电子衍射资料教学提纲.ppt

电子衍射资料电子衍射与电子衍射与X X射线衍射相比的优点：射线衍射相比的优点：1.1.电子衍射能在同一试样上将形貌观察与结构分析结电子衍射能在同一试样上将形貌观察与结构分析结合起来。合起来。2.2.电子波长短，单晶的电子衍射花样婉如晶体的倒易电子波长短，单晶的电子衍射花样婉如晶体的倒易点阵的一个二维截面在底片上放大投影，从底片上点阵的一个二维截面在底片上放大投影，从底片上的电子衍射花样可以直观地辨认出一些晶体的结构的电子衍射花样可以直观地辨认出一些晶体的结构和有关取向关系，使晶体结构的研究比和有关取向关系，使晶体结构的研究比X X射线简单。射线简单。3.3.物质对电子散射主要是核散射，因此散射强，约为物质对电子散射主要是核散射，因此散射强，约为X X射线一万倍，曝光时间短。射线一万倍，曝光时间短。不足之处：不足之处：1.1.电子衍射强度有时几乎与透射束相当，以致两者电子衍射强度有时几乎与透射束相当，以致两者产生交互作用，使电子衍射花样，特别是强度分产生交互作用，使电子衍射花样，特别是强度分析变得复杂，不能象析变得复杂，不能象X X射线那样从测量衍射强度射线那样从测量衍射强度来广泛的测定结构。来广泛的测定结构。2.2.散射强度高导致电子透射能力有限，要求试样薄，散射强度高导致电子透射能力有限，要求试样薄，这就使试样制备工作较这就使试样制备工作较X X射线复杂；射线复杂；3.3.结构分析在精度方面也远比结构分析在精度方面也远比X X射线低。射线低。衍射花样的种类及其所包含的分析信息：衍射花样的种类及其所包含的分析信息：斑点花样斑点花样：平行入射束与单晶作用产生斑点状花样；平行入射束与单晶作用产生斑点状花样；主要用于确定第二相、孪晶、有序化、调幅结构、主要用于确定第二相、孪晶、有序化、调幅结构、取向关系、成象衍射条件；取向关系、成象衍射条件；菊池线花样：菊池线花样：平行入射束经单晶非弹性散射失去很平行入射束经单晶非弹性散射失去很少能量，随之又遭到弹性散射而产生线状花样；少能量，随之又遭到弹性散射而产生线状花样；主要用于衬度分析、结构分析、相变分析以及晶主要用于衬度分析、结构分析、相变分析以及晶体的精确取向、布拉格位置偏移矢量、电子波长体的精确取向、布拉格位置偏移矢量、电子波长的测定等；的测定等；会聚束花样：会聚束花样：会聚束与单晶作用产生盘、线状花样；会聚束与单晶作用产生盘、线状花样；可以用来确定晶体试样的厚度、强度分布、取向、可以用来确定晶体试样的厚度、强度分布、取向、点群、空间群以及晶体缺陷等。点群、空间群以及晶体缺陷等。10.2 10.2 电子衍射原理电子衍射原理10.2.1 10.2.1 布拉格方程布拉格方程-决定衍射的方向决定衍射的方向 电子与电子与X X射线一样，均具有波动性。受到晶格散射射线一样，均具有波动性。受到晶格散射时产生衍射的必要条件是满足布拉格方程，即：时产生衍射的必要条件是满足布拉格方程，即：2d2dHKLHKLsin=sin=q反射面法线qFEBAq晶胞衍射强度由结构振幅决定：晶胞衍射强度由结构振幅决定：对于100kV加速电压,l=0.037 可能的电子衍射出现的角度范围：sinq=l/2dHKL=10-2,q10-21o 对于200kV加速电压，l=0.0251，q更小10.2.2 10.2.2 倒易点阵倒易点阵(1)(1)空间点阵的描述空间点阵的描述 晶面：（hkl）,hkl 用面间距和晶面法向来表示 晶向：uvw,晶带：平行晶体空间同一晶向的所有晶面，uvw(2)(2)倒易点阵倒易点阵 正空间（正空间（hkl)hkl)晶面可用一个矢量来表示，使晶体晶面可用一个矢量来表示，使晶体几何关系简单化。几何关系简单化。一个晶带的所有面的矢量（点）位于同一平面，一个晶带的所有面的矢量（点）位于同一平面，具有上述特性的具有上述特性的点、矢量、面点、矢量、面分别称为分别称为倒易点、倒易倒易点、倒易矢量、倒易面矢量、倒易面。因为它们与晶体空间相应的量有倒易。因为它们与晶体空间相应的量有倒易关系。关系。事实上倒易点阵是这样一些矢量点组成的空间：事实上倒易点阵是这样一些矢量点组成的空间：方方 向：各晶面的法线方向，向：各晶面的法线方向，长度是：长度是：在数学上：在数学上：倒空间可用下列数学表达式与正空间联系起来。倒空间可用下列数学表达式与正空间联系起来。