结构的分析和解读也较为直观和准确。
然而，TEM衍射斑也存在一定的局限性。
首先，TEM衍射斑对样品的要求较高，需要获取高质量的晶体样品，并且对样品的制备和处理过程要求严格。
其次，TEM衍射斑的解析和计算较为复杂，需要借助专门的软件和算法进行处理。
此外，由于TEM衍射斑对电子束的束缚条件较为严格，对于非晶态材料等晶体外形不规则的样品，会出现衍射图样的模糊和多重衍射等现象。
电子显微分析第三章 电子衍射(TEM)
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。 电子衍射与x射线衍射的基本原理是完全一样的，两种技术所得 到的晶体衍射花样在几何特征上也大致相似。 多晶体的电子衍射花样是一系列不同半径的同心圆环。 单晶花样由排列得十分整齐的许多斑点所组成，分别如图a）和b） 所示。 单晶体的电子衍射花样比X射线劳厄法所得的花样，更能直观地反 映晶体的点阵结构和位向； 特别是当采用倒易点阵和爱瓦尔德球作图法时，这种联系将是十分 明显的，并常常可以使单晶电子衍射花样的分析方法变得相当简 单．
• 傅立叶变换： • F(x)=a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+.… +
第一节 倒易阵点基本知识
• 所谓倒易点阵，指的是在 量纲[L]-1的倒易空间内的 另外一个点阵，它与正空 间内某一特定的点阵相对 应。如果正点阵晶胞的基 矢为a,b,c;则相应的倒易 点阵基矢为：
a b
选区衍射操作步骤
为了尽可能减小选区误差，应遵循如下操作 步骤： • 1. 插入选区光栏，套住欲分析的物相，调整 中间镜电流使选区光栏边缘清晰，此时选区 光栏平面与中间镜物平面生重合； • 2. 调整物镜电流，使选区内物象清晰，此时 样品的一次象正好落在选区光栏平面上，即 物镜象平面，中间镜物面，光栏面三面重合；
面心立方正倒点阵关系
tem的主要原理和基本应用
tem的主要原理和基本应用1. 什么是TEMTEM是透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope）的简称。
它是一种利用高速电子束穿透样品后形成的衍射图样来观察样品内部结构的一种高分辨率显微镜。
TEM的分辨率可以达到纳米级别，能够观察到非常细小的结构和细节。
2. TEM的工作原理TEM工作的基本原理是将电子加速到很高的能量，形成高速的电子束，然后让这束电子束通过样品，电子穿过样品后，会和样品中的原子或分子发生相互作用，产生散射、吸收和衍射等现象。
这些现象通过透射电子显微镜的相应装置可以被捕捉、转化为图像。
2.1 电子源和加速器TEM中的电子源一般使用热电子发射阴极或场发射阴极，产生高亮度的电子束。
然后，这些电子被加速器加速到所需的能量。
2.2 透镜系统透镜系统由电子透镜和磁场构成，主要用于控制电子束的聚焦和收束。
透镜系统中常用的透镜包括凸透镜、凹透镜和电子源边界控制透镜等。
2.3 样品与探测器样品是TEM中观察的对象，可以通过薄片制备，以保证电子的透射。
样品放置在TEM中的样品台上，并通过样品台进行精确的位置调整。
探测器则用于捕捉透射电子的图像，并将其转化为可见的图像或数字信号。
3. TEM的基本应用3.1 结构表征TEM能够观察物质的微观结构，包括晶体的晶格结构、晶界、界面等，通过该技术可以研究晶体的缺陷、晶体生长机制等问题。
3.2 化学组成分析TEM可以通过能谱和散射分析技术对样品进行化学成分的分析。
能谱分析可以通过测量透射电子的能量来确定样品中各种元素的存在和含量，而散射分析则可以通过测量透射电子的散射角度来确定样品的结构和化学成分。
3.3 纳米材料研究TEM是研究纳米材料的重要工具。
纳米材料的尺寸非常小，常常只有几纳米甚至更小，TEM的高分辨率可以观察到纳米材料的形貌、晶体结构、分布等信息，对纳米材料的制备和性质研究具有重要意义。
3.4 生物学研究TEM在生物学研究中也得到了广泛应用。
TEM原理实验
实验二透射电镜结构原理及明暗场成像一实验目的1 结合透射电镜实物介绍其基本结构及工作原理，以加深对透射电镜结构的整体印象加深对透射电镜工作原理的了解。
