电镜显微分析——汇总版

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扫描电镜显微分析报告

扫描电镜显微分析报告

扫描电镜显微分析报告一、引言扫描电镜(Scanning Electron Microscope, SEM)是一种利用电子束对样品表面进行扫描观察和显微分析的仪器。

其分辨率比光学显微镜要高很多,可以清晰显示样品表面的形态和结构。

本次实验使用SEM对样品进行了显微分析,并编写下述报告。

二、实验目的1.了解SEM的基本原理和工作方式;2.观察样品表面的形态和结构;3.通过SEM图像分析,获取样品的组成成分和晶体形貌信息。

三、实验步骤1.准备样品,将其放在SEM样品台上;2.调节SEM参数,包括加速电压、工作距离、扫描速度等;3.进行扫描观察,获取SEM图像;4.根据SEM图像进行显微分析,分析样品的形态、结构和成分。

四、实验结果经过扫描电镜观察,我们获得了样品表面的SEM图像。

该样品是一块金属材料,其表面呈现出颗粒状的结构。

颗粒大小不均匀,分布较为稀疏。

部分颗粒表面存在裂纹和凹凸不平的现象。

通过放大图像,我们可以看到颗粒呈现出不规则的形态和表面结构。

根据样品的形态和颗粒特征,我们推测该样品可能是一种金属合金。

颗粒的大小和分布情况表明,在合金制备过程中,可能存在着颗粒的生长过程或者晶体相变的情况。

我们还可以观察到部分颗粒表面存在裂纹和凹凸不平,这可能与金属材料在制备、处理或使用过程中的应力释放有关。

通过对SEM图像的分析,我们得到了样品的表面形貌和结构信息,但对于其具体的成分和晶体形貌仍需要进一步的分析。

五、实验结论本次实验使用扫描电镜对样品进行了显微分析,并获得了样品的SEM图像。

1.样品表面呈现颗粒状结构,颗粒大小分布不均匀;2.部分颗粒表面存在裂纹和凹凸不平的现象;3.样品可能是一种金属合金,颗粒的形态和分布情况可能与晶体相变和应力释放有关。

对于SEM图像中的颗粒成分和晶体形貌信息,我们需要进一步的分析才能得出准确的结论。

比如可以使用能谱仪对样品进行能谱分析,确定其具体的成分元素;还可以进行X射线衍射分析,获取样品的晶体结构参数。

电子显微镜习题汇总

电子显微镜习题汇总

1.若H-800电镜的最高分辨率是0.5nm,那么这台电镜的有效放大倍数是()。

A. 1000;B. 10000;C. 40000;D.600000。

2. 可以消除的像差是(b )。

A. 球差;B. 像散;C. 色差;D. A+B。

3. 可以提高TEM的衬度的光栏是()。

A. 第二聚光镜光栏;B. 物镜光栏;C. 选区光栏;D. 其它光栏。

4. 电子衍射成像时是将()。

A. 中间镜的物平面与与物镜的背焦面重合;B. 中间镜的物平面与与物镜的像平面重合;C. 关闭中间镜;D. 关闭物镜。

5.选区光栏在TEM镜筒中的位置是()。

A. 物镜的物平面;B. 物镜的像平面C. 物镜的背焦面;D. 物镜的前焦面。

二、正误题1.TEM的分辨率既受衍射效应影响,也受透镜的像差影响。

()2.孔径半角α是影响分辨率的重要因素,TEM中的α角越小越好。

()3.有效放大倍数与仪器可以达到的放大倍数不同,前者取决于仪器分辨率和人眼分辨率,后者仅仅是仪器的制造水平。

()4.TEM中主要是电磁透镜,由于电磁透镜不存在凹透镜,所以不能象光学显微镜那样通过凹凸镜的组合设计来减小或消除像差,故TEM中的像差都是不可消除的。

()5.TEM的景深和焦长随分辨率Δr0的数值减小而减小;随孔径半角α的减小而增加;随放大倍数的提高而减小。

()三、填空题1.TEM中的透镜有两种,分别是和。

2.TEM中的三个可动光栏分别是位于,位于,选区光栏位于。

3.TEM成像系统由、和组成。

4.TEM的主要组成部分是、和观;辅助部分由、和组成。

5.电磁透镜的像差包括、和。

四、名词解释1.景深与焦长——2.电子枪——3.点分辨与晶格分辨率——4.消像散器——5.选区衍射——6.分析型电镜——8.有效放大倍数——9.Ariy斑——10.孔径半角——思考题1.为什么要采用电子显微镜?2.简述电子显微镜的基本组成部分和各自的作用。

