现代纳米科学与纳米材料.pptx

纳米功能材料纳米功能材料(cilio)及应用及应用金海云金海云第一页，共76页。什么是材料？什么是材料？我们为什么要了解材料？我们为什么要了解材料？材料研究材料研究(ynji)(ynji)的方法是什的方法是什么？么？第二页，共76页。材料是宇宙间可用于制造有用物品的物材料是宇宙间可用于制造有用物品的物质。有用指除了使用价值外，还需具有一质。有用指除了使用价值外，还需具有一定的性能，如物理性质，化学性质和力学定的性能，如物理性质，化学性质和力学性能等。物品可以是单件的器件或元件，性能等。物品可以是单件的器件或元件，可以是组装的机器与仪器，也可以是集成可以是组装的机器与仪器，也可以是集成的系统。根据材料的基本性质与结构的系统。根据材料的基本性质与结构(jigu)(jigu)，可以将其分为四大类，即金属，可以将其分为四大类，即金属，陶瓷，聚合物和复合材料。陶瓷，聚合物和复合材料。第三页，共76页。Involvesthegenerationandapplicationofknowledgerelatingthecomposition,structure,andtheprocessingofmaterialstotheirpropertiesanduses.材料组成、结构、加工与材料性质、材料组成、结构、加工与材料性质、使用之间关系的发现使用之间关系的发现(fxin)(fxin)与应用。与应用。第四页，共76页。第五页，共76页。现代现代(xindi)(xindi)纳米科学的起纳米科学的起点点 费因曼博士费因曼博士(bsh)1959(bsh)1959年年 There plenty room at the There plenty room at the bottom.bottom.底部大有可为底部大有可为第六页，共76页。纳米材料的检测分析纳米材料的检测分析(fnx)(fnx)技术技术透射电子显微镜透射电子显微镜扫描电子显微镜扫描电子显微镜扫描隧道显微镜（扫描隧道显微镜（STMSTM）原子力显微镜原子力显微镜 X X光衍射仪光衍射仪第七页，共76页。形态结构形态结构(微纳构型微纳构型)：TEMTEM，SEMSEM，STMSTM，AFMAFMMorphology(the microstructural or Morphology(the microstructural or nanostructural architecture)nanostructural architecture)晶体结构晶体结构(原子排列方式原子排列方式(fngsh)(fngsh)：XRDXRD，EDED，LEEDLEEDCrystal structure(the detailed atomic Crystal structure(the detailed atomic arrangement in the chemical phases contained arrangement in the chemical phases contained within the microstructurewithin the microstructure）化学组成化学组成(元素与分子构成元素与分子构成)：EDSEDS，AESAESChemistry(the elements and possibly molecular Chemistry(the elements and possibly molecular groupings present)groupings present)电子结构电子结构(键键)：IRIR，UVUVElectronic structure(the nature of the Electronic structure(the nature of the bonding between atoms)bonding between atoms)第八页，共76页。