电子衍射与准晶

通过电子衍射测量晶体间距的实验步骤电子衍射是一种常用的技术手段，用于测量晶体间距和结晶体的晶格常数。

本文将介绍通过电子衍射测量晶体间距的实验步骤。

实验所需设备和材料：1. 电子衍射仪2. 电源线3. 样品支架4. 电子源5. 正六角形透镜6. 荧光屏7. 导线8. 多米诺骨牌模型实验步骤：第一步：搭建实验装置1. 将电子衍射仪放置在实验台上，接通电源线，设定所需电压和电流。

2. 将样品支架固定在电子源上方，确保样品能够保持稳定。

3. 将正六角形透镜安装在样品支架下方，以保证电子束能够均匀地照射到样品表面。

4. 将荧光屏放置在电子衍射仪的适当位置。

第二步：准备样品1. 选择合适的晶体样品，如多米诺骨牌模型。

2. 将样品放置在样品支架上，并确保样品的表面平整。

第三步：调整电子衍射仪参数1. 调整电子衍射仪的电子源功率，使电子束的亮度适中。

2. 调整电子衍射仪的电子源和样品之间的距离，以确保电子束能够正常照射到样品表面。

3. 调整正六角形透镜的位置和角度，以获得清晰的衍射图样。

第四步：进行电子衍射实验1. 打开电子源，使电子束照射到样品表面。

2. 观察荧光屏上的衍射图样，记录下来。

第五步：测量晶体间距1. 根据观察到的衍射图样，找到衍射斑的位置。

2. 使用标尺或其他合适的测量工具，测量相邻衍射斑之间的距离。

3. 根据已知的衍射条件和几何关系，计算出晶体间的距离。

第六步：重复实验1. 对同一晶体样品，进行多次实验测量，以增加数据的准确性和可靠性。

2. 对不同晶体样品进行实验，比较测量结果。

实验注意事项：1. 在操作电子衍射仪时，要注意安全，避免电源过热和电流过大。

2. 在调整仪器参数时，小心操作，确保仪器的稳定性和可靠性。

3. 在测量晶体间距时，注意测量的准确性，避免误差的产生。

4. 在进行多次实验时，要保持实验环境的稳定性，避免干扰和误差的影响。

通过以上实验步骤，我们可以使用电子衍射技术准确测量晶体间距，并得到相应的晶格常数。

电子衍射实验示意图普朗克因为发现了能量子获得1918年诺贝尔物理学奖；德布罗意提出电子具有波粒二象性的假设。

导致薛定谔波动方程的建立，而获得1929年诺贝尔物理学奖；戴维孙和汤姆逊因发现了电子在晶体上的衍射获得1935年诺贝尔物理学奖。

由于电子具有波粒二象性，其德布意波长可在原子尺寸的数量级以下，而且电子束可以用电场或磁场来聚焦，用电子束和电子透镜取代光束和光学透镜，发展起分辨本领比光学显微镜高得多的电子显微镜。

（一）、晶体的电子衍射晶体对电子的衍射原理与晶体对x 射线的衍射原理相同，晶格的电子衍射几何以及电子衍射与晶体结构的关系由布拉格定律描述，两层晶面上的原子反射的波相干加强的条件为θ为掠射角，也称为半衍射角，即图1所示掠射角α；2ϕα＝即为衍射角。

衍射圆环即为反射线绕入射线旋转一周所形成的图形，即多晶衍射单环形成原理。

图1 晶体的布喇格衍射示意数。

晶面间距hkl d 不能连续变化，只能取某些离散值，衍射花样的分布规律由晶体的结构决定，并不是所有满足布拉格定律的晶面都会有衍射线产生，这种现象称为系统消光。

图2 面心立方晶体布喇格平面的密勒指数示意我们知道,金,银,铜,铝等金属材料,都是由若干面心立方晶体微粒无规结合而成。

对于面心立方晶体,如图2,可用结晶学中原胞的基矢a ,b ,c 为坐标轴,来表述布喇格平面。

在这个坐标系中,一个晶面可用三个互质整数,称为密勒指数来表征。

密勒指数为晶面对坐标轴a,b,c 的截距的倒数。

例如,图3中的ABG 平面,截距分别为1a,1b,1c 截距的倒数是1,1,1。

它的密勒指数为(111)。

同理,对ACG ,BDEE 平面,截距分别是2a,1b,1c;1a,∞b;∞c 。

截距的倒数是12,1,1;1,0,0。

因此,它们的密勒指数分别为(122),(100)等等。

一般地,密勒指数用符号(hkl)表示。

λθn d hkl =sin 2例如，对于立方晶系的晶体，222l k h ad hkl ++= ，a 为晶格常数（晶格平移基矢量的长度），是包含晶体全部对称性的、体积最小的晶体单元——单胞的一个棱边的长度。