3.电子束与样品作用能产生哪些信号?分别有什么作用和用途?4.利用KO公式计算下列物质中,20Kv的电子束的作用深度:1)碳,2)金,3)纯铁,4)三七黄铜5.讨论电子探针的分辨率,即可以检测的最小尺寸范围。

电镜分析

电镜分析
2 1 2 2 2 3
3 : 4 : 8 :11:12 :16 :19 : 20
bcc : (110), (200), (211), (220), (310), (222), (321) r :r :r
2 1 2 2 2 3
2 : 4 : 6 : 8 :10 :12 :14
方法1
铁粉末多晶电子衍射花样分析
固体物理实验方法
五,电子显微分析1
Ⅰ.电子光学基础
一,显微镜分辨率
圆孔衍射光斑(爱里斑)
衍射相关的分辨率(瑞利判据)
0.61 r , N . A n sin 数值孔径 N .A
S1 S2 S1 S2 S1 S2
0.61 r n sin
可分辨
100% 73.6%
恰可分辨
不可分辨
孪晶面
h k lM
-gM
正空间点阵
基体
基体阵点绕孪晶面的孪晶 轴旋转180 °
孪晶电子衍射谱的特征:两套衍射图案,基体+孪晶 标定方法:先确定基体斑点的hkl ,据此求孪晶的同指
数衍射斑点在基体衍射斑点花样中的位置,该斑点记 为 (hkl)T 。即求孪晶的(hkl )倒易点在基体倒易点阵中 的坐标,记为(htktlt)。
transmissionelectronmicroscopetemjoeljem高分辨透射电镜feitecnaif20fieldemissiontemtem基本结构tem真空系统1热电子发射型电子枪等效光源2场发射型电子枪feg等效光源第1聚光镜c1第2聚光镜c2光阑小聚光镜cm物镜物镜前方磁场物镜后方磁场样品temeds样品物镜物镜光阑选区光阑投影镜中间镜倍率可变020接收屏物镜物镜背焦面物镜像平面中间镜中间镜物平面中间镜像平面物镜物镜背焦面物镜像平面中间镜中间镜物平面中间镜像平面tem碳支持膜tem

电子显微镜第四章电镜显微图象解释

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

电子显微镜分析及研究

电子显微镜分析及研究

蔡司EVO18电镜分析三.仪器概述3.1. 总体描述:蔡司最新推出的EVO 18, 具有处理所有类型材料能力的分析显微镜为您提供卓越的成像质量。

配备X射线能谱仪接口,并有领先的X 射线几何条件对所有样品提供了最精确的分析。

对于非导体采用电子束衬管技术也提高了图像质量和分析精度。

扫描电子显微镜(SEMScanning electron microscope)的电子束不穿过样品,仅以电子束尽量聚焦在样本的一小块地方,然后一行一行地扫描样本。

入射的电子导致样本表面被激发出次级电子。

显微镜观察的是这些每个点散射出来的电子,放在样品旁的闪烁晶体接收这些次级电子,通过放大后调制显像管的电子束强度,从而改变显像管荧光屏上的亮度。

显像管的偏转线圈与样品表面上的电子束保持同步扫描,这样显像管的荧光屏就显示出样品表面的形貌图像,这与工业电视机的工作原理相类似。

由于这样的显微镜中电子不必透射样本,因此其电子加速的电压不必非常高。

扫描式电子显微镜的分辨率主要决定于样品表面上电子束的直径。

放大倍数是显像管上扫描幅度与样品上扫描幅度之比,可从几十倍连续地变化到几十万倍。

扫描式电子显微镜不需要很薄的样品;图像有很强的立体感;能利用电子束与物质相互作用而产生的次级电子、吸收电子和X射线等信息分析物质成分。

扫描式电子显微镜的电子枪和聚光镜与透射式电子显微镜的大致相同,但是为了使电子束更细,在聚光镜下又增加了物镜和消像散器,在物镜内部还装有两组互相垂直的扫描线圈。

物镜下面的样品室内装有可以移动、转动和倾斜的样品台。

场发射扫描电子显微镜(FESEM)是一种比较简单的扫描电子显微镜,它观察样本上因强电场导致的场发射所散发出来的电子。

假如观察的是透过样本的扫描电子的话,那么这种显微镜被称为扫描透射电子显微镜(Scanning Transmission Electron Microscopy,STEM)。

