第十四章电子衍射2019312共128页PPT资料
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电子衍射环分析 ppt课件
图8-3 单晶电子衍射成像原理
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17
单晶电子衍射花样特征
单晶电子衍射花样就是（uvw）*0零层倒易平面（去除权重为零的倒 易点后）的放大像（入射线平行于晶带轴[uvw]）。
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18
五、单晶电子衍射花样的标定
主要指单晶电子衍射花样指数化，包括确定各衍射斑点相应衍射晶面 干涉指数（HKL）并以之命名（标识）各斑点和确定衍射花样所属 晶带轴指数[uvw]。对于未知晶体结构的样品，还包括确定晶体点阵 类型等内容。
第二十一章 电子衍射
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1
电子衍射的类型
按入射电子能量的大小，电子衍射可分为 透射式高能电子衍射
高能电子衍射 反射式高能电子衍射
低能电子衍射
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2
第一节 电子衍射原理
电子衍射与X射线衍射一样，遵从衍射产生的必要条件（布拉格方程+ 反射定律，衍射矢量方程或厄瓦尔德图解等）和系统消光规律。
单晶电子衍射花样标定时除应用衍射分析基本公式外还常涉及以下知 识：单晶衍射花样的周期性。
单晶电子衍射花样可视为某个（uvw）*0零层倒易平面的放大像 [（uvw）*0平面法线方向[uvw]近似平行于入射束方向（但反向）]。 因而，单晶电子衍射花样与二维（uvw）*0平面相似，具有周期性排 列的特征。
因此，由测量各衍射环R值获得R2顺序比，以之与N顺序比对照，即 可确定样品点阵结构类型并标出各衍射环相应指数。
因为N顺序比是整数比，因而R2顺序比也应整数化（取整）。
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12
利用已知晶体（点阵常数a已知）多晶衍射花样指数化可标定相机 常数。
衍射花样指数化后，按源自计算衍射环相应晶面间ppt课件
B14光的衍射new
中央明条纹宽度
a
a 3 2a 5 2a
5 3 2a 2a
0
sin
中央两侧第一暗条纹之间的区域，称做零极 （或中央）明纹，它满足条件：
a sin0
第十四章 光的衍射
中央明纹衍身角范围：
a
0
a
中央明纹角宽度 0 2 a 中央明纹半角宽度
第十四章 光的衍射 3、呈现主极大总数
（1）条纹级数的确定：
(a b)(sin sin ) k
1 sin 1
（2）缺级 k取值范围
第十四章 光的衍射 4、光栅狭缝的影响
(a)1条缝
(d)5条缝
(b)2条缝
(e)6条缝
(c)3条缝
(f)20条缝
第十四章 光的衍射
0
a
a
P
x
一级暗纹坐标
中央明纹线宽度
f x a
2f x0 2 f tan 0 a
f
第十四章 光的衍射
次级明纹宽度
第k暗纹与第k+1级之间的区域， 称做K级明纹，它满足条件：
I
(k 1) sin k k
次级明纹角宽度 k 次级明纹线宽度
相邻平面间的距离是入射 单色光的半波长 任何两个相邻波带上对应点所发 出的光线到达BC平面的光程差均为
A
A1 A2
A3
C
半波长（即位相差为） ，在P点会
聚时将一一抵消。
B
第十四章 光的衍射
1、AB面分成奇数个半波带
A
a
A
A1
B
C
a
a 3 2a 5 2a
5 3 2a 2a
0
sin
中央两侧第一暗条纹之间的区域，称做零极 （或中央）明纹，它满足条件：
a sin0
第十四章 光的衍射
中央明纹衍身角范围：
a
0
a
中央明纹角宽度 0 2 a 中央明纹半角宽度
