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材料电子显微分析课件

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《电子显微结构分析》课件

《电子显微结构分析》课件

3 优点
能够观察样品的内部结构和组织，具有更高 的分辨率。
4 缺点
对样品的要求较高，需要制备薄片。
四、电子衍射技术
基本原理
计算方法
通过电子束与样品相互作用后的 衍射现象来确定样品的晶体结构。
根据电子衍射的衍射图案，利用 衍射公式计算出样品的晶格参数 和晶体结构。
应用
用于材料的晶体结构研究和晶体 缺陷分析。
优点
高分辨率，能够观察样品的表面形貌和元素分 布。
成像过程
扫描样品表面，通过收集和分析由扫描电子束 时产生的信号来构建图像。
缺点
不能观察样品的内部结构和组织。
三、透射电子显微镜
1 基本原理
通过透射样品的电子束来观察和分析样品的 内部结构和组织。
2 成像过程
将电子束透射到样品上，通过收集透射电子 的信息来构建图像。
《电子显微结构分析》 PPT课件
本课件将介绍电子显微结构分析的原理和技术，以及最新进展和应用领域， 帮助您深入了解这一领域的知识。
一、什么是电子显微结构分析
电子显微结构分析是一种通过使用电子显微镜和电子衍射技术来观察和分析 材料的微观结构和组织的方法。
二、扫描电子显微镜
基本原理
通过扫描样品表面，利用电子束与样品交互作 用产生的信号来获取图像和表征材料的信息。
五、扫描透射电子显微镜
1
基本原理
结合了扫描电子显微镜和透射电子显微镜的原理，在扫描过程中获取样品的内部结构图像。
2
成像过程
将电子束透射到样品上并进行扫描，通过收集透射电子的信号来构建图像。
3
应用
用于观察材料扫描电 子显微镜
结合多聚焦离子束和电子显微 镜的原理，提高了成像分辨率 和分析能力。

材料结构电子显微分析 ppt课件

材料结构电子显微分析 ppt课件

衍射及取向关系
β-NiAl有序金属间化合物
β-NiAl具有CsCl结构 立方结构
a＝2.887 ASTM卡片号２0-19
(11-1)fcc∥(10-1)bcc ∥(10-1)int [-110 ] fcc ∥ [111 ] bcc ∥ [111 ] int
Ni3Ti
Ni3Ti密排六方有序金属 间化合物
金属间化合物
钢中常见的金属间化合物
σ相（sigma）正方型结构
σ相（sigma）
点阵结构为正方
型，晶格参数 a=9.17Å， c=4.74Å， c/a=0.52 ，典型 的衍射如图
Chi相—Χ相
Chi相—Χ相以杆状形貌 析出， (Fe,Co)34Cr12Mo4， 晶体结构具有α-Mn的结 构（bcc结构），点阵 常数a=8.89Å，
R相 R相属于三角（菱形）点阵
Ni3Mo
基体晶带轴[-3，-1，1]， Ni3Mo[-1,2,0]，σ相[2， -1，1]
Ni3Mo（211）斑点和σ 相（022）暗场像
材料结构电子显微分析
层错分析
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
MC6碳化物
MC6碳化物是从M23C6转化 来的，晶体结构为面心立方， 点阵常数为11.06Å，略大 于M23C6，实际检测时发现： 与奥氏体基体的对称关系为 cube-cube关系：
{100}γ∥{100}M23C6 <100>γ∥<100>M23C6