第九页，共76页。电子显微镜电子显微镜SEMSEM：Scan electron microscope Scan electron microscope 材料材料(cilio)(cilio)学院，理学院学院，理学院TEMTEM：transmission electron microscope transmission electron microscope 材料材料(cilio)(cilio)学院学院第十页，共76页。一一.光学显微镜：光学显微镜：人的眼睛人的眼睛:分辨极限毫米分辨极限毫米(100微米微米)。光光学学显显微微镜镜:分分辨辨极极限限微微米米(细细菌菌、细细胞胞(xbo)。显显微微镜镜的的分分辨辨极极限限公公式式（阿阿贝贝公公式式）为为：/(N sin)，N sin 是是透透镜镜的的孔孔径径数数。其其最最大大值值为为。光光镜镜采采用用的的可可见见光光的的波波长长为为400760nm。观观察察更更微微小小的的物物体体必必须须利利用用波波长长更更短短的的波波作为光源。作为光源。透透 射射(tush)电电 子子 显显 微微 镜镜(TEM)transmissionelectronmicroscope第十一页，共76页。第十二页，共76页。第十三页，共76页。No.R/mmK/mmMeasuredd/Standardd/PlaneIndices(hkl)14.9716.503.3193.32800227.7516.502.1292.16910039.7616.501.6921.664004413.5016.501.2221.252110SAD衍射花样(huyng)的分析结果SAD衍射花样衍射花样(huyng)的分析的分析结果结果第十四页，共76页。二二.电子显微镜的电子光学电子显微镜的电子光学(din(din z un xu)z un xu)基础基础 19241924年德布洛依提出了微观粒子具有波粒二年德布洛依提出了微观粒子具有波粒二象性的假设。象性的假设。19291929诺贝尔物理诺贝尔物理例如例如100 kV100 kV电压下加速的电子，德布洛依波电压下加速的电子，德布洛依波的波长为埃，比可见光的波长小几十万倍。的波长为埃，比可见光的波长小几十万倍。19221922年，物理学家布施利用年，物理学家布施利用(lyng)(lyng)电子在电子在磁场中的运动与光线在介质中的传播相似的磁场中的运动与光线在介质中的传播相似的性质，可以实现电子波聚焦，研究成功了电性质，可以实现电子波聚焦，研究成功了电子透镜，为电镜的发明奠定了基础。子透镜，为电镜的发明奠定了基础。第十五页，共76页。电子显微镜：电子显微镜：第十六页，共76页。当高能入射电子束轰击样品表面时，入射电子当高能入射电子束轰击样品表面时，入射电子束与样品间存在相互作用，有束与样品间存在相互作用，有99%99%以上的入射电以上的入射电子能量子能量(nngling)(nngling)转变成样品热能，而余下的转变成样品热能，而余下的约约1 1的入射电子能量的入射电子能量(nngling)(nngling)，将从样品中，将从样品中激发出各种有用的信息。我们的电子显微镜利用激发出各种有用的信息。我们的电子显微镜利用的就是这些信息。的就是这些信息。第十七页，共76页。1)1)二次电子：从距样品表面二次电子：从距样品表面l00 l00 左右深度左右深度(shnd)(shnd)范围内激发出来的低能电子。范围内激发出来的低能电子。