设设:倒空间初基矢量为倒空间初基矢量为 则：则：可以证明可以证明：由此可见，所谓的倒空间是相对于实际晶体的空由此可见，所谓的倒空间是相对于实际晶体的空间点阵而言，它的优点在于可以用倒空间的一个矢量间点阵而言，它的优点在于可以用倒空间的一个矢量来代表正空间的一族晶面。来代表正空间的一族晶面。倒易点阵中倒易点阵中C C*矢量与正空间单胞矢量的关系矢量与正空间单胞矢量的关系(3)(3)厄瓦尔德图解厄瓦尔德图解 在讨论电子衍射时，使用厄瓦尔德图解比在讨论电子衍射时，使用厄瓦尔德图解比较容易理解，它能直观地给出衍射时衍射晶面、较容易理解，它能直观地给出衍射时衍射晶面、入射束和衍射束的几何关系。入射束和衍射束的几何关系。厄瓦尔德作图法：厄瓦尔德作图法：(a)(a)入射波阵面矢量由正空间点阵原点入射波阵面矢量由正空间点阵原点0 0指向倒指向倒易原点易原点O O*；(b)(b)以波矢量的模以波矢量的模 为半径作一球；为半径作一球；(c)(c)凡落在球面上的点凡落在球面上的点G G为可能产生衍射的点；为可能产生衍射的点；(d)(d)由入射矢量起点由入射矢量起点O O到该倒易点到该倒易点G G的矢量即为的矢量即为 衍射矢量衍射矢量厄瓦尔德球作图法厄瓦尔德球作图法NGdqO*量量 。(4)(4)晶带定律在倒空间的表述晶带定律在倒空间的表述 晶带定律：晶带定律：狭义晶带定律：狭义晶带定律：rg=0，狭义晶带定律狭义晶带定律 倒易矢量与倒易矢量与r垂直，它们构成过倒易点阵原点垂直，它们构成过倒易点阵原点的倒易平面的倒易平面零层倒易面零层倒易面广义晶带定律：广义晶带定律：rgN，广义晶带定律广义晶带定律 倒易矢量与倒易矢量与r不垂直。这时不垂直。这时g的端点落在第非零的端点落在第非零层倒易结点平面上。层倒易结点平面上。注：书上为第书上为第N层不妥，有些晶向的第层不妥，有些晶向的第1层的层的N值可值可以为以为2。正空间正空间倒空间倒空间一个晶带正空间晶面与倒空间点（矢量）对应关系图一个晶带正空间晶面与倒空间点（矢量）对应关系图零层、非零层倒易平面与晶向（晶带轴）零层、非零层倒易平面与晶向（晶带轴）的关系的关系(5)(5)利用晶带定律解决的问题利用晶带定律解决的问题(一一)求同属于一个晶带的晶面的晶带轴求同属于一个晶带的晶面的晶带轴 或证明几个晶面是否属于一个晶带或证明几个晶面是否属于一个晶带举例：证明举例：证明 属于同一晶带。（考试题）属于同一晶带。（考试题）证明：点阵平面属于同一晶带的条件是倒易点阵矢量证明：点阵平面属于同一晶带的条件是倒易点阵矢量r r*1 1，r r*2 2 ，r r*3 3在一个倒易点阵平面上，在一个倒易点阵平面上，即：即：V V*=r=r*1 1（r r*2 2rr*3 3）0 0 展开为展开为 ，将晶面指数代入，即，将晶面指数代入，即所以可知为同一晶带。（也可用晶带定律验证）所以可知为同一晶带。（也可用晶带定律验证）(二二)二维倒易面的画法二维倒易面的画法 画出属于面心立方画出属于面心立方(321)(321)*晶带轴的零层二维倒易平面晶带轴的零层二维倒易平面a a、试探法求、试探法求(H(H1 1K K1 1L L1 1)及与之垂直的及与之垂直的(H(H2 2K K2 2L L2 2),(1-1-1),(2-8),(1-1-1),(2-8 10)10)b b、求、求|g1|/|g2|,|g1|/|g2|,画画g1,g2g1,g2c c、矢量加和得点、矢量加和得点(3-9 9),(3-9 9),由此找出由此找出(1 3 3),(2 6 6)(1 3 3),(2 6 6)d d、重复最小单元、重复最小单元课堂练习：课堂练习：画出属于面心立方画出属于面心立方(011)(011)*晶带轴的零晶带轴的零层二维倒易平面。层二维倒易平面。10.2.3 10.2.3 倒易点阵的权重倒易点阵的权重晶体尺寸效应晶体尺寸效应 从正空间所转换得到的倒空间中的每一个格点均从正空间所转换得到的倒空间中的每一个格点均是一个几何意义上的点。是一个几何意义上的点。但是我们构建倒空间的目的但是我们构建倒空间的目的是要在倒空间中讨论每一个格点所代表的晶面的衍射是要在倒空间中讨论每一个格点所代表的晶面的衍射方向与强度问题，这必然与晶体的空间尺寸联系起来。方向与强度问题，这必然与晶体的空间尺寸联系起来。这就是说，当赋予这就是说，当赋予倒易点以衍射属性倒易点以衍射属性强度时，每个倒易点就强度时，每个倒易点就具有一定的形态，其大具有一定的形态，其大小与形状与晶体的大小小与形状与晶体的大小和形状有关。