第十四章 光的衍射 3、呈现主极大总数
（1）条纹级数的确定：
(a b)(sin sin ) k
1 sin 1
（2）缺级 k取值范围
第十四章 光的衍射 4、光栅狭缝的影响
(a)1条缝
(d)5条缝
(b)2条缝
(e)6条缝
(c)3条缝
(f)20条缝
第十四章 光的衍射
0
a
a
P
x
一级暗纹坐标
中央明纹线宽度
f x a
2f x0 2 f tan 0 a
f
第十四章 光的衍射
次级明纹宽度
第k暗纹与第k+1级之间的区域， 称做K级明纹，它满足条件：
I
(k 1) sin k k
次级明纹角宽度 k 次级明纹线宽度
相邻平面间的距离是入射 单色光的半波长 任何两个相邻波带上对应点所发 出的光线到达BC平面的光程差均为
A
A1 A2
A3
C
半波长（即位相差为） ，在P点会
聚时将一一抵消。
B
第十四章 光的衍射
1、AB面分成奇数个半波带
A
a
A
A1
B
C
【精品课件教案ppt】 第14 章光的衍射PPT文档33页
【精品课件教案ppt】 第14 章光的衍射
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时
电子衍射与准晶ppt课件
法线方向，长度为该面间距的倒
数。
倒易点阵的点阵点指标 hkl 倒易矢量：
倒易点阵中每个倒易点都对应正 点阵中的一族点阵面。
晶带定律
晶体中，与某一晶向 [uvw]平行的所有晶面（hkl） 属于同一晶带，称为[uvw] 晶带.该晶向[uvw]称为此晶 带的晶带轴 。
晶带定律的标量表达式
(h3 k3 l3)
反射球很大， θ 很 小 ， 在 0* 附 近反射球近似为 平面。
反射球面与倒 易点阵相交为倒 易面。
衍射花样与零 层倒易面对应。
衍射花样标定：
确定衍射谱中斑点的指数及其晶带轴 方向[UVW]，并确定样品的点阵类型。
（1）指数直接标定法 （2）比值法 （3）标准衍射图法
特征基本平行四边形的标定法则：
(h2 k2 l2)
若已知某晶带中任意两晶面（h1k1l1）和 （h2k2l2），则可按晶带定理求晶带轴指数[uvw] :
由同晶带[uvw]的 晶面构成的倒易面就 可以用（uvw）*表 示，且因为过原点O*， 则称为0层倒易截面 （uvw）*。
体心立方晶体[001]和[011]晶带的标准 零层倒易截面图 .
④确定晶带轴。
立方晶系晶面间夹角公式：
实例：低碳马氏体电子衍射花样标定
A D
B C
0
λ2.51102A
211
211
301
多晶体电子衍射花样标定
多晶衍射花样： 一系列不同半径 的同心圆环。
标准衍射图法：
双晶带引起的斑点花样
分属两个晶带的 两套衍射斑点。 两套斑点同时出 现的原因：
两个晶带轴夹角 很小；且都不严 格地平行入射电 子束方向。
用边长相等而夹角不等的两种菱面体堆砌 出三维的Penrose图。
《电子衍射原理》课件
透射电子显微镜技术
透射电子显微镜技术是一种利用透射 电镜观察物质内部微细结构的方法， 具有高分辨率和高放大倍数的特点。 随着科技的不断进步，透射电子显微 镜技术的应用范围越来越广泛，在材 料科学、生物学、医学等领域得到广 泛应用。
VS
例如，在材料科学领域，透射电子显 微镜技术可用于研究材料的晶体结构 和相变行为，为新材料的开发和优化 提供有力支持。在生物学领域，透射 电子显微镜技术可用于研究细胞器和 生物大分子的结构和功能，为生命科 学和医学研究提供新的视角。
电子显微镜的放大倍数较高，能够观察到非常细微的结构细节，是研究物质结构和 形貌的重要工具之一。
电子源
电子源是电子显微镜中的核心部件之一，它能够产生用于观察和成像的 电子束。
电子源通常由加热阴极、栅极和加速电极等部分组成，通过加热阴极使 得电子逸出并经过栅极和加速电极的调制和加速，形成用于成像的电子
电子衍射可以揭示细胞内部的超微 结构，有助于理解细胞的生理和病 理过程。
在表面科学中的应用
表面晶体结构