材料分析测试技术材料X射线衍射和电子显微分析课件

材料分析测试技术材料X射线衍射和电子显微分析课件

实际案例分析
材料A的X射线衍射和电子显微分析
通过结合应用，确定了材料A的晶体结构和微观结构特征，为其性能研究提供了 有力支持。
材料B的缺陷分析
利用X射线衍射和电子显微分析，成功检测到材料B中的晶体缺陷和微观结构变化 ，为优化制备工艺提供了指导。
材料X射线衍射和电
04
子显微分析的发展
趋势与未来展望
材料X射线衍射与电
03
子显微线衍射
01
局限性：对于非晶体或无定形材料，X射 线衍射效果不佳。
03
02
特点：能够确定晶体结构，提供宏观尺度上 的晶体信息。
04
电子显微分析
特点：高分辨率和高放大倍数，能够观察 材料的微观结构和表面形貌。
05
06
局限性：对于轻元素和某些化学态的识别 能力有限，且需要薄样品。
电子显微镜的工作原理
电子显微镜利用电子替代传统显微镜的光子，通过电子束 与样品的相互作用，将样品中的信息传递到荧光屏上，形 成图像。
分辨率和放大倍数
电子显微镜的分辨率和放大倍数主要取决于物镜的焦距和 中间镜的放大倍数，其分辨率通常比光学显微镜高，能够 观察更细微的结构。
电子显微镜的应用
生物医学研究
料X射线衍射和电子显微分析。
02
自动化和智能化
随着人工智能和机器学习技术的发展，未来的材料X射线衍射和电子显
微分析将更加自动化和智能化，能够自动识别、分类和处理数据。
03
多维度和多尺度分析
未来的材料X射线衍射和电子显微分析将能够实现多维度和多尺度分析
，从微观到宏观全面揭示材料的结构和性能。
技术发展面临的挑战与机遇
挑战
随着材料科学的发展，新型材料不断涌现，需要不断更新和完善材料X射线衍射和电子显微分析技术。同时，随 着环保意识的提高，如何降低这些技术对环境的负面影响也是一个重要的挑战。

《电子显微术》课件

《电子显微术》课件
安全防护
操作电子显微镜时，要佩戴专业眼镜和手套等防 护用品，避免对人体造成伤害。
04
电子显微镜的优缺点
优点
01
高分辨率
电子显微镜的分辨率远高于光 学显微镜，能够观察更细微的 结构。
02观Leabharlann 厚样品电子显微镜可以观察较厚的样 品，而光学显微镜则受限于光 的穿透深度。
03
多种观察模式
电子显微镜有多种观察模式， 如透射、扫描、背散射等，可 以提供更多样化的信息。
《电子显微术》ppt课件
目录
• 电子显微术简介 • 电子显微镜的基本结构 • 电子显微镜的操作与样品制备 • 电子显微镜的优缺点 • 电子显微术的应用实例
01
电子显微术简介
定义与原理
定义
电子显微术是一种使用电子显微镜观 察样品的微观结构和形貌的现代分析 技术。
原理
电子显微镜利用电子替代传统光学显 微镜的光源，通过电子束与样品相互 作用产生信号，再利用图像处理技术 将信号转换成图像。
发展历程
1925年
德国物理学家Max Knoll和Ernst Ruska发 明第一台电子显微镜。
1931年
1940年代
第一台商用电子显微镜 问世。
透射电子显微镜（TEM ）和扫描电子显微镜（
SEM）的发展。
1980年代
引入计算机图像处理技 术，提高了成像质量。
种类与应用领域
种类
透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、扫描透射电子显微镜（STEM）、环境电子显 微镜（ESEM）等。
控制系统
控制系统是电子显微镜的指挥中心， 负责控制和协调各个系统的正常工作 和操作。
它通常包括各种控制按钮、开关、调 节器和显示器等，操作者可以通过控 制系统来调整电子显微镜的工作状态 和参数，以满足不同的观察需求。

现代材料分析方法扫描电子显微镜PPT课件

现代材料分析方法扫描电子显微镜PPT课件

2021/7/26
36
第36页/共61页
二、放大倍数及有效放大倍数
• 扫描电镜的放大倍数M取决于显象管荧光屏尺寸S2 和入射束在试样表面扫描距离S1之比，即：
M＝S2／S1
由于荧光屏尺寸S2是固定的，因此其放大倍数的变 化是通过改变电子束在试样表面扫描距离S1来实现 的。一般放大倍数在20～20万倍之间，且连续可调。
俄歇电子1 nm (0.5-2 nm)
二次电子5-50 nm
背散射电子50-500 nm
X射线0.1-1μm
• 上述信息，可以采用不同的检测仪器，将其转变为放大的电信号，并在显象管荧 光屏上或X－Y记录仪上显示出来，这就是扫描电镜的功能。
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第二节 扫描电镜结构和原理
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二、二次电子
• 二次电子是被入射电子轰击出来的核外电子，它来自于样品表面100Å左右(50~500Å)区域，能量为0～ 50eV，二次电子产额随原子序数的变化不明显，主要决定于表面形貌，因此能非常有效地显示样品的表面 形貌。
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4 样品室
• 样品室中最主要部件之一是样品台，它应该能够容纳大的试样（>100mm），还要能进行三维空间的移动、 倾斜（90－100度）和转动（360度），活动范围很大，又要精度高、振动小。样品台的运动可以用手动操 作，也可用计算机控制，目前样品台在三维空间的移动精度已达到1微米。
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0.5~10 300~1000 300~1000 100~1000
5~10
发射深度(nm) 5~50