50eV-50eV-SEMSEM2)2)背散射电子：从距样品表面背散射电子：从距样品表面0.11m0.11m深度深度(shnd)(shnd)范围内散射回来的入射电子，其能量近似范围内散射回来的入射电子，其能量近似入射电子能量。入射电子能量。SEM SEM、低能电子衍射、低能电子衍射3)3)透射电子：如果样品足够薄透射电子：如果样品足够薄(1m(1m以下以下)。透过样。透过样品的入射电子为透射电子，其能量近似于入射电子品的入射电子为透射电子，其能量近似于入射电子能量。能量。TEMTEM第十八页，共76页。4)4)吸收电子：残存在样品个的入射电子。吸收电子：残存在样品个的入射电子。吸收电子像吸收电子像(表面化学成份和表面形貌信息表面化学成份和表面形貌信息)5)5)俄歇电子：从距样品表面几俄歇电子：从距样品表面几深度范围内发射深度范围内发射的并具有特征能量的二次电子。的并具有特征能量的二次电子。AESAES6)6)非弹性散射电子：入射电子受到原子核的吸引非弹性散射电子：入射电子受到原子核的吸引改变方向电子。能量损失谱。改变方向电子。能量损失谱。原子核原子核(连续波长连续波长X X射线射线)和核外电子和核外电子(h wi(h wi din z)(din z)(二次电子和特征二次电子和特征X X射线射线)第十九页，共76页。7)X7)X射线射线(光子光子)：由于原子的激发和退激发过程，：由于原子的激发和退激发过程，从样品的原子内部发射出来的具有一定能量的特从样品的原子内部发射出来的具有一定能量的特征征X X射线，发射深度为射线，发射深度为0.55m0.55m范围。范围。8)8)阴极荧光：入射电子束发击发光材料表面时，阴极荧光：入射电子束发击发光材料表面时，从样中激发出来的可见光或红外光。从样中激发出来的可见光或红外光。9)9)感应电动势：自由载流子在半导体的局部电场感应电动势：自由载流子在半导体的局部电场作用下作用下,各自运动到一定的区域积累起来各自运动到一定的区域积累起来(q(q li),li),形成净空间电荷而产生电位差。形成净空间电荷而产生电位差。第二十页，共76页。1932193319321933年间，德国年间，德国RuskaRuska和和Knoll Knoll 等在柏林等在柏林(bi(bi ln)ln)制成了第一台电子显微镜。放大率制成了第一台电子显微镜。放大率:l2:l2倍。表明电倍。表明电子波可以用于显微镜。子波可以用于显微镜。19861986诺贝尔奖。诺贝尔奖。第二十一页，共76页。19391939年德国的西门子公司产生了分辨本领优于年德国的西门子公司产生了分辨本领优于100 100 的电子显微镜。的电子显微镜。现代高性能的透射现代高性能的透射(tu sh)(tu sh)电子显微镜点分辨本电子显微镜点分辨本领优于领优于3 3，晶格分辨本领达到，晶格分辨本领达到1212，自动化程度，自动化程度相当高。相当高。第二十二页，共76页。2.2.电子显微镜的电子光学电子显微镜的电子光学(din z un(din z un xu)xu)理论理论电子的波动性及电子波的波长电子的波动性及电子波的波长根据德布洛依假设，运动根据德布洛依假设，运动(yndng)(yndng)微粒和一个平面微粒和一个平面单色波相联系，以速度为单色波相联系，以速度为v,v,质量为质量为m m的微粒相联系的的微粒相联系的德布洛依波的波长为：德布洛依波的波长为：其中(qzhng)为普朗克常数。第二十三页，共76页。初初速速度度为为0 0的的电电子子，受受到到电电位位差差为为V V的的电电场场的的加加速速后后速速度度为为v v，根根据据能能量量守守恒恒原原理理(yunl)(yunl)，电电子获得的动能为：子获得的动能为：第二十四页，共76页。电子显微镜所用电子显微镜所用(suyn)的电压在几十千伏的电压在几十千伏以上，须考虑相对论效应。