透射电子显微镜与选区电子衍射对纳米材料的联合分析_欧阳健明
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［Abstract］ With the development of material science，it is necessary to build effective methods to understand nano-particles． Transmission electron microscope （ TEM） can be used to measure size and morphology of nano-particles． Combined with selected area electron diffraction （ SAED） ，it could further identify the crystal phases and structure of samples，thus to increase the accuracy and reliability in the analysis of samples． In the paper the advantages of combination of TEM and SAED are presented． The progress of application of TEM and SAED on microelectronic devices，high temperature structural materials and biominerals are reviewed． The problems faced and the developing directions were also indicated．
选区电子衍射（ SAED） 的原理是建立在德布罗 意假设的基础上，即电子也能够像波一样，在遇到障 碍物传播的过程中相互叠加，从而产生干涉现象，这 种干涉现象在空间分布的不连续性即表现为电子衍 射． 即： 目前 TEM 有两种最常见的工作模式： 成像模 式和衍射模式． 在成像模式下，可以得到样品的形 貌、结构等信息； 而在衍射模式下，可以对样品进行 物相分析，结构鉴定．
第 33 卷 第 1 期 2012 年 02 月
暨南大学学报（ 自然科学版）
Journal of Jinan University（ Natural Science）
Vol． 33 No． 1 Feb． 2012
透射电子显微镜与选区电子 衍射对纳米材料的联合分析
欧阳健明， 夏志月， 鲁 鹏
（ 暨南大学 生命科学技术学院 生物矿化与结石病防治研究所，广东 广州 510632）
［摘 要］ 随着纳米材料的发展，必须建立起有效的手段来认识纳米粒子． 透射电子显微镜（ TEM） 能在纳米尺度 上实现对待测样品形貌、尺寸的分析； 结合选区电子衍射（ SAED） ，可以更进一步实现对待测样品的晶体结构、晶相 组成的鉴定，从而提高样品分析的准确度和可靠性． 本文综述了 TEM 与 SAED 联合分析的优点及其在微电子器件、 高温结构材料、生物矿物等领域的研究进展，并对其未来的发展方向进行了展望． ［关键词］ 透射电子显微镜（ TEM） ； 选区电子衍射（ SAED） ； 纳米材料 ［中图分类号］ O611． 4 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 1000 － 9965（ 2012） 01 － 0087 － 07
［Key words］ transmission electron microscopy； selected area electron diffraction； nano-materials
纳米材料是指由尺寸小于 100 nm 的超细颗粒 构成的具有小尺寸效应的零维、一维、二维和三维材 料的总称． 由于纳米材料的超微尺寸，使得其包含的 原子数大大下降，晶体周期性的边界条件被破坏，宏 观固定的准连续能带转变为离散的能级［1 － 2］，纳米 材料表面层附近的原子密度减小，电子的平均自由 程很 短，而 局 域 性 和 相 干 性 增 强，从 而 使 其 声、光、
Application of TEM and SAED on inorganic nano-materials
OUYANG Jian-Ming， XIA Zhi-Yue， LU Peng
（ Institute of Biomineralization and Lithiasis Research，College of Life Science and Technology， Jinan University，Guangzhou 510632，China）
电、磁，热 力 学 等 性 能 呈 现 出“新 奇”现 象［3 － 4］． 例 如，铜颗粒达到纳米尺寸时不能导电； 绝缘的二氧化 硅颗粒在 20 nm 时却开始导电． 再譬如，高分子材料 加纳米材料制成的刀具比金钢石制品还要坚硬． 上 述纳米材料的一切新异性能主要源于它的超微尺 寸，因此，必须首先确切地知道其尺寸信息，否则对 纳米材料的研究及应用便失去了基础［5］．
1 SAED 与 TEM 联合分析的优点
88
暨南大学学报（ 自然科学版）
第 33 卷