标配能谱仪(EDS)和波谱仪(WDS)接口,领先的X 射线几何条件对所有样品提供了最精确的分析。

电子显微分析总结

电子显微分析总结

《电子显微分析》知识点总结第一讲电子光学基础1、电子显微分析特点2、Airy斑概念3、Rayleigh准则4、光学显微镜极限分辨率大小:半波长,200nm5、电子波的速度、波长推导公式6、光学显微镜与电子显微镜的不同之处:光源不同、透镜不同、环境不同7、电磁透镜的像差产生原因,如何消除与减少像差。

8、影响光学显微镜与电磁透镜分辨率的关键因素,如何提高电磁透镜的分辨率9、电子波的特征,与可见光的异同第二讲TEM1、TEM的基本构造2、TEM中实现电子显微成像模式与电子衍射模式操作第三讲电子衍射1、电子衍射的基本公式推导过程2、衍射花样的分类:斑点花样、菊池线花样、会聚束花样3、透射电子显微镜图像衬度,各自的成像原理。

第四讲TEM制样1、粉末样品制备步骤2、块状样品制备减薄的方法3、块状脆性样品制备减薄——离子减薄4、塑料样品制备——离子减薄5、复型的概念、分类第五讲SEM1、电子束入射固体样品表面会激发的信号、特点与用途2、SEM工作原理3、SEM的组成4、SEM的成像衬度:二次电子表面形貌衬度、背散射电子原子序数衬度、吸收电子像的衬度、X射线图像的衬度第六讲EDS与WDS1、EDS探测系统——锂漂移硅固体探测器2、EDS与WDS的优缺点第七讲EBSD1、EBSD的应用第八讲其它电子显微分析方法1、各种设备的缩写形式历年考题透射电镜的图像衬度有非晶样品质厚衬度, 薄晶体样品的衍射衬度, 相位衬度。

一、我校材料分析中心现有的两台场发射电子显微镜有哪些主要的功能附件?可以进行哪方面的分析工作?答:1、场发射扫描电子显微镜仪器型号: SUPRA 55 生产厂家:德国ZEISS功能附件:(1)配备Oxford INCA EDS设备,可以对5B-92U的元素进行微区成分定性、定量分析,包括点、线、面成分的分析;(2)配备HKL EBSD设备,可以对材料进行取向、织构及物相鉴定,晶体学结构分析,相位及相位差分析,应变分析;(3)配备拉伸弯曲台,可以在扫描电镜内对试样做拉伸、压缩与弯曲试验,同时原位观察组织变化。

电子显微镜分析及应用39页PPT

电子显微镜分析及应用39页PPT
电子显微镜分析及应用
61、辍学如磨刀之石,不见其损,日 有所亏 。 62、奇文共欣赞,疑义相与析。
63、暧暧远人村,依依墟里烟,狗吠 深巷中 ,鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几,倏如流电惊。 65、少无适俗韵,性本爱丘山。
41、学问是异常珍贵的东西,从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间,才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话,只需要教育; 而要挑战别人所说的话,则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是:在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联

