第二篇材料电子显微分析 电子显微分析

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1、第二篇材料电子显微分析第二篇材料电子显微分析第八章第八章电子显微分析电子显微分析一、前言：（一）显微镜的起源：1、眼睛（1）特点：准确性、灵敏性、适应性和精密的分辨能力。（2）局限性：对太远或太近的物体看不见或看不清；不能对所观察物体的大小、远近、形状作出数量上的精确比较或计量对于发生在瞬间的现象或事物，不能留下长久的记录等等。（3）眼睛是一个很好的变焦距系统，人眼的调焦是靠眼球周围肌肉的收缩或舒张，来改变眼球内水晶体(相当于凸透镜)的曲率半径来达到的。曲率半径大(曲率小)，能看清远的物体，小(曲率大，眼睛鼓起来)，能看清近的物体。人眼观察

2、物体的粒度极限为0.1mm！25(cm)M=f2、显微镜1100年左右，阿拉伯人阿尔-海真（Al-hazen）发明了第一个凸透镜。它是一个最简单的放大镜，其放大率：M＝25（cm）/f式中25cm为人眼的明视位置，f为透镜的焦距。对于单透镜，由于有象差的存在，放大率都在5×以下，要提高放大率，需用组合透镜将象差减小，即须采用两个或多个光学系统组成的复光学系统来代替单一放大镜，这种组合的放大镜，称为显微镜。显微镜的起源直到现在还未查明，据说第一架放大仪器是由荷兰的光匠师詹森（Jansen）父子在1590年发明的。这架放大仪器的构造非常简单，实

3、际上是由一个凸透镜和一个凹透镜组成的放大镜，放大率也不超过10倍。1665罗伯特·虎克观察到的细胞罗伯特·虎克制造的显微镜（1665）列文虎克和他的显微镜（约1680）列文虎克观察到的“小动物”显微镜分类：光学显微镜非光学显微镜光学显微镜是在可见光非光学显微镜主要以电子显微镜线或紫外线的照明下,利用玻璃为代表，它与光学显微镜不同，而用透镜放大物象的装置。电子源代替光源，即用电子流代替照照明：可见光或紫外光明光线。电子显微镜以特殊的电极和聚光镜（改变光线的介质）：磁极(电子透镜)代替了光学显微镜的玻璃透镜聚光镜、物镜和目镜的作用，即电子射线为

4、电子透镜所折射，经两次或多最好的光学显微镜的放次放大成最后象。大极限是：2000倍照明：电子源（电子流）聚光镜：电子透镜（电极和磁极）（二）电子与物质的相互作用：一束电子射到试样上，电子与物质相互作用，当电子的运动方向被改变时，称为散射。但当电子只改变运动方向而电子的能量不发生变化时，称为弹性散射。如果电子的运动方向和能量同时发生变化，称为非弹性散射。电子与试样的相互作用产生的信息（1、感应电导；2、荧光；3、特征X射线；4、二次电子；5、背散射电子；6、俄歇电子；7、吸收电子；8、试样；9、透射电子）二、电子波与电磁透镜：（一）光学显微镜

5、的分辨率极限：（1）人的眼睛仅能分辨0.1~0.2mm的细节（2）光学显微镜，人们可观察到象细菌那样小的物体。（3）用光学显微镜来揭示更小粒子的显微组织结构是不可能的，受光学显微镜分辨本领(或分辨率)的限制。分辨本领：指成像物体（试样）上能分辨出来的两个物点间的最小距离。通常我们以物镜的分辨本领来定义显微镜的分辨本领。0.61λ0.61λd==0n⋅sinαN.A.光学透镜分辨本领d0的公式（阿贝定律）：0.61λ0.61λd==0n⋅sinαN.A.式中：λ是照明束波长，α是透镜孔径半角，n是物方介质折射率，n·sinα或N·A称为数值孔

6、径。减小d0值的途径有：（1）增大（物镜的数值孔径）N·A，即增大n和α（2）减小λ在物方介质为空气的情况下，任何光学透镜系统的N·A值小于1。采用组合透镜、大的孔径角（即用高倍数物镜）以及高折射率介质浸没物镜时，数值孔径N.A可提高到1.5～1.6。d0≈1/2λ波长是光学显微镜分辨率大小的决定因素。透镜的分辨本领主要取决于照明束波长λ。若用波长最短的可见光（λ=400nm）作照明源：d0=200nm200nm是光学显微镜分辨本领的极限（二）电子波的波长：随着人们对微观粒子运动的深入认识，用于显微镜的一种新的照明源—电子束被发现了。192

7、4年法国物理学家德.布罗意（DeBroglie）提出一个假设：运动的微观粒子（如电子、中子、离子等）与光的性质之间存在着深刻的类似性，即微观粒子的运动服从波-粒两象性的规律。两年后通过电子衍射证实了这个假设，这种运动的微观粒子的波长为普朗克常数h对于粒子动量的比值，即λ=h/mv对于电子来说，这里，m是电子质量［kg］，v是电子运动的速度［m·s-1］。hλ=2emU0初速度为零的自由电子从零电位达到电位为U（单位为v）的电场时电子获得的能量是eU：1/2mv2=eU即：当电子速度v远远小于光速C时，电子质量m近似等于电子静止质量m0，由上

8、述两式整理得：λ=h2emU0如果加速电压很高，使电子具有极高的速度，则必须经过相对论校正，式中，c为光速。将常数代入上式，并注意到电子电荷e的单位为库仑，h的单位为J·s，我们