电子显微分析1绪论及电子光学基础

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1、金属电子显微分析绪论微观结构(microstructure)决定宏观(macroscopical)性质任何一种材料的宏观性能或行为都是由其微观结构所决定的.微观结构材料的化学组分(composition)元素分布(elementaldistribution)组成相(phase)的形貌(morphology)(包括形状/大小/分布等)晶体结构(crystalstructure)各个组成相之间的取向关系(orientation)和界面状态(interface)晶体缺陷(defect)的密度(density)和组态等所以,研究材料必须研究材料的微观结构通常用来研究材料微观结

2、构的方法(method)光学金相显微分析X射线衍射化学分析方法这些技术在材料的研究中发挥了重要的作用材料研究中各种分析方法的空间分辨能力极限传统方法存在的问题光学金相方法-分辨率受到光波衍射的限制,只能提供微米左右的形貌细节图象X射线衍射-聚焦困难,衍射信息强度较弱,只能获得总体或平均的结果湿法和光谱化学分析-无法给出微观的成分不均匀性资料上述技术空间分辨率(spatialresolution)不高,不能把形貌显示和成分结构分析有机地结合起来.在分辨率(resolution),检测灵敏度(sensitivity),定量(quantitative)精度(precisio

3、n)以及适应性(applicability)等方面,越来越不能满足科学发展的需要.电子光学仪器新设备相继出现TEM(Transmissionelectronmicroscopy)SEM(scanningelectronmicroscopy)EPMA(electronprobemicroanalyzer)电子探针X射线显微分析仪SIMS(secondaryionmassspectrometry)离子探针AES(Augerelectronspectrometer)俄歇电子能谱仪所有电子光学仪器的共同特点:以电子光学方法将具有一定能量的电子(或离子)会聚成细小的入射束，通过

4、与样品物质的相互作用激发表征材料微观组织结构特征的各种信息，检测并处理这些信息从而给出形貌、成分和结构的丰富资料.最重要的显微分析手段-TEM特点高空间分辨率:可提供极其微细的材料组织结构情况SAED(selectedareaelectrondiffraction)：使微观形貌和晶体结构对应起来原位(Insitu)观察：利用各种特殊样品台对样品进行高分辨率条件下的系统动态观察，揭示材料相变和形变过程中组织结构的变化规律TEM-本篇将要学习的主要内容TEM设计基础设备介绍样品制备应用。。。本篇主要内容第一章电子光学基础电子显微镜：是一种高放大倍数、高分辨本领，综合性能好

5、的新型分析仪器。要学习掌握电子显微镜的原理，首先要对光学显微镜进行了解两者都属于光学放大仪器，基本光学原理相似区别在于使用照明源和聚焦成像的方法不同：前者用可见光照明，用玻璃透镜聚焦成像；后者用电子束照明，用一定形状的静电场或磁场（静电透镜或磁透镜）聚焦成像。$1概述光的折射(refraction)是光学透镜成像的基础光的折射：光从一种介质传播到另一种介质时发生光的折射折射服从以下规律：(1)入射光、折射光和介质界面的法线在同一平面内(2)满足关系：$2光的折射和光学透镜成像θγn1n2211221sinsinnnnvv===gq另外重要概念：单色光光学透镜成像光学显

6、微镜聚焦、放大成像的主要部件-凸透镜薄透镜性质：(1)薄透镜的基本概念：透镜的中心、光轴、主轴、副轴、透镜主平面、焦点F、焦距f、焦平面等；(2)成像规律：实像、虚像的条件(3)成像的几条特殊光线；通过这几条特殊光线，用作图的方法确定透镜成像的位置和大小(4)薄透镜成像，物距L1，焦距f，像距L2三者之间的关系等(5)透镜像的放大倍数L1L2fABB’A’1)光的衍射光和无线电波一样属于电磁波。由于它具有波动性质，使得由透镜各个部分折射到像平面上的像点及其周围区域的光波相互之间发生干涉作用、产生衍射现象。$3光的衍射和光学显微镜分辨本领理论极限由前所述，一个理想的点光

7、源通过透镜成像时，在像面上应该得到一个理想的像点，但是实际情况并非如此所以，理想点光源的像是：具有一定尺寸的中央亮斑及其周围明暗相间的圆环所组成的埃利（Airy）斑,大约84％的强度集中在中央亮斑，所以通常以埃利斑第一暗环的半径来衡量其大小。ObjectLensObjectPlaneImagePlaneAirySpotn－透镜物方介质折射率(refractiveindex)λ－照明光波长(wavelength)α－透镜孔径半角(semiangleofcollection)M－透射放大倍数nsinα-数值孔径(numericalaperture)上式说