和形状有关。并且当倒易点偏离反射并且当倒易点偏离反射球为球为s s时，仍会有衍射发时，仍会有衍射发生，只是比生，只是比s=0s=0时弱时弱小立方体小立方体球球盘盘针状针状晶体形态晶体形态倒易点形态倒易点形态晶体形态与倒易点形态的对应关系晶体形态与倒易点形态的对应关系电子衍射中的厄瓦尔德球图解：电子衍射中的厄瓦尔德球图解：从几何意义上来看，电子束方向与晶带轴重合时，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以外的各倒易阵点不可能与厄零层倒易截面上除原点以外的各倒易阵点不可能与厄瓦尔德球相交，因此各晶面都不会产生衍射，如图瓦尔德球相交，因此各晶面都不会产生衍射，如图(a)(a)所示。如果要使晶带中某一晶面所示。如果要使晶带中某一晶面(或几个晶面或几个晶面)产产生衍射，必须把晶体倾斜，使晶带轴稍为偏离电子柬生衍射，必须把晶体倾斜，使晶带轴稍为偏离电子柬的轴线方向，此时零层倒易截面上倒易阵点就有可能的轴线方向，此时零层倒易截面上倒易阵点就有可能和爱瓦尔德球面相交，即产生衍射，如图和爱瓦尔德球面相交，即产生衍射，如图(b)(b)所示。所示。理论上获得衍理论上获得衍射点的示意射点的示意(a)(a)平行晶带轴平行晶带轴 (b)(b)倾斜晶带轴倾斜晶带轴 衍射晶面位向与精确布拉格条件的允许偏差衍射晶面位向与精确布拉格条件的允许偏差(以以仍能得到衍射强度为极限仍能得到衍射强度为极限)和样品晶体的形状和尺寸和样品晶体的形状和尺寸有关，这种相关性被赋予到每一个倒易点上，倒易阵有关，这种相关性被赋予到每一个倒易点上，倒易阵点中的每一个点就具有与实际晶体形态相对应的形状。点中的每一个点就具有与实际晶体形态相对应的形状。由于实际的样品晶体都有确定的形状和有限的尺由于实际的样品晶体都有确定的形状和有限的尺寸，因而它们的倒易阵点不是一个几何意义上的寸，因而它们的倒易阵点不是一个几何意义上的“点点”，而是沿着晶体尺寸较小的方向发生扩展，扩展量，而是沿着晶体尺寸较小的方向发生扩展，扩展量为该方向上实际尺寸的倒数的为该方向上实际尺寸的倒数的2 2倍。对于电子显微镜倍。对于电子显微镜中经常遇到的样品是薄片晶体，其倒易阵点拉长为倒中经常遇到的样品是薄片晶体，其倒易阵点拉长为倒易易“杆杆”。10.3 电镜中的电子衍射花样电镜中的电子衍射花样 布拉格定律告诉我们布拉格定律告诉我们:当一束平行的相干电子波射向一晶体时，除了平当一束平行的相干电子波射向一晶体时，除了平行的透射束外，在某个晶面满足布拉格定律的情况下，行的透射束外，在某个晶面满足布拉格定律的情况下，将会产生一定的衍射，这些平行的衍射线在通过透镜将会产生一定的衍射，这些平行的衍射线在通过透镜后，在焦面上将会聚于一点。后，在焦面上将会聚于一点。如果一个晶体同时有几族晶面产生衍射，在物镜如果一个晶体同时有几族晶面产生衍射，在物镜后焦面上均会聚成一些衍射斑点，由于这些晶面族之后焦面上均会聚成一些衍射斑点，由于这些晶面族之间有相对应的位向关系，因此，这些斑点构成一定的间有相对应的位向关系，因此，这些斑点构成一定的几何图形，这些衍射斑点经后级透镜成像后就记录下几何图形，这些衍射斑点经后级透镜成像后就记录下来，这就是我们所说的衍射花样。来，这就是我们所说的衍射花样。这些花样与原来实际晶体之间具有一定的相关性，这些花样与原来实际晶体之间具有一定的相关性，由此即可分析原来晶体的结构。由此即可分析原来晶体的结构。透射电镜中电子衍射花样形成示意透射电镜中电子衍射花样形成示意 F FD DT T后焦面后焦面F F问题？当入射电子沿着晶带轴入射时，Ewald球与零层倒易面相切，此时会有衍射斑点出现吗?10.4 10.4 薄晶体电子衍射薄晶体电子衍射 当一束电子沿某一晶带轴入射时，严格来说所有当一束电子沿某一晶带轴入射时，严格来说所有晶面都不满足布拉格定律，不能产生选择反射。晶面都不满足布拉格定律，不能产生选择反射。但是由于薄晶体的倒易点沿薄晶体表面的法线方但是由于薄晶体的倒易点沿薄晶体表面的法线方向被拉长，而且向被拉长，而且很小很小厄瓦尔德球的厄瓦尔德球的半径很大半径很大，使得，使得零层倒易平面上的一些倒易点有机会参与衍射。如下零层倒易平面上的一些倒易点有机会参与衍射。