透射电镜基本成像操作及像衬度.ppt

2. 振幅衬度 振幅衬度是由于入射电子通过试样时，与试样内原子发生相互作用而发 生振幅的变化，引起反差。振幅衬度主要有质厚衬度和衍射衬度两种。
质厚衬度
质厚衬度
定义：非晶体样品透射电子显微图像衬度是由于样品不同微区间存在原子序数或 厚度的差异而形成的，即质量厚度衬度，简称质厚衬度。 原理：质厚衬度是建立在非晶体样品中原子对入射电子的散射和透射电子显微镜 小孔径角成像基础上的成像原理。对于非晶体样品来说，入射电子透过样品时碰 到的原子数目越多（或样品越厚），样品的原子核库仑力场越强（或样品原子序 数越大或密度越大），被散射到物镜光阑外的电子就越多，而通过物镜光阑参与 成像的电子强度也就越低。
反之，质量或厚度较低的区域对应于荧光屏上较 亮的区域。所以，图像上的明暗程度的变化反映 了样品上相应区域的原子序数（质量）或样品厚 度的变化。
此外，也可以利用任何散射电子来形成显示质厚 衬度的暗场像。显然，在暗场成像条件下，样品 上较厚或原子序数较高的区域在荧光屏上显示为 较亮区域。 质厚衬度受到透射电子显微镜物镜光栏孔径和加 速电压的影响。
质厚衬度 透射电镜 像衬度
非晶体样品衬度
振幅衬度
衍射衬度 相位衬度 晶体样品衬度
图1 透射电镜像衬度分类
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2.像衬度
质厚衬度 透射电镜 像衬度 振幅衬度 衍射衬度 晶体样品衬度 非晶体样品衬度
相位衬度
图1 透射电镜像衬度分类
1.相位衬度 当透射束和至少一束衍射束同时通过物镜光栏参与成像时，由于透射束 与衍射束的相互干涉，形成一种反映晶体点阵周期性的条纹像和结构像，这 种像衬的形成是透射束和衍射束相位相干的结果，故称相位衬度。
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2.像衬度
像衬度是图像上不同区域间明暗程度的差别。正是由于图像上不同区域间存在明暗 程度的差别即衬度的存在，才使得我们能观察到的各种具体的图像。
透射电镜的像衬度与所研究的样品材料自身的组织结构、所采用的成像操作方式和 成像条件有关。 透射电镜的像衬度来源于样品对入射电子束的散射。当电子波穿越样品时，其振幅 和相位都将发生变化，这些变化都可以产生像衬度。
衍衬成像和质厚衬度成像的重要差别：在形成显示质厚衬度的暗场像时，可 以利用任意的散射电子。而形成显示衍射衬度的明场像或暗场像时，为获得 高衬度高质量的图像，总是通过倾斜样品台获得所谓“双束条件”，即在选 区衍射谱上除强的直射束外只有一个强衍射束。
衍射衬度
以单相的多晶体薄膜样品为例。 设想薄膜内有两颗晶粒A和B，它们之间的唯 一差别在于它们的晶粒学位向不同。如果在 入射电子束照射下，B晶粒的某 (hkl) 晶面 组恰好与入射方向交成精确的布拉格角 B ， 而其余的晶面均与衍射条件存在较大的偏差， 即B晶粒的位向满足“双光束条件”。此时， 在B晶粒的选区衍射花样中， hkl 斑点特别 亮，也即其 (hkl) 晶面的衍射束最强。如果 假定对于足够薄的样品，入射电子受到的吸 收效应可不予考虑，且在所谓“双光束条件” 下忽略所有其他较弱的衍射束，则强度为 I 0 的入射电子束在B晶粒区域内经过散射之后， 将成为强度为 I hkl 的衍射束和强度为 I 0 I hkl 的透射束两个部分。
这是因为电子穿过样品时，通过与原子核 的弹性作用被散射而偏离光轴，弹性散射 截面是原子序数的函数。此外，随样品厚 度增加，将发生更多的弹性散射。所以， 样品上原子序数较高或样品较厚的区域 （较黑）比原子序数较低或样品较薄的区 域（较亮）将使更多的电子散射而偏离光 轴，如图9-18所示。
质厚衬度
透射电镜总是采用小孔径角成像，在图9-18所示的明场成像即在垂直入射并使光 栏孔置于光轴位置的成像条件下，偏离光轴一定程度的散射电子将被物镜光栏挡 掉，使落在像平面上相应区域的电子数目减少（强度较小），原子序数较高或样 品较厚的区域在荧光屏上显示为较暗区域。
（d） 准晶
衍射衬度
定义：对晶体样品，电子将发生相干散射即衍射。所以，在晶体样品的成像 过程中，起决定作用的是晶体对电子的衍射。由样品各处衍射束强度的差异 形成的衬度称为衍射衬度。
衍射强度影响因素：晶体取向和结构振幅。对没有成分差异的单相材料，衍 射衬度是由样品各处满足布拉格条件程度的差异造成的。
衍射衬度
电子衍射原理
由X射线衍射原理我们得出布拉格方程的一般形式为
2d sin
因为
sin