经相对论修正后，以上，须考虑相对论效应。经相对论修正后，电于波长与加速电压之间的关系为：电于波长与加速电压之间的关系为：式中式中m0为电子的静止质量，为电子的静止质量，c为光速为光速(uns)。得到近似公式：得到近似公式：=(150/V)1/2第二十五页，共76页。加速加速(jis)电压电压(kV)电子波长电子波长()相对论修相对论修正后正后的电子波长的电子波长()第二十六页，共76页。静电透镜静电透镜根根据据电电磁磁学学原原理理(yunl)(yunl)，电电子子在在静静电电场场中中受到的电场力受到的电场力F F为为第二十七页，共76页。如如果果电电子子不不是是沿沿者者电电场场的的方方向向运运功功，电电场场将将使使运动电子发生折射。运动电子发生折射。电子在静电场中遵循电子光学折射定律电子在静电场中遵循电子光学折射定律 sinsin 1/sin 1/sin 2=(V2)1/2/2=(V2)1/2/(V1)1/2=ne2/(V1)1/2=ne2/ne1ne1(V)1/2(V)1/2起起着着电电子子光光学学折折射射率率的的作作用用(zuyng)(zuyng)，静静电电透透镜镜用用来来使使电电子子枪枪的的阴阴极极发发射射出出的的电电子子会会聚聚成成很很细细的的电电子子束束，而而不不是是成成像像。因因为为很很强强的的电电场场在在真真空空度度较较低低的的镜镜体体内内会会产产生生弧弧光放电和点击穿。光放电和点击穿。第二十八页，共76页。磁透镜磁透镜运运动动的的电电子子(dinz)在在磁磁场场中中受受到到的的洛洛伦伦兹力兹力:第二十九页，共76页。电子在磁场电子在磁场(cchng)中的受力和运动：中的受力和运动：电子运动与磁场电子运动与磁场(cchng)同向：电子不受磁同向：电子不受磁场场(cchng)影响影响电子运动与磁场电子运动与磁场(cchng)垂直：电子在与磁垂直：电子在与磁场场(cchng)垂直的平面做均匀圆周运动垂直的平面做均匀圆周运动电子运动与磁场电子运动与磁场(cchng)交角交角：电子是一：电子是一螺旋线螺旋线第三十页，共76页。当当电电子子经经过过短短线线圈圈造造成成的的磁磁场场时时，短短线线圈圈形形成成的的磁磁场场是是不不均均匀匀的的，作作用用于于电电子子的的力力是是变变化化的的。在在这这类类轴轴对对称称的的弯弯曲曲磁磁场场中中，电电子子运运动动的的轨轨迹迹是是一一条条空空间间(kngjin)曲曲线线，离离开开磁磁场场后后，电电子子的的旋旋转转加加速速度度减减为为零零，电电子子作作偏偏向向轴轴的的直直线线运运动动，并并进进而而与与轴轴相相交交。轴轴对对称称的的磁磁场场对对运运动电子总是起会聚作用。动电子总是起会聚作用。第三十一页，共76页。电磁透镜的光学性质电磁透镜的光学性质式中：式中：u、v与与f物距、像距与焦距。物距、像距与焦距。式中：式中：V0电子加速电压电子加速电压(diny)；R透镜半径；透镜半径；NI激磁线圈安匝数；激磁线圈安匝数；A与透镜结构有关的比例常数。与透镜结构有关的比例常数。第三十二页，共76页。电磁透镜是一种焦距电磁透镜是一种焦距(jioj)(或放大倍数或放大倍数)可调的会聚透镜。减小激磁电流，可使电磁可调的会聚透镜。减小激磁电流，可使电磁透镜磁场强度降低、焦距透镜磁场强度降低、焦距(jioj)变长变长(由由f1变为变为f2）。第三十三页，共76页。三三.TEM的构造的构造照明系统、样品台、物镜系统、放大系统、照明系统、样品台、物镜系统、放大系统、数据数据(shj)记录系统。记录系统。第三十四页，共76页。1.