材料电子显微分析课件

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0.61 N sin
(8-12)
式中， 是波长；N 是介质的相对折射率； 是透镜的孔径半
角。可见，波长 愈小、孔径半角 愈大，衍射效应限定的分
辨率r0就愈小，透镜的分辨率就愈高
由于衍射效应，对应物点的像是中心最亮、 周围呈亮暗相间
的圆环的圆斑—埃利斑
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15
第二节 电磁透镜的像差与分 辨率
式中， 为光源波长。表明，光学显微镜的分辨率取决于光
源波长，约为波长的一半。可见提高分辨率关键在于减小光
源的波长。在可见光波长范围内，其分辨率极限为200nm
显微镜光源首先要具有波动性，其次要有能使其聚焦的装置
1924年电子衍射实验证实电子具有波动性，波长比可见光短 十万倍；1926年发现用轴对称非均匀磁场能使电子波聚焦； 1933年设计并制造出世界上第一台透射电子显微镜
第一节 电子波与电磁透镜
二、电磁透镜
式 (8-8)表明，电磁透镜的焦距总是正的，焦距大小可通过改 变激磁电流而变化，电磁透镜是变焦距或变倍率的会聚透镜
图8-3是电磁透镜结构及轴向磁感应强度分布示意图，短线圈 外加铁壳和内加极靴后，可明显改变透镜的磁感应强度分布
a)
b)
c)
图8-3 电磁透镜及其轴向磁感应强度分布示意图
能力出现差别而引起的，用rA表示像散的大小
rA fA
(8-10)
式中，fA为磁场出现非旋转对称时的焦距差； 是孔径半角。
通过引入强度和方位均可调节的矫正磁场消除像散。 若透镜
放大倍数M、像散与像平
面上最小散焦斑半径 RA 的关系为
图8-5 像散
rA
RA M
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第二节 电磁透镜的像差与分

篇电子显微分析PPT课件


带有带有极靴的磁透镜
极靴——进一
步缩小磁场轴 向宽度，在环 状间隙两边， 接出一对顶端 成园锥状的极 靴，可使有效 磁场集中到沿 透镜轴几mm范 围。
习题
• 电子波有何特征?与可见光有何异同? • 分析电磁透镜对电子波的聚焦原理，说明电磁透镜
的结构对聚焦能力的影响。 • 电磁透镜的像差是怎样产生的?如何消除和减少像差? • 说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素
安培电流）,钨丝表面电子获得大于逸出功的 能量，开始发射
（1）电子枪
• 阳极： • 加速从阴极发射出来的电子，以获得所
须的足够大的动能 • 阳极板放在阴极的下方，阳极板的中心
小孔对准钨丝的尖端 • 一般是阳极接地，阴极带有负高压
（1）电子枪
• 阳极板存在的问题： • 如过分缩小阳极小孔，穿过小孔的电子
光学显微镜的局限性
• 可见光的波长在 • 对玻璃透镜来说，取最
3900~7600埃，则 大孔径半角α=70～750，
其极限分辩率为
在物方介质为油的情况
2000埃
下，，那么其数值孔径
• 半波长是光学玻璃 nsinα=1.25~1.35
透镜分辨本领的理
论极限
∆r。=(1/2)
2.1.2 电子性质
• 高速运动的电子所具有的动能: eU 1 mv 2 2
•
高分辨电镜（HRTEM）
•
透射扫描电镜（STEM）
•
分析型电镜（AEM）等等。
• 入射电子束（照明束）也有两种主要形式：
•
平行束：透射电镜成像及衍射
•
会聚束：扫描透射电镜成像、微分析及微衍射
TEM的主要发展方向：
(1) 高电压：增加电子穿透试样的 能力，可观察较厚、较具代表 性的试样，现场观察辐射损伤; 减少波长散布像差; 增加分辨 率等，目前已有数部2-3MeV的 TEM在使用中。左图为200keV TEM之外形图。

