第六章电子及物质交互作用.ppt

教案 第六周, 3学时;材料近代分析测试方法;引言 电镜的发展历史; 中国1958年研制成功透射式电子显微镜，其分辨本领为3纳米，1979年又制成分辨本领为0.3纳米的大型电子显微镜。 为了能研究较厚的金属样品，法国杜洛斯电子光学实验室已经研制出加速电压为3500千伏的超高压电子显微镜。 ;光学显微镜的局限性 电子波的波长 电磁透镜;光学显微镜的局限性;最小分辨距离计算公式 其中 ——最小分辨距离 ——波长 ——透镜周围的折射率 ——透镜对物点张角的一半， 称为数值孔径，用 N.A 表示;由于光的衍射，使得由物平面内的点O1 、 O2 在象平面形成B1 、 B2圆斑（Airy斑）。若O1 、 O2靠的太近，过分重叠，图象就模糊不清。 ; ;;对于光学显微镜，N.A的值均小于1，油浸透镜也只有1.5-1.6，而可见光的波长有限，因此，光学显微镜的分辨本领不能再提高。 提高透镜的分辨本领：增大数值孔径是困难的和有限的，唯有寻找比可见光波长更短的光线才能解决这个问题。 ;电子的波长;第六章电子及物质交互作用; 用电子束作光源，用电磁场作透镜。 电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，和电子束的能量有关:波长=hc/E,也就是说电压越高波长越短。目前TEM的分辨力可达0.2nm。 可见光的波长约为300～700纳米,而电子束的波长与加速电压有关。当加速电压为50～100千伏时,电子束波长约为0.0053～0.0037纳米。 ;现在电子显微镜最大放大倍率超过300万倍，而光学显微镜的最大放大倍率约为2000倍，所以通过电子显微镜就能直接观察到某些重金属的原子和晶体中排列整齐的原子点阵。 ;第六章电子及物质交互作用; 电子透镜的象差与分辨本领 电磁透镜也存在缺陷，使得实际分辨距离远小于理论分辨距离，对电镜分辨本领起作用的象差有几何象差（球差、象散等）和色差。 几何象差是因为透镜磁场几何形状上的缺陷而造成的； 色差是由于电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的。 ;6.1 散 射 (P69);6.1.1 原子核对电子的弹性散射;第六章电子及物??交互作用;散射因子：;6.1.2 原子核对电子的非弹性散射;6.1.3 核外电子对入射电子的非弹性散射;6.2 高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息;芯电子激发：;式中 δ SE = ISE/IP;第六章电子及物质交互作用;2) 空间分辨率高;第六章电子及物质交互作用;3、信号收集效率高;6.2.2 背散射电子（BE）;E0处是弹性散射峰，50eV的低能端较宽的二次电子峰，之间是非弹性散射电子构成的背景，用高灵敏度的检测装置，可发现其中仍有微弱电子峰，它们是俄歇电子峰及特征能量损失峰。;我们这里要利用的是那些能量较高，接近于E0的背散射电子。其特点如下：;第六章电子及物质交互作用;6.2.3 吸收电子(AE);6.2.4 特征X射线及俄歇电子;第六章电子及物质交互作用; 前述K层电子复位释放出的能量EK – EL，还能继续产生电离，使另外一核外电子脱离原子变成二次电子。如EK – EL2 EL,它可能使L2,L3,M,N层以及导带V上的电子逸出，产生相应的电子空位，使L2层电子逸出的能量略大于KL，既要产生L2层电子空位，还有逸出功，这种能量仍然只随元素的不同而不同，具有这种特征能量值的电子称俄歇电子。如图6-6c所示。;;利用俄歇电子进行元素分析的仪器称俄歇电子能谱仪（AES）;6.2.5 自由载流子形成的伴生效应;1、产生阴极发光;2、产生电子感生电导;6.2.6 入射电子和晶体中电子云相互作用;等离子激发：;特征能量损失电子：;6.2.7 入射电子和晶格相互作用;低损失电子（LLE）：;6.2.8 周期脉冲电子入射的电声效应;6.2.8 透射电子（TE）;2、衍射效应：;第六章电子及物质交互作用;第七章 透射电子显微分析; 材料的性能取决于它的微观结构及成分分布。因此，为了研究新的材料或改善传统材料，必须以尽可能高的分辨能力观测和分析材料在制备、加工及使用条件下（包括相变过程中，外加应力及各种环境因素作用下等）微观结构和微区成分的变化，并进而揭示材料成分—工艺—微观结构—性能之间关系的规律，建立和发展材料科学的基本理论。改炒菜式为合金设计。;透射电子显微镜（TEM）正是这样一种能够以原子尺度的分辨能力，同时提供物理分析和化学分析所需全部功能的仪器。特别是选区电子衍射技术的应用，使得微区形貌与微区晶体结构分