2d
1
所以 2d 这说明，对于给定的晶体样品，只有当入射波长足够短时，才能产生衍射。 而对于电镜的照明光源——高能电子束来说，比X射线更容易满足。通常的 透射电镜的加速电压为100~200kV，即电子波的波长为10-2~10-3nm数量级， 而常见晶体的晶面间距为100~10-1nm数量级，于是
透射电镜基本成像操作及像衬度
目录
成像操作
像衬度
2
成像操作
1
明场成像
成像操作
2
暗场成像
3
中心暗场成像
5
1.明Biblioteka Baidu成像和暗场成像
利用投射到荧光屏上的选区衍射谱可以进行透射电镜的两种最基本的成像操作。
晶体样品或非晶体样品，其选区衍射谱上必存在一个由直射电子束形成的 中心亮斑以及一些散射电子。
我们可以选直射电子也可以选部分散射电子来成像。这种成像电子的选择 是通过在物镜背焦面上插入物镜光栏来实现的。
sin

2d
10 2
102 rad＜ 1
这表明，电子衍射的衍射角总是非常小，这是它的花样特征之所以区别X射线衍 射的主要原因。
电子衍射原理
（a）单晶体---排列十分整齐的许多斑点 （b）多晶体---一系列不同半径的同心圆环 （c）非晶------一个漫散的中心斑点 （d）准晶
1.明场成像和暗场成像
选用直射电子（透射束）形成的像称为明场像，选用散射电子（衍射束）形成 的像称为暗场像。
暗场成像有两种方法：偏心暗场像与中心暗场像。
1.明场成像和暗场成像
由于成像电子束偏离了透射电镜的光轴而造成较大的像差并在成像时难以聚焦，成 像质量较差。在透射电镜中，为了获得高质量的暗场像，人们总是采取“中心暗场 成像”，即将入射电子束反向倾斜一个相应的散射角度，而使散射电子沿光轴传播。 对晶体样品而言，如明场成像时 ( HKL) 晶面 组恰与入射方向交成精确的布拉格角θ，而其 余晶面组均与衍射条件存在较大偏差，此时除 透射束外只有一个强的衍射束即 ( HKL) 衍射 束，即构成所谓的“双光束条件”。在此条件 下，通过束倾斜，使入射束沿原先的 ( HKL) 衍射束方向入射，即将中心斑点移至( HKL) 衍 射斑点位置。此时，( HKL) 晶面组将偏离布拉 格条件，而 (H K L) 晶面组与入射束交成准确 的布拉格角，其衍射束与光轴平行，正好通过 光栏孔，而透射束和其他衍射束均被挡掉，如 图9-17(c)。