第一章绪论第二章电子光学基础

《第一章绪论第二章电子光学基础》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、电子显微分析ElectronMicro-Analysis王明光ggg085@sina.com绪论材料科学研究材料制备材料结构材料性能材料计算材料应用一研究对象微结构与显微成分微结构与性能的关系微结构形成的条件与过程机理二研究手段电子显微分析是利用聚焦电子束与试样物质相互作产生各种物理信号，分析试样物质的微区形貌、晶体结构和化学组成等。方法：1、透射电镜（TEM）2、扫描电镜（SEM）3、电子探针（EMPA）4、其他*三电子显微分析在材料研究中的应用1、形态分析2、元素的存在状态分析3、玻璃的非晶态结构分析4、材料断面的研究5、晶界（微观研究）6、微区结构分析7、高分子材料的

2、研究8、………………….等等四电子显微分析特点：1、不破坏样品，如可直接用陶瓷等多晶材料。2、是一种微区分析方法，了解成分与结构的微区变化。3、灵敏度高，成像分辨率高，为0.1-0.3nm，能进行nm尺度甚至原子尺度的晶体结构及化学组成分析。4、各种电子显微分析仪器日益向多功能、综合性发展，可以进行形貌、物相、晶体结构和化学组成等的综合分析。五其他分析方法及其局限性举例光学显微镜优点：简单，直观。局限性：分辨本领低（0.2微米）；只能观察表面形貌；不能做微区成分分析。化学分析优点：简单，方便。局限性：只能给出试样的平均成分，不能给出所含元素随位置的分布；不能观察像。X射线衍

3、射优点：精度高；分析样品的最小区域mm数量级；局限性：平均效应；无法把形貌观察与晶体结构分析结合起来。作业1如何理解电子显微分析技术在材料研究中的重要性说明：作业、课堂测验及出勤占总成绩的30-40%。作业有雷同的均没有成绩。第一章电子光学基础第一节概述1.1.1什么是电子光学(electronoptics)?研究电子在电磁场中运动和电子束在电磁场中聚焦、成像、偏转等规律的学科电子光学是设计电子束管和电子离子仪器的理论基础电子光学已渗入到无线电电子学、电子显微学、质谱学、电子能谱学、表面物理、高能物理等领域中，凡是涉及到产生、控制和利用带电粒子束的问题，都需要运用电子光学成

4、果。1.1.2两种显微镜对比照明源聚焦成像光学显微镜可见光玻璃透镜电子显微镜电子束静电或磁透镜第二节光学透镜成像1.2.1光的折射与光学透镜成像折射定律:ν为传播速度1.2.2光的衍射和光学显微镜分辨本领1.2.2.1光的衍射光波干涉产生衍射效应.由于衍射效应,点光源成像为具有一定尺寸的中央亮斑及其周围明暗相间的圆环---埃利(Airy)斑Airy斑半径：1.2.2.2光学显微镜的分辨率样品由许多物点组成,每个物点可看成一个点光源.每个点光源在像面形成各自的Airy斑.分辨斑点的判据:两Airy斑中心间距等于第一暗环半径透镜的分辨本领:样品上可分辨的两个物点间距BACKTo

5、提高光学显微镜分辨率的途径:1、增加介质的折射率；2、增大物镜孔径半角；3、采用短波长的照明源★。举例：采用较大的孔径角来成像，最大的孔径角α=70⁰-75⁰，在物方介质为油的情况下，n≈1.5,其数值孔径nsinα≈1.25—1.35可见光的波长在3900--7600Å结论：光学玻璃透镜分辨本领的理论极限为半波长2000Å紫外线:200-250Å,分辨本领可达100ÅX射线100-0.5Å,还不错,但无法折射聚焦需要寻找新照明源1.2.2.3有效放大倍数Δre=0.2mm;人眼分辨本领Δr0=0.2μm;显微镜分辨本领M有效=1000，实际上最高放大倍数设计为1000-1

6、500第三节电磁透镜成像1.3.1电子的波性及其波长德布罗意波粒二象性关系式：E=hν,P=h/λ可得λ=h/P=h/mv1/2mv2=eU带入数值可得电子波长为（Ǻ）考虑到相对论效应修正为超高压电镜常用电镜1.3.2电子透镜电子透镜:在电子显微分析中使电子束发生偏转、聚焦的装置。按工作原理分：（1）静电透镜：一定形状的等电位曲面簇也可使电子束聚焦成像。产生这种旋转对称等电位曲面簇的电极装置即为静电透镜。*Refertopage9---11（2）电磁透镜：旋转对称的电磁场使电子束聚焦。产生这种旋转对称磁场的线圈装置叫电磁透镜。TEM、SEM：多个电磁透镜的组合。电磁透镜是一

7、种可变焦距或可变倍率的会聚透镜磁透镜1.3.3电磁透镜的像差光学透镜的像差可通过透镜组合（会聚和发散透镜）加以补偿或矫正；而电磁透镜则不能。电磁透镜像差分两类：几何像差：因透镜磁场几何上的缺陷而产生色差：电子波长或能量非单一1球差球差是由于电磁透镜磁场的近轴区和远轴区对电子束的会聚能力不同而造成的。球差最小散焦斑半径Δrs(折算到透镜物平面）：Cs—电磁透镜球差系数---电磁透镜孔径半角BACKTo2色差普通光学中不同波长的光线经过透镜时，因折射率不同，将在不同点上聚焦，由此引起的像差称为色差。电镜色差是电子波长差