材料分析高分辨电子显微学ppt课件.ppt

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1、高分辨电子显微学林鹏081820022目录1.绪论2.高分辨电子显微相位衬度像的成像原理3.高分辨电子显微像衬度的影响因素4.高分辨电子显微像的计算机模拟5.高分辨电子显微观察和拍摄图像的程序6.高分辨电子显微图像的类型和应用实例1.绪论不同材料有不同的使用性能；材料的性能决定于材料的结构，特别是它的微观结构。为了获得能满足人类生活和生产需要的材料，必须研究材料的结构，首先要直接观察到结构的细节。1956年，门特用分辨率为0.8nm的透射电子显微镜直接观察到酞菁铜晶体的相位衬度像，这是高分辨电子显微学诞生的萌芽。1971年，钣岛澄男拍摄到Ti2Nb10O29的相位衬度像，所用电子

2、显微分辨率很高，像上直观地看到了原子团沿入射电子束方向的投影，像的细节前进了一大步。与些同时，解释高分辨像成像理论和分析技术的研究也取得了重要的进展。之后，钣岛澄男和植田夏几乎同时发表了氯酞菁铜的高分辨电子显微像，像上可以看到分子的轮廓。这种直接观测晶体结构和缺陷的技术在20世纪70年代迅速发展，日趋完善，并广泛应用于物理、化学、材料科学、矿物等领域。实验技术的进一步完善，以及以J.M.Cowley的多片层计算分析方法为标志的理论进展，宣布了高分辨电子显微学的成熟，迈上新的阶段。2.高分辨电子显微相位衬度像的成像原理2.1概述2.2成像过程2.3薄试样高分辨电子显微像2.4厚试样

3、高分辨电子显微像2.1概述（1）电子束入射到试样是为了获取试样的普遍结构信息，即衍射谱；后焦面处的物镜光阑让透射束通过，呈现常规的振幅衬度像；除透射束外，若还让一个或多个衍射束通过光阑，便获得高分辨相位衬度像。（2）两种不同衬度像反映的结构细节的层次是和参加成像的衍射束的多少（透射束视为零级衍射束）相对应的。每一衍射束都携带着一定的结构信息，参加成像的衍射束愈多，最终成像所包含的试样结构信息越丰富，即层次越高，越逼真。2.2成像过程成像过程可以由图2-1给出。简单的说，就是实空间到倒空间，再回到实空间。带有晶体的投影电势φ(r)的出射波q(r)穿过物镜，在物镜的后焦面处，形成衍射

4、波Q(H),此处就是实空间的出射波q(r)经过第一次傅里叶变换，进入倒空间；在这里经过对衍射波Q(H)和物镜传递函数T(H)的乘积的第二次傅里叶变换，就获得了物镜像面处的第一次成像的物波Ψ(r)，又回到了实空间。图2-1高分辨电子显微成像过程光路示意图2.3薄试样高分辨电子显微像（1）入射电子与试样物质的相互作用设试样为薄晶体，忽略电子吸收，在相位体近似下，只引起入射电子的相位变化，用下述透射函数（即出射波函数）表示试样经受入射电子的作用：q(x,y)=exp(iσφ(x,y)Δz)（1）上式表明，入射电子只发生了相位变化σφ(x,y)Δz。σ称为相互作用常数，和电镜加速电压成反

5、比。φ(x,y)是反映晶体势场沿电子束入射方向分布并受晶体结构调制的波函数。通常情况下试样厚度Δz比较小，式（1）中的exp指数项要比这小的多，因此q(x,y)可以按下式展开（弱相位近似）q(x,y)≈1+iσφ(x,y)Δz（2）（2）经物镜作用在后焦面处形成衍射谱Q(u,v)=F[q(x,y)]（3）像平面上形成高分辨电子显微像当物平面与像平面严格地为一对共轭面时，像面波Ψ(r)真实地放大了物面波q(r)，而当物镜有像差时，像平面不严格与物平面共轭，此时像面波不再真实地复现物面波。像面波与物面波之间的这种偏差可用在物镜后焦面上给衍射波加上一个乘子，就是衬度传递函数exp(iⅹ

6、(u,v))。同时考虑物镜光阑的作用C(U,V).因而像平面的电子散射振幅为：Ψ(u,v)=F[C(U,V)Q(u,v)exp(iⅹ(u,v))]像平面上像的强度为像平面上电子散射振幅的平方，即振幅及其共轭的乘积：I(x,y)=Ψ*(u,v)·Ψ(u,v)=│1+iF{C(U,V)F[σφ(x,y)Δz]exp(iⅹ(u,v))}│2（4）为简单起见，不考虑光阑的作用，即令C(U,V)＝1,并设定两个理想的物镜条件，即exp(iⅹ(u,v))＝±i(u,v≠0时)可得假定条件下的像强度为：I(x,y)=│1±σφ(-x,-y)Δz│2≈1±σφ(-x,-y)Δz从上式可以看出：原

7、晶体的势分布φ(x,y)在像的强度I(x,y)中反映出来了。即像强度分布记录了晶体的势分布。高分辨电子显微像确实反映了试样晶体沿电子束入射方向投影的势分布。（5）处于最佳欠焦条件下的像强度分布接近于理想透镜的像强度分布，即：I(x,y)=1-σφ(-x,-y)Δz（6）由于重原子具有较大的势，对应得重子列的位置，像强度弱。一般说，黑点处是有原子的位置，黑衬度也有深浅，深黑衬度对应Z较大的原子，浅黑衬度对应着Z较小的原子；两个相邻近的原子，其像衬也可连在一起，这涉及到电子显微镜的分