2 选用合适的样品，说道明暗场像操作的实际演示，了解明暗场成像原理。
二实验原理：1 TEM中电子衍射原理电镜中的电子衍射,其衍射几何与X射线完全相同,都遵循布拉格方程所规定的衍射条件和几何关系. 衍射方向可以由厄瓦尔德球(反射球)作图求出.因此,许多问题可用与X射线衍射相类似的方法处理.2 TEM工作原理透射电子显微镜是—种具有高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器。
被广泛应用于材料科学等研究领域。
透射电镜以波长极短的电子束作为光源，电子束经出聚光镜系统的电磁透镜将其聚焦成一束近似平行的光线穿透样品，再经成像系统的电磁透镜成保和放大，然而电子束投射到主镜筒最下方的荧光屏上而形成所观察的图像。
在材料科学研究领域，透射电镜主要可用于材料微区的组织形貌观察、晶体缺陷分析和晶体结构测定。
图2-1 TEM成像原理从左至右依次为高放大率、衍射、低放大率、极低放大率2.1 TEM结构组成图2-2 TEM与光学显微镜结构原理比较TEM由电子光学系统、电源与控制系统及真空系统三部分组成。
电子光学系统通常称镜筒，是透射电子显微镜的核心，它的光路原理与透射光学显微镜十分相似，如图所示。
它分为三部分，即照明系统、成像系统和观察记录系统。
实验所用仪器本实验采用FEI公司生产的Tecnai G2 20透射电子显微镜（见图2-3）仪器介绍:Tecnai G2 20透射电子显微镜是当今很先进的200kV分析电镜，该仪器采用LaB6灯丝，具有很高的亮度。
结构紧凑、完美的电子光学系统，全自动的计算机控制，确保仪器长期的稳定性。
在该设备上还配有EDAX能谱系统，可以进行原位的元素成分分析。
Tecnai G2 20采用特殊设计, 可以快速有效地采集和处理信号, 并将高分辨图像、明场/暗场图像、STEM图像、电子衍射和详细的微观分析有机的结合起来。
tem衍射花样原理
tem衍射花样原理
TEM衍射花样原理
电子衍射是一种将电子束照射到物体表面，然后测量衍射花样的方法。
TEM 衍射是一种特殊的电子衍射技术，它使用透射电子显微镜（TEM）来观察衍射花样。
TEM衍射可以用来研究物体的结构和性质，特别是晶体的结构和成分。
TEM衍射的原理是利用电子束与物体发生相互作用时发生的衍射现象。
当电子束通过物体时，会与物体中的原子和分子相互作用。
这种相互作用会导致电子束的散射和衍射。
TEM衍射的衍射花样是由电子束与物体中的原子和分子相互作用所产生的干涉图案。
这些花样可以提供关于物体的结构和性质的重要信息。
通过对衍射花样的测量和分析，可以确定物体的晶体结构、晶格常数、晶面间距和晶体中原子的排列方式等信息。
TEM衍射技术是一种非常有用的工具，可以用于研究许多不同类型的物体和材料。
它已经广泛应用于材料科学、化学、物理学、生物学以及其他领域的研究中。
TEM衍射技术的发展使得研究人员能够更深入地了解物体的结构和性质，从而推动了许多领域的前沿研究。
TEM透射电镜中的电子衍射及分析(实例)
图2-5 关系
c*
与正点阵的
实用文档
晶带定律
r·g =0，狭义晶带定律 ，倒易矢量与r垂直，它 们构成过倒易点阵原点的 倒易平面
r·g＝N，广义晶带定律, 倒易矢量与r不垂直。这时 g的端点落在第非零层倒易 结点平面。
注：书上为第N层不妥，第1层的N值可以为2。
实用文档
r uvw
(uvw)*N
选
选
区
区
成
衍
象
射
实用文档
选区衍射操作步骤：
为了尽可能减小选区误差，应遵循如下 操作步骤：
1. 插入选区光栏，套住欲分析的物相，调整中 间镜电流使选区光栏边缘清晰，此时选区光栏 平面与中间镜物平面生重合；
2. 调整物镜电流，使选区内物象清晰，此时样 品的一次象正好落在选区光栏平面上，即物镜 象平面，中间镜物面，光栏面三面重合；
2q 2q
f
2q
试样
物镜 后焦面
图2-7 意图
衍射花样形成示
实用文档
象平面
(图2-8), Ewald图解法: A:以入射束与反射面的交点为原点,作半
径为1/的球,与衍射束交于O*. B:在反射球上过O*点画晶体的倒易点阵; C:只要倒易点落在反射球上,,即可能产
生衍射.
