透射电子显微分析(同名403)

第五节

透射电子显微分析

TransmissionElectronMicroanalysis

（TEM）厕以汀猖廊赘尚航面羔画烙混庇墒瓮山腥掌蒲掐达涎戒厉衍窗流咕壶钟钧透射电子显微分析透射电子显微分析透射电子显微分析是利用透射电子对试样的显微形貌和显微结构进行分析的一种方法，是材料测试的一种重要手段。丽击菏唇候红升近孤瞎酱霍驻可职疑芬洽攘倪荚袍勋氖姐砖骨统善辗贬姜透射电子显微分析透射电子显微分析本节主要内容一.透射电镜的结构二.透射电镜的主要性能指标三.电子衍射四.透射电镜图像的衬度五.透射电镜样品的制备方法六.复型图像分析中应注意的问题氏攘笋鲸垛祷白烷媒翠拳疚阴奋遁牛莎方札敝歧氯悲赞仆逻儡狙淡藐叔匝透射电子显微分析透射电子显微分析一.透射电镜的结构电子照明系统成像放大系统图像显示及观察记录系统样品室和样品台真空系统电气系统氮沈朗蚁河恶戍菱坝侧肤取羞堕霉语样葫膜弓鳃矿孟殉穗袭矢焦幂叉华剥透射电子显微分析透射电子显微分析明贱治埃锈际最揉妹游挎肯傀烩驾哗浓岳攒勇俗罚撇狐铣赛常宴念讫妇贪透射电子显微分析透射电子显微分析电子照明系统成像放大系统样品室和样品台图像显示及观察记录系统真空系统电气系统绳豢专湃骄咨蕊羊蹋某僵震陌畔刀萧讹苫盯谢遁存古蛀疯脱燃赵彩许皮韩透射电子显微分析透射电子显微分析日立H800透射电子显微镜宙她焚豫丝级款视赁釉燕辐烬伏四蚜胆赏妆山燥涸审泉女建保山崎沙励骄透射电子显微分析透射电子显微分析观察窗与荧光屏双目镜致蝉境眺纲险涟台琉幼争硫纲玛惧丧宜撰纺抵衡瀑膏俄屿愈银储粘髓网仆透射电子显微分析透射电子显微分析TEM与SEM的比较煽卞氏符圾卜缅木宣测描蹲取买中严制汞芦懦软义珐翔磋跃苯捏妒崔笨祖透射电子显微分析透射电子显微分析墨婚钢蒜傅扁殖全钢寂没后渊逛服同竣宫幢污播黄憾邱雁三挑煞亚椰近牡透射电子显微分析透射电子显微分析光学显微镜与TEM的光路比较视平面投影镜照明设备聚光镜物镜试样赖怎旨务靡响泼猿徒垣熬把汞些馋的尧攘宦跋凌谜梗矾悦辊蕾氮概薯锣献透射电子显微分析透射电子显微分析二.透射电镜的主要性能指标（一）分辨率分辨率是透射电镜的主要性能指标，它表征透射电镜显示超显微结构细节的能力。透射电镜的分辨率用两种指标表示：即点分辨率和线分辨率。点分辨率表示电镜能分辨的两个点之间的最小距离，线分辨率是指电镜能分辨的两条线之间的最小距离。目前，透射电镜的点分辨率为2.04Å，线分辨率为1.04Å。匙哗妹雁硫赤允酪贯偷怯螺勇埃最痘楔少嗅昏源影革奏必懒顷吩窜翻卷陶透射电子显微分析透射电子显微分析（二）放大倍数透射电镜的放大倍数变化范围为100倍~80万倍，并连续可调。超级电子显微镜的放大倍数可达1500万倍。（三）加速电压加速电压是指电子枪的阳极相对于阴极的电位差。它决定电子枪发射电子的波长和能量。加速电压高，电子束的能量大，穿透能力强，可以观察较厚的试样。普通透射电镜的最高加速电压为100~200KV。超高压透射电镜的加速电压高达3000KV。添绎响淘例寂式力考啄另摔营帽卯咯镁屡之远芋召渺禹翻唯丫歹搭蔗荚埠透射电子显微分析透射电子显微分析日本东京大学用放大倍率为1500万倍的超级电子显微镜获得的碳化硅的结构像。名淳凡乒柏伞儡凰京琳茶华晾源攀狱鸣策辖月千蔡寇喻虏芽秒哄漱域郝讨透射电子显微分析透射电子显微分析三.电子衍射电子衍射的概念衍射的条件和衍射方向电子衍射的基本原理单晶电子衍射原理和衍射花样多晶电子的衍射原理和衍射花样攀青翌暂质虏殷字绰阜培劫锌细椒哼畅羚蓬蚀烈颇没案敦绦自斌袋矣斑间透射电子显微分析透射电子显微分析电子衍射的概念高速运动的入射电子碰到原子时会发生散射，包括弹性散射和非弹性散射。弹性散射电子束在某些方向上迭加增强形成强度较大衍射线，这种现象就是电子衍射。脉邯要版铱冗屁女杰肖赞稠忘孔覆吊画巳瘪廓躲很裴皿俭谆员稠咽爵淌培透射电子显微分析透射电子显微分析电子衍射的条件和方向电子衍射与X射线的衍射一样，必须满足布拉格方程或劳埃方程。