材料电子及中子分析技术第2章 电子显微分析基础ppt.pptxVIP

电子散射及电子束与固体物质的作用材料研究方法南京理工大学材料学院·朱和国

课程内容一电子散射电子束作用固体物质产生的物理信号二

一、电子散射由德布罗意的观点：运动的电子与可见光相似，具有波动性，由波粒二象性方程可得电子波的波长：不同加速电压时电子波的波长加速电压U/kV电子波长l/nm加速电压U/kV电子波长l/nm123451020300.03380.02740.02240.01940.07130.01220.008590.006984050608010020050010000.006010.005360.004870.004180.003700.002510.001420.000871.电子波长

一、电子散射常用靶材和滤片阳极靶材原子序数ZK系特征波长/nmK吸收限lK/nmU/kV滤波片原子序数ZK吸收限lK/nm厚度/mmIKa/I0lKalKbCr240.2291000.2084870.207025.43V230.2269100.0160.5Fe260.1937360.1756610.1743466.4Mn250.1896430.0160.46Co270.1790260.1620790.1608156.93Fe260.1743460.0180.44Ni280.1659190.1500140.1488077.47Co270.1608150.0180.53Cu290.1541840.1392220.1380578.04Ni280.1488070.0210.40Mo420.0710730.063228044Zr400.0688830.1080.312.X射线的波长

一、电子散射（1）根据电子散射前后能量是否变化，电子散射分为弹性散射和非弹性散射。弹性散射：电子能量不变，仅仅改变了电子运动方向，而不改变电子的波长非弹性散射：电子能量减小，不仅改变电子运动方向，同时电子波长的增加。（2）根据电子的波动特性，电子散射分为相干散射和非相干散射。相干散射：电子在散射后波长不变，并与入射电子有确定的位相关系；非相干散射：电子与入射电子无确定的位相关系。（3）原子＝原子核＋核外电子，且核的质量远远大于电子的质量。（4）散射有两部分：原子核和核外电子分别散射，两者具有不同的特征。

1．弹性散射?Emax－电子散射前后的最大能量损失；A－原子质量数（质子数和中子数之和）；?－散射半角；2?－散射角；2?90?－前散射；2?90?－背散射；E0－入射电子的能量。当入射电子与原子核的作用为主要散射过程时：此时，电子散射后的能量损失主要取决于散射角的大小。当?5?散射时，在能损在10-3～10-1eV之间；背散射（???/2）时，能损可达数个eV。而E0高达100～200keV，能损忽略不计，即看成弹性散射。

根据动量守恒，有(1)设电子的质量为m，初始速度为v0，原子的质量为M，电子和静止的原子碰撞后，电子的速度变为v，原子的速度为V，建立直角坐标系，各速度方向如图所示。已知电子初动能为E0，则根据能量守恒，得8v0xyvV2θ

电子损失能量由(2)式得由(3)式得将(5)式代入(6)式得9注意：△E=E0—末动能—热损。如不考虑热损，△Emax=E0—末动能，这样定性分析应该有一定道理。式中的△E=△Emax

将(7)和(8)式代入(4)式得而由(1)式得由(9)式和(10)式代入得10

整理得上式两边平方设A为原子量，原子质量M=质子总质量+中子总质量+电子总质量≈质子总质量+中子总质量=质子数*质子质量+中子数*中子质量=1836Am≈1840Am，得11将上述近似代入(12)式得

由于sin2θ1，可认为同时考虑到ΔE很小，可忽略ΔE的二次项，因此，上式可近似为最后得到能量损失#12

2．非弹性散射当入射电子与核外电子的作用为主要过程时：由于两者的质量相同，发生散射作用时，入射电子将其部分能量转移给了原子的核外电子，使核外电子的分布结构发生了变化，引发多种如特征X射线、二次电子等激发现象。这种激发是由于入射电子的作用而产生的，故又称之为电子激发。电子激发属于一种非电磁辐射激发，它不同于电磁辐射激发如光电效应等。入射电子被散射后其能量将显著减小，是一种非弹性散射。3．散射的表征：散射截面U－加速电压Ze－核电荷数2?－散射角

2?2?入射方向散射方向入射方向rnre（a）原子核的散射（b）核外电子的散射图5-2电子与一个孤立原子的散射示意图

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