材料分析测试方法重要2008春考题

1、试 题： 班号： 姓名：第5页 （共5页）哈工大 2008年 春 季学期班号姓名材料结构分析与测试技术 试题 题号一二三四五六七八九十总分分数第1页 （共 4 页）一、回答下列问题（每题5分，共 分）5什么是消光距离？透射波和衍射波强烈的动力学相互作用的结果使I0和Ig在晶体深度方向上发生周期性的振荡。振荡的深度周期叫做消光距离，记作g这里，消光”指的是尽管满足衍射条件，但由于动力学互相作用面在晶体内一定深度处衍射波(或透射波)的强度实际为零。理论推导结果表明6. 简述透射电镜成像系统的主要构成及其特点？(一)物镜 物镜是用来形成第一幅高分辨率电子显微图像或电子衍射花样的透镜。透射电子显微镜分

2、辨本领的高低主要取决于物镜。物镜是一个强激磁短焦距的透镜(f13mm)，它的放大倍数较高，一般为100300倍。目前，高质量的物镜其分辨率可达0.1nm 物镜的分辨率主要决定子极靴的形状和加工精度。一船来说，极靴的内孔和上下极靴之间的距离越小，物镜的分辨率就越高。为了减小物镜的球差，往往在物镜的后焦面上安放一个物镜光阑。物镜光阑不仅具有减小球差、像散和色差的作用，而月可以提高图像的衬度。此外，我们在以后的讨论中还可以看到，物镜光阑位于后焦面位置上时，可以方便地进行暗场及衍树成像操作。(二)中间镜 中间镜是一个弱激磁的长焦距变倍透镜，可在0-20倍范围调节。1时，用来进一步放大物镜像；当放大倍数

3、小于1时，用来缩小物镜像。在电镜操作过程中，主要是利用中间镜的可变倍率来控制电镜的总放大倍数。如果把中间镜的物平面和物镜的像平面重合，则在荧光屏上得到一幅放大像，这就是电子显微镜中的成像操作；如果把中间镜的物平面和物镜的背焦而重合，则在荧光屏上得到一幅电子衍射花样，这就是透射电子显微镜中的电子衍射操作。(三)投影镜 投影镜的作用是把经中间镜放大(或缩小)的像(或电子衍射花样)进一步放大，并投影到荧光屏上，它和物镜一样，是一个短焦距的强磁透镜。投影镜的激磁电流是固定的，因为成像电子束进入投影镜时孔径角很小，因此它的景深和焦长都非常大，即使改变中间镜的放大倍数，使显微镜的总放大倍数有很大的变化，也

4、不会影响图像的清晰度。7、何谓二次电子？简述二次电子的表面形貌成像原理？（1）二次电子 在入射电子束作用下披轰击出来并离开样品表面的样品的核外电子叫做二次电子。这是一种真空中的自由电子。由于原子核和外层价电子间的结合能很小，因此外层的电子比较容易和原子脱离，使原子电离。二次电子一般都是在表层5-10 nm深度范围内发射出来的，它对样品的表面形貌十分敏感，因此，能非常有效地显示样品的表面形貌。二次电子的产额和原子序数之间没有明显的依赖关系，所以不能用它来进行成分分析。（2）被入射电子束激发出的二次电子数量和原子序数没有明显的关系，但是二次电子对微区表面的几何形状十分敏感。图说明了样品表面和电子束

5、相对位置与二次电子产额之间的关系。入射束和样品表面法线平行时，即图中O，二次电子的产额最少。若样品表面倾斜了45。，则电子束穿人样品激发二次电子的有效深度增加到2倍，入射电子使距表面510nm的作用体积内逸出表面的二次电子数量增多(见图中黑色区域)。若入射电子束进入了较深的部位，虽然也能激发出一定数量的自由电子，但因距表面较远，自由电子只能被样品吸收而无法逸出表面。图为根据上述原理画出的造成二次电子形貌衬度的示意图。图中样品上B面的倾斜度最小，二次电子产额最少，亮度最低。反之，C面倾斜度最大，亮度也最大。8、电子衍射与X射线衍射有何异同？电子衍射的原理和x射线衍射相似，是以满足(或基本满足)布