如下图：图：衍射束入射束倒易杆厄瓦尔德球倒易空间原点薄晶体电子衍射花样形成示意图薄晶体电子衍射花样形成示意图2q试样试样入射束入射束厄瓦尔德球厄瓦尔德球零层倒易面零层倒易面底板底板10.4.1 10.4.1 电子衍射的基本公式电子衍射的基本公式 在电子衍射时，由于在电子衍射时，由于很小，故很小，故1/1/很大，很大，而且产生衍射时的角很小弧度，故可近似地认为为而且产生衍射时的角很小弧度，故可近似地认为为直角三角形。在底片上透过样品不被衍射的电子束直角三角形。在底片上透过样品不被衍射的电子束形成一个亮点即透射斑形成一个亮点即透射斑O O*点的衍射束在底片上形成点的衍射束在底片上形成衍射斑衍射斑GG，它们之间的距离为，它们之间的距离为R R，可由底片测出。，可由底片测出。由厄瓦尔德作图法的几何关系可知：由厄瓦尔德作图法的几何关系可知：OOG OOG 相似相似 OOOO*GG 设样品到底片的距离为设样品到底片的距离为L L，则，则 ：L :L :透射电镜的透射电镜的相机长度相机长度 L L：透射电镜的：透射电镜的相机常数相机常数10.4.210.4.2薄晶体衍射花样与二维倒易点阵的关系薄晶体衍射花样与二维倒易点阵的关系 由图可知，由图可知，每个倒易每个倒易点的衍射均发生在偏离倒点的衍射均发生在偏离倒易点一定的偏离矢量处易点一定的偏离矢量处，当衍射投影到底片上时，当衍射投影到底片上时，记录的衍射花样会偏移原记录的衍射花样会偏移原来的倒易点中心。来的倒易点中心。这个偏离量的大小，这个偏离量的大小，由于厄瓦尔德球半径很大，由于厄瓦尔德球半径很大，基本可忽略。故认为衍射基本可忽略。故认为衍射花样基本与二维倒易点相花样基本与二维倒易点相重合，利用这种关系，大重合，利用这种关系，大大简化了晶体的结构分析。大简化了晶体的结构分析。衍射花样与二维倒易点阵的关系示意图衍射花样与二维倒易点阵的关系示意图K0K10.4.3 10.4.3 电子衍射的特点电子衍射的特点(a)(a)电子束波长短，其衍射谱可看成是该入射方向电子束波长短，其衍射谱可看成是该入射方向 上的倒易点阵的二维平面。上的倒易点阵的二维平面。(b)(b)电子束与原子碰撞时，散射强，故在荧光屏上电子束与原子碰撞时，散射强，故在荧光屏上 可以清晰地看见衍射花样，因此记录的时间很短。可以清晰地看见衍射花样，因此记录的时间很短。(c)(c)电子衍射不但具有很大的衍射强度，而且电子束电子衍射不但具有很大的衍射强度，而且电子束能聚焦集中照射在一个微小的区域能聚焦集中照射在一个微小的区域(15um)(15um)故可对故可对微小区域进行衍射分析，这样有利于微区、微量微小区域进行衍射分析，这样有利于微区、微量相进行物相鉴定。相进行物相鉴定。衍衍射射花花样样相相当当于于倒倒易易点点阵阵被被反反射射球球所所截截的的二二维倒易面的放大投影维倒易面的放大投影.从从几几何何观观点点看看，倒倒易易点点阵阵是是晶晶体体点点阵阵的的另另一一种种表达式表达式;从衍射观点看从衍射观点看，倒易点阵也是衍射花样点阵。，倒易点阵也是衍射花样点阵。10.4.4 10.4.4 选区衍射选区衍射 一、实验方法一、实验方法 获取衍射花样的方法：获取衍射花样的方法：光阑选区衍射和微束选区衍射。光阑选区衍射和微束选区衍射。前前者者多多在在5 5平平方方微微米米以以上上，后后者者可可在在0.50.5平平方方微微米以下米以下，我们这里主要讲述前者。，我们这里主要讲述前者。光光阑阑选选区区衍衍射射：通通过过在在物物镜镜象象平平面面上上插插入入选选区区光阑限制参加成象和衍射的区域来实现的。光阑限制参加成象和衍射的区域来实现的。特特点点：电电镜镜选选区区衍衍射射的的特特点点就就是是能能够够做做到到选选区区衍射和选区成象的衍射和选区成象的一致性一致性。选区图像与选区衍射示意图选区图像与选区衍射示意图选选区区图图像像位位图图选选区区衍衍射射位位图图物镜物镜样品样品选区光栏选区光栏中中间间镜镜与与投投影影镜镜二、选区衍射操作步骤二、选区衍射操作步骤 为了减小选区误差，应遵循如下操作步骤：为了减小选区误差，应遵循如下操作步骤：1.1.插插入入选选区区光光栏栏，套套住住欲欲分分析析的的物物相相，调调整整中中间间镜镜电电流流使使选选区区光光栏栏边边缘缘清清晰晰，此此时时选选区区光光栏栏平平面面与与中中间间镜物平面生重合；镜物平面生重合；2.2.