电子衍射分析方法原理及应用ppt课件

（1）公式的导出过程
左图中：tan2θ=R/L - - - -(1) 由于电子衍射2θ很小， 所以 cosθ≈1, cos2θ≈1, ∴ tan2θ=2sinθcosθ/cos2θ ≈2sinθ=R/L - - - - -(2) 又∵布拉格方程：2d sinθ=kλ取k=1 的一级衍射， 得 2d sinθ= λ 即 2sinθ = λ/d - - - - - - -(3) 由(2)(3)式得 R/L= λ/d 即 Rd= λL - - - - - - - -(4) (4)式即为电子衍射(几何分析) 的基本公式。
低能电子衍射以能量为10~500eV的电子 束照射样品表面，产生电子衍射。由于 入射电子能量低，因而低能电子衍射给 出的是样品表面1~5个电子层的结构信息， 故低能电子衍射是分析晶体表面结构的 重要方法。

低能电子衍射
一、低能电子衍射分析的理论基础 1、单晶表面原子排列 2、二维点阵与二维点阵的倒易点阵 二、低能电子衍射原理 三、低能电子衍射仪 四、低能电子衍射的应用

电子衍射方法的研究
一、X射线衍射与电子衍射的区别 二、电子衍射的分类 三、电子衍射方法的介绍 1、高能电子衍射 2、低能电子衍射 3、反射式高能电子衍射
结束
X射线衍射与电子衍射的区别
衍射分析方法
源信号（入射束）
技术基础
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）
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。
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三、高能电子衍射的应用

高能电子衍射主要适用于薄层样品的或者薄膜 的分析。 其主要应用在以下几个方面： 1、微区晶体结构分析和物象鉴定，如第二相 在晶体中析出过程分析、晶界沉淀物分析、弥 散离子物象鉴定等； 2、晶体取向分析，如析出物与晶体取向关系、 惯习面指数等； 3、晶体缺陷分析。 返回
低能电子衍射
（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。
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一、低能电子衍射的基础
1、单晶表面原子排列
由于晶体结构的周期性在表面中断，单 晶表面的原子排列有3种可能的状态，如右 图所式: (a) 体表面的暴露面，表面原子排列仍维 持体内原子周期性的对应位置，相当于晶 体原子的暴露面。 (b) 表面弛豫，表面原子仍保持体内的周 期性，但层间距离改变，有所伸长和压缩， 称为表面弛豫。 (c) 表面重构，表面原子排列在水平方向 的周期性不同体内，但层间距离相同，称 为表面重构。
电子衍射分析方 法原理及应用
电子衍射的介绍
早在1927年，戴维逊（C.J.Davisson）等人 就成功地进行了电子衍射实验，并从而证实了 电子的波动性。随着电子光学技术等的发展， 几十年来，电子衍射已发展成为研究、分析材 料结构的重要方法。 电子衍射分析方法立足于电子的波动性。 入射电子被样品中各个原子弹性散射，被各原 子弹性散射的电子(束) 相互干涉，在某些方向 上一致加强，即形成了样品的电子衍射波 （束）。
布拉格方程 相同
0°~ 3°
布拉格方程 相同
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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) 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) 返回
高能电子衍射
高能电子衍射的入射电子能量10~200keV ， 电子衍射方向和晶体样品中产生衍射晶面的 晶面间距及电子入射波长的关系即电子衍射 产生的必要条件也由布拉格方程描述。
X射线被样品中各原子核外电 电子束被样品中各原子核 子弹性散射的相长干涉 弹性散射的相长干涉
样品 辐射深度
辐射对样品作用的 体积
固体（一般为晶态） 几μm~几十μm数量级
约0.1~0.5mm3
薄膜（一般为晶态） <1 μm数量级
约1 μm3பைடு நூலகம்
辐射角（2θ）
衍射方位的描述 结构因子概念和消 光规律
0°~ 180°
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二、电子衍射的基本公式
左图所示为电子衍射基本 公式的厄瓦尔德图解。 设单晶薄膜样品(HKL) 面满足衍射必要条件，即 其相应倒易点GHKL与反射 球相交。 图中： K’方向为(HKL)面的衍射方 向，与感光平面交于P’点， 即为衍射斑点。 K方向为透射束方向，与感 光平面交于O’点，即为衍 射花样的中心斑点。 R为O’点与P’点的距离。 L为样品到感光平面的距离， 也称为相机长度。

高能电子衍射
一、电子衍射分析时常用衍射方程 二、电子衍射的基本公式 三、高能电子衍射的应用

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高能电子衍射（HEED）
一、电子衍射分析时常用衍射方程的推导
由于电子波长很短，按布拉格方程 2d sinθ=λ可知 λ小，电子衍射的2θ角很小，即入射电子束和衍射 电子束都近乎平行于衍射晶面。 由衍射矢量方程(s-s0)/ λ=r*,设K’=s/ λ,K= s0/ λ, g=r*,则有 K’ －K = g 式中：K’与K—衍射线与入射线波数矢量 由于物质对电子的散射作用很强(主要来自于原子 核对电子的散射)，因而电子束穿透物质的能力弱， 故电子衍射只适于材料表面或薄膜样品的结构分析。