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1987年,出现非接触模式AFM。
1991年,研制出微加工针尖。 1993年,出现轻敲模式AFM。 1996年,更小的悬臂,提高了分辨能力,缩短了扫描时间。
4
王柯敏学术小组AFM仪器
SPA400 AFM
JPK NanoWizard II BioAFM
5
基本原理
AFM基本原理 成像原理
CCD
32
计算机控制系统
与反馈系统的控制器进行交流,可以调节操作参数并显示 实验结果(样品高度、成像力曲线等)。
33
计算机控制系统
电路线路 ——连接计算机与扫描系统 为压电陶瓷管提供电压、接收位置敏感器件传来的信号 ,并构成控制针尖和样品之间距离的反馈系统。 控制系统主要有两个功能: (1)提供控制压电转换器X-Y方向扫描的驱动电压; (2)在恒力模式下维持来自显微镜检测环路输入模拟信号在一恒定 数值.计算机通过设定值与实际测量值之差, 控制系统不断地输 出相应电压来调节Z方向压电传感器的伸缩,从而维持环路的输 出电压恒定。
Liu Yang etc. /Nucleic Acids Research, 2007, Vol. 35, No. 21
22
主要内容
一.发展历史及基本原理 二.仪器构成及使用 三.成像环境及样品制备
四.仪器构成
力检测部分 光学检测部分 反馈电子系统 计算机控制系统
压电扫描系统
原子力显微镜
Atomic Force Microscopy
汇报人:堵莎莎、王维、吴斌 资料收集:张丽丽、黄海花、张珏、应乐、万兰、刘文静
1
AFM主要内容
一.发展历史及基本原理 二.仪器构成及使用 三.成像环境及样品制备
四.应用及小结
2
显微镜发展史
第一代:光学显微镜(1677) 列文·虎克(Avon Leeuwenhoek) 活细胞观察
Z
Y X
• 这里,常常使用PI反馈(proportional-intergeral feedback) 控制成像过程。 P:proportional,比例的意思,在PI中称为P gain(比例增益)。 I:intergeral,积分的意思。在PI中称为I gain(积分增益)。 • 设定点(setpoint)与实际值之间的差值被用来作为改变微悬 臂高度的依据。积分增益控制所用到的时间值和比例增益所用 到的比例值决定了如何更新高度的位置。
AFM head——最重要的部分
主要内容
一.发展历史及基本原理 二.仪器构成及使用 三.成像环境及样品制备
四.应用及小结
40
AFM的成像环境
AFM受工作环境限制较少,它可以在超高真空、气相、液相 和电化学的环境下操作。尤其是可在液体中成像,为在近生理条 件下研究生物大分子的结构和相互作用提供了有效的研究手段。 (1)真空环境:真空AFM避免了大气中杂质和水膜的干扰,但其操 作较复杂。 (2)气相环境:在气相环境中,AFM操作比较容易,它是广泛采用 的一种工作环境。它可以在空气中研究任何固体表面,气相环境 中AFM多受样品表面水膜干扰。 (3)液相环境:液相中AFM消除了针尖和样品之间的毛细现象,因 此减少了针尖对样品的总作用力。液相AFM的应用十分广阔,它 包括生物体系、腐蚀或任一液固界面的研究。
3
AFM的发展简介
1938年,德国工程师Max Knoll和Ernst Ruska制造出了世界上第一台
透射电子显微镜(TEM)。 1952年,英国工程师Charles Oatley制造出了第一台扫描电子显微
(SEM)
1985年,IBM公司的Binning和斯坦福大学的Quate研发出了原子力显 微镜(AFM)(使用接触模式),弥补了STM的不足。
基底的选择
基底:固定样品的载体。 由于AFM是对固定在表面的样品进行成像,所 以基底对于能否得到理想的结果是至关重要的。
化学稳定性 容易制备 特点 相对便宜 基底
表面平整,吸附力强, 价格便宜,易剥离,可 进行化学修饰
能简便的进行修饰
能长时间保存
云母片 硅片 玻璃片 金膜 (Au-S键) 生物膜 石墨
工作模式-轻敲模式( tapping mode)
优点: 1)分辨率几乎同接触模式一样好;具有与非 接触模式对针尖与样品无损无污染的优点,特别适 合生物大分子和细胞样品的成像。 2)接触非常短暂,因此剪切力引起的对样品 的破坏几乎完全消失; 缺点:由于共振频率可能会受液体环境波动影响, 该模式的液下成像对系统配置要求较高。
8
成像原理——两种模式
使用“恒高”模式来获得图像,也就是在水平方向的扫描过程中, 不使用反馈回路,仅保持针尖与样品之间的距离恒定,通过测量微 悬臂Z轴方向的形变量来成像。由于不使用反馈回路,该模式可以 采用更高的扫描速度,由于更大的凸起受到的力更大,对于表面起 伏比较大的样品不适用,因而通常适用于分子级别成像。不常用。 通过将激光束照射到微悬臂上,再反射到超灵敏光电检测器,收 集检测器不同象限激光强度差值,可以对该弹性形变进行定量并将 其反馈到回路,悬臂基座上下移动以适应样品表面的高低起伏,从 而保持针尖与样品之间的作用力恒定,即保持微悬臂的形变量不变, 通过光电探测系统在计算机上便可得到样品表面形貌的信息。这种 工作模式被称为“恒力”模式,是使用最广泛的扫描方式。