实用文档
入射束 厄瓦尔德球
实用文档
(1)、指数直接标定法：已知样品和相机 常数
可分别计算产生这几个斑点的晶面间距 并与标准d值比较直接写出(hkl)，(P32例, 图2－24)。也可事先计算R2／R1，R3／R1， 和R1、R2间夹角，据此进行标定(P32例,图 2－24)。
实用文档
h1k1l1 h2 k 2 l2
h3k3l3 R2
透射电子显微镜-TEM
1. 塑料一级复型 2. 碳一级复型 3. 塑料-碳二级复型 4. 抽取复型
透射电子显微镜样品制备
塑料一级复型
样品上滴浓度为1%的火棉 胶醋酸戍酯溶液或醋酸纤维 素丙酮溶液，溶液在样品表 面展平，多余的用滤纸吸掉， 溶剂蒸发后样品表面留下一 层100nm左右的塑料薄膜。 印模表面与样品表面特征相反。
透射电镜实现了工厂化生产。 上世纪50年代，英国剑桥大学卡文迪许实验室的Hirsch和
Howie等人建立电子衍射衬度理论并用于直接观察薄晶体缺陷和 结构。 1965年，扫描电子显微镜实现商品化。 70年代初，美国阿利桑那州立大学J.M. Cowley提出相位衬度理 论的多层次方法模型，发展了高分辨电子显微象的理论与技术。 饭岛获得原子尺度高分辨像（1970) 。 80年代，晶体缺陷理论和成像模拟得到进一步发展，透射电镜和 扫描电镜开始相互融合，并开始对小于5埃的尺度范围进行研究。 90年代至今，设备的改进和周边技术的应用。
re 人眼分辨本领 r0 显微镜分辨本领
有效放大倍数
光学显微镜的有效放大倍数
人眼的分辨率（ 0.2mm） 光学显微镜分辨率（ 200 nm）
透射电镜的有效放大倍数
人眼的分辨率（ 0.2mm） 透射电子显微镜分辨率 （0.1nm）
由上面公式可以直接得出，光学显微镜的有效放 大倍数远小于透射电镜。
透射电子显微镜-TEM
Transmission electron microscope
内容
简介 结构原理 样品制备 透射电子显微像 选区电子衍射分析
TEM 简介
1898年J.J. Thomson发现电子 1924年de Broglie 提出物质粒子波动性假说和1927年实验的
证实。 1926年轴对称磁场对电子束汇聚作用的提出。 1932年，1935年，透射电镜和扫描电镜相继出现，1936年，
TEM电子衍射的原理
第一节电子衍射的原理1.1 电子衍射谱的种类在透射电镜的衍射花样中，对于不同的试样，采用不同的衍射方式时，可以观察到多种形式的衍射结果。
如单晶电子衍射花样，多晶电子衍射花样，非晶电子衍射花样，会聚束电子衍射花样，菊池花样等。
而且由于晶体本身的结构特点也会在电子衍射花样中体现出来，如有序相的电子衍射花样会具有其本身的特点，另外，由于二次衍射等会使电子衍射花样变得更加复杂。
上图中，图a和d是简单的单晶电子衍射花样，图b是一种沿[111]p方向出现了六倍周期的有序钙钛矿的单晶电子衍射花样（有序相的电子衍射花样）；图c是非晶的电子衍射结果，图e和g是多晶电子的衍射花样；图f是二次衍射花样，由于二次衍射的存在，使得每个斑点周围都出现了大量的卫星斑；图i和j是典型的菊池花样；图h和k是会聚束电子衍射花样。
在弄清楚为什么会出现上面那些不同的衍射结果之前，我们应该先搞清楚电子衍射的产生原理。
电子衍射花样产生的原理与X 射线并没有本质的区别，但由于电子的波长非常短，使得电子衍射有其自身的特点。
1.2 电子衍射谱的成像原理在用厄瓦尔德球讨论X射线或者电子衍射的成像几何原理时，我们其实是把样品当成了一个几何点，但实际的样品总是有大小的，因此从样品中出来的光线严格地讲不能当成是一支光线。