电子衍射可以用于研究固体表面 的晶体结构和化学组成，对表面 改性和催化等应用具有指导意义
。
表面应力分析
通过电子衍射可以分析表面应力 状态，有助于理解表面行为的物
理机制。
表面吸附和反应
电子衍射可以研究表面吸附分子 的结构和反应活性，对表面化学 和工业催化等领域有重要意义。
05
电子衍射的发展前景
高能电子衍射技术
高能电子衍射技术是一种利用高能电子束进行物质结构分析的方法，具有高分辨 率和高灵敏度的特点。随着科技的不断进步，高能电子衍射技术的应用范围越来 越广泛，在材料科学、生物学、医学等领域发挥着重要作用。
例如，在材料科学领域，高能电子衍射技术可用于研究材料的微观结构和晶体取 向，为新材料的开发和优化提供有力支持。在生物学领域，高能电子衍射技术可 用于研究生物大分子的结构和功能，为药物设计和疾病治疗提供新的思路。
电子衍射分析方法原理及应用ppt课件
5种二维布拉菲点阵与倒易点阵的图示
(1)二维点阵基矢与其倒易点阵基矢之间的关系
若以二维点阵中任意阵点为坐标原点，建立二维 正交坐标系，则二维基矢a与b可表达为： a = axi + ayj b = bxi + byj - - - - - - - (9) 二维倒易基矢也可以表达为： a* = a*xi + a*yj b* = b*xi + b*yj - - - - - - - (10) 将(9) (10)式，代入(8)的矢量点积坐标表达式得： a*xax+a*yay=b*xbx+b*yby=1 a*xbx+a*yby=b*xax+b*yay=0 - - - - - (11) 解(11)式得：
（2） Rd= λL的矢量表达式的推导
当入射电子束的加速电压一定时，电子波长 λ值恒 定，则令 λL=C（C为常数，称为相机常数） 由（4）式Rd= λL知 Rd=C - - - - (5) 由倒易点阵与点阵平面距离间的关系： g=1/d (g为(HKL)面倒易矢量,g为g的模) ∴ R=Cg - - - - - -(6) 因为电子衍射2θ很小，R与g近乎平行，故(6)式可演变 为矢量形式： R = Cg - - - - - -(7) R为透射斑到衍射斑的连接矢量，称为衍射斑点矢量。 由式(7)可知，R与g相比只是放大了C倍，所以从图 中可知单晶电子衍射花样是所有与反射球相交的倒易点 的放大像。
2、二维点阵和二维点阵的倒易点阵
低能电子衍射来自于样品表面的原子的相干 散射，故可将样品表面视为二维点阵。 上图所示单晶表面原子排列规则就可用二维点 阵描述。与三维点阵的排列规则可用14种布拉菲 点阵表达相似，二维点阵的排列可用5种二维布拉 菲点阵表达。(如后图所示) 对于由点阵矢量a与b定义的二维点阵，若由 点阵基矢a*与b*定义的二维点阵满足： a*· a = b*· b=1 a*· b = b*· a=0 - - - - - - - (8) 则称a*与b*定义的点阵是a与b定义的点阵的倒易 点阵。
电子衍射原理与分析课件
电子衍射技术可以用于研究表面重构、吸附和反应等过程 ，以及表面结构和性能的关系。此外，电子衍射技术还可 以用于研究纳米材料和薄膜材料的表面结构和性质。
05
电子衍射在生物学中的 应用
大分子结构分析
蛋白质晶体学
电子衍射技术在大分子结构分析中发挥 着重要作用，尤其在蛋白质晶体学领域 。通过电子衍射，可以解析蛋白质晶体 的空间结构，为理解蛋白质功能和设计 新药物提供关键信息。
当电子束以一定能量和方向入射 到晶体或非晶体材料上时，会发 生衍射，即电子的运动轨迹发生
弯曲。
衍射现象可以通过布拉格方程（ nλ=2dsinθ）进行描述，其中λ 为入射电子波长，d为晶面间距
，θ为衍射角。
电子衍射与X射线衍射的区别
电子衍射的波长比X射线短， 因此具有更高的分辨率和灵敏 度，能够更准确地测定晶格常 数和晶体结构。
膜蛋白分析
电子衍射还可以用于分析生物膜上的 膜蛋白，如通道蛋白和转运蛋白。这 些蛋白在物质跨膜运输和信号转导过 程中发挥关键作用。
病毒形态与结构分析
