晶体薄膜衍衬成像分析
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• 图像衬度恰好与明场像相反。
透射束
衍射束
衍射束
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13
明场像和暗场像
明场像
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暗场像
14 编辑ppt
15
明、暗场像实例
• 图a、c－钢中奥氏体在[011]晶带轴下的电子衍射花样； • 图b－光阑直接套住透射斑成像－明场像， • 图d－不倾转光路，直接用光阑套住衍射花样中的一个{200}
• 故常以另一方式产生暗场像： －中心暗场（CDF）成像法 。
衍射束
透射束
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12
衍射衬度成像原理（8）
• 3. 中心暗场（CDF）成像方法： 把入射束倾斜2θ角度，使B晶粒（hkl）晶面组处于强烈衍射 位向，而物镜光阑仍在光轴上，仅B晶粒的衍射束通过光阑 孔，而透射束（000）被挡掉。
• A晶粒： IA≈0， 像较暗； • B晶粒：IB≈Ihkl；像较亮；
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7
• 入射束强度为 I0，衍射束强度为Ihkl，若吸收不计，则透射束 强度为 （ I0 - Ihkl ）。
• 若只让透射束通过物镜光阑 成像，就会因试样内各晶面 产生衍射与否、衍射强弱， 使透射束强度不一，而在荧 光屏上形成衍射衬度。
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8
衍射衬度成像原理（2）
• 以单相多晶体薄膜样品为例。设： • 薄晶内两晶粒 A 和 B，其唯一差别在于晶体学位向不同。
• 上述说明： 1. 晶体衍衬成像：起决定作用的是晶体对电子的衍射；
即某一符合衍射条件的（hkl）晶面组强烈衍射起关键作用， 决定了图像衬度。 2. 暗场下像点亮度：为样品上相应物点在某方向上衍射强度。
3. 暗场像衬度与明场像互补，且暗场像衬度高于明场像。 在金属薄膜分析中，暗场成像是一种十分有用的技术。
1
第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析
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2
§11-1 概 述（2）
• 薄晶电子显微分析： • 60年代以来：因高性能电子显微镜、薄晶样品制备方法及电
子衍射理论的发展，晶体薄膜电子显微分析已成为材料微观 组织、结构不可缺少的基本手段。
• 90年代透射电镜，用于观察薄晶样，其晶格分辨率已达 0.1nm ，点分辨率为0.14nm。
衍射斑成像－普通暗场像。 • 暗场像：与衍射花样对应的
晶粒是变亮的部分。 • 其中两晶粒同时变亮，表明
位向比较接近。
• 注意：在明、暗场像操作时， 若无特意倾转样品到双光束 条件，则其明、暗场像的衬 度并不完全互补。
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16
铝合金中位错分布形态的衍衬像（明场像、暗场像）
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17
衍射衬度成像原理（9）
• 迄今为止，只有利用薄膜透射技术，方能在同一台仪器上同 时对材料的微观组织和结构进行同位分析。
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4
第三节 衍衬成像原理
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Hale Waihona Puke Baidu
5
质厚衬度
• 非晶态样品：依据“质量厚度衬度”的原理成像。
质厚衬度的成像原理见右图。
• 利用非晶样品不同区域 厚对度于t晶或体密薄度膜或样成品分而言Z ，
厚差并度别聚大，焦致使于均进像匀入平，物面原镜的子序光散数阑射也 无电差子别强，度因不此同，，不而可能产利生用 质图厚像衬反度差来。获得图象反差，
• A 晶粒：所有晶面的取向均与布拉
IBI0Ihkl
格条件存在较大偏差，不出现任何 衍射束
强衍射斑点，而只有中心透射斑点，
透射束
• B晶粒：只有IA某（Ih0kl）晶面位向
精确满足θB角，衍射强度Ihkl高，
• 即B晶粒位向满足“双光束条件”
• 则B晶粒：透射束强度 IB。
A区域
B区域
IBI0Ihkl 编辑ppt
• 薄晶电子显微分析： ① 能直接清晰观察内部精细结构，发挥电镜高分辨率的特长； ② 还可结合电子衍射，获得晶体结构（点阵类型、位向关系、
晶体缺陷组态和其它亚结构等）有关信息。
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3
§11-1 概 述（3）
• 若配备加热、冷却、拉伸等特殊样品台，还能在高分辨下进 行材料薄膜的原位动态分析，用于研究材料相变和形变机理， 揭示其微观组织、结构和性能之间的内在关系。
4. 衍衬图像：反映衍射强度的差别，故必反映样品内不同部位 晶体学特征。