【材料课件】第二章电子显微分析

❖ 2）分辨率较低；
❖ 3）产生与Z有关，
❖ 与形貌有关。
❖ 2、二次电子（secondary electrons, SE）
❖ 入射电子在试样内产生二次电子,所产生的二次 电子还有足够的能量继续产生二次电子，如此继 续下去，直到最后二次电子的能量很低，不足以 维持此过程为止。
特点：
❖ 1）能量低，为2-3ev。
❖ 四、影响透镜分辨率的因素：
❖ 1、球差
❖
球差是由于电磁透镜磁场的近轴区和远轴区对电子束
的会聚能力不同而造成的。 透镜球差图
❖
❖2、色差 ❖ 普通光学中不同波长的光线经过透镜时，因折射率 不同，将在不同点上聚焦，由此引起的像差称为色差。 电镜色差是电子波长差异产生的焦点漂移。 ❖透镜色差图
❖ 3、轴上像散 ❖ 轴上像散又可简称为像散，它是由于透镜磁
❖ 当试样厚度小于入射电子的穿透深度时，入射电 子将穿透试样，从另一表面射出称为透射电子。如 果试样很薄，只有10-20nm的厚度，透射电子的 主要组成部分是弹性散射电子，成像比较清晰，电 子衍射斑点也比较明锐。
❖ 6、X射线 ❖ X射线（包括特征X射线、连续辐射和X光荧光）
信号产生的深度和广度范围较大。 ❖ 荧光X射线是特征X射线及连续辐射激发的次级
❖ 方法：
❖ 1、透射电镜（TEM） ❖ 2、扫描电镜（SEM） ❖ 3、电子探针（EMPA）
光学显微镜ห้องสมุดไป่ตู้
优点： 简单，直观。
局限性：分辨本领低（0.2微米）；只能观察表面形 貌；不能做微区成分分析。
化学分析
优点： 简单， 方便。
局限性：只能给出试样的平均成分，不能给出所含 元素随位置的分布；不能观察象 。
特征辐射。X射线在固体中具有强的穿透能力，无 论是特征X射线还是连续辐射都能在试样内达到较 大的范围。
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能力出现差别而引起的，用rA表示像散的大小
rA fA
(8-10)
式中，fA为磁场出现非旋转对称时的焦距差； 是孔径半角。
通过引入强度和方位均可调节的矫正磁场消除像散。 若透镜
放大倍数M、像散与像平
面上最小散焦斑半径 RA 的关系为
图8-5 像散
rA
RA M
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第二节 电磁透镜的像差与分
/ nm 0.00859 0.00601 0.00487
U / kV 80 100 120
/ nm 0.00418 0.00371 0.00334
U / kV 200 500 1000
/ nm 0.00251 0.00142 0.00087
可见光波长为390~760nm，在常用加速电压下，电子波波长比
第一台电子显微镜于20世纪30年代问世，经历了几个阶段
的发展，使电子显微分析技术已成为材料科学等研究领域
中最重要的分析手段之一
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1
第二篇 材料电子显微分析
第八章 电子光学基础 第九章 透射电子显微镜 第十章 电子衍射 第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析 第十二章 高分辨透射电子显微术 第十三章 扫描电子显微镜 第十四章 电子背散射衍射分析技术 第十五章 电子探针显微分析 第十六章 其他显微结构分析方法
第一节 电子波与电磁透镜
二、电磁透镜
式 (8-8)表明，电磁透镜的焦距总是正的，焦距大小可通过改 变激磁电流而变化，电磁透镜是变焦距或变倍率的会聚透镜
图8-3是电磁透镜结构及轴向磁感应强度分布示意图，短线圈 外加铁壳和内加极靴后，可明显改变透镜的磁感应强度分布
a)
b)
c)
图8-3 电磁透镜及其轴向磁感应强度分布示意图
a) 有铁壳 b) 有极靴 c) 磁感应强度分布
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第二节 电磁透镜的像差与分 辨率
一、像差
电磁透镜像差分为两类，即几何像差和色差
几何像差包括球差和像散，又称为单色光引起的像差。球差 是由于透镜中心区域和边缘区域对电子折射能力不同形成的； 像散是由于透镜磁场非旋转对称性引起不同方向的聚焦能力 出现差别
rs 式中，CS为球差系数；
是孔14径C半s角3 。
(8-9) 减小球差的途径是减
小CS和小孔径角成像。若透
镜放大倍数为M，球差与像
平面上最小散焦斑半径RS的
关系为
rs
RS M
图8-4 球差
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第二节 电磁透镜的像差与分 辨率
