电子与物质PPT课件

1、电子与物质 电子与物质 当一束聚焦电子沿一定方向射到固体上时，当一束聚焦电子沿一定方向射到固体上时， 在固体原子的库仑电场作用下，入射电子方在固体原子的库仑电场作用下，入射电子方 向将发生改变，这种现象称为（电子）散射。向将发生改变，这种现象称为（电子）散射。 有散射弹性和非弹性散射之分。有散射弹性和非弹性散射之分。 原子中的原子核和核外电子对入射电子均原子中的原子核和核外电子对入射电子均 有散射作用。有散射作用。 电子与物质 图3-1 电子散射示意图 （a）与原子核作用；（b）与核外电子作用 电子与物质 1 1、弹性散射、弹性散射 （E El=0=0）：）： 入射电子在原子的库仑场作用下改变

2、入射电子在原子的库仑场作用下改变 方向而无能量变化，产生衍射和成像。方向而无能量变化，产生衍射和成像。 与核外电子云作用的散射角与核外电子云作用的散射角0.20.2， 可形成可形成BRAGGBRAGG衍射。衍射。 TEM:structure,morphology, compositionTEM:structure,morphology, composition 电子与物质 Figure 6.1Bright-field image of the as-cast Al sample. 图6.1原始铸铝材显微结构的明场像。 图4-9原始铸铝材显微结构的明场像 Figure 6.1 Magnified

3、 image of figure 4.26. 图6.1的局部放大。 图6.1 在波纹衬度所穿过的晶界处摄取的选 区电子衍射图，揭示出小角晶界的特征。 电子与物质 2 2、非弹散射作用（、非弹散射作用（E0E0） 入射（入射（primaryeprimarye）电子不仅改变）电子不仅改变 方向，而且与物质交换能量，产生热方向，而且与物质交换能量，产生热 、光、光、X X射线及二次电子发射等等，主射线及二次电子发射等等，主 要用于分析样品的成分及电子结构。要用于分析样品的成分及电子结构。 电子与物质 电子与物质 电子与物质 1：电子的能量范围在几个：电子的能量范围在几个eV数百数百eV； 2：可用来

4、成像，甚至可获得原子像；：可用来成像，甚至可获得原子像； 3：可得到：可得到X射线光谱，作元素和结构分析；射线光谱，作元素和结构分析； 4：可产生俄歇电子，作表面分析；：可产生俄歇电子，作表面分析； 5：发生电子衍射，用于研究样品结构分析；：发生电子衍射，用于研究样品结构分析； 6：从电子的能量变化可得电子能量损失谱，用：从电子的能量变化可得电子能量损失谱，用 于测量原子簇结构。于测量原子簇结构。 7：被轰击的分子电离，获得质谱，作分子结构：被轰击的分子电离，获得质谱，作分子结构 推定。推定。 电子与物质 一、 电子与物质相互作用： 透射电镜透射电镜 扫描电镜扫描电镜 透射电镜透射电镜 扫描电

5、镜扫描电镜 俄歇谱仪俄歇谱仪 电子探针电子探针 电子与物质 1.1.透射电子透射电子-TEM-TEM 2.2.二次电子二次电子-SEM-SEM 3.3.背散射电子背散射电子-SEM-SEM 4.4.特征特征X X射线射线-EDS-EDS、WDSWDS 5.5.俄歇电子俄歇电子-AES-AES 电子与物质 X射线衍射仪 电子探针仪 扫描电镜 X 射 线 二次电子 韧致辐射 入射电子 背散射电子 阴极荧光 吸收电子 俄歇电子 试 样 透射电子 衍射电子 俄歇电镜 透射电子显微镜 电子衍射仪 图13 电子与物质相互作用产生的信息及相应仪器 电子与物质 透射电子显微镜， 扫描电子显微镜， 低能电子衍射

6、仪， 电子探针， 质谱仪等。 电子与物质 1、二次电子：X射线与物质相互作 用产生的各种带能粒子在原子中 穿行时，与其它电子相碰而激发 的电子。 二次电子的特点： 1.对样品表面形貌敏感； 2.空间分辨率高； 3.信号收集效率高； 4.是扫描电镜成像的主要手段。 电子与物质 电子与物质 (a) 加偏压前加偏压前 (b) 加偏压后加偏压后 图图4.62 加偏压前后的二次电子收集情况加偏压前后的二次电子收集情况 电子与物质 图 入射电子产生的各种信息的深度和广度范围 (a) 电子束散射区域形状(梨形作用体积) (b)重元素样品的电子束散射区域形状(半球形作用体积) 1-入射电子束；2-俄歇电子激发

7、体积；3-样品表面；4-二次电子激 发体积；5-背散射电子激发体积；6-初级X射线激发体积 电子与物质 电子与物质 1.1.对样品的原子序数敏感；对样品的原子序数敏感； 2.2.分辨率及信号收集率低；分辨率及信号收集率低； 3.3.对原子序数差异较大的材料的相分析。对原子序数差异较大的材料的相分析。 电子与物质 1.1.轻元素及超轻元素的分析；轻元素及超轻元素的分析； 2.2.适于材料表面或薄膜分析；适于材料表面或薄膜分析； 电子与物质 Valence L3 L2 L1 K e free e Ka a2特征特征X射线射线Auger e K K激发态激发态 发射发射K K光子光子 （重元素）（重元素） 平均自由程平均自由程mmmm 发射俄歇电子（轻元素）发射俄歇电子（轻元素） 平均自由程平均自由程, ,表面几层原表面几层原 子子 电子与物质 图图3-5 3-5 电子与固体作用产生的发射电子谱（示意图电子与固体作用产生的发射电子谱（示意图） 电子与物质 1.1.等离子体振荡等