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18
衍射衬度成像原理（10）
• 薄晶衍射衬度成像，电镜须具备的基本操作条件： 1. 须有一个孔径足够小物镜光阑（20～30µm）。 2. 样品台须在适当角度范围内任意倾斜：以便利用晶体位向的
变化选择适于成像的入射条件（双光束条件可获好衬度）。 3. 应有选区衍射装置：以便随时观察和记录衍射花样，选择用
衍射束
透射束
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图11-3 衍衬成像原理－明场像
11
衍射衬度成像原理（7）
• 2、暗场（DF）像：移动物镜光阑位置，使光阑孔套住（hkl） 斑点，只让衍射束 Ihkl 通过成像，而把透射束（000）挡掉， 所成的衍衬图像即为暗场（DF）像。
IA 0 IBIhkl
• 因此为以离轴光线成像，故图 像质量不高，有严重像差。
I
IA I0
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图11-3 衍衬成像原理－明场像
10
衍射衬度成像原理（6）
• 衍射衬度：由于样品中不同位向晶体的衍射条件〔位向〕不 同而造成的衬度差别叫“衍射衬度”。
• 1、明场像（BF）：
• 让透射束（000）通过物镜光阑， 而把衍射束（hkl）挡掉得到图像 衬度的方法，称明场成像。所得 到的像叫明场像。
衍衬成像原理
9
衍射衬度成像原理（5）
• 在TEM的物镜背焦面上，加进一个小尺寸的物镜光阑。
• 物镜光阑作用：
• 把 B晶粒（h k l）衍射束挡掉，
而只让透射束（000）通过光阑 孔成像，即成一幅放大像。
• 图像衬度：
• A晶粒较亮B晶粒较暗、。 • B晶粒像衬度：（以IA为背景）
衍射束
透射束
(I)BIAIBIhkl
这样，晶体薄膜样品成像是 利用衍射衬度成像，简称“衍 射衬度”
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6
衍射衬度成像原理（1）
• 晶体薄膜样品： • 厚度 t 均匀，平均原子序数 Z 也无差别，“质厚衬度”不能
获得满意的图像反差。
• “衍射衬度成像”原理 ： • 取决于：入射束与试样内各晶面相对位向不同所导致的衍射
强度差异。
• 当电子束穿过金属薄膜时， 严格满足布拉格条件的晶面，产生强衍射束； 不严格满足布拉格条件的晶面，产生弱衍射束； 不满足布拉格条件的晶面，不产生衍射束。
以成像的衍射束（透射束）。 4. 须有可倾斜照明系统，目前采用电磁偏转系统来实现。
透射束
衍射束
衍射束
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明场像和暗场像
明场像
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暗场像
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明、暗场像实例
• 图a、c－钢中奥氏体在[011]晶带轴下的电子衍射花样； • 图b－光阑直接套住透射斑成像－明场像， • 图d－不倾转光路，直接用光阑套住衍射花样中的一个{200}
• 故常以另一方式产生暗场像： －中心暗场（CDF）成像法 。
衍射束
透射束
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衍射衬度成像原理（8）
• 3. 中心暗场（CDF）成像方法： 把入射束倾斜2θ角度，使B晶粒（hkl）晶面组处于强烈衍射 位向，而物镜光阑仍在光轴上，仅B晶粒的衍射束通过光阑 孔，而透射束（000）被挡掉。
• A晶粒： IA≈0， 像较暗； • B晶粒：IB≈Ihkl；像较亮；
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• 入射束强度为 I0，衍射束强度为Ihkl，若吸收不计，则透射束 强度为 （ I0 - Ihkl ）。
• 若只让透射束通过物镜光阑 成像，就会因试样内各晶面 产生衍射与否、衍射强弱， 使透射束强度不一，而在荧 光屏上形成衍射衬度。
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8
衍射衬度成像原理（2）
• 以单相多晶体薄膜样品为例。设： • 薄晶内两晶粒 A 和 B，其唯一差别在于晶体学位向不同。
• 上述说明： 1. 晶体衍衬成像：起决定作用的是晶体对电子的衍射；
即某一符合衍射条件的（hkl）晶面组强烈衍射起关键作用， 决定了图像衬度。 2. 暗场下像点亮度：为样品上相应物点在某方向上衍射强度。
3. 暗场像衬度与明场像互补，且暗场像衬度高于明场像。 在金属薄膜分析中，暗场成像是一种十分有用的技术。
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第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析
编辑ppt
2
§11-1 概 述（2）
• 薄晶电子显微分析： • 60年代以来：因高性能电子显微镜、薄晶样品制备方法及电
