tem透射電鏡電子衍射

一、概述

電鏡中的電子衍射,其衍射幾何與X射線完全相同,都遵循布拉格方程所規(guī)定的衍射條件和幾何關(guān)系.衍射方向可以由厄瓦爾德球(反射球)作圖求出.因此,許多問(wèn)題可用與X射線衍射相類(lèi)似的方法處理.

電子衍射與X射線衍射相比的優(yōu)點(diǎn)

·電子衍射能在同一試樣上將形貌觀察與結(jié)構(gòu)分析結(jié)合起來(lái)。

·電子波長(zhǎng)短，單晶的電子衍射花樣婉如晶體的倒易點(diǎn)陣的一個(gè)二維截面在底片上放大投影，從底片上的電子衍射花樣可以直觀地辨認(rèn)出一些晶體的結(jié)構(gòu)和有關(guān)取向關(guān)系，使晶體結(jié)構(gòu)的研究比X射線簡(jiǎn)單。

·物質(zhì)對(duì)電子散射主要是核散射，因此散射強(qiáng)，約為X射線一萬(wàn)倍，曝光時(shí)間短。

·不足之處

電子衍射強(qiáng)度有時(shí)幾乎與透射束相當(dāng)，以致兩者產(chǎn)生交互作用，使電子衍射花樣，特別是強(qiáng)度分析變得復(fù)雜,不能象X射線那樣從測(cè)量衍射強(qiáng)度來(lái)廣泛的測(cè)定結(jié)構(gòu)。此外，散射強(qiáng)度高導(dǎo)致電子透射能力有限，要求試樣薄，這就使試樣制備工作較X射線復(fù)雜;在精度方面也遠(yuǎn)比X射線低。

衍射花樣的分類(lèi):

1)斑點(diǎn)花樣:平行入射束與單晶作用產(chǎn)生斑點(diǎn)狀花樣;主要用于確定第二象、孿晶、有序化、調(diào)幅結(jié)構(gòu)、取向關(guān)系、成象衍射條件;

2)菊池線花樣:平行入射束經(jīng)單晶非彈性散射失去很少能量，隨之又遭到彈性散射而產(chǎn)生線狀花樣;主要用于襯度分析、結(jié)構(gòu)分析、相變分析以及晶體的精確取向、布拉格位置偏移矢量、電子波長(zhǎng)的測(cè)定等;

3)會(huì)聚束花樣︰會(huì)聚束與單晶作用產(chǎn)生盤(pán)、線狀花樣;可以用來(lái)確定晶體試樣的厚度、強(qiáng)度分布、取向、點(diǎn)群、空間群以及晶體缺陷等。

二、TEM透射電鏡分析電子衍射花樣的標(biāo)定

01晶體結(jié)構(gòu)已知的單晶電子衍射花招的標(biāo)定

　　單晶電子衍射譜實(shí)際上是倒空間中的一個(gè)零層倒易面，對(duì)它標(biāo)守時(shí)，只考慮相機(jī)常數(shù)已知的情況。由于關(guān)于現(xiàn)在的電鏡，相機(jī)長(zhǎng)度可以直接從電鏡和底片上讀出來(lái)，雖然這個(gè)值與實(shí)際上會(huì)有不同，但這個(gè)不同不大。之所以要在多晶衍射時(shí)考慮相機(jī)常數(shù)不知道的情況，是由于咱們常常要用已知的粉末多晶樣品(如金)去校正相機(jī)常數(shù)。相機(jī)常數(shù)不知道時(shí)，單晶電子衍射花招標(biāo)定后可能欠好驗(yàn)算，因而除非是已知的相，否則標(biāo)定非常簡(jiǎn)略犯錯(cuò)。

　　1.標(biāo)準(zhǔn)花招對(duì)照法

　　這種辦法只適用于簡(jiǎn)略立方、面心立方、體心立方和密排六方的低指數(shù)晶帶軸。由于這些晶系的低指數(shù)晶帶的標(biāo)準(zhǔn)花招可以在有的書(shū)上查到，假設(shè)得到的衍射花招跟標(biāo)準(zhǔn)花招完全一同，則底子上可以判定該花招。透射電鏡通知你不過(guò)需求留心的是，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)花招對(duì)照法標(biāo)定的花招，標(biāo)定完了往后，必定要驗(yàn)算它的相機(jī)常數(shù)，由于標(biāo)準(zhǔn)花招給出的只是花招的份額聯(lián)絡(luò)，而關(guān)于有的物相，某些較高指數(shù)花招在形狀上與某些低指數(shù)花招非常相似，但是由兩者算出來(lái)的相機(jī)常數(shù)會(huì)相差很遠(yuǎn)。所以即使知道該晶體的結(jié)構(gòu)，在對(duì)比時(shí)依然要留神。

