透射電鏡中的電子衍射

1、第六章第六章 透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡 2021-7-252 5.4 電子衍射 6.8 透射電鏡中的電子衍射 6.9 常見的電子衍射花樣 第六章第六章 透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡 2021-7-253 6.8 透射電鏡中的電子衍射 6.8.1 有效相機(jī)常數(shù) 6.8.2 選區(qū)電子衍射 2021-7-254 電子衍射操作是把倒易點(diǎn) 陣的圖像進(jìn)行空間轉(zhuǎn)換并 在正空間中記錄下來。用 底片記錄下來的圖像稱之 為衍射花樣。圖10.13為電 子衍射花樣形成原理圖。 R=Lghkl=Kghkl R=L/d=K/d L稱為電子衍射的相機(jī)常數(shù)； 而L稱為相機(jī)長度。 6.8.1 有效相機(jī)常數(shù) 2021-7-2

2、55 R=L/d=K/d R是正空間的矢量，而ghkl是 倒易空間中的矢量，因此相 機(jī)常數(shù)L是一個協(xié)調(diào)正、倒 空間的比例常數(shù)。 KL MMfRd Phkl 10 其中K稱為有效相機(jī)常數(shù)，因?yàn)?f0、M1、MP分別取決于物鏡， 中間鏡和投影鏡的激磁電流，因 而有效相機(jī)常數(shù)也會隨之變化。 6.8.1 有效相機(jī)常數(shù) 2021-7-256 選區(qū)衍射就是在樣品上選擇一選區(qū)衍射就是在樣品上選擇一 個感興趣的區(qū)域，并限制其大個感興趣的區(qū)域，并限制其大 小，得到該微區(qū)電子衍射圖的小，得到該微區(qū)電子衍射圖的 方法。也稱微區(qū)衍射。方法。也稱微區(qū)衍射。 光闌選區(qū)衍射光闌選區(qū)衍射(Le Poole方式方式) 此法用位

3、于物鏡像平面上的光此法用位于物鏡像平面上的光 闌限制微區(qū)大小。先在明場像闌限制微區(qū)大小。先在明場像 上找到感興趣的微區(qū)，將其移上找到感興趣的微區(qū)，將其移 到熒光屏中心，再用選區(qū)光闌到熒光屏中心，再用選區(qū)光闌 套住微區(qū)而將其余部分擋掉。套住微區(qū)而將其余部分擋掉。 理論上，這種選區(qū)的極限理論上，這種選區(qū)的極限 0.5m。 6.8.2 選區(qū)電子衍射 2021-7-257 實(shí)際上，選區(qū)光闌并不能完全擋掉光闌以外物相的 衍射線。這樣選區(qū)和衍射像不能完全對應(yīng)，有一定 誤差。 它起因于物鏡有球差和像的聚集誤差。 嚴(yán)重時，實(shí)際衍射區(qū)甚至不是光闌所選微區(qū)，以致 衍射像和微區(qū)像來自兩個不同部位，造成分析錯誤。 6

4、.8.2 選區(qū)電子衍射 2021-7-258 6.8.2 選區(qū)電子衍射 為了保證物鏡像平面和選區(qū)光闌的重合，獲得選區(qū)電子 衍射花樣，必須遵循下面的標(biāo)準(zhǔn)操作步驟： 1.插人選區(qū)光闌，調(diào)節(jié)中間鏡電流使熒光屏上顯示該光闌 邊緣的清晰像。此時意味著中間鏡物平面和選區(qū)光闌重合； 2.插入物鏡光闌，精確調(diào)節(jié)物鏡電流，使所觀察的樣品形 貌在熒光屏上清晰顯示；意味著物鏡像平面與中間鏡物平面 重合，也就是與選區(qū)光闌重合； 3.移去物鏡光闌，降低中間鏡電流，使中間鏡的物平面上 升到物鏡的背焦面處，使熒光屏顯示清晰的衍射花樣（中心 斑點(diǎn)成為最細(xì)小、最圓整）。此時獲得的衍射花樣僅僅是選 區(qū)光闌內(nèi)的晶體所產(chǎn)生的。 20

5、21-7-259 6.9 常見的電子衍射花樣 6.9.1 單晶體的電子衍射花樣 6.9.2 多晶體的電子衍射花樣 6.9.3 復(fù)雜的電子衍射花樣 2021-7-2510 6.9 常見的電子衍射花樣 2021-7-2511 6.9.1 單晶體的電子衍射花樣 單晶電子衍射花樣 的產(chǎn)生及幾何特征 (忽略磁轉(zhuǎn)角) 2021-7-2512 6.9.1 單晶體的電子衍射花樣 單晶體電子衍射花樣的標(biāo)定： 標(biāo)定電子衍射圖中各斑點(diǎn)的指數(shù)hkl及晶帶軸指數(shù)uvw，并 確定樣品的點(diǎn)陣類型、物相及位向。 1.認(rèn)真制備樣品，薄區(qū)要多，表面沒有氧化。 2.正確操作電鏡等。 3.校正儀器常數(shù)。 4.要在底片上測量距離和角度

