电子衍射实验ppt优秀课件

法这个有效的工具。
g 在
因
作
g
图
hkl
过

程1中 d hkl
，，我由于们这首两先个规条定件爱，瓦使爱尔瓦德尔球德的球半本径身为已置1 于例，易又
空间中去了，在倒易空间中任一 hkl 矢量就是正空间中(hkl)晶面
代表，如果能记录到各 g hkl 量的排列方式．就可以通过坐标变换，
推测出正空间中各衍射晶面问的相对方位，这就是电子衍射分析要
将它们叉乘，则有
g 和g h1k1l1
h2k2l2
uvg w h 1 k1 l1g h 2k2 l2
uk1 l2k2 l1,vl1 h 2 l2h 1,w h 1 k2h 2k1
若取 g h 1 k 1 l 1 1 ,g 1 h 2 k 2 l 2 0 1 , 则 2 u0 v 0 w 0
的指数应是



1、 1 10 、 0 1 1 0 、 1 1、 2 0、 0 2 00 、 0 0、 2 0 2 0 0 。
再来看[011]晶带的标准零层倒易截面，
1. 1.满足晶带定理的条件是衍射晶面的k和l两个指数必须相等
和符号相反；
. 2.如果同时再考虑结构消光条件，则指数h必须是偶数。因此
只有同时又满足 F的0(hkl)晶面组才能得到衍射束。考虑到这
一点．我们可以把结构振幅绝对值的平方
F作2为“权重”加到
相应的倒易阵点上去，此时倒易点阵中各个阵点将不再是被为等同
的，“权重”的大小表明各阵点所对应的晶面组发生衍射时的衍射
束强度。所以，凡“权重”为零，即F=0的那些阵点，都应当从倒
易点阵中抹去，仅留下可能得到衍射束的阵点；只要这种F0 的

**正点阵中每—（HKL）对应着一个倒易点，该倒易点在倒易
点阵中坐标(可称阵点指数)即为(HKL),反之，一个阵点指数为
HKL的倒易点对应正点阵中一组(HKL),(HKL)方位与晶面间距
• 两种衍射技术得到的衍射花样在几何特征上也大 致相似：多晶体的电子衍射花样是一系列不同半 径的同心圆环，单晶衍射花样由排列得十分整齐 的许多斑点所组成，而非晶体物质的衍射花样只 有一个漫散的中心斑点.
4
NiFe多晶纳米薄膜的电子衍射
5
La3Cu2VO9晶体的电子衍射图
•
6
非晶态材料电子衍射图的特征
• 普通电子显微镜的“宽束”衍射（束斑直径≈1μm）只能得 到较大体积内的统计平均信息，微束衍射可研究分析材料中 亚纳米尺度颗料、单个位错、层错、畴界面和无序结构，可 测定点群和空间群。
2
§7-1 Introduction
• 电子衍射的优点是可以原位同时得到微观形貌和结 构信息，并能进行对照分析。
• 其次，在进行电子衍射操作时采用薄晶样品，样 品的倒易阵点会沿着样品厚度方向延伸成杆状， 因此，增加了倒易阵点和爱瓦尔德球相交截的机 会，结果使略为偏离布格条件的电子束也能发生 衍射。
9
电子衍射和X射线衍射不同之处
• 电子波的波长短，采用爱瓦德球图解时，反射球的半 径很大，在衍射角θ较小的范围内反射球的球面可以 近似地看成是一个平面，从而也可以认为电子衍射产 生的衍射斑点大致分布在一个二维倒易截面内。这个 结果使晶体产生的衍射花样能比较直观地反映晶体内 各晶面的位向，给分析带来不少方便。
7
• 电子衍射原理与X射线衍射相似，是以满足 （或基本满足）布拉格方程作为产生衍射 的必要条件。
• 所得的衍射花样在几何特征上也大致相似.

