显微结构分析

Results
• (001)Lamella with width of 1 micron • twist boundary with sigma value of 235
全位移点阵
• 构成重位点阵的两个原始点阵的阵点间存 在平移矢量差，以三个非共面的最短平移 矢量差为平移周期矢量可以组成一个覆盖 转动后全部新旧阵点的点阵，称为全位移 点阵(Displacement Shift Completely, DSC)。
• DSC点阵的优点是可以揭示境界结构的细 节。
电子衍射的特点
• 由一组刃型位错组成
部分共格界面的位错模型
• 若两个点阵对应的晶面间距差小于15%，则可以 通过原子位置的适当调整，使彼此维持一种共格 状态，但有某种程度应变的共格关系，界面应变 场提高了界面的自由能。
• 当两个点阵对应的晶面间距差大于15%，无论如 何调整界面两侧原子的位置，也不能维持完全的 共格关系，这时需要每个一定距离引入一根位错， 这就是部分共格界面。
• 如果CSL点阵是原点阵的放大，二者相似， 有a/b=A/B，于是
Σ=AB/ab=(b/a)A2/ab=(a2r2+b2s2)/a2=r2+M2s2
• 只要找到一个重位点的坐标，又知道重位 点阵单胞对原点阵单胞的边长比，就可以 求得Σ值，Σ取奇数。
• 如果计算得到Σ值是偶数，则连续除以2， 直到得到奇数。例如Σ=56，应为Σ=7。
• 电子束平行于界面时，得到一个单晶的两 个不同取向的电子衍射
晶粒I+II的电子衍射图
扭转境界的电子特点
• 电子束方向平行于晶粒的共同方向时得到 两个相同单晶的电子衍射图，但相互之间 有一个转动，与倾转晶界的情况相似。
扭转晶界的晶体学特点
• 有一列共有的点阵方向，可以形成各种取 向畴，或者旋转孪晶。
点阵错配度δ
• 两平行晶面间距分别为aα和aβ， • δ=2(aβ- aα)/(aα+ aβ) • 界面失配位错的Burgers矢量垂直于界面两
侧相平行的晶面，并在界面内，有 │b│= (aα+ aβ)/2
• 每两根失配位错的间距为 D=│b│/δ= (aα+ aβ)2/4(aβ- aα)
• 如果位错密度过大，密集的位错分布使得 它们的芯部彼此重叠，整个界面不再有共 格区，变成完全不共格界面。
重位点阵的表示方法
• 发生位置相重的阵点在原点阵中所占的比 例称为重位位置密度，定义为1/Σ。Σ也可 以理解为重位点阵单胞体积与原点阵单胞 体积之比。
• Σ=1，是单晶，没有晶界面。 • Σ越大，重位的阵点越少。
重位点阵的描述
• 旋转轴为[uvw]，转角为θ 。r和s是以原点 阵坐标系表示的某重位点阵矢量，有
• 倾转轴垂直于界面内
重位点阵
• 结构相同但取向不同的相邻两个晶体按各 自的点阵周期相向扩展，形成彼此贯穿的 空间点阵，在这个贯穿点阵中两种点阵的 某些阵点将按一定规律周期性发生位置重 合，将这些位置重合的阵点作为一个新点 阵就得到所谓的重位点阵(coincident site lattice, CSL)。位置相重的阵点数对两个点 阵是相同的。
Σ=r2+s2(u2+v2+w2)，tgθ =(u2+v2+w2)1/2s/r 如r=2, s=1, [uvw]=[001], Σ=5, θ =36.9o。 • 原点阵单胞参数为a、b，CSL单胞参数为A、
B，则tg(θ /2)=bs/ar，令M=b/a，则 θ =2tg-1(Ms/r) • Σ代表CSL单胞与原单胞体积之比，即 Σ=AB/ab
晶界位错
• 晶界位错的模型-Burgers(1939)， Bragg(1940)
• Frank(1950)和Bilby(1955)完善了晶界位错 的模型
• 晶界位错的模型只适用于小角度晶界 • 对于大角度晶界，如按照晶界位错的模型，
位错密度会高到使位错芯区发生重叠，失 去单根位错的意义。
小角度晶界
扭转晶界的例子
• NaV2O5晶体中的扭转晶界 • NaV2O5的点阵参数，
Background
• This oxide is of significant importance because of its fundamental quantum nature, which is unique exhibiting lowdimensional system with S=1/2 chain and a single ground state and a spin-Peierls transition at the temperature of 35K.
界面的电子衍射特征
• 无机材料通常是由细小的晶粒的集合体或 不同物质的复合体，它们交接面即为界面；
• 晶界和相界； • 晶界可以有多种形式，但可分为一般晶界
和特殊晶界。
特殊晶界
• 倾转境界：倾转轴在界面内
晶粒1+晶粒2的衍射
存在一些特殊取向的晶界
• 有一个共有界面，可以形成孪晶结构，形 变孪晶。
Experimental details
• V2O3, V2O5 and NaVO3 used as raw materials
• Raw materials melted in a platinum crucible at 1273K
• NaV2O5 crystal obtained at 1020K
• δ>0.25，每四个晶面就有一根位错。
• 如果δ比较适中，如面心和体心立方相 {111}f//{110}b，δ=0.025，相应的 │b│=0.2nm，D=8nm，这样的界面错配位 错适合观察。
界面多面体堆垛模型
• 大角度晶界中在界面的一定范围内原子的排列形 成了一定的三维多面体结构，这种多面体是下面 七种Bernal多Байду номын сангаас体之一。
• 由于旋转轴的不同，形成晶界时，除了多面体不 同以外，多面体的排列间隙也有变化。
• 多面体的空间体积和能量可以通过位于多面体顶 点处原子的互作用势计算。
• 界面除了出现多面体空间外，有时还会有空洞或 其它的排列结构，当某些元素通过偏聚的方式进 入这些空间应是降低系统能量的自然方式。
扭转晶界