病毒形态描述
通过电子衍射技术，可以详细描述病毒的形 态和大小，这对于病毒分类、鉴定和疫苗设 计具有重要意义。
病毒结构解析
病毒的结构通常由蛋白质外壳和内部的核酸 组成。电子衍射技术可以解析病毒的精细结 构，揭示其组装机制和感染机制，为抗病毒 药物的设计提供理论支持。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
扫描电子显微镜(SEM)
总结词
扫描电子显微镜是利用电子束扫描样品表面，通过收集和分析二次电子、反射电子等信号来观察样品 表面形貌和特征的实验方法。
详细描述
扫描电子显微镜具有较高的空间分辨率和放大倍数，能够观察样品表面的细微结构和形貌变化。在实 验过程中，需要对样品进行镀金或碳涂覆等处理，以增加导电性和二次电子信号的收集效率。
05
电子衍射在生物学中的 应用
大分子结构分析
蛋白质晶体学
电子衍射技术在大分子结构分析中发挥 着重要作用，尤其在蛋白质晶体学领域 。通过电子衍射，可以解析蛋白质晶体 的空间结构，为理解蛋白质功能和设计 新药物提供关键信息。
当电子束以一定能量和方向入射 到晶体或非晶体材料上时，会发 生衍射，即电子的运动轨迹发生
弯曲。
衍射现象可以通过布拉格方程（ nλ=2dsinθ）进行描述，其中λ 为入射电子波长，d为晶面间距
，θ为衍射角。
电子衍射与X射线衍射的区别
电子衍射的波长比X射线短， 因此具有更高的分辨率和灵敏 度，能够更准确地测定晶格常 数和晶体结构。
膜蛋白分析
电子衍射还可以用于分析生物膜上的 膜蛋白，如通道蛋白和转运蛋白。这 些蛋白在物质跨膜运输和信号转导过 程中发挥关键作用。
病毒形态与结构分析
病毒形态描述
通过电子衍射技术，可以详细描述病毒的形 态和大小，这对于病毒分类、鉴定和疫苗设 计具有重要意义。
病毒结构解析
病毒的结构通常由蛋白质外壳和内部的核酸 组成。电子衍射技术可以解析病毒的精细结 构，揭示其组装机制和感染机制，为抗病毒 药物的设计提供理论支持。
THANKS FOR WATCHING
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扫描电子显微镜(SEM)
总结词
扫描电子显微镜是利用电子束扫描样品表面，通过收集和分析二次电子、反射电子等信号来观察样品 表面形貌和特征的实验方法。
详细描述
扫描电子显微镜具有较高的空间分辨率和放大倍数，能够观察样品表面的细微结构和形貌变化。在实 验过程中，需要对样品进行镀金或碳涂覆等处理，以增加导电性和二次电子信号的收集效率。
大学物理下册第十四章 光的衍射
编辑ppt
§14-10 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理
一. 光的衍射现象
遇到障碍物时，光偏离了直线传播而到达几何影
内的现象，称为光的衍射现象。
s
b
屏显 示
几何 阴影区
s
b
几何 阴影区
一般障碍物的线度比光的波 当缝宽缩小到一定程度(0.1 长大很多，衍射现象不容易 mm以下)时，光带增大，并 看到，仍表现为沿直线传播 出现明暗相间的条纹
2
▪ 若n为偶数，各波带发出
B
φ
的光在P点成对相互干涉抵
消，P点出现暗纹。
b
▪ 若n为奇数， n-1 个波带 发出的光在P点成对相互干
A
C
涉抵消，剩余一个波带在P
点振动叠加，出现明纹。
衍射角越大，剩余波带面积越小，根据惠更
斯—菲涅耳原理，明纹亮度越低。
编辑ppt
▪ 屏上光强最大（明纹中心）的方向由下式决定
2 2arb 2 c b 2 s ian r0 .c 6s3 i3 3 n o 1 9 8 3
由几何关系得
x 1 3 fta 1 3 0 n .2 0 . 5 53 7 m 5 0 7 .13 m 44
x 2 2 f ta 2 2 0 n . 2 0 . 8 54 m 1 0 . 2 8 6 m 04
编辑ppt
1. 光栅衍射光强分布（N=4, d=b+b’=4b）