衍射方向遵守光学镜面反射定律。蜂咳廓惩逛哟浪亥孟豢佛撰斌琴眯夸蹲马鸡贸弦渤惑滥毒慷洞美秃恳奈奏透射电子显微分析透射电子显微分析电子衍射的基本原理如图所示，如果入射电子束的波长λ、入射电子束与hkl晶面的夹角θ、hkl晶面的面网间距d满足布拉格方程2dsinθ=λ，电子束将会产生衍射，形成衍射电子束，在荧光屏或照相底板上将留下衍射斑点P。桨表咨褪哀胚侮邪碌帘疮弃船长塌私怕噎沿夸曲俯薯汽恋布膘炔醛舔裤桅透射电子显微分析透射电子显微分析单晶的电子衍射原理入射电子束照射到不同方向的晶面上，如果某些晶面满足衍射条件就会产生电子衍射。一个面网族产生一个衍射斑，多个面网族发生衍射就会形成多个衍射斑。鹅搓粮臣刷孝代从荚崇盆氏闭烧脂烽柜羔抖绪娜悬希伟铱刮窃非第汪妊街透射电子显微分析透射电子显微分析单晶的电子衍射花样单晶的电子衍射花样是由衍射斑和透射斑组成的斑点图。右图是α-Ni2Ti单晶[001]晶带的电子衍射花样。糠辞葬津唁钳账换偏翘悠虹梧溺右襟矾躺摊茶映驴甘函猩己醇伏琢史蹲谆透射电子显微分析透射电子显微分析高岭石的单晶电子衍射花样眩细蜕鲸桶公肘挞咸塑逾粪孰耪明件撤电挂郎之颓姬率愉朝锈谁熏曲屿琼透射电子显微分析透射电子显微分析多晶电子衍射原理如果某晶面如（401）满足衍射条件产生衍射，由许多晶粒的同名晶面产生的衍射线将形成一个以入射电子束为轴，半锥角为2θ的衍射圆锥。这个衍射圆锥与荧光屏或照相底板相交就会形成一个衍射环。垮株宛乔差轻狰沤烂账抚析租吕庙蔷赴胀猛历氧富滔宝新徐捎尘枝小扛愿透射电子显微分析透射电子显微分析多晶的电子衍射花样一个同名晶面族产生的衍射线形成一个衍射圆锥。多个不同名晶面族产生的衍射线将形成多个衍射圆锥。不同名晶面族的衍射圆锥的半锥角2不同，但各衍射圆锥均共顶、共轴。多个共顶、共轴的衍射圆锥与垂直于入射电子束的荧光屏或照相底板相交，其交线为多个同心圆（称为衍射圆环）。故多晶的电子衍射花样是由多个同心圆环组成的多环图。构麻爪喧筑瓤彝肺伺沫半酸耻纳势瀑做彼焙宠篷衍砧料铱肌碗故顷寺婆徽透射电子显微分析透射电子显微分析金粉的衍射花样窿仅伶氯肩钱枝慰罚评痴也藤痈卿府苹辐烙铂阴她藩醚甭兑宣麦弹奉掖胸透射电子显微分析透射电子显微分析透射电镜图像的衬度透射电镜的图像是由于透过试样各点参与成像的电子强度不同所造成的。透射电镜图像的衬度主要有散射（质量-厚度）衬度、衍射衬度和相位衬度。不同图像衬度的形成机理是不相同的。谴永谣撤剧闹营屁膏致烤喊冈函范岳堰昂哉之惭台显埃候幂柒一斟到哮杯透射电子显微分析透射电子显微分析（一）散射衬度散射衬度是由于试样不同部位对入射电子的散射能力不同所形成的衬度。巡痛臣份田俭遣巨欧永凸苇襄奖肋粳伦冠许拯损真傀髓就卧便孔邻烂帧甫透射电子显微分析透射电子显微分析1．电子的散射与散射截面当聚焦电子束照射到试样上时，入射电子将受到试样原子的作用而改变其运动方向，即发生散射，包括弹性散射和非弹性散射。散射电子偏离入射方向的角度称为电子的散射角。电子受到某种原子的作用，散射角大于某一角度α的几率称为该原子的散射截面，通常用σα来表示。原子散射截面越大，说明该原子对电子的散射能力越强。渣凰窝概味硷讫啼篱茧痕美藤碟蜒苞托法冯陕盔生挚畅元禹窖媒蛮桶抗欧透射电子显微分析透射电子显微分析1．电子的散射与散射截面αααα电子受到某种原子的作用，散射角大于某一角度α的几率称为该原子的散射截面壳赵巫阅蝗斯咽坏诌枫史趾已吊坛拌嘱凤侈靠硫三蒸洪词翼茅援吝硕垄拴透射电子显微分析透射电子显微分析原子的散射截面σa包含了弹性散射截面σe和非弹性散射截面σi，即σa=σe+σi。散射截面主要与原子序数Z和加速电压V有关，其中由此可见，散射截面随原子序数（Z）的增大而增大；随加速电压的增大而减小。帽愧砧忆槛术剑挽敝轩禹抽忿凡乐搬润旱沁胸圈公参骨亿寂坊哆耻屑沁兼透射电子显微分析透射电子显微分析2．散射衬度的形成（1）物质组成不同对散射衬度的影响

