电子显微分析3电子衍射

绪 论
实验技术的进步
成像与变倍 场像，弱束暗场像） 衍射（包括微/纳米衍射） 成像 像 选区电子衍射 衍衬成像（明场像，中心暗 会聚束电子 高分辨成像（相位衬度）
X射线能谱和电子能量损失谱成分分析和 负球差系数成
高分辨原子序数衬度（Z衬度）成像 全息成像等。
绪 论
样品制备的发展
生物薄膜样品的制备 金属块体的复型技术 块体金属样品制成薄膜方法（窗口法、博尔曼法、双喷电解抛光法）
绪 论
分析电子显微镜（AEM：analytical electron microscope)就 是具有成分分析功能的透射电子显微镜（TEM：transmission electron microscope)。它是一种以高能电子束为照明源，通过 电磁透镜将穿透样品的电子（即透射电子）聚焦成像的电子光 学仪器。我们将从以下三个方面（仪器、技术和样品制备）粗 略了解分析电子显微学的发展过程。
绪 论
仪器的发展
1924年，德布罗意（ de Broglie）提出电子具有波动性； 1926年，布什（Busch）发现旋转对称非均匀磁场可作为电磁透镜； 1931年，Rudenberg 提出电子显微镜的概念并提出专利申请； 1933年，克诺尔（Knoll）和卢斯卡（Ruska）制造出第一台电子显微镜； 1936年，Boersch证明了电子束经过电磁透镜聚焦后在后（背）焦面上形成 衍射花样； 1939年，西门子公司生产出第一批商品透射电子显微镜； 1944年，Le Poole在电子显微镜中加入衍射透镜（即中间镜）和选区光阑后 实现选区电子衍射； 20世纪50年代，Ruska在商业电子显微镜中实现选区电子衍射； 20世纪60年代，会聚束电子衍射实现；
Introduction to Analytical Electron Microscopy

倒易阵点的扩展（倒易杆、盘、球等）； 厄瓦尔德球半径1/很大，球面近似于平面； 加速电压不够稳定，入射电子束波长不单一，厄 瓦尔德球面具有一定厚度。
上述因素使倒易阵点接触球面的机会大大 增多，从而形成一幅完整的衍射花样。
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单晶花样分析的任务

基本任务
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12-4 单晶电子衍射花样标定



单晶电子衍射花样的几何意义 单晶花样分析的任务 单晶电子衍射花样的指数化标定基本程 序 实例
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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单晶电子衍射花样的几何意义
单晶电子衍射花样实际上是一个二维的倒 易截面(uvw)*。花样中出现大量强度不等的衍 射斑点，主要得益于：
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r OP f 0tg 2 2 f 0 sin rd f 0
样品 物镜 2 f0 r 背焦面
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使中间镜物平面与物镜背焦面 重合， 且设中间镜及投影镜的 放大倍数分别为MI、MP，则在 底版上：
R r MI MP Rd ( f 0 M I M p ) 定义 L f 0 M I M p 为有效相机长度 K L 为有效相机常数

一般K是已知的，因而通过底版测出R就可求 出d。
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12-3 电子显微镜中的电子衍射



有效相机常数 选区电子衍射 磁转角
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有效相机常数


同一晶面的衍射束是平行的（如hkl的衍射束 方向均为），所以同一晶面的衍射束将在物镜 背焦面上聚焦成一点，所有满足衍射条件的晶 面将在物镜的背焦面上形成一幅由透射斑点和 衍射斑点组成的衍射花样，该衍射花样与厄瓦 尔德球倒易截面相似。 由于通过透镜中心的电子束可以看成不受折射， 对于物镜背焦面上形成的第一幅花样而言，物 镜的焦距f0相当于它的相机长度。

指数计算值和测量值误差为1.06°，标定正确。如果这里的检验误差过大，表明标定错误，
应该从确定四边形开始，重新标定花样。
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6. 求晶带轴指数 通过A和C（或B）点的指数求出晶带轴指数；按下列顺序写出A、
C指数
1) 膜面向上
011011
2) 逆时针：g1－g2
211211
0 2 -2 即： [uvw] = [ 01 1 ] ，
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电子衍射要点
1 反射球切倒易杆 2 花样标定
结构振幅(强度)加权、 偏离矢量 晶体厚度
基本步骤
1]特征四边形 2]d值测量计算 3]卡片-族指数 4]斑点A指数 5]B点指数 C点指数 7]校核 8]求晶带轴 9]标写
已知条件
1 Lλ ＝ Rd 2 PDF 卡片 2 晶面夹角公式：7个晶系 3 材料和工艺： 可能相
(h2k2l2)
(h1k1l1)
在倒空间的一个平面上/组成 一个倒易平面
倒易平面的法线就是晶带轴
电子束入射方向//晶带轴 B=[UVW]
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211 200
011 000
B = [011 ]
211 200
011 000
B = [011 ]
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7.其它倒易点指数
000
倒易平面
1） 对称 2）矢量相加
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5 对标定指数进行检验 C点的指数是由A点和B点指数得来的，如果标定正确，C点的指数同A（或B 点）的指数也应该符合晶面夹角公式。把C点和A点指数带入晶面夹角公式：
cos2
0 2 1111
3
02 12 12 22 12 12 3
2 54.74 °
夹角测量值：
2 = (R1∧R3)=55.8°

（1）由于电子波波长很短，一般只有千分之几nm， 按布拉格方程2dsin=可知，电子衍射的2角很小（一 般为几度），即入射电子束和衍射电子束都近乎平行 于衍射晶面。
由衍射矢量方程（s-s0）/=r*，设K=s/、K=s0/、 g=r*，则有
K-K=g
（8-1）
此即为电子衍射分析时（一般文献中）常用的衍射矢 量方程表达式。
H3=H1+H2、K3=K1+K2和L3＝L1+L3。
单晶电子衍射花样的标定
立方晶系多晶体电子衍射标定时应用的关 系式：R21:R22:…:R2n=N1:N2:…:Nn 在立方晶 系单晶电子衍射标定时仍适用，此时R=R。 单晶电子衍射花样标定的主要方法为： 尝试核算法 标准花样对照法
“180不唯一性”或“偶合不唯一性”现象的产生，根 源在于一幅衍射花样仅仅提供了样品的“二维信息”。
通过样品倾斜(绕衍射斑点某点列转动)，可获得另一晶带 电子衍射花样。而两个衍射花样组合可提供样品三维信息。
通过对两个花样的指数标定及两晶带夹角计算值与实测 (倾斜角)值的比较，即可有效消除上述之“不唯一性”。
（8-7）
式中：N——衍射晶面干涉指数平方和，即 N=H2+K2+L2。
多晶电子衍射花样的标定
对于同一物相、同一衍射花样各圆环而言，（C2/a2） 为常数，故按式（8-7），有
R12：R22：…：Rn2=N1：N2：…：Nn
（8-8）
此即指各衍射圆环半径平方（由小到大）顺序比等于
各圆环对应衍射晶面N值顺序比。
一、电子衍射基本公式
电子衍射基本公式的导出
设样品至感光平面的距离为L（可称为 相机长度），O与P的距离为R，
由图可知