6、。長度測量誤差小于0.2mm， (或相對誤差小于3-5%)，角度測量誤差0.2，尚需注意 底片藥面是朝上放置的。 在著手標(biāo)定前，還有幾點(diǎn)事項(xiàng)要引起注意： 2021-7-2513 1.由近及遠(yuǎn)測定各個斑點(diǎn)的R值,測定各衍射斑之間的角; 2.根據(jù)衍射基本公式R=L/d求出相應(yīng)晶面間距; 3.因?yàn)榫w結(jié)構(gòu)已知，所以可由d值定它們的晶面族指數(shù) hkl ； 4.嘗試確定距中心斑點(diǎn)最近的斑點(diǎn)指數(shù)， 屬于h2k2l2的 (h1k1l1)； 5.確定第二個斑點(diǎn)指數(shù)：任選一個屬于h2k2l2的(h2k2l2)； 根據(jù)夾角公式，驗(yàn)算(h1k1l1) 和(h2k2l2)的夾角是否與實(shí)測 的吻合，若不，則更換(h2k

7、2l2); 6.兩個斑點(diǎn)決定之后，第三個斑點(diǎn)為R3=R1+R2，導(dǎo)出其他 各斑點(diǎn)的指數(shù)； 7.由g1g2求得晶帶軸指數(shù)uvw; 8.系統(tǒng)檢查各過程，算出晶格常數(shù)。 一.已知樣品晶體結(jié)構(gòu)和相機(jī)常數(shù)： 6.9.1 單晶體的電子衍射花樣 2021-7-2514 根據(jù)斑點(diǎn)的規(guī)律性判斷其可能所屬的晶系： 1.平行四邊形-7大晶系都有可能 2.矩形-不可能是三斜晶系 3.有心矩形-不可能是三斜晶系 4.正方形-只可能是四方或立方晶系 5.正六角-只可能是六角、三角或立方晶系 根據(jù)R2的連比規(guī)律，來確定點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)類型。 6.9 常見的電子衍射花樣 二. 晶體結(jié)構(gòu)未知： 2021-7-2515 1.由近及遠(yuǎn)測

8、定各個斑點(diǎn)的R值； 2.根據(jù)衍射基本公式R=L/d求出相應(yīng)晶面間距； 3.查ASTM卡片，找出對應(yīng)的物相和hkl指數(shù)； 4.確定(hkl)，求晶帶軸指數(shù)； 因?yàn)殡娮语@微鏡的精度有限，很可能出現(xiàn)幾張卡片 上d值均和測定的d值相近，此時應(yīng)根據(jù)待測晶體的 其它資料，如化學(xué)成份等來排除不可能出現(xiàn)的相。 6.9.1 單晶體的電子衍射花樣 2021-7-2516 10.4 單晶體電子衍射花樣標(biāo)定 三.標(biāo)準(zhǔn)花樣對照法： 將實(shí)際觀察、記錄到的衍射花樣直接與標(biāo)準(zhǔn)花樣 對比，寫出斑點(diǎn)的指數(shù)并確定晶帶軸的方向，這 是一種簡便易行而又常用的方法。 所謂標(biāo)準(zhǔn)花樣就是各種晶體點(diǎn)陣主要晶帶的倒易 截面，它可以根據(jù)晶帶定理和

9、相應(yīng)晶體點(diǎn)陣的消 光規(guī)律繪出(二維倒易面的畫法)，附錄有部分標(biāo)準(zhǔn) 花樣。 2021-7-2517 2021-7-2518 2021-7-2519 2021-7-2520 2021-7-2521 單晶花樣的不唯一性 1表現(xiàn)形式: 同一衍射花樣有不同的指數(shù)化結(jié)果。 2、產(chǎn)生原因： l 頭兩個斑點(diǎn)的任意性; l 二次對稱性; l 偶合不唯一性，常出現(xiàn)于立方晶系的中高指數(shù)，如 (352)和(611)，(355)和(173); 6.9 常見的電子衍射花樣 2021-7-2522 3、影響：物相分析，可不考慮；但作取向關(guān)系、 計(jì)算缺陷矢量分析時必須考慮。 4、消除辦法 l 轉(zhuǎn)動晶體法，讓和斑點(diǎn)自洽； l

