透射電子顯微鏡成像原理.ppt

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透射電子顯微鏡的成像原理 透射電鏡像 1 復型像 反映試樣表面狀態(tài)的像 襯度取決于復型試樣的原子序數(shù)和厚度 2 衍襯像 反映試樣內(nèi)部的結構和完整性 起源于衍射光束 3 相襯像 由透射束和一束以上的衍射束相互干涉產(chǎn)生的像 2 衍射襯度像 明場像暗場像 晶體的衍襯像 由于晶體的取向不同 導致各個晶粒對電子的衍射能力不同所產(chǎn)生的襯度變化 晶體中的取向 多晶 析出物 缺欠 多晶 析出物 共格 半共格 非共格 位錯 二 衍襯像 明場像與暗場像 明場像的成像 明場像 采用物鏡光欄擋住所有的衍射線 只讓透射光束通過的成像 透過取向位置滿足布拉格關系的晶粒的電子束強度弱透過取向位置不滿足布拉格關系的晶粒的電子束強度強 暗場像的成像 暗場像 采用物鏡光欄擋住透射光束 只讓一束衍射光通過的成像 透過取向位置滿足布拉格關系的晶粒的電子束強度強透過取向位置不滿足布拉格關系的晶粒的電子束強度弱 暗場像的成像 使光闌孔套住hkl斑點 把透射束和其它衍射束擋掉 在這種暗場成像的方式下 衍射束傾斜于光軸 故又稱離軸暗場 離軸暗場像的質量差 物鏡的球差限制了像的分辨能力 000 hkl 暗場像的成像 000 hkl 通過傾斜照明系統(tǒng)使入射電子束傾斜2 B 讓B晶粒的 晶面處于布拉格條件 產(chǎn)生強衍射 而物鏡光闌仍在光軸位置上 此時只有B晶粒的衍射束正好沿著光軸通過光闌孔 而透射束和其它衍射束被擋掉 這種方式稱為中心暗場成像方式 衍射襯度理論 000 厚度均勻的單相多晶金屬薄膜樣品 內(nèi)有若干個晶粒 它們沒有厚度差 同時又足夠的薄 以致可不考慮吸收效應 兩者的平均原子序數(shù)相同 唯一差別在于它們的晶體位向不同 晶體的衍襯像 由于晶體的取向不同 導致各個晶粒對電子的衍射能力不同所產(chǎn)生的襯度變化 如何解釋襯度的變化 衍射襯度理論 衍射襯度理論簡稱為衍襯理論 衍襯理論 運動學理論 不考慮入射波與衍射波的相互作用 動力學理論 考慮入射波與衍射波的相互作用 三 完整晶體中衍襯像運動學理論 對于晶體 衍襯像來源于相干散射 即來源于衍射波 1 有一個晶面嚴格滿足布拉格條件 雙束條件2 入射波與任何晶面都不滿足布拉格條件 假設 a 透射波的強度幾乎等于入射波的強度 b 衍射束不再被晶面反射到入射線方向 運動學近似 雙束動力學近似 運動學近似成立的條件 樣品足夠薄 入射電子受到多次散射的機會減少到可以忽略的程度 衍射處于足夠偏離布拉格條件的位向 衍射束強度遠小于透射束強度 柱體近似模型 電子束由試樣上表面A入射 在樣品下表面P點出射 透射束與衍射束相應的距離為 三 完整晶體中衍襯像運動學理論 對于晶體 衍襯像來源于相干散射 即來源于衍射波 1 有一個晶面嚴格滿足布拉格條件 雙束條件2 入射波與任何晶面都不滿足布拉格條件 假設 a 透射波的強度幾乎等于入射波的強度 b 衍射束不再被晶面反射到入射線方向 運動學近似 雙束動力學近似 完整晶體衍射強度 完整晶體運動學柱體近似 將薄晶體分成許多小的晶柱 晶柱平行于Z方向 每個晶柱內(nèi)都含有一列元胞 假設每個晶柱內(nèi)電子衍射波不進入其他晶柱 這樣只要把每個晶柱中的各個單胞的衍射波的和波求出 則和波振幅的平方即為晶柱下面P點衍射波強度 各個晶柱下表面衍射波強度的差異則構成衍襯度像源 其中 是單胞的基矢對于所考慮的晶柱來說 因此 P0處的合成波振幅為 寫成積分形式 因為很小 所以可寫為 衍射波振幅的微分形式是 衍射波強度公式 式中 單胞體積 衍射角之半 結構振幅 電子波長 消光距離 等厚條紋 等厚條紋 s 常數(shù) t變化 衍射波強度 等厚條紋 s 常數(shù) t變化 試樣斜面和錐形孔產(chǎn)生等厚條紋示意圖 等厚條紋 s 常數(shù) t變化 等厚條紋 s 常數(shù) t變化 等傾干涉 t 常數(shù) s變化 四 不完整晶體中衍襯像運動學理論 1 不完整晶體衍射強度公式所謂不完成晶體是指在完整晶體中引入諸如位錯 層錯 空位集聚引起的點陣崩塌 第二相和晶粒邊界等缺陷 在完整晶體中引入缺陷的普遍效應 是使原來規(guī)則排列的周期點陣受到破壞 點陣發(fā)生了短程或長程畸變 四 不完整晶體中衍襯像運動學理論 處理畸變晶體方法 1 把畸變晶體看成是局部倒易點陣矢量 或局部晶面間距發(fā)生變化 2 把畸變晶體看成是完整晶體的晶胞位置矢量發(fā)生變化 位置矢量由理想晶體 缺陷晶體衍射波合波的振幅為缺陷晶體衍射波合成振幅為 完整晶體的衍射強度公式 是研究缺陷襯度的一個非常重要的參數(shù) 位錯衍襯像 DislocationsinNi basesuperalloyThemicrographshowsthedislocationstructurefollowingcreep withdislocationsloopingaroundtheparticles Finesecondary particlesareformedinthespecimen Fig 10 TheareacontainingthinZr CparticlesandtinyZr richparticlesintheannealedspecimenaftercreeptestat600 C 100MPa 9160h totaldeformation0 71 Zoneaxisdiffractionpatternofbothmatrixandthinplate likeZr Cparticlesintheinsert Twomatrixreflectionvectors D03structure aremarkedbyarrows Fig 1 a Selectedarea140nmdiameterofimagecontainingsingleSphaseparticle b SAEDpatternfromtheselectedarea c fastFouriertransformoftheimageintensityin d theHRTEMimageoftheembeddedparticlein a e microdiffractionpatternoftheprecipitateandsurroundingmatrix Fig 2 TEMmicrographsandcorrespondingdiffractionpatternsoftheAA2324alloyintheWQ 270condition a brightfield b 001 AlSADpatternoftheSphaseprecipitateindarkcontrastin a withsurroundingmatrix thestreaksemanatingfromthebrighterAlspotsareanartefactduetocamerasaturation c simulatedSADpatterncorrespondingto OR1 Therectanglecorrespondstotherangeof b 位錯運動的動態(tài)電子顯微鏡觀察 左 具有最大襯度的刃位錯像g b右 位錯襯度趨于零g b 多相合金的衍射和襯度效應 1 第二相的衍射效應 相界面 共格半共格非共格 平行于電子束的片狀沉淀產(chǎn)生的倒易桿 在s 0時可以看到條紋 s 0時可以看到偽衛(wèi)星斑點 圖3 66Moir 條紋形成原理圖 a 平行Moir 條紋 b 旋轉Moir 條紋 c 通常Moir 條紋