Fg=Σfnexp(ifn) =Σfnexp[2p r·(Kg-K0)] =Σfnexp[2p r·(hxn+kyn+lzn)] 利用欧拉公式改写 Fg2={[Σfn·cos2p (hxn+kyn+lzn)]2+[Σfn·sin2p (hxn+kyn+lzn)]2}
•Pay attention
常用点阵的消光规律
各种晶形相应的倒易点宽化的情况
小立方体
六角形星芒
小球体
大球加球壳，
盘状体
杆
针状体
盘
问题
（参见图2-12）
为什么Ewald球与倒易面相
切会有很多斑点?
晶形
z
小立方体
x t1
t2 1 t 2
y
球D
D
盘
t
D
针状
t
1t
倒易空间的 强度分布
1 t1 1t
1t 1D
图 2-12
各种 晶形 相应 倒易 点宽 化情 形
斑点花样的形成原
本章重点
理、实验方法、指数标
定、花样的实际应用。
菊池线花样和会聚束花
样只作初浅的介绍。
2.1. 衍射几何
2.1.1. 晶体结构与空间点阵
空间点阵＋结构基元＝晶体结构 晶面：（hkl）,{hkl} 用面间距和晶面法向来 表示 晶向: [uvw], <uvw> 晶带：平行晶体空间同一晶向的所有晶面的 总称 ，[uvw]
晶带定律
r·g =0，狭义晶带定律， 倒易矢量与r垂直，它们 构成过倒易点阵原点的倒 易平面
r·g＝N，广义晶带定律,倒 易矢量与r不垂直。这时g 的端点落在第非零层倒易 结点平面。

研究土壤、水等环境样品的成分和结构。
研究人体组织、细胞等生物样品的结构和功能。
02
电子衍射实验结果分析
03
数据处理与筛选
对采集到的数据进行处理和筛选，去除异常值和噪声，确保数据的质量和可靠性。
实验数据收集与整理
01
选择合适的实验条件
根据需要选择适当的加速电压、束流强度、样品厚度等实验条件，以确保实验数据的可靠性和稳定性。
药物设计与筛选
基于生物大分子的结构信息，电子衍射技术可用于药物设计与筛选，发现能够与目标分子结合的药物分子，提高药物研发的效率和成功率。
药效机制研究
01
通过对药物作用靶点的结构分析，电子衍射技术有助于研究药物的疗效机制和作用方式。
药物研发与筛选
药物优化设计
02
基于药物的靶点结构和药效机制，电子衍射技术可以优化药物设计，提高药物的疗效和降低副作用。
研究材料合成方法
新材料研发
04
电子衍射技术在医学及生物学中的应用
医学影像分析
高分辨率成像
电子衍射技术能够提供医学影像的高分辨率成像，有助于诊断病情和评估治疗效果。
蛋白质结构分析
通过电子衍射技术，可以解析蛋白质的三维结构，有助于研究蛋白质的功能和作用机制。
生物大分子结构解析
核酸结构研究
电子衍射技术也可用于研究核酸的结构，如DNA和RNA的双螺旋结构和高级结构，揭示遗传信息的传递和表达调控机制。
高能电子衍射技术的发展将促进材料科学、物理学和化学等学科的交叉与融合。
03
原位电子衍射技术的应用将推动材料科学、物理化学等领域的发展，为实际应用提供更多有价值的信息。
原位电子衍射技术应用
01
原位电子衍射技术能够实时观察材料在特定条件下的结构变化。

5种二维布拉菲点阵与倒易点阵的图示
(1)二维点阵基矢与其倒易点阵基矢之间的关系
若以二维点阵中任意阵点为坐标原点，建立二维 正交坐标系，则二维基矢a与b可表达为： a = axi + ayj b = bxi + byj - - - - - - - (9) 二维倒易基矢也可以表达为： a* = a*xi + a*yj b* = b*xi + b*yj - - - - - - - (10) 将(9) (10)式，代入(8)的矢量点积坐标表达式得： a*xax+a*yay=b*xbx+b*yby=1 a*xbx+a*yby=b*xax+b*yay=0 - - - - - (11) 解(11)式得：
（2） Rd= λL的矢量表达式的推导
当入射电子束的加速电压一定时，电子波长 λ值恒 定，则令 λL=C（C为常数，称为相机常数） 由（4）式Rd= λL知 Rd=C - - - - (5) 由倒易点阵与点阵平面距离间的关系： g=1/d (g为(HKL)面倒易矢量,g为g的模) ∴ R=Cg - - - - - -(6) 因为电子衍射2θ很小，R与g近乎平行，故(6)式可演变 为矢量形式： R = Cg - - - - - -(7) R为透射斑到衍射斑的连接矢量，称为衍射斑点矢量。 由式(7)可知，R与g相比只是放大了C倍，所以从图 中可知单晶电子衍射花样是所有与反射球相交的倒易点 的放大像。
2、二维点阵和二维点阵的倒易点阵
低能电子衍射来自于样品表面的原子的相干 散射，故可将样品表面视为二维点阵。 上图所示单晶表面原子排列规则就可用二维点 阵描述。与三维点阵的排列规则可用14种布拉菲 点阵表达相似，二维点阵的排列可用5种二维布拉 菲点阵表达。(如后图所示) 对于由点阵矢量a与b定义的二维点阵，若由 点阵基矢a*与b*定义的二维点阵满足： a*· a = b*· b=1 a*· b = b*· a=0 - - - - - - - (8) 则称a*与b*定义的点阵是a与b定义的点阵的倒易 点阵。