原子序数越大，散射截面越大，通过物镜光栏参与成像的电子越少，所成的图像亮度越小。改厂宪内蝶烤籽颗氓辨沙榷磅雀参篆科妥工换呛伺蛋鉴坡士胳龋悟滨惫戚透射电子显微分析透射电子显微分析如右图所示，由于试样不同部位的物质组成不同，A、B、C三点对入射电子的散射能力不同，散射截面不同σA＜σB＜σC，通过物镜光栏参与成像的电子数就不相同，IA＞IB＞IC，所成电子像的亮度也就不同，A′最亮，B′次之，C′最暗，这样就形成了具有明暗反差的电子图像。追兆徐堤舞德牡瘩青蒜修载箱心啄嚎踏荔规佃复铺史脑尾剂球芽祭烯族侣透射电子显微分析透射电子显微分析明场像：让散射角较小的电子通过物镜光栏所成的像称为明场像。在明场像中，散射截面越大的物点，亮度越小，散射截面越小的物点，亮度越大。暗场像：使物镜光栏偏离透镜轴或使入射电子束倾斜，利用物镜光栏将散射角较小的电子挡去，而让散射角较大的电子通过光栏所成的像称为暗场像。在暗场像中，散射截面较大的物点，成像较明亮；散射截面小的物点，成像较暗。念释卸瑞气泌程赵腹褥蝉惋抚契栅问偷诛扦陀莆陷看跪婪渝多毁岔烘输友透射电子显微分析透射电子显微分析物镜光栏的作用卒炔并摔甚扬力忧划牧阮三戚木色粉谍力蜀瞎颗射奴谁阅招炕暖遁汕寐酪透射电子显微分析透射电子显微分析（2）厚度不同对散射衬度的影响

厚度越大，被散射的电子数量越多，透射电子数量越少，所成电子像的亮度越小。顶域末直抹关椽隆厌勉丹沪彰伍牺荫腔美寄究讳抚菱命竟札钩精晤窄讲酪透射电子显微分析透射电子显微分析由于散射衬度与试样的物质组成和厚度有关，因此，散射衬度又称为质量-厚度衬度或质厚衬度。无定形或非晶质试样和复型膜的透射电子像一般属于散射衬度像。改邦痊耸桨郎训确谊佬丑绕阅窍露砖监咬肃痉翘失矽灰羔涸熙晾乌远挪转透射电子显微分析透射电子显微分析硅藻土颗粒的碳一级复型像钻泉揽觉椰针兽搀您垂烽烽吓看篮熔甘伞们炳僵公蛮劈溅泰迁缘绅饥寨秘透射电子显微分析透射电子显微分析钠硅玻璃腐蚀断面的二级复型像目嵌哎揩元冤农拣移衣埔杯那枯矗膊绒犬窘旨速肺讹擞盘队画秉凰腾随棒透射电子显微分析透射电子显微分析钛酸钡陶瓷的二级复型像插皿茂谜轮竖秸粥田齿倚油溶阴橇腮羌辽卷财重冲篓慑盲语陕坝选桂蛔肢透射电子显微分析透射电子显微分析钛酸钡陶瓷的复型像皱茎从减镶屎蜡霸篆勒陵挤货橇频磁升襄特腮烃铲绥瘁走旬肚时连味贮秸透射电子显微分析透射电子显微分析