　　2.檢驗(yàn)-校核法

　　a)量出透射斑到各衍射斑的矢徑的長(zhǎng)度，運(yùn)用相機(jī)常數(shù)算出與各衍射斑對(duì)應(yīng)的晶面間隔，判定其可能的晶面指數(shù);

　　b)首要判定矢徑最小的衍射斑的晶面指數(shù)，然后用檢驗(yàn)的辦法選擇矢徑次小的衍射斑的晶面指數(shù)，兩個(gè)晶面之間夾角應(yīng)該自恰;

　　c)然后用兩個(gè)矢徑相加減，得到其它衍射斑的晶面指數(shù)，看它們的晶面間隔和彼此之間的夾角是否自恰，假設(shè)不能自恰，則改動(dòng)第二個(gè)矢徑的晶面指數(shù)，直到它們?nèi)孔郧≈兄?

　　d)由衍射花招中任意兩個(gè)不共線的晶面叉乘，即可得出衍射花招的晶帶軸指數(shù)。

　　檢驗(yàn)-校核法應(yīng)該留心的問(wèn)題

　　關(guān)于立方晶系、四方晶系和正交晶系來(lái)說(shuō)，它們的晶面間隔可以用其指數(shù)的平方來(lái)標(biāo)明，因而關(guān)于間隔必定的晶面來(lái)說(shuō)，其指數(shù)的正負(fù)號(hào)可以隨意。但是在標(biāo)守時(shí)，只需第一個(gè)矢徑是可以隨意取值的，從第二個(gè)初步，就要考慮它們之間角度的自恰;一同還要考慮它們的矢量相加減往后，得到的晶面指數(shù)也要與其晶面間隔自恰，一同角度也要保證自恰。

　　其他晶系的對(duì)稱(chēng)性越***,k,l之間交換而不會(huì)改動(dòng)面間隔的時(shí)機(jī)越大，選擇的規(guī)劃就會(huì)更大，標(biāo)守時(shí)就應(yīng)該更加留神。

　　3.查表法(比值法)-1

　　a)選擇一個(gè)由斑斕構(gòu)成的平行四邊形，要求這個(gè)平行四邊形是由最短的兩個(gè)鄰邊組成，測(cè)量透射斑到衍射斑的最小矢徑和次小矢徑的長(zhǎng)度和兩個(gè)矢徑之間的夾角r1, r2,θ;

　　b)依據(jù)矢徑長(zhǎng)度的比值r2/r1 和θ角查表，在與此物相對(duì)應(yīng)的表格中查找與其匹配的晶帶花招;

　　c)按表上的效果標(biāo)定電子衍射花招，算出與衍射斑斕對(duì)應(yīng)的晶面的面間隔，將其與矢徑的長(zhǎng)度相乘看它等不等于相機(jī)常數(shù)(這一步非常重要);

　　d)由衍射花招中任意兩個(gè)不共線的晶面叉乘，驗(yàn)算晶帶軸是否正確。

　　3.查表法(比值法)-2

　　a)測(cè)量透射斑到衍射斑的最小、次小和第三小矢徑的長(zhǎng)度r1, r2, r3;

　　b)依據(jù)矢徑長(zhǎng)度的比值r2/r1 和r3/r1查表，在與此物相對(duì)應(yīng)的表格中查找與其匹配的晶帶花招;

　　c)按表上的效果標(biāo)定電子衍射花招，算出與衍射斑斕對(duì)應(yīng)的晶面的面間隔，將其與矢徑的長(zhǎng)度相乘看它等不等于相機(jī)常數(shù)(這一步非常重要);

　　d)由衍射花招中任意兩個(gè)不共線的晶面叉乘，驗(yàn)算晶帶軸是否正確。

　　之所以有兩種不同的查表法，是由于有兩種不同的表格，它們的查詢(xún)辦法和原理底子上是一同的。

　　查表法應(yīng)該留心的問(wèn)題：

　　首要查表法標(biāo)定完了往后必定要用相機(jī)常數(shù)來(lái)驗(yàn)算，由于即使物相是已知的，同一種物相中也會(huì)有形狀底子相同的花招，但它們不可能是由相同的晶面構(gòu)成，因而算出來(lái)的相機(jī)常數(shù)也不可能相同;