单缝衍射
I
光强曲线
(bsin ) /
-2
-1
0
多光束干涉光强曲线
1
2
-8
光栅衍射 光强曲线
-4
出现 缺级
-8
-4
(dsin ) /
§14-10 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理
一. 光的衍射现象
遇到障碍物时，光偏离了直线传播而到达几何影
内的现象，称为光的衍射现象。
s
b
屏显 示
几何 阴影区
s
b
几何 阴影区
一般障碍物的线度比光的波 当缝宽缩小到一定程度(0.1 长大很多，衍射现象不容易 mm以下)时，光带增大，并 看到，仍表现为沿直线传播 出现明暗相间的条纹
2
▪ 若n为偶数，各波带发出
B
φ
的光在P点成对相互干涉抵
消，P点出现暗纹。
b
▪ 若n为奇数， n-1 个波带 发出的光在P点成对相互干
A
C
涉抵消，剩余一个波带在P
点振动叠加，出现明纹。
衍射角越大，剩余波带面积越小，根据惠更
斯—菲涅耳原理，明纹亮度越低。
编辑ppt
▪ 屏上光强最大（明纹中心）的方向由下式决定
2 2arb 2 c b 2 s ian r0 .c 6s3 i3 3 n o 1 9 8 3
由几何关系得
x 1 3 fta 1 3 0 n .2 0 . 5 53 7 m 5 0 7 .13 m 44
x 2 2 f ta 2 2 0 n . 2 0 . 8 54 m 1 0 . 2 8 6 m 04
编辑ppt
1. 光栅衍射光强分布（N=4, d=b+b’=4b）
单缝衍射
I
光强曲线
(bsin ) /
-2
-1
0
多光束干涉光强曲线
1
2
-8
光栅衍射 光强曲线
-4
出现 缺级
-8
-4
(dsin ) /
电子衍射环分析 ppt课件
式中：R——透射斑到衍射斑的连接矢量，可称衍射斑点矢量。
此式可视为电子衍射基本公式的矢量表达式。
由式（8-6）可知，R与g相比，只是放大了C倍（C为相机常数）。这 就表明，单晶电子衍射花样是所有与反射球相交的倒易点（构成的 图形）的放大像。
ppt课件
7
注意：放大像中去除了权重为零的那些倒易点，而倒易点的权重即指 倒易点相应的（HKL）面衍射线之F2值。
H3=H1+H2、K3=K1+K2和L3＝L1+L3。
ppt课件
20
单晶电子衍射花样的标定
立方晶系多晶体电子衍射标定时应用的关系式： R21:R22:…:R2n=N1:N2:…:Nn 在立方晶系单晶电子衍射标定时仍适用， 此时R=R。
单晶电子衍射花样标定的主要方法为： 尝试核算法 标准花样对照法
ppt课件
27
2. 标准花样对照法
预先制作各种晶体点阵主要晶带的倒易平面(图)，称为标准花样。 通过与标准花样对照，实现电子衍射花样斑点指数及晶带轴标定的方
法即为标准花样对照法。 标准花样对照法标定过程简单，不需烦琐计算。但一般文献资料中给
出的标准花样(见本书附录)数量有限，往往不能满足标定工作的需要。 而根据实际需要，利用计算机自行制作标准花样，可以解决这一问题
ppt课件
11
多晶电子衍射花样的标定
对于同一物相、同一衍射花样各圆环而言，（C2/a2）为常数，故按 式（8-7），有
R12：R22：…：Rn2=N1：N2：…：Nn
（8-8）
此即指各衍射圆环半径平方（由小到大）顺序比等于各圆环对应衍
射晶面N值顺序比。
立方晶系不同结构类型晶体系统消光规律不同，故产生衍射各晶面 的N值顺序比也各不相同[参见表6-1，表中之m即此处之N（有关电 子衍射分析的文献中习惯以N表示H2+K2+L2，此处遵从习惯）]。
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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 2019的选区光阑孔径分别为：5μm,20μm,60μm,120μm 。
为什么要用TEM?
1）可以实现微区物相么要用TEM?