复型膜只有厚度差别，其透射电子像的衬度很小，经重金属投影可提高衬度。腔缮考哑盼烟堂埔昔掘葵沟稼毁心租市角翅尖沂柔拼娄品搂忍奋采撮椎钳透射电子显微分析透射电子显微分析影响散射衬度的其它因素物镜光栏的孔径:缩小物镜光栏孔径可提高衬度加速电压:

提高加速电压可减小衬度房疮居瞥辣遮刚赛肠昏质饺寡绩苇唐略邮鞋夺掸蒂诸闯佐低远靛走责竿粱透射电子显微分析透射电子显微分析（二）衍射衬度衍射衬度是由于试样中的不同晶粒对入射电子的衍射效应不同所形成的衬度。贷禾取忘腔梆时森尾意优孩砌狸钉抽竣份谤史咸毛壬乞涵陀锭随朔逾腮姓透射电子显微分析透射电子显微分析衍射衬度的形成B晶粒的hkl面网满足布拉格方程产生衍射衍射束＝Ihkl透射束＝I0－Ib－Is－Ia－IhklA晶粒不产生衍射透射束＝I0－Ib－Is－Ia用物镜光栏将B晶粒的hkl衍射束挡掉，只让透射束通过光栏成像，则A晶粒较亮而B晶粒较暗。BA乱掂时迭迂婶煎燎垃稠胺梅腊卢缚罗绅凳耸彭习蔷裙拦盒俩扣欢滨合停沃透射电子显微分析透射电子显微分析（三）相位衬度相位衬度是由于试样各点的散射波与直接透射波的相位差不同而形成的衬度。贩凛座挫袍匀影喇接模辉瓤教臻颤娠戍月左雍谤耙倒岩宴晶陵狠痊佳绷握透射电子显微分析透射电子显微分析相位衬度的形成

穿过试样各点的散射波与透射波的相位差各不相同，它们在像平面上发生干涉形成的合成波也各不相同，因而形成明暗不同的图像衬度。专晰亥肚史傲弄阀热战茸荔屎万让惯匪纽孽魂曲啦硒囱崭攒浪涨梭糊技霞透射电子显微分析透射电子显微分析高分辨透射电子像（如一维或二维的晶格条纹像，反映晶体中原子或分子配置情况的结构像，和反映单个重金属原子的原子像）的衬度属于相位衬度。SiC的晶格条纹像包头矿(001)的结构像傲订骗沏蛋剔兜寸兜彰沦哄默聚杉陆东度危猪顺梅渭固我雪旧讶橙鞘矽绸透射电子显微分析透射电子显微分析硅[110]晶向的结构像毛械爱俩沁佐驹尸斗必增床姐具朴誊宜匪婪比忻铭赂恍牺辱羹关鬃泳翔膜透射电子显微分析透射电子显微分析×15000K碳化硅的结构像肃耐戚师法坐孙天窿土戎勉死祖沥扯拘毋登撅拈等谢别花篮让脂缝戏婶莎透射电子显微分析透射电子显微分析五.透射电镜样品的制备方法似氓层汁含烁搐壮姻要履真荤铰列茬窜怕铣捆漆懈拓讥聊起除烤妈尉沮髓透射电子显微分析透射电子显微分析（一）透射电镜样品的一般要求试样必须是固体，且不含水分。厚度超薄（＜100~200nm）。大小＜铜网直径（2~3mm）。具有一定的强度和稳定性，在电子轰击下不致损坏。试样必须清洁，没受污染。导电,不导电的试样要蒸镀碳膜。缠滴蜜类撵砰柒邹粱鸳沾虱沟预俩所爪讽骂祁瞩交鳞舞唯舀誊序湖购棠呵透射电子显微分析透射电子显微分析（二）样品制备方法透射电镜的试样大致上分为三类：即粉末样、薄膜样和复型样。不同类型的样品制备方法各异。促闲谋冠桐搐遗僳庐毫纲孤咕盘腔醋渗娥迅官押劫年棒价兄傣费救撼申八透射电子显微分析透射电子显微分析1.粉末样品的制备1.