照明系统：照明系统：电电子子(dinz)枪枪：(提提供供高高照照明明电电流流，电电流流密密度度和和电电子子(dinz)束束相相干干性性低低的的电电子子(dinz)束束）通通常常用用V形形钨钨丝丝或或LaB6热热离离子子发发射射源源或或场场发发射射源源（高高真真空空用用外外加加电电场诱发的电子场诱发的电子(dinz)发射、用于高分辨）发射、用于高分辨）温温度度达达到到2000K以以上上，发发射射强强度度高高的的稳稳定定的的电电子子(dinz)，在在加加速速加加压压的的作作用用下下，定定向向运运动动，在在光光阑阑小小孔孔的的控控制制下下，允允许许一一定定发发散散角角范范围围的的电电子子(dinz)穿穿过过光光阑阑得到未聚焦的电子得到未聚焦的电子(dinz)束。束。第三十五页，共76页。电子显微电子显微镜镜 光学光学(gung(gungxu)xu)显显微镜微镜 第三十六页，共76页。聚聚光光透透镜镜：采采用用双双聚聚光光镜镜系系统统，从从电电子子枪枪射射来来的的电电子子束束在在磁磁场场的的作作用用下下，会会聚聚于于一一点点，其其直直径径(zhjng)小小于于几几微微米米。调调解解线线圈圈电电流流，可可调调节节电电子束斑大小。（铜线圈绕软铁柱，中间打一小孔）子束斑大小。（铜线圈绕软铁柱，中间打一小孔）强激磁透镜强激磁透镜(第一第一(dy)聚光镜聚光镜)束斑缩小率束斑缩小率10-50倍倍弱激磁透镜弱激磁透镜(第二聚光镜第二聚光镜)放大率放大率2倍倍第三十七页，共76页。2.样品台样品台:进行结构分析的关键部位，可以进行结构分析的关键部位，可以对由于退火、电场或机械对由于退火、电场或机械(jxi)应力引起的应力引起的各种现象进行原位观察。各种现象进行原位观察。样品样品(yngpn)铜网图铜网图:(左左)方孔；方孔；(右右)圆孔圆孔第三十八页，共76页。3.成像系统成像系统物镜物镜是形成第一副电子图像或衍射花样是形成第一副电子图像或衍射花样的透镜，决定成像分辨率的极限。的透镜，决定成像分辨率的极限。一般为强激磁短焦距透镜一般为强激磁短焦距透镜(f=1-3mm)，放大倍数为放大倍数为100-300倍，分辨率可达，会倍，分辨率可达，会聚能力很强，可通过聚能力很强，可通过(tnggu)调节电流调节电流调节会聚能力。调节会聚能力。第三十九页，共76页。4.放大系统放大系统5.由由中中间间镜镜（弱弱激激磁磁长长焦焦距距透透镜镜，0-20倍倍）和和投投影影(tuyng)镜镜（强强激激磁磁短短焦焦距透镜）组成。距透镜）组成。第四十页，共76页。5.荧光屏：玻璃上涂荧光物质，荧光屏：玻璃上涂荧光物质，ZnO，ZnS等，等，留下样品信息，有纳米留下样品信息，有纳米(nm)颗粒的地方，电颗粒的地方，电子透射少，留下影子。子透射少，留下影子。电压对电压对TEM的影响：电压要稳定的影响：电压要稳定透射电压：与放大倍数有关。透射电压：与放大倍数有关。灯丝电压：图像亮度。灯丝电压：图像亮度。加速电压：会聚点。加速电压：会聚点。第四十一页，共76页。JEM2100F(左左)剖面图剖面图,(右右)真空真空(zhnkng)系系统配置统配置第四十二页，共76页。透射电镜（透射电镜（TEM）的成像过程）的成像过程1.从从加加热热到到高高温温的的钨钨丝丝发发射射电电子子，在在高高电电压压作作用用下下以以极极快快的的速速度度射射出出，聚聚光光镜镜将将电电子子聚聚成成很很细细的电子束，射在试样的电子束，射在试样(shyn)上；上；2.电电子子束束透透过过试试样样(shyn)后后进进入入物物镜镜，由由物物镜镜、中中间间镜镜成成像像在在投投影影镜镜的的平平面面上上，这这是是中中间间像；像；3.再再由由投投影影镜镜将将中中间间像像放放大大，投投影影到到荧荧光光屏屏上上，形成最终像。形成最终像。第四十三页，共76页。四四TEM的观察的观察图像种类：图像种类：明场像（透射电子）明场像（透射电子）暗场暗场(nchng)像（衍射电子）像（衍射电子）第四十四页，共76页。