调调整整物物镜镜电电流流，使使选选区区内内物物象象清清晰晰，此此时时样样品品的的一一次次象象正正好好落落在在选选区区光光栏栏平平面面上上，即即物物镜镜象象平平面面，中中间镜物面，光栏面三面重合间镜物面，光栏面三面重合3.3.抽抽出出物物镜镜光光栏栏，减减弱弱中中间间镜镜电电流流，使使中中间间镜镜物物平平面面移移到到物物镜镜背背焦焦面面，荧荧光光屏屏上上可可观观察察到到放放大大的的电电子子衍衍射花样射花样4.4.用用中中间间镜镜旋旋钮钮调调节节中中间间镜镜电电流流，使使中中心心斑斑最最小小最最园园，其其余余斑斑点点明明锐锐，此此时时中中间间镜镜物物面面与与物物镜镜背背焦焦面面相相重重合。合。三、选区误差三、选区误差 选区衍射是有误差的，这种误差就是像与衍射谱选区衍射是有误差的，这种误差就是像与衍射谱的不对应性。造成这种误差的原因是：的不对应性。造成这种误差的原因是：磁旋转角磁旋转角：像和谱所使用的中间镜电流不同，磁旋转角不同。像和谱所使用的中间镜电流不同，磁旋转角不同。物镜球差物镜球差：C Cs sa a3 3 物镜聚焦物镜聚焦：Da Da 后两种引起的总位移后两种引起的总位移 h=C h=Cs sa a3 3 Da Da10.5 10.5 电子衍射花样的标定电子衍射花样的标定 花样的类型分为两类：花样的类型分为两类：多晶体衍射花样多晶体衍射花样:环状花样衍射环环状花样衍射环 单晶体衍射花样：斑点形成的规则图形单晶体衍射花样：斑点形成的规则图形 花样分析分为两类：花样分析分为两类：一是一是结构已知结构已知：确定晶体缺陷及有关数据或相关过程中的取向关确定晶体缺陷及有关数据或相关过程中的取向关系；系；二是二是结构未知结构未知：利用它鉴定物相。指数标定是基础。利用它鉴定物相。指数标定是基础。多晶环单晶衍射谱单晶衍射谱10.5.1 10.5.1 多晶体电子衍射花样多晶体电子衍射花样一、多晶体电子衍射花样的产生及一、多晶体电子衍射花样的产生及 其几何特征其几何特征1 1、花样：如左图、花样：如左图2 2、产生的机理、产生的机理 与与X X射射线线衍衍射射法法所所得得花花样样的的几几何何特特征征相相似似，由由一一系系列列不不同同半半径径的的同同心心园园环环组组成成，是是由由辐辐照照区区内内大大量量取取向杂乱无章的细小晶体颗粒向杂乱无章的细小晶体颗粒产生。产生。d d值值相相同同的的同同一一(hkl)(hkl)晶晶面面族族所所产产生生的的衍衍射射束束，构构成成以以入入射射束束为为轴轴，2 2q为为半半顶顶角角的的园园锥锥面面，它它与与照照相相底底板的交线即为半径为板的交线即为半径为R=LR=Ll/d/d的园环。的园环。多晶体电子衍射花样形成示意图多晶体电子衍射花样形成示意图二、分析方法二、分析方法 和和德德拜拜衍衍射射分分析析方方法法一一样样，R R和和1/d1/d存存在在简简单单的的正正比关系，因此：比关系，因此：对立方晶系对立方晶系：1/d1/d2 2=（h h2 2+k+k2 2+l+l2 2）/a/a2 2N/aN/a2 2 通过通过R R2 2比值确定环指数和点阵类型。比值确定环指数和点阵类型。A)A)晶体结构已知：晶体结构已知：测测R R、算、算R R2 2、分析、分析R R2 2比值的递增规律、定比值的递增规律、定N N、求、求(hkl)(hkl)和和a a 。如已知如已知L,L,也可由也可由d=L/Rd=L/R求求d d对照对照ASTMASTM求求(hkl)(hkl)。B)B)晶体结构未知：晶体结构未知：测测R R、算算R R2 2、RiRi2 2R1R12 2，找找出出最最接接近近的的整整数数比比规规律律、根根据据消消光光规规律律确确定定晶晶体体结结构构类类型型、写写出出衍衍射射环环指指数数(hkl)(hkl)，算，算a.a.如如已已知知L,L,也也可可由由d=d=L/RL/R求求d d对对照照ASTMASTM求求(hkl)(hkl)和和a,a,确定样品物相。确定样品物相。三、主要用途三、主要用途(1)(1)已知结构，标定相机常数已知结构，标定相机常数 一般用一般用Au,FCC,a=0.407nmAu,FCC,a=0.407nm如左图：加速电压如左图：加速电压200KV200KV，0.0251A0.0251A0 0仪器标定：仪器标定：L L0.8m0.8m L L20.8mmA20.8mmA0 0测量：测量：R R8.4mm8.4mmAu(111)Au(111)面：面：d=2.35d=2.35A A0 0 L L=Rd=19.6mmA=Rd=19.6mmA0 0(2)(2)用于内标用于内标(3)(3)物相鉴定物相鉴定 大量弥散的萃取复型粒大量弥散的萃取复型粒子或其它粉末粒子子或其它粉末粒子10.5.2 10.5.2 单晶体电子衍射花样单晶体电子衍射花样一、一、单晶体电子衍射花样的产生及单晶体电子衍射花样的产生及 其几何特征其几何特征 微区晶体分析往往是单晶或为微区晶体分析往往是单晶或为数不多的几个单晶。