1、透射電子顯微鏡,電子束與物質(zhì)的相互作用,透射電子顯微鏡的主要功能,成像： 明場(chǎng)像，暗場(chǎng)像 格子像，原子像 衍射,電子衍射,電子衍射與X射線衍射的比較,電子衍射花樣的分析包括兩個(gè)方面： 1）衍射幾何：電子束經(jīng)晶體散射后所產(chǎn)生的干涉線或斑點(diǎn)的位置； 2）衍射強(qiáng)度：即電子束經(jīng)晶體散射后所產(chǎn)生的干涉線或斑點(diǎn)的強(qiáng)度。,從衍射幾何方面的分析可獲得大量的晶體學(xué)信息， 本部分重點(diǎn)討論衍射斑點(diǎn)的形成原理與其物理意義。,簡(jiǎn)單晶體對(duì)X射線與電子束的衍射,1、原子群對(duì)X射線的散射 在X射線傳播中，如與一群原子相遇，則每個(gè)原子均可視為一個(gè)點(diǎn)光源，向四周發(fā)出散射X射線。N個(gè)原子在點(diǎn)P的散射波總振幅Ep為：,簡(jiǎn)單晶體對(duì)X射

2、線與電子束的衍射,1、原子群為簡(jiǎn)單晶體的情況 這里所說(shuō)的簡(jiǎn)單晶體是指由同種原子構(gòu)成的，每個(gè)晶胞只含1個(gè)原子的晶體。,設(shè)a、b、c為晶體的3個(gè)基矢，沿3基矢的原子數(shù)目各為M、N、T（原子總數(shù)為MNT）。,簡(jiǎn)單晶體對(duì)X射線與電子束的衍射,原子mnt的位矢rmnt為：,等比級(jí)數(shù)有：,干涉函數(shù)：,衍射矢量方程及厄瓦爾德圖解,衍射矢量方程,衍射矢量,厄瓦爾德圖解：衍射矢量方程與倒易點(diǎn)陣結(jié)合，表示衍射條件與衍射方向,產(chǎn)生衍射的條件：若以入射線與反射球的交點(diǎn)為原點(diǎn)，形成倒易點(diǎn)陣，只要倒易點(diǎn)落在反射球面上，對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣面都能滿足布拉格條件，衍射線方向?yàn)榉瓷淝蛐纳湎蚯蛎嫔掀涞挂捉Y(jié)點(diǎn)的方向。,反射球（衍射球，厄瓦爾

3、德球）：在入射線方向上任取一點(diǎn)C為球心，以入射線波長(zhǎng)的倒數(shù)為半徑的球。,利用厄瓦爾德圖解釋晶體的衍射現(xiàn)象,1、勞埃法：?jiǎn)尉w試樣固定不動(dòng)，采用連續(xù)X射線,干涉函數(shù)：,繪制倒易點(diǎn)陣時(shí)以 標(biāo)定HKL的點(diǎn)位，而干涉函數(shù)的展寬則為“倒易點(diǎn)”的形狀。,前面討論曾指出，只有當(dāng)入射束與點(diǎn)陣平面的夾角正好滿足布拉格公式時(shí)才有可能產(chǎn)生衍射，否則衍射強(qiáng)度為零 。 實(shí)際并非如此，一則真實(shí)晶體的大小是有限的，二則晶體內(nèi)部還含有各式各樣的晶體缺陷，因此衍射束的強(qiáng)度分布有一定的角范圍，相應(yīng)的倒易陣點(diǎn)也是有一定的大小和幾何形狀的點(diǎn)。 這意味著在尺寸很小的晶體中，倒易陣點(diǎn)要擴(kuò)展，擴(kuò)展量與晶體的厚度（考慮一維的情況）成反比，當(dāng)

4、厚度為t，擴(kuò)展量等于2/t，倒易陣點(diǎn)擴(kuò)展為倒易桿?？紤]三維空間的情況，不同形狀的實(shí)際晶體擴(kuò)展后的倒易陣點(diǎn)也就有不同的形狀。對(duì)于透射電子顯微鏡中經(jīng)常遇到的樣品，薄片晶體的倒易陣點(diǎn)拉長(zhǎng)為倒易“桿”，棒狀晶體為倒易“盤(pán)”，細(xì)小顆粒晶體則為倒易“球” 。,晶體形狀的倒易陣點(diǎn)擴(kuò)展,電子衍射與電子衍射儀,薄晶體的電子衍射特征： 厄瓦爾球半徑比倒易矢量大幾十倍 衍射角很小，衍射線集中在前方 倒易點(diǎn)被拉長(zhǎng)為倒易桿，倒易桿方向垂直于薄膜厚度 以上三個(gè)原因決定使得電子束相對(duì)晶體任何取向，在倒易原點(diǎn)附近都會(huì)有許多倒易桿與球面接觸或交截，從而可以得到許多衍射線。衍射線的方向?yàn)檫B接球心和倒易桿與球的交點(diǎn)，如圖所示,電子

5、顯微鏡中的電子衍射,電子透過(guò)試樣后，除一束透射束外，還有衍射角各異的衍射束。他們分別在物鏡的后焦面上形成一個(gè)中心斑點(diǎn)（透射斑）和多個(gè)衍射斑。每個(gè)衍射斑點(diǎn)都是一束2角相同的衍射線被物鏡聚焦后形成的。然后這些斑點(diǎn)作為新的光源重新干涉，在物鏡的像平面上成像。,電子顯微鏡中的電子衍射,有效相機(jī)常數(shù) 電鏡中的衍射花樣是物鏡后焦面的衍射斑點(diǎn)經(jīng)過(guò)幾級(jí)透鏡放大后在底片上成的像，則相機(jī)長(zhǎng)度L不能象電子衍射儀那樣簡(jiǎn)單的計(jì)算為試樣至底片的距離，而應(yīng)根據(jù)后焦面上衍射斑點(diǎn)被放大的倍數(shù)，折算成衍射儀相機(jī)長(zhǎng)度，成為有效相機(jī)長(zhǎng)度L.,(a)第一幅衍射花樣的形成和選區(qū)電子衍射原理,(b)三透鏡衍射方式原理圖 （不考慮磁轉(zhuǎn)角）,

6、電子顯微鏡中的電子衍射,令圖中OP距離為r,則 再利用布拉格公 式，得到,電子顯微鏡中的電子衍射,r 經(jīng)過(guò)中間鏡和投影鏡放大后在底片上的距離 R為 即 其中，,電子顯微鏡中的電子衍射,所以 其中 即為電子顯微鏡的有效相機(jī)長(zhǎng)度，稱 為電子顯微鏡的有效相機(jī)常數(shù),多晶衍射花樣的產(chǎn)生及幾何特征,平行的入射電子束照射到晶體取向雜亂的多晶樣品上，使各個(gè)晶粒中d值相同的hkl晶面族內(nèi)符合衍射條件的晶面組所產(chǎn)生的衍射束，構(gòu)成以入射束為軸，2為半頂角的圓錐面，它與底片相交獲圓環(huán)，其半徑RL/d。,多晶體樣品電子衍射花樣的產(chǎn)生,由此可見(jiàn)，晶面間距不同的晶面族產(chǎn)生衍射得到以中心斑點(diǎn)為圓心的不同半徑的圓心環(huán)。具有大d值的低指數(shù)晶面族的衍射環(huán)在內(nèi)，小d值的高指數(shù)晶面族的衍射環(huán)在外。事實(shí)上，屬于同一晶