子衍射理论的发展，晶体薄膜电子显微分析已成为材料微观 组织、结构不可缺少的基本手段。
• 90年代透射电镜，用于观察薄晶样，其晶格分辨率已达 0.1nm ，点分辨率为0.14nm。
衍射斑成像－普通暗场像。 • 暗场像：与衍射花样对应的
晶粒是变亮的部分。 • 其中两晶粒同时变亮，表明
位向比较接近。
• 注意：在明、暗场像操作时， 若无特意倾转样品到双光束 条件，则其明、暗场像的衬 度并不完全互补。
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铝合金中位错分布形态的衍衬像（明场像、暗场像）
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衍射衬度成像原理（9）
• 迄今为止，只有利用薄膜透射技术，方能在同一台仪器上同 时对材料的微观组织和结构进行同位分析。
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第三节 衍衬成像原理
编辑ppt
Hale Waihona Puke Baidu
5
质厚衬度
• 非晶态样品：依据“质量厚度衬度”的原理成像。
质厚衬度的成像原理见右图。
• 利用非晶样品不同区域 厚对度于t晶或体密薄度膜或样成品分而言Z ，
厚差并度别聚大，焦致使于均进像匀入平，物面原镜的子序光散数阑射也 无电差子别强，度因不此同，，不而可能产利生用 质图厚像衬反度差来。获得图象反差，
• A 晶粒：所有晶面的取向均与布拉
IBI0Ihkl
格条件存在较大偏差，不出现任何 衍射束
强衍射斑点，而只有中心透射斑点，
透射束
• B晶粒：只有IA某（Ih0kl）晶面位向
精确满足θB角，衍射强度Ihkl高，
• 即B晶粒位向满足“双光束条件”
• 则B晶粒：透射束强度 IB。
A区域
B区域
IBI0Ihkl 编辑ppt
• 薄晶电子显微分析： ① 能直接清晰观察内部精细结构，发挥电镜高分辨率的特长； ② 还可结合电子衍射，获得晶体结构（点阵类型、位向关系、
晶体缺陷组态和其它亚结构等）有关信息。
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3
§11-1 概 述（3）
• 若配备加热、冷却、拉伸等特殊样品台，还能在高分辨下进 行材料薄膜的原位动态分析，用于研究材料相变和形变机理， 揭示其微观组织、结构和性能之间的内在关系。
4. 衍衬图像：反映衍射强度的差别，故必反映样品内不同部位 晶体学特征。
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衍射衬度成像原理（10）
• 薄晶衍射衬度成像，电镜须具备的基本操作条件： 1. 须有一个孔径足够小物镜光阑（20～30µm）。 2. 样品台须在适当角度范围内任意倾斜：以便利用晶体位向的
变化选择适于成像的入射条件（双光束条件可获好衬度）。 3. 应有选区衍射装置：以便随时观察和记录衍射花样，选择用
衍射束
透射束
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图11-3 衍衬成像原理－明场像
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衍射衬度成像原理（7）
• 2、暗场（DF）像：移动物镜光阑位置，使光阑孔套住（hkl） 斑点，只让衍射束 Ihkl 通过成像，而把透射束（000）挡掉， 所成的衍衬图像即为暗场（DF）像。
IA 0 IBIhkl
• 因此为以离轴光线成像，故图 像质量不高，有严重像差。
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IA I0
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图11-3 衍衬成像原理－明场像
10
衍射衬度成像原理（6）
• 衍射衬度：由于样品中不同位向晶体的衍射条件〔位向〕不 同而造成的衬度差别叫“衍射衬度”。
• 1、明场像（BF）：
• 让透射束（000）通过物镜光阑， 而把衍射束（hkl）挡掉得到图像 衬度的方法，称明场成像。所得 到的像叫明场像。
衍衬成像原理
9
衍射衬度成像原理（5）
• 在TEM的物镜背焦面上，加进一个小尺寸的物镜光阑。
• 物镜光阑作用：
• 把 B晶粒（h k l）衍射束挡掉，
而只让透射束（000）通过光阑 孔成像，即成一幅放大像。
• 图像衬度：
• A晶粒较亮B晶粒较暗、。 • B晶粒像衬度：（以IA为背景）
衍射束
透射束
(I)BIAIBIhkl
这样，晶体薄膜样品成像是 利用衍射衬度成像，简称“衍 射衬度”
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衍射衬度成像原理（1）
• 晶体薄膜样品： • 厚度 t 均匀，平均原子序数 Z 也无差别，“质厚衬度”不能
获得满意的图像反差。
• “衍射衬度成像”原理 ： • 取决于：入射束与试样内各晶面相对位向不同所导致的衍射
强度差异。
• 当电子束穿过金属薄膜时， 严格满足布拉格条件的晶面，产生强衍射束； 不严格满足布拉格条件的晶面，产生弱衍射束； 不满足布拉格条件的晶面，不产生衍射束。
以成像的衍射束（透射束）。 4. 须有可倾斜照明系统，目前采用电磁偏转系统来实现。