一、像差
(二) 像散
如图8-5， 像散是由于透镜磁的非旋转对称导致不同方向聚焦
一辨、像率差Biblioteka (三) 色差如图8-6 ， 色差是由于入射电子波长(或能量)的非单一性导致 聚焦能力的差别所造成的，用rC表示色差的大小
色差是波长不同的多色光引起的像差。色差是透镜对能量不 同电子的聚焦能力的差别引起的
下面将分别讨论球差、像散和色差形成的原因，以及消除或 减小这些像差的途径
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第二节 电磁透镜的像差与分 辨率
一、像差
(一) 球差
如图8-4，球差是由于透镜中心区域和边缘区域对电子的折射
能力不同而形成的，用 rs表示球差的大小
h 2emU
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(8-4)
5
第一节 电子波与电磁透镜
二、电子波的波长特性
若电子速度较小，其质量和静止时相近，m m0；否则，m 需
经相对论校正
m m0
1v c2
(8-5)
式中，c 为光速。不同加速电压下电子波的波长见表8-1
U / kV 20 40 60
表8-1 不同加速电压下电子波的波长(经相对论校正)
第二篇 材料电子显微分析
利用电子显微镜观察和分析材料的组织结构，称为电子显 微分析术
电子显微镜是以电子束为光源的显微分析仪器，主要包括： 透射电子显微镜、扫描电子显微镜和电子探针
电子显微镜的分辨率很高，目前透射电子显微镜的分辨率 已优于0.1nm，达到了原子尺度
电子显微镜的分析功能很多，目前一台电子显微镜可兼有 微观组织形貌、晶体结构、微区成分等多种分析功能
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4
第一节 电子波与电磁透镜
二、电子波的波长特性
电子波的波长取决于电子运动速度和质量，即
h
(8-2)
式中，h 是普朗克常数； m 是mv电子质量；v 是电子的速度，
它与加速电压U 的关系
1 mv2 eU 2
即
v 2eU
式中 e 为电子的电荷。由式(8m-2)和式(8-3)得
(8-3)
(8-6)
f L1 L2 1 1 1
M f
L K
f
1 f 焦U 距r f (IN )2
可MfM由下LLL11 1式ff L近f f2 似计算 (8-7)
fK Ur
(8-8)
式中，K是常数( I；N )U2 r 为经校正的
加速电压；IN 为线圈安匝数
图8-1 电磁透镜聚焦原理示意图
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8
分量作用下，形成使电子向主
轴靠近的径向力Fr，而使电子
c)
作螺旋近轴运动
图8-1 电磁透镜聚焦原理示意图
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第一节 电子波与电磁透镜
三、电磁透镜
比较图8-1d、e可见，电磁透镜对平行主轴的电子束的聚焦与 玻璃透镜相似，其物距L1、像距L2、焦距 f 的关系为
放大倍数M为
d) e)
1 1 1
可见光小5个数量级
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6
第一节 电子波与电磁透镜
三、电磁透镜
电子显微镜中利用磁场使电子
波聚焦成像的装置称电磁透镜
如图 8-1 所示，通电的短线圈
是最简单的电磁透镜，形成一
a)
种轴对称不均匀的磁场
速度v 的电子平行进入透镜，
b)
在 A点受Br的作用，产生切向
力Ft 而获得切向速度Vt ；在Bz
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2
第八章 电子光学基础
本章主要内容 第一节 电子波与电磁透镜 第二节 电磁透镜的像差与分辨率 第三节 电磁透镜的景深和焦长
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3
第一节 电子波与电磁透镜
一、光学显微镜的分辨率极限
分辨率指物体上所分辨的两个物点的最小间距。光学显
微镜的分辨率为，
r0
1 2
400到760纳米
(8-1)
式中， 为光源波长。表明，光学显微镜的分辨率取决于光
源波长，约为波长的一半。可见提高分辨率关键在于减小光
源的波长。在可见光波长范围内，其分辨率极限为200nm
显微镜光源首先要具有波动性，其次要有能使其聚焦的装置
1924年电子衍射实验证实电子具有波动性，波长比可见光短 十万倍；1926年发现用轴对称非均匀磁场能使电子波聚焦； 1933年设计并制造出世界上第一台透射电子显微镜