之所以我们能够用厄瓦尔德来讨论问题，完全是由于反射球足够大，存在一种近似关系。
如果要严格地理解电子衍射的形成原理，就有必要搞清楚两个概念：Fresnel（菲涅尔）衍射和Fraunhofer（夫朗和费）衍射。
所谓Fresnel（菲涅尔）衍射又称为近场衍射，而Fraunhofer（夫朗和费）衍射又称为远场衍射.在透射电子显微分析中，即有Fresnel（菲涅尔）衍射（近场衍射）现象，同时也有Fraunhofer（夫朗和费）衍射（远场衍射）。
Fresnel（菲涅尔）衍射（近场衍射）现象主要在图像模式下出现，而Fraunhofer （夫朗和费）衍射（远场衍射）主要是在衍射情况下出现。
TEM的原理和应用
TEM的原理和应用1. TEM的基本原理透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种通过透射电子来观察物质的显微镜。
它利用电子束透过样品并形成像，通过对透射电子的衍射和散射进行分析，可以获取样品的高分辨率图像和相关结构信息。
TEM的基本原理如下： - 透射电子源产生高速电子束； - 电子束通过透镜系统进行聚焦； - 电子束通过样品，与样品中的原子进行相互作用； - 经过样品后的电子束进入投影透镜或物质屏幕； - 投影透镜或物质屏幕将电子束成像，形成TEM 像。
2. TEM的应用TEM在材料科学、生物科学、纳米科学等领域有广泛的应用。
以下是TEM的主要应用之一：2.1 材料科学在材料科学中，TEM能提供原子级别的结构分析和成分分析，具有非常高的分辨率和显微镜级别的放大倍率。
它可以研究材料的晶体结构、晶体缺陷、晶体生长等。
使用TEM可以观察到材料的微观结构，例如材料中的晶粒、晶界、孪晶等。
此外，TEM还可以用于研究纳米材料的合成和性质。
通过透射电子衍射，可以确定材料的晶体结构，并通过高分辨率图像来观察材料的晶格缺陷。
2.2 生物科学在生物科学中，TEM被用于研究生物样品的超微结构，例如细胞器的形态与分布、蛋白质的定位与亚细胞结构。
TEM在生物学研究中扮演着非常重要的角色，特别是在病毒、蛋白质聚集体和细胞器的研究中。
通过TEM，我们能够观察到生物样品中的细节和微观结构，从而深入了解其功能和性质。
2.3 纳米科学在纳米科学中，TEM可以用于研究纳米材料的形貌、尺寸、形成机制等方面。
纳米材料具有特殊的物理和化学性质，通过TEM可以观察纳米颗粒的形态和分布，并研究纳米材料的结构与性质之间的关系。
利用TEM技术，纳米科学家可以设计和制备具有特定结构和性能的纳米材料，以满足不同领域的需求。
3. TEM的发展趋势随着科学技术的不断发展，TEM也在不断改进和发展。
TEM电子衍射的基本知识
第一节电子衍射的原理1.1 电子衍射谱的种类在透射电镜的衍射花样中，对于不同的试样，采用不同的衍射方式时，可以观察到多种形式的衍射结果。
如单晶电子衍射花样，多晶电子衍射花样，非晶电子衍射花样，会聚束电子衍射花样，菊池花样等。
而且由于晶体本身的结构特点也会在电子衍射花样中体现出来，如有序相的电子衍射花样会具有其本身的特点，另外，由于二次衍射等会使电子衍射花样变得更加复杂。
上图中，图a和d是简单的单晶电子衍射花样，图b是一种沿[111]p方向出现了六倍周期的有序钙钛矿的单晶电子衍射花样（有序相的电子衍射花样）；图c是非晶的电子衍射结果，图e和g是多晶电子的衍射花样；图f是二次衍射花样，由于二次衍射的存在，使得每个斑点周围都出现了大量的卫星斑；图i和j是典型的菊池花样；图h和k是会聚束电子衍射花样。