1.TEM的分辨的分辨(fnbin)率率在在电电子子图图像像上上能能分分辨辨(fnbin)开开的的相相邻邻两两点点在在试试样样上上的的距距离离称称为为电电子子显显微微镜镜的的分分辨辨(fnbin)率率，亦称点分辨亦称点分辨(fnbin)率。一般用重金属粒子测。率。一般用重金属粒子测。A:常数；常数；:照明电子束波长；照明电子束波长；Cs:透镜球差系数。透镜球差系数。r0的的典典型型值值约约为为，高高分分辨辨(fnbin)条条件件下下，r0可达约可达约电电镜镜的的放放大大率率是是指指电电子子图图像像相相对对于于试试样样的的线线性性放放大倍数。大倍数。第四十五页，共76页。2.衬衬度度在在透透射射电电镜镜中中，电电子子的的加加速速电电压压很很高高，采采用用的的试试样样很很薄薄，所所接接受受(jishu)的的是是透过的电子信号。透过的电子信号。因因此此主主要要考考虑虑电电子子的的散散射射、干干涉涉和和衍衍射射等等作作用用。电电子子束束在在穿穿越越试试样样的的过过程程中中，与与试试样样物物质质发发生生相相互互作作用用，穿穿过过试试样样后带有试样特征的信息。后带有试样特征的信息。第四十六页，共76页。人人的的眼眼睛睛不不能能直直接接感感受受电电子子信信息息，需需要要将将其其转转变变成成眼眼睛睛敏敏感感的的图图像像。图图像像上上明明、暗暗(或或黑黑、白白)的的差差异异称称为为(chnwi)图图像像的的衬衬度度，或或者者称称为为(chnwi)图像的反差。图像的反差。穿穿过过试试样样各各点点后后电电子子波波的的相相位位差差情情况况不不同同，在在像像平平面面上上电电子子波波发发生生干干涉涉形形成成的的合合成成波波色色不不同同，形成图像上的衬度。形成图像上的衬度。衬度原理是分析电镜图像的基础。衬度原理是分析电镜图像的基础。第四十七页，共76页。1)散射散射(质量质量厚度厚度)衬度衬度:试试样样(shyn)上上各各部部位位散散射射能能力力不不同同所所形形成成的的衬衬度度。原原子子序序数数越越大大，厚厚度度越越大大，密密度度越越大大，图图像像颜颜色色越越深深。适适用用于于非非晶晶或或晶晶粒粒小小的的样样品。品。透透射射电电镜镜的的图图象象(txin)衬衬度度的的种种类：类：第四十八页，共76页。2)衍射衬度衍射衬度薄薄晶晶（多多晶晶膜膜）试试样样电电镜镜图图象象的的衬衬度度，是是由由与与样样品品(yngpn)内内结结晶晶学学性性质质有有关关的的电电子子衍衍射射特特征征所所决决定定的的。由由于于晶晶粒粒取取向向不不同同，不不能能同同时时满满足布氏衍射。足布氏衍射。晶粒位相不同晶粒位相不同(b tn)产生的衍衬产生的衍衬效应图效应图(左左)衍衬明场象衍衬明场象,(右右)衍衬暗场象衍衬暗场象第四十九页，共76页。3)相位差衬度相位差衬度入入射射电电子子波波穿穿过过极极薄薄的的试试样样形形成成的的散散射射波波和和直直接接透透射射(tush)波波之之间间产产生生相相位位差差，经经物物镜镜的的会会聚聚作作用用，在在像像平平面面上上会会发生干涉。发生干涉。(左左)相位衬度的形成相位衬度的形成(xngchng),(右右)质量质量-厚度厚度衬度的形成衬度的形成(xngchng)第五十页，共76页。3.高分辨高分辨TEM(HRTEM)高高分分辨辨TEM是是观观察察材材料料(cilio)微微观观结结构构的的方方法法。不不仅仅可可以以获获得得晶晶包包排排列列的的信信息息，还还可可以以确定晶胞中原子的位置。确定晶胞中原子的位置。200KV的的TEM点点分分辨辨率率为为0.2nm，1000KV的的TEM点分辨率为。点分辨率为。可以直接观察原子象。可以直接观察原子象。第五十一页，共76页。