10、借助復(fù)雜電子衍射花樣分析，如雙晶帶衍射花樣、 高階勞厄帶花樣分析。 6.9 常見的電子衍射花樣 2021-7-2523 多晶試樣可以看成是由許多取向任意的小單晶組成的。 故可設(shè)想讓一個小單晶的倒易點(diǎn)陣?yán)@原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，同一 反射面hkl的各等價倒易點(diǎn)(即(hkl)平面族中各平面)將 分布在以1/dhkl為半徑的球面上，而不同的反射面，其 等價倒易點(diǎn)將分布在半徑不同的同心球面上，這些球 面與反射球面相截，得到一系列同心園環(huán)，自反射球 心向各園環(huán)連線，投影到屏上，就是多晶電子衍射圖。 多晶電子衍射圖是一系列同心園環(huán)，園環(huán)的半徑與衍 射面的面間距有關(guān)。 6.9.2 多晶體的電子衍射花樣 2021-7-25

11、24 1. 測量園環(huán)半徑Ri(通常是 測量直徑Di，Ri=Di/2這 樣測量的精度較高)。 2. 由d=L/R式，計(jì)算di， 并與已知晶體粉末卡片 或d值表上的d值比較， 確定各環(huán)的hkli。 已知晶體結(jié)構(gòu) d值比較法 ： 6.9.2 多晶體的電子衍射花樣 2021-7-2525 未知晶體結(jié)構(gòu) R2比值規(guī)律對比法 ： R2比值規(guī)律對比法與 前面X射線衍射德拜花 樣標(biāo)定中介紹的方法完 全相同，其實(shí)德拜花樣 就是多晶衍射環(huán)被矩形 截取的部分。 6.9.2 多晶體的電子衍射花樣 2021-7-2526 編號 1 2 3 4 5 Ri 9.38 10.93 15.36 17.88 18.88 Ri2

12、87.89 119.36 236.39 319.52 356.27 Ri2/ R12 1 1.36 2.69 3.644.05 (Ri2/ R12)3 3 4.07 8.07 10.91 12.16 N 3 4 8 1112 hkli 111 200 220 311222 未知晶體結(jié)構(gòu) R2比值規(guī)律對比法 ： 標(biāo)定TiC多晶電子衍射圖 6.9.2 多晶體的電子衍射花樣 2021-7-2527 1. 高階勞厄斑點(diǎn) 6.9.3 復(fù)雜的電子衍射花樣 2021-7-2528 2.超點(diǎn)陣斑點(diǎn) AuCu3在395以上是無序固溶體，每個原子位置上發(fā)現(xiàn)Au和Cu的 幾率分別為0.25和0.75，在395以下,

13、 AuCu3便是有序態(tài)，此時Au 原子占據(jù)晶胞頂角位置，Cu原子則占據(jù)面心位置。 6.9.3 復(fù)雜的電子衍射花樣 2021-7-2529 2.超點(diǎn)陣斑點(diǎn) 2021-7-2530 2.超點(diǎn)陣斑點(diǎn) 2021-7-2531 3. 二次衍射斑點(diǎn) 電子受原子散射作用很強(qiáng)，以致衍射束強(qiáng)度可與透射 束強(qiáng)度相當(dāng)(動力學(xué)交互作用)，故衍射束可作為新的 入射束，并產(chǎn)生衍射，稱為二次衍射。 二次衍射可使上述一些Fhkl=0的消光又出現(xiàn)強(qiáng)度；也 使Fhkl0處的反射強(qiáng)度發(fā)生變化。二次衍射效應(yīng)還能 在透射斑點(diǎn)或衍射斑點(diǎn)周圍出現(xiàn)一些衛(wèi)星斑點(diǎn)，使斑 點(diǎn)花樣復(fù)雜化，故指數(shù)標(biāo)定前應(yīng)將二次衍射斑點(diǎn)區(qū)分 出來。 6.9.3 復(fù)雜的

14、電子衍射花樣 2021-7-2532 4. 孿晶斑點(diǎn) 材料在凝固、相變和變形過 程 ，晶體內(nèi)的一部分相對于 基體按一定的對稱關(guān)系生長， 即形成了孿晶。 圖為面心立方晶體(110)面上 的原子排列，基體的(111)面 為孿晶面。 若以孿晶面為鏡面，則基體 和孿晶的陣點(diǎn)以孿晶面作鏡 面反射。若以孿晶面的法線 為軸，把圖中下方基體旋轉(zhuǎn) 180也能得到孿晶的點(diǎn)陣。 6.9.3 復(fù)雜的電子衍射花樣 2021-7-2533 4. 孿晶斑點(diǎn) 既然在正空間中孿晶和基體 存在一定的對稱關(guān)系，則在 倒易空間中孿晶和基體也應(yīng) 存在這種對稱關(guān)系，只是在 正空間中的面與面之間的對 稱關(guān)系應(yīng)轉(zhuǎn)換成倒易陣點(diǎn)之 間的對稱關(guān)系。所以，其衍 射花樣應(yīng)是兩套不同晶帶單 晶衍射斑點(diǎn)的疊加，而這兩 套斑點(diǎn)的相對位向勢必反映 基體和孿晶之