第二篇材料电子显微分析

第二章 电子显微分析一、教学目的理解掌握电子光学基础、电子与固体物质的相互作用、衬度理论等电子显微分析的基本理论，掌握透射电镜分析、扫描电镜分析、电子探针分析的应用和特点，掌握用各种衬度理论解释电子显微像，掌握电子显微分析样品的制备方法，了解透射电镜、扫描电镜、电子探针的结构。

二、重点、难点重点：电子与物质的相互作用、衬度理论、电子探针X 射线显微分析。

难点：电子与物质的相互作用、衬度理论。

三、教学手段 多媒体教学 四、学时分配 14学时概述：一、光学显微镜的局限性： 1.分辨能力（分辨率）：分辨能力（分辨率、分辨本领）：一个光学系统能分开两个物点的能力，数值上是刚能清楚地分开两个物点间的最小距离。

nsina 61.0r λ==AN .61.0λ(nm) r —分辨率（r 小，分辨能力越高） λ—照明光的波长n —透镜所处环境介质的折射率 а—透镜孔径半角（°）nsina —数值孔径 用N.A 表示电子在电、磁场中易改变运动方向，且电子波的波长比可见光短得多，所以电子显微镜在高放大倍数时所能达到的分辨率比光学显微镜高得多。

二、电子显微分析：是利用聚焦电子束与试样物质相互作用产生的各种物理信号、分析试样物质的微区形貌、晶体结构和化学组成。

透射电子显微镜（TEM ）扫描电子显微镜（SEM ） 电子探针（EPMA ） 特点：1.分辨率高：0.2~0.3nm2.放大倍数高：20~30万倍3.是一种微区分析方法：能进行nm 尺度的晶体结构、化学组成分析4.多功能、综合性分析方向发展：形貌、结构、成份第一节 电子光学基础电子光学是研究带电粒子（电子、离子）在电场和磁场中运动，特别是在电场和磁场中偏转、聚焦和成像规律的一门科学。

本课程所涉及的电子光学仅局限于电子显微镜这类仪器中电子的运动规律。

电子光学与几何光学的相似： 1. 聚焦成像：几何光学——光学透镜 电子光学——电场、磁场2. 电子光学：仿照几何光学把电子运动轨迹看作射线，可用几何光学参数来表征。

材料电子显微分析的功能特点及应用一．材料电子显微分析的功能特点。

显微分析是介观分析和微观分析的总称，是指利用光学显微镜或先进设备仪器所做的形貌观察、结构分析以及成分检验等。

介观分析的空间线度介于10-6~10-8m，可以借助于光学显微镜进行分析；而微观分析的空间线度为小于10-9~10-8m的微观粒子。

电子显微分析一方面利用电子束的波动性对被研究物体成像的形貌分析，另一方面利用其粒子性产生的信息进行结构和成分分析。

当聚集电子束入射样品待分析区域时，在电子束作用下产生特征X射线、二次电子、背反散电子、背散射电子衍射等各种信息。

通过对这些特征信息进行分析后，用以表征材料显微特性。

一般而言，电子显微分析要与常规的化学、金相及力学等分析手段结合。

在电子显微分析技术中，常用形貌、成分和结构分析方法可归纳为扫描电子分析和透射电子分析两大类。

在透射电子分析中，电镜的电子枪发射出电子束，电子在电场的作用下加速，经过两三个电磁透镜的作用后在样品表面聚焦成极细的电子束。

该细小的电子束在末透镜上方的双偏转线圈作用下在样品表面进行扫描，被加速的电子与样品相互作用，激发出各种信号，如二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子及阴极荧光等。

这些信号被按顺序、成比例地交换成视频信号、检测放大处理成像，从而在荧光屏上观察到样品表面的各种特征图像。

新式扫描电子显微镜的二次电子像分辨率已达到3~4nm，放大倍数可从数倍原位放大到20万倍左右。

由于扫描电子显微的景深远比光学显微镜大，可以用它进行显微断口分析。

用扫描电子纤维纪念馆观察断口时，样品不必复制，可以直接进行观察，这给分析带来极大的方便。

在透射电子分析中，电镜的电子枪发出的高速电子束经聚光镜均匀照射到样品上，作为一种粒子，有的入射电子与样品发生碰撞，导致运动方向的改变，形成弹性散射电子；有的与样品发生非弹性碰撞，形成能量损失电子；有的被样品俘获，形成吸收电子。