高分辨显微像高分辨显微像高分辨显微像的衬度是由合成高分辨显微像的衬度是由合成(hchng)的透的透射波与衍射波的相位差所形成的。射波与衍射波的相位差所形成的。透射波和衍射波的作用所产生的衬度与晶体中透射波和衍射波的作用所产生的衬度与晶体中原子的晶体势有对应关系。重原子具有较大原子的晶体势有对应关系。重原子具有较大的势，像强度弱。的势，像强度弱。晶格条纹像晶格条纹像常用于微晶和析出物的观察，可以揭示微晶常用于微晶和析出物的观察，可以揭示微晶的存在以及形状，可通过衍射环的直径和晶的存在以及形状，可通过衍射环的直径和晶格条纹间距来获得。格条纹间距来获得。第五十二页，共76页。A:非晶态合金非晶态合金(hjn)B:热处理后微晶的晶热处理后微晶的晶格条纹像格条纹像C:微晶的电子衍射微晶的电子衍射明亮部位为非晶明亮部位为非晶暗的部位为微晶暗的部位为微晶第五十三页，共76页。AlN/h-BN复相陶瓷复相陶瓷(toc)晶界图晶界图 第五十四页，共76页。AlN/h-BN复相陶瓷复相陶瓷(toc)晶界图晶界图 第五十五页，共76页。第五十六页，共76页。纳米纳米(n m)碳管的碳管的HRTEM像像第五十七页，共76页。AlN/h-BN纳米纳米(n m)复相陶瓷复相陶瓷HRTEM像像第五十八页，共76页。SIC/h-BN纳米纳米(n m)复相陶瓷复相陶瓷HRTEM像像第五十九页，共76页。4电子衍射电子衍射当当一一电电子子束束照照射射在在单单晶晶体体薄薄膜膜上上时时，透透射射束束穿穿过过薄薄膜膜到到达达感感光光相相纸纸上上形形成成中中间间亮亮斑斑；衍衍射射束束则则偏离透射束形成有规则的衍射斑点。偏离透射束形成有规则的衍射斑点。对对于于多多晶晶体体而而言言，由由于于晶晶粒粒数数目目极极大大且且晶晶面面位位向向在在空空间间任任意意分分布布(fnb)，多多晶晶体体的的倒倒易易点点阵阵将将变变成成倒倒易易球球。倒倒易易球球与与爱爱瓦瓦尔尔德德球球相相交交后后在在相相纸上的投影将成为一个个同心圆。纸上的投影将成为一个个同心圆。电电子子衍衍射射结结果果实实际际上上是是得得到到了了被被测测晶晶体体的的倒倒易易点点阵阵花花样样，对对它它们们进进行行倒倒易易变变换换从从理理论论上上讲讲就就可可知道其正点阵的情况知道其正点阵的情况电子衍射花样的标定。电子衍射花样的标定。第六十页，共76页。与与X射线衍射类似，遵循布拉格定律射线衍射类似，遵循布拉格定律:波波长长为为的的电电子子束束照照射射到到晶晶体体上上，当当电电子子束束的的入入射射方方向向与与晶晶面面距距离离为为d的的一一组组晶晶面面之之间间的的夹夹角角满足关系式满足关系式时时，就就 在在 与与 入入 射射 束束 成成 2的的 方方 向向 上上 产产 生生(chnshng)衍射束，式中衍射束，式中n为整数。为整数。第六十一页，共76页。在在电电子子衍衍射射中中，一一般般(ybn)只只考考虑虑一一级级衍衍射射。可可以以计计算算获获得得各各衍衍射射环环所所对对应应的的晶晶面面间间距距。由由此此分分析析晶晶体体结结构构或或点点阵阵类类型型。可可以和以和X射线衍射分析的数据对照。射线衍射分析的数据对照。第六十二页，共76页。电电子子衍衍射射与与X射射线线的的衍衍射射相相比比的的特特点点(tdin)：1）衍射角很小，一般为）衍射角很小，一般为1-2度。度。2）物物质质对对电电子子的的散散射射作作用用强强，电电子子衍衍射射强强，摄摄取取电电子子衍衍射射花花样样的的时时间间只只需需几几秒秒钟钟，而而X射线衍射则需较长时间。射线衍射则需较长时间。3）晶晶体体样样品品的的显显微微像像与与电电子子衍衍射射花花样样结结合合，可以作选区电子衍射。可以作选区电子衍射。第六十三页，共76页。电电子子衍衍射射基基本本几几何何(j h)关关系图系图第六十四页，共76页。