电子衍射教学ppt课件

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1、第十章电子衍射中国石油大学(北京)材料科学与工程系戈磊电子衍射电子衍射已成为当今研究物质微观结构的重要手段，是电子显微学的重要分支。电子衍射可在电子衍射仪或电子显微镜中进行。电子衍射分为低能电子衍射和高能电子衍射，前者电子加速电压较低（10～500V），电子能量低。电子的波动性就是利用低能电子衍射得到证实的。目前，低能电子衍射广泛用于表面结构分析。高能电子衍射的加速电压≥100kV，电子显微镜中的电子衍射就是高能电子衍射普通电子显微镜的“宽束”衍射（束斑直径≈1μm）只能得到较大体积内的统计平均信息，而微束衍射可研

2、究分析材料中亚纳米尺度颗粒、单个位错、层错、畴界面和无序结构，可测定点群和空间群。§10-1概述电子衍射电子衍射的优点是可以原位同时得到微观形貌和结构信息，并能进行对照分析。电子显微镜物镜背焦面上的衍射像常称为电子衍射花样。电子衍射作为一种独特的结构分析方法，在材料科学中得到广泛应用，主要有以下三个方面：（1）物相分析和结构分析；（2）确定晶体位向；（3）确定晶体缺陷的结构及其晶体学特征。电子衍射和X射线衍射共同点电子衍射的原理和X射线衍射相似，是以满足（或基本满足）布拉格方程作为产生衍射的必要条件。两种衍射技术得

3、到的衍射花样在几何特征上也大致相似：多晶体的电子衍射花样是一系列不同半径的同心圆环，单晶衍射花样由排列得十分整齐的许多斑点所组成，而非晶体物质的衍射花样只有一个漫散的中心斑点电子衍射和X射线衍射不同之处由于电子波与X射线相比有其本身的特性，因此电子衍射和X射线衍射相比较时，具有下列不同之处：1.电子波的波长比X射线短得多，在同样满足布拉格条件时，它的衍射角θ很小，约为10-2rad。而X射线产生衍射时，其衍射角最大可接近/2。2.在进行电子衍射操作时采用薄晶样品，薄样品的倒易阵点会沿着样品厚度方向延伸成杆状，因此

4、，增加了倒易阵点和爱瓦尔德球相交截的机会，结果使略为偏离布格条件的电子束也能发生衍射。电子衍射和X射线衍射不同之处3.电子波的波长短，采用爱瓦尔德球图解时，反射球的半径很大，在衍射角θ较小的范围内反射球的球面可以近似地看成是一个平面，从而也可以认为电子衍射产生的衍射斑点大致分布在一个二维倒易截面内。这个结果使晶体产生的衍射花样能比较直观地反映晶体内各晶面的位向。4.原子对电子的衍射能力远高于它对X射线的衍射能力（约高出四个数量级），故电子衍射束的强度较大，摄取衍射花样时曝光时间仅需数秒钟。衍射花样NiFe多晶纳米薄

5、膜的电子衍射La3Cu2VO9晶体的电子衍射图非晶态材料电子衍射图的特征§10-1概述单晶，多晶§10-2电子衍射原理电子衍射原理倒易点阵的概念。爱瓦尔德球图解法。晶带定理。结构因子。偏离矢量。电子衍射基本公式。布拉格方程由X射线衍射原理我们已经得出布拉格方程的一般形式，2dhklsinθ＝λ因为所以这说明，对于给定的晶体样品，只有当入射波长足够短时，才能产生衍射。而对于电镜的照明光源——高能电子束来说，比X射线更容易满足。通常的透射电镜的加速电压100~200kv，即电子波的波长为10-2～10-3nm数量级，而

6、常见晶体的晶面间距为100～10-1nm数量级，于是这表明，电子衍射的衍射角总是非常小的，这是它的花样特征之所以区别X射线的主要原因。§10-2电子衍射原理（一）倒易点阵的概念。二、倒易点阵与爱瓦尔德球图解法一个晶体由很多晶面组成，因此可以在空间中确定原点后，在原点周围绘制出一系列这样的特殊点，其中每一个点都对应着晶体中的某一个面。人们在长期的实验中发现：晶体点阵结构与其电子衍射斑点之间可以通过一个假想的点阵联系起来，这一系列的点，就是我们说的倒易点阵。通过倒易点阵可以把晶体的电子衍射斑点直接解释成晶体相应晶面的衍

7、射结果。电子衍射斑点就是与晶体相对应的倒易点阵中某一截面上的阵点排列的像§10-2电子衍射原理倒易点阵的空间几何基础：电子束打在试样上的点为球心，1/为半径做球。发生衍射时，透射束和衍射束在球面上分别形成一个斑点O*和G。O*G向量必满足如下几何关系：方向为衍射晶面的法线方向，大小为衍射晶面面间距的倒数。把晶体空间中所有满足这种向量的晶面组成一个新的点阵，定义为倒易点阵。原点阵称为正点阵。倒易矢量的表示方法：加星号，用基矢表示。在倒易点阵中，由原点O*指向任意坐标为（hkl）阵点的矢量（倒易矢量）为：§10-2电

8、子衍射原理例如：含义：§10-2电子衍射原理倒易点阵的几何特征：a倒易点阵中的方向矢量垂直于同名指数的晶体平面b倒易点阵中的一个点代表的是正点阵中的一组晶面c倒易点阵中方向矢量的大小等于同名指数晶面间距的倒数§10-2电子衍射原理倒易关系和线面呼应正倒点阵互为倒易。正倒点阵线面互应关系：可以用倒易矢的方向表示晶体平面的方向，也可以用晶体矢的方向表示倒易面的方