适用于表面平整样品的表征。
工作模式-非接触模式(non-contact mode)
van der Waals force curve
相互作用力是范德华吸引力,远小于排斥力. 微悬臂以共振频率振荡,通过控制微悬臂振幅 恒定来获得样品表面信息的。
工作模式-非接触模式(non-contact mode)
压电转换器
——将机械作用和电信号相互转换的物理器件
压电装置在X,Y,Z三个方向上精确控制样品或探针位置。 目前构成扫描器的基质材料主要是钛锆酸铅制成的压电陶 瓷材料.压电陶瓷有压电效应,即在加电压时有收缩特性,并 且收缩的程度与所加电压成比例关系.压电陶瓷能将1mV~1000V 的电压信号转换成十几分之一纳米到几微米的位移。
第二代:电子显微镜(EM)(1933) 德国鲁斯卡(Ruska) 等人
透射电子显微镜(TEM)
EM
扫描电子显微镜(SEM)
第三代:扫描探针显微镜(SPM)(1982) 扫描隧道显微镜(STM) 瑞士科学家葛·宾尼(Gerd Binnig)和SPM 原子力显微镜(AFM) 海·洛雷尔(Heinrich Rohrer)及同事
11
成像原理——工作模式
以针尖与样品之间的作用力的形式来分类, 主要有以下三种操作模式: 接触模式(contact mode) 非接触模式(non-contact mode) 轻敲模式( tapping mode)
工作模式-接触模式(contact mode)
van der Waals force curve
• 这两个值控制了系统以多快的速度对样品的高度变化做出反应。 扫图时需自行优化这两个参数。
成像原理——工作模式
F pair
排斥部分 d
吸引部分
原子 原子 排斥力 原子 原子 吸引力
利用原子之间(针尖原子和样品表面原子)的 范德华力(Van Der Waals Force)作用来呈现样品 的表面特性。
三种工作模式的比较
力测定原理
由于AFM具有皮牛顿级的测力灵敏度,利用AFM测定单对 分子间相互作用力的技术被称为单分子力显微术或单分子力 谱(Single Molecular Force Spectroscopy,SMFS)。
F= k·Δ z
20
力测定原理
AFM力曲线及其原理示意图
21
力测定原理——举例
压电扫描系统 光学检测部分
计算机控制系统
反馈电子系统
力检测部分
光学检测部分 反馈电子系统 压电扫描系统 力检测部分
AFM操作
1.启动系统 (1)打开稳压电源,接通JPK生物原子力显微镜与计算机的 电源; (2)开启计算机控制器,输入密码进入计算机页面; (3)开启显微镜控制器,打开操作软件进入操作界面; 2.根据测量要求选择合适的探针架针,然后将扫描头放 到样品台上; 3.如果探针的未知离样品比较远可以利用步进马达使针 接近样品(注意不能碰到样品,否则针会被压断),通 过光学影像(CCD)确认针的位置,将激光打到悬臂上, 调节激光使SUM值尽量最大最适合(切换液下大气环境测 量时除以上调节外要适当旋转前中按钮使SUM值最大);
AFM操作
4.进针。接触式模式调好SUM值后按 图标自动进针,间 接接触模式下要手动设定压力和振幅后自动进针; 5.力测定时首先要进行探针弹性系数校正,然后测力; 6.进行图样叠加要进行光学影像校正,先使探针进针然后 抬起一次再进行校正,可以手动也可以自动校正; 7.通过光学图像将探针移动到感兴趣的位置自动下针后开 始测量,测量过程中时刻注意Oseilloscope,调整相应参 数使Oseilloscope中两条曲线重合的最好; 8.测试完毕保存测得的数据,可以手动保存液可以设置为 自动保存; 9.退出操作系统。取出探针,样品(如使用了Biocell应 洗净吹干),依次关闭显微镜控制器,计算机控制器,稳 压电源。
力检测部分
对针尖性能的要求
(1)理想针尖的顶端应该是单个原子,这样的针尖能够灵敏 地感应出它与样品表面之间的相互作用力。 (2)高机械柔软性,针尖扫描时,即使撞击到样品的表面也
不会使针尖损坏。
(3)高弹性形变,可有效地限制针尖在样品表面上的作用力, 从而减小对样品的损害,对柔软的生物样品特别有利。 (4) 稳定的结构。
优点:对样品无损伤 缺点: 1)分辨率要比接触式的低。 2)气体的表面压吸附到样品表面,造成图像 数据不稳定和对样品的破坏。
工作模式-轻敲模式( tapping mode)
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