透射电镜中的电子衍射

第六章透射电子显微镜2020/1/2325.4电子衍射6.8透射电镜中的电子衍射6.9常见的电子衍射花样第六章透射电子显微镜2020/1/2336.8透射电镜中的电子衍射6.8.1有效相机常数6.8.2选区电子衍射2020/1/234电子衍射操作是把倒易点阵的图像进行空间转换并在正空间中记录下来。用底片记录下来的图像称之为衍射花样。图10.13为电子衍射花样形成原理图。R=λLghkl=KghklR=λL/d=K/dLλ称为电子衍射的相机常数；而L称为相机长度。6.8.1有效相机常数2020/1/235R=λL/d=K/dR是正空间的矢量，而ghkl是倒易空间中的矢量，因此相机常数Lλ是一个协调正、倒空间的比例常数。KLMMfRdPhkl10其中K‘称为有效相机常数，因为f0、M1、MP分别取决于物镜，中间镜和投影镜的激磁电流，因而有效相机常数也会随之变化。6.8.1有效相机常数2020/1/236•选区衍射就是在样品上选择一个感兴趣的区域，并限制其大小，得到该微区电子衍射图的方法。也称微区衍射。•光阑选区衍射(LePoole方式)此法用位于物镜像平面上的光阑限制微区大小。先在明场像上找到感兴趣的微区，将其移到荧光屏中心，再用选区光阑套住微区而将其余部分挡掉。理论上，这种选区的极限≈0.5μm。6.8.2选区电子衍射2020/1/237实际上，选区光阑并不能完全挡掉光阑以外物相的衍射线。这样选区和衍射像不能完全对应，有一定误差。它起因于物镜有球差和像的聚集误差。严重时，实际衍射区甚至不是光阑所选微区，以致衍射像和微区像来自两个不同部位，造成分析错误。6.8.2选区电子衍射2020/1/2386.8.2选区电子衍射为了保证物镜像平面和选区光阑的重合，获得选区电子衍射花样，必须遵循下面的标准操作步骤：1.插人选区光阑，调节中间镜电流使荧光屏上显示该光阑边缘的清晰像。此时意味着中间镜物平面和选区光阑重合；2.插入物镜光阑，精确调节物镜电流，使所观察的样品形貌在荧光屏上清晰显示；意味着物镜像平面与中间镜物平面重合，也就是与选区光阑重合；3.移去物镜光阑，降低中间镜电流，使中间镜的物平面上升到物镜的背焦面处，使荧光屏显示清晰的衍射花样（中心斑点成为最细小、最圆整）。此时获得的衍射花样仅仅是选区光阑内的晶体所产生的。2020/1/2396.9常见的电子衍射花样6.9.1单晶体的电子衍射花样6.9.2多晶体的电子衍射花样6.9.3复杂的电子衍射花样2020/1/23106.9常见的电子衍射花样2020/1/23116.9.1单晶体的电子衍射花样单晶电子衍射花样的产生及几何特征(忽略磁转角)2020/1/23126.9.1单晶体的电子衍射花样单晶体电子衍射花样的标定：标定电子衍射图中各斑点的指数hkl及晶带轴指数[uvw]，并确定样品的点阵类型、物相及位向。1.认真制备样品，薄区要多，表面没有氧化。2.正确操作电镜等。3.校正仪器常数。4.要在底片上测量距离和角度。长度测量误差小于±0.2mm，(或相对误差小于3-5%)，角度测量误差±0.2°，尚需注意底片药面是朝上放置的。在着手标定前，还有几点事项要引起注意：2020/1/23131.由近及远测定各个斑点的R值,测定各衍射斑之间的角;2.根据衍射基本公式R=L/d求出相应晶面间距;3.因为晶体结构已知，所以可由d值定它们的晶面族指数{hkl}；4.尝试确定距中心斑点最近的斑点指数，属于{h2k2l2}的(h1k1l1)；5.确定第二个斑点指数：任选一个属于{h2k2l2}的(h2k2l2)；根据夹角公式，验算(h1k1l1)和(h2k2l2)的夹角是否与实测的吻合，若不，则更换(h2k2l2);6.两个斑点决定之后，第三个斑点为R3=R1+R2，导出其他各斑点的指数；7.由g1×g2求得晶带轴指数[uvw];8.系统检查各过程，算出晶格常数。一.已知样品晶体结构和相机常数：6.9.1单晶体的电子衍射花样2020/1/2314根据斑点的规律性判断其可能所属的晶系：1.平行四边形---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、三角或立方晶系根据R2的连比规律，来确定点阵的结构类型。6.9常见的电子衍射花样二.晶体结构未知：2020/1/23151.由近及远测定各个斑点的R值；2.根据衍射基本公式R=L/d求出相应晶面间距；3.查ASTM卡片，找出对应的物相和{hkl}指数；4.确定(hkl)，求晶带轴指数；因为电子显微镜的精度有限，很可能出现几张卡片上d值均和测定的d值相近，此时应根据待测晶体的其它资料，如化学成份等来排除不可能出现的相。6.9.1单晶体的电子衍射花样2020/1/231610.4单晶体电子衍射花样标定三.