10电子衍射学习.pptx

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1、X射线衍射多晶电子衍射单晶电子衍射第1页/共68页电子衍射与X射线衍射的比较 1.单原子散射的特性：（E）：受原子核散射 （X）：受核外电子散射2.衍射波长及衍射角：（E）：10-3 nm，衍射角2从03 （X）：10-1 nm，衍射角2从01803.衍射斑点强度4.辐射深度：(E)：低于1m数量级 (X)：低于100m数量级5.作用样品体积：(E)：(X)：6.晶体位向测定精度：(E)：用斑点花样测定，约3 (X)：优于1相 似 性差 异 性1.波的叠加性导致：布拉格公式 结构因子 消光规律2.衍射花样类型：单晶花样 多晶花样3.单晶花样能确定晶体位向注：（E）表示电子衍射，（X）表示X射线

2、衍射。第2页/共68页一、电子衍射的特点（1）电子衍射也遵循布拉格方程 Ewald作图法 第3页/共68页厄瓦尔德图：衍射矢量方程与倒易点阵结合，表示衍射条件与衍射方向CP1P2厄瓦尔德球：在入射线方向入射线方向入射线方向入射线方向上任取一点C为球心，以入射线波长的倒数为半径的球。第4页/共68页第5页/共68页产生衍射的条件：若以入射线与反射球的交点为原点，形成倒易点阵，只要倒易点落在反射球面上，对应的点阵面都能满足布拉格条件。衍射线方向为反射球心射向球面上倒易结点的方向。第6页/共68页第7页/共68页（2）电子衍射的衍射角小得多 0.01弧度1 第8页/共68页结论：电子衍射斑点是集中在

3、O点周围附近的，可以近似认为这些斑点是处在垂直于入射电子束的平面上。常常将电子衍射谱视为倒易点阵的二维截面。所以，电子衍射花样简单、直观。第9页/共68页（3）电子散射为核散射，故物质对电子的散射作用强，其强度约为X射线的一百万倍结果：摄照时曝光时间短，仅需几秒钟；电子的穿透能力大大下降，要求试样薄，使制样困难；衍射束与透射束强度相当，容易产生交互作用，会使得衍射花样强度分析困难、精度低。第10页/共68页（4）利用电子衍射，可以对同一试样同时进 行形貌观察与结构分析。第11页/共68页标准电子衍射花样标准电子衍射花样是指标准零层倒易截面的比例图像。倒易点阵的指数就是衍射斑点的指数。第12页/

4、共68页零层倒易截面第13页/共68页标准电子花样两个条件：1 晶带定理 2 不产生消光第14页/共68页思考：体心立方【001】、【011】晶带的标准零层倒易截面。思考：面心立方【001】、【011】晶带的标准零层倒易截面。思考：面心立方与体心中晶带的标准零层倒易截面的区别。第15页/共68页当入射束与点阵平面的夹角正好满足布拉格公式时才有可能产生衍射，否则衍射强度为零。晶体形状的倒易阵点扩展 OKO*ghkl(uvw)0*标准电子衍射花样形成图第16页/共68页实际情况：一则真实晶体的大小是有限的，二则晶体内部还含有各式各样的晶体缺陷，因此衍射束的强度分布有一定的角范围，相应的倒易阵点也是

5、有一定的大小和几何形状的点。在尺寸很小的晶体中，倒易阵点要扩展，薄片晶体的倒易阵点拉长为倒易“杆”，棒状晶体为倒易“盘”，细小颗粒晶体则为倒易“球”。第17页/共68页第18页/共68页第19页/共68页样品尺寸小 倾斜入射电子束 BOTH第20页/共68页三、电子衍射基本公式与相机常数1、衍射基本公式 正空间记录的倒易点阵放大像：正空间记录的倒易点阵放大像：第21页/共68页K=LK=L，为常数，称为，为常数，称为相机常数相机常数。近似：近似：空间转换空间转换第22页/共68页 2、透射电镜的相机常数第23页/共68页设中间镜放大倍数为Mi，投影镜放大倍数为Mp，则底版上衍射斑与透射斑间的距

6、离为：令 ，称为有效镜筒长度 其中，称为有效相机常数 第24页/共68页3、相机常数（1）计算相机常数 计算依据计算依据影响因素影响因素第25页/共68页（2）利用金膜测定相机常数 200KV加速电压下测得的多晶金的衍射花样：第26页/共68页 2R1=17.46mm R1=8.730mm 2R2=20.06mm R2=10.03mm 2R3=28.64mm R3=14.32mm 2R4=33.48mm R4=16.74mm (111)面 d111=0.2355nm (200)面 d200=0.2039nm (220)面 d220=0.1442nm (311)面 d311=0.1230nm 第

7、27页/共68页 mmnm mmnm mmnm mmnm取平均值：mmnm第28页/共68页四、选区电子衍射 选区电子衍射是有选择地分析样品不同微区范围内的形貌和晶体结构的一种方法。它是通过在物镜像平面上插入一个孔径可变的选区光阑，来限制参加成像和衍射的区域，从而实现选区电子衍射的。第29页/共68页第30页/共68页操作步骤：先以成像方式操作：让中间镜物平面与物镜像平面重合，投影镜物平面与中间镜像平面重合，此时荧光屏上即为样品的放大图像。在物镜像平面上插入一个选区光阑，光阑孔套住想要分析的感兴趣的微区，即得到选区像。第31页/共68页降低中间镜电流，增大其物距，使中间镜物平面与物镜背焦面重合