作为一种波，电子束经过样品后还可发生干涉和衍射。

材料科学中电子显微分析技术概述摘要材料的力学、物理和化学性能与显微组织有着密切的关系，往往显微组织的研究能从本质上揭示材料宏观性能变化的原因，因此显微组织研究越来越受人们的重视，从而促进显微分析仪器迅速发展。

现今显微分析仪器已能完成微观形貌、微观晶体结构和微区化学成分的分析研究工作。

这类仪器主要有透射电子显微镜、扫描电子显微镜、电子探针、离子探针、俄歇电子能谱仪、光电子能谱仪以及激光探针、原子探针、表层探针等。

本文简单介绍了电子探针、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等电子显微分析技术各自的原理、特点及其应用。

关键词：电子显微分析技术；EPMA；SEM；TEM引言材料研究可分为三个层次。

其一为基于人的肉眼或借助于放大镜所能做的研究，分析的空间线度为大于10-6m，对这种物体的分析称之为宏观分析;其二为介观分析，分析的空间线度介于10-6~10-8m，可以借助于光学显微镜进行分析;其三为微观分析，分析的空间线度为小于10-9~10-8m的微观粒子。

实际上，人们常说的显微分析是介观分析和微观分析的总称，是指利用光学显微镜或先进设备仪器所做的形貌观察、结构分析以及成分检验等。

显微分析常常以宏观分析为基础。

可以说，显微分析是打开宏观世界奥秘之门的钥匙。

电子束具有波粒二象性。

电子显微分析一方面利用电子束的波动性对被研究物体成像的形貌分析，另一方面利用其粒子性产生的信息进行结构和成分分析。

当聚集电子束人射样品待分析区域时，在电子束作用下产生特征X射线、二次电子、背反散电子、背散射电子衍射等各种信息，通过对这些特征信息进行分析后，用以表征材料显微特性。

一般而言，电子显微分析要与常规的化学、金相及力学等分析手段结合。

材料及产品性能和质量的检测是检验和评价制造装备以及产品能否合格有效的重要关口。

所有零部件在运转过程或产品在使用过程,都在某种程度上承受着力或能量以及温度和接触介质等的作用,因此,在一定使用条件下和使用时间后会使零部件材料发生过量变形、断裂、表面麻点剥落、磨损或腐蚀等现象,从而导致部件失效。

材料电子显微分析技术与应用前言显微分析常常以宏观分析为基础，显微分析是打开宏观世界奥秘之门的钥匙。

电子束具有波粒二象性。

电子显微分析一方面利用电子束的波动性对被研究物体成像的形貌分析，另一方面利用其粒子性产生的信息进行结构和成分分析。

当聚集电子束入射样品待分析区域时，在电子束作用下产生特征X射线、二次电子、背反散电子、背散射电子衍射等各种信息，通过对这些特征信息进行分析后，用以表征材料显微特性。

在电子显微分析技术中，常用的形貌、成分和结构分析方法可归纳为扫描电子分析和透射电子分析两大类。

在扫描电子分析中，电镜的电子枪发射出电子束，电子在电场的作用下加速，经过两三个电磁透镜的作用后在样品表面聚焦成极细的电子柬。

该细小的电子束在末透镜上方的双偏转线圈作用下在样品表面进行扫描，被加速的电子与样品相互作用，激发出各种信号，如二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子及阴极荧光等。

这些信号被按顺序、成比例地交换成视频信号、检测放大处理成像，从而在荧光屏上观察到样品表面的各种特征图像。

在透射电子分析中，电镜的电子枪发出的高速电子束经聚光镜均匀照射到样品上，作为一种粒子，有的入射电子与样品发生碰撞，导致运动方向的改变，形成弹性散射电子；有的与样品发生非弹性碰撞，形成能量损失电子；有的被样品俘获，形成吸收电子。

作为一种波，电子束经过样品后还可发生干涉和衍射。

总之，均匀的入射电子束与样品相互作用后将变得不均匀，这种不均匀依次经过物镜、中间镜和投影镜放大后在荧光屏上或胶片上就表现为图像对比度，它反映了样品的信息。

透射电子显微镜（TEM）（一）透射电镜原理简介透射电子显微镜(TEM)是一种现代综合性大型分析仪器，在现代科学、技术的研究、开发工作中被广泛地使用。

顾名思义，所谓电子显微镜是以电子束为照明光源的显微镜。

由于电子束在外部磁场或电场的作用下可以发生弯曲，形成类似于可见光通过玻璃时的折射现象，所以我们就可以利用这一物理效应制造出电子束的“透镜”，从而开发出电子显微镜。