《材料电子及中子分析技术》全套教学课件.pptx

;《材料研究方法》课程介绍;;;

晶体中的晶面、晶向之间的三维空间关系研究困难，如通过某种方法转变为二维面上的关系，研究就会容易得多，该法就是晶体投影。

1、定义：

晶体投影是指将构成晶体的晶面和晶向等几何元素以一定的规则投影到投影面上，使晶面、晶向等几何元素的空间关系转换成其在投影面上的关系，该过程称晶体投影。（三维关系-二维关系）

2、投影面分类：有球面和赤平面两种

3、投影分类：为球面投影和极射赤面投影;1.定义：

球面投影是指晶体位于投影球的球心，将其晶面和晶向以一定的方式投影到球面上的一种方法。

;1）迹式球面投影;2）极式球面投影;1、定义：极射赤面投影是一种二次投影，即将晶体的晶面或晶向的

球面投影再以一定的方式投影到赤平面上所获得的投影。;2、球面投影与极射赤面投影之间的关系;标准极射赤面投影图（简称标准极图）：是以晶体的某一简单晶面为投影面，将各晶面的球面投影再投影到此平面上去所形成的投影图。;;小结：;;课程内容;一、背景;正空间中的晶面按一定的规则转变为倒空间的一阵点，所有晶面转变为一系列规则排列的阵点，组成倒空间的倒易点阵。倒空间的原点出发至该点为响应的倒易矢量，矢量的方向垂直与晶面，矢量的大小为晶面间距的倒数。;;;三、正倒空间之间的关系;;;（2）倒易矢量;;五、晶带定律与广义晶带定律

;1）可以判断空间两个晶向或两个晶面是否相互垂直；2）可以判断某一晶向是否在某一晶面上（或平行于该晶面）；3）若已知晶带轴，可以判断哪些晶面属于该晶带；4）若已知两个晶带面为（h1k1l1)和(h2k2l2)，可由式（1-48）求出晶带轴；5）已知两个不平行但相交的晶向，可求出过这两个晶向的晶面；6）已知一个晶面及其面上的任一晶向，可求出在该面上与该晶向垂直的另一晶向；7）已知一晶面及其在面上的任一晶向，可求出过该晶向且垂直于该晶面的另一晶面。

;六、小结;;课程内容;一、电子散射;一、电子散射;一、电子散射;1．弹性散射;根据动量守恒，有;电子损失能量;将(7)和(8)式代入(4)式得;整理得;由于sin2θ1，可认为;2．非弹性散射;;1）一个孤立原子的总散射截面?：?＝?n＋Z?e

?n－原子核的弹性散射截面

Z?e－所有核外电子的非弹性散射截面。;二、电子束与物质作用产生的物理信息;1．二次电子-用于SEM,STEM

即在电子束与样品物质发生作用时，非弹性散射使原子核外的电子可能获得高于其电离的能量，挣脱原子核的束缚，变成了自由电子，那些在样品表层（5～10nm），且能量高于材料逸出功的自由电子可能从样品表面逸出，成为真空中的自由电子，其强度用IS表示。

特点：

1）对样品表面形貌敏感

2）空间分辨率高

3）收集效率高

4）二次电子的能量小，一般小于50eV，多为2～5eV。

5）二次电子的取样深度浅（5～10nm）;2．背散射电子-用于SEM中形貌分析

指入射电子作用样品后被反射回来的那部分入射电子，其强度用IB表示。

由弹性和非弹性背散射电子两部分组成。

弹性背散射电子：从样品表面直接反射回来的入射电子，其能量基本未变；

非弹性背散射电子：散射角累计超过90?，重返样品表面的入射电子。经历多次散射，能量分布较宽，从数eV～接近入射电子的能量。

电子显微分析中所使用的主要是弹性背散射电子以及能量接近入射电子的那部分非弹性背散射电子。

背散射电子特点：

1）产额?BSE对样品的原子序数敏感。常用于样品的成分分析。

2）产额?BSE对样品形貌敏感。常用于样品的形貌分析。

3）空间分辨率低。空间分辨率一般只有50～200nm。

4）信号收集效率低。由于能量高，受外场的作用就小，收集效率低。;3．吸收电子

是指入射电子中进入样品后，经多次散射能量耗尽，既无力穿透样品，又无力逸出样品表面的那部分入射电子。

（1）当样品较厚时，入射电子无力穿透样品（IT=0），即：

I0=IS+IB+IA则IA=I0-（IS+IB）

（2）吸收电子的空间分辨率一般为100～1000nm。

4．透射电子-TEM

当入射电子的有效穿透深度大于样品厚度时，形成的透射电子，强度为IT。

关系：I0=IS+IB+IA+IT。

透射电子反映了样品的厚度、成分和结构，TEM即为该信号进行分析的。;5．特征X射线-能谱仪

特征X射线可用于微区成分分析，电子探针就是利用特征X射线进行分析的。

6．俄歇电子

俄歇电子具有以下特点：

1）特征能量。能量决定于原子壳层的能级，因而具有