　　由兩個(gè)矢徑和一個(gè)夾角來(lái)查表時(shí)，有的表總是取銳角，這樣有優(yōu)點(diǎn)，但查表時(shí)要留心你的花招或許和表上的晶帶軸反號(hào)，所以標(biāo)定完了之后，必定要用不共線的兩矢量叉乘來(lái)驗(yàn)算;假設(shè)夾角不是只取銳角，一般不存在這個(gè)問(wèn)題;

　　假設(shè)從衍射花招上得到的值在表上查不到，則要留心與你的夾角互補(bǔ)的效果，由于晶帶軸的正反向在表中往往只需一個(gè)值。

　　02超點(diǎn)陣花招

　　當(dāng)晶體是由兩種或許兩種以上的原子或許離子構(gòu)成時(shí)，關(guān)于晶體中的任何一種原子或許離子，假設(shè)它可以隨機(jī)地占有點(diǎn)陣中的任何一個(gè)陣點(diǎn)，則咱們稱(chēng)該晶體是無(wú)序的;假設(shè)晶體中不同的原子或許離子只能占有特定的陣點(diǎn)，則該晶體是有序的。

　　晶體從無(wú)序相向有序相改動(dòng)往后，在發(fā)生有序的方向會(huì)出現(xiàn)平移周期的加倍，然后引起平移群的改動(dòng)。由此引發(fā)的最顯著的特征是在某些方向出現(xiàn)與平移對(duì)稱(chēng)對(duì)應(yīng)的超點(diǎn)陣斑斕。

　　上圖就是CuAu3無(wú)序和有序的模型和對(duì)應(yīng)的電子衍射花招。其間圖a是CuAu3無(wú)序時(shí)的晶體結(jié)構(gòu)模型，而圖b是有序時(shí)的晶體結(jié)構(gòu)模型;圖c是與無(wú)序?qū)?yīng)的電子衍射花招，而圖d則是與有序?qū)?yīng)的超點(diǎn)陣電子衍射花招。

　　上圖是CsCl無(wú)序和有序的模型和對(duì)應(yīng)的電子衍射花招。其間圖a是CsCl無(wú)序時(shí)的晶體結(jié)構(gòu)模型，而圖b是有序時(shí)的晶體結(jié)構(gòu)模型;圖c是與無(wú)序?qū)?yīng)的電子衍射花招示意圖，而圖d則是與有序?qū)?yīng)的超點(diǎn)陣電子衍射花招示意圖。

　　上圖是超點(diǎn)陣花招的一些實(shí)例，這些花招是從一種沿[111]方向具有六倍周期的凌亂有序鈣鈦礦相中得到的。圖a是沿[010]方向2倍周期有序的超點(diǎn)陣電子衍射花招，圖b是沿[101]方向2倍周期有序的超點(diǎn)陣電子衍射花招，圖c是沿[11-1]方向2倍周期有序的超點(diǎn)陣電子衍射花招，而圖d則是沿[111]方向6倍周期有序的電子衍射花招。

　　03孿晶電子衍射花招

　　所謂孿晶，通常指按必定取向聯(lián)絡(luò)并排成長(zhǎng)在一同的同一物質(zhì)的兩個(gè)晶粒。從晶體學(xué)上講，可以把孿晶晶體的一部分當(dāng)作另一部分以某一低指數(shù)晶面為對(duì)稱(chēng)面的鏡像;或以某一低指數(shù)晶向?yàn)樾D(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)必定的角度。

　　孿晶的分類(lèi)：

　　1、按晶體學(xué)特征：反映孿晶和旋轉(zhuǎn)孿晶;

　　2、按構(gòu)成辦法：成長(zhǎng)孿晶和形變孿晶;

　　3、按孿晶形狀：二次孿晶和高次孿晶。

     04二次衍射

　　在電子束穿行晶體的過(guò)程中，會(huì)發(fā)生較強(qiáng)的衍射束，它又可以作為入射束，在晶體中發(fā)生再次衍射，稱(chēng)為二次衍射。二次衍射構(gòu)成的新的附加斑斕稱(chēng)作二次衍射斑。二次衍射很強(qiáng)時(shí)，還可以再行衍射，發(fā)生多次衍射。

　　發(fā)生二次衍射的條件：

　　1、晶體滿(mǎn)意厚;

　　2、衍射束要有滿(mǎn)意的強(qiáng)度。