透射电镜TEM图象解释

= π(z 2e2/ u 2α) 非弹性: γ e = e/ u α бe= π γ e 2
zбe= zπ γ e 2 б o= бn + zбe бn / zбe = z 表明原子序数越大,弹性散射的比例 就越大,弹性散射是透射电子成像的基础,而非 弹性散射主要引起背底增强,试图象反差下降。
3 衍射衬度形成机理
2 质厚衬度原理
由于质厚衬度来源于入射电子与试样物质 发生相互作用而引起的吸收与散射。由于试样 很薄，吸收很少。衬度主要取决于散射电子 （吸收主要取于厚度，也可归于厚度），当散 射角大于物镜的孔径角α时,它不能参与成象而 相应地变暗。这种电子越多，其象越暗。或者 说，平均原子系数越大，散射本领大，透射电 子少的部分所形成的象要暗些，反之则亮些。
厚度衬度
σ02 =σ01 A1=A2 ρ1=ρ2 则有 Gρt = N(δ0ρ(t2-t1) /A)
= N (δ0ρ△t /A ) (4-2) 即复型试样的质厚衬度主要取决于厚度, 对于常数复型,则其衬度差由式决定,即由 质量与厚度差共同决定,故(4-1)称为质量 衬度表达式。
平均原子系数衬度
散射截面: 弹性: γn = z e/ u α бn=π γn 2
透射电子显微镜成象 原理与图象解释
透射电镜由于入射电子透射试样后，将与 试样内部原子发生相互作用，从而改变其能量 及运动方向。
不同结构有不同的相互作用。这样，就可 以根据透射电子图象所获得的信息来了解试样 内部的结构。由于试样结构和相互作用的复杂 性，因此所获得的图象也很复杂。它不象表面 形貌那样直观、易懂。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
晶体中或多或少存在着不完整性，并且较复杂，这种不完整性包括： 1.由于晶体取向关系的改变而引起的不完整性，例如晶界、孪晶界、 沉淀物与基体界向等等。 2.晶体缺陷引起，主要有关缺陷（空穴与间隙原子），线缺陷（位 错）、面缺陷（层错）及体缺陷（偏析，二相粒子，空洞等）。 3. 相转变引起的晶体不完整性：①成分不变组织不变（spinodals）； ②组织改变成分不变（马氏体相变）；③相界面（共格、半共格、非 共格） 具有以上不完整性的晶体，称为不完整晶体。
缺陷矢量R、应变场衬度、第二相粒子衬度
R的数值合符号取决于缺陷的种类和性质
对于给定缺陷，R是确定的，选用不同的g成象同一缺陷将出现 不同的衬度特征。如果g·R=n，n=0,1,2,3, ……则e-i α=1，此时 缺陷衬度将消失，即在图象中缺陷不可见。如果g·R =1/n， n≠0,1,2,3, ……则e-i α ≠ 1，此时缺陷将显示衬度。显然，不同的 晶体缺陷引起完整晶体畸变不同，即R存在差异，因而相位差 又不同，产生的衍衬象也不同。
1 透射电子衬度象的形成机制
① 质厚衬度
由于试样的质量和厚度不同，各部分对入射电 子发生相互作用，产生的吸收与散射程度不同， 而使得透射电子束的强度分布不同，形成反差， 称为质-厚衬度。
② 衍射衬度
衍射衬度主要是由于晶体试样满足布拉格反射 条件程度差异以及结构振幅不同而形成电子图 象反差。它仅属于晶体结构物质，对于非晶体 试样是不存在的。
暗场像——用物镜光栏挡住透射束及其余衍射束， 而只让一束强衍射束通过光栏参与成像的方法， 称为暗场成像，所得图象为暗场像。
暗场成像有两种方法：偏心暗场像与中心暗场像。
必须指出： ① 只有晶体试样形成的衍衬像才存 明场像与暗场像之分，其亮度是明暗反转的，即 在明场下是亮线，在暗场下则为暗线，其条件是， 此暗线确实是所造用的操作反射斑引起的。
g·R=0在衍衬分析中具有重要意义，它表明缺陷虽然存在，但 由于操作反射矢量g与点阵位移矢量R垂直，缺陷不能成象，常 称g·R=0为缺陷的“不可见性判据”，它是缺陷晶体学定量分 析的重要依据和出发点，有很大用途，例如，可以利用它来确 定位错的柏氏矢量b。 位错线、位错环、位错钉扎、位错缠结、胞状结构。
② 它不是表面形貌的直观反映，是入射电子束与 晶体试样之间相互作用后的反映。
为了使衍衬像与晶体内部结构关系有机的联系 起来，从而能够根据衍衬像来分析晶体内部的 结构，探测晶体内部的缺陷，必须建立一套理 论，这就是衍衬运动学理论和动力学理论（超 出范围不讲）。
4 晶体缺陷分析
一. 晶体缺陷对衍射强度的影响
各种缺陷的存在，改变了完整晶体中原子的 正常排列情况，使的晶体中某一区域的原子偏离 了原来正常位置而产生了畸变，这种畸变使缺陷 处晶面与电子束的相对位相发生了改变，它与完 整晶体比较，其满足布拉格条件就不一样，因而 造成了有缺陷区域与无缺陷的完整区域的衍射强 度的差异，从而产生了衬度。
根据这种衬度效应。人们可以判断晶体内存 在什么缺陷和相变。
•。
设入射电子束恰好与试样OA晶粒的(h1k1l1)平面 交成精确的布拉格角θ，形成强烈衍射，而OB 晶粒则偏离Bragg反射，结果在物镜的背焦面 上出现强的衍射斑h1k1l1。若用物镜光栏将该强 斑束h1k1l1挡住，不让其通过，只让透射束通过， 这样，由于通过OA晶粒的入射电子受到(h1k1l1)
• 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