电子衍射技术在材料结构分析中的应用导言：材料科学是一门研究材料组成、结构和性能的交叉学科。

在材料科学中，了解和分析材料的结构对于开发新材料和改善现有材料的特性至关重要。

电子衍射技术是一种广泛应用于材料结构分析的重要工具，它通过研究材料中电子的散射模式来揭示材料的晶体结构和缺陷。

一、电子衍射技术的原理电子衍射技术基于电子的波粒二象性，利用电子与物质相互作用的特性进行分析。

当高能电子束通过材料时，与材料中的原子发生散射，形成衍射斑。

通过收集和分析衍射斑的形状和分布，可以推断出材料的晶格结构和缺陷情况。

二、电子衍射技术在晶体学中的应用晶体学是研究晶体结构、晶体缺陷和晶体生长等问题的学科。

电子衍射技术在晶体学中有广泛的应用。

通过电子衍射技术，可以确定晶体的晶胞参数、晶格结构、原子排列和晶体缺陷等信息。

这些信息对于了解晶体的性质和行为非常重要，有助于研究材料的物理、化学和力学性质。

三、电子衍射技术在材料缺陷分析中的应用材料中的缺陷会影响材料的性能和行为。

电子衍射技术可以用于分析和表征材料中的缺陷。

通过研究电子衍射图样中的反射和散射斑的变化，可以确定材料中的晶体缺陷类型、缺陷密度和缺陷分布等。

这些信息对于材料的改性和优化非常重要。

四、电子衍射技术在纳米材料研究中的应用纳米材料是一种具有特殊结构和性能的材料，其尺寸在纳米尺度范围内。

电子衍射技术在纳米材料研究中有很大的应用前景。

通过电子衍射技术，可以观察和研究纳米材料中的晶体结构和相变过程。

此外，电子衍射技术还可以用于纳米材料的表面形貌分析和晶体生长过程研究。

五、电子衍射技术在材料组分分析中的应用材料的组分分析对于了解和控制材料的性能至关重要。

电子衍射技术可以通过分析衍射斑的位置和强度来确定材料中的相组成和比例。

这对于研究复杂的多相材料和合金材料具有重要意义，有助于理解材料的相变行为和材料的性能。

结论：电子衍射技术是一种重要的材料结构分析技术，其应用广泛且多样化。

单晶、多晶、非晶、微晶、无定形、准晶的区别何在？要理解这几个概念，首先要理解晶体概念，以及晶粒概念。

我想学固体物理的或者金属材料的都会对这些概念很清楚！自然界中物质的存在状态有三种：气态、液态、固态固体又可分为两种存在形式：晶体和非晶体晶体是经过结晶过程而形成的具有规则的几何外形的固体；晶体中原子或分子在空间按一定规律周期性重复的排列。

晶体共同特点：均匀性：晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。

各向异性：晶体种不同的方向上具有不同的物理性质。

固定熔点：晶体具有周期性结构，熔化时，各部分需要同样的温度。

规则外形：理想环境中生长的晶体应为凸多边形。

对称性：晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。

对晶体的研究，固体物理学家从成健角度分为离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体显微学则从空间几何上来分，有七大晶系，十四种布拉菲点阵，230种空间群，用拓扑学，群论知识去研究理解。

可参考《晶体学中的对称群》一书（郭可信，王仁卉著）。

与晶体对应的，原子或分子无规则排列，无周期性无对称性的固体叫非晶，如玻璃，非晶碳。

一般，无定型就是非晶英语叫amorphous，也有人叫glass(玻璃态）.晶粒是另外一个概念，搞材料的人对这个最熟了。

首先提出这个概念的是凝固理论。

从液态转变为固态的过程首先要成核，然后生长，这个过程叫晶粒的成核长大。

晶粒内分子、原子都是有规则地排列的，所以一个晶粒就是单晶。

多个晶粒，每个晶粒的大小和形状不同,而且取向也是凌乱的,没有明显的外形,也不表现各向异性,是多晶。

英文晶粒用Grain表示，注意与Particle是有区别的。

有了晶粒，那么晶粒大小（晶粒度），均匀程度，各个晶粒的取向关系都是很重要的组织（组织简单说就是指固体微观形貌特征）参数。

对于大多数的金属材料，晶粒越细，材料性能（力学性能）越好，好比面团，颗粒粗的面团肯定不好成型，容易断裂。

所以很多冶金学家材料科学家一直在开发晶粒细化技术。

实验四选区电子衍射与晶体取向分析一、实验目的与任务1）通过选区电子衍射的实际操作演示，加深对选区电子衍射原理的了解。

2）选择合适的薄晶体样品，利用双倾台进行样品取向的调整，利用电子衍射花样测定晶体取向的基本方法。

二、选区电子衍射的原理和操作1．选区电子衍射的原理使学生掌握简单地说，选区电子衍射借助设置在物镜像平面的选区光栏，可以对产生衍射的样品区域进行选择，并对选区范围的大小加以限制，从而实现形貌观察和电子衍射的微观对应。