标准花样对照法：将实际观察、记录到的衍射花样直接与标准花样对比，写出斑点的指数并确定晶带轴的方向，这是一种简便易行而又常用的方法。所谓标准花样就是各种晶体点阵主要晶带的倒易截面，它可以根据晶带定理和相应晶体点阵的消光规律绘出(二维倒易面的画法)，附录有部分标准花样。2020/1/23172020/1/23182020/1/23192020/1/23202020/1/2321单晶花样的不唯一性1．表现形式:同一衍射花样有不同的指数化结果。2、产生原因：头两个斑点的任意性;二次对称性;偶合不唯一性，常出现于立方晶系的中高指数，如(352)和(611)，(355)和(173);6.9常见的电子衍射花样2020/1/23223、影响：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。4、消除办法转动晶体法，让和斑点自洽；借助复杂电子衍射花样分析，如双晶带衍射花样、高阶劳厄带花样分析。6.9常见的电子衍射花样2020/1/2323•多晶试样可以看成是由许多取向任意的小单晶组成的。故可设想让一个小单晶的倒易点阵绕原点旋转，同一反射面hkl的各等价倒易点(即(hkl)平面族中各平面)将分布在以1/dhkl为半径的球面上，而不同的反射面，其等价倒易点将分布在半径不同的同心球面上，这些球面与反射球面相截，得到一系列同心园环，自反射球心向各园环连线，投影到屏上，就是多晶电子衍射图。•多晶电子衍射图是一系列同心园环，园环的半径与衍射面的面间距有关。6.9.2多晶体的电子衍射花样2020/1/23241.测量园环半径Ri(通常是测量直径Di，Ri=Di/2这样测量的精度较高)。2.由d=Lλ/R式，计算di，并与已知晶体粉末卡片或d值表上的d值比较，确定各环的{hkl}i。已知晶体结构－d值比较法：6.9.2多晶体的电子衍射花样2020/1/2325未知晶体结构－R2比值规律对比法：R2比值规律对比法与前面X射线衍射德拜花样标定中介绍的方法完全相同，其实德拜花样就是多晶衍射环被矩形截取的部分。6.9.2多晶体的电子衍射花样2020/1/2326编号12345Ri9.3810.9315.3617.8818.88Ri287.89119.36236.39319.52356.27Ri2/R1211.362.693.644.05(Ri2/R12)×334.078.0710.9112.16N3481112{hkl}i111200220311222未知晶体结构－R2比值规律对比法：标定TiC多晶电子衍射图6.9.2多晶体的电子衍射花样2020/1/23271.高阶劳厄斑点6.9.3复杂的电子衍射花样2020/1/23282.超点阵斑点AuCu3在395℃以上是无序固溶体，每个原子位置上发现Au和Cu的几率分别为0.25和0.75，在395℃以下,AuCu3便是有序态，此时Au原子占据晶胞顶角位置，Cu原子则占据面心位置。6.9.3复杂的电子衍射花样2020/1/23292.超点阵斑点2020/1/23302.超点阵斑点2020/1/23313.二次衍射斑点•电子受原子散射作用很强，以致衍射束强度可与透射束强度相当(动力学交互作用)，故衍射束可作为新的入射束，并产生衍射，称为二次衍射。•二次衍射可使上述一些Fhkl=0的消光又出现强度；也使Fhkl≠0处的反射强度发生变化。二次衍射效应还能在透射斑点或衍射斑点周围出现一些卫星斑点，使斑点花样复杂化，故指数标定前应将二次衍射斑点区分出来。6.9.3复杂的电子衍射花样2020/1/23324.孪晶斑点•材料在凝固、相变和变形过程，晶体内的一部分相对于基体按一定的对称关系生长，即形成了孪晶。•图为面心立方晶体(110)面上的原子排列，基体的(111)面为孪晶面。•若以孪晶面为镜面，则基体和孪晶的阵点以孪晶面作镜面反射。若以孪晶面的法线为轴，把图中下方基体旋转180°也能得到孪晶的点阵。6.9.3复杂的电子衍射花样2020/1/23334.孪晶斑点既然在正空间中孪晶和基体存在一定的对称关系，则在倒易空间中孪晶和基体也应存在这种对称关系，只是在正空间中的面与面之间的对称关系应转换成倒易阵点之间的对称关系。所以，其衍射花样应是两套不同晶带单晶衍射斑点的叠加，而这两套斑点的相对位向势必反映基体和孪晶之间存在着的对称取向关系。6.9.3复杂的电子衍射花样2020/1/23345.菊池衍射花样•当电子束穿透较厚的完整单晶体样品时，衍射图上除斑点花样外，又出现一些平行的亮暗线对。这就是菊池线或菊池衍射花样。•这是受到非弹性散射的电子随后又被弹性散射的结果。非弹性散射电子损失的能量100eV，比入射电子能量小得多，故随后的弹性散射的电子波波长被视为等于入射电子波波长。6.9.3复杂的电子衍射花样2020/1/2335