1932 年 Ruska 发明了以电子束为光源的透射 电子显微镜（ TEM） ，从而使人类观察微小物质的能 力发生了质的飞跃． TEM 是波长极短的电子束经过 电磁透镜进行聚焦后穿透样品成像． 当电子束投射 到样品中质量较大的区域时，电子被散射的多，透射 到荧光屏上的电子少，从而呈现暗像，电子照片上则 为黑色； 反之，透射到荧光屏上的电子多则显示明 像，电子照片相应区域的颜色则较亮．
［收稿日期］ 2010 － 10 － 27 ［基金项目］ 国家自然科学基金项目（ 81170649） ； 广东省科技攻关项目（ 2009B030801236） ［作者简介］ 欧阳健明（ 1968 － ） ，男，教授，博士生导师． 研究领域： 纳米技术ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生物矿化． E-mail： toyjm@ jnu． edu． cn，Tel： 020 － 85223353
选区电子衍射（ SAED） 的原理是建立在德布罗 意假设的基础上，即电子也能够像波一样，在遇到障 碍物传播的过程中相互叠加，从而产生干涉现象，这 种干涉现象在空间分布的不连续性即表现为电子衍 射． 即： 目前 TEM 有两种最常见的工作模式： 成像模 式和衍射模式． 在成像模式下，可以得到样品的形 貌、结构等信息； 而在衍射模式下，可以对样品进行 物相分析，结构鉴定．
第 33 卷 第 1 期 2012 年 02 月
暨南大学学报（ 自然科学版）
Journal of Jinan University（ Natural Science）
Vol． 33 No． 1 Feb． 2012
透射电子显微镜与选区电子 衍射对纳米材料的联合分析
欧阳健明， 夏志月， 鲁 鹏
（ 暨南大学 生命科学技术学院 生物矿化与结石病防治研究所，广东 广州 510632）
［摘 要］ 随着纳米材料的发展，必须建立起有效的手段来认识纳米粒子． 透射电子显微镜（ TEM） 能在纳米尺度 上实现对待测样品形貌、尺寸的分析； 结合选区电子衍射（ SAED） ，可以更进一步实现对待测样品的晶体结构、晶相 组成的鉴定，从而提高样品分析的准确度和可靠性． 本文综述了 TEM 与 SAED 联合分析的优点及其在微电子器件、 高温结构材料、生物矿物等领域的研究进展，并对其未来的发展方向进行了展望． ［关键词］ 透射电子显微镜（ TEM） ； 选区电子衍射（ SAED） ； 纳米材料 ［中图分类号］ O611． 4 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 1000 － 9965（ 2012） 01 － 0087 － 07
［Key words］ transmission electron microscopy； selected area electron diffraction； nano-materials
纳米材料是指由尺寸小于 100 nm 的超细颗粒 构成的具有小尺寸效应的零维、一维、二维和三维材 料的总称． 由于纳米材料的超微尺寸，使得其包含的 原子数大大下降，晶体周期性的边界条件被破坏，宏 观固定的准连续能带转变为离散的能级［1 － 2］，纳米 材料表面层附近的原子密度减小，电子的平均自由 程很 短，而 局 域 性 和 相 干 性 增 强，从 而 使 其 声、光、
Application of TEM and SAED on inorganic nano-materials
OUYANG Jian-Ming， XIA Zhi-Yue， LU Peng
（ Institute of Biomineralization and Lithiasis Research，College of Life Science and Technology， Jinan University，Guangzhou 510632，China）
电、磁，热 力 学 等 性 能 呈 现 出“新 奇”现 象［3 － 4］． 例 如，铜颗粒达到纳米尺寸时不能导电； 绝缘的二氧化 硅颗粒在 20 nm 时却开始导电． 再譬如，高分子材料 加纳米材料制成的刀具比金钢石制品还要坚硬． 上 述纳米材料的一切新异性能主要源于它的超微尺 寸，因此，必须首先确切地知道其尺寸信息，否则对 纳米材料的研究及应用便失去了基础［5］．
1 SAED 与 TEM 联合分析的优点
88
暨南大学学报（ 自然科学版）
第 33 卷
1932 年 Ruska 发明了以电子束为光源的透射 电子显微镜（ TEM） ，从而使人类观察微小物质的能 力发生了质的飞跃． TEM 是波长极短的电子束经过 电磁透镜进行聚焦后穿透样品成像． 当电子束投射 到样品中质量较大的区域时，电子被散射的多，透射 到荧光屏上的电子少，从而呈现暗像，电子照片上则 为黑色； 反之，透射到荧光屏上的电子多则显示明 像，电子照片相应区域的颜色则较亮．
［收稿日期］ 2010 － 10 － 27 ［基金项目］ 国家自然科学基金项目（ 81170649） ； 广东省科技攻关项目（ 2009B030801236） ［作者简介］ 欧阳健明（ 1968 － ） ，男，教授，博士生导师． 研究领域： 纳米技术ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生物矿化． E-mail： toyjm@ jnu． edu． cn，Tel： 020 － 85223353