选区电子衍射的基本原理见图10—16。

选区光栏用于挡住光栏孔以外的电子束，只允许光栏孔以内视场所对应的样品微区的成像电子束通过，使得在荧光屏上观察到的电子衍射花样仅来自于选区范围内晶体的贡献。

实际上，选区形貌观察和电子衍射花样不能完全对应，也就是说选区衍射存在一定误差，选区域以外样品晶体对衍射花样也有贡献。

选区范围不宜太小，否则将带来太大的误差。

对于100kV的透射电镜，最小的选区衍射范围约0.5m；加速电压为1000kV时，最小的选区范围可达0.1m。

2．选区电子衍射的操作1) 在成像的操作方式下，使物镜精确聚焦，获得清晰的形貌像。

2) 插入并选用尺寸合适的选区光栏围住被选择的视场。

3) 减小中间镜电流，使其物平面与物镜背焦面重合，转入衍射操作方式。

对于近代的电镜，此步操作可按“衍射”按钮自动完成。

4) 移出物镜光栏，在荧光屏上显示电子衍射花样可供观察。

5) 需要拍照记录时，可适当减小第二聚光镜电流，获得更趋近平行的电子束，使衍射斑点尺寸变小。

三、选区电子衍射的应用单晶电子衍射花样可以直观地反映晶体二维倒易平面上阵点的排列，而且选区衍射和形貌观察在微区上具有对应性，因此选区电子衍射一般有以下几个方面的应用：1) 根据电子衍射花样斑点分布的几何特征，可以确定衍射物质的晶体结构；再利用电子衍射基本公式Rd=L，可以进行物相鉴定。

2) 确定晶体相对于入射束的取向。

3) 在某些情况下，利用两相的电子衍射花样可以直接确定两相的取向关系。

透射电镜电子衍射在晶体结构分析中的应用晶体材料由于具有有序结构而表现出许多独特的性质，成为特定的功能材料,制成器件广泛应用于微电子、自动控制、计算通讯、生物医疗等领域。

功能晶体材料的的微观结构决定其性能，因此对其微观结构的解析一直是科学研究的热点之一。

研究晶体结构通常的方法是X-射线单晶衍射技术(SXRD, Single crystal X-ray diffraction)和X-射线粉末衍射技术(PXRD, Powder X-ray diffraction)，科学家们应用此两项技术已经解析了数目非常庞大的晶体结构。

然而X-射线衍射技术对于解析的晶体大小有限制，即使是应用同步辐射光源也只能解析大于微米级的晶体，无法对纳米晶体的结构进行解析。

相对于X-射线，电子束由于具有更短的波长以及更强的衍射，因此电子衍射应用于纳米晶体的结构分析具有特别的意义，透射电镜不仅可对纳米晶体进行高分辨成像而且可进行电子衍射分析，已成为纳米晶体材料不可或缺的研究方法，包括判断纳米结构的生长方向、解析纳米晶体的晶胞参数及原子的排列结构等。

1、判断已知纳米结构的生长方向在研究晶体结构时，很多情况下需要判断其优势生长面及生长方向，尤其是纳米线、纳米带等。

晶体的电子衍射图是一个二维倒易平面的放大，同时透射电镜又能得到形貌，分别相当于倒易空间像与正空间像，正空间的一个晶面族(hkl)可用倒空间的一个倒易点hkl来表示，正空间的一个晶带[uvw]可用倒空间的一个倒易面(uvw)*来表示，对应关系如图1所示，在透射电镜中，电子束沿晶带轴的反方向入射到晶体中，受晶面族(h1k1l1)的衍射产生衍射斑(h1k1l1)，那么衍射斑与透射斑的连线垂直于晶面族(h1k1l1)，据此可判断晶体的优势生长面及生长方向。

具体的方法是：首先拍摄形貌像，并且在同一位置做电子衍射，在形貌像上找出优势生长面，与电子衍射花样对照，找出与透射斑连线垂直于此晶面的透射斑，并进行标定，根据晶面指数换算出生长方向。