6、拉格方程作为产生衍射的必要条件。两种衍射技术所得到的衍射花样在几何特征上也大致相似。多晶体的电子衍射花样是一系列不同半径的同心圆环，单晶衍射花样由排列得十分整齐的许多斑点所组成。由于电子波与x射线相比有其本身的持性，因此电子衍射和x射线衍射相比较时具有下列不同之处： 首先，电子波的波长比x射线短得多，在同样满足布拉格条件时衍射角很小，约为l0-2rad而x射线产生衍射时，其衍射角最大可接近/2。 其次，在进行电子衍射操作时采用薄晶样品，薄样品的倒易阵点会沿着样品厚度方问延伸成杆状，因此，增加了倒易阵点和爱瓦尔德球相交截的机会，结果位略为偏离布拉格条件的电子束也能发生衍射。 第三，因为电子波的波

7、长短，采用爱瓦尔德球图解时，反射球的半径很大，在衍射角较小的范围内反射球的球面可以近似地看成是一个平面，从而也可以认为电子衍射产生的衍射斑点大致分布在一个二维倒易截面内。这个结果使晶体产生的衍射花样能比较直观地反映晶体内备品面的位向，给分析带来不少方便。 最后，原子对电子的散射能力远高于它对X射线的散射能力(约高出四个数量级)，故电子衍射束的强度较大，摄取衍射花样时曝光时间仅需数秒钟。二、三、四、五、分别画出面心立方和体心立方晶体在001晶向的电子衍射花样，并标出特征平行四边形及中心斑点周围八个点的晶面指数。（10分）面心立方体心立方 六、画图说明衍衬成像的原理，并说明什么时明场像，暗场像和中

8、心暗场像。（10分）薄膜样品有A，B两晶粒，同时，设想B晶粒取向不同的A晶粒内所有晶面组，均与布拉格条件存在较大的偏差，即在A晶粒的选区衍射花样中将不出现任何强衍射斑点而只有中心透射斑点，或者说其所有衍射束的强度均可视为零。于是，A晶粒区域的透射束强度仍近似等于入射束强度I0。由于在电子显微镜中样品的第一幅衍射花样出现在物镜的背焦面上，所以若在这个平面上加进一个尺寸足够小的物镜光阑把B晶粒的hkl衍射束挡掉，而只让透射束通过光阑孔并到达像平面，则构成样品的第一幅放大像。此时，两颗晶粒的像亮度将有不同，因为如以A晶粒亮度Ia为背景强度，则B晶粒的衍射衬度为于是我们在荧光屏上将会看到(荧光屏上图像

9、只是物镜像平面上第一幅放大像的进一步放大而已)，B品粒较暗而A晶粒较亮。这种由于样品中不同位向的晶体的衍射条件(位向)不同而造成的衬度差别叫衍射衬度。我们把这种让透射束通过物镜光阑而把衍射束挡掉得到图像衬度的方法，叫做明场(BF)成像。所得到的像叫明场像。如果我们把图中物镜光阑的位置移动一下，使其光阑孔套住hkl斑点，而把透射束挡掉，可以得到暗场(DF)像。但是，由于此时用于成像的是离轴光线，所得图像质量不高，有较严重的像差。习惯上常以另一种方式产生暗场像，即把入射电子束方向倾斜2角度(通过照明系统的倾斜来实现)，使B晶粒的(hkl)晶面组处于强烈衍射的位向，而物镜光阑仍在光轴位置。此时只有B

10、晶粒的hkl衍射束正好通过光阑孔，而透射束被挡掉，这叫做中心暗场CDF)成像方法。A晶粒由于在该方向的散射度极小，像亮度几乎近于零，图像的衬度特征恰好与明场像相反B晶粒较亮而A晶粒很暗。显然暗场像的衬度将明显地高于明场。七、利用理想晶体衍衬运动学基本方程说明等厚条纹形成原理理想晶体衍衬运动学基本方程：（10分）如果晶体保持在确定的位相，则衍射晶面偏离矢量S保持恒定，此时，如图11-8，显然，当S=常数时，随样品厚度t的变化，衍射强度将发生周期性震荡，周期Tg=1/s，也就是说，t=n/s时，Ig=0；而当t=（n+1/2）/S时，衍射强度为最大Igmax=1/（sg）2如图11-10为一个薄晶体，其一端是一个碶型的斜面，斜面上晶体的厚度是连续变化的，故可以把斜面部分的晶体分割成一系列厚度个不相等的晶柱，当电子束通过各晶柱时，柱体底部的衍射强度因厚度t不同而发生连续变化，在衍射图像上锲型边缘将得到几列亮暗相间的