数不多的几个单晶。1 1、花样：如左图、花样：如左图 规则排列的衍射斑点。它是过规则排列的衍射斑点。它是过倒易点阵原点的一个二维倒易面的倒易点阵原点的一个二维倒易面的放大像。放大像。2 2、产生机理：、产生机理：薄晶体倒易杆拉长，使得当入薄晶体倒易杆拉长，使得当入射束沿晶带轴入射时零层倒易面的射束沿晶带轴入射时零层倒易面的很多不满足布拉格方程的晶面产生很多不满足布拉格方程的晶面产生较弱的衍射线。较弱的衍射线。二、花样分析的任务与方法二、花样分析的任务与方法1 1、任务：、任务：在于确定花样中斑点的指数及其晶带轴方向在于确定花样中斑点的指数及其晶带轴方向UVWUVW，并确定样品的点阵类型和位向。，并确定样品的点阵类型和位向。2 2、方法：、方法：有三种有三种 (1)(1)指数直接标定法指数直接标定法:已知样品和相机常数已知样品和相机常数(2)(2)比值法比值法(偿试校核法偿试校核法)选择靠近中心透射斑且不在一条直线上的斑选择靠近中心透射斑且不在一条直线上的斑 点，测量它们的点，测量它们的R R，利用，利用R R2 2比值的递增规律确定比值的递增规律确定 点阵类型和这几个斑点所属的晶面族指数点阵类型和这几个斑点所属的晶面族指数(hkl).(hkl).(3)(3)标准衍射图法标准衍射图法 三、单晶体电子衍射花样的标定程序三、单晶体电子衍射花样的标定程序(1)(1)指数直接标定法指数直接标定法:已知相机常数和样品的晶体结构已知相机常数和样品的晶体结构(a)(a)测量靠近中心斑点的几个衍射斑点至中心斑点距测量靠近中心斑点的几个衍射斑点至中心斑点距离及离及R R1 1、R R2 2、R R3 3、R R4 4，(如图所示如图所示)。；。；(b)(b)根据衍射基本公式，求出相应的晶面间距；根据衍射基本公式，求出相应的晶面间距；(c)(c)因为晶体结构足已知的，每一因为晶体结构足已知的，每一 d d值即为该晶体某值即为该晶体某一晶面族的晶面间距。故可根据一晶面族的晶面间距。故可根据d d值定出相应的晶值定出相应的晶面族指数。面族指数。(d)(d)测定各衍射斑点之间的夹角测定各衍射斑点之间的夹角。(e)(e)决定离开中心斑点最近衍射斑点的指数。决定离开中心斑点最近衍射斑点的指数。(f)(f)决定第二斑点的指数。第二个斑点的指数不能决定第二斑点的指数。第二个斑点的指数不能 任选，因为它和第一个斑点间的夹角必须符合任选，因为它和第一个斑点间的夹角必须符合 夹角公式。夹角公式。(g)(g)一旦决定了两个斑点，那未其它斑点可以根据一旦决定了两个斑点，那未其它斑点可以根据 矢量运算求得。矢量运算求得。(h)(h)根据晶带定理求零层倒易截面法线的方向，即根据晶带定理求零层倒易截面法线的方向，即 晶带轴的指数。晶带轴的指数。如图所示如图所示，图示图示能使斑点花样指数化的三个特征量能使斑点花样指数化的三个特征量花样指数标定的结果花样指数标定的结果(2)(2)、比值法、比值法(偿试校核法偿试校核法)：物相未知：物相未知 根据根据R R比值查表比值查表 或根据或根据R R2 2比值确定比值确定(h(h1 1k k1 1l l1 1),(h),(h2 2k k2 2l l2 2),),再利用再利用R R之之间的夹角来校验。间的夹角来校验。任取任取(h(h1 1k k1 1l l1 1)，而第二个斑点指数，而第二个斑点指数(h(h2 2k k2 2l l2 2),),应根应根据据R R1 1与与R R2 2之间的夹角测量值是否与该两组晶面的夹角之间的夹角测量值是否与该两组晶面的夹角相苻来定。夹角见公式（附相苻来定。夹角见公式（附3 3）。）。根据矢量加和公式，求出全部的斑点指数。根据矢量加和公式，求出全部的斑点指数。R R3 3R R1 1R R2 2，R R3 3R R3 3 任取不在一条直线上的两斑点确定晶带轴指数。任取不在一条直线上的两斑点确定晶带轴指数。