面面间间距距为为d的的晶晶面面族族(hkl)满满足足布布拉拉格格条条件件，在在距距离离样样品品为为L的的底底片片上上照照下下了了透透射射斑斑点点O和衍射斑点和衍射斑点G，G和和O之间的距离为之间的距离为R。从图可知：从图可知：R/L=tg2因因为为(ynwi)电电子子衍衍射射中中的的衍衍射射角角非非常常小小(12度度)tg22sinL=Rd第六十五页，共76页。衍衍射射斑斑点点(bndin)的的对对称称性性及及可可能能所所属属晶系晶系第六十六页，共76页。CdS纳米线的纳米线的HRTEM像及电子衍射图像及电子衍射图第六十七页，共76页。四、用四、用TEM测纳米材料尺寸测纳米材料尺寸1制样要求制样要求负载的铜网上，铜网直径负载的铜网上，铜网直径2-3mm。样品必须薄，电子束可以穿透，在样品必须薄，电子束可以穿透，在100kV时时,厚厚度度(hud)不超过不超过100nm，一般在，一般在50nm。粉体、。粉体、涂膜、切片、染色涂膜、切片、染色样品必须清洁，防尘，无挥发性物质。样品必须清洁，防尘，无挥发性物质。有足够的强度和稳定性，耐高温、辐射，不易挥有足够的强度和稳定性，耐高温、辐射，不易挥发、升华、分解。发、升华、分解。(注意辐射损伤）注意辐射损伤）第六十八页，共76页。2基本步骤基本步骤-粉体粉体将样品用超声波振荡分散，除去软团聚。将样品用超声波振荡分散，除去软团聚。用用覆覆盖盖有有碳碳膜膜或或其其它它高高分分子子膜膜的的铜铜网网悬悬浮浮液液中中，捞捞取取或或用用滴滴管管(dun)滴滴在在碳碳膜膜上上，用用滤滤纸纸吸吸干干或或晾晾干干后后，放放入入样品台。样品台。在在有有代代表表性性且且尺尺寸寸分分布布窄窄的的地地方方，分分散散好的地方照像。好的地方照像。第六十九页，共76页。基本步骤基本步骤-块体（陶瓷或金属样品）块体（陶瓷或金属样品）将样品磨制将样品磨制3丝以内。丝以内。在须减薄的区域在须减薄的区域(qy)磨坑。磨坑。离子减薄。离子减薄。在减薄区选择有代表性的地方照像。在减薄区选择有代表性的地方照像。第七十页，共76页。3确定尺寸方法确定尺寸方法1任任意意地地测测量量约约600颗颗粒粒的的交交叉叉长长度度，然然后后将将交交叉叉长长度度的的算算术术(sunsh)平平均均值值乘乘上上一一统统计计因因子子(1.56)来来获获得得平平均均粒径。粒径。第七十一页，共76页。2测测量量100个个颗颗粒粒中中每每个个颗颗粒粒的的最最大大交交叉叉长长度度，颗颗粒粒粒粒径径为为这这些些交交叉叉长长度度的的算算术术平平均值。均值。3求求出出颗颗粒粒的的粒粒径径，画画出出粒粒径径与与不不同同粒粒径径下下的的微微粒粒分分布布图图，将将分分布布曲曲线线(qxin)中中心心的峰值对应的颗粒尺寸作为平均粒径。的峰值对应的颗粒尺寸作为平均粒径。第七十二页，共76页。4TEM法测纳米样品的优缺点法测纳米样品的优缺点优点：优点：分辨率高，分辨率高，1-3，放大倍数放大倍数(bish)可达几百万倍，可达几百万倍，亮度高，亮度高，可可靠靠性性和和直直观观性性强强，是是颗颗粒粒度度测测定定的的绝绝对方法。对方法。第七十三页，共76页。缺点：缺点：缺缺乏乏统统计计性性。立立体体感感差差，制制样样难难，不不能能观观察察活活体体，可可观观察察范范围围小小，从从几几个个微微米米(wim)到到几几个个埃。埃。取样时样品少，可能不具代表性。取样时样品少，可能不具代表性。铜网捞取的样品少。铜网捞取的样品少。观察范围小，铜网几平方毫米就是观察范围小，铜网几平方毫米就是1012平方纳米。平方纳米。粒子团聚严重时，观察不到粒子真实尺寸。粒子团聚严重时，观察不到粒子真实尺寸。第七十四页，共76页。thanks!thanks!第七十五页，共76页。第七十六页，共76页。