在弄清楚为什么会出现上面那些不同的衍射结果之前，我们应该先搞清楚电子衍射的产生原理。
电子衍射花样产生的原理与X 射线并没有本质的区别，但由于电子的波长非常短，使得电子衍射有其自身的特点。
1.2 电子衍射谱的成像原理在用厄瓦尔德球讨论X射线或者电子衍射的成像几何原理时，我们其实是把样品当成了一个几何点，但实际的样品总是有大小的，因此从样品中出来的光线严格地讲不能当成是一支光线。
之所以我们能够用厄瓦尔德来讨论问题，完全是由于反射球足够大，存在一种近似关系。
如果要严格地理解电子衍射的形成原理，就有必要搞清楚两个概念：Fresnel（菲涅尔）衍射和Fraunhofer（夫朗和费）衍射。
所谓Fresnel（菲涅尔）衍射又称为近场衍射，而Fraunhofer（夫朗和费）衍射又称为远场衍射.在透射电子显微分析中，即有Fresnel（菲涅尔）衍射（近场衍射）现象，同时也有Fraunhofer（夫朗和费）衍射（远场衍射）。
Fresnel（菲涅尔）衍射（近场衍射）现象主要在图像模式下出现，而Fraunhofer（夫朗和费）衍射（远场衍射）主要是在衍射情况下出现。
TEM电子衍射及分析
TEM电子衍射及分析引言透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）是一种高分辨率的显微镜，利用电子束通过样品并对透射电子进行衍射、成像和分析等操作。
TEM电子衍射是一项重要的研究技术，可以用于研究材料的结晶结构和晶体缺陷等特性。
本文将介绍TEM电子衍射的原理及常用的分析方法。
TEM电子衍射原理TEM电子衍射是指入射电子束通过样品后，由于与样品内部结构的相互作用，电子将发生衍射现象。
衍射过程中，入射电子束的波动性质被样品晶体结构所限制，形成衍射斑图。
通过观察衍射斑图的形态和分布，可以了解样品晶体的结构信息。
TEM电子衍射的原理可以用布拉格方程来描述：nλ =2d*sinθ 其中，n为衍射级数，λ为入射电子的波长，d为晶格的间距，θ为衍射角度。
TEM电子衍射图解析TEM电子衍射图是由衍射斑图组成的，通过对衍射斑图的解析，可以得到样品晶体的一些重要信息。
1.衍射斑的亮度：衍射斑的亮度反映了样品晶体中存在的晶格缺陷、位错等信息。
亮斑表示高度有序的结构，而暗斑则表示晶格缺陷存在。
2.衍射斑的分布：衍射斑的分布可以提供样品晶体的晶面方向信息。
通过观察衍射斑的位置和排列方式，可以确定样品晶体的晶体结构。
3.衍射斑的形状：衍射斑的形状可以指示晶格的对称性。
正交晶系的衍射斑为圆形，其他晶系的衍射斑形状则会有所不同。
TEM电子衍射分析方法除了观察TEM电子衍射图来获得晶体结构信息外，还有一些常用的分析方法。
1.衍射索引：通过观察衍射斑的位置和分布，结合晶体结构学的知识，利用衍射索引方法确定晶格参数、晶胞参数，从而得到样品晶体的晶体结构信息。
2.选区电子衍射：通过在选定的区域内进行电子衍射，可以得到该区域的晶格结构和取向信息。
这种方法可以用来研究样品中不同区域的晶体结构差异。
3.电子衍射支撑：通过在TEM观察区域选择多个点进行电子衍射，得到它们的衍射斑的位置和分布等信息。
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第一节电子衍射的原理1.1 电子衍射谱的种类在透射电镜的衍射花样中，对于不同的试样，采用不同的衍射方式时，可以观察到多种形式的衍射结果。