R4 R3
h3k3l3
①矢径的长度 R1 , R2 ,
R3 …Rj
夹角 θ1, θ2,θ3…θj
R2
②矢径的长度 R1,R2,R3…Rj
O
R1 h1k1l1 晶面间距 d1,d2,d3…
a. 已知的相机常数K
b. 电子衍射的基本公式：R=K/d, 晶面间距 d1,d2,d3…
精品课件
12
③RR2 Rj2/R12 点阵类型晶面族指数{hkl}
精相品符课；件 依此类推。
24
➢确定物相
已知K＝14.1mmÅ,d=K/R,
A 1 1 0 112 114
C
D
ddAC==11..918466ÅÅ,,ddB=D=1.04.1605Å6Å, 与-Fe标准d值符合的很好
000 B 002 E 004 ➢确定晶带轴方向 得选B取[1r1B=0](002), rA=(1-10),求
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3
420
2
1 11
331
000 1 331
11 1
420
➢ 假定斑点1为(111)，尝试 斑点2 (-3 3 1) ， f＝820， 相符；
R3= R2-R1，斑点3为(-4 20)；同理，推出其它点 指数。
➢ 求出晶带轴指数[uvw]
[uvw]=[123]
精品课件
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谢谢！
精品课件
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R2
R3
O
R1
h3k3l3 h1k1l1
HH21uuKK12vvLL12ww00

❖ 通常电子衍射图的标定过程可分为下列三种情况:
1)已知晶体(晶系、点阵类型)能够尝试标定。 2)晶体虽未知,但依照研究对象估计确定一个范围。就在这
些晶体中进行尝试标定。 3)晶体点阵完全未知,是新晶体。此时要通过标定衍射图,来
确定该晶体的结构及其参数。所用方法较复杂,可参阅电 子衍射方面的专著。
征之因此区别X射线的主要原因。
8-2 偏离矢量与倒易点阵扩展
❖ 从几何意义上来看,电子束方向与晶带轴重合时,零层倒易 截面上除原点0*以外的各倒易阵点不估计与爱瓦尔德球相 交,因此各晶面都可不能产生衍射,如图(a)所示。
❖ 假如要使晶带中某一晶面(或几个晶面)产生衍射,必须把 晶体倾斜,使晶带轴稍为偏离电子束的轴线方向,此时零层 倒易截面上倒易阵点就有估计和厄瓦尔德球面相交,即产 生衍射,如图(b)所示。
量。
倒易点阵扩展
❖ 下图示出偏离矢量小于零、等于零和大于零的三种情况。 如电子束不是对称入射,则中心斑点两侧和各衍射斑点的 强度将出现不对称分布。
8-3 电子衍射基本公式
❖ 电子衍射操作是把倒易点阵的 图像进行空间转换并在正空间 中记录下来。用底片记录下来 的图像称之为衍射花样。右图 为电子衍射花样形成原理图。
❖ Rdhkl=f0·MI·Mp·λ=L＇λ ❖ 称Lˊλ为有效相机常数
选区衍射
❖ 选区衍射就是在样品上选择一个 感兴趣的区域,并限制其大小,得 到该微区电子衍射图的方法。也 称微区衍射。
❖ 光阑选区衍射(Le Poole方式) 此法用位于物镜像平面上的光阑 限制微区大小。先在明场像上找 到感兴趣的微区,将其移到荧光 屏中心,再用选区光阑套住微区 而将其余部分挡掉。理论上,这 种选区的极限≈0、5μm。