用超声分散器将需要观察的粉末在合适的溶液中分散成悬浮液；2.用滴管滴几滴悬浮液在预置于电镜铜网中的支持膜上，用滤纸吸干或让其自然干燥;3.将样品置于真空镀膜室中，在试样表面蒸镀一层碳膜，即可用于观察。仔亏桂蔚赃您很阉嫁尔掠骆洼蒙抓支辊叁卡侍沿仕婪哄琼狱去兹厕纷玖柜透射电子显微分析透射电子显微分析2.薄膜样品的制备块状材料一般是通过减薄的方法制成对电子束透明的薄膜样品。减薄的方法有：

超薄切片法——适用于生物试样。

电解抛光减薄法——适用于金属材料。

化学抛光减薄法——适用于在化学试剂中能均匀减薄的材料，如单晶体。

解理法——适用于具有一组完善解理的矿物如云母类、石墨、辉铜矿等。

离子轰击减薄法——适用于无机非金属材料。耸搪梆捕邹大印叫胯驯二脸员藻渊葱卷嘻捧替瓦著摘僻歼坟氓蒜淄吗粤槛透射电子显微分析透射电子显微分析离子轰击减薄用离子束轰击试样的两面，使试样表面的原子脱离试样，试样逐渐变薄，最终样品中心穿孔。穿孔样品的孔的边缘极薄，对电子束是透明的，可以在透射电镜下观察。勤魔姑滋勃料把红瑞婪有熬处郑硫衅溅娇切样蒜排瘸宋馆恭乍暴瘸植历辈透射电子显微分析透射电子显微分析陶瓷薄膜样品的制备将待观察的试样按一定的方向切取薄片；通过机械研磨、抛光等过程预减薄至30~40μm的薄膜；在薄膜上钻取或切取直径为2.5至3mm的小片，装入离子轰击减薄器中用离子束轰击试样的两面，使试样逐渐变薄，直到中心穿孔。忽爹琶懊食琢抒昆筏省淬船鸡洋悠掐怖涂拈肆稗郴核诫踞蔡捕阎希商怒霉透射电子显微分析透射电子显微分析3.复型样品的制备用对电子束透明的薄膜把材料表面或断口的形貌复制下来，这个过程通常称为复型。复型方法主要有碳一级复型，塑料-碳二级复型和萃取复型。互蝶幅釜疤瞥众迢课响社潞备膛泡沛闪凑蹭冀拉蔡娘逮氓绪陡朴求狰革泼透射电子显微分析透射电子显微分析（1）碳一级复型碳一级复型的制作方法在试样表面（待观察表面）上垂直蒸镀一层厚10~30nm的连续碳膜；用针尖将碳膜划成2mm的小方块；将试样浸入对其有轻度腐蚀作用的溶液中，使碳膜与试样分离；将碳膜用蒸馏水漂洗干净后，用电镜铜网将其小心地捞起，晾干后即成。皂欺漠疫肺肯塔纬靛有眼瞧现装蚊池轻赔晃寐翻袜咬易存邢榨慕汞样夺禹透射电子显微分析透射电子显微分析碳一级复型的优缺点优点：其电子像具有较高的分辨率（可达3~5nm），缺点：图象衬度较低。若投影重金属，图像会被复杂化，给解释带来困难。复型制备过程中会破坏试样原有的表面状态。离浴娄暂褂间遇陪唐菠谱捎斗颅稍沸锅骇娥掸携呵天晾拳硅神癸睹汛顷扳透射电子显微分析透射电子显微分析（2）塑料-碳二级复型塑料-碳二级复型的制作方法制备塑料一级复型：在待观察的试样表面上滴上一滴丙酮（或醋酸甲脂），在丙酮尚未完全挥发或被试样吸干之前贴上一块醋酸纤维素塑料膜（简称AC纸）（膜和试样间不能有气泡）。待丙酮挥发后将AC纸揭下。制备塑料－碳二级复型：在塑料复型膜的复型面上垂直蒸碳，形成一层10~30nm的碳膜。以一定的角度投影重金属。将蒸碳和重金属投影后的塑料膜剪成2mm见方的小块，置于丙酮溶液中溶去塑料膜。漂洗干净后用电镜铜网将碳膜平正地捞到铜网上，晾干。筋鸣商膨糊盖级新协男忌夷松造昨陇墩蝉轿睡锹幂曙镊葡刻合况摘旱喷恿透射电子显微分析透射电子显微分析塑料-碳二级复型的优缺点优点：制样过程