如单晶电子衍射花样，多晶电子衍射花样，非晶电子衍射花样，会聚束电子衍射花样，菊池花样等。
而且由于晶体本身的结构特点也会在电子衍射花样中体现出来，如有序相的电子衍射花样会具有其本身的特点，另外，由于二次衍射等会使电子衍射花样变得更加复杂。
上图中，图a和d是简单的单晶电子衍射花样，图b是一种沿[111]p方向出现了六倍周期的有序钙钛矿的单晶电子衍射花样（有序相的电子衍射花样）；图c是非晶的电子衍射结果，图e和g是多晶电子的衍射花样；图f是二次衍射花样，由于二次衍射的存在，使得每个斑点周围都出现了大量的卫星斑；图i和j是典型的菊池花样；图h和k是会聚束电子衍射花样。
在弄清楚为什么会出现上面那些不同的衍射结果之前，我们应该先搞清楚电子衍射的产生原理。
电子衍射花样产生的原理与X 射线并没有本质的区别，但由于电子的波长非常短，使得电子衍射有其自身的特点。
1.2 电子衍射谱的成像原理在用厄瓦尔德球讨论X射线或者电子衍射的成像几何原理时，我们其实是把样品当成了一个几何点，但实际的样品总是有大小的，因此从样品中出来的光线严格地讲不能当成是一支光线。
之所以我们能够用厄瓦尔德来讨论问题，完全是由于反射球足够大，存在一种近似关系。
如果要严格地理解电子衍射的形成原理，就有必要搞清楚两个概念：Fresnel（菲涅尔）衍射和Fraunhofer（夫朗和费）衍射。
所谓Fresnel（菲涅尔）衍射又称为近场衍射，而Fraunhofer（夫朗和费）衍射又称为远场衍射.在透射电子显微分析中，即有Fresnel（菲涅尔）衍射（近场衍射）现象，同时也有Fraunhofer（夫朗和费）衍射（远场衍射）。
Fresnel（菲涅尔）衍射（近场衍射）现象主要在图像模式下出现，而Fraunhofer （夫朗和费）衍射（远场衍射）主要是在衍射情况下出现。
小孔的直接衍射成像（不加透镜）就是一个典型的Fresnel（菲涅尔）衍射（近场衍射）现象。
在电镜的图像模式下，经常可以观察到圆孔的菲涅尔环。
Fraunhofer（夫朗和费）衍射是远场衍射，它是平面波在与障碍物相互作用后发生的衍射。
严格地讲，光束之间要发生衍射，必须有互相叠加，平行光严格意义上是不能叠加的，所以在没有透镜的前提下，夫朗和费衍射只是一种理论上的概念。
但是在很多情况下，可以将衍射当成夫朗和费衍射来处理，X射线衍射就是这样一种情况。
虽然X射线是照射在晶体中的不同晶面上，但是由于晶面间距的值远远小于厄瓦尔德球（X射线波长的倒数），即使测试时衍射仪的半径跟晶面间距比也是一个非常大的值，所以X射线衍射可以当成夫朗和费衍射处理，因为此时不同晶面上的X射线叠加在一点上时，它们的衍射角仍然会非常接近布拉格角。
论：X射线并非严格的夫朗和费衍射，但可以将其当成夫朗和费衍射处理。
电子衍射是有透镜参与的Fraunhofer（夫朗和费）衍射，所以与X射线衍射的相比，它才是严格的远场衍射。
上图只是给出了晶体在某个方向的平行光能彼此加强时，一定会在透镜的背焦面上会聚成一个加强的衍射斑点。
而晶体究竟会在哪些方向产生平行光之间彼此加强的衍射，最终还是取决于它满不满足布拉格方程，即厄瓦尔德几何条件。
下图是单晶电子的厄瓦尔德示意图，图中的比例关系中，反射球的尺度被大大缩小。
如上图所示，如果倒易点阵都是理想意义上的点，那么根本不可能使某个零层倒易面上的点同时满足布拉格方程，即其上的每个点同时落在厄瓦尔德球上。