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1）已知相机常数和样品晶体结构
测量靠近中心斑点的几个衍射斑点至
中心斑点的距离R1，R2，R3，R4，… 1
根据衍射基本公式R=λL/d，计算相应
面间距di
2
由于晶体结构已知，
di相应晶面族的面间距 相应晶面族指数{hkl}i
3
测量各衍射斑点之间的夹角
4
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确定离开中心斑点最近衍射点的指数 5
测量靠近中心斑点的几个衍射斑点至
中心斑点的距离R1，R2，R3，R4，…
1
根据R2j的顺序比,结合点阵消光规律判断 晶体的点阵类型。根据与某一R对应的N
值判定衍射面指数 2
其它同第一种情况中（4—8）步
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3) 相机常数已知，晶体结构未知时衍射花样的标定
测量低指数斑点的R值。应在几个不同方 位摄取电子衍射花样，保证能测出最前
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板条马氏体的衍射花样标定： 测得R1，R2，R3长度分别为 10.2mm, 10.2mm, 14.4mm. 测得R1和R2之间夹角为90°; R1和R3之间夹角为45°.
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残余奥氏体的衍射花样标定： 测得R1，R2，R3长度分别为 10.2mm, 10.2mm, 16.8mm. 测得R1和R2之间夹角为70°; R1和R3之间夹角为35°
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作业：
下图为某物象（面心立方a=4.3 ）的电子A衍 射谱，已知相机常数为 24.8mm. , R1=10mm, R2=A25.18mm,θ=83°，试标定该衍射谱。
●●
第一种方法
R2
R1
● ●●

矢量和是否满足R4。
➢ 试定 R1点指数（110） R2点指数（211）则R4为(321)，不符合d值
所限定的指数(310)，需调整；
➢ R2点指数调为 (211) ，则R4为(301)，R3为(121) ➢ 校核夹角：(110)与 (211)夹角为73.22°, (110)与(301)夹角47.87°
因为
(R / M iM p )d fo
则
Rd foM iM p
定义L＇＝ƒoMiMp
为“有效相机长度”，则有 Rd＝λL＇＝K＇
其中K＇＝λL＇称为“有效相机常数”。式中L＇并不直接对应于样品
. 至照相底片的实际距离。
4
2. 选区电子衍射： 定义：对样品中感兴趣的微区进行电子衍射，以获得该微区电子衍射图 的方法。又称微区衍射，通过移动安置在中间镜上的选区光阑实现。 原理：
的晶面间距d1、d2、d3、d4.。。。把这些d值叫做计算值。
Ri(mm) di(nm) R1 R2 R3 R4
.
12
R3 R1 R4 φ R2φ1
③ 计算d值与标准d值比较； ④ 尝试标出两个基矢量(h1k1l1)和(h2k2l2)； ⑤ 由矢量运算求得其它斑点，反复验算夹角；
.
13
矢量关系: 2g(hkl)=g(2h,2k,2l)， 3g(hkl)=g(3h,3k,3l). g (h1,k1,l1)- g(h2,k2,l2) = g(h1-h2, k1-k2, l1-l2) g (h1,k1,l1)+g(h2,k2,l2) =g(h1+h2, k1+k2, l1+l2)
cos
h1h2 k1k2 l1l2
h12 k12 l12 h22 k22 l22

sin 10 2
2d hkl
102 rad 1 2
这表明，电子衍射的衍射角总是非常小的，这也是它的花样
特征之所以区别X射线的主要原因。
10
C
8-2 偏离矢量与倒易点阵扩展
从几何意义上来看，电子束方向与晶带轴重合时，零层倒 易截面上除原点0*以外的各倒易阵点不可能与爱瓦尔德球 相交，因此各晶面都不会产生衍射，如图（a）所示。
LOGO
第二篇 材料电子显微分析
第八章 电子衍射
1
C
电子衍射已成为当今研究物质微观结构的重要手段，是电子 显微学的重要分支。
电子衍射可在电子衍射仪或电子显微镜中进行。电子衍射分 为低能电子衍射和高能电子衍射，前者电子加速电压较低 （10～500V），电子能量低。电子的波动性就是利用低能电 子衍射得到证实的。目前，低能电子衍射广泛用于表面结构 分析。高能电子衍射的加速电压≥100kV，电子显微镜中的电 子衍射就是高能电子衍射。
因这为说明，对s于in给定2的dhk晶l 体1 样品，所只以有当入2射dh波kl 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
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
普通电子显微镜的“宽束”衍射（束斑直径≈1μm）只能得 到较大体积内的统计平均信息，而微束衍射可研究分析材料 中亚纳米尺度颗料、单个位错、层错、畴界面和无序结构， 可 电子衍射的优点是可以原位同时得到微观形貌和结构信 息，并能进行对照分析。电子显微镜物镜背焦面上的衍 射像常称为电子衍射花样。电子衍射作为一种独特的结 构分析方法，在材料科学中得到广泛应用，主要有以下 三个方面：