2）高的图像分辨率。
为晶带，轴线方向为该晶带的晶带轴。用该轴线的晶向指数 [uvw]作为带轴符号。
在立方晶体中，属于[001]晶带 的晶面有：(100), (010), (100), (010), (110), (110), (110), (110), (210), (120)等等。
倒易点阵
晶体的电子衍射(包括X射线单晶衍射)结 果得到的是一系列规则排列的斑点。这些斑 点虽然与晶体点阵结构有一定对应关系，但 又不是晶体某晶面上原子排列的直观影像。
选区电子衍射
选区电子衍射
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：
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；
在很强的电子照射下，光阑会很快污染而不能再使用；
应用举例－ Si纳米晶的原位观察
14.2电子衍射的原理
14.2.1衍射几何
晶体结构与空间点阵
空间点阵＋结构基元＝晶体结构 晶面：（hkl）,{hkl} 用面间距和晶面法向来
表示 晶向: [uvw], <uvw> 晶带：平行晶体空间同一晶向的所有晶面的
总称 ，[uvw]
晶带
晶带： 晶体中若干个晶面平行于某个轴线方向，这些平行晶面称
第三部分 电子显微分析
材料科学与工程学院
第14章 电子衍射
14.1 概述 14.2 电子衍射基本原理 14.3 电子衍射基本公式 14.4 多晶电子衍射成像原理与衍射花样特征 14.5 多晶电子衍射花样的标定 14.6 单晶电子衍射成像原理与衍射花样特征 14.7 单晶电子衍射花样的标定 14.8 TEM其它功能简介
物相分析（电子衍 不直观
射);
操作复杂；
成分分析（能谱，波 样品制备复杂。 谱，电子能量损失谱 ）
应用举例－半导体器件结构
1.2 kx
150 kx
8 kx
600 kx
应用举例－金属组织观察
.8 µm
1 µm
Ion polished commercial Al alloy Al-Cu metallization layer thinned on Si substrate
共性
电子衍射的原理和X射线衍射相似，是以满 足(或基本满足)布拉格方程作为产生衍射的 必要条件。 两种衍射技术所得到的衍射花样在几何特征 上也大致相似。
电子与材料相互作用产生的信号及 据之发展起来的分析方法
电子衍射的分类
依据入射电子的能量不同分为: 高能电子衍射(HEED) 低能电子衍射(LEED)
电子衍射花样
电子衍射与X射线衍射相比的优点
• 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宛如晶体的倒 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 的结构和有关取向关系，使晶体结构的研究比X射 线简单。
• 物质对电子散射主要是核散射，因此散射强，约 为X射线一万倍，曝光时间短。
人们在长期实验中发现，晶体点阵结构与 其电子衍射斑点之间可以通过另外一个假想 的点阵很好地联系起来，这就是倒易点阵。
14.1 概述
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。
电子衍射花样的特征
单晶体
多晶体
非晶
立方相ZrO2与单斜相ZrO2的XRD
不同入射波长的XRD图谱
r0
0.61 nsin
不同加速电压下电子束的波长
V(kV) 100 200 300 1000
(Å) 0.0370 0.0251 0.0197 0.0087
纳米金刚石的高分辨图像
为什么要用TEM?
3）获得立体丰富的信息。
三极管的沟道边界的高分辨环形探测器（ADF）图像及能量损失谱
为什么要用TEM?
依据电子束是否穿透样品分为： 透射式电子衍射 反射式电子衍射
反射式与高能量结合为： 反射式高能电子衍射(RHEED)
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。
波长 光学显微镜 4000
分辨率 聚焦 优 点 2000Å 可聚焦简单，直观
~8000Å
局限性
只能观察表面形 态, 不能做微区 成份分析。
射线衍射 0.1
无法聚相分析简单精确 无法观察形貌
仪
~100 Å
焦
电子显微分0.0251 Å TEM： 可聚焦组织分析;
价格昂贵
析
(200kV) 0.9-1.0 Å
电子衍射与X射线衍射对比
衍射分析方法
源信号（入射束） 技术基础
样品 辐射深度 辐射对样品作用的体
积 辐射角（2θ） 衍射方位的描述
X射线衍射 X射线（λ10-1nm数量级）
电子衍射(TEM) 电子束（ λ10-3nm数量级）
X射线被样品中各原子核外电子 弹性散射的相长干涉
固体（一般为晶态）
电子束被样品中各原子核弹性 散射的相长干涉
薄膜（一般为晶态）
几μm~几十μm数量级 约0.1~0.5mm3
<1 μm数量级 约1 μm3
0°~ 180° 布拉格方程
0°~ 3° 布拉格方程
结构因子概念和消光 规律
相同
相同
与X射线衍射相比的不足
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。此外，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。
为什么要用TEM?
1）可以实现微区物相么要用TEM?
