电子衍射

第三章 电子衍射
本章要点
1.电子衍射条件和X射线衍射相同，但电子衍射角极小和衍射 强度极高时，导致电子衍射在结构分析方面的特长。
2.多晶衍射环对应于晶面族{hkl}的衍射，而单晶衍射斑点对 应的是晶面组(hkl)的衍射，故单晶电子衍射花样在结构分析 中更具重要性。
3.单晶电子衍射花样就是某个零层倒易平面的放大像，因此单 晶电子衍射花样能直接反映晶体结构的对称性和周期性（平 移性）。
第三章 电子衍射
3.6 单晶电子衍射花样及其应用
3.6.1单晶电子衍射花样的几何特征和强度 3.6.2单晶电子衍射花样的标定方法 3.6.3单晶电子衍射花样的基本应用
3.7大量平行层错的单晶电子衍射花样
3.7.1 平面缺陷的衍射 3.7.2 HCP结构的花样特征和层错概率的计算 3.7.3 FCC结构的花样特征和层错概率的计算
(5)作用试样体积： (E)：V1μm 310 9mm 3 (X)：V0.1~5mm 3
(6)晶体位向测定精度： (E)：用斑点花样测定，约±3° (X)：优于1°
注：（E）表示电子衍射；（X）表示X射线衍射。
3.2 衍射产生的条件
3.2.1 几何条件
布拉格公式（Bragg equation）是正空间中衍射的几何条件。图3.2是
4.层错不仅能导致衍射斑点的拉长，而且可能使斑点位移，这 造成衍射花样标定的困难，但也可从斑点的位移求出层错概 率。
第三章 电子衍射
本章要点（续）
5.复杂电子衍射花样标定比较困难，但它们能提高更多 的结构信息，书中列出了常见的8种复杂电子衍射花 样。
6.系统倾转技术是电子显微镜操作最基本的技术，无论是 电子衍射，衍衬成像和高分辨成像都离不开系统倾转技 术，因此，掌握系统倾转的原理和技术是必需的。
3.1 电子衍射与X射线衍射的比较
晶体对电子的衍射与对X射线的衍射一样，也要满足衍射几何条件 （布拉格公式）和物理条件（结构因子），所获得的衍射花样对多晶体 为一系列半径不同的同心衍射环所组成，对单晶体则是一系列规则排列 的衍射斑点，如图3.1所示。电子衍射和X射线衍射的相似性和差异性的 主要方面列在表3.1中，其中最重要的是用于衍射的电子波长比X射线波 长短得多，导致电子衍射角很小，从而使单晶电子衍射花样在结构分析 方面比X射线容易得多。
(1)单原子散射的特性： （E）：受原子核散射 （X）：受核外电子散射
(2)衍射波长及衍射角： （E）：λ＝10-3 nm，衍射角2θ为0~3 （X）：λ＝10-1 nm，衍射角2θ为0~180 (3)衍射斑点强度
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(4)辐射深度： (E): 低于1 μm数量级 (X)：低于100 μm数量级
它不同于米勒指数面（Miller index planes）。例如，在干涉面中，
（100）面是不同于（200）或 100面的，因为两者的晶面间距或
晶面法向不同，但是这些晶面在米勒指数面中是相同的，均为{100}
晶面族，不加以区分。另一个物理概念是，干涉面不一定具有对应
描述，即
2dhklsin
n
2dnhnsk niln
式d中h，klndnhnknl 。上式表达了这样的物理概念：任何（hkl）
晶面的n级衍射是等价于（nhnknl）晶面的一级衍射。例如，（100） 晶面的二级衍射等价于（200）晶面的一级衍射。
3.2.1 几何条件
值得指出得是，（nhnknl）是干涉面（interference planes），
导出布拉格公式的构图。两个平行波（它们的波长为λ ）以θ入射角照射
到晶面间距为dhkl的衍射晶体上，分别被上平面散射和下平面散射后产生
光程差，图3.2显示出两波的光程差为2 dhkl sin θ当光程差等于nλ时，波的
相长干涉将会发生，即：
2dhksl inn
(3.1)
式中，θ是入射角或衍射角，它被定义为入射波与（hkl）晶面之间的
3.1 电子衍射与X射线衍射的比较

(a) Au蒸发膜的多晶花样
(b) Fe-Mn-Si-Al合金中ε相的单晶花样
图3.1 电子行射花样
3.1 电子衍射与X射线衍射的比较
电子衍射花样的分析包括两个方面：
（1）衍射几何：电子束经晶体散射后所产生的干涉线或斑点 的位置。
（2）衍射强度：即电子束经晶体散射后所产生的干涉线或斑 点的强度。
3.8系统倾转技术及其应用
3.8.1 双倾台系统倾转技术 3.8.2电子束方向的测定 3.8.3重位点阵特征参数的测定
第三章 电子衍射
3.8.4三维重构法确定物相 3.8.5迹线分析方法 3.8.6位向唯一性的确定
3.9复杂电子衍射花样的特征和标定方法
3.9.1具有取向关系的电子衍射花样 3.9.2 孪晶电子衍射花样 3.9.3高阶劳厄区花样 3.9.4超点阵衍射花样 3.9.5二次衍射花样 3.9.6调幅结构的电子衍射花样 3.9.7 长周期结构的电子衍射花样 3.9.8菊池电子衍射花样
夹角； n=0,±1,±2,±3…是衍射级数。如果n=0，对应的衍射称为零级衍 射，表明入射波不会被（hkl）晶面反射，保持原入射方向，而形成透射
波。
3.2.1 几何条件
如果n=1，对应的衍射称为一级衍射，表明入射波将被（hkl）
晶面反射，形成一级衍射波。当 n=±2,±3 ，将形成不同级数的衍
射波。在电子衍射分析中，布拉格方程总是以一级衍射的形式加以
第三章 电子衍射
3.1 电子衍射与X射线衍射的比较 3.2 衍射产生的条件
3.2.1几何条件 3.2.2物理条件
3.3 电子衍射几何分析公式及相机常数
3.3.1 电子衍射仪中的衍射 3.3.2 透射电子显微镜中的衍射
3.4 选区电子衍射的原理及操作 3.5多晶电子衍射花样及其应用
3.5.1多晶电子衍射花样的产生及几何特征 3.5.2 多晶电子衍射花样的应用
单从衍射几何方面的分析就可获得大量的晶体学信息，本章 重点讨论这一内容，对衍射强度分析只加粗略讨论。
3.1 电子衍射与X射线衍射的比较
表3.1 电子衍射与X射线衍射的比较
相似性
差异性
(1)波的叠加性导致： 布拉格公式 结构因子 消光规律
(2)衍射花样类型： 单晶花样 多晶花样
(3)单晶花样能确定晶体位向