因此之所以能得到单晶电子衍射花样，是因为电子衍射有其自身的特点。
首先电子波的波长非常短，因为与其对应的厄瓦尔德球半径会非常大（远大于地球），因此与倒易点阵相交的地方接近是一个平面（个人并不认可这一观点，因为倒易点阵的矢量也会非常大，总的来说必须满足布拉格条件，而且我们记录时不可能做出一个这个大的设备）。
但是厄瓦尔德球半径与倒易矢之间的比例关系确实发生了变化，指数不是太高的晶面其布拉格角都会在几度的范围内。
第二个原因是在电镜下观察的是薄膜样品，因此在垂直于厚度的方向，倒易点会拉长为倒易杆。
如前所述，标准电子衍射花样应该是零层倒易面的比例图像，它实际上是对透射电镜中物镜的背焦面上的图像的放大。
右图是倒易矢量、电子波的波数、相机长度与电子衍射花样中的衍射斑点的矢量之间的示意图，由图马上可以得到下面的比例关系：通常将K=λL=Rd称为相机常数，而L被称为相机长度。
上面的示意图中，比例关系没有问题，但我们应该注意的是，倒易球是非常大的，而相机长度不可能太大。
所以上面的示意图如果把相机长度放在倒易球内就会更加接近实际。
实际上在电子衍射操作时，没有放大以前，衍射花样就成在物镜的背焦面上，相机长度就是物镜的焦距f0，我们在底片上得到的焦距是经过中间镜和投影镜放大后的结果，所以实际处理时的相机长度值就是：L= f0 MIMP.1.3 电子衍射花样的优点：1.3.1 电子衍射花样的优点：•电子衍射能在同一试样上将形貌观察与结构分析结合起来。
•电子波长短，单晶的电子衍射花样就象晶体的倒易点阵的一个二维截面在底片上放大投影，从底片上的电子衍射花样可以直观地辨认出一些晶体的结构和对称性特点，使晶体结构的研究比X射线的简单。
••物质对电子的散射能力强，约为X射线一万倍，曝光时间短。
1.3.2 电子衍射花样的不足不处：•电子衍射强度有时几乎与透射束相当，以致两者产生交互作用，使电子衍射花样，特别是强度分析变得复杂，不能象X射线那样从测量衍射强度来广泛的测定结构；•散射强度高导致电子透射能力有限，要求试样薄，这就使试样制备工作较X射线复杂；•在精度方面也远比X射线低。
1.4 选区电子衍射如果在物镜的像平面处加入一个选区光阑，那么只有A’B’范围的成像电子能够通过选区光阑，并最终在荧光屏上形成衍射花样。
这一部分的衍射花样实际上是由样品的AB范围提供的，因此利用选区光阑可以非常容易分析样品上微区的结构细节。
上图是一个选区电子衍射的实例，其中图a是一个简单的明场像，图b、c和d是对图a 中的不同区域进行选区电子衍射操作以后得到的结果。
为了得到晶体中某一个微区的电子衍射花样，一般用选区衍射的方法，选区光阑放置在物镜像平面（中间镜成像模式时的物平面），而不是直接放在样品处的原因如下：1、做选区衍射时，所要分析的微区经常是亚微米级的，这样小的光阑制备比较困难，也不容易准确地放置在待观察的视场处；2、在很强的电子照射下，光阑会很快污染而不能再使用；3、现在的电镜极靴缝都非常小，放入样品台以后很难再放得下一个光阑；现在电镜的选区光阑可以做到非常小，如JEOL 2010的选区光阑孔径分别为：5μm,20μm,60μm,120μm。
1.5 衍射与选区的对应A 磁转角1.由于在拍摄电子显微像及衍射图时使用的中间镜电流不同，因此两者在中间镜磁场中的旋转角度不同，也就是像与衍射花样之间有一定的相对转动。