2）高的图像分辨率。
为晶带，轴线方向为该晶带的晶带轴。用该轴线的晶向指数 [uvw]作为带轴符号。
在立方晶体中，属于[001]晶带 的晶面有：(100), (010), (100), (010), (110), (110), (110), (110), (210), (120)等等。
倒易点阵
晶体的电子衍射(包括X射线单晶衍射)结 果得到的是一系列规则排列的斑点。这些斑 点虽然与晶体点阵结构有一定对应关系，但 又不是晶体某晶面上原子排列的直观影像。
选区电子衍射
选区电子衍射
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：
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；
在很强的电子照射下，光阑会很快污染而不能再使用；
应用举例－ Si纳米晶的原位观察
14.2电子衍射的原理
14.2.1衍射几何
晶体结构与空间点阵
空间点阵＋结构基元＝晶体结构 晶面：（hkl）,{hkl} 用面间距和晶面法向来
表示 晶向: [uvw], <uvw> 晶带：平行晶体空间同一晶向的所有晶面的
总称 ，[uvw]
晶带
晶带： 晶体中若干个晶面平行于某个轴线方向，这些平行晶面称
第三部分 电子显微分析
材料科学与工程学院
第14章 电子衍射
14.1 概述 14.2 电子衍射基本原理 14.3 电子衍射基本公式 14.4 多晶电子衍射成像原理与衍射花样特征 14.5 多晶电子衍射花样的标定 14.6 单晶电子衍射成像原理与衍射花样特征 14.7 单晶电子衍射花样的标定 14.8 TEM其它功能简介
物相分析（电子衍 不直观
射);
操作复杂；
成分分析（能谱，波 样品制备复杂。 谱，电子能量损失谱 ）
应用举例－半导体器件结构
1.2 kx
150 kx
8 kx
600 kx
应用举例－金属组织观察
.8 µm
1 µm
Ion polished commercial Al alloy Al-Cu metallization layer thinned on Si substrate
共性
电子衍射的原理和X射线衍射相似，是以满 足(或基本满足)布拉格方程作为产生衍射的 必要条件。 两种衍射技术所得到的衍射花样在几何特征 上也大致相似。
电子与材料相互作用产生的信号及 据之发展起来的分析方法
电子衍射的分类
依据入射电子的能量不同分为: 高能电子衍射(HEED) 低能电子衍射(LEED)
电子衍射花样
电子衍射与X射线衍射相比的优点
• 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宛如晶体的倒 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 的结构和有关取向关系，使晶体结构的研究比X射 线简单。
• 物质对电子散射主要是核散射，因此散射强，约 为X射线一万倍，曝光时间短。
人们在长期实验中发现，晶体点阵结构与 其电子衍射斑点之间可以通过另外一个假想 的点阵很好地联系起来，这就是倒易点阵。
14.1 概述
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。
电子衍射花样的特征
单晶体
多晶体
非晶
立方相ZrO2与单斜相ZrO2的XRD
不同入射波长的XRD图谱
r0
0.61 nsin
不同加速电压下电子束的波长
V(kV) 100 200 300 1000
(Å) 0.0370 0.0251 0.0197 0.0087
纳米金刚石的高分辨图像
为什么要用TEM?
3）获得立体丰富的信息。
三极管的沟道边界的高分辨环形探测器（ADF）图像及能量损失谱
为什么要用TEM?
依据电子束是否穿透样品分为： 透射式电子衍射 反射式电子衍射
反射式与高能量结合为： 反射式高能电子衍射(RHEED)
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。
波长 光学显微镜 4000
分辨率 聚焦 优 点 2000Å 可聚焦简单，直观
~8000Å
局限性
只能观察表面形 态, 不能做微区 成份分析。
射线衍射 0.1
无法聚相分析简单精确 无法观察形貌
仪
~100 Å
焦
电子显微分0.0251 Å TEM： 可聚焦组织分析;
价格昂贵
析
(200kV) 0.9-1.0 Å
电子衍射与X射线衍射对比
衍射分析方法
源信号（入射束） 技术基础
样品 辐射深度 辐射对样品作用的体
积 辐射角（2θ） 衍射方位的描述
X射线衍射 X射线（λ10-1nm数量级）
电子衍射(TEM) 电子束（ λ10-3nm数量级）
X射线被样品中各原子核外电子 弹性散射的相长干涉
固体（一般为晶态）
电子束被样品中各原子核弹性 散射的相长干涉
薄膜（一般为晶态）
几μm~几十μm数量级 约0.1~0.5mm3
<1 μm数量级 约1 μm3
0°~ 180° 布拉格方程
0°~ 3° 布拉格方程
结构因子概念和消光 规律
相同
相同
与X射线衍射相比的不足
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。此外，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。