8、，此时，中间镜和投影镜放大的是物镜背焦面上的衍射花样，即得到选区电子衍射花样。结论：选区电子衍射能实现选区观察与衍射的对应。第32页/共68页第33页/共68页五、常见电子衍射谱 1、单晶电子衍射谱 由大量明暗不同的规则排列的斑点组成 第34页/共68页特点：规则排列：斑点是倒易点阵中某倒易截面的投影放大，通常认为是零层倒易截面的投影放大。所谓零层倒易截面，是指通过原点O的那个截面。原因：a、电子束波长短，使爱瓦尔德球面接近平面；第35页/共68页 b、加速电压波动，会导致爱瓦尔德球具有一定厚度；c、由于电子束的发散度、实际样品的形状和尺寸等因素，会导致倒易点扩展，扩展为倒易杆，更容易与爱瓦尔

9、德球相交。斑点数量很多，且存在明暗强度的差别。第36页/共68页2、多晶电子衍射谱 由一系列不同半径的同心圆环组成。第37页/共68页第38页/共68页3、复杂电子衍射花样（1）多次衍射谱第39页/共68页第40页/共68页(2)高阶劳厄带斑点第41页/共68页(3)菊池线第42页/共68页第43页/共68页第44页/共68页第45页/共68页第46页/共68页六、电子衍射花样的标定第47页/共68页1 1尝试-校核法单晶花样指数化方法 由照片的负片描制的花样示意及其指数化(相机常数K1.41 mmnm)单晶电子衍射花样的标定方法 第48页/共68页(1)选择靠近中心斑点而且不在一条直线上的几

10、个斑点A、B、C、D。测量R值分别为RA=7.1 mm，RB10.0 mmRC12.3 mm，RD21.5 mm；R矢量之间夹角的测量值为：RA与RB约90，RA与RC约55，RA与RD约71。第49页/共68页（2）求R2比值，找出最接近的整数比，由此确定各斑点所属的衍射晶面族。这是体心立方结构的N值。当然也可写成1:2:3:9作为简单立方结构的比值，这是在指数化过程中经常遇到的情况。（2）尝试斑点的指数，最短矢量的A斑点对应的晶面族110共有12个晶面(包括正反符号)：(110)，(101)，(011)，。可以任选一指数，这样就有12种选法。未知相机常数时：晶体结构可以不知第50页/共68

11、页已知相机常数时：（2）计算d值，查出晶面簇指数。第一个斑点的晶面指数随意定晶体结构已知如未知晶体结构，则获得各个d值以后，通过查ASTM卡片确定物相第51页/共68页（3）、第二个斑点晶面指数（hkl）的确定由第一、第二斑点所在方向之间夹角进行判断。第52页/共68页 晶面之间的夹角可由计算或查表得到。立方晶体的晶面夹角公式：附录10所示，为立方晶系晶面之间的夹角数据。第53页/共68页（4）按矢量运算求出C和D的指数：RCRARB 因为：hChAhB，kCkAkB，lClA+lB 所以，可求得C和D。（5）对求出的指数继续用N和 校核 ，与实际R2比值所得N值相比较；并对斑点指数化是否自洽

12、进行检验。第54页/共68页第55页/共68页（6）求晶带轴uvw。在电子衍射分析中，可用两个不共线的斑点(h1k1l1)和(h2k2l2)求出晶带轴方向。由晶带定律，用行列式表示：u:v:w =第56页/共68页 2 2 标准花样对照法 将试验得到的衍射花样与各种晶体的标准花样进行对照，若相符，便可以直接写出各斑点的指数、晶带轴方向及所属的点阵类型，并进而确定物相。画零层倒易截面，主要考虑两点：晶带轴定律和消光条件。第57页/共68页 例如：fcc，100 由晶带轴定律可知，晶面指数应该是0kl；再考虑消光条件：靠近原点000的低指数阵点是002、和022；写出所有指数：002、00 、02

13、0、0 0 022、0 、02 、0 2 第58页/共68页再根据晶面夹角即可画出倒易截面：第59页/共68页001011111012第60页/共68页在标定衍射花样时，尝试-校核法具有普遍性，它不仅适用于立方晶系的晶体，而且适用于任何晶系的晶体，但是它的计算量大，比较繁琐，标准花样对照法就弥补了这一缺点。但是一般书中只给出少数几个结构类型的、有限的几个低指数晶带的标准花样，往往不能满足实际研究的需要；而要作出不同结构类型的不同晶带的标准花样，就需要花费大量的时间。因此，对于这两种方法存在的问题，借助电子计算机是最好的解决方法。第61页/共68页3 单晶花样指数化的不唯一性 尝试校核法：只要满

14、足斑点的N值，可以在同一晶面族中任意选一个（h1k1l1）作为第一个斑点的指数；第二个斑点的指数也只受到相应的N值以及它与第一个斑点之间夹角的约束，也有几个可供选择的指数。所以，一幅花样可以标定出几种不同的结果，据此求得的晶带轴方向也不一样。第62页/共68页 标准花样对照法：由于同一晶向族内不同的晶向，其对应的零层倒易截面，往往具有完全相同的阵点排列图形，只是阵点的指数不同罢了。所以，通过标准花样对照法，可以将一幅花样标定出多种结果来。结论：单晶花样的标定具有不唯一性。第63页/共68页第64页/共68页作业：P.1601，9：有图示电子衍射斑点，已知：R110.7mm，R227mm，R327.8mm，97，试对斑点指数进行标定，并求出入射电子束方向。第65页/共68页：画出fcc晶体011晶带的标准电子衍射 花样，取Nh2k2l212的斑点。第66页/共68页本 章 结 束第67页/共68页感谢您的观看。第68页/共68页