举举 例例例例1 1：图是由某低碳合金钢薄膜样：图是由某低碳合金钢薄膜样品的区域记录的单晶花样，品的区域记录的单晶花样，LL 14.1mmAo选选:中心附近中心附近A、B、C、D四斑点，四斑点，测测:RA7.1 mm，RB10.0mm，RC12.3mm，RD21.5mm，R之间的夹角分别为：之间的夹角分别为：(RA,RB)900,(RA,RC)550,(RA,RD)710,ACDB求求:R2比值为比值为2：4：6：18，RB/RA=1.408,RC/RA=1.732,RB/RA=3.028,表明样品该区为体心立方点阵。表明样品该区为体心立方点阵。A斑斑N为为2，110,假定假定A为为(1 1 0)。B斑点斑点N为为4，表明属于，表明属于200晶面族，晶面族，选（选（200），代入晶面夹角公式得），代入晶面夹角公式得f f450，不符；，不符；发现（发现（002）相符）相符推：矢量相加推：矢量相加 RC=RARB，C为（为（1 1 2），），N6与实测与实测R2比值的比值的N一致。一致。查：查：查表或计算夹角为查表或计算夹角为(RA,RC)54.740,与实测的与实测的550 相符。相符。RE2RB,E为（为（004）RDRARE（1 1 4），），查表或计算（查表或计算（1 1 0）与（）与（1 1 4）的夹角为）的夹角为70.530,依此依此类推。类推。已已知：知：LL 14.1mmAo,d=LL/R,dA=1.986A(2.808),dB=1.410A(2.820),dC=1.146A(2.808),dD=0.656A(2.783),采用右手定则选取：采用右手定则选取：g1=gB=(002),g2=gA=(1-10),求得求得：B uvw 110（3 3）标准衍射图法）标准衍射图法 作出相应的零层二维倒易平面图进行比对作出相应的零层二维倒易平面图进行比对 见书附录见书附录11。该方法对低指数晶带轴是一种快速的方法该方法对低指数晶带轴是一种快速的方法四、衍射花样标定需注意的问题四、衍射花样标定需注意的问题(1)复杂性：复杂性：v对于未知物相来说，一套花样往往不能确定物相，对于未知物相来说，一套花样往往不能确定物相，需要在同一位置的晶体上获得几套不同取向的花样需要在同一位置的晶体上获得几套不同取向的花样才能确定；才能确定；v立方晶系简单，其他晶系复杂立方晶系简单，其他晶系复杂(2)不唯一性不唯一性:表现形式表现形式:同一衍射花样有不同的指数化结果同一衍射花样有不同的指数化结果产生原因：产生原因：头两个斑点的任意性、二次对称偶合不唯头两个斑点的任意性、二次对称偶合不唯一性，常出现于立方晶系的中高指数，如一性，常出现于立方晶系的中高指数，如(352)和和(611)，(355)和和(173)影影 响：响：物相分析，可不考虑；但作取向关系、计物相分析，可不考虑；但作取向关系、计算缺陷矢量分析时必须考虑算缺陷矢量分析时必须考虑。10.5.4 10.5.4 复杂电子衍射花样复杂电子衍射花样一、双晶带引起的斑点花样一、双晶带引起的斑点花样原因：原因：EwaldEwald球是一个有一定曲率的球面，可能使两球是一个有一定曲率的球面，可能使两个晶带轴指数相差不大的晶带的个晶带轴指数相差不大的晶带的0 0层倒易面同层倒易面同时与球面相截，产生分属于两个晶带的两套衍时与球面相截，产生分属于两个晶带的两套衍射斑点。产生些情况必须具备的条件为：射斑点。产生些情况必须具备的条件为：r r1 1,r,r2 2夹角很小；夹角很小；g g1 1.r.r2 2 0,g 0,g2 2.r.r1 100现象：现象：一边一套衍射斑一边一套衍射斑标定方法：标定方法：同简单花样。验证标定结果采用上述必备同简单花样。验证标定结果采用上述必备条件。条件。二、高阶劳厄带二、高阶劳厄带成因：成因：当晶体点阵常数较大当晶体点阵常数较大（即倒易面间距较小），（即倒易面间距较小），晶体试样较薄（即倒易点晶体试样较薄（即倒易点成杆状，或入射束不严格成杆状，或入射束不严格平行于低指数晶带轴时，平行于低指数晶带轴时，加之加之EwaldEwald球有曲率，导致球有曲率，导致球可同时与几层相互平行球可同时与几层相互平行的倒易面上的倒易杆相截，的倒易面上的倒易杆相截，产生与之相就的几套衍射产生与之相就的几套衍射斑点重叠的衍射花样。斑点重叠的衍射花样。标定方法：标定方法：采用前述的广义采用前述的广义晶带定律。晶带定律。