它们之间相差的角度就称之为磁转角；2.ψ＝ψi-ψd，在不同的放大倍数下测出其磁转角；3.有的TEM安装有磁转角自动补正装置，在分析时就不必考虑磁转角的影响B 位置不对应由于球差的存在而引起的位置不对应可以用下式来表示：由上式可以看出这种不对应有如下的特点：•衍射点的指数越高，产生的位移越大，不对应性也就越明显；•物镜离焦也会加大这种不对应性,即物镜像面、选区光阑不共面时，也会引起选区电子衍射的不对应性。
下表是Al在F30和JEOM-2010两种电镜下，用不同的衍射斑成像时，图像的偏离程序：Al h k l111222333444555F30d(nm) 1.5412.341.698.61932010d(nm)0.64 5.1417.341.180.21.6 准确获得选区电子衍射花样的操作步骤：1.调整中间镜电流使选区光阑边缘的像在荧光屏上非常清晰，这就使中间镜的物面与选区光阑的平面相重；2.调整物镜电流使试样在荧光屏上呈现清晰像，这就使物镜的像平面与选区光阑及中间镜的物面相重；3.抽出物镜光阑，减弱中间镜（用于衍射的）电流，使其物面与物镜后焦面相重，在荧光屏上获得衍射谱的放大像；在现代电镜中，只要转换倒衍射模式，并调节衍射镜电流使中心斑调整到最小最圆；4.减弱聚光镜电流以降低入射束孔径角，得到尽可能趋近于平行的电子束，使衍射斑尽量明锐。
第二节电子衍射花样的标定与分析电子衍射谱的标定就是确定电子衍射图谱中的诸衍射斑点（或者衍射环）所对应的晶面的指数和对应的晶带轴（多晶不需要）。
电子衍射谱主要有多晶电子衍射谱和单晶电子衍射谱。
电子衍射谱的标定主要有以下几种情况：1.晶体结构已知；2.晶体结构虽然未知，但可以确定它的范围；3.晶体结构完全未知。
2.1 多晶电子衍谱的标定在做电子衍射时，如果试样中晶粒尺度非常小，那么即使做选区电子衍射时，参与衍射的晶粒数将会非常多，这些晶粒取向各异，与多晶X射线衍射类似，衍射球与反射球相交会得到一系列的衍射圆环。
由于电子衍射时角度很小，透射束与反射球相交的地方近似为一个平面，再加上倒易点扩展成倒易球，多晶衍射花样将会是如下图所示的一个同心衍射圆环。
圆环的半径可以用下式来计算：R=Lλ/d；A、晶体结构已知的多晶电子衍射花样的标定1、测出各衍射环的直径，算出它们的半径；2、考虑晶体的消光规律，算出能够参与衍射的最大晶面间距，将其与最小的衍射环半径相乘即可得出相机常数和相机长度（如果相机常数已知，则直接到第三步）；3、由衍射环半径和相机常数，可以算出各衍射环对应的晶面间距，将其标定。
如果已知晶体的结构是面心、体心或者简单立方，则可以根据衍射环的分布规律直接写出各衍射环的指数。
B、晶体结构未知，但可以确定其范围的多晶电子衍射花样的标定1、首先看可能的晶体结构中有没有面心、体心和简单立方，如有，看花样与之是否对应；2、测出各衍射环的直径，算出它们的半径；3、考虑各晶体的消光规律，算出能够参与衍射的最大晶面间距，将其与最小的衍射环半径相乘得出可能的相机常数和相机长度，用此相机常数来计算剩下的衍射环对应的晶面间距，看是不是与所选的相对应；每个可能的相都这样算一次，看哪一个最吻合；4、按最吻合的相将其标定。
C、晶体结构完全未知的多晶电子衍射花样的标定1、首先想办法确定相机常数；2、测出各衍射环的直径，算出它们的半径；3、算出各衍射环对应的晶面的面间距；4、根据衍射环的强度，确定三强线，查PDF卡片，最终标定物相；这种方法由于电子衍射的精度有限，而且电子衍射的强度并不能与X射线一样可信，因此这种方法很有可能找不到正确的结果。
2.2 单晶电子衍谱的标定单晶电子衍射谱实际上是倒空间中的一个零层倒易面，对它标定时，只考虑相机常数已知的情况。