三、孪晶三、孪晶原理：原理：在凝固、相变和再结晶变形过程中，晶体内的在凝固、相变和再结晶变形过程中，晶体内的一部分相对于基体按一定的对称关系成长，即形成一部分相对于基体按一定的对称关系成长，即形成孪晶。如以孪晶面为镜面反映，或以孪晶面的法线孪晶。如以孪晶面为镜面反映，或以孪晶面的法线为轴，旋转为轴，旋转60、90、120、180，多数为，多数为180，可以与另一晶体相重。晶体中的这种孪晶关系自然可以与另一晶体相重。晶体中的这种孪晶关系自然也反映在相应的倒易点阵中，从而由相应的衍射花也反映在相应的倒易点阵中，从而由相应的衍射花样中反映出来。样中反映出来。现象：现象：出现的额外孪晶斑与基体斑有一定的距离，如出现的额外孪晶斑与基体斑有一定的距离，如立方晶系中为立方晶系中为13判断判断：倾斜试样或用暗场倾斜试样或用暗场四、有序化与长周期结构四、有序化与长周期结构原理：原理：无序、有序转变时出现反常衍射。如面心立无序、有序转变时出现反常衍射。如面心立方简单立方。有序合金的衍射花样中出现的超方简单立方。有序合金的衍射花样中出现的超点阵（超结构）衍射斑是有序的确凿证据。超点点阵（超结构）衍射斑是有序的确凿证据。超点阵反向强度取决于所含异类原子散射振幅之差，阵反向强度取决于所含异类原子散射振幅之差，一般较弱。一般较弱。长周期长周期：有序畴在某方向的规则排列。其衍射花样有序畴在某方向的规则排列。其衍射花样的特征是，除基体衍射斑点外，还出现一系列间的特征是，除基体衍射斑点外，还出现一系列间隔较密的斑点隔较密的斑点,采用采用暗场技术暗场技术可以观察有序畴可以观察有序畴五、菊池花样五、菊池花样 由非弹性散射的由非弹性散射的衍射所引起的背景强衍射所引起的背景强度度8.6.4 8.6.4 几种典型的透射电镜图像几种典型的透射电镜图像 1.1.图图2 229 29 碳钢中的珠光体形貌碳钢中的珠光体形貌 2.2.图图2 230 30 微合金钢中析出的微合金钢中析出的V(C,N)V(C,N)粒子粒子 3.3.图图2 231 31(a)(a)屈氏体组织屈氏体组织(b)(b)低碳贝氏体组织低碳贝氏体组织 本章重点1、厄瓦尔德作图法？、厄瓦尔德作图法？2、二维零层倒易平面的画法？、二维零层倒易平面的画法？3、簿晶体电子衍射，与二维零层倒易平面、簿晶体电子衍射，与二维零层倒易平面的关系。的关系。4、电子衍射的基本公式？、电子衍射的基本公式？5、选区电子衍射的意义。、选区电子衍射的意义。6、电子衍射花样的标定（多晶、单晶）。、电子衍射花样的标定（多晶、单晶）。测验（一）测验（一）1.1.试画出体心立方点阵及其（试画出体心立方点阵及其（001001）晶带轴的二）晶带轴的二维零层倒易点分布。维零层倒易点分布。2.2.透射电子显微镜与光学显微镜有何区别？透射电子显微镜与光学显微镜有何区别？3.3.电子衍射形成的原理是什么？为何能进行相电子衍射形成的原理是什么？为何能进行相分析？分析？4.4.试根据厄瓦尔德作图法试根据厄瓦尔德作图法导出电子衍射的基本导出电子衍射的基本公式。公式。5.5.选区衍射的目的？为何要采用正确的选区方选区衍射的目的？为何要采用正确的选区方法？法？作 业1、试画出面心立方点阵及其（、试画出面心立方点阵及其（001）晶带）晶带轴的二维零层倒易点分布。轴的二维零层倒易点分布。2、导出电子衍射的基本公式？、导出电子衍射的基本公式？3、电子衍射形成的原理是什么？为何能进、电子衍射形成的原理是什么？为何能进行相分析？行相分析？4、相机常数的测定、相机常数的测定5、硅单晶花样的标定、硅单晶花样的标定 单晶体电子衍射花样标定单晶体电子衍射花样标定(a)(a)组织组织 (b)(b)左图中白区的衍射花样左图中白区的衍射花样(c)(c)衍射谱标定结果衍射谱标定结果铁索体的电子衍射花样及标定结果铁索体的电子衍射花样及标定结果(a)(a)组织组织 (b)(b)左图中白区的衍射花样左图中白区的衍射花样(c)(c)衍射谱标定结果衍射谱标定结果贝氏体铁索体的电子衍射花样及标定结果贝氏体铁索体的电子衍射花样及标定结果碳钢中的珠光体形貌碳钢中的珠光体形貌 微合金钢中析出的微合金钢中析出的V(C,N)V(C,N)粒子粒子(a)(a)(b)(b)(a)(a)屈氏体组织屈氏体